Institut für Materialforschung (IMFAA)

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Additive Fertigung von Hartmetallen (Bildquelle: MAPAL Dr. Kress KG)

Additive Fertigung

Im Forschungsbereich Additive Fertigung (AM) werden in verschiedenen Projekten neben der Entwicklung neuer Materialien, die Einflussgrößen der Prozessparameter auf die sich ausbildende Mikrostruktur des Bauteils an pulverbettbasierten AM-Verfahren untersucht.

Die Additive Fertigung von komplexen Bauteilgeometrien bietet der Industrie neben der Schaffung neuer gestalterischer Freiheiten viele weitere Vorteile. Bauteile, welche aufgrund ihrer komplizierten geometrischen Form durch konventionelle Fertigungsmethoden nicht hergestellt werden konnten, können mittels dieser layer-by-layer Technik gefertigt werden. Benötigte geometrische Daten zur Fertigung werden direkt aus bereits vorhandenen CAD-Daten entnommen und zur Fertigung genutzt. Zur Bewertung der Pulversorten sowie des gefertigten Bauteils werden neben der klassischen mechanischen Werkstoffprüfung, die 3D-Computertomographie, die Lichtmikroskopie sowie die Elektronenmikroskopie verwendet.



Projektbeispiel

    Selektives Lasersintern zum Aufbau von Hartmetall-Bauteilen (kurz: AddHard)

    • Projektpartner
      • Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
      • H.C. Starck Tungsten GmbH
      • MAPAL Fabrik für Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG
      • TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
    • Projektziele
      • Verständnis zu Pulveranforderungen für den Laser-Powder Bed Fusion Prozess (L-PBF)
      • Wirkung von Einflussgrößen auf den L-PBF Prozess
      • Zusammenhänge zwischen mikroskopischen, mechanischen und physikalischen Eigenschaften additiv gefertigter Hartmetalle
      • Zusammenhänge zwischen Prozessparameter und Gefügeausbildung
      • Erkenntnisse zu thermischen Nachbehandlungen
      • Methoden zur quantitativen Charakterisierung von Gefügemerkmalen


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Energiespeichermaterialien

Den Schwerpunkt der Arbeiten stellen Li-Ionen-Batterien dar. Insbesondere werden das Alterungsverhalten und Einflüsse auf die Lebensdauer der Batterien erforscht, um wissensbasiert Abhilfemaßnahmen ableiten zu können. In diesem Zusammenhang werden auch Fragen der Fertigungsqualität und deren Auswirkung auf das Alterungsverhalten untersucht.

Im Fokus der Forschungsaktivitäten stehen Li-Ionen-Batterien, insbesondere für automobile Anwendungen.

Einen Schwerpunkt bildet die Untersuchung des Alterungsverhaltens unterschiedlicher Materialkonzepte und die Aufklärung der spezifischen Alterungsmechanismen auf Mikrostrukturebene, die für die Degradation der Zellen verantwortlich sind („Schadensanalytik“). Hierzu werden neben gezielten Alterungstests und elektrischen Analysen der Zellen Veränderungen auf Gefüge und Materialebene untersucht und mit der Degradation der Leistungsmerkmale der Batterien korreliert. Es stehen hochauflösende bildgebende Verfahren wie Mikro-Computertomographie, Licht- und Elektronenmikroskopie sowie werkstoffanalytische Verfahren zur Verfügung.

In diesem Zusammenhang werden auch der Einfluss von Fertigungsfehlern (z.B. Schwankungen in der Elektrodenschichtdicke) auf die Qualität und Lebensdauer der Batterien erforscht und Methoden zur fertigungsbegleitenden Qualitätssicherung entwickelt.


Projektbeispiele

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Untersuchung gealterter LiB mit CT und Auflichtmikroskopie

Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Li-Ionen Akkumulatoren - Degrationsmechanismen, beschleunigte Erprobung, treffsichere Lebensdauerprognosen

Hintergrund:

Zur Speicherung der elektrischen Energie in Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden Stand heute Lithium-Ionen-Batterien (LiB) zum Einsatz kommen. Zwar besteht eine langjährige Erfahrung im Bereich der Consumer-Electronis (z.B. Laptop), allerdings sind die Anforderungen an Energie- und Leistungsdichte und insbesondere Lebensdauer und Zuverlässigkeit von LiB für automotive Anwendungen um ein Vielfaches höher und bis heute bei weitem noch nicht erfüllt. Die komplexen Vorgänge, die zur Degradation der Materialien und damit zum Leistungsabfall der Batterie führen, sind noch nicht ausreichend verstanden, um gezielt Gegenmaßnahmen ableiten zu können.

Projektziele:

Das Projekt zielt auf die Verbesserung von Lebensdauer und Zuverlässigkeit. von LiB. Ausgehend vom heutigen Stand der Technik von 3 Jahren Lebensdauer muss für den wirtschaftlichen Einsatz in Elektrofahrzeugen eine Lebensdauer von 10 Jahren erreicht werden. Das vorgeschlagene Projekt schafft hierfür eine Basis. Für ausgewählte Zellen soll ein durchgängiges Verständnis der Zusammenhänge von Zellmaterialien/ -design und Belastungsprofil mit messbaren Abfällen der Leistungsfähigkeit und Materialveränderungen auf mikroskopischer Ebene erarbeitet werden. Mit diesem Verständnis werden Alterungstests bzgl. Vorhersagekraft und Raffung verbessert sowie neue Materialanalysemethoden und Lebensdauerprognosen mit erhöhter Treffsicherheit entwickelt.

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Computertomographie und Mikroskopie an LiB für Qualitätssicherung

Computertomographische und mikroskopische Verfahren zur fertigungsbegleitenden Qualitätssicherung von Lithium-Ionen-Batterien

Hintergrund:

Für die Großserienfertigung von Lithium-Ionen-Batterien (LiB) für Hybrid- und Elektrofahrzeuge setzt man bislang, in Ermangelung erprobter Alternativen, auf die bekannten Fertigungstechnologien für Consumer Electronics Anwendungen. Erprobte, prozesssichere und kostenoptimierte Fertigungstechniken für automotive Anwendungen sind nicht ausreichend verfügbar. Die Auswirkungen von Fertigungsungänzen (also Abweichungen von vorgegebenen Sollwerten) auf die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer von LiB sind weitgehend unbekannt. Zudem fehlt es an effizienten und aussagekräftigen Verfahren, die Qualität einzelner Fertigungsschritte innerhalb der komplexen Fertigungsprozesskette zu bewerten.

Projektziele:
  • Bewertung der Fertigungsqualität unterschiedlicher Hersteller auf den Ebenen des Zellaufbaus und des Werkstoffgefüges (Anode, Kathode, Separator) mittels Röntgen-Computertomographie und verschiedenen mikroskopischen Verfahren
  • Identifikation von Parametern, die zur Beschreibung der Qualität herangezogen werden können (z.B. Gleichmäßigkeit der Elektrodenschichtdicke)
  • Entwicklung von Methoden, diese Parameter quantitativ, effizient und automatisiert zu bestimmen.
  • Untersuchung der Einflüsse von verschiedenen Fertigungsparametern auf die Fertigungsqualität.
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Stabile Fertigungsprozesse für Li-Ionen-Batterien: Charakterisierungsmethoden zur Quali­tätsbewertung & wissensbasier­te Fertigungstoleranzen (Q-LiB)

Hintergrund:

Batterien sind eine Schlüsseltechnologie für die Elektromobilität und Industrieanwendungen. Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten fokussieren aktuell auf Li-Ionen und verwandte Zukunftstechnologien. Ein Entwicklungsziel ist dabei die Erhöhung der Zellqualität und Lebensdauer, da in den neuen Anwendungsfeldern die Anforderungen angesichts der hohen Kosten und Sicherheitsstandards wesentlich höher als im bekannten Bereich Consumer Electronics sind.

Die Qualität der Zellen wird zu 80-90% durch die Fertigungsqualität der Elektroden und der Jelly Roll (Elektrodenwickel) bestimmt. Bei deren Fertigung entstehen auf den Ebenen „Material“, „Mikrostruktur“ und „Feingeometrie“ Abweichungen von den definierten Soll-Vorgaben, sog. Ungänzen. Diese beeinträchtigen signifikant die Qualität.

Zur Qualitätsbewertung auf den unterschiedlichen Skalen mangelt es an aussagekräftigen und effizienten Charakterisierungsmethoden. Quantitative Wirkzusammenhänge zwischen Prozessparametern und Fertigungsqualität sind nur unzureichend bekannt. Das Wissen um die Auswirkung von Ungänzen („effects of defects“) sowie Modelle zur Beschreibung der Wirkzusammenhänge fehlen weitestgehend. Dies führt zu teuren (Angst-)Toleranzen.

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Kontrastierung der unterschiedlichen Phasen in Elektroden durch Reaktivsputtern für nachfolgende Analysen. a) Differenzierung des Kunststoffbinder (grau neben blauen Graphitkörnern) in der Anodenaktivmasse, b) unterschiedliche Oxidphasen in einer Blendkathode (Bild unten: Phasen segmentiert für quantitative Bestimmung der Anteile)

Projektziele:

In dem Vorhaben sollen materialographische und werkstoffanalytische Methoden evaluiert und weiterentwickelt werden, mit denen qualitätsrelevante Merkmale auf den genannten Skalen sowie deren Beeinflussungen durch den Fertigungsprozess bewertet werden können. Der Einfluss einzelner Fertigungsprozessparameter auf die Qualität von Elektroden und Jelly Roll soll systematisch untersucht werden („Einflussgrößenanalyse“). Zudem soll durch Grenzmusteruntersuchungen die Auswirkung von Ungänzen auf die Lebensdauer von Zellen erforscht werden. Damit wird ein wichtiger Beitrag geleistet, Einflussgrößen und Wirkmechanismen innerhalb der komplexen Fertigungsprozesskette von Li-Ionen-Zellen besser zu verstehen, Prozessparameter optimieren und Toleranzen wissensbasiert ableiten zu können.

Thumb magnetwerkstoffe

Magnetwerkstoffe

Forschungsschwerpunkt ist die Weiterentwicklung magnetischer Werkstoffe für eine leistungsstarke Energiewandlung durch Elektromotoren oder Generatoren. Die Aktivitäten konzentrieren sich dabei auf das bessere Verständnis bestehender magnetischer Werkstoffe, auf die effiziente Suche und Charakterisierung neuer magnetischer Phasen und darauf aufbauend auf die (Weiter-)Entwicklung physikalischer mikromagnetischer Modelle.

Hartmagnetische und weichmagnetische Werkstoffe spielen für die Energiewandlung eine immer größere Rolle. Von strategischer Bedeutung sind sie für Generatoren bei der Erzeugung erneuerbarer Energie oder für Elektromotoren in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen.

In verschiedenen Forschungsprojekten mit renommierten Firmen und Forschungsinstituten werden Hochleistungsmagnetwerkstoffe wie FeNdB Magnete weiterentwickelt. Außerdem werden neue magnetische Phasen gesucht, die gegenüber heutigen Werkstoffen verbesserte Verfügbarkeit der Rohstoffe oder geeignetere Eigenschaftsprofile aufweisen. Darauf aufbauend werden neue und bestehende physikalische mikromagnetische Modelle (weiter-)entwickelt. Sowohl für das umfassende Verständnis von bekannten und neuen Magnetwerkstoffen, als auch für ihre Weiterentwicklung zur Ermöglichung optimierter und innovativer Magnetanwendungen ist die Korrelation der Gefügestruktur mit den Magneteigenschaften der Werkstoffe unverzichtbar.


Projektbeispiele:

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Besseres Verständnis der Rolle der Korngrenzenphasen in superstarken FeNdB Sintermagneten

Optimierung und Weiterentwicklung hartmagnetischer Werkstoffe hinsichtlich ihrer Anwendung in elektrischen Antrieben

Hintergrund:

Hochleistungs-Seltenerd-Magnetwerkstoffe wie FeNdB sind ein wichtiger Schlüssel zur effizienten Elektrifizierung des Antriebsstrangs (Hybrid-/Direktantrieb). Allerdings ist die Verfügbarkeit und Kostensituation bei diesen Werkstoffen unbefriedigend. Mit Hilfe deutlich verbesserter Dauermagnete kann die Leistungsfähigkeit  von Elektromotoren bei gleichzeitig optimierten Fertigungs- und Rohstoffkosten gesteigert werden und auf teure Additive wie Dysprosium verzichtet werden.

Projektziele:
  • Besseres Verständnis der Rolle der Korngrenzenphasen in superstarken FeNdB Sintermagneten mit geeigneten Modellproben und Modell- experimenten zur gezielten Optimierung der Leistungsfähigkeit moderner Permanentmagnete verbunden mit verbesserter mechanischer und thermischer Stabilität
  • Untersuchung des Bildungsprozesses der intermetallischen Phasen in Seltenerdmetall-Übergangsmetall-Systemen
  • Verbesserung und Maßschneidern der magnetischen Eigenschaften von Sintermagneten, zielgerichtete Auswahl der Legierungselemente, Kostenreduktion
Thumb magnete bsp2

Effiziente Suche und Charakterisierung neuer magnetischer Phasen

Suche nach neuen hartmagnetischen Phasen mit reduziertem Seltenerdmetallgehalt bzw. frei von Seltenerdmetallen

Hintergrund:

Hartmagnetischen Materialien mit hoher Energiedichte und korrosiver Beständigkeit bei gleichzeitig geringen Kosten und hoher Rohstoff-verfügbarkeit kommt eine zunehmende strategische Bedeutung zu. Ziel ist es, die heutigen Seltenenerd-Magnete durch neue Hartmagnetmaterialien abzulösen, die sich durch einen deutlich geringeren Anteil an Seltenen Erden auszeichnen.

Projektziele:
  • Entwicklung von High-Throughput-Methoden zur effizienten Synthese und Analyse neuer seltenerdmetallarmer oder seltenerdmetallfreier hartmagnetischer Phasen
  • Untersuchung der bei der Bildung von intermetallischen Phasen ablaufenden thermodynamischen und kinetischen Prozesse unter Berücksichtigung von Phasenbeziehungen und pulvermetallurgischen Aspekten
Thumb materialographie

Materialographie

Im Forschungsbereich Materialographie werden neben den gängigen analytischen Methoden Licht- und Elektronenmikroskopie auch neue Verfahren entwickelt und angewandt. Die 3D-Computertomographie ermöglicht beispielsweise eine räumliche Darstellung von Werkstoffgefügen. Ein weiterer Tätigkeitsschwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Entwicklung von Bildanalysesoftware für neue Applikationen.

Im Bereich der Materialographie/Materialanalytik werden neben den gängigen analytischen Methoden der Licht- und Elektronenmikroskopie auch weitere ergänzende Verfahren wie insitu-Röntgendiffraktometrie angewandt. Zudem wird die 3D-Computertomographie angewandt um beispielsweise eine räumliche Darstellung von Werkstoffgefügen als Grundlage für die weitergehende klassische Untersuchung mit gängigen mikroskopischen Verfahren zu ermöglichen. Neben zielführenden Routineuntersuchungen, werden aber auch Schadensuntersuchungen von Struktur- und Funktionswerkstoffen durchgeführt. Mittels geeigneter Kombination analytischer Methoden (Lichtmikroskopie, REM, EDX und 3D-Computertomographie) kann der Aufbau eines Materials oder kompletten Bauteils untersucht werden.

Eine weitere Kernkompetenz der Arbeitsgruppe ist die Entwicklung von Bildanalysesoftware für neue Applikationsfelder im Bereich der Mikroskopie. Sofern zielführend werden diese bildanalytischen Methoden aber auch für Problemlösungen eingesetzt.

Eine Aufstellung zu wichtigen Routineuntersuchungen ist folgend dargestellt.

Stahlbauteile
  • Untersuchung komplett und/oder
    randschicht-gehärteter Bauteile
  • Beurteilung Härtegefüge
  • Stahlreinheitsgrad nach
    DIN 50 602 und EN 10 247
  • Korngröße
  • Schichtdicken
Guss/Knetlegierungen
  • Graphitausbildung
  • Gussgefüge
  • Korngröße
  • Rekristallisation
  • Hohlraumanalyse VDG P201
Hochleistungskeramiken
  • Beurteilung / Processing
  • Verstärkungsphasen
  • Korngröße
  • Inhomogenitäten
  • Gefügefehler
  • Fraktographie

Projektbeispiele

Thumb softwareentwicklung f r die materialmikroskopie

Softwareentwicklung für die Materialmikroskopie

Softwareentwicklung für die Materialmikroskopie

Hintergrund:

Von der Materialanalytik wird eine neue Tiefe im Bereich Quantitative Gefügeanalyse gefordert. Entwicklungen in der Informationstechnik wie auch in der digitalen Kameratechnik und der Mikroskopie ermöglichen neuartige Methoden und Prozesse bis hin zur automatisierten Routineprüfung von Gefügeparametern in Werkstoffen.

Forschungsziele & Anwendungsbereiche:
  • Methoden- und Softwareentwicklung zur automatsierten Gefügeanalyse
  • Einsatz von klassischen Auflichtmikroskopen sowie Rasterelektronenmikroskopie als bildgebende 2D-Verfahren
  • alternative Anwendungen u.a. in der Pharmaindustrie und Biotechnologie
Thumb ct anwendungen

CT Anwendungen

3D-Computertomographie

Spezifikation v|tome| x s der Firma phoenix|x-ray:
  • 2 Röntgenröhren (240 kV Mikrofokus und 180 kV Nanofokus™)
  • Hochauflösender Digitaldetektor (1900 x 1500 Pixel)
  • Auflösung von bis zu 1 µm/Voxel
  • Starke Phasenkontraste
  • Exakte quantitative 3D-Charakterisierung von schwer durchstahlbaren Konstruktions- und Funktionswerkstoffen oder Mikrobauteilen
  • Erweiterung der Wertschöpfungskette um die Themengebiete Reverse Engineering und dimensionelle Messstechnik durch Einbindung von CAD, Rapid-Prototyping und FEM-Simulation
Thumb sensmik

SensMik Keramikbauteil

FHprofUnt-Verbundprojekt: „Sensorische Mikroskopie zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und effizienten Optimierung von Herstellungsprozessen von höchstbeanspruchten pulvertechnologischen Bauteilen (SensMik)“

Hintergrund:

Um dem nachhaltigen Kostendruck zu begegnen, wird zunehmend versucht, auch höchstbean­spruchte Bauteile aus hochfesten Stählen (z.B. spitzengehärteter 100Cr6) und Keramik durch Pulver-Spritzgießen (PIM) herzustellen. Eine wesentliche Herausforderung besteht in der Erfüllung der Zuverlässigkeitsanforderungen: Gefügefehler wie z.B. Poren und Inhomogenitäten wirken als innere Fehler bzw. Schwachstellen, die Ausgangspunkt für das mechanische Versagen sind. Diese Ge­fügefehler gilt es im Herstellungsprozess weitgehend zu vermeiden und – da nicht vollständig vermeidbar – ihre Wirkung auf die Werkstofffestigkeit und deren Streuung quantitativ zu bestim­men. Nach Stand der Technik erfolgt die Bestimmung der Festigkeitsverteilung mit großem Aufwand  durch mechani­sche Prüfung von wenigen Modellproben, statistische Auswertungen und nachfolgende fraktographi­sche Analysen.

Projektziele:

Der im Projekt verfolgte Ansatz zielt auf die direkte Bestimmung der Festigkeitseigenschaften auf Basis von mikroskopisch ermittelten, quantitativen Gefügekenngrößen wie z.B. Fehlergröße und deren statistische Auswertung am Bauteil. Weiterhin sollen Methoden entwickelt werden, um die Entstehung und Entwicklung von Gefügefehlern innerhalb der Prozesskette zu bewerten. Damit wird eine Basis geschaffen, um einzelne Prozessschritte gezielt zu optimieren.

Ziel des Projekts ist letztlich die Entwicklung von Methoden und Werkzeugen der Quantitativen Gefügeanalyse zur Bewer­tung der Zuverlässigkeitseigenschaften von spritzgegossenen Metall- und Keramikhochleistungs­werkstoffen sowie zur gezielten Optimie­rung der Herstellungsprozesse.

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Zeit- und Temperaturaufgelöster multidimensionaler Röntgenbeugungsplot des Wärmebehandlungsablaufes zur Darstellung relevanter Phasenumwandlungen eines überhärteten 100Cr6-Stahles

FHprofUnt-Verbundprojekt: „Hochtemperatur-Röntgendiffraktrometrie in Echtzeit als neue Methode zur Charakterisierung dynamischer Phasenumwandlungsprozesse in Werkstoffen für die Energietechnik (real-X-diff)“

Hintergrund:

Die Röntgendiffraktometrie (XRD) ist eine der ältesten und am weitesten entwickelten Untersuchungsmethoden zur kristallinen Strukturanalyse kondensierter Materie. Bislang sind solche Messungen sehr zeitaufwendig und spiegeln nur einen statische thermodynamischen Zustand wieder. Moderne Detektor- und Ofentechnologie erlaubt uns nun im Labormaßstab Diffraktogramme dynamisch im 0,5s Takt während einer thermischen, chemischen oder elektrochemischen Behandlung aufzunehmen. Die Beobachtung solcher hoch zeitaufgelösten, dynamischer Phasenumwandlungen war bislang nur mit Synchrotron Strahlung in einem Teilchenbeschleuniger möglich.

Das Insitu- XRD System am Institut für Materialforschung (IMFAA) der HTW Aalen ist weltweit das erste Laborsystem mit derartigen thermischen und temporären Möglichkeiten.

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In-situ-XRD Röntgendiffraktometrie zur Aufklärung von alterungsbedingten kristallographischen Veränderungen unterschiedlich gealterter Kathoden-Aktivmaterialien in Lithium-Ionen Batterien

Projektziele:

Ziel des Projekts ist es, mit Hilfe verbesserter Echtzeit-Verfahren zur röntgenographischen Charakterisierung, neue Materialien und Prozesstechnologien für die Energietechnik und Elektromobilität aufzufinden, bzw. bestehende in ihren Eigenschaften zu verbessern. Hierzu soll die Kinetik dynamisch ablaufender Phasenumwandlungsprozesse und die Bildung von Eigenspannungen in Abhängigkeit von Temperatur, Zeit und Atmosphäre grundlegend untersucht und verstanden werden. Als ein zweites Ziel soll dieses Echtzeit-Verfahren weiterentwickelt und verifiziert werden. Dabei sollen Untersuchungen zur Genauigkeit und Auflösung auch im direkten Vergleich mit der Differentialthermoanalyse (DTA) durchgeführt werden. Als weiteres Referenzverfahren kommt die energiedispersive Synchrotronstrahlenanalyse zum Einsatz. Als letztes Ziel soll zu Projektende ein zuverlässiger und robuster Versuchsaufbau entwickelt sein, der solche Echtzeit-Experimente im einfachen Röntgenlabor, auch unter industriellen Anwendungsaspekten, ermöglicht. Dabei erfolgt die Bestimmung des Beugungsmusters im Sekundenmaßstab, wodurch z.B. sehr schnelle temperaturgetriebene Phasenumwandlungen (z.B. auch für den wichtigen Konstruktionswerkstoff Stahl) unter realen Prozessbedingungen untersucht werden können.

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Verbundwerkstoffe

In mehreren Projekten werden Verbundwerkstoffe, insbesondere von Metall-Keramik-Verbunden, erforscht. Tätigkeitsschwerpunkte sind die Entwicklung neuer Anlagen zur Verbesserung der Herstellungsprozesse. Ein wichtiges Ziel ist die Modifikation und Optimierung neuartiger Werkstoffe hinsichtlich charakteristischer und funktionaler Werkstoffkennwerte.

Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich intensiv mit der Erforschung von Verbundwerkstoffen, insbesondere Metall-Keramik-Verbunden. Tätigkeitsschwerpunkte liegen in der Entwicklung neuer Anlagen zur Herstellung und die Optimierung der Eigenschaften. Die wichtigsten Ziele sind die Modifikation und Verbesserung neuartiger Verbundwerkstoffe hinsichtlich:

  • Verschleißfestigkeit
  • tribologischer Eigenschaften
  • mechanischer Festigkeit und Dämpfung
  • thermischer Dehnung
  • E-Modul
  • Kriechbeständigkeit
  • thermische und elektrische Leitfähigkeit

Als Matrixmetalle werden in aller Regel Aluminium-, Kupfer- und Stahllegierungen eingesetzt. Die keramische Verstärkungsphase kann aus Aluminium- oder Titanoxid bestehen. Erfahrungen mit Titannitrid liegen auch vor.

Projektbeispiele

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Entwicklung von hochtemperaturbeständigen Werkzeugmaterialien für ein ultraschnelles Sinterverfahren FAST²

Projektziele:
  • FAST²-Prozess (Field Assisted Sintering Technology)
  • Ultraschneller Sinterprozess durch konduktive Werkstückaufheizung
  • Hohe thermisch-mechanische Belastung des Werkzeugs
  • Heiz- und Kühlraten >1000 K/min
  • Hoch produktiver Prozess (gleichzeitiges Pressen und Sintern)
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Herstellung von Verbundwerkstoffen durch Schmelzinfiltration

Integrierte Keramik-Metall-Verbunde für robuste Aufbau- und Verbindungs-Technologien leistungselektronischer Module

Projektziele:
  • Entwicklung neuartiger Verbundwerkstoffe mit integrierten Leitungs- und Isolationseigenschaften für den gezielten Einsatz als Wärmesenke in leistungselektronischen Modulen
  • Leistungselektronik für Hybrid- und Elektrofahrzeuge
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Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe

Beschichtung und Schmelzinfiltration von Keramikpreforms zur Herstellung von interpenetrierten Metallmatrix-Verbundwerkstoffen

Hintergrund:

Die selektive Verstärkung von Leichtmetallguss durch poröse keramische Vorformlinge (Preforms) stellt eine technisch und wirtschaftlich aussichtsreiche Anwendung für thermisch und mechanisch hochbeanspruchte Bauteile dar.

Projektziele:
  • Untersuchung der Beschichtung und Schmelzinfiltration von Keramik-Preforms zur herstellung von interpenetrierten Metallmatrix-Verbundwerkstoffen
  • Erforschung des Herstellungsprozesses von Preform-basierten Metall-Keramikverbunden (Preform-MMC) mit gezielt eingestelltem Preform-Gefüge und definierten Metall-Keramik-Grenzschichten
  • Modifikation der Grenzfläche durch nass-chemische Innenbeschichtung der Preforms, Tauchverfahren oder thermische Prozesse
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Kupfer-Graphit-Verbundwerkstoffe für triboelektrische Kontakte (Kohlebürsten)

Neuartige Kupfer-Graphit-Verbundwerkstoffe für Gleitkontakte als Elektro-Kontakt-Materialien in Kommutatoren mit höchster Beanspruchung und Zuverlässigkeit

Hintergrund:

Synthese neuartiger Kupfer-Graphit-Verbundwerkstoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften:

  • hohe Leitfähigkeit
  • geringer Verschleiß
  • thermische Stabilität
Projektziele:
  • Höchste Leistungsdichte und Lebensdauer von E-Maschinen, z.B. Start-Stopp-Systeme