Hierarchical Cellular Ceramic Materials

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Peter Greil
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2009 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 142420505

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

Das Vorhaben befasst sich mit neuartigen Konzepten für die Auslegung und Fertigung hierarchischer zellularer Keramiken, die durch eine quasi-kristalline, translationsperiodische Anordnung von dichten oder porösen Zellen gekennzeichnet sind. Raumfüllende Hexaeder aus Al2O3 wurden als Modellsystem für dichte zellulare Keramiken untersucht. Die Grenzflächenbindung erfolgte durch eine polymere bzw. metallisch geprägte Bindephase. Im Fall metallischer Bindung wurden MAX Mischkristalle im System Ti2(Sn,Al)C erzeugt, die eine Rißheilfähigkeit durch Reaktion mit Umgebungssauerstoff aufweisen. Abhängig von der quasi-kristallinen Symmetrie wurden signifikante Steigerungen beispielsweise der Brucharbeit durch kontrollierte Rißablenkung entlang der building-bloc Grenzeflächen nachgewiesen. Die Forschungsarbeiten im Schwerpunkt zellulare Piezokeramik widmeten sich der Auslegung und Herstellung auxetischer Gitterstrukturen aus Piezokeramik, in denen durch Kopplung des auxetischen mit dem piezoelektrischen Verhalten Gitterstrukturen mit hohem hydrostatischem Dehnungsfaktor erzeugt werden sollen. Polarisierte Wabengitter wurden durch micromoulding eines PZT slurries in 3D gedruckte Gitter-Formen hergestellt. Optische Dehungsuntersuchungen am Modellsystem PZT im mechanischen und elektrischen Feld (transversale Kopplung) bestätigten signifikante Dehnungsverstärkungseffekte gegenüber dem Verhalten des dichten PZT Materials. Die Ergebnisse der Grundlagenuntersuchungen fließen in anwendungsorientierte Materialentwicklungsarbeiten mit hohem Innovationspotential ein, wobei piezeoelektrische Keramiken mit dehnungsverstärkenden planaren Gitterstrukturen für sensorische (und aktorische) Anwendungen im Vordergrund stehen.

Publications

• Generic Principles of Crack-Healing Ceramics, J.Adv.Ceram. 1 (2012) 249-267
  P. Greil
  
• Robocasting of Alumina Lattice Truss Structures, J.Ceram.Sci.Techn. 3 (2012) 81-88
  T. Schlordt, F. Keppner, N. Travitzky, P. Greil
  
• Vibration Assisted Self-Assembly Processing of Ceramic-Ba sed Composites with Modular Meta-Structure, J.Am.Cer.Soc. 95 (2012) 95-101
  M. Götz, T. Fey, P. Greil
  
• Oxidation behaviour of MAX phase Ti2Al(1-x)SnxC solid solution, J.Am.Ceram.Soc. 96 (2013) 1359-1362
  G. Bei, B.J. Pedimonte, T. Fey, P. Greil
  
• Photoelastic imaging of residual stress distribution in epoxy interface layers of ceramics with periodic building-bloc structure, Adv.Eng.Mat. 15 (2013) 1099-1104
  Fey,] T. Fey, M. Götz, P. Greil
  
• Robocasting of alumina hollow filament lattice structures, J.Europ.Ceram.Soc. 33 (2013) 3243-3248
  T. Schlordt, S. Schwanke, F. Keppner, T. Fey, N. Travitzky, P. Greil
  
• Conductive TiC/Ti-Cu/C composites fabricated by Ti-Cu alloy reactive infiltration into 3D-printed carbon preforms, J.Comp.Mat. 49 (2015) 1971-1976
  C.R: Rambo, N. Travitzky, P. Greil
  
• Mechanical and electrical strain response of a piezoelectric auxetic PZT lattice structure, Smart Mater.Struct. 25 (2015) 015017
  T. Fey, F. Eichhorn, G. Han, K. Ebert, M. Wegener, A. Roosen, K.I. Kakimoto, P. Greil
  
• Microstructural, mechanical and thermal characterization of alumina gel-cast foams manufactured with the use of agarose as gelling agent, J. Porous Mater. 22 (2015) 1305-1312
  T. Fey, B. Zierath, P. Greil, M. Potoczek
  
• Perspectives of nano-carbon based engineering materials, Adv.Eng.Mater. 17 (2015) 124-137
  P. Greil