Entwicklung und komplexe Betrachtung neuartiger Silberbasis-Kontaktwerkstoffe
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Werkstoffsysteme Ag/W und Ag/WC mit Hilfe des MA erfolgreich zu Verbundpulvern mit feindisperser Verteilung der Verstärkungskomponente in der Ag- Matrix hergestellt werden können. Das Spektrum der Zusammensetzung der Verbundpulver reicht von einem minimalen Ag-Gehalt in Kombination mit W von 10 Gew.-% und WC von 20 Gew.-% und einem jeweils maximalen Gehalt von 35 und 40 Gew.-%. Für beide Materialsysteme ist kein PCA notwendig, was keine weiteren Austreibungsprozeduren notwendig macht. Zusätzlich sind im Rahmen der Nachweisgrenze des XRD keine signifikanten Verunreinigungen detektierbar, was den Hauptnachteil des MA entkräftet. Die Verarbeitung des Systems Ag/WC mit dem MA eröffnet eine schnelle Einbindung der WC-Komponente in das Matrixmaterial, wobei keine signifikante WC-Zerkleinerung stattfindet. Entsprechend besteht für spätere bedarfsgerechte Anpassungen des Verbundwerkstoffes die Möglichkeit, dass die Verstärkungskomponente hinsichtlich der eingebrachten WC-Fraktion und Fraktionskombination gezielt gesteuert werden kann. Beim System Ag/W kann zudem eine signifikante W-Verformung detektiert werden, die für nachfolgende Untersuchungen, speziell hinsichtlich des Effektes auf das spätere Materialverhalten, einen interessanten Forschungsansatz bietet. Anhand unterschiedlicher Rotordrehzahlen sowie durch den Einsatz einer Mahleinheit mit industrierelevanterem Mahlvolumen ergeben sich erste Optimierungspotenziale, wobei Forschungsbedarf für Effizienzbetrachtungen besteht. Hinsichtlich der Verpressung der Ag/W- und Ag/WC-Verbundpulver werden die Grenzen der Handhabbarkeit und Offen- bzw. Geschlossenporigkeit der Presslinge speziell im Hinblick auf die spätere Infiltration (Infiltrationsbarrieren aufgrund geschlossener Porosität) deutlich. Eine Fraktionierung durch z.B. die Siebtechnik und spätere Kombination der Fraktionen zur gezielten Einstellung der Porigkeit ist nicht realisierbar. Zusammenfassend bezüglich der Sinterung und der Infiltration sowie die Dichtsinterung ist festzustellen, dass mit unterschiedlichen Sinterparametern deutliche Festigkeitsgewinne gegenüber den Presslingen erzeugt werden konnten. XRD-Phasenanalysen verdeutlichten, dass sowohl die Sinterung im Vakuumofen als auch im Rohrofen unter Schutzgas möglich ist. Der Weg der Infiltration sollte kritisch überdacht werden, da sich offenbar weder eine erfolgreiche Benetzung noch eine Infiltration einstellt. Hingegen wird der Prozess des Sinterns als vielversprechend angesehen, wobei dessen Parameter auch in Abstimmung mit möglichst hohen Verpressdrücken sowie Druckbeaufschlagungen während des Sinterns einzustellen sind. Hinsichtlich der Verbundpulverherstellung sowie der anschließenden Kompaktierung der durch Mechanisches Legieren erzeugten Ag/W- und Ag/W-Verbundwerkstoffe besteht der hauptsächliche Forschungsbedarf in der erfolgreichen Kompaktierung. Entsprechend erster vielversprechender Versuche bietet sich die Sinterung unter Druckbeaufschlagung an, wie bspw. das Rapid-Sinter- Pressing, was durch hohe Effektivität gekennzeichnet ist. Eine Minimierung noch vorhandener Poren und Inhomogenitäten ist weiterhin erforderlich. Ferner besteht Forschungsbedarf hinsichtlich der beim Sinterprozessschritt ablaufenden Einformung der W-Komponente. Zudem sind Untersuchungen zur Effektivität des Verfahrens speziell im Bezug auf die Skalierbarkeit der Mahleinheit und die damit der verarbeitbaren Pulvermengen sowie eingetragenen Energien von Interesse.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Mechanisches Legieren von Silber/Wolframcarbid- Verbundpulvern für Kontaktwerkstoffe. In: Wanner, A., Weidenmann, K.A. (Hrsg.): Tagungsband zum 19. Symposium Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde (2013) 230-239
Jung, H.; Nestler, D.; Lampke, T.; Wielage, B.
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Mechanisches Legieren – ein effizientes Verfahren zur Verbundpulvererzeugung unterschiedlichster Zusammensetzung. In: Wielage, B. (Hrsg.): Schriftenreihe Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen, Tagungsband zum 16. Werkstofftechnisches Kolloquium Chemnitz, 50 (2013) 360-366
Wielage, B.; Lampke, T.; Nestler, D.; Jung, H.
