Erarbeitung der Gesetzmäßigkeiten der Schaumstrukturbildung im Gefrierschäumprozess bio-kompatibler Keramikschäume

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Maik Gude; Dr.-Ing. Tassilo Moritz
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310892168

Gefrierschäume sind neuartige und innovative, auf einem Direktschäumungsprozess basierende, zellulare Strukturen, die aus jedem pulvertechnologisch verarbeitbaren Material erzeugt werden können. Der Schaumherstellungsprozess wird über ein sehr komplexes Zusammenspiel verschiedenster Prozess- und Materialparameter beeinflusst, die bisher rein empirisch gewählt wurden und darüber hinaus schwer reproduzierbar waren. Zur gezielten und anwendungsbezogenen Eigenschaftsgestaltung, besteht die Notwendigkeit, auftretende Phänomene bei der Schaumbildung und die Auswirkung relevanter Prozess- und Materialparameter auf die Strukturbeschaffenheit zu untersuchen, um so Herstellungs- und Qualitätsrichtlinien (z.B. mechanische Festigkeiten, Zell-/Porengrößen, Porengrößenverteilung) ableiten zu können. Die Einsatzmöglichkeiten derartiger Schaumstrukturen überdecken ein sehr breites Spektrum und reichen von biomedizinischen Anwendungen (z.B. Knochenersatz- oder Zellasservierungsmaterial) über Träger für Katalysatoren, Biosensoren oder Arzneimittel bis zu Wärme- und Geräuschdämmstoffen. Die Vielfalt dieser Anwendungen ergibt sich aus der Bandbreite möglicher Ausgangssuspensionen und vor allem aus den prozessparameterabhängigen Schaumstruktureigenschaften, wie der Zellgeometrie, der Zellengrößenverteilung, der Anteile offener und geschlossener Zellen sowie der Beschaffenheit der Zellenstege.In der abgeschlossenen ersten Phase (Fördernummer 310892168) gelang es, ein tiefergehendes Verständnis über die Gesetzmäßigkeiten der Gefrierschaumstrukturbildung zu erlangen, indem Analysen zum Einfluss ausgewählter Suspensions- und Prozessparameter auf relevante Struktureigenschaften biokompatibler Keramikschäume durchgeführt wurden. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse liegt der Fokus der Vorhabensfortsetzung auf der gezielten Einstellung und Maßschneiderung der Makrostruktur (Homogenisierung d. Porengrößen-/verteilung in den Schaumzellen) und der Mikrostruktur (Beeinflussung und Steuerung von Gefrierstrukturen in den Stegporen) zu beanspruchungs- und anwendungsgerechten keramischen Schäumen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen