Mechanische Hochtemperatureigenschaften und Schädigung refraktärer Verbundwerkstoffe

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst Biermann; Privatdozentin Dr.-Ing. Anja Weidner
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416817512

Grobkörnige refraktäre Verbundwerkstoffe weisen aufgrund ihrer geringen Schwindung beim Sintern, der Plastizität bei hohen Temperaturen und der elektrischen Leitfähigkeit ein hohes Potential für Anwendungen in Hybrid-Bauweise, wie z.B. in beheizbaren Hitzeschilden oder als Stopfen für den Stahlguss, auf. Ziel des Teilprojektes TP 3 ist es, in der zweiten Förderperiode die mechanischen Eigenschaften und das Schädigungsverhalten der im Rahmen der Forschungsgruppe generierten Verbundwerkstoffe und Modell-Werkstoffverbunde (Hybrid-Hitzeschilder und Hybrid-Stopfen) basierend auf grobkörnigem Al2O3 als äußerer Mantel und grobkörnigen metallokeramischen Verbundwerkstoffen (60% Nb oder Ta und 40% Al2O3) als elektrisch beheizbarer Kern bei hohen Temperaturen zu erforschen. Die Hochtemperatureigenschaften wie Druckfestigkeit, Kriech- und Spannungsrelaxationsverhalten der einzelnen Komponenten der Werkstoffverbunde (i) grobkörniges Al2O3 und die Verbundwerkstoffe (ii) aus dem Schlickergießverfahren, (iii) aus Granulaten der Alginatroute und (iv) aus additiv gefertigten Granulaten, sowie des Hybrid-Verbundes sollen dabei im einsatzrelevanten Temperaturbereich erforscht werden. Zudem soll der Einfluss des zyklischen kaltisostatischen Pressens (verschiedene Pressdrücke und Druckpulsationen) und der anschließenden Sinterregime (1600°C, 1700°C) auf die mechanischen Eigenschaften und das Schädigungsverhalten der Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen vorsynthetisierten Körnungen aus TP 1 bei Temperaturen bis zu 1600°C erforscht werden. Dabei kommen die gleichen Verbundwerkstoffgranulate wie für die Sandwich-Strukturen zum Einsatz. Interessant ist weiterhin der Vergleich der mechanischen Eigenschaften der porösen Verbundwerkstoffe mit den im TP 6 mittels FAST gesinterten Proben, die eine wesentlich geringere bzw. eine vernachlässigbare Porosität aufweisen. Darüber hinaus stehen die bruchmechanischen Eigenschaften im Fokus. Von besonderem Interesse ist dabei auch das Schädigungsverhalten an der Grenzfläche Keramik/Verbundwerkstoff in der Sandwich-Struktur. Mit 4-Punkt-Biege-Versuchen an gekerbten und ungekerbten Proben soll das Schädigungsverhalten des metallokeramischen Kerns und der grobkörnigen Al2O3-Ummantelung erforscht werden. Neben den Schallemissionsmessungen soll für die Sandwich-Strukturen auch eine thermographische Untersuchung Anwendung finden, mit der die Schädigungsentwicklung im keramischen Mantel der Sandwich-Strukturen beim Aufheizen sowie bei einer mechanischen Beanspruchung detektiert werden soll.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 3010: Multifunktionale, grobkörnige, refraktäre Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde für großvolumige Schlüssel-Bauteile in Hochtemperaturprozessen