Hochtemperaturofen mit kontrollierter Atmosphäre, Datenerfassung und Materialcharakterisierung

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454647179

Ein Schwerpunkt des im September 2019 neu gegründeten Lehrstuhls für Materials Engineering am Institut für Materials Resource Management (MRM) der Universität Augsburg liegt in der Herstellung maßgeschneiderter Keramiken, insbesondere nichtoxidischer keramischer Faserverbundwerkstoffe unter genauer Einstellung und Kontrolle der Prozessbedingungen. Dazu sollen während der thermischen Prozessschritte die Prozessparameter sowie die resultierenden Materialeigenschaften online mittels Sensorik erfasst werden, um den Einfluss der Prozessbedingungen auf die Materialeigenschaften detailliert erarbeiten zu können. Für diese Vorgehensweise wird ein Hochtemperaturofen benötigt, der über eine umfangreiche Mess- und Regelungstechnik sowie Sensorik und Analytik verfügt. Die erzeugten Messdaten dienen zum einen der Steuerung des Hochtemperaturprozesses. Zum anderen werden die Messdaten auch mit den mechanischen und physikalischen Eigenschaften der Werkstoffe korreliert. Basierend auf dieser Prozessparameter-Eigenschafts-Korrelation erfolgt eine definierte Anpassung des Herstellungsprozesses zur Optimierung der Materialeigenschaften. Zudem fließen die Sensordaten und die Prozessparameter-Eigenschafts-Korrelation in die digitale Werkstoffentwicklung ein, um eine Vorhersage von Bauteileigenschaften auf Basis der Ausgangsmaterialien und Prozessparametern zu ermöglichen. Alle experimentell bestimmten Daten, insbesondere die online-Messung der Materialeigenschaften entlang der Prozesskette, gehen in die digitale Werkstoffentwicklung ein. Ziel ist die Vorhersage der Eigenschaften des finalen keramischen Faserverbundwerkstoffs in Abhängigkeit der Prozessparameter und Ausgangsmaterialien, um im Umkehrschluss eine rechnerbasierte Werkstoff- und Prozessauswahl, ein sogenanntes „Reverse Material Engineering“, zu ermöglichen.Ein weiteres Ziel ist die ressourceneffiziente Herstellung faserverstärkter Keramiken, welche basierend auf der sensorbasierten intelligenten Hochtemperaturprozessierung adressiert werden soll. So ist geplant, eine Nachhaltigkeitsbewertung für keramische Faserverbundwerkstoffe zu erarbeiten und mögliche Kompromisse zwischen optimalen Materialeigenschaften und ökologischen Aspekten zu eruieren. Bislang wurden Werkstoffe auf ihre bestmöglichen Eigenschaften optimiert, die Kostenfrage an die kommerziellen Hersteller weitergegeben und die Energieeffizienz höchstens aus Kostensicht betrachtet. Mit diesem Ansatz wird es möglich sein, ressourceneffiziente Werkstoffe und Bauteile digital und real zu entwickeln, bei denen anwendungsrelevante Eigenschaften, erforderliche Lebensdauer, Recyclierbarkeit sowie Energie- und Ressourcenverbrauch optimiert und Kosten minimiert werden können. Die intelligente Herstellung und die resultierende Prozessparameter-Eigenschaftskorrelation dient damit der Betrachtung der gesamten Prozesskette keramischer Faserverbundstrukturen, von der Materialsynthese bis zur Wiederverwertung unter ressourceneffizienten Gesichtspunkten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochtemperaturofen mit kontrollierter Atmosphäre und Datenerfassung
• Gerätegruppe: 8420 Spezielle Oefen (Induktions-, Lichtbogenheizung, Vakuumöfen)
• Antragstellende Institution: Universität Augsburg
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Dietmar Koch