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Werkstoffe und Prozesse

Leiter der Abteilung: Prof. (apl.) Dr.-Ing. Thomas Hanemann

Die Abteilung „Werkstoffe und Prozesse“ beschäftigt sich im Rahmen der programmorientierten Förderung mit der Entwicklung neuer Materialien für Anwendungen in der Mikrosystemtechnik und Nanotechnologie, der Fusionsforschung sowie der Batterietechnik. In allen Fällen wird ein ganzheitlicher Ansatz verfolgt, d.h. es werden jeweils die gesamten Prozessketten, beginnend bei der Materialherstellung über geeignete Formgebungs- oder Strukturierungsverfahren bis hin zur Bauteilherstellung betrachtet. Dies gilt sowohl für die Forschungsarbeiten im Bereich des Pulverspritzgießens von keramischen oder metallischen Bauteilen, der Materialentwicklung für verschiedene Verfahren des 3D-Drucks (Mikrostereolithographie, Fused Deposition Modeling) als auch für die Entwicklung sicherer Elektrolyte für Lithium-Ionen-Batterien. Es besteht im Bereich des 3D-Drucks eine enge Kooperation mit der Professur für Werkstoffprozesstechnik am Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (www.imtek.de/wpt).

 

Aktuelles

Herrn Robert Löwe erhielt den Posterpreis der EnBW-Stiftung für das Poster mit dem Titel ,,Polymerized lonic Liquids as Solid Electrolyte Membranes in Lithium lon Batteries", überreicht wurde er am 04.07.2019 lm Rahmen der 8. Jahrestagung des KIT-Zentrums Energie.

 

Das IAM-WK unterstützt gemeinsam mit dem Fab Lab Karlsruhe die Herstellung von Schutzmasken für das St. Vincentius-Krankenhaus.

 

Herstellung von Langmuir Sonden für das WEST Projekt Phase 2
 

Im Rahmen der Kooperation KIT-CEA wurden im IAM-WK mittels Wolfram-Pulverspritzguss Langmuir Sonden mit einem neuen Design für die zweite Phase das WEST Projektes in Cadarache (Frankreich) hergestellt. (BILD 1)

 

Der Zeitrahmen von der Zeichnungsfreigabe bis zur Auslieferung der finalen Proben betrug insgesamt nur 4 Monate. Die einzelnen Prozessschritte zur Fertigung erfolgten im KIT. So wurden z.B. in Kooperation mit dem IBG-2 die Formeinsätze für das Spritzgusswerkzeug angefertigt und die Proben geschliffen. Nur die finale Hochtemperaturwärmebehandlung erfolgte in Kooperation mit der Industrie (PLANSEE SE, Österreich).
 

In einer ersten Testphase wurden 2016 schon einmal Sonden hergestellt, im WEST Tokamak eingebaut und erfolgreich getestet.

Diese neue Serie unterscheidet sich wesentlich im Design. Die Befestigung erfolgt an den Wolfram-Monoblöcken, jeweils mit zwei Gewindebolzen und einer Bohrung für einen Ausrichtungsstift. (BILD 2)

 

Die Sonden liefern Messergebnisse zur Plasmatemperatur, zum Partikel- und Wärmefluss, sowie zum radialen elektrischen Feld am Target mit einer Zeitauflösung von 4ms unter einem ITER-relevanten Divertor-Wärmefluss von ~ 10MW/m2 zu den Targets.

Das WEST Projekt geht jetzt in Phase 2 und das erste Plasma wird für Oktober 2020 erwartet.


















Am 26. und 27. Juni 2019 fand das EUROfusion WPMAT-HHFM Monitoring Meeting statt.

Während des zweitägigen Meetings wurden Vorträge mit Ergebnissen zum Stand der Arbeiten im aktuellen Arbeitsprogramm rund um die Themen "plasma facing materials, heat sink materials, fabrication, joining techniques and charaterization" präsentiert und diskutiert.

 

Image-Film zum DHBW-Studium als Bachelor of Engineering Maschinenbau am IAM-WK_Campus Nord

https://jobsaround.tv/smartvideo/a7c50d3c5aa7e4a5133b0

 

Image-Film zum CIM-Expertenkreis in der Deutschen Keramischen Gesellschaft (DKG)

CIM = Ceramic Injection Molding = Keramisches Pulverspritzgießen

>>Video<<

Verstärkung für Elektrolyt
Neue Materialklasse aus füllstoff-verstärkten polymerisierten Ionogelen einsetzbar als Festoffelektrolyt-Membran für Lithium-Ionen-Batterien.


Weitere Einzelheiten können Sie folgendem Link aus dem Newsletter Technologietransfer und Innovation des KIT, Ausgabe 2/2018, entnehmen: https://www.kit-technology.de/de/export-als-pdf/?type=89142&proposalID=650


 

 

 

Anlieferung unserer neuen Spritzgießmaschine "Arburg 470".

 

Forscherinnen und Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), in der Arbeitsgrupppe von Dr. Antusch, ist es gelungen, mit einem handelsüblichen
3D-Drucker das Metall Wolfram zu drucken.

In den "Badischen Neuesten Nachrichten" wurde der Artikel am 06.03.2018 und im "Maschinenmarkt" am 08.03.2018 veröffentlicht. 

Einen weiteren Beitrag zu diesem Thema finden Sie in "FUSION in Europe".

Forschungsvorhaben

 

Prof. Dr.-Ing. Michael Türk, Institut für Technische Thermodynamik und Kältetechnik, Karlsruher Institut für Technologie

Dr. rar. nat. Andreas Greiner, Institut für Mikrosystemtechnik, Universität Freiburg

Prof. Dr.-Ing. Thomas Hanemann, Institut für Angewandte Materialien, Karlsruher Institut für Technologie (Abteilungsleiter, unbefristet) und Institut für Mikrosystemtechnik, Universität Freiburg

 

Erfassung und Steuerung dynamischer lokaler Prozesszustände in Mikroreaktoren mittels neuer in-situ-Sensorik" für das Teilprojekt TP 4 "Elektrisches Monitoring der Fällung von Metalloxid-Nanopartikeln in keramischen Mikroreaktoren in nahe- und überkritischem Wasser

Prof. Dr.-Ing. Thomas Hanemann

Rapid Prototyping von mikrotechnischen Bauteilen aus Keramik und Metall mittels Powder Fused Deposition Modeling

Professor Dr.-Ing. Thomas Hanemann

Erfassung und Steuerung dynamischer lokaler Prozesszustände in Mikroreaktoren mittels neuer in situ-Sensorik, Teilprojekt 4: Elektrisches Monitoring der Fällung von Metalloxid-Nanopartikeln in keramischen Mikro-Reaktoren in nahe- und überkritischem Wasser

Prof. Dr.-Ing. Thomas Hanemann, Dr. Steffen Scholz, Dr. Katja Nau, Dr. Tobias Müller

Novel nanoparticle enhanced Digital Materials for 3D Printing and their application shown for the robotic and electronic industry

Prof. Thomas Hanemann

Sichere Elektrolyte für Lithium-Ionen-Batterien

Dr. Andreas Hofmann

Untersuchung des Einflusses von nanoskaligen Füllstoffen auf die Eigenschaften von Elektrolyten für Lithium-Ionen-Zellen

Dr. Volker Piotter, Dr. Rainer Oberacker

Entwicklung des Pulverspritzgießprozesses und Bewertung des Eigenschaftspotentials von kurzfaserverstärkten Oxid-Oxid-Komposite

Dr. Volker Piotter

Standardisierung von Prüfpartikeln durch versuchsunterstützte Approximation des Schädigungsverhaltens gefräster Späne

Dr. Volker Piotter

Herstellung gestufter Mikrokomponenten mit Einlegeteilen durch galvanische Abscheidung in mikrostrukturierten zweikomponentigen Kunststoffvorformen

 


Dr. Andreas Hofmann
 

Entwicklung einer Messmethode und Messzelle zur Quantifizierung von Elektrolyten und Separatoren für chemische Energiespeicher

 

Aktuelle Veröffentlichungen

Investigations on the Processing of Ceramic Filled
Inks for 3D InkJet Printing

Dennis Graf, Afnan Qazzazie and Thomas Hanemann
Materials (2020), 13(11), 2587

doi:10.3390/ma13112587

Development of a multi-material stereolithography
3D printing device

Bilal Khatri, Marco Frey, Ahmed Raouf-Fahmy, Marc-Vincent Scharla and Thomas Hanemann
Micromachines 2020, 11, 532

doi:10.3390/mi11050532

3D Printing of ABS Barium Ferrite Composites

Thomas Hanemann, Diana Syperek and Dorit Nötzel
Materials (2020), 13(6), 1481

doi:10.3390/ma13061481

Development of a brazing procedure to join W-2Y2O3 and W-1TiC PIM materials to Eurofer

 

J. de Prado, M. Sánchez, S. Antusch and A. Ureña

Phys. Scr. T171 (2020) 014022 (4pp)

 

https://doi.org/10.1088/1402-4896/ab4393

Fracture behavior of tungsten-based composites exposed to steady-state/transient hydrogen plasma

 

Y. Li1, T.W. Morgan, J.A.W. van Dommelen, S. Antusch, M. Rieth, J.P.M. Hoefnagels, D. Terentyev, G. De Temmerman, K. Verbeken and M.G.D. Geers;
Nuclear Fusion, 4/60, 046029

 

https://doi.org/10.1088/1741-4326/ab77e7

2019

Charakterisierung additiv gefertigter keramischer Bauteile via FFF-Verfahren

Dorit Nötzel, Thomas Hanemann, Ralf Eickhoff;
Keramische Zeitschrift, 06|2019, 56 - 61
>>Artikel als PDF<<

von der Seite Springerprofessional

https://doi.org/10.1007/s42410-019-0074-7

 

Additives for Cycle Life Improvement of High-Voltage
LNMO-Based Li-Ion Cells.

Andreas Hofmann, Andres Höweling, Nicole Bohn, Marcus Müller,
Joachim R. Binder, Thomas Hanemann; 
ChemElectroChem 2019, 6, 5255–5263.

DOI: 10.1002/celc.201901120

Powder injection molding of oxide ceramic CMC.

Piotter, Volker; Tueluemen, Metin, Hanemann, Thomas, Hoffmann, Michael, Ehreiser, Benjamin; 
2019. Key engineering materials, 809, 148–152.

doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.809.148

Investigation of conductive hybrid polymer composites reinforced with
copper micro fibers and carbon nanotubes produced by injection molding.

Saeed Doagou-Rad, Aminul Islam, Steffen Antsuch, Judith Jung, Alexander Klein, Klaus Plewa, Volker Piotter;
Materials Today Communications 20 (2019) 100566, pp. 1-7.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352492819303046?via%3Dihub

Ceramic Injection Moulding using 3D-Printed Mould Inserts.

Anna J. Medesi, Dorit Nötzel, Jonas Wohlgemuth, Matthias Franzreb, Thomas Hanemann;
Ceramics in Moden Technolgies, Year 2019, Volume 1, Issue No 2, August.

doi.org/10.29272/cmt.2019.0001

Low-flammable electrolytes with fluoroethylene carbonate based solvent mixtures and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide for lithium-ion batteries.

Zhengqi Wang, Andreas Hofmann, Thomas Hanemann;
Data in Brief, Volume 23, April 2019, Pages 103703.

doi.org/10.1016/j.electacta.2018.12.117

 

 

Manufacturing, high heat flux testing and post mortem analyses of a W-PIM mock-up.

Steffen Antusch, Eliseo Visca, Alexander Klein, Heinz Walter, Kilian Pursche, Marius Wirtz, Thorsten Loewenhoff, Henri Greuner, Bernd Böswirth, Jan Hoffmann, Daniel Bolich, Gerald Pintsuk, Michael Rieth;
Nuclear Materials and Energy, Vol. 20, August 2019, 100688.

doi.org/10.1016/j.nme.2019.100688

Investigation of Feedstock Preparation for Injection Molding of Oxide–Oxide Ceramic Composites.

Hasan Metin Tülümen, Thomas Hanemann, Volker Piotter, David Stenzel;
Journal of manufacturing and materials processing, 3, 1, 9 (2019).

DOI: 10.3390/jmmp3010009

Experimental dataset on electrolyte mixtures containing fluoroethylene carbonate and lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide.

Zhengqi Wang, Andreas Hofmann, Thomas Hanemann;
Data in Brief, 23, Article 103703 (2019).

DOI: 10.1016/j.dib.2019.103703

 

Comprehensive characterization and material modeling for ceramic injection molding simulation performance validations.

Tosello, Guido; Marhöfer, David Maximilian; Islam, Aminul; Müller, Tobias; Plewa, Klaus; Piotter, Volker; The international journal of advanced manufacturing technology (2019).

DOI: 10.1007/s00170-018-03251-3

Overcoming oxygen inhibition effect by TODA in acrylate-based ceramic-filled inks.

Rostami, Nazila; Graf, Dennis; Schranzhofer, Leo; Hild, Sabine; Hanemann, Thomas; Progress in Organic Coatings, 130, 221-225 (2019).

DOI: 10.1016/j.porgcoat.2019.01.048

Electrophoretic Deposition of BiVO₄ Layers on FTO Substrates for Photo Electro-chemical Cells.

Megnin, C.; Mauck, M.; Hertkorn, D.; Hanemann, T.; Mueller, C.; Ceramics silikaty, 63, 1, 124-130 (2019).

DOI: 10.13168/cs.2019.0004

Influence of Al₂O₃ Nanoparticle Addition on a UV Cured Polyacrylate for 3D Inkjet Printing

Graf, Dennis; Burchard, Sven; Crespo, Julian; Megnin, Christof; Gutsch, Sebastian; Zacharias, Margit; Hanemann, Thomas; Polymers, 11, 4 (2019). Article 633

doi.org/10.3390/polym11040633

PVB/PEG-Based Feedstocks for Injection Molding of Alumina Microreactor Components.

Medesi, Anna Julia; Nötzel, Dorit; Hanemann, Thomas, Materials, 12, 8 (2019), Article: 1219.

https://www.mdpi.com/1996-1944/12/8/1219

The influence on sintering and properties of sodium niobate (NaNbO₃) ceramics by “non-stoichiometric” precursor compositions.

Ruf, T.; Mauck, M.; Megnin, C.; Winkler, M.; Hillebrecht, H.; Hanemann, T.; Materials chemistry and physics (2019), 229, 437-447.

doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.03.037

High pulse number thermal shock testing of tungsten alloys produced by powder injection molding.

Loewenhoff, Th.; Antusch, S.; Pintsuk, G.; Rieth, M.; Wirtz, M.; Nuclear materials and energy, 20, 100680. 

DOI: 10.1016/j.nme.2019.100680

Polymerizable Ionic Liquids for Solid-State Polymer Electrolytes.

Löwe, R.; Hanemann, T.; Hofmann, A. (2019); Molecules, 24 (2), 324.

doi:10.3390/molecules24020324

2018

New materials for powder injection molding - High entropy alloys and ceramic matrix composites.

Piotter, V.; Plewa, K.; Oberacker, R.; Tueluemen, M.; Wagner, J. (2018) Funtai-oyobi-funmatsu-yakin, 65 (7), 427-430. 

doi:10.2497/jjspm.65.427

Fused Filament Fabrication of Small Ceramic Components.

Nötzel, D.; Eickhoff, R.; Hanemann, T. (2018). Materials, 11 (8), 1463-1473. 

doi:10.3390/ma11081463

Processing of Complex Near-net-shaped Tungsten Parts by PIM.

Antusch, S., Hoffmann, J., Klein A., Gunn, J.P., Rieth, M., Weingärtner, T. (2018); Nuclear materials and energy, 16, 71-75.

doi:10.1016/j.nme.2018.05.023

 

Fused Deposition Modeling of ABS-Barium Titanate Composites: A Simple Route towards Tailored Dielectric Devices.

Khatri, B., Lappe, K., Habedank, M., Müller, T., Megnin, C., Hanemann, T. (2018); Polymers, 10 (6), 666-683.

doi:10.3390/polym10060666

Tensile properties of baseline and advanced tungsten grades for fusion applications.

Yin, C.; Terentyev, D.; Pardoen, T.; Bakaeva, A.; Petrov, R.; Antusch, S., Rieth, M.; Vilemova, M., Matejicek, J., Zhang, T. (2018): International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, September 2018, Volume 75, 153-162.

doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2018.04.003

Optical and Thermomechanical Properties of Doped Polyfunctional Acrylate Copolymers.

Hanemann, T.; Honnef, K. (2018): Polymers 2018, 10 (3); 337.

2018. Polymers, 10 (3), Art.Nr. 337. doi:10.3390/polym10030337

Recrystallization and composition dependent thermal fatigue reponse of different tungsten grades.

Pintsuk, G.; Antusch, S.; Weingärtner, T.; Wirtz, M.; 2018. International journal of refractory metals & hard materials, 72, 97-103.

doi:10.1016/j.ijrmhm.2017.11.039

Refractory Materials for Energy Applications.

Antusch, S.; Reiser, J.; Hoffmann, J.; Onea, A.; 2017. Energy technology, 5 (7), 1064–1070.

doi:10.1002/ente.201600571

Preventing Li-ion cell explosion during thermal runaway with reduced pressure.

Hofmann, A.; Uhlmann, N.; Ziebert, C.; Wiegand, O.; Schmidt, A.; Hanemann, T.; 2017. Applied thermal engineering, 124, 539-544.
doi:10.1016/j.applthermaleng.2017.06.056

Development of a Ceramic Injection Molding Process for Liquid Jet Nozzles to be applied for X-ray free-electron lasers.

Piotter, V., Klein, A., Plewa, K., Beyerlein, K.R., Chapman, H.N. , Bajt, S.; Microsystem technologies, 24 (2), 1247-1252.

doi.org/10.1007/s00542-017-3493-7

Manufacturing of Integrative Membrane Carriers by Novel Powder Injection Molding.

Piotter, V., Klein, A., Müller, T., Plewa, K.; Microsyst Technol (2016) 22:2417–2423,

doi:10.1007/s00542-015-2563-y

Powder injection moulding of multi-material devices.

Piotter, V., Honza, E., Klein, A., Müller, T., Plewa, K.; Powder Metallurgy 2015, Vol. 58, No. 5, 344-348

doi:10.1179/0032589915Z.000000000256

Opportunities for producing dimensionally enhanced powder-injection-molded parts [in press]

Piotter, V., Klein, A., Müller, T., Plewa, K.

doi:10.1016/j.mprp.2017.06.071

Inkjet-printed internal light extraction layers for organic light emitting diodes.

Eiselt, T.; Preinfalk, J. B.; Bittkau, K.; Gomard, G.; Hanemann, T.; Lemmer, U. 2018. Flexible and printed electronics, 3 (1), 015007.

doi:10.1088/2058-8585/aaa37b



A 3D-Printable Polymer-Metal Soft-Magnetic Functional Composite—Development and Characterization.

Khatri, B.; Lappe, K.; Noetzel, D.; Pursche, K.; Hanemann, T. 2018. Materials, 11 (2), 189-201.

doi:10.3390/ma11020189


Ink-jet printed optical waveguides.

Bollgruen, P.; Wolfer, T.; Gleissner, U.; Mager, D.; Megnin, C.; Overmeyer, L.; Hanemann, T.; Korvink, J. G. 2017. Flexible and printed electronics, 2 (4), Art. Nr.: 045003.

doi:10.1088/2058-8585/aa8ed6

Pulsed laser deposition of piezoelectric lead zirconate titanate thin films maintaining a post-CMOS compatible thermal budget.

Schatz, A.; Pantel, D.; Hanemann, T. 2017. Journal of applied physics, 122, 114502/1-8.

doi:10.1063/1.5000367

Large-Area Screen-Printed Internal Extraction Layers for Organic Light-Emitting Diodes.

Preinfalk, J. B.; Eiselt, T.; Wehlus, T.; Rohnacher, V.; Hanemann, T.; Gomard, G.; Lemmer, U. 2017. ACS photonics, 4 (4), 928-933.

doi:10.1021/acsphotonics.6b01027

 

Automated Misalignment Compensating Interconnects Based on Self-Written Waveguides.

Günther, A.; Schneider, S.; Rezem, M.; Wang, Y.; Gleissner, U.; Hanemann, T.; Overmeyer, L.; Reithmeier, E.; Rahlves, M.; Roth, B. 2017. Journal of lightwave technology, 35 (13), 2678-2684.

doi:10.1109/JLT.2017.2692305