Grenzflächenanalyse und -design in Pulvern, Grünkörpern und Bauteilen als Funktion druckloser und druckunterstützter Sinterung
Motivation
Bauteile in Hochtemperaturanwendungen wie die feuerfeste Ofenauskleidung in Schmelzgussprozessen oder Hitzeschilder für Gasturbinen erfordern Werkstoffe, welche für Betriebstemperaturen um 1500 °C ausgelegt sind. Stand der Technik sind grobkörnige technische Keramiken, darunter solche auf Aluminiumoxidbasis. Trotz der guten chemischen und oxidativen Beständigkeit ist die Lebensdauer solcher Bauteile aufgrund von Thermoschockbeanspruchung durch die großen thermischen Gradienten stark begrenzt. Mit der Zugabe einer metallischen Komponente kann allerdings aufgrund der erhöhten elektrischen Leitfähigkeit mittels Widerstandsheizen eine deutlich verlängerte Bauteillebensdauer erzielt werden. Die Erforschung der Kombination aus Aluminiumoxid und der Refraktärmetalle Niob oder Tantal im Rahmen der DFG Forschungsgruppe FOR3010 erscheint wegen des ähnlichen thermischen Ausdehnungsverhaltens als besonders vielversprechend.
Während der sintertechnischen Herstellung der Komposite können die Bildung weiterer Phasen durch eine Reaktion der beteiligten Pulver untereinander und/oder mit der Atmosphäre sowie Elementsegregationen an Korngrenzen einen entscheidenden Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften haben. Hierbei ist von Interesse, ob diese durch Anpassung der Herstellbedingungen wie Temperatur, Druck und Sinteradditive gezielt eingestellt werden können.
Ziele
- Mehrskalige Untersuchung der Mikrostruktur drucklos und druckunterstützt gesinterter Gießmassen zur Bestimmung vorliegender Phasen und Segregationen
- Nachstellung und gezielte Untersuchung ausgewählter Reaktionen an wärmebehandelten magnetrongesputterten Schichtverbunden
- Verständnis um die ablaufenden Reaktionen und deren gezielte Beeinflussung durch Einstellung der Verarbeitungsparameter
Untersuchungen
- Röntgenbeugung und rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen zur Strukturbestimmung und Gefügeanalyse
- Atomsondentomografie und Transmissionelektronenmikroskopie zur nanoskaligen Gefügeanalyse
- Bestimmung von Schichtadhäsionsenergien mittels Wasserstoffbeladung
Förderung
Forschungsgruppe 3010 "Refrabund" der Deutschen Forschungsgemeinschaft
Dieses Projekt wird durch die APT-Arbeitsgruppe durchgeführt.
