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Zukunftswerkstoffe für heiße Umgebungen

Forscher der TU Chemnitz entwickeln künftig gemeinsam mit deutschlandweitem Expertennetzwerk Großserienanwendungen für oxidische Faserkeramik

Das Netzwerk „Entwicklung einer innovativen Großserientechnologie für faserverstärkte oxidkeramische Verbundwerkstoffe“ (OxiCer) ist im Januar 2020 an den Start gegangen. OxiCer verfolgt das Ziel, Keramikkomponenten für Hochtemperaturanwendungen zu erforschen. Das Netzwerk setzt sich aus drei Forschungseinrichtungen, 13 kleinen und mittelständische Unternehmen sowie fünf assoziierten Netzwerkpartnerinnen und -partnern zusammen. Koordiniert wird das Vorhaben von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) der Technischen Universität Chemnitz. Das Netzwerk wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Projektträger ist die VDI/VDE Innovation + Technik GmbH.

Prof. Dr. Lothar Kroll, Leiter der Professur SLK, hob anlässlich des Starts hervor: „Die Begeisterung zur Erforschung und Entwicklung neuer Werkstoffe und Herstellungstechnologien ist der treibende Motor dieses Netzwerkes. Ich freue mich, dass sich die daran beteiligten Expertinnen und Experten aus Forschung und Industrie dem zukunftsorientierten Gebiet der keramischen Verbundwerkstoffe widmen werden, um die Grundlagen für eine breite Anwendung abseits von hochpreisigen Spezialanfertigungen zu schaffen. Ich bin zuversichtlich, dass der Zusammenschluss eine Wende hin zu innovativen, kosteneffizienten und ressourcenschonenden Herstellungstechnologien bringen wird.“

Höhere Schadstofftoleranz

Gemeinsames Ziel des Netzwerks ist die Entwicklung von Verfahren, Dienstleistungen und Produkten von der Forschung bis hin zur Vermarktung auf dem Gebiet der sogenannten faserverstärkten Oxidkeramiken. Diese Werkstoffe sind gegenüber konventionellen Keramiken wesentlich schadenstoleranter. Während in herkömmlichen Keramiken bereits kleine Kratzer oder Fertigungsfehler zu einem Riss und damit zum Versagen führen können, sorgt die Verstärkung mit Aluminiumoxidfasern in dem neuen Werkstoff für verbesserte Eigenschaften wie mehr Stabilität. Insbesondere die Bruchzähigkeit, also der Widerstand des Materials gegen Rissbildung, und die Thermoschockbeständigkeit, das heißt die Robustheit bei schockartig auftretenden Temperaturveränderungen, können durch den Fasereinsatz gesteigert werden. Dadurch ergeben sich auch zahlreiche neue Anwendungsfelder.

Überall dort, wo hohe Temperaturen auftreten und Metalllegierungen in korrosiven Umgebungen an ihre Grenzen stoßen, sind faserverstärkte Oxidkeramik-Bauteile gefragt. Sie halten Temperaturen von über 1.000 Grad Celsius stand und können rasche Temperaturwechsel dank ihrer Faserverstärkung ohne Funktionsbeeinträchtigung ausgleichen. „Die Herstellung solcher Komponenten, beispielsweise für Chemieanlagen,

Gasturbinen und Brennöfen, erfolgt bislang meist in manufakturähnlicher Fertigung und unter Verwendung sehr teurer Werkstoffe. Das wollen wir nun ändern. Zum einen setzen wir im Netzwerk auf maßgeschneiderte Ausgangsstoffe für die Herstellung faserverstärkter Oxidkeramiken, zum anderen auf kosteneffiziente Herstellungsprozesse. Dazu nutzen wir bereits etablierte Verfahren, wie Spritzgießen, Pultrusion und 3D-Druck – bekannt als Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen. Doch indem wir deren Anwendung auf faserverstärkte Keramiken adaptieren, gelingt uns auch der Schritt in Richtung Großserie“, erklärt Prof. Dr. Daisy Nestler, Leiterin der Stiftungsprofessur Textile Kunststoff- und Hybridverbunde an der Professur SLK. So wollen sie und ihr Team neue, effiziente und ressourcenschonende Herstelltechnologien entwickeln, mit denen hohe Stückzahlen bei geringen Zykluszeiten produziert werden können. Für dieses Ziel schafft das Netzwerk OxiCer nun die Basis.

Weitere Informationen erteilen Prof. Dr. Daisy Nestler, Leiterin der Stiftungsprofessur Textile Kunststoff- und Hybridverbunde an der Professur SLK, Telefon +49 (0)371/531-36546, E-Mail daisy.nestler@mb.tu-chemnitz.de und Maike Böttcher, Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Professur SLK, Telefon +49 (0)371/531-36245, E-Mail maike.boettcher@mb.tu-chemnitz.de

(Autoren: Maike Böttcher, Peter Jacobi, Diana Schreiterer)

Matthias Fejes
23.01.2020

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