Schwerpunkt 43: Technische Keramik und Pulverwerkstoffe

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1 Schwerpunkt 43: Technische Keramik und Pulverwerkstoffe im Institut für Angewandte Materialien (IAM) KIT University of the State of Baden-Württemberg and National Large-scale Research Center of the Helmholtz Association

2 Traditionelle Keramik Porzellan Knossos 700 v. Chr. Steingut 2

3 Baukeramik Fliesen auf dem Dach des Opernhauses in Sydney Ofen aus Schamotte 3

4 Technische Keramik Dieselrußfilter Strukturkeramik Funktionskeramik Kugellager Schneidkeramik Keramisches Hüftgelenk 4

5 Technische Keramik Dieselrußfilter Strukturkeramik Funktionskeramik Zündkerze Kugellager Schneidkeramik Lamda-Sonde Piezoinjektor Keramisches Hüftgelenk 5

6 SP 43: Technische Keramik und Pulverwerkstoffe (Hoffmann) Grundlagen der Herstellungsverfahren der Keramik und Pulvermetallurgie entfällt 6

7 Einführung in die keramischen Werkstoffe - WS Aufbau keramischer Werkstoffe Kristallbaufehler, Defektchemie Oberflächen, Grenzflächen und Korngrenzen Phasendiagramme (ternäre Systeme) Nichtmetallisch-anorganische Gläser Keramische Herstellungsverfahren Pulverherstellung und -aufbereitung Formgebungsverfahren Grünkörper Verdichtung und Kornwachstum Mechanische Eigenschaften Sprödbruchmodelle Verstärkungsmechanismen Grünkörper Pulver Sinterkörper Kontakt: Prof. Michael J. Hoffmann, IAM, Keramik im Maschinenbau, Tel.: 0721 / , mj.hoffmann@kit.edu 7

8 Struktur- und Funktionskeramiken - SS Gefüge-Eigenschafts-Korrelation und Anwendungen von Siliciumnitrid Siliciumcarbid Aluminiumoxid Zirkoniumdioxid Ferroelektrische Keramiken (BaTiO 3, Pb(Zr,Ti)O 3 PZT) Kontakt: Prof. Michael J. Hoffmann, IAM, Keramik im Maschinenbau, Tel.: 0721 / , mj.hoffmann@kit.edu 8

9 Grundlagen der Herstellungsverfahren der Keramik und Pulvermetallurgie - WS Partikelbasierte Werkstoffe Fallstudien Pulver: Eigenschaften und Charakterisierung Formgebung über Suspensionen und Pasten Stabilisierung Suspensionsrheologie Formgebungsverfahren Formgebung durch Pressen Kontakt: Dr.-Ing. Rainer Oberacker, IAM, Keramik im Maschinenbau, Tel.: 0721 / , Rainer.Oberacker@kit.edu 9

10 Pulvermetallurgische Hochleistungswerkstoffe - SS Der PM-Fertigungsprozess Pulverherstellung Pulvereigenschaften Formgebung Sintern 10

11 Pulvermetallurgische Hochleistungswerkstoffe - SS PM-Hochleistungswerkstoffe PM-Schnellarbeitsstähle Hartmetalle Dispersionsverfestigte PM-Werkstoffe Metallmatrix-Verbundwerkstoffe PM-Sonderwerkstoffe PM-Weichmagnete PM-Hartmagnete Lokale MMC-Verstärkung Kontakt: Dr.-Ing. Rainer Oberacker, IAM, Keramik im Maschinenbau, Tel.: 0721 / , Rainer.Oberacker@kit.edu 11

12 Struktur- und Phasenanalyse - WS Entstehung und Eigenschaften von Röntgenstrahlen Kristallographische Grundlagen Beugung von Röntgenstrahlung Aufnahmeverfahren und Methoden Phasenanalyse Texturanalyse h ν Counts (100) (101) (102) (112) (003) (110) (111) (200)(201) 2θ (101) Kontakt: Dr.-Ing. Susanne Wagner, IAM, Keramik im Maschinenbau, Tel.: 0721 / , Susanne.Wagner@kit.edu 12

13 Nanoanalytik - WS Aufbau von Atomen und Festkörpern Energiedispersive und wellenlängendispersive Röntgenspektroskopie Elektronenenergieverlustspektroskopie (EELS) Beugung im TEM INSTITUTS-, Institut für Keramik FAKULTÄTS-, im Maschinenbau ABTEILUNGSNAME (in der Masteransicht ändern) Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse und Augerelektronenspektroskopie Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) EELS TEM Kontakt: Dr.-Ing. Michael Bäurer, IAM, Keramik im Maschinenbau, Tel.: 0721 / , Michael.Baeurer@kit.edu 13

14 Praktikum Technische Keramik - WS In dem durchgängigen Laborpraktikum werden vom Pulver bis zum Keramikteil die Grundlagen der Herstellung und Charakterisierung technischer Keramik erarbeitet. Pulvercharakterisierung Formgebung Sintern Gefügecharakterisierung Bestimmung der mechanischen Eigenschaften Kontakt: Dr.-Ing. Franz Porz, IAM, Keramik im Maschinenbau, Tel.: 0721 / , Franz.Porz@kit.edu 14

15 Forschungsschwerpunkte des IKM Herstellung Grundlagen des Trockenpressens Nassformgebung Beschichtungen Sinter-HIP-Verdichtung Werkstoffe Charakterisierung und Test Mikroskopie, Röntgenographie Mechanische Eigenschaften Dielektrische und piezoelektrische Eigenschaften Bruchverhalten, Ermüdung Oxide (Al 2 O 3, ZrO 2, Spinell) Nichtoxide (Si 3 N 4, SiC) MMC Partikelverstärkte Metalle Piezoelektrika (PZT, BT, bleifreie Verbindungen) Partner Bosch Siemens CeramTec 15

16 Materialentwicklung am am Beispiel von von Si Si 3 N 3 4 -Keramiken 4 HAADF HRTEM 5 µm 5 nm Die Zwischenphase (Korngrenzphase) dominiert die Mikrostrukturentwicklung und die mechanischen Eigenschaften 16

17 Materialentwicklung am am Beispiel von von Optokeramiken Korngröße: ca nm Korngröße: einige 100 µm diameter: 35mm, thickness: 2mm Translucenz entsteht bei defektfreien Keramiken wenn die Korngröße kleiner ist als die Wellenlänge des Lichtes oder deutlich größer 17

18 Materialentwicklung am am Beispiel Gefrierstrukturierung Struktureinstellung Al-Al MMC Partikelstrukturen mit gerichteten Porenkanälen für MMCs, Biomaterialien, Elektroden, Filter, etc. 18