Projekt Prozessingenieurwissenschaften (PIW) Institutsvorstellung

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1 Projekt Prozessingenieurwissenschaften (PIW) Institutsvorstellung Paul Schüler Fachgebiet Werkstofftechnik (Prof. Claudia Fleck) Oliver Görke Fachgebiet Keramische Werkstoffe (Prof. Aleksander Gurlo)

2 Werkstoffe sind überall! Seite 2

3 Geschichte Seite 3

4 Werkstoffe im Elektronenmikroskop Seite 4

5 Werkstofftechnik Prof. C. Fleck Keramische Werkstoffe Prof. A. Gurlo Polymere Werkstoffe Prof. M.H. Wagner Struktur & Eigenschaften Prof. J. Banhart Metallische Werkstoffe Forschungszentrum Strangpressen Prof. W. Reimers Dr. S. Müller Seite 5

6 Metallische Werkstoffe (Prof. Walter Reimers) Ernst-Reuter-Platz Berlin Seite 6

7 Metallische Werkstoffe (Prof. Walter Reimers) Forschungszentrum Strangpressen - definierte Herstellung von Werkstoffen und Halbzeugen - Simulation des Strangpressprozesses und der Gefügeentwicklung Werkstoffprüfung Mikrostrukturelle Charakterisierung (Versetzungen, Korngröße, Textur, Eigenspannungen) - Elektronenmikroskopie (REM, TEM) - Röntgenbeugung - Synchrotronstrahlung - Mechanische Werkstoffkennwerte (statische, dynamische Prüfung) - Gleeble (Hochgeschwindigkeitsumformung, extreme Aufheiz- und Abkühlraten) Seite 7

8 Metallische Werkstoffe (Prof. Walter Reimers) Forschungszentrum Strangpressen 8 MN direktes/ indirektes Pressen 7 MN für hydrostatisches Pressen - definierte Herstellung von Proben und Halbzeugen - Verfahrensentwicklung - Simulation direktes Strangpressen Werkstoffe: Leicht-, Schwermetalle, Verbunde Seite 8

9 Metallische Werkstoffe (Prof. Walter Reimers) Projekt Blechherstellung durch Strangpressen Gefüge Strangpressen Öffnen & Aufbiegen Richten Mechanische Eigenschaften Herstellung Analyse: Seite 9

10 Struktur & Eigenschaften (Prof. John Banhart) KPK-Gebäude (hinter EW-Gebäude) Hardenbergstr Berlin Seite 10

11 Struktur & Eigenschaften (Prof. John Banhart) Seite 11

12 Keramische Werkstoffe (Prof. Aleksander Gurlo) Hardenbergstraße Berlin Seite 12

13 Keramische Werkstoffe (Prof. Aleksander Gurlo) Li + Li + Li + Li + Al-Folie Kathode (LiFePO 4, Arrojadit, ) + Graphit + Binder Li + Li + Li + Li + e - Zelluläre Materialien/ Keramische Schäume Entladen + Separator Elektrolyt Anode (Graphit, Li-Blech, ) Cu-Folie + Laden e - Neue Materialkonzepte für Li-Ionen Batterien und Untersuchungen zum Alterungsverhalten 1 mm Seite 13

14 Keramische Werkstoffe (Prof. Aleksander Gurlo) COATING 2d/3d-strukturierte Materialverbünde aus präkeramischen Polymeren NOZZLE C/SiOC 200 µm CATALYST SUPPORT CMC- Rohr annealing InMnO 3 HEATED AIR UniCat: Katalytisch aktive Materialsysteme/Schichten 30 mm Keramiken und Bioaktive Gläser in der Medizintechnik Funktionsmaterialien: Gas Sensoren, Thermoelektrika, Seite 14

15 Polymere Werkstoffe (Prof. Manfred Wagner) Fasanenstr Berlin Seite 15

16 Polymere Werkstoffe (Prof. Manfred Wagner) Technikum Seite 16

17 Polymere Werkstoffe (Prof. Manfred Wagner) Kunststoffverarbeitung: Shark-Skin-Unterdrückung beim Folienblasen durch Einsatz von Verarbeitungsmitteln Medizintechnik: Mikrostrukturierung polymerer Stents Recycling: Modell zum Kunststoffrecycling über Lösen Projektbeispiele Seite 17

18 Werkstofftechnik (Prof. Claudia Fleck) Strasse des 17. Juni Berlin Seite 18

19 Werkstofftechnik (Prof. Claudia Fleck) Mikroskopisch: Lichtmikroskopie Elektronenmikroskopie Energiedispersive Röntgenanalyse Synchrotron (Bessy Messzeit) Speckle Interferometrie Mechanisch: Statische Werkstoffprüfung Ermüdung (zyklisch) Korrosionsmessungen: Elektrochemische Polarisation und Impedanz Kombination: Schwingungsrisskorrosion: Korrosion und Ermüdung Kombination: Mech. Verformung in situ im REM Mech. Verformung in situ im CT (Bessy) Mech. Verformung in situ im Speckle Interferometer Seite 19

20 Werkstofftechnik (Prof. Claudia Fleck) Bioinspirierte Materialien: Offenzellige Metallschäume und Zirkonoxidkeramiken Korrelation von Gefüge und Werkstoffeigenschaften Biologische Materialien: Hierarchische Strukturen von Nüssen und Dentin Analyse der Werkstoffeigenschaften Leichtmetalle: Magnesium - und Titanlegierungen Seite 20

21 Forschungsbeispiel Bionik am FG Werkstofftechnik Pomelo Gewicht: 1-2 kg Fallhöhe: 5-10 m Aufprallgeschwindigkeit: 14 m/sec max. kinetische Energie: J Die Früchte überstehen Aufprälle aus Fallhöhen von bis zu 10 m auf hartem Betonboden ohne dabei aufzureißen. => dissipierte Energie von über 90% Seite 21

22 Bionik am FG Werkstofftechnik Die meisten Landpflanzen und deren Bestandteile bestehen i. A. nur aus 5 Bausteinen: Zellulosefasern, Lignin, Hemizellulose, Pektine und Wasser Dennoch hohes Eigenschaftsspektrum von sehr weich (Radiergummi) bis zur sehr hart und fest (vergleichbar mit Keramiken, Metallen) Eigenschaften sind vor allem im hierarchisch organiserten Aufbau begründet Seite 22

23 Bionik am FG Werkstofftechnik Ziel: Umsetzung bzw. Transfer der natürlichen Struktur in eine synthetische Metallschaumstruktur Pomeloschale Modifiziertes Feinguss-Verfahren Seite 23

24 Bionik am FG Werkstofftechnik Strukturelle und mechanische Charakterisierung der biologischen Strukturen und der bio-inspirierten Metallschaum-Verbundstrukturen mit Fokus auf das Verformungs- und Versagensverhalten (Struktur- Eigenschafts-Zusammenhang) in-situ Druckversuch (makroskopisch) in-situ Druckversuch (mikroskopisch) 10ppi open cell foam AlSi7Mg0.5 relative density: 2.01 % 20ppi open cell foam AlSi7Mg0.5 relative density: 1.96 % Seite 24

25 PIW Projekte des Instituts für Werkstoffwissenschaften Keramische Werkstoffe Prof. A. Gurlo Metallische Werkstoffe Prof. W. Reimers Porzellanherstellung / Schlickerguss Münzherstellung und -prüfung 29a 29b Werkstofftechnik Prof. C. Fleck Mechanische Tests an Bambus Mechanische Test an Baumpilzen 30 Struktur & Eigenschaften Prof. J. Banhart Zerstörungsfreie Untersuchung von Metallschäumen 31 Polymere Werkstoffe Prof. M.H. Wagner Aus welchen Basiswerkstoff bestehen die viel verwendeten Plastikeinkaufstüten? Seite 25

26 27 Porzellanherstellung Motivation und Aufgabe : Schlickerguss ist ein gängiges Herstellungsverfahren im Bereich der Silikatkeramik Lernen Sie die Herstellungsschritte der Porzellanherstellung kennen Besichtigung der Königlichen Porzellanmanufaktur (KPM) Arbeits- und Bearbeitungsschritte an diesem klassischen keramischen Werkstoff führen sie selbst durch Sie erfahren wissenswertes und interessantes zu den physikalisch-chemischen Hintergründen der einzelnen Herstellungsschritte (von der Rohstoffaufbereitung bis zur Glasur) Die hergestellten Teile können von ihnen später mitgenommen werden Seite 26

27 28 Münzherstellung und Prüfung Aufgabe : Münzherstellung vom Rohling zur Münze Umformen und Prägen Wärmebehandlung Optische und mikrostrukturelle Untersuchung, Härtemessung und Prüfung der Fälschungssicherheit von Münzen Seite 27

28 29a Härten von Bambus Aufgabe : Präparation von Biegeproben Zerstörungsfreie mechanische Prüfungen Proben werden im Ofen gehärtet Zerstörungsfreie mechanisch Tests nach dem Härten Elektronenmikroskopische und optische Analyse Seite 28

29 29b Untersuchung der mechanischen Eigenschaften der Struktur eines Baumpilzes Aufgabe : Präparation der Proben Druck- und Zugversuche optische und elektronenmikroskopische Analyse Hutfleisch (Trama) 1mm 20 µm 5 µm 1 µm Seite 29

30 30 Zerstörungsfreie Untersuchung von Metallschäumen Motivation : Materialverständnis und Verbesserung der zellularen Struktur durch 2D und 3D Visualisierung Aufgabe : Herstellung von Metallschäumen In-situ Röntgenradioskopie Ex-situ Röntgentomographie Quantitative Bildanalyse Präsentationstitel Blindtext Lorem ipsum dolores M. Mustermann Anlass der Präsentation Seite 30

31 31 Aus welchen Basiswerkstoff bestehen die viel verwendeten Plastikeinkaufstüten? Motivation und Aufgabe : Welche unterschiedlichen Anforderungen werden an Kunststofftüten gestellt? Wie werden Kunststofftüten hergestellt? Wie können sie wiederverwendet oder recycelt werden? Wie sehen die Alternativen aus biobasierten Werkstoffen aus? Seite 31

32 Vielen Dank! Und viel Erfolg in und bei Euren Projekten! Seite 32