15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe. 14. April Dr. Dieter Nikolay WZR ceramic solutions GmbH

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1 PT-Keramik : Neue Wege zum keramischen Bauteil 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 14. April 2015 Dr. Dieter Nikolay WZR ceramic solutions GmbH 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 1

2 Gliederung Kurze Vorstellung WZR ceramic solutions GmbH Herstellung von präkeramischem Papier Herstellung präkeramischer Strukturen PT-Keramik : Eigenschaften und Anwendungen Zusammenfassung 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 2

3 Kurze Vorstellung der WZR ceramic solutions GmbH privatwirtschaftliches Unternehmen mit ca. 20 Mitarbeitern Seit 1996 am Markt Arbeitsgebiet: Technische Keramik Der Name ist Programm: Lösungen mit Keramik 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 3

4 Kurze Vorstellung der WZR ceramic solutions GmbH Prüfung + Bewertung Mineralogische Oberflächencharakterisierung Zerstörungsfreie Festigkeitsprüfung Heißprüfungen Untersuchung Prüfung z.b. z.b. Biegefestigkeit Scheibendruckversuch Porosität, z.b. Vickershärte REM/EDX Rohdichte mit V-Modul 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 4

5 Kurze Vorstellung der WZR ceramic solutions GmbH Engineering PT-Keramik Keramische 3D-Drucken Gefügedesign Multi-Material Bauteilherstellung Beschichtungen 3D-Drucken von Technischen Sol-Gel Bauteilherstellung Vakuum-Heißgießen Keramiken (nano-zta) Elektrophorese Entwicklungsthemen Niederdruck-Spritzgießen CNC-Bearbeitung 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 5

6 Herstellung von präkeramischem Papier PT-Keramik = Papier Technologisch hergestellte Keramik Herstellungsprozess PT-Keramik Herstellung eines präkeramischen Papieres in dem der keramische Rohstoff (z.b. Al 2 O 3 ) bereits enthalten ist Schreibpapier enthält ca. 30 Ms.-% anorganische Partikel Verbesserung der Oberfläche und Weißgrad: Einsatz von Kaolin, Calciumcarbonat, Titanoxid Neu: Erhöhung der Feststoffbeladung auf 80 Ms.-% Anorganik Verwendung definierter, keramischer Füllstoffe (Aluminiumoxid, Cordierit ) Erzeugung von planaren Strukturen mit Dicke zwischen 0,2 und 1,5mm Endlosbahnen 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 6

7 Herstellung präkeramischer Strukturen Verarbeitung des präkeramischen Papieres Schneiden / Lasern Einbringen einer Wellenstruktur / Riffeln Verkleben 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 7

8 Herstellung präkeramischer Strukturen Mögliche Strukturen Plane Substrate Wellkeramiken Gefache 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 8

9 PT-Keramik : Eigenschaften und Anwendungen Sintern des präkeramischen Papieres analog zu herkömmlichen Keramiken Derzeit verfügbare Werkstoffe Kommerziell Al 2 O 3 Steinzeug Cordierit Entwicklungswerkstoffe ZrO Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 9

10 PT-Keramik : Eigenschaften und Anwendungen Keramische Eigenschaften Al 2 O 3 : mittlere Festigkeit: ca. 200 MPa Cordierit-1: mittlere Festigkeit: 79 MPa Cordierit-2: mittlere Festigkeit: 62 MPa 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 10

11 PT-Keramik : Eigenschaften und Anwendungen Keramische Eigenschaften ZrO 2-1: mittlere Festigkeit: 226 MPa E-Modul: 115 GPa ZrO 2-2: mittlere Festigkeit: 282 MPa E-Modul: 55 GPa 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 11

12 PT-Keramik : Eigenschaften und Anwendungen Eigenschaften von Al 2 O 3 -Wellkeramiken Festigkeit bei Raumtemperatur >50 MPa Festigkeit bei 1500 C >50 MPa Porosität <30 Vol.-% chemische Resistenz sehr gut Thermische Beständigkeit > 1500 C unter Belastung Gewichtsvorteile: 80 Ms.-% Einsparung im Vergleich zum Standard Energieeinsparung: 40% pro Brand bis 1600 C im Vergleich zum Standard 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 12

13 PT-Keramik : Eigenschaften und Anwendungen Cordierit-Gefache Anwendung als Hochtemperatur-Leichtbauelement Anwendung bis 1230 C Ersatz für herkömmliche Brennhilfsmittelplatten Gewichtseinsparung von bis zu 80% 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 13

14 PT-Keramik : Eigenschaften und Anwendungen Design-Teile 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 14

15 Zusammenfassung Vorteile des Verfahrens Bereitstellung von keramischem Halbzeug analog zu Stahlblech Nutzung der vorhandenen Papiertechnik (großserientauglich) Urformung Umformung Kleben Deutlich günstiger gegenüber keramischen Folien, kein Entbinderungsschritt notwendig Sehr geringes Gewicht, dadurch effizient 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 15

16 Zusammenfassung Was macht WZR Technische Umsetzung eines wissenschaftlichen Ansatzes Seit 2008 mit dem Thema beschäftigt Großtechnische Umsetzung 2011 mit Firmenkonsortium Markenschutz PT-Keramik seit 2011 Patent für Leichtbaustrukturen 2014 erteilt Gewinner Effizienzpreis des Landes NRW 2013 Lizenzvergabe für Serienproduktion von Brennhilfsmitteln an die Rath AG 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 16

17 Zusammenfassung Anwendung von PT-Keramik für Hochtemperatur Leichtbau (Brennhilfsmittel, Sinterunterlagen ) Filtration von aggressiven Medien Design 15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 17

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Besuchen Sie uns in Halle 2, Stand C29 Dr. Dieter Nikolay Leiter Engineering WZR ceramic solutions GmbH Lise-Meitner-Straße Rheinbach Telefon: Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 18

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