Plasmaschmelze ein neuartiges Verfahren zur Herstellung keramischer Werkstoffe

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QSIL GmbH Quarzschmelze Ilmenau Plasmaschmelze ein neuartiges Verfahren zur

April 2016 Alle Inhalte urheberrechtlich geschützt (Copyright).

Geschäftsführer Dipl.-Ing. Stephan Behr Dipl.-Kfm.

1 QSIL GmbH Quarzschmelze Ilmenau Plasmaschmelze ein neuartiges Verfahren zur Herstellung keramischer Werkstoffe 6. April 2016 Alle Inhalte urheberrechtlich geschützt (Copyright). Urheberrechte bei QSIL, die sich alle Rechte vorbehält. Geschäftsführer Dipl.-Ing. Stephan Behr Dipl.-Kfm. Michael Keitz Gewerbering Langewiesen Telefon +49 (0) info@qsil.de Sitz der Gesellschaft Langewiesen Amtsgericht Jena HRB

2 Agenda 1 Vorstellung QSIL 2 Plasmaschmelzverfahren 3 Anwendung auf Nicht-Quarz Materialien 4 Erste Ergebnisse 2

Vorstellung QSIL Gegründet 1992 aus der Abteilung Kieselglas des Kombinats Technisches Glas Ilmenau 1996 Umzug nach Langewiesen Produkte: Basismaterial,

3 Vorstellung QSIL Gegründet 1992 aus der Abteilung Kieselglas des Kombinats Technisches Glas Ilmenau 1996 Umzug nach Langewiesen Produkte: Basismaterial, Rohre und Glasapparate aus Quarzglas Wachstum: 1992: 2 Schmelzen, 2 Mio 2015: 7 Schmelzen, 25 Mio 150 Mitarbeiter, Exportquote > 50% außerhalb Europas 3

4 Plasmaschmelzverfahren Elektrode Ofengefäß (Stahl) Rotation Lichtbogen Quarzsand 4

Produkt: Quarzglas-Hohlzylinder Länge bis 2.

Plasmaschmelzverfahren ist ein wesentliches

5 Produkt: Quarzglas-Hohlzylinder Länge bis mm, Durchmesser bis 550 mm, Gewicht bis 700 kg Verwendung: Flansch- und Ringteile im Prozeß der Halbleiterfertigung Das Plasmaschmelzverfahren ist ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal der QSIL. QSIL GmbH Quarzschmelze Ilmenau Oct 27,

6 Nicht-Quarz Materialien Idee: Plasmaschmelzverfahren ist nicht grundsätzlich limitiert in der Temperatur Thermisch isoliertes System, Energiezufuhr Temperaturerhöhung Kriterien für alternative Materialien: Hochschmelzend Elektrisch isolierend, auch bei hohen Temperaturen Chemisch stabil, keine Zersetzung Gute thermische Isolation [kann ggf. umgangen werden durch Hinterfüllung ] Beispiele: Oxide Al 2 O 3, ZrO 2 binäre, ternäre Systeme 6

7 Erste Laborversuche: Al 2 O 3 QSIL verfügt über eine einfache Plasmaschmelzanlage im Laborformat Einsatzmasse 500 g (Edelkorund 99,8%, Fa. Kuhmichel), Länge 25 cm, Durchmesser 6 cm Ergebnis: Al2O3 läßt sich aufschmelzen Schmelzling bleibt ganz nach Abkühlung Gefüge-Charakterisierung schwierig wegen geringer Wandstärke Entscheidung für Grundsatzversuch auf Produktionsanlage 7

Grundsatzversuch auf Produktionsanlage Einsatzmasse 200 kg

beherrschbar, weitgehend störungsfrei ( Optimierung) Ingot: intakt,

) Bearbeitung möglich (trennen, schleifen) Es ist grundsätzlich

8 Grundsatzversuch auf Produktionsanlage Einsatzmasse 200 kg Edelkorund Durchmesser 230 mm, Wand 15 mm Schmelzverlauf: beherrschbar, weitgehend störungsfrei ( Optimierung) Ingot: intakt, polykristallin, teilweise innen dunkel verfärbt (Kohlenstoff?) Bearbeitung möglich (trennen, schleifen) Es ist grundsätzlich möglich, mit dem Plasmaschmelzverfahren der QSIL keramische Rohre aus Al 2 O 3 herzustellen. 8

Kolumnare Kristallite bis 4000 μm Keine Porosität (Dichte 3,996 g/cm 3 ) innen Die inneren

9 Gefüge-Charakterisierung außen Sinterstruktur Korngröße 300 μm Kristallisierte Schmelze Grobe Kristallite bis 900 μm Porosität (Dichte 3,90 g/cm 3 ) Kristallisierte Schmelze Kolumnare Kristallite bis 4000 μm Keine Porosität (Dichte 3,996 g/cm 3 ) innen Die inneren Bereiche der Wand (~ 8 mm) sind vollständig aufgeschmolzen und bei der Abkühlung kristallisiert. 9

10 Kristallphasen-Bestimmung (EBSD) 98% Korund (α-al 2 O 3 ) 2% amorphes Al-O 10

11 Fazit Das Plasmaschmelzverfahren der QSIL ist in der Lage, auch andere Materialien außer Quarz aufzuschmelzen. Im Falle von Aluminiumoxid entstehen keramische Rohre. Die Wand weist eine Schichtstruktur mit Bereichen unterschiedlicher Korngröße und Porosität auf. Zukünftige Arbeiten haben die Entwicklung des Verfahrens und die Optimierung der Wandstruktur hinsichtlich der Materialparameter (Festigkeit) zum Ziel. QSIL hat vor, weitere Materialien in der Plasmaschmelze zu testen. Anregungen und Hinweise bzgl. relevanter bzw. interessanter Stoffsysteme sind willkommen. 12

12 QSIL GmbH Quarzschmelze Ilmenau Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit QSIL GmbH Quarzschmelze Ilmenau QSIL GmbH Quarzschmelze Ilmenau Gewerbering Langewiesen Tel.: Fax: Ihr Kontakt: Dr. Frank-Peter Ludwig Tel.: f.ludwig@qsil.de Alle Inhalte urheberrechtlich geschützt (Copyright). Urheberrechte bei QSIL, die sich alle Rechte vorbehält. Geschäftsführer Dipl.-Ing. Stephan Behr Dipl.-Kfm. Michael Keitz Gewerbering Langewiesen Telefon +49 (0) info@qsil.de Sitz der Gesellschaft Langewiesen Amtsgericht Jena HRB

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