Nichtoxidkeramik

Nichtoxidkeramiken zeichnen sich durch eine Reihe außergewöhnlicher Eigenschaften aus. Unter den Carbiden und Nitriden von Bor, Aluminium, Silicium, Titan und Zirkonium stehen insbesondere Siliciumnitrid- und Siliciumcarbidkeramiken im Fokus unserer Forschungs- und Entwicklungsleistungen. Dabei sind die extrem hohe Temperatur-, Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit, aber auch die spezifischen elektrischen und thermischen Eigenschaften der Nichtoxidkeramiken von Interesse. Neben den klassischen monolithischen Keramiken untersuchen wir keramische Faserverbundwerkstoffe (CMC) und Korrosionsschutzschichten sowie Strukturkeramiken mit maßgeschneiderten elektrischen Funktionen, z.B. Thermoelektrika. Die Hauptanwendungen liegen im Maschinen- und Anlagenbau, in der Chemie- und Energietechnik sowie der Mikroelektronik.

Einen weiteren Schwerpunkt der Abteilung bilden gezielt poröse und zellulare Keramiken für Anwendungen als Filter, Katalysator und Trägermaterial in der Fahrzeugindustrie, der Umwelt-, Bio- und Verfahrenstechnik, sowie der Metallurgie.

Die Abteilung entwickelt und optimiert Werkstoffe und Komponenten für spezialisierte Anwendungen, und untersucht die Wechselwirkungen mit den Herstellungsprozessen in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung Werkstoffe/Bauteile.

Im Bereich der Strukturkeramiken mit maßgeschneiderten elektrischen Funktionen werden derzeit am Fraunhofer IKTS beispielsweise industriell nutzbare Herstellungsverfahren für Zirconcarbid-Werkstoffe mit hoher Vakuumstabilität entwickelt, die Wolfram und Molybdänwerkstoffe in Hochtemperaturanwendungen ersetzen können. Auch andere Heiz- oder Temperatursensoraufgaben in Kombination mit konstruktiven Funktionen können mit speziell modifizierten Heizelementen aus verschiedenen Keramikwerkstoffen erfüllt werden.

Auf dem Gebiet der Carbidkeramiken hat das Fraunhofer IKTS u. a. ein Verfahren entwickelt, mit dem komplexe Bauteile aus Siliziumcarbid durch drucklose Gießformgebung hergestellt werden können. Die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens ermöglicht unter anderem im Chemie- und Anlagenbau die Substitution konventioneller Werkstoffe in Pumpenlaufrädern, Düsen, Mühlen, Rekuperatoren oder Brennern. Durch die herausragenden chemischen, thermischen und tribologischen Eigenschaften von SiSiC lassen sich dadurch vor allem die Standzeiten von Maschinen und/oder deren Produktivität steigern.

Keramische Faserverbundwerkstoffe (CMC) besitzen vor allem beim Einsatz unter hohen Temperaturen ein hohes Potenzial, metallische Werkstoffe zu ersetzen bzw. Verfahren und Prozesse bei weitaus höheren Temperaturen zu ermöglichen. Aktuell erfolgt im Fraunhofer IKTS der Ausbau der Beschichtungsmöglichkeiten. Damit können zukünftig Endlosfasern und Rovings sowie dreidimensionale Fasergewebe homogen und im kontinuierlichen Betrieb beschichtet werden. Die Anlage eröffnet auch neue Möglichkeiten bezüglich der Schichttechnologien und Schichtvarianten.

Bei den porösen Keramiken wurde flüssigphasengesintertes Siliciumcarbid als Material für die Anwendung in der Partikelfiltration entwickelt und für die industrielle Serienfertigung von Dieselpartikelfiltern, hauptsachlich für Off-Road-Anwendungen, qualifiziert. Die industrielle Einführung offenzelliger Partikelfilter und Katalysatoren u.a. für die emissionsarme Holzverbrennung stellen einen weiteren wichtigen Erfolg unserer Arbeiten dar.

Leistungsangebot

• Technologierelevante Weiter- und Neuentwicklung von Nichtoxidkeramiken, insbes. von Siliciumnitrid- und Siliciumcarbidkeramiken und -Compositen
• Entwicklung von kurz- oder langfaserverstärkten keramischen Verbundwerkstoffen und Korrosionsschutzschichten (Environmental Barrier Coatings)
• Entwicklung von porösen und zellularen Keramiken mit Porenweiten von nm bis mm
• Anpassung der Werkstoffeigenschaften im Hinblick auf mechanische und tribologische Eigenschaften, elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie chemische Korrosions- und Hochtemperaturbeständigkeit
• Konzepte zur Kostenoptimierung von keramischen Rohstoffen, Werkstoffen und Bauteilen