Material- und Prozessanalyse

Rohstoffanalyse und Bewertung

Für die Entwicklung und Optimierung von stabilen, wirtschaftlichen und nachhaltigen Herstellungsprozessen und somit qualitativ hochwertigen Produkten ist eine detaillierte Kenntnis der verwendeten Materialien und ihrer Verarbeitungseigenschaften entscheidend. Das Fraunhofer IKTS unterstützt Kunden und Projektpartner in der Analyse und Bewertung von Materialien vom nm- bis in den mm-Bereich, im Institut und vor Ort. Die Bandbreite an untersuchten Materialien reicht von oxidischen und nichtoxidischen Keramiken, Hartmetallen über Kohlenstoffe bis hin zu Glas und organischen Rohstoffen (akkreditiert nach DIN EN ISO/EC 17025).

Prozessbegleitende Charakterisierung

Das Fraunhofer IKTS besitzt das Know-how und die apparativen Voraussetzungen für die prozessbegleitende Charakterisierung aller Prozessschritte keramischer, pulvermetallurgischer und verwandter Technologien – beginnend bei der Aufbereitung und Konditionierung der Rohstoffe, Suspensionen und Pasten, über die Trocknung und Granulierung, die Formgebung sowie die thermischen Prozesse bis zur Finishbearbeitung. Die dabei gewonnenen Daten können direkt zur Analyse einzelner Prozessschritte und der Eigenschaften von Zwischenprodukten genutzt werden. Darüber hinaus dienen sie der Etablierung von Methoden der Prozess- und Produktüberwachung sowie als Basis für eine Prozessmodellierung.

Werkstoff- und Bauteilcharakterisierung

Um die Qualität und Langlebigkeit von Produkten auch unter extremen Belastungen zu gewährleisten, ist das Wissen über mikro- und nanoskalige Strukturen im Werkstoff und ihrer Veränderungen durch eine Belastung unerlässlich. Hier ist das Fraunhofer IKTS in der Lage, die Gefüge und Eigenschaften von Werkstoffen sowie Bauteilen in einem breiten Temperaturbereich zu analysieren. Das Fraunhofer IKTS begleitet Kunden von der Probenpräparation bis zur Interpretation ermittelter Kennwerte. Darüber hinaus gibt es einen reichen Erfahrungsschatz bei der Analyse und Bewertung von Alterungsprozessen und Schadensfällen. Damit lassen sich Hochleistungskeramiken, Hartmetalle und Cermets, superharte Werkstoffe, gradierte Werkstoffe, Metall-Keramikverbunde sowie Werkstoffe der Mikro- und Nanoelektronik optimieren. Eine herausragende Kompetenz besteht für die Untersuchung von Korrosionsphänomenen keramischer Werkstoffe sowie der Modellierung, Simulation und Optimierung von Werkstoffen und Bauteilen unter Hochtemperatureinflüssen bei Temperaturen bis zu 2400 °C.

Bauteil- und Systemverhalten

Die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Bauteilen kann nicht unabhängig von deren späteren Einsatzbedingungen im Gesamtsystem betrachtet werden. Das Fraunhofer IKTS bietet eine umfassende Bandbreite an thermomechanischen, chemischen, elektrischen, physikalischen und klimatischen Prüfverfahren, um Versagensmechanismen aufzuklären, Produkte zu optimieren und Zertifizierungen schneller zu erreichen. Im Mittelpunkt stehen dabei struktur- und funktionskeramische Bauteile, Hartmetalle, Cermets, Komponenten der Leistungselektronik und Sensorik, Bauteile auf Basis von Verbundwerkstoffen sowie Komponenten für Anwendungen in Filtration und Katalyse.

Die umfassende Werkstoff- und Technologieexpertise bildet die Basis für eine fundierte Schadensfallanalyse und ermöglicht eine Lebensdauerprognose von Bauteilen unter den spezifischen Randbedingungen der Keramik. Neben der Prüfplanung, -durchführung und -auswertung unterstützt das Fraunhofer IKTS Kunden im Bau spezifischer Inline- und Offline-Teststände und bei hochspezialisierten, anwendungsspezifischen Prüfungen.

Analytik für die Mikro- und Nanoelektronik

Ein Schwerpunkt am Fraunhofer IKTS stellt die anwendungsbezogene physikalische Mikro- und Nanoanalytik dar, mit deren Hilfe technische und konzeptionelle Lösungen für die Mikro-, Nano- und Optoelektronik entwickelt werden. Neue Materialien und Fertigungstechnologien erfordern innovative Konzepte, um eine Leistungssteigerung und Zuverlässigkeit immer komplexer werdender Elektronikanwendungen sicherzustellen. Das Fraunhofer IKTS besitzt langjährige Erfahrung und eine umfassende technische Ausstattung, um bekannte und eigens entwickelte Analysemethoden für Dienstleistungen und Geräteentwicklungen zu qualifizieren. Neben hochauflösenden Verfahren der Ionen- und Elektronenmikroskopie und Röntgentechniken erforscht das Fraunhofer IKTS neue Ansätze, um mechanische Eigenschaften auf mikro- und nanoskaliger Ebene zu untersuchen. Weiterhin werden neue Methoden angewendet und weiterentwickelt, um in situ elektrische und mechanische Degradationsmechanismen zu charakterisieren.

Modellierung und Simulation

Durch die Simulation von Werkstoffeigenschaften, Bauteilen, Fertigungstechnologien und Systemumgebungen können Entwicklungsrisiken minimiert und Produktzyklen wesentlich verkürzt werden. Am Fraunhofer IKTS kann daher bereits in frühen Entwicklungsphasen auf eine Softwareausstattung (FEM, CFD, Systemsimulation) für die Simulation von thermischen, mechanischen, elektrischen, strömungs- und reaktionstechnischen Vorgängen in Bauteilen und Systemen zugegriffen werden. Aufgrund langjähriger Erfahrungen und der Nutzung flexibler Programmtools können auch nutzerspezifische Modellbeschreibungen für neuartige Anwendungen, insbesondere mit gekoppelten Mechanismen (Koppelfeld-Analysen, Multiphysics), erstellt und analysiert werden.