Technische Prozesse mit stark beanspruchten Werkzeugen und Bauteilen erfordern über kurz oder lang Ersatzinvestitionen und Instandhaltungsmaßnahmen. Hochleistungskeramik ist durch ihre Robustheit und Temperaturbeständigkeit prädestiniert für Verschleißanwendungen. Inzwischen überwinden intelligente Technologien wirtschaftliche Vorbehalte und geometrische Einschränkungen bei der Fertigung keramischer Komponenten. Die Industrie profitiert von signifikanten Standzeitvervielfachungen und Verschleißreduktionen.

Filigrane komplexe Strukturen für Stanz- und Umformwerkzeuge, großvolumige Mühlenkomponenten oder Pumpenlaufräder sowie superharte Werkstoffe und verschleißfeste Faserverbundwerkstoffe werden am Fraunhofer IKTS preisgünstig, ressourceneffizient und somit nachhaltig realisiert.

Elektrisch leitfähige Keramik für neue Geometrien

Stark beanspruchte Anwendungen, wie mikrostrukturierte Werkzeugeinsätze für den Spritzguss von hochgefüllten Polymeren, konnten bislang mit klassischen mechanischen Fertigungsrouten, wie dem Schleifen, nicht effizient in Keramik realisiert werden. Diese Hürden, die bei der Herstellung von solch schlagzähen und rissempfindlichen Werkstoffen auftreten, überwindet die Elektroerosion. Mit der am Fraunhofer IKTS entwickelten leitfähigen Keramik werdenüber einen materialsparenden Funkenabtrag anspruchsvolle Bauteilgeometrien mit herausragenden Eigenschaften realisiert.

Kosteneffektivität trotz Diamanteinsatz

Aufgrund seiner hohen Härte und chemischen Beständigkeit wird Diamant in Schneidwerkzeugen oder Gesteinsbohrern eingesetzt. Bislang limitieren die hohen Fertigungskosten beim Hochdruckverfahren die Anwendungsmöglichkeiten dieses Werkstoffs. Wissenschaftlern am IKTS ist nun die drucklose Fertigung komplex geformter Diamant-Keramik-Komposite gelungen. Die Materialsubstitution des teuren Werkstoffs Diamant durch Keramik ergibt eine deutliche Rohstoff- und somit Kostenersparnis bei vergleichbaren Eigenschaften. Damit bieten diese robusten und äußerst verschleißbeständigen Komposite den Herstellern größte Flexibilität in Hinblick auf die Bauteilgröße und ermöglichen bisher ausgeschlossene Anwendungsfelder.

Großvolumige Siliziumcarbid-Bauteile preisgünstig per Gießformgebung

Verschleißfeste, großvolumige Komponenten mit Wandstärkeunterschieden und anspruchsvollen Hinterschneidungen, wie beispielsweise in Pumpenlaufrädern, können künftig mit reduziertem Material-, Zeit- und damit Kosteneinsatz in nur einem Arbeitsschritt aus Keramik gegossen werden. Bislang waren solch großen Bauteile nur aus weitaus empfindlicheren Metallen oder Kunststoffen produzierbar. Mit der am Fraunhofer IKTS in Dresden entwickelten Methode der Gießformgebung von Keramik lassen sich die Standzeiten, beispielsweise von Maschinen im Chemie- und Anlagenbau, deutlich steigern und deren Produktivität verbessern.

Verschleißfeste Keramikverstärkung für Werkzeuge der Aufbereitungstechnik

In der Aufbereitungstechnik sind Standzeiten gefordert, die mit konventionellem Eisen- und Stahlgusswerkzeugen nicht mehr erreicht werden können. Die Wissenschaftler des Fraunhofer IKTS haben nun einen deutlich robusteren Verbundwerkstoff aus Keramik und Metall für diese extrem beanspruchten Komponenten entwickelt. Basis dafür sind hochporöse Keramikeinlegeteile, die ausschließlich an den besonders beanspruchten Stellen im Werkzeug platziert und mit Metall infiltriert werden. Im Ergebnis entsteht ein Werkzeugrohling, dessen Metallhülle für die notwendige Elastizität und dessen partielle Keramikverstärkung für eine Verringerung des Verschleißes und somit eine signifikante Erhöhung der Lebensdauer sorgen.

Diese Keramikeinlegeteile sind in der Form variabel und ermöglichen so flexible Werkzeuggeometrien für verschiedenste Anwendungen wie Mahl- oder Zerkleinerungsanlagen. Da das Werkzeug zum Großteil aus Metall besteht, kann die finale Werkzeugform durch herkömmliche Bearbeitungsmaschinen, d. h. ohne teure Diamantwerkzeuge, realisiert werden. Die Produktentwicklung wird erstmals auf der Hannover Messe 2016 dem Publikum präsentiert.

Keramische Oberflächenveredelung

Faserverbunde, wie kohlefaser- oder glasfaserverstärkte Kunststoffe, sind hervorragend geeignete Konstruktionswerkstoffe. Sie sind leicht und zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit aus. Aufgrund ihrer nur begrenzt verschleißfesten Oberfläche blieben ihnen bisher jedoch viele Anwendungsgebiete verschlossen. Plasmagespritzte Keramikbeschichtungen veredeln Bauteile hinsichtlich ihrer Beständigkeit gegen Abrasion, Erosion oder Kavitation.