Forschungsprojekte der Arbeitsgruppe Technische Keramik
Verformungs- und Sinterverhalten verstärkter präkeramischer Papiere
(gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft)
Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erforschung der Wechselwirkung von Mikrostruktur und Verstärkungsmechanismen präkeramischer Papiere mit deren Verformbarkeit und thermischer Umsetzung zur Keramik sowie deren mechanische Eigenschaften. Gegenüber gepressten Grünkörpern führt die oxidative Entfernung der bioorganischen Zellstofffasern bei der thermischen Umsetzung präkeramischer Papiere zur Ausbildung eines dreidimensionalen Porennetzwerks. Dieses Porennetzwerk ist charakteristisch für Keramiken, die aus präkeramischem Papier hergestellt wurden. Gleichzeitig reduziert die langgestreckte, näherungsweise zylindrische Form der Poren die Schwindung während der thermischen Umsetzung. Zusätzlich führt das Einbringen grober keramischer Partikel und Fasern aufgrund der geringen Sinteraktivität zu einer weiteren Reduktion des Verdichtungsverhaltens. Anhand eines Modell-Stoffsystems soll daher der Einfluss der Geometrie der Partikel und Fasern auf Sinterverhaltens und die Entwicklung der Mikrostruktur untersucht werden. Ferner soll die Übertragbarkeit von Dispersionsverstärkungsmechanismen, wie sie beispielsweise durch Zusatz von nano-Partikeln in keramischen Massen bekannt sind, erforscht werden. Des Weiteren soll das mechanische Verhalten bei der oxidativen Entbinderung präkeramischer Papiere untersucht und ein Modell für den Übergang vom präkeramischen Papier zum entbinderten Grünkörper erstellt werden. Einen wichtigen Aspekt stellt hierbei der Einfluss der Verdichtung des präkeramischen Papiers durch Kalandern auf die Verformbarkeit und das Sinterverhalten dar. Weiterhin sollen das Sinterverhalten und die Gefügeentwicklung für das schwindungsratengesteuerte Sintern betrachtet und mit dem konventionellen Brennvorgang verglichen werden.
Zur Verringerung der Porosität von aus verstärktem präkeramischem Papier abgeleiteten Keramiken und zur Steigerung ihrer Festigkeit sollen ausgewählte optimierte Papiere und Keramiken mit Solen und Suspensionen infiltriert und umgesetzt werden. Die Verdichtung durch die in die Porosität eingebrachten Partikel sowie festigkeitssteigernde Reaktionen mit der aus dem Füllstoff des präkeramischen Papiers entstandenen Matrixphase sind dabei beabsichtigt. Abschließend wird die Laminierung präkeramischer Papiere zu gradierten Strukturen untersucht. Ein wesentlicher Aspekt des Forschungsprojektes ist die Verformbarkeit der präkeramischen Papiere. Es ist zu untersuchen, in welchen Grenzen die von Papier bekannte Verformbarkeit, wie beispielsweise „Riffeln“ oder auch „Falten“ trotz der Verstärkung mit Fasern und Partikeln durch gezielte Auswahl des Zellstoffes und durch Zusatz von Plastifizierungsmitteln bewahrt bleiben kann. Dadurch wäre es möglich, völlig neue Gestaltungsmöglichkeiten für keramische Werkstoffe zu entwickeln.
Um der komplexen Aufgabenstellung des Forschungsprojektes gerecht zu werden, ist eine kombinierte werkstoffwissenschaftliche und verfahrenstechnische Betrachtungsweise erforderlich. Aus diesem Grund wird das Vorhaben von zwei Forschungsstellen beantragt: Die Universität Erlangen trägt die werkstoffwissenschaftlichen Arbeiten bei, während die verfahrenstechnischen Aspekte im Fokus der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg stehen.
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