Hochleistung mit Keramik
Keramik, als hitze- und verschleißfester Werkstoff, erobert immer neue Nischen. Eingebaut in Pumpen, Turbinen, Gasbrenner oder Wasserfilter verlängert Hochleistungskeramik die Lebenszeit und erhöht die Qualität der Produkte. Wie sich Keramik optimal an die gewünschte Funktion anpassen lässt, untersuchen Wissenschaftler der Fraunhofer-Gesellschaft.
"Keramik wird mittlerweile in allen Branchen eingesetzt - in der Medizintechnik genauso wie in der Umwelt-, Produktions- oder Motortechnik", sagt Dr. Reinhard Lenk, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS. "Die Herausforderung liegt darin, die Keramik an die jeweiligen Funktionen optimal anzupassen. Hier arbeiten die Fraunhofer-Institute im Verbund Hochleistungskeramik eng zusammen." Die Kompetenzen der beteiligten Institute reichen von der Modellierung und Simulation über die anwendungsorientierte Werkstoffentwicklung, die Fertigung und Bearbeitung von keramischen Komponenten, bis hin zur Bauteilcharakterisierung, Bewertung und zerstörungsfreien Prüfung unter Einsatzbedingungen.
Speziell für die Prozess- und Strukturoptimierung keramischer Werkstücke haben die Ingenieure vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC ein Gerät entwickelt, das den Sinterprozess kontrolliert. TOMMI - eine kleine thermooptische Messanlage - ist das erste kommerziell verfügbare Gerät, das während des Brennvorgangs berührungslos die Formveränderung des Bauteils bestimmen kann. Eine Kamera zeichnet das Bild des Bauteils auf, eine spezielle Messsoftware registriert in kurzen zeitlichen Intervallen die Höhe und Breite. Dabei wird eine Auflösung von zwei Mikrometern erreicht. TOMMI benötigt keine spezielle Bauteilgeometrie und kann simultan zur Form- auch die Gewichtsänderung von Proben bestimmen.
Ein neues Verfahren zur kostengünstigen Fertigung von keramischen Membranen zeigt das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS. Eine Foliengießanlage produziert im ersten Schritt dünne, verformbare keramische Grünfolien, die aus einer Stütz- und einer Membranschicht bestehen. Bei der anschließenden Strukturierung läuft die Folie über eine beheizbare Trommel mit gewellter Oberfläche. Ein bewegliches Faltwerkzeug drückt die Folie in die Wellentäler hinein, ohne das empfindliche Material mit Zugspannungen zu belasten. Schließlich wird die strukturierte Folie mit einer flachen zweiten Folie verbunden. Das Ergebnis ist eine keramische Membran, mit der hochleistungsfähige Mikro- und Ultrafiltrationsanlagen zur Reinigung von Abwässern oder zur Wasseraufbereitung bestückt werden. "Mit dem neuen Material- und Fertigungskonzept lassen sich keramische Membranen kostengünstig und in großer Stückzahl produzieren", so Reinhard Lenk.
Wie sich Keramik optimal an die gewünschte Funktion anpassen lässt, zeigen Wissenschaftler am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft auf der Messe ceramitec in München (16. bis 20. September, Halle A1, Stand 438). Über das ganze technologische Spektrum der sieben Fraunhofer-Institute, die am Verbund Hochleistungskeramik beteiligt sind, kann sich der Besucher an einem Touchscreen-Terminal informieren. Hier findet er auch Hinweise auf die Exponate des Verbundes, die zeitgleich auf der Materialica 2003 in München am Gemeinschaftsstand der TASK GmbH, Halle B5, Stand 217, zu sehen sind.
