DFG-Projekt zur Entwicklung neuer feuerfester keramischer Werkstoffe

20.08.2009 - Deutschland

Bei dem neuen Schwerpunktprogramm "Fire" der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) zur Entwicklung einer völlig neuen Generation feuerfester Werkstoffe ist auch die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg mit einem Forschungsprojekt beteiligt.

In dem Projekt von Professor Dr. Wolfgang Kollenberg geht es speziell um neue Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus neuen keramischen Werkstoffen, denn viele sogenannte Feuerfestanwendungen beruhen derzeit noch auf Produkten mit einem hohen Anteil Kohlenstoff. Der Nachteil sind die damit verbundenen CO2-Emissionen. Diese Produkte durch neue Werkstoffe von derselben Qualität ohne den Nachteil der Emissionen zu ersetzen, ist ein Ziel des DFG-Schwerpunktprogramms.

Das Projekt von Professor Kollenberg am Fachbereich Angewandte Naturwissenschaften ist auf drei Jahre angelegt und wird mit etwa 300.000 Euro von der DFG gefördert. Darin enthalten sind Gerätekosten sowie eine Doktorandenstelle - die Promotion erfolgt in Zusammenarbeit mit der Universität Freiberg - und Stellen für Hilfskräfte.

Die Idee dabei ist es, ein Bauteil nicht nur aus einem homogenen Material herzustellen, sondern aufgrund besonderer Beanspruchungen mit Nanopartikeln zu kombinieren, unter Umständen auch nur an bestimmten Stellen in Abhängigkeit vom Bedarf, erklärt Professor Kollenberg. Diese lokale Variation des Gefüges ermöglicht es, Eigenschaften mehrerer Werkstoffe in einem Bauteil zu vereinen. Auf dem Prüfstand stehen feuerfeste Werkstoffe im Hinblick auf die Eigenschaften Abrieb, Temperaturwechsel, Korrosionsbeständigkeit oder Dauertemperaturbeständigkeit. Anwendungsgebiete sind beispielsweise der Motorenbau, die Stahl- und die Zementindustrie.

Doch noch ist es nicht soweit. Zunächst, so Doktorand Dominik Polsakiewicz, stellen sich eine Menge Fragen etwa nach der Manipulierbarkeit von Mikrostoffstrukturen oder nach sinnvollen Materialkombinationen.

Bei dem Gerät handelt es sich um einen 3D-Drucker. Er baut computergesteuert Werkstücke Schicht für Schicht aus Pulver und Bindemittel auf. Zuerst wird eine dünne Schicht Pulver - die Basis ist Aluminiumoxid - aufgetragen. Anschließend wird ein Bindemittel an den Stellen aufgesprüht, die stehen bleiben sollen. Dieser Prozess wird Schicht für Schicht wiederholt, bis ein dreidimensionales Objekt entsteht. Am Ende wird das nicht fixierte Pulver herausgeblasen. So lassen sich sehr filigrane und komplexe Formen drucken.

"Wir stellen aber keine fertigen Bauteile her, sondern Versuchskörper", sagt Kollenberg, "wir betreiben Grundlagenforschung." Kollenberg und Polsakiewicz sind überzeugt, dass sie bei ihrer Arbeit neue Möglichkeiten entdecken werden: "Das Projekt hat Potenzial für weitere drei Jahre."

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