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TU Bergakademie Freiberg - SFB 920 "Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration"

  Halle 2
  Stand:

– ein Beitrag zu "Zero Defect Materials“

Die Frage nach der Funktions- und Leistungsfähigkeit eines metallischen Bauteils wird in der Technik oft mit dem Begriff der Festigkeit oder Zähigkeit des eingesetzten Werkstoffs verbunden. Sicherheitsrelevante Aspekte – die vor allem in der Automobil- und Luftfahrtindustrie eine große Rolle spielen. Doch wie leistungsfähig ein Material auf Dauer ist, hängt in hohem Maße von dessen Reinheitsgrad und der Homogenität der Verteilung der chemischen Elemente ab.

Dünnwandige Aluminium-Komponenten für die Mobilität, hochbelastete Sicherheitsbauteile auf Basis Stahl für den Maschinenbau, elektrisch leitfähigere Elemente auf Kupferbasis in der Energietechnik oder halbleitente Materialien aus Recycling-Prozessen auf Si-Basis für die Solar- und Informationstechnik verlangen extreme Anforderungen hinsichtlich der im Bauteil befindlichen Verunreinigungen. Genau hier setzt der SFB mit der Erforschung von intelligenten Filterwerkstoffen und Filtersystemen zur Reinigung von metallischen Schmelzen für Produkte und Prozesse von Morgen mit bahnbrechenden Funktionseigenschaften an. Bereits die erste Förderperiode des SFB ergab erste innovative Filterwerkstoffe mit funktionalisierten Filteroberflächen auf Basis aktiver, keramischer Beschichtungen, die in Kombination mit maßgeschneiderten Druckverhältnissen selektiv Einschlüsse mit ähnlicher Chemie und Kristallsysteme in Stahlschmelzen bei 1600 °C und in Aluminiumschmelzen bei 740 °C erheblich reduziert haben. Einen weiteren Beitrag leisteten reaktive Filteroberflächen, die mit den in den Schmelzen gelösten Gasen reagierten und damit auch Gasverunreinigungen weltweit erstmalig deutlich reduzierten.

In Fortführung dieser Erkenntnisse stehen in der zweiten Förderperiode die gezielte Multifiltration von Einschlüssen unterschiedlicher Chemie und Kristallsystem bzw. eine Hybrid-Funktionalität mit gleichzeitig aktiven und reaktiven Filtrationsbeiträgen im Vordergrund. Eine weitere Vision stellt die Entfernung von sehr feinen Einschlüssen auf der Basis metastabiler Phasen im Bereich 50 bis 500 nm möglichst direkt nach ihrer Genese dar. Nanofunktionalisierte Filterwerkstoffe werden darüber hinaus in intelligenten Filtersystemen für erhöhte Filtrationskapazität, Langzeitstabilität und Filtrationseffizienz am Beispiel Formguss von größeren Schmelzen (Gießzeit 30 sec), b) Unterguss (45 min) und c) speziellem, kontinuierlichem Strangguss (180 min) modelhaft erforscht.

Die bisherigen Ergebnisse zeigen nicht nur eine sehr hohe Filtrationseffizienz im Bereich größer 95 %, sondern tragen erheblich zur Entfernung von sehr feinen Einschlüssen direkt nach deren Genese bei. Damit soll eine spätere Vergröberung bzw. Agglomeration dieser Einschlüsse zu kritischen Defekten vermieden werden.

Ein weltoffener interdisziplinärer Austausch von Ideen und Erfahrungen über Ländergrenzen und Kulturen hinweg unterstützt die Vorreiterfunktion des SFB 920 und stellt in einem internationalen Umfeld ein Alleinstellungsmerkmal dar, welches die gesamte innovative Prozesskette von Erforschung, Werkstoffdesign und Verständnis der Grundwirkungsmechanismen der aktiven bzw. reaktiven Filterwerkstoffe abbildet. Die erfolgreiche Arbeit des SFB 920 beruht auf einer intensiven Zusammenarbeit unterschiedlicher Wissenschaftsgebiete in einem internationalen Umfeld. Dabei unterstützt die interdisziplinäre Vernetzung mit Wissenschaftlern aus Kanada, USA, Brasilien, China, Tschechien, Polen, Schweiz, Italien sowie Belgien in Form von Auslandsaufenthalten und internationalen Schulungen die Doktorandinnen und Doktoranden im SFB auf dem Weg zur Promotion.

Um frühzeitig Erkenntnisse und Erfahrungen auszutauschen sowie einen Transfer von Forschungsergebnissen in eine Anwendung zu unterstützen, begleitet ein Industriebeirat die Forschungsarbeiten der Freiberger Wissenschaftler. Neben der bereits erfolgreichen Anwendung der ersten neuartigen funktionalisierten Filterbauteile unter industriellen Bedingung für den Formguss, sollen bald neuartiger Filtereinheiten im Tundish-Bereich beim Stranggießen von Stahl erstmalig eingesetzt werden.

Abbildungen links (Abb. 1a-c): S. Dudczig, SFB 920,
Abbildungen rechts (Abb. 2-4): D. Müller


TU Bergakademie Freiberg - SFB 920 "Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration"

Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik
Dr. Undine Fischer
Agricolastr. 17 - Zimmer 109
09599 Freiberg
Deutschland

     http://tu-freiberg.de/forschung/sfb920
   undine.fischer@ikgb.tu-freiberg.de
 +49 3731 39-3324
 +49 3731 39-2419


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