Im Jänner 2018 starteten wir gemeinsam mit der Universität Innsbruck und Luxner Engineering ZT GmbH ein gemeinsames K-Regio-Projekt mit dem Titel „Optimierte Keramik/Neue Einsatzgebiete von Sinterwerkstoffen durch modellbasierte Optimierung konkurrierender technischer Anforderungen: Festigkeit – Wärmeleitfähigkeit – Stofftransport“. Nach drei Jahren intensiver Forschung freuen wir uns sehr, die ersten Ergebnisse präsentieren zu können.
Worum geht’s?
Im Rahmen des K-Regio Projekts wurden modellbasierte Methoden für die Spezifikation neuartiger Keramiken erforscht. Das Ziel war ein Mehrskalenmodell, das Porenraum sowie Porenraumeigenschaften berücksichtigt und die sich daraus ergebenden physikalischen Eigenschaften quantifiziert. Das Projekt lief bis 31. Dezember 2021 und wurde aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert (nähere Informationen zu IWB/EFRE finden Sie unter www.efre.gv.at).
Gemeinsam mit dem Arbeitsbereich für Materialtechnologie unter der Leitung von Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Roman Lackner und dem Team der Luxner Engineering ZT GmbH – das auf lineare und nichtlineare Strukturanalysen spezialisiert ist – untersuchten wir mithilfe von 3D-Röntgenmikroskopie in Kombination mit bildbasierter Porenraumanalyse die Porenraumeigenschaften von zahlreichen Steatitkeramik-Proben.
Aus dieser intensiven Zusammenarbeit nehmen wir zwei wesentliche Ergebnisse für künftige Produkte und Produkteigenschaften mit:
- Wir konnten eine Verbesserung von keramischen Dichtscheiben zur Dosierung der Durchflussmenge im Trinkwasserbereich erzielen.
- Wir haben neue Produkte wie etwa poröse Keramiken für Filtration und keramische Trägerstrukturen für chemische Anwendungen entwickelt.
Die Universität Innsbruck veröffentlicht die Resultate aus der gemeinsamen Forschung im Detail, wir möchten hier im Blog Einblicke geben und werden die Publikationen des Projektteams nach und nach vorstellen.
Wir starten unsere Reihe mit einem Überblick über die Vorgehensweise bei der Porenraumbestimmung bei Steatit aus dem offiziellen Manuskript:
Eine große Anzahl (>150) von porösen Steatitkeramikstäben wurde unter Verwendung verschiedener Arten von nachwachsenden Pflanzenfaserprodukten als Porenbildner mit Massengehalten von 2 bis 10 % hergestellt. Darüber hinaus wurden zum Vergleich dichte Steatitkeramiken in einem Gasofen bei Sintertemperaturen zwischen 1300 und 1350 °C synthetisiert.
Die hochauflösende 3D-Röntgenmikroskopie ermöglichte eine zerstörungsfreie, direkte Untersuchung des dreidimensionalen Porenraums und des Gefüges. Mittels bildbasierter Porenraumanalyse wurden verschiedene Porenraumparameter – wie z.B. Porenvolumen, Porengrößenverteilung und Porenvernetzung – bestimmt. Zusätzlich zur Charakterisierung des Porenraums wurden Phasenanalyse, strukturelle und chemische Untersuchungen mittels Röntgenpulverdiffraktometrie, Elektronenmikroskopie, Fourier-Transform-Infrarot-, Raman- und Röntgenspektroskopie durchgeführt.
Um schließlich den Einfluss der Merkmale auf die physikalischen Eigenschaften zu bewerten, wurden die elastischen, festen und thermischen Eigenschaften bestimmt. Mit zunehmender Porosität sinken die Werte für Biegefestigkeit und Wärmeleitfähigkeit von σf = 123 ± 8 auf 37 ± 5 MPa bzw. λ = 3,22 ± 0,02 auf 1,77 ± 0,02 W/(m ∙ K). Die erzielten experimentellen Ergebnisse wurden mit Hilfe mikromechanischer Modelle diskutiert, die die Auswirkungen der Porenraummorphologie auf die physikalische Leistung poröser Steatitkeramiken aufzeigen.
Wir danken an dieser Stelle den Projektpartnern für die großartige Zusammenarbeit sowie dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung für die Mitfinanzierung.
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