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Telefon: +49 (0) 3731/39-4017 Fax: +49 (0) 3731/39-4021 E-Mail: [email protected] Web: http://sfb799.tu-freiberg.de
Sonderforschungsbereich 799: TRIP-Matrix-Composite Design von zähen, umwandlungsverstärkten Verbundwerkstoffen und Strukturen auf Fe-ZrO2-Basis Technische Universität Bergakademie Freiberg
Ergebnisse der 2. Förderperiode
TU Bergakademie Freiberg Geschäftsstelle des Sonderforschungsbereichs 799 Institut für Werkstofftechnik Gustav-Zeuner-Straße 5, 09599 Freiberg
Motivation und Zielsetzung
Projektplanung und Vernetzung
Vision Entwicklung von Strukturbauteilen über die Papiertechnologie für innovative Verbundwerkstoffe im Sinne des Leichtbaus Generierung von neuartigen Eigenschaften durch Kombination von austenitischem TRIP-Stahl und metastabilem ZrO2:
Entwicklung von TRIP-fähigen Verbundwerkstoffen mit ZrO2-Faserstruktur Teilweise Substitution der Cellulosefasern
durch Zirkoniumdioxidfasern Verwendung von Vorstufenfasern und
gesinterten Fasern Kalandrierparameter Entbinderungs- und Sinterregime Charakterisierung der mechanischen
Eigenschaften
Leichtbaustrukturen aus metallokeramischem Papier Entwicklung von gewellten Halbzeugen
aus flachen kalandrierten Papieren mit Hilfe eines Wellengerätes Entwicklung der Fügemethoden Überführung in Makrostrukturen Entbinderung und Sinterung Charakterisierung der mechanischen
Eigenschaften
Druckschlickerguss von Stahl-Keramik Verbundwerkstoffen Entwicklung von metallokeramischem Papier
3D-CT Abbildungen eines grobkörnigen Korund-versatzes mit 20 Vol.-% Stahl; analysiertes Volumen: 500 x 500 x 900 Voxel mit einer Voxelkantenlänge von 14,38 µm
REM-Aufnahme einer Bruchfläche der Probe 80/20 (a) REM-Abbildung, (b) EBSD-Bandkontrast, (c) EBSD-Phasenanalyse (rot: Austenit, grün: Martensit, blau: α-Al2O3)
100/0/0 90/10/0 80/20/0 80/10/10
Gesamtporosität % 21,7 22,0 22,9 22,0 Thermischer Aus-dehnungskoeffizient (RT - 650 °C)
1/K 8,09·10-6 8,47·10-6 9,60·10-6 9,68·10-6
3 Pkt.-Biegefestigkeit (RT)
MPa 15,5 ± 4,8 13,6 ± 0,8 12,6 ± 3,1 6,7 ± 0,4
3 Pkt.-Biegefestigkeit (nach Thermoschock)
MPa 5,5 ± 2,6 5,2 ± 0,7 6,3 ± 1,0 4,2 ± 0,2
Festigkeitsverlust % 64,2 61,7 49,9 37,9
E-Modul GPa 12,8 ± 2,0 9,7 ± 0,5 9,4 ± 0,9 4,1 ± 0,2
Physikalische und mechanische Eigenschaften der Al2O3-reichen Verbundwerkstoffe
Reibungskoeffizienten der druckschlicker-gegossenen Proben im Stift-Scheibe Versuch (Masterarbeit C. Krumbiegel)
Thermische Zersetzung der Cellulosefasern
20 µm 20 µm
REM-Aufnahmen einer gesinterten Probe, 100/0 (Vol.-% Stahl/Vol.-% ZrO2)
Spannungs-Dehnungs-Kurven der stahlreichen Versätze
100/0 95/5 90/10
Schwindung % 15,8 ± 0,4 15,2 ± 0,2 14,6 ± 0,9
Rohdichte g/cm³ 2,65 3,78 3,1 Gesamt-porosität % 65,9 50,8 59,1
Zugfestigkeit N/mm² 176,6 ± 12,1
123,3 ± 3,1
103,3 ± 14,4
Bruchdehnung % 0,5 ± 0,06 0,5 ± 0,01 0,4 ± 0,04
Physikalische und mechanische Eigenschaften der stahlreichen Verbundwerkstoffe
Arbeitspaket 1 TRIP-fähige Verbundwerkstoffe mit ZrO2-Faserstruktur Entwicklung von ZrO2-Fasern über das
Elektrospinnen Entbinderungs- und Sinterparameter Walzparameter Generierung der faserverstärkten
Halbzeuge Charakterisierung
Arbeitspaket 3 Leichtbaustrukturen aus metallokeramischem Papier Erzeugen von gewellten Papieren Entwicklung Fügeschlicker 3D-Strukturen Entbinderungs- und Sinterparameter Charakterisierung Optimierte Wellenform Optimierte 3D-Strukturen
Meilensteine II/2018 Walzparameter bestimmt II/2019 Charakterisierung beendet, Rückinformation von B2, B5 III/2019 Strukturen an B2 und B5 geben
TRIP-fähige Verbundwerkstoffe mit ZrO2-Faserstruktur, Leichtbaustrukturen aus metallokeramischem Papier
Prof. Dr.-Ing. habil. Christos Aneziris, Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik
A1: Gießformgebung Composite I
Energieabsorption Festigkeit
Verformbarkeit Zähigkeit
a) b) c)
