15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 1

PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH

PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil

15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe

14. April 2015

Dr. Dieter Nikolay

WZR ceramic solutions GmbH

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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH

Gliederung

• Kurze Vorstellung WZR ceramic solutions GmbH

• Herstellung von präkeramischem Papier

• Herstellung präkeramischer Strukturen

• PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen

• Zusammenfassung

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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH

Kurze Vorstellung der WZR ceramic solutions GmbH

• privatwirtschaftliches Unternehmen mit ca. 20 Mitarbeitern

• Seit 1996 am Markt

• Arbeitsgebiet: Technische Keramik

• Der Name ist Programm: Lösungen mit Keramik

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Kurze Vorstellung der WZR ceramic solutions GmbH

Prüfung + Bewertung

Festigkeitsprüfung z.B. Scheibendruckversuch

Zerstörungsfreie Prüfung

z.B. Porosität, Rohdichte

Oberflächencharakterisierung z.B. Vickershärte

Mineralogische Untersuchung z.B. REM/EDX

Heißprüfungen z.B. Biegefestigkeit mit V-Modul

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Kurze Vorstellung der WZR ceramic solutions GmbH

Engineering

Gefügedesign von

Technischen Keramiken

(nano-ZTA)

PT-Keramik® 3D-Drucken

Bauteilherstellung

Entwicklungsthemen

Bauteilherstellung

Vakuum-Heißgießen

Niederdruck-Spritzgießen

CNC-Bearbeitung

Keramische Beschichtungen

Sol-Gel

Elektrophorese

Multi-Material 3D-Drucken

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Herstellung von präkeramischem Papier

• PT-Keramik® = Papier Technologisch hergestellte Keramik

• Herstellungsprozess PT-Keramik®

• Herstellung eines präkeramischen Papieres in dem der keramische Rohstoff

(z.B. Al2O3) bereits enthalten ist

• Schreibpapier enthält ca. 30 Ms.-% anorganische Partikel

• Verbesserung der Oberfläche und Weißgrad: Einsatz von Kaolin,

Calciumcarbonat, Titanoxid

• Neu: Erhöhung der Feststoffbeladung auf 80 Ms.-% Anorganik

• Verwendung definierter, keramischer Füllstoffe (Aluminiumoxid,

Cordierit…)

• Erzeugung von planaren Strukturen mit Dicke zwischen 0,2 und 1,5mm

• Endlosbahnen

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Herstellung präkeramischer Strukturen

• Verarbeitung des präkeramischen Papieres

• Schneiden / Lasern

• Einbringen einer Wellenstruktur / Riffeln

• Verkleben

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Herstellung präkeramischer Strukturen

• Mögliche Strukturen

• Plane Substrate

• Wellkeramiken

• Gefache

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PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen

• Sintern des präkeramischen Papieres analog zu

herkömmlichen Keramiken

• Derzeit verfügbare Werkstoffe

• Kommerziell

• Al2O3

• Steinzeug

• Cordierit

• Entwicklungswerkstoffe

• ZrO2

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PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen

• Keramische Eigenschaften

Al2O3:

mittlere Festigkeit: ca. 200 MPa

Cordierit-1:

mittlere Festigkeit: 79 MPa

Cordierit-2:

mittlere Festigkeit: 62 MPa

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PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen

• Keramische Eigenschaften

ZrO2-1:

mittlere Festigkeit: 226 MPa

E-Modul: 115 GPa

ZrO2-2:

mittlere Festigkeit: 282 MPa

E-Modul: 55 GPa

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PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen

• Eigenschaften von Al2O3-Wellkeramiken

• Festigkeit bei Raumtemperatur >50 MPa

• Festigkeit bei 1500°C >50 MPa

• Porosität <30 Vol.-%

• chemische Resistenz sehr gut

• Thermische Beständigkeit > 1500°C unter Belastung

• Gewichtsvorteile: 80 Ms.-% Einsparung im Vergleich zum Standard

• Energieeinsparung: 40% pro Brand bis 1600°C im Vergleich zum Standard

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PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen

• Cordierit-Gefache

• Anwendung als Hochtemperatur-Leichtbauelement

• Anwendung bis 1230°C

• Ersatz für „herkömmliche Brennhilfsmittelplatten

• Gewichtseinsparung von bis zu 80%

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PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen

• Design-Teile

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Zusammenfassung

• Vorteile des Verfahrens

• Bereitstellung von keramischem Halbzeug analog zu Stahlblech

• Nutzung der vorhandenen Papiertechnik (großserientauglich)

• Urformung

• Umformung

• Kleben

• Deutlich günstiger gegenüber keramischen Folien, kein Entbinderungsschritt notwendig

• Sehr geringes Gewicht, dadurch effizient

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• Was macht WZR

• Technische Umsetzung eines wissenschaftlichen Ansatzes

• Seit 2008 mit dem Thema beschäftigt

• Großtechnische Umsetzung 2011 mit Firmenkonsortium

• Markenschutz PT-Keramik® seit 2011

• Patent für Leichtbaustrukturen 2014 erteilt

• Gewinner Effizienzpreis des Landes NRW 2013

• Lizenzvergabe für Serienproduktion von Brennhilfsmitteln an die Rath AG

Zusammenfassung

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Zusammenfassung

• Anwendung von PT-Keramik für

• Hochtemperatur Leichtbau (Brennhilfsmittel, Sinterunterlagen…)

• Filtration von aggressiven Medien

• Design

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Dr. Dieter Nikolay

Leiter Engineering

WZR ceramic solutions GmbH

Lise-Meitner-Straße 1

53359 Rheinbach

www.wzr.cc

E-Mail: d.nikolay@wzr.cc

Telefon: 02226 1698-14