Jahresbericht 2011 Endversion mit Ergänzung 2012 09-26 · Jahresbericht 2011 -4- 1. Allgemeine...

Jahresbericht 2011

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Inhaltsverzeichnis

1. Allgemeine Informationen ............................................................................................................. 4 1.1. Organisationsform .................................................................................................................. 4 1.2. Personal ................................................................................................................................. 5 1.3. Geräte- und Anlagenausstattung ............................................................................................ 7 1.4. Sonstiges ................................................................................................................................ 7

2. Lehre ............................................................................................................................................... 8 2.1. Statistischer Teil ..................................................................................................................... 8 2.2. Rahmenbedingungen für Lehre und Studium ......................................................................... 8 2.3. Studienwerbung ...................................................................................................................... 8 2.4. Stipendiaten im IKGB ........................................................................................................... 12 2.5. Gastwissenschaftler im IKGB ............................................................................................... 12 2.6. Exkursionen 2011 ................................................................................................................. 12

3. Professur Keramik ....................................................................................................................... 15 3.1. Publikationen ........................................................................................................................ 16

3.1.1. Veröffentlichungen in Zeitschriften und Fachbüchern .................................................. 16 3.1.2. Vorträge und Poster ..................................................................................................... 19 3.1.3. Erteilte Patente ............................................................................................................ 20

3.2. Forschungsprojekte .............................................................................................................. 21 3.2.1. Abgeschlossene Forschungsprojekte .......................................................................... 21 3.2.2. Laufende Forschungsprojekte ...................................................................................... 23

3.3. Studentische Arbeiten ........................................................................................................... 34 3.3.1. Ingenieurpraktika ......................................................................................................... 34 3.3.2. Studienarbeiten ............................................................................................................ 35 3.3.3. Diplom- und Masterarbeiten ......................................................................................... 36

3.4. Promotionen ......................................................................................................................... 37 3.4.1. Abgeschlossene Promotionen ..................................................................................... 37 3.4.2. Laufende Promotionen ................................................................................................. 39

3.5. Habilitationen ........................................................................................................................ 41 3.5.1. Laufende Habilitationen ............................................................................................... 41

3.6. Mitarbeit in Gremien und Gesellschaften .............................................................................. 41 3.7. Teilnahme an Konferenzen, Kolloquien, Seminaren und Messen ........................................ 42 3.8. Preise ................................................................................................................................... 43 3.9. Pressemeldungen ................................................................................................................. 44

4. Professur Glas- und Emailtechnik .............................................................................................. 51 4.1. Publikationen ........................................................................................................................ 51

4.1.1. Veröffentlichungen in Zeitschriften und Fachbüchern .................................................. 51 4.1.2. Vorträge und Poster ..................................................................................................... 51 4.1.3. Patentanmeldungen ..................................................................................................... 52


4.3. Studentische Arbeiten ........................................................................................................... 60 4.3.1. Ingenieurpraktika ......................................................................................................... 60 4.3.2. Studienarbeiten ............................................................................................................ 61 4.3.3. Diplomarbeiten ............................................................................................................. 61

4.4. Promotionen ......................................................................................................................... 62 4.4.1. Laufende Promotionen ................................................................................................. 62

4.5. Mitarbeit in Gremien und Gesellschaften .............................................................................. 63 4.6. Teilnahme an Konferenzen, Kolloquien und Seminaren ....................................................... 63 4.7. Preise ................................................................................................................................... 64 4.8. Sonstiges .............................................................................................................................. 65 4.9. Pressemeldungen ................................................................................................................. 66


5. Professur Baustofftechnik ........................................................................................................... 70 5.1. Publikationen ........................................................................................................................ 70

5.1.1. Veröffentlichungen in Zeitschriften und Fachbüchern .................................................. 70 5.1.2. Vorträge und Poster ..................................................................................................... 70


5.3. Studentische Arbeiten ........................................................................................................... 72 5.3.1. Ingenieurpraktika ......................................................................................................... 72 5.3.2. Studienarbeiten ............................................................................................................ 72 5.3.3. Projektarbeiten ............................................................................................................. 72 5.3.4. besonderen Lernleistung (BeLL) .................................................................................. 73 5.3.5. Diplomarbeiten / Masterarbeiten .................................................................................. 73

5.4. Promotionen ......................................................................................................................... 74 5.4.1. Laufende Promotionen ................................................................................................. 74

5.5. Mitarbeit in Gremien und Gesellschaften .............................................................................. 74 5.6. Teilnahme an Konferenzen, Kolloquien und Seminaren ....................................................... 74

6. Ausgewählte Forschungsergebnisse ......................................................................................... 76


1. Allgemeine Informationen

1.1. Organisationsform

Das Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik ist eines der elf Institute der Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg.

Technische Universität Bergakademie Freiberg

- Fakultät für Mathematik und Informatik

- Fakultät für Chemie und Physik

- Fakultät für Geowissenschaften, Geotechnik und Bergbau

- Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik

- Fakultät für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie

- Fakultät für Wirtschaftwissenschaften

Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik

- Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Aufbereitungstechnik

- Institut für Energieverfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen

- Institut für Thermische Verfahrenstechnik, Umwelt- und Naturstoffverfahrenstechnik

- Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

- Institut für Maschinenbau

- Institut für Wärmetechnik und Thermodynamik

- Institut für Maschinenelemente, Konstruktion und Fertigung

- Institut für Mechanik und Fluiddynamik

- Institut für Automatisierungstechnik

- Institut für Elektrotechnik

- Institut für Aufbereitungsmaschinen

Das Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik wurde 1950 als Institut für Keramik durch Prof. Dr. Theodor Haase gegründet. Im Jahre 1954 wurde es umbenannt zum Institut für Silikathüttenkunde mit gleichzeitiger Erweiterung der Lehr- und Forschungsinhalte auf die Bereiche Glastechnik sowie Bindemittel und Baustoffe und hat von 1968 - 1990 als Wissenschaftsbereich Silikattechnik bestanden. 1990 wurde es wieder im Sinne seiner Gründung ein Institut für Silikattechnik. Im Jahr 2000 konnte das Institut sein 50jähriges Bestehen feiern. Im Oktober 2002 erfolgte die Umbenennung des Institutes in Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik.


1.2. Personal

Geschäftsführender Institutsdirektor: Prof. Dr.-Ing. Heiko Hessenkemper

Professur Keramik:

Professor: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Christos G. Aneziris

Honorarprofessoren: Prof. Dr.-Ing. Peter Quirmbach Prof. Dr. rer. nat. Thomas Graule

Privatdozenten: Dr.-Ing. habil. Helge Jansen Prof. Dr.-Ing. habil. Ralph Lucke

Sekretariat: Kerstin Baldauf Tel.: 03731/39 2608 Fax: 03731/39 2419

E-Mail: [email protected]

Besucheradresse: Agricolastr. 17 / 09599 Freiberg

Wissenschaftliche Dipl.-Ing. Uta Ballaschk Mitarbeiter: Dr. rer. nat. Harry Berek

Appr. Apoth. Christiane Biermann Dipl.-Ing. Nora Brachhold Dipl.-Ing. Steffen Dudczig M.Eng. Marcus Emmel Dr.-Ing. Undine Fischer Dipl.-Ing. Patrick Gehre Dipl.-Ing. Nora Gerlach Dr.-Ing. Michael Hampel Dipl.-Ing. Manuel Hasterok Dipl.-Ing. Jana Hubálková Prof. Dr. rer. nat. Georgios Kostakis M.Sc. Mingliang Li Dipl.-Chem. Susann Ludwig Dr.-Ing. Kirsten Moritz Dr.-Ing. Wagner Moulin Silva M.Sc. Vasileios Roungos Dipl.-Ing. Stefan Schafföner Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. Ernst Schlegel Dr.-Ing. Gert Schmidt Dipl.-Ing. Petra Stein Dr.-Ing. Volker Stein Dr. rer. nat. Bernd Ullrich (bis 30.09.2011) Dipl.-Ing. Dániel Veres Dipl.-Ing. Claudia Voigt Dipl.-Ing. Christian Weigelt Dipl.-Ing. Claudia Wenzel Dipl.-Ing. Jörn Werner M. Eng. Sara Zavareh

Technische Kerstin Baldauf Angestellte: Dipl.-Kffr. Linda Clauß Dipl.-Ing. (TU) Christina Faßauer

Thomas Franz Dipl.-Ing. (BA) Ricardo Fricke Karin Hasterok

Jacqueline Höhne Rico Kaulfürst

Carolin Ludewig Uwe Pälchen

Ursula Querner


Professur Glas- und Emailtechnik:

Professor: Prof. Dr.-Ing. Heiko Hessenkemper Sekretariat: Kathrin Voigt Tel.: 03731/39 3293 Fax: 03731/39 2451

E-Mail: [email protected] Besucheradresse: Leipziger Str. 28 / 09599 Freiberg Wissenschaftliche Dr.-Ing. Khaled Al Hamdan

Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Tobias Börner Dr.-Ing. habil. Ralf Bruntsch Dr. –Ing. Holger Dastis (bis 31.05.2011) Dipl. –Ing. Annegret Diatta (bis 31.05.2011) Dipl.-Ing. Martin Groß Dipl.-Wirt.-Ing. Christina Hartwig (bis 31.12.2011) Dr.-Ing. Sabine Hönig Dipl.-Ing. Mathias Hötzel Dipl.-Ing. Michael Hubrich

Dipl.-Ing. Liesa Hübner Dipl.-Ing. Kathleen Kretschmer Dipl.-Ing. Michael Kretschmer Dipl.-Ing. Heide Landfermann-Hessenkemper

Dipl.-Ing. Marc Lüpfert Dipl.-Ing. Franziska Mai Dipl. –Math. Sascha Matthes Dipl.-Wirt.-Ing. Anne-Katrin Rössel Dipl.-Ing. Rolf Weigand Dipl.-Ing. Sven Wiltzsch Dipl.-Ing. Thomas Voland Technische Ursula Glatz Angestellte: Marcus Forstner Petra Zschoge Dipl.-Ing. Michael Scheidhauer Professur Baustofftechnik:

Professor: Prof. Dr.-Ing. Thomas A. Bier Sekretariat: Monika Wenige

Tel.: 03731/39 4243 Fax: 03731/39 2223 E-mail: [email protected]

Besucheradresse: Leipziger Straße 28, 09599 Freiberg Wissenschaftliche Dipl.-Ing. Kathrin Häußler

Mitarbeiter: Dipl.-Ing. Christoph von Gynz-Rekowski Dipl.-Wirt.-Ing. Ekaterina Makeeva Dipl.-Geol. Torsten Westphal

Technische Dipl.-Ing. Alexander Friedrich Angestellte: Grit Uhlemann Jacqueline Höhne


Gemeinsame Einrichtungen des Institutes für Keramik, Glas- und Baustofftechnik

Know-How-Pool Dr.-Ing. Dieter Melzer Dr.-Ing. Harald Seifert Privatdozent Dr.-Ing. habil. Joachim Ulbricht Dr.rer.nat. Bernd Ullrich (ab 01.10.2011)

Technikum Technikumsleiter: Dr.-Ing. Gert Schmidt

Dipl.-Ing. Christina Faßauer (ab 15.11.11)

Werkstatt Werkstattleiter: Thomas Franz

Strahlenschutzbeauftragte: Dipl.-Ing. Uta Ballaschk, Dr. T. Westphal

Seit Januar 2001 wird das Institut von einem Vorstand geleitet. Ihm steht Prof. Dr. Heiko Hessenkemper als geschäftsführender Direktor des Institutes vor. Dem Vorstand gehören an: die drei ordentlichen Professoren (mit Stimmrecht) und jeweils ein Vertreter der akademischen und sonstigen Mitarbeiter (beratend). Die Vorstandsberatungen finden unter Vorsitz des geschäftsführenden Direktors und Teilnahme der Hochschullehrer, der zwei gewählten Vertreter mit beratender Stimme, der Oberassistenten des Institutes sowie der Bildungsbeauftragten statt.

1.3. Geräte- und Anlagenausstattung

Die gerätetechnische Ausstattung des Institutes für Keramik, Glas- und Baustofftechnik konnte 2011 modernisiert und erweitert werden, wobei folgende Beschaffungen hervorzuheben sind:

- Eigenbau einer Versuchsanlage zum chemischen Vorspannen von Glas - Cressington Sputter Coater 208 HR - Cressington Thickness Controller mtm20 - Cressington Carbon Coater 208 carbon - Universal-/Plastizitätsmessgerät (Fa. Dr. Kubelik, Karlsruhe) - Nabertherm-Ofen - Laborwaagen - Hydraulischer Adhäsionstester - telezentrisches Objektiv für hochauflösende Kamera - Fliesensäge

Die Erneuerung des Hauses Silikattechnik und der Labor- und Büroräume wurde fortgesetzt: - - Erneuerung der Elektrik und Lüftung im Raum der Glaswanne - Renovierung und Raumeinrichtungen für wissenschaftliche Mitarbeiter des SFB 920, des SFB 799 u. a. - Einrichtung eines Labors für das Hochtemperatur-Messsystem (RFDA).

1.4. Sonstiges

Nacht der Wissenschaft 18.6.2011

Mit verschiedensten Vorträgen und Vorlesungen für Kinder sowie unterschiedlichen Versuchsständen und Demonstrationsobjekten beteiligten sich alle Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen sowie eine große Anzahl der Studenten an der erfolgreichen Ausgestaltung der Nacht der Wissenschaften unserer Universität. Bis weit nach Mitternacht waren Besucher im Institut unterwegs und konnten sich über Forschung und Lehre auf dem Gebiet Keramik, Glas- und Baustofftechnik informieren und insbesondere die vielen Mitmachaktionen für die Kinder nutzen.

2. Lehre

2.1. Statistischer Teil

Für den Studiengang Keramik-, Glas- und Baustofftechnik waren im Jahr 2010 folgende Studentenzahlen aktuell:

WS 2010/11 WS 2011/2012

Studenten 103 102

Doktoranden 24 27

Habilitanden 1 2

128 131

Im Wintersemester 2010/2011 schrieben sich 10 Erstsemester im modularisierten Diplomstudiengang Keramik, Glas- und Baustofftechnik ein. 8 Studenten schlossen bis Dezember 2011 ihr Studium mit Diplom ab.

Im Wintersemester 2011/12 wurden 3 weitere Studenten in den Masterstudiengang Keramik, Glas- und Baustofftechnik aufgenommen, im Masterstudiengang sind nunmehr 6 Studenten.

2.2. Rahmenbedingungen für Lehre und Studium

Die Studienkommission und der Prüfungsausschuss für beide Studiengänge werden von nachfolgend genannten Personen gebildet:

Studienkommission:

Prof. Dr. Christos G. Aneziris – Studiendekan (Vertreter: Prof. Bier)

Prof. Dr. Thomas A. Bier

Dipl.-Ing. Kathrin Häußler

Studenten: Thomas Ilm, Franziska Krause

Prüfungsausschuss:

Prof. Dr. Christos Aneziris– Studiendekan (Vertreter: Prof. Bier)

Prof. Dr. Thomas Bier

Prof. Dr. Heiko Hessenkemper

Dipl.-Ing. Kathrin Häußler (Vertreter: Dr. Sabine Hönig)

Studenten: Thomas Ilm (Vertreter: Franziska Krause)

2.3. Studienwerbung

Die Studienwerbung nimmt nach wie vor einen äußerst wichtigen Platz in der Öffentlichkeitsarbeit des Institutes ein. Nach den extrem zurückgegangenen Anfängerzahlen im WS 2010/11 konstituierte sich eine Arbeitsgruppe „Werbung“, in der Mitarbeiter und Studenten gemeinsam neue Konzepte und Angebote für die Studienwerbung entwickeln werden.

Das Institut präsentierte sich auf zahlreichen Veranstaltungen der zentralen Studienwerbung der TU Bergakademie Freiberg, wie zu den Tagen der offenen Tür sowie zum Schnuppertag für Unentschlossene mit Exponaten und Informationsmaterial am Fakultätsstand sowie durch Vorträge von Prof. Dr. Hessenkemper und Frau Häußler. Weiterhin nutzen Mitarbeiter des Institutes verschiedene Veranstaltungen in den Berufsinformationszentren, auf Bildungsmessen und in vielen Gymnasien, um Studienmöglichkeiten der Universität und im Speziellen unseren Studiengang vorzustellen.


1. Nachtlabor am IKGB – Faszination Glas bei Nacht erleben

Um neue Studenten für den Studiengang zu werben und sich dabei deutlich vom Rest der Studentenwerbung abzuheben, wurde das Nachtlabor ins Leben gerufen. Der erste Termin, der 09.12.2011, war sehr schnell mit 20 Schülern voll, so dass zwei weitere Termine Anfang 2012 gefunden werden mussten.

Um in Nachtstimmung zu kommen, wurde im gesamten Rammlerbau das Licht gelöscht und Kerzen auf Treppen und Gängen verteilt. Alle Beteiligten wurden mit Stirnlampen und die Studenten mit Laternen ausgestattet. Zur Begrüßung im Hof wurde das brennende Thema „GLAS“ ganz groß geschrieben.

Nach der Begrüßung der Schüler wurde von Dr. Bruntsch ein kurzer Einführungsvortrag gehalten um den Schülern einen thematischen Einstieg in das vielschichtige Thema Glas zu geben. Daran schließt sich das Abendbrot an, welches stilecht aus Gläsern serviert wurde. Frisch gestärkt wurden nun die einzelnen Stationen nach und nach in kleinen Gruppen besucht. Im Vordergrund der Stationen stand das praktische Arbeiten der Schüler. Die Praktiken des Emaillierens wurden an der Station „Hochzeit von Glas & Stahl“ gezeigt. Dabei konnten die Schüler ihre eigenen Schlüsselanhänger emaillieren, welche sie als Andenken mit nachhause nehmen konnten.

An der Station „Wellen(-Längen) Reiten mit Glas“ konnten zahlreiche spannende optische Besonderheiten von Glas gezeigt werden. Unter den UV-Lampen begann Glas bunt zu Leuchten und Spannungen konnten unter polarisiertem Licht sichtbar gemacht werden. Mit Hilfe des Polarisators bekamen die Schüler auch die Möglichkeit, selbst gehärtete Scheiben zu untersuchen.

Direkt nebenan konnte das Handwerk des Glasblasens an der Station „Glas in Flammen“ selbst ausprobiert werden. Dabei kamen keine Glasmacherpfeifen zum Einsatz, sondern Glasrohre, welche aufgeblasen werden konnten. Zusätzlich dazu bestand die Möglichkeit, selbst Glasfäden zu ziehen und sich Anhänger oder ähnliches aus Glas zu gestalten.

Im RefraLab in der Halle wurde es an der vierten Station deutlich heißer, denn es wurden „Glastränen“ ausgegossen. Dabei konnten die Schüler sehen, welchen Einfluss die Glasfarbe auf die Verarbeitbarkeit hat. Die unterschiedlichen Tränen wurden nach dem spannungsarmen Abtempern per Post den Schülern nachgeschickt.


Kurz vor Mitternacht trafen sich alle Schüler und Beteiligten an der Glaswanne, wo pünktlich zum Schichtwechsel der Freiberger Steiger angestimmt wurde. Nach Verteilung der Zertifikate wurde „Glühwein aus der Glaswanne“ ausgeschenkt und das Nachtlabor in lockerer Umgebung beendet.

Ziel des Nachtlabors sollte sein, motivierte und interessierte Schüler zu gewinnen und auf den Studiengang KGB aufmerksam zu machen. Die gewonnenen Kontakte sollen weiter ausgebaut werden. In Zusammenarbeit mit dem Schülerlabor soll das Nachtlabor noch bekannter gemacht werden, so dass einer Fortsetzung im Jahr 2012 nichts im Weg steht.

2011 wurden drei Schülerkollegs durchgeführt. Vom 16.-18.02.2010 sowie vom 13.-15.07.2010 fanden die Schülerkollegs „Keramik-, Glas- und Baustofftechnik“ statt, diesmal –„Was Glas alles kann“ (Organisation: Dr. S. Hönig und Kollegen) und „Moderne Baustoffe in Forschung und Praxis“ (Organisation: Dr. Westphal und Kollegen). Neben Vorlesungen, Praktika und der traditionellen Abendveranstaltung mit den Studenten, Mitarbeitern und Professoren fanden wieder Exkursionen statt (NARVA Brand-Erbisdorf, Scholl-Glas Nossen, GEOMIN Hermsdorf, Schwenk Zement Bernburg), die großen Anklang bei den Teilnehmern fanden.

Schülerkolleg – „Was Glas alles kann, wo Glas überall drinsteckt“


Im August 2011 wurde am Lehrstuhl für Glas- und Emailtechnik der Schüllerkolleg Glas durchgeführt. Auf Grund ungünstiger Lage innerhalb der Ferien sowie verwaltungstechnischen Schwierigkeiten haben nur 3 Schüler an dem Kolleg teilgenommen. Doch dadurch konnte eine intensive Betreuung der Schüler gewährleistet werden. Am ersten Tag wurden die einzelnen Anlagen und Gerätschaften der Laborräume des Glaslehrstuhls, sowie des Silikatbaus gezeigt und erklärt. Die Schüler konnten einiges selbstausprobieren und sich alles genau anschauen. Der Höhepunkt war ein kurzer Impulsvortrag von Prof. Hessenkemper, wo sie erkannten, welches Potential Glas aufweist. Der Abend klang mit einem gemeinsamen Grillen mit Studenten aus.

Am nächsten Tag wurden 3 Exkursionen durchgeführt. Zuerst ging es nach Freital ins Behälterglaswerk, wo den Schülern gezeigt wurde, wie Saftflaschen hergestellt werden. Anschließend ging es zur Narva nach Brand Erbisdorf. Dort wurde den Schülern die Glasherstellung von den Rohstoffen bis hin zum fertig verpackten Produkt Schritt für Schritt erklärt. Besonders spannend war dabei der Blick in die Wanne. Nach einer kurzen Mittagspause ging es nach Nossen in die Firma Scholl Glas, wo Flachglas zu verschiedensten Produkten weiterverarbeitet wird.

Am letzten Tag haben Mitarbeiter des Lehrstuhls aktuelle Forschungsschwerpunkte kurz vorgestellt und gezeigt, wo Glas überall drinsteckt. Nachdem Aushändigen der Zertifikate stellten alle drei Schüler ein positiven Eindruck des Kollegs dar und ein eventuelles Einschreiben in das Studium in Aussicht.

In den Herbstferien wurde nach dem Erfolg der Vorjahre das 6.Schülerkolleg „Ceramics meet Steel“ gemeinsam mit dem Institut für Eisen- und Stahltechnologie organisiert (Kathrin Häußler, Michael Hötzel) und mit 18 Schülerinnen und Schüler durchgeführt. Neben Vorlesungen über Keramik und Email erfuhren die Schüler Wissenswertes über die Erzeugung von Eisen und Stahl. An verschiedenen Versuchsständen wurden Prüf- und Analysenmethoden für feuerfeste Erzeugnisse, Stahl, Eisen sowie die Herstellung von Metallschmelzen und Emails ausprobiert. Die Exkursionen führten bei diesem Kolleg in das Edelstahlwerk Freital, die Firma DURAVIT in Meißen sowie in die Firma Omeras Lauter.

Schüler und Schülerinnen verschiedener Gymnasien weilten zu Projektwochen an der TU Bergakademie Freiberg und wurden in verschiedenen Praktika in unserem Institut betreut und mit dem Studiengang Keramik, Glas- und Baustofftechnik bekannt gemacht, u.a.:

Schüler der 11. und 13. Klassen des Beruflichen Gymnasiums „Julius Weisbach“ in Freiberg wurden während ihrer 2- bzw. 1-wöchigen Praktika von Mitarbeitern der Bereiche Keramik und Glas betreut. Schüler der 10.Klasse der Geschwister-Scholl-Gymnasiums und des Gymnasiums Frankenberg absolvierten 10-tägige Praktika im Institut.

Schülerbetreuung (CT)– 09.02.2011 - U. Ballaschk

Schülerpraktikum J.-Weisbach-Technisches Gymnasium (1 Schüler) – 28.02.-04.03.2011 - C. Weigelt

Schülerbetreuung am Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik –23.03.2011 - Dr. U. Fischer - U. Ballaschk

Deutsche Hochschulinformationstage in Griechenland


– Thessaloniki + Athen (Griechenland) – 01.-04.04.2011 - Hochschulmesse Aristoteles-Universität Thessaloniki 2011 - Deutsche Schule Athen 2011 - Hochschulmesse Goethe-Institut Athen 2011

- C. Wenzel, V. Roungos, K. Häußler

Schülerpraktikum (1 Schüler) – 23.-27.05.2011 - Dr. V. Stein

Schülerpraktikum (2 Schüler) – 23.-27.05.2011 - M. Hasterok

Studienwerbung am Geschwister-Scholl-Gymnasium Nossen – Juni 2011 - Dr. M. Hampel

„Praxisbezüge im Studium stärken“ Veranstaltung desSachsenmetall Unternehmensverbandes der Metall- und Elektroindustrie Sachsen e.V. – Freiberg – 14.06.2011 - Dr. U. Fischer, Dr. M. Hampel, Dipl.-Ing. S. Schafföner

Forschertag SFB799 Schülerwettbewerb „Ganz schön gerissen!“–23.06.2011 - C. Weigelt, K. Häußler

Schüler der Grundschule Freie Gemeinschaftliche Schule Maria Montessori Freiberg (14.11.2011) - C. Biermann, C. Wenzel, S. Ludwig, K. Häußler, N. Gerlach

2.4. Stipendiaten im IKGB

M.Sc. Mingliang Li Zhengzhou University, Henan / China

01.12.2010 – 31.10.2014 2.5. Gastwissenschaftler im IKGB

M.Sc. Wagner Moulin Silva Fa. Magnesita Refratários S.A. / Brasilien 10.08.2009 – 31.09.2011

Prof. Dr. Georgios Kostakis TU Kreta / Griechenland 06.10.2010 – 31.01.2011, 01.08. – 31.12.2011 Anna Chainikova Russische chemisch-technologische Universität in Moskau 14.11.2011 – 27.11.2011 Nataliya Klimenko Russische chemisch-technologische Universität in Moskau 14.11.2011 – 27.11.2011

2.6. Exkursionen 2011

Große Exkursion der Studenten der Studiengänge KGB der TU Bergakademie Freiberg, der VŠCHT Praha und der AGH Krakow– 26-30.09.2011 – T. Börner und S. Hönig (Betreuer) + Studenten des Studiengangs KGB

Innerhalb des Studiums ist es zur Tradition geworden gemeinsam mit den Studenten der Partnerinstitute aus Polen und der Tschechischen Republik eine einwöchige Exkursionsfahrt im jeweiligen Gastgeberland durchzuführen. Dieses Jahr war unser Institut mit der Organisation und Planung an der Reihe. Das Programm beinhaltete eine breite Palette an einschlägigen keramischen, glas- und baustofftechnischen Firmen bei denen die erworbenen theoretischen Kenntnisse der zurückliegenden Semester durch den praktischen Einsatz erweitert und vertieft werden sollten. Es wurden folgende Betriebe besucht:

Mo - Cera System Verschleißschutz GmbH (Hermdsorf/Thür.)

Di - Thüringer Behälterglas GmbH (Schleusingen )


- PPC Insulators Elektrokeramik Sonneberg GmbH

Mi - Technische Glaswerke Ilmenau GmbH

- TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau, FG Anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe

Do - Wiegand-Glas GmbH (Steinbach am Wald ) - Deutsche FOAMGLAS GmbH (Schmiedefeld)

Fr - Wienerberger Ziegelindustrie GmbH (Eisenberg)

Den besuchten Firmen gilt unser Dank für interessante und kompetente Führungen. Wie auch in den vergangenen Jahren wurde die Studentenexkursion 2011 durch die großzügige finanzielle Unterstützung der Verbundnetz Gas AG Leipzig ermöglicht, wofür wir uns herzlich bedanken.


Professur Keramik


3. Professur Keramik

Liebe Mitstreiter, liebe Freunde des IKGB, Im Jahr 2011 wurden im Bereich der Keramik und Feuerfest zukunftsträchtige Meilensteine für die Forschungsaktivitäten der kommenden Jahre gelegt. Neue Werkstoffe haben Schrittmacherfunktionen für international wettbewerbsfähige Innovationen des 21. Jahrhunderts und sind damit ein Schlüssel zu neuen Hochtechnologie-Produkten der Zukunft. Die Leistungsfähigkeit der Werkstoffe hängt dabei maßgeblich von der Qualität und dem Reinheitsgrad ab. Die Forderung nach erhöhter Qualität bzw. Homogenität der Werkstoffe und der damit einhergehenden Leistungsfähigkeit machen eine gleichmäßigere Einstellung der chemischen Zusammensetzung und eine deutliche Steigerung des Reinheitsgrades erforderlich. Die Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung des neu bewilligten DFG- Sonderforschungsbereiches 920 „Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration – Ein Beitrag zu Zero Defect Materials“ werden es ermöglichen, dass in Zukunft deutlich sicherere und gewichtreduzierte fehlerfreie Werkstoffe zum Einsatz kommen. Die Koordination des DFG- Schwerpunktprogrammes 1418 „Feuerfest Initiative zur Reduzierung von Emissionen“ eröffnet das Potential von kohlenstoffärmeren bzw. kohlenstofffreien Feuerfestkomponenten. Bei einer Reduzierung bzw. Verzicht auf Kohlenstoff müssen für eine ausreichende Thermoschock-beständigkeit grundlegende werkstoff- und verfahrenstechnische Konzepte in der Mikrostruktur- (Werkstoffdesign) und Makrostrukturentwicklung (Werkstoffverbund) erarbeitet werden. Schließlich bereichert der SFB 799 TRIP-Matrix-Composite unsere Erfahrungsbasis im Bereich der Verbundwerkstoffe bzw. Werkstoffverbunde. Der Einsatz der Druckschlickergusstechnologie für grobkörnige Feuerfestmassen, die 3D-Charakterisierung mittels Computertomographie mit in situ Druckbeanspruchung und der Einsatz der EBSD – Phasenuntersuchungen im Rasterelektronenmikroskop unterstreichen die Philosophie des Lehrstuhls, den Bogen von der Grundlagenforschung über die Erforschung und Entwicklung neuer Messmethoden bis zur Pilotbauteilfertigung zu spannen. Der Stahlgusssimulator leistet dabei einen essentiellen Beitrag sowohl für die Grundlagenforschung im Rahmen des SFB 920 und des SPP 1418 als auch für industrienahe Fragestellungen in enger Kooperation mit Endanwendern. Zahlreiche industrienahe Projekte aus dem Energie-sektor, der Zement- und der Feuerfestindustrie bereichern sowohl die Doktoranden als auch unsere Studenten. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat das VIP-Vorhaben “Selbstglasierende kohlenstoffgebundene Funktionalbauteile für die Stahlmetallurgie und die Gießerei mit Selbstheilungseigenschaften“ für eine Vorhabenslaufzeit von 3 Jahren genehmigt. „Die Fördermaßnahme Validierung des Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung – VIP des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) ist Bestandteil der Hightech-Strategie der Bundesregierung. Mit ihr sollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Hochschulen sowie aus öffentlichen Forschungseinrichtungen unterstützt werden, frühzeitig ihre Forschungsergebnisse hinsichtlich technischer Umsetzbarkeit, Erschließung neuer Anwendungsbereiche sowie wirtschaftlicher Potenziale zu überprüfen. VIP soll eine Brücke zwischen akademischer Forschung und wirtschaftlicher Anwendung bauen“ (bmbf.de). Diese positive Projektbilanz wurde mit gemeinsamen wissenschaftlichen Aktivitäten, u.a. Workshops, Kolloquien und gemeinsamen wissenschaftlichen Arbeiten im Sinne von Diplomarbeiten und Dissertationen, begleitet von unseren Partnerforschungseinrichtungen (IKTS, EMPA, ECREF, Wuhan University of Science and Technology, FIRRE, MORE) und Industriepartnern, erreicht. Für die Unterstützung beim Aufbau unserer keramischen und feuerfesten Innovationskette in Freiberg sei allen Freunden, Förderern und insbesondere unseren Mitarbeitern herzlich gedankt. Prof. C.G. Aneziris


3.1. Publikationen

3.1.1. Veröffentlichungen in Zeitschriften und Fachbüchern

ANEZIRIS, C. G. & FISCHER, U. 2011. Manche mögen es heiß: Keramische Filterwerkstoffe als „Hochtemperatur Fliegenfänger“ für die Metallschmelze-Filtration. Jahresmagazin Ingenieurwissenschaften, Fokus Werkstofftechno-logien ISSN 1618-8357, 26-30. ANEZIRIS, C. G., GEHRE, P. & GERLACH, N. 2011. Coarse-grained ceramics in the system of Al2O3-TiO2-ZrO2 for applications in gasifiers. 54rd Colloquium on Refractories. Aachen, Proceedings, 154-156. ANEZIRIS, C. G., GEHRE, P., KRATSCHMER, T. & BEREK, H. 2011b. Thermal Shock Behavior of Flame-Sprayed Free-Standing Coatings Based on Al2O3 with TiO2- and ZrO2-Additions. International Journal of Applied Ceramic Technology, 8, 953-964. BARABÁS, R., SÁRA BOGYA, E., ROXANA DEJEU, V., BIZO, L., ANEZIRIS, C. G., KRATSCHMER, T. & SCHMUTZ, P. 2011. Fluorhydroxyapatite Coatings Obtained by Flame-Spraying Deposition. International Journal of Applied Ceramic Technology, 8, 566-571. BEREK, H., ANEZIRIS, C. G., HASTEROK, M., BIERMANN, H., WOLF, S. & KRÜGER, L. 2011. Investigation of Stress Induced Phase Transformation in TRIP-Steel/Mg-PSZ Composites Using EBSD. Advanced Engineering Materials, 13, 1037-1041. BEREK, H., ANEZIRIS, C. G., HASTEROK, M., BIERMANN, H., WOLF, S. & KRÜGER, L. 2011. Stress Induced Phase Transformations in TRIP-Steel / Mg-PSZ Composites. Solid State Phenomena, 172 - 174, 709-714. BEREK, H., ANEZIRIS, C. G., WENZEL, C., WESTPHAL, T. & SCHÄRFL, W. 2011. Thermal Induced Phase Transformations in Mg-PSZ Fine-grain Ceramics Investigated by XRD and EBSD. refractories WORLDFORUM, 3, 123. BEREK, H., BALLASCHK, U. & ANEZIRIS, C. G. 2011. In Situ Characterization of Internal Damage in TRIP-Steel/Mg-PSZ Composites under Compressive Stress Using X-Ray Computed Tomography. Advanced Engineering Materials, 13, 1101-1107. BEREK, H., YANINA, A., WEIGELT, C. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Determination of the Phase Distribution in Sintered TRIP-Matrix / Mg-PSZ Composites using EBSD. steel research international, 82, 1094-1100. COELLE, D.; ANEZIRIS, C.G.; WERNER, J.: A Contribution to the characterization of the “Eisenberger Klebsand”, so called “Luting sand”, As an economic resource and a sustainable raw material for refractories, 54. Internationales Feuerfestkolloquium Aachen, 19.-20.10.2011, Proceedings S.92-94. DE HAZAN, Y., MÄRKL, V., HEINECKE, J., ANEZIRIS, C. & GRAULE, T. 2011. Functional ceramic and nanocomposite fibers, cellular articles and microspheres via radiation curable colloidal dispersions. Journal of the European Ceramic Society, 31, 2601-2611. DIETRICH, D., BEREK, H., SCHULZE, A., SCHARF, I. & LAMPKE, T. 2011. EBSD and STEM on Aluminium Alloys Subjected to Severe Plastic Deformation. Praktische Metallographie, 48, 136-150. EHINGER, D., KRÜGER, L., MARTIN, U., WEIGELT, C. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Strain Rate Effect on Material Behavior of TRIP-Steel/Zirconia Honeycomb Structures. steel research international, 82, 1048-1056. GEHRE, P. & ANEZIRIS, C. G. 2011. EBSD- and CT-analyses for phase evolution and crack investigations of thermal shocked flame sprayed alumina and alumina-rich structures. Ceramics International, 37, 1731-1737. GEHRE, P., WENZEL, C. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Influence of the firing atmosphere on alumina based refractory castables used in slagging gasifiers. Proceedings of UNITECR. Kyoto, 31-A-2. GEHRE, P., WENZEL, C. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Investigation of shaped alumina based refractories used in slagging gasifiers. Ceramics International, 37, 1701-1704.


GEHRE, P., WENZEL, C. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Neue Werkstoffe für den Einsatz in Verbrennungs- und Vergasungsanlagen. In: BECKMANN, M. & HURTADO, A. (eds.) Kraftwerkstechnik – Sichere und nachhaltige Energieversorgung. Neuruppin: TK-Verlag. S. 611-621. GUTTE, H., BAUER, D. & GEHRE, P. 2011. Strukturaufklärung und Werkstoffentwicklung für innovative Vergasungsverfahren. In: BECKMANN, M. & HURTADO, A. (eds.) Kraftwerkstechnik – Sichere und nachhaltige Energieversorgung. Neuruppin: TK-Verlag, S. 601-610. GLAGE, A., WEIDER, M., HASTEROK, M., WEIDNER, A., BIERMANN, H., EIGENFELD, K. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Ermüdungsverhalten von umwandlungsverstärkten Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen. 18. Symposium: Verbund-werkstoffe und Werkstoffverbunde. Chemnitz. In: WIELAGE, B. (ed.) Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen. TU Chemnitz, Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik, Bd. 41, 145-150. GLAGE, A., WEIDER, M., HASTEROK, M., WEIDNER, A., EIGENFELD, K., ANEZIRIS, C. G. & BIERMANN, H. 2011. Mechanical properties of metal matrix composites based on TRIP steel and ZrO2 ceramic foams. Procedia Engineering, 10, 548-555. HASTEROK, M., WENZEL, C., ANEZIRIS, C. G., BALLASCHK, U. & BEREK, H. 2011. Processing of Ceramic Preforms for TRIP-Matrix-Composites. steel research international, 82, 1032-1039. KLIPPEL, U., ANEZIRIS, C. G. & METZGER, A. J. 2011. Shaped Coarse Grained Refractories by Pressure Slip Casting. Advanced Engineering Materials, 13, 68-76. KRATSCHMER, T. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Amorphous zones in flame sprayed alumina–titania–zirconia compounds. Ceramics International, 37, 181-188. KRATSCHMER, T. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Improved Thermal Shock Performance of Sintered Mg–Partially Stabilized Zirconia with Alumina and Titania Additions. International Journal of Applied Ceramic Technology, 8, 398-410. KRATSCHMER, T., ANEZIRIS, C. G. & GRUNER, P. 2011. Mechanical properties of flame sprayed free-standing coatings. Ceramics International, 37, 2727-2735. KREFT, O., HAUSMANN, J., HUBÁLKOVÁ, J., ANEZIRIS, C. G., STRAUBE, B. & SCHOCH, T. 2011. Pore size distribution effects on the thermal conductivity of light weight autoclaved aerated concrete. Cement Wapno Beton, 10, 49-52. MELZER, D. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Brick and other buildingmaterial - Specific values in the dry condition and after water saturation | Ziegel und andere Baustoffe - Kennwerte im trockenen zustand und nach wassersättigung. Keramische Zeitschrift, 63, 193-195. MICHEN, B., DIATTA, A., FRITSCH, J., ANEZIRIS, C. & GRAULE, T. 2011. Removal of colloidal particles in ceramic depth filters based on diatomaceous earth. Separation and Purification Technology, 81, 77-87. MORITZ, K. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Ceramics with Regularly Arranged Tubular Pores by Electrophoretic Deposition at Gauze Electrodes. Advanced Engineering Materials, 13, 82-86. ROUNGOS, V.; ANEZIRIS, C.G.; BEREK, H.: Novel Al2O3-C Refractories with Less Residual Carbon Due to Nanoscaled Additives for Continuous Steel Casting Applications. Advanced Engineering Materials, Published online: Nov 24 2011; DOI: 10.1002/adem.201100222. SCHAFFÖNER, S.; ANEZIRIS, C.G.; KLIPPEL, U.: Pressure Slip Casting of Shaped Coarse Grained Refractories. Proceedings of UNITECR 2011, Proceedings, 31-D-9. SCHÄRFL, W., BEREK, H., ANEZIRIS, C. G., WEIDER, M. & YANINA, A. 2011. Phase Composition of Mg-PSZ in Manganese Alloyed TRIP-Steel MMC Processed via Steel Casting and Conductive Sintering. Advanced Engineering Materials, 13, 480-486.


SCHLEGEL, E.: Das Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik an der TU Bergakademie Freiberg. Zeitschrift für Freunde und Förderer der TU Bergakademie Freiberg, 18, 94-102. SEIFERT, H. 2011. Zerstörungsfreie Prüfung von Feuerfest-Baustoffen. Keramische Zeitschrift, 63, 269-272. SEIFERT, H. & DUDCZIG, S. 2011. Untersuchungen zum Festigkeitsverhalten ungebrannter feuerfester Baustoffe bei erhöhten Temperaturen. Keramische Zeitschrift, 63, 253-256. SIEBER, T., MÜHLICH, U., LIEDKE, T., BALLASCHK, U., BEREK, H., ANEZIRIS, C. G., EHINGER, D., WOLF, S. & KRÜGER, L. 2011. Deformation and Failure of Open-Cell Foams Made of TRIP-Steel-ZrO2-Composite Materials: Experimental Observations Versus Numerical Simulations. steel research international, 82, 1004-1016. STEIN, V. 2011. Contribution to the Characteristic Improvement of Carbon Bonded Doloma Refractories by Addition of Functional Ceramic Materials. Freiberger Forschungsheft, A 905. STEIN, V. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Der Einfluss von TiO2 auf die Eigenschaften von Doloma-Kohlenstoff-Feuerfestwerkstoffen. In: KRIEGESMANN, J. (ed.) Technische Keramische Werkstoffe, Loseblattsammlung, 2011, Ellerau: HvB-Verlag, 124. Erg.-Lfg., Kapitel 8.1.2.3. STEIN, V., ANEZIRIS, C. G. & GUÉGUEN, E. 2011. New Approach for the Application of Functional Ceramic Material in Carbon Bonded Doloma Refractories to Reduce Emissions. Advanced Engineering Materials, 13, 1135-1141. STEIN, V., ANEZIRIS, C. G., GUÉGUEN, E. & HILL, K. 2011. A Prospective Way to Reduce Emissions in Secondary Steel Making Metallurgy by Application of Functionalized Doloma Carbon Refractories. International Journal of Applied Ceramic Technology, DOI:10.1111/j.1744-7402.2011.00685.x (Online verfügbar) STREHLER, C., PARLINSKA-WOJTAN, M., BLUGAN, G., SPEISSER, B., EHRLE, B., ANEZIRIS, C. G., GRAULE, T. & KUEBLER, J. 2011. Influence of intergranular phases on edge integrity of Si3N4/SiC wood cutting tools. Journal of the European Ceramic Society, 31, 2711-2719. ULBRICHT, J., HAMPEL, M. & ANEZIRIS, C. G. 2011. High density refractory aluminosilicates. Interceram Refractories Manual 02, 91-94. ULBRICHT, J., HAMPEL, M. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Hochdichte feuerfeste Aluminiumsilicate. Keramische Zeitschrift, 63, 257-261. ULLRICH, B. 2011. Die erste Thüringer Porzellanwerkstoffentwicklung Rudolstädter Heimathefte, 57, 265-211. ULLRICH, B. 2011. Neue Erkenntnisse zur ersten Thüringer Porzellanwerkstoffentwicklung ab 1760 durch Georg Heinrich Macheleid. Keramische Zeitschrift, 63, 248-251. WEIDNER, A., BIERMANN, H., YANINA, A., GUK, S., KAWALLA, R., BEREK, H. & ANEZIRIS, C. G. 2011. In-Situ-Charakterisierung der Mikrostrukturentwicklung in einem TRIP-Matrix-Verbundwerkstoff. In: WIELAGE, B. (ed.) Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen. TU Chemnitz, Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik, Bd. 41, 70-77. WEIGELT, C., ANEZIRIS, C. G., YANINA, A. & GUK, S. 2011. Ceramic Processing for TRIP-Steel/Mg-PSZ Composite Materials for Mechanical Applications. steel research international, 82, 1080-1086. WENZEL, C. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Ceramic matrix composites based on Mg-PSZ with Cr–Ni-steel-additions with improved thermo-mechanical properties. Materials Science and Engineering: B, 176, 32-40. WENZEL, C. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Development of Porous Ceramic Preforms Based on Magnesia Partially Stabilised Zirconia with Additions of MgAl2O4, MgO, Al2O3 and Ti. steel research international, 82, 1057-1063.


WENZEL, C., WEIGELT, C. & ANEZIRIS, C. G. 2011. Verbundwerkstoffe aus Stahl und Keramik mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. 18. Symposium: Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde. Chemnitz. In: WIELAGE, B. (ed.) Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen. TU Chemnitz, Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnik, Bd. 41, 46-51. 3.1.2. Vorträge und Poster

Aneziris, C.G.; Gehre, P.; Gerlach, N.: Grobkeramiken im System Al2O3-ZrO2-TiO2 für den Einsatz in Vergasungsanlagen. 54. Internationales Feuerfestkolloquium Aachen, 19.-20.10.2011, Vortrag. Coelle, D.; Aneziris, C.G.; Werner, J.: A Contribution to the characterization of the “Eisenberger Klebsand”, so called “Luting sand”, As an economic resource and a sustainable raw material for refractories, 54. Internationales Feuerfestkolloquium Aachen, 19.-20.10.2011, Vortrag. Fischer, U.; Dudczig, S.; Roungos, V.; v. Gynz-Rekowski, C.: Feuerfest-Initiative zur Reduzierung von Emissionen – „FIRE“, Schwerpunktprogramm 1418 der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Silikattechnisches Seminar, Freiberg, 23.05.2011, Vortrag. Gehre, P.; Wenzel, C.; Aneziris, C.G.: „Neue Werkstoffe für den Einsatz in Verbrennungs- und Vergasungsanlagen“. 43. Kraftwerkstechnisches Kolloquium Dresden, 18.10.2011, Vortrag. Gehre, P.; Wenzel, C.; Aneziris, C.G.: „Influence of the firing atmosphere on alumina based refractory castables used in slagging gasifiers“. UNITECR 2011, Kyoto, 31.10.-02.11.2011, Vortrag. Gehre, P.: Entwicklung keramischer Gießmassen auf Al2O3-Basis für die Verwendung in Vergasungsanlagen. 43. Kraftwerkstechnisches Kolloquium 2011, Dresden, 18.10.2011, Poster. Hampel, M.: Der Zusammenhang zwischen Gefügemerkmalen und physikalischen Eigenschaften bei feuerfesten Magnesiakohlenstoff-Erzeugnissen. 4. Fachtagung Feuerfest- und Schornsteinbau, Düsseldorf, 28.06.2011, Vortrag. Hampel, M.: Feuerfeste Werkstoffe im Fokus der Grundlagenforschung an der TU Bergakademie Freiberg. Feuerfestsymposium „Einsatz von Feuerfestmaterialien im Bereich der Flüssigstahlproduktion“, Meißen, 22.09.2011, Vortrag. Schafföner, S.; Aneziris, C.G.; Klippel, U.: Druckschlickerguss von grobkörnigen, oxid-keramischen Schlickern zur Herstellung von geformten Großbauteilen. DKG-Jahrestagung 2011, Saarbrücken, 28.-30. 03. 2011, Vortrag. Schafföner, S.; Aneziris, C.G.; Klippel, U.: Pressure Slip Casting of Shaped Coarse Grained Refractories. UNITECR 2011, Kyoto, 30. 10. – 02. 11. 2011, Vortrag. Schafföner, S.; Kulawinski, D.: Thermomechanische Ermüdung von druckgegossenen, kohlenstoffgebundenen Feuerfesterzeugnissen – Keramische Verfahrenstechnik. MatWerk Akademie, Burg Schnellenberg, 02.-06. 05. 2011, Poster und Vortrag. Schlegel, E.; Aneziris, C.G.; Hölscher, T.: Alkali corrosion resistant thermal insulating materials based on calcium aluminates – A theoretical evaluation of phase diagrams. Proc. 54thInternat. Coll. On Refractories, Oct.19th/20th, 2011, Aachen, Germany, 53-56 Schlegel, E.; Hölscher, T.; Schneider, H.-J.: Gamma-CALUTHERM – As a new alkali resistant insulation material. Proc. 54thInternat. Coll. On Refractories, Oct.19th/20th, 2011, Aachen, Germany, 57-60 Schlegel, E.; Aneziris, C.G.; Hölscher, T.; Schneider, H.-J.: Alkali resistant thermal insulation materials based on calcium aluminates. UNITECR 2011, Congress 12th Biennial Worldwide Conf. on Refractories, Oct. 30th/Nov. 2th, 2011, Kyoto/Japan, paper 1-B1-17, Abstracts, 46 Seifert, H.: Non-destructive testing of refractories. XVII. International Conference on Refractories, Praha, 10. - 11. 05. 2011, Vortrag


Seifert, H., Dudczig, S.: Investigation of the strength behaviour of unfired refractories at elevated temperatures. XVII. International Conference on Refractories, Praha, 10. - 11. 05. 2011, Vortrag Stein, V.; Aneziris, C.G.; Guéguen, E.: Contribution to the Characteristic Improvement of carbon bonded doloma refractories by addition of TiO2. 54. Internationales Feuerfestkolloquium Aachen, 19.10.2011, Vortrag zum Eirich-Award 2011. Wenzel, C.; Weigelt, C.; Aneziris C.G.: Verbundwerkstoffe aus Stahl und Keramik mit verbesserten mechanischen Eigenschaften. 18. Symposium: Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde Chemnitz, Technische Universität Chemnitz, 30.03.-01.04.2011, Vortrag. Weigelt, C.; Aneziris, C. G. MMC-Wabenstrukturen aus TRIP-Stahl und MgO-teilstabilisiertem ZrO2 durch bildsame Formgebung. DGM Fachausschuss Zellulare Werkstoffe, Freiberg, 10.-11.05.2011 Werschy, M.; Reusse, E.; Trimis, D.; Gerlach, N.: Innovative natural gas-fired porous burners for industrial high temperature applications. 9th European Conference on Industrial Furnaces and Boilers, 26. – 29.04.2011, Estoril, Portugal), Vortrag. Sieland, R.; Merkel, B.; Schön, A.; Schreckenbach, J.; Ballaschk U.; Knöller, K.: Lithiumgewinnung in Bolivien - Hydraulische und geochemische Erkundung des Salar de Uyuni. Statusseminar „Forschungsaufträge im Bereich Rohstoff- und Lagerstättenforschung“, 12. Mai 2011, Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe und Deutsche Rohstoffagentur, Hannover.

3.1.3. Erteilte Patente

Aneziris, C.G.; Gehre, P.; Meyer, B.; Wenzel, C.: Auskleidungsmaterial für Vergasungsanlagen bestehend aus einem alkalikorrosionsbeständigen und temperaturwechselbeständigen chromoxid- und kohlenstofffreien oxidkeramischen Werkstoff und seine Verwendung. Internationale Patentanmeldung PCT/EP2011/069964. Anmeldedatum: 11.11.2011. Aneziris, C.G.; Dudczig, S.; Emmel, M.: Keramische reaktive Filter für die Metall-schmelzefiltration. Aktenzeichen 10 2011 109 684.5, Anmeldetag: 08.08.2011 Aneziris, C.G.; Emmel, M.: Verfahren zur Herstellung kohlenstoffhaltiger und/oder kohlenstoff-gebundener keramischer Metallschmelze-Filter. Aktenzeichen 10 2011 109 682.9, Anmeldetag: 08.08.2011 Aneziris, C.G.; Dudczig, S.; Emmel, M.: Keramische Filter für die Metallschmelzefiltration auf der Grundlage gängiger Metallschmelze- Filtergeometrien und Verfahren zu ihrer Herstellung. Aktenzeichen 10 2011 109 681.0, Anmeldetag: 08.08.2011 Aneziris, C.G.; Roungos, V.: Kohlenstoffgebundene feuerfeste Formkörper oder Massen mit verbesserten thermomechanischen Eigenschaften. Aktenzeichen 10 2011 103 116.6, Anmeldetag: 01.06.2011

Kassahun, A.; Jenk, U.; Schmidt, G.; Ninde, K.; Hache, M.; Uhlig, U.; Ulbricht, J.: Reaktives Material zur Stimulierung mikrobieller Stoffwechselvorgänge für die nachhaltige Immobilisierung anorganischer Schadstoffe in schadstoffbelasteten Wässern. Aktenzeichen 10 2011 012 346.6, Anmeldetag: 24.02.2011

Moritz, K.; Aneziris, C.G.; Wenzel, C.; Gerlach, N.: Druckschlickergießverfahren für deagglomerierte Schlicker auf der Basis keramischer, metallokeramischer oder metallischer Pulver mit Teilchengrößen im Bereich von 20 nm bis 50 µm. Aktenzeichen 10 2011 117 764.0, Anmeldetag: 07.11.2011.


3.2. Forschungsprojekte

3.2.1. Abgeschlossene Forschungsprojekte

Formgebung von grobkörnigen, oxidkeramischen Schlicker mit Hilfe der Druckschlickergusstechnologie von Großbauteilen hoher Dichte (DFG-Vorhaben AN322/20-1)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. U. Klippel / Dipl.-Ing. S. Schafföner Laufzeit: 05/2009 – 04/2011 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Motivation Im Rahmen dieses Projektes wurde erstmalig die Formgebung von grobkörnigen, oxidkeramischen Schlickern mittels der Druckschlickergusstechnologie für die Herstellung von geformten Großbauteilen hoher Dichte untersucht. Ziel war es, die Formenvielfalt für grobdisperse keramische Werkstoffe zu erweitern, Produkteigenschaften zu verbessern bzw. Formgebungstechnologien mit hohem Arbeitsaufwand zu ersetzen. Im Vordergrund stand die Untersuchung der Mikro- und Makrostrukturentwicklung von Werkstoffen bzw. Bauteilen auf der Basis von Grob- und Feinkornfraktionen bis 3 mm als Funktion des Druckes, der Korngrößenverteilung und des rheologischen Fließverhaltens, verbunden mit der Zugabe von unterschiedlichen temporären Additiven, im grünen und gesinterten Zustand.

Zusammenfassung der Ergebnisse Mit Hilfe hochauflösender Computertomographie wurde die Mikrostruktur, wie Lunker, Risse und Dichteunterschiede, als Funktion der verfahrenstechnischen Parameter und des rheologischen Fließverhaltens untersucht. Zusammen mit der Erfassung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften und der Mikrostruktur mittels Licht-/Rasterelektronenmikroskopie wurden erstmals die Potentiale der Druckschlickerguss-technologie für grobkörnige Systeme aufgedeckt. Es konnten großformatige Scherben (200 mm x 200 mm x 38 mm) hoher Grünfestigkeit ohne Beschädigungen mit minimalen Gradienten aufgrund von Entmischung hergestellt werden. Zusammen mit der Messung von physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Proben aus dem oberen und unteren Teil gebrannter Scherben konnte festgestellt werden, dass keine oder nur eine unwesentliche Sedimentation des Grobkornanteils des Schlicker stattfand. Eine druckabhängige Modellvorstellung für die Scherbenbildung wurde anhand des erweiterten klassischen Filtrationsmodells erarbeitet.

Druckschlickerguss-Formgebung von oxidkeramischen Submikron-Schlickern mit Nano-Zusätzen für Knie-Implantate (Förderkennzeichen: ZIM KF 2216802OH0)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dr.-Ing. K. Moritz Laufzeit: 08/2010 – 10/2011 Partner: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

AiF-ZIM-Kooperationsprojekt Mathys Orthopädie GmbH

Motivation Die in der Geschirr- und Sanitärkeramik etablierte Druckschlickergussformgebung als Material und Arbeitsschritte sparendes Verfahren sollte auf die Erzeugung von Knieimplantatkomponenten aus der Dispersions-Hochleistungskeramik ATZ (Alumina Toughened Zirconia) übertragen werden.

Zusammenfassung der Ergebnisse Aus dem Submikron-Ausgangspulver wurden über rheologische Untersuchungen und Versuche in einer Eigenbau-Druckfiltrationsapparatur für den Druckschlickerguss geeignete Suspensionen entwickelt, welche die Ausbildung einer dichten, homogenen Partikelpackung in den Grünkörpern ermöglichten. Verschiedene Formenmaterialien wurden getestet und geeignete Bedingungen gefunden, unter denen ein Scherben aus dem sehr feinen Ausgangsmaterial über den deutlich größeren Poren der Form gebildet werden konnte. Der d50-Wert der Partikelgrößenverteilung, ermittelt nach Verdünnung der verschiedenen Suspensionen, lag im Bereich von 0,33 bis 0,4 µm.


In der Druckfiltrationsapparatur wurden plattenförmige Grünkörper mit einem Durchmesser von ca. 70 mm und Dicken von 8 bis 10 mm erzeugt. Die Grünlingsrohdichten betrugen bis zu 60,8 % th. D.. Die Häufigkeitsverteilungen der Porenradien, gemessen mittels Quecksilberdruckporosimetrie, wiesen Maxima im Bereich zwischen 40 und 60 nm auf, wobei mit steigender Dichte und Homogenität der Teilchenpackung die Verteilung enger wurde (Maximum bei 40 - 50 nm). Biaxiale Biegeversuche an Sinterkörpern beim Projektpartner liesen auf sehr gute mechanische Eigenschaften schließen. Mittels einer Druckschlickergussanlage DGM 80D der Fa. Dorst wurden unter Verwendung einer speziell dafür entwickelten Form erste Versuche zur Erzeugung eines Demonstrators (Femurunischlitten) durchgeführt.

Optimierung der Kompaktierung von Solarsilizium

Projektleiter/ Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. M. Siebert Laufzeit: 06/2008 – 05/2011 Partner: Joint Solar Silicon GmbH & Co. KG

Motivation Inhalt des Forschungsprojektes waren wissenschaftliche Untersuchungen zum tribologischen Verhalten verschiedener Hochleistungskeramiken gegenüber Siliziumpulver. Hintergrund war der Einsatz der Keramik als Walzenmaterial bei der Agglomeration von Siliziumpulver. Ziel war die Bewertung der Eignung der Keramiken für den Einsatzfall.

Machbarkeitsstudie III – Druckschlickergießen

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. N. Gerlach Laufzeit: 02/2011 – 09/2011 Partner: Siemens AG, Power Generation SE13

Motivation In den 2009 und 2010 vorangegangenen Machbarkeitsstudien wurde die prinzipielle Machbarkeit der Herstellung von Hitzeschilden durch das Druckschlickerguss-Verfahren nachgewiesen. Im ersten Projekt wurden zunächst Schlicker mit einem Größtkorn von max. 3 mm hergestellt, die in der zur Verfügung stehenden Anlage in Freiberg gefördert und gegossen werden konnten. Im Nachfolgeprojekt wurden neue fließ- und förderfähige sowie sehr stabile Schlicker entwickelt und die Gießform optimiert. Im Ergebnis wurden erfolgreich Hitzeschilde als erste Prototypen mit den im Projekt geforderten physikalischen Eigenschaften hergestellt. Eine Fortsetzung der Studie war erforderlich, um die Reproduzierbarkeit des Druckschlickerguss-Verfahrens nachzuweisen und den Produktions-ablauf weiter zu optimieren. Hierzu sind ebenfalls die Entwicklung einer geeigneten Schlicker-Qualifizierung sowie die umfassende Charakterisierung der Prototypen erforderlich

Zusammenfassung der Ergebnisse Eine Reproduktion der Versätze zu Beginn des Projektes bei Dorst, brachte durchgehend positive Ergebnisse. Die hergestellten Schlicker waren sehr stabil und zeigten kein Absetzen, auch nach 24 Stunden. Das grobe Korn war auch in der Oberfläche zu erkennen. Vor und nach dem Brand traten keine Risse auf. Die mechanischen Eigenschaften entsprachen den Ergebnissen aus dem Vorgängerprojekt. Der dynamische E-Modul lag im geforderten Bereich. Mit Hilfe einer neuen Form konnten alle Hitzeschilde erstmals in der Druckgussanlage des IKGB horizontal gegossen werden. Während der letzten Gießversuche konnte noch einmal die Gießzeit verkürzt werden und lag zuletzt bei 23 min.

Optimierung von kohlenstoffgebundenen Dolomit-Erzeugnissen

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. V. Stein Laufzeit: 07/2008 – 10/2011 Partner: Magnesita Refratários S.A.


Motivation

Ziel der Arbeit ist die Untersuchung von Wechselwirkungen von Mikro- und Nanometeradditiven auf Metall und Metalloxidbasis mit kohlenstoffgebundenen Dolomit – Erzeugnissen. Die Erzeugnisse werden nach der kalten Formgebung hergestellt. Ziele sind sowohl verbesserte Temperaturwechselbeständigkeit als auch verbesserte mechanische und physikalische Eigenschaften.

Zusammenfassung:

Im Rahmen des Projektes wurden feuerfeste Verbundwerkstoffe im Sytem CaO-MgO-C grundlegend untersucht. Der Fokus lag hierbei auf der Manipulation der Kohlenstoff-Bindematrix durch die Zugabe von funktionskeramischen Materialien, welche bei hohen Temperaturen und unter reduzierenden Bedingungen Elektronen emittieren. Untersuchte Materialien waren zum Beispiel TiO2, ZrO2 und CeO2. Untersucht wurden unter anderem der Restkohlenstoffgehalt der Proben nach dem Verkokungsbrand sowie die Entwicklung der Kohlenstoffphasen. Die Ergebnisse konnten einen wesentlichen Beitrag zum Grundverständnis der Wechselwirkung zwischen diesen funktionskeramischen Materialien und der Kohlenstoffbindematrix dieser Verbundwerkstoffe leisten. Es wurden hierdurch wesentliche Verbesserungen der Werkstoffeigenschaften erzielt. Weiterhin wurden weitere positive Wechselwirkungen der eingebrachten Additive mit dem Werkstoff infolge von Hochtemperaturreaktionen und in-situ Phasenneubildungen nachgewiesen. Ebenfalls erfolgte eine Übertragung der Ergebnisse in den industriellen Maßstab. Hierbei wurde der Werkstoff erfolgreich in einem AOD Konverter getestet.

3.2.2. Laufende Forschungsprojekte

Sonderforschungsbereich SFB 799 der Deutschen Forschungsgemeinschaft „TRIP-Matrix Composite: Design zäher, umwandlungsverstärkter Verbundwerkstoffe und Strukturen auf Fe-ZrO2-Basis“

Geplante Laufzeit: 2008 – 2020 Erster Projektzeitraum: 2008 – 2012

Sprecher des SFB 799: Prof. Dr.-Ing. habil. Horst Biermann, Institut für Werkstofftechnik, TU BAF

Stellvertretender Sprecher des SFB 799: Prof. Dr.-Ing. habil. Christos G. Aneziris, IKGB, TU BAF

Die Vision dieses SFB ist die Erforschung einer neuen Klasse von Hochleistungs-Verbundwerkstoffen mit dem Namen TRIP-MATRIX-COMPOSITE auf der Basis von TRIP-Stählen und Zirkoniumdioxid-Keramiken (TRIP: transformation-induced plasticity). Die Erforschung neuartiger Werkstoffe, Strukturen und Verfahren sowie ein an die Bionik angelehntes intelligentes Design der Mikro- und Makrostruktur ermöglichen höchstbeanspruchbare Komponenten mit bahnbrechenden Eigenschaften für die Sicherheit der Insassen von Kraft-, Schienen- und Luftfahrzeugen. (www.tu-freiberg.de/ze/sfb799)

Teilprojekt A1 Phasenumwandlungsfähige ZrO2-haltige Makrostrukturen für die Herstellung von Keramik-Stahlverbundwerkstoffen durch Infiltration (SFB 799 / Teilprojekt A1)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. C. Wenzel /

Dipl.-Ing. M. Hasterok Laufzeit: 07/2008 – 03/2012 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Sonderforschungsbereich 799 „TRIP-Matrix-Composite“ Motivation

Ziel des ersten Abschnitts des Teilprojekts A1 ist die Entwicklung keramischer Formkörper mit speziellen Makrostrukturen als Grundlage für neuartige Verbundwerkstoffe, die die mechanischen Vorteile des TRIP-Stahles mit der Umwandlungsverstärkung von MgO-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid kombinieren und sich insbesondere


durch hohe Festigkeit, Zähigkeit und Schwingungsdämpfung auszeichnen. Die Herstellung dieser Verbundwerkstoffe soll anschließend über eine erzwungene Stahlschmelzeinfiltration oder/und eine grenzflächenaktivierte Infiltration dieser Keramikkörper erfolgen.

Teilprojekt A5 Kalte bildsame Formgebung sowie kaltes Fügen von Keramikpartikel-Stahl-Sinterwerkstoffen (SFB 799 / Teilprojekt A5)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. C. Weigelt Laufzeit: 07/2008 – 03/2012 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Sonderforschungsbereich 799 „TRIP-Matrix-Composite“

Motivation Inhalt des Teilprojekts A5 ist die Entwicklung eines neuartigen Verbundwerkstoffes aus TRIP-Stahl und MgO-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid, der die mechanischen Vorteile des TRIP-Stahles mit der Umwandlungsverstärkung der ZrO2-Keramik kombiniert und im Kaltzustand aus einer bildsamen Masse durch Extrudieren zu komplizierten Bauteilgeometrien geformt und anschließend gesintert werden kann. Neben den verarbeitungstechnischen Vorteilen werden hervorragende Materialeigenschaften wie gute Dehnbarkeit, Festigkeit und Verfestigung sowie hohe Energieabsorption bei einem sehr geringen Bauteilgewicht erwartet.

Teilprojekt B5 2D und 3D in-situ-Charakterisierung von Verformung und Schädigung

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dr. rer. nat. H. Berek Laufzeit: 07/2008 – 03/2012 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Sonderforschungsbereich 799 „TRIP-Matrix-Composite“

Motivation Im Teilprojekt B5 sollen die Verbundwerkstoffe direkt bildgebend charakterisiert werden. Im REM wird die Probenoberfläche in 2D unter quasi-statischer und unter zyklischer Beanspruchung untersucht. Damit können die Dehnungsfelder und die Schädigungsmechanismen direkt unter Last ermittelt werden. Durch 3D-Untersuchungen im Computertomographen soll auch das Innere der Verbundwerkstoffe charakterisiert werden. Besondere Relevanz werden in-situ-Verformungsversuche im CT haben. Somit kann direkt auf die Einflüsse der Morphologie der Keramik, der Herstellungsroute und der Eigenschaften der Grenzflächen geschlossen werden.

Sonderforschungsbereich SFB 920 der Deutschen Forschungsgemeinschaft „Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration – ein Beitrag zu Zero Defect Materials“

Geplante Laufzeit: 2008 – 2020 Erster Projektzeitraum: 2008 – 2012

Sprecher des SFB 799: Prof. Dr.-Ing. habil. Christos G. Aneziris, IKGB, TU BAF Stellvertretender Sprecher des SFB 799: Prof. Dr.-Ing. habil. Horst Biermann, Institut für Werkstofftechnik, TU BAF Die Forderung nach erhöhter Metallqualität und geringeren Ausschussraten seitens der Anwender und Weiterverarbeiter machen eine gleichmäßigere Einstellung der chemischen Zusammensetzung und eine verstärkte Kontrolle des Reinheitsgrades erforderlich. Die Vision dieses SFB ist die Einstellung exzellenter, an die Bauteilbeanspruchung angepasster funktionaler und adaptiver mechanischer Eigenschaften für einen Innovationsschub in Sicherheits- und Leichtbaukonstruktionen. Dieses Ziel soll mittels einer erheblichen Reduzierung von anorganischen nichtmetallischen Einschlüssen in der Metallmatrix beim Einsatz intelligenter Filterwerkstoffe bzw. Filtersysteme erreicht werden. Mit einer funktionalisierten Filteroberfläche und in


Kombination mit maßgeschneiderten Druckverhältnissen in den porösen Funktionshohlräumen soll die Abscheidung der Einschlüsse an der Filteroberfläche des Filters erheblich verbessert werden. Die Erforschung neuartiger Filterwerkstoffe sowie ein an die Filtrationstechnik angelehntes modellunterstütztes Filterdesign der Mikro- und Makrostruktur mit 17 Antragstellern aus vier Fakultäten sollen die Herstellung von dünn- als auch dickwandigen, höchstbeanspruchbaren Komponenten auf Basis Stahl, Eisen, Aluminium und Magnesium mit bahnbrechenden Eigenschaften – Festigkeit, Zähigkeit, Ermüdungsresistenz- für die Sicherheit der Insassen von Kraft-, Schienen- und Luftfahrzeugen ermöglichen. Darüber hinaus werden zukunftsträchtige Anwendungsfelder in der Elektronikindustrie am Beispiel Filtration von Kupfer und Silizium, in der Verpackungsindustrie am Beispiel Aluminiumfolien und in der Filtrationstechnik und Konditionierung von Behandlungsschlacken erschlossen.

Teilprojekt A01 Kohlenstoffgebundene Filterwerkstoffe und Filterstrukturen mit aktiven und reaktiven Funktionshohlräumen

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / M.Eng.M. Emmel Laufzeit: 07/2011– 06/2014 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Sonderforschungsbereich 920 „Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration““

Motivation Motivation

Ziel des Teilprojekts ist die Erforschung neuer aktiver und reaktiver keramischer Filterwerkstoffe auf der Basis von kohlenstoffgebundenem Aluminiumoxid (Al2O3-C) und kohlenstoffgebundenem Magnesiumoxid (MgO-C) für die Herstellung dünn- und dickwandiger Stahlbauteile. Durch die gezielte Einstellung der Grenzflächenspannungen an der Kontaktstelle zwischen fester Filterwand, festem Einschluss und metallischer Schmelze soll die Filtrationseffizienz gegenüber oxidhaltigen Einschlüssen deutlich gesteigert werden. Dabei werden die folgenden drei Werkstoffkonzepte zur Funktionalisierung der Oberfläche verfolgt:

a) Al2O3-C-Filter mit aktiven Funktionshohlräumen durch Beschichtung

b) Al2O3-C-Filter mit aktiven Funktionshohlräumen durch Erzeugung eines hohen „amorphen“ Kohlenstoffanteils

c) Entwicklung eines neuen MgO-(Mg)-C-Filterwerkstoffs mit reaktiven Funktionshohl-räumen.

Durch Versuche in einem speziellen Erhitzungsmikroskop werden die Adhäsionsarbeit zwischen Filterwand und Einschlüssen ermittelt sowie die Aktivierungsenergien der drei Benetzungsstadien berechnet. In einem konfokalen Laser Scanning Mikroskop (KLSM) mit einer Heizkammer bis 1700 °C soll die Bewegung gezielt eingebrachter oxidischer Partikel in Stahlschmelzen in Echtzeit mit Hilfe einer Autofokus-Einheit untersucht werden. Dadurch soll die Wirkung attraktiver und repulsiver Kräfte zwischen den Teilchen in Abhängigkeit von der Temperatur und deren Größe bewertet werden. Als Filterstrukturen dienen 10 ppi-Schaumkeramiken, Hohlspaghetti-Strukturen, dünne, poröse Substrate aus der keramischen Papierfertigung oder der bildsamen Formgebung und Kombinationen dieser Ausgangs-strukturen.

Teilprojekt A02 Oxidhaltige Filterwerkstoffe und Filterstrukturen mit aktiven und reaktiven Funktionshohlräumen

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. C. Voigt Laufzeit: 07/2010 – 06/2014 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)


Motivation Motivation

Ziel des Teilprojekts ist die grundlegende Untersuchung aktiver und reaktiver Filterwerkstoffe bei der Aluminiumschmelze-Filtration für die Herstellung dünn- und dickwandiger Aluminiumbauteile. Durch die gezielte Einstellung der Grenzflächenspannungen an der Kontaktstelle zwischen Filterwand, festem Einschluss und metallischer Schmelze soll die deutlich gesteigert werden. Es werden drei grundsätzliche Werkstoffkonzepte für die Funktionalisierung der Filteroberflächen verfolgt:


a) Aktive, kristalline Beschichtungen auf Aluminiumoxid-Trägermaterialien

Beschichtungen auf Basis Magnesiumaluminat-Spinell, Mullit, Schamotte und Naturrohstoff Klebsand (60 % SiO2 und ca. 40 % Alumosilikate auf Basis von Kaolin bzw. Illiten) werden für die Entfernung von Einschlüssen mit ähnlicher Chemie eingesetzt. Diese Werkstoffe werden kalt mittels Sprühens aufgebracht und nachträglich thermisch wärmebehandelt.

b) Aktive, amorphe Beschichtungen auf Aluminiumoxid-Trägermaterialien

In Vorversuchen in einem speziellen Erhitzungsmikroskop wurde festgestellt, dass amorphe SiO2-Substrate besser als kristalline SiO2-Substrate von fayalithaltigen Einschlüssen benetzt werden. Um aktive amorphe Schichten zu erzeugen, werden Glasfritten auf der Basis SiO2, B2O3, Al2O3 und CaO in Kombination mit Borax verwendet und auf Aluminiumoxid-Trägermaterialien kalt aufgebracht und nachträglich wärmebehandelt. Eine weitere interessante Beschichtungsalternative bietet amorphes Kieselglas.

c) Reaktive, kristalline Spodumen (LiAl[Si2O6])-Beschichtungen auf Aluminiumoxid-Trägermaterialien

Durch die Reaktion zwischen dem Spodumen-Filterwerkstoff und Wasserstoff aus der Aluminiumschmelze soll ein komplexes Anion [Li2O2H] gebildet werden, das beim Erstarren in der Schmelze nicht disproportioniert. Damit wird ein reaktiver Beitrag zur Reduzierung von Wasserstoff in Aluminiumschmelzen geleistet.

Als Filterstrukturen dienen in den ersten zwei Jahren die bewährten Schaumkeramik-makrostrukturen in der Ausführung 30 ppi. Weiterhin werden Hohlspaghettistrukturen mit Mikro- und Makroporen bereitgestellt und mit Schaumkeramik oder keramischen, porösen Papierstrukturen oder keramischen, porösen Flachsubstraten (aus der bildsamen Formgebung) verbunden, um neue Kombi-Filter zu entwickeln.

Beim Einsatz eines atmosphärischen Rasterelektronenmikroskops (AREM) mit eingebautem Heiztisch sollen Bewegung und Agglomeration von erzeugten oder bewusst eingebrachten Einschlüssen in einer Aluminiumschmelze in Kontakt mit dem Tiegel, welcher mit den aktiven bzw. reaktiven Filterwerkstoffen beschichtet ist, beobachtet werden. EDX- und EBSD-Analysen im REM sowie computertomographische Untersuchungen unterstützen die Interpretation der Ergebnisse, insbesondere der Makro- und Mikrostrukturbildung der Filter. Schließlich werden in einem speziellen Erhitzungsmikroskop das Ausbreitungsmaß und der Abrollwinkel von Schlacken auf der Basis der Einschlüsse in Kontakt mit den aktiven Filterwerkstoffen erfasst.

Teilprojekt CO1 Erfassung der Filtrationseffizienz von reaktiven Filterwerkstoffen in Kontakt mit Metallschmelzen durch die Bestimmung von Clogging-Faktoren

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. S. Dudczig Laufzeit: 07/2010 – 06/2014 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)


Motivation

Im Rahmen dieses Teilprojektes soll über die Erfassung von so genannten Clogging-Faktoren die Filtrationseffizienz verschiedener aktiver und reaktiver Filterwerkstoffe charakterisiert werden. Die experimentellen Untersuchungen werden unter Verwendung von Metallschmelzen mit exogenen und endogenen Einschlüssen in einem Metallgusssimulator durchgeführt. Dabei wird der Tauchausguss aus aktiven und reaktiven Filterwerkstoffen unterschiedlicher Art, Beschichtung, Korngröße, Porosität und Rauigkeit bestehen, an denen das - für die Filtration erwünschte - Clogging-Verhalten systematisch untersucht werden soll. Der Metallgusssimulator mit voll kontrollierter Atmosphäreneinstellung und Überwachung umfasst eine induktive Schmelzeinheit sowie ein induktiv beheiztes Verteilersystem mit Mehrfachdüsen und -kokillen, die jeweils an eine Waage gekoppelt sind. Mit Hilfe der Schlickergusstechnologie werden keramische Düsen-Modellbauteile auf Basis der Trägerfilterwerkstoffe und deren aktiven bzw. reaktiven Phasen aus den in den Projekten TP A01 und TP A02 vorgestellten Materialien hergestellt und hinsichtlich ihrer Mikrostruktur charakterisiert. Ziel ist es, Filterwerkstoffe mit ihrer definierten Mikrostruktur auf eine spezielle Düsengeometrie zu überführen. In dem Metallgusssimulator werden die Wechselwirkungen zwischen Metallschmelze, Einschlüssen und Filterwerkstoff bei unterschiedlichen Gießtemperaturen und Atmosphären in Abstimmung mit den Projektpartnern des Gießerei-Instituts erforscht. Die Evaluierung des Clogging-Prozesses bzw. der Filtrationswirkung wird über das Verhältnis von theoretischem Metallmassenstrom zu tatsächlichem Metallmassenstrom je keramische Düse durchgeführt. Da mehrere Düsen simultan beansprucht werden, kann erst-mals eine statistische Ergebnisauswertung erfolgen.


Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen, EDX- und EBSD-Analysen im REM sowie computertomographische Untersuchungen unterstützen die Interpretation der Ergebnisse, insbesondere der Strukturbildung einschließlich der Benetzung und Haftung der Einschlüsse an der Filterwand und deren Grenzflächen. Die Quecksilber-Druckporosimetrie dient der Erfassung der Porengrößenverteilung am Düsenwerkstoff im Ausgangszustand und nach dem Metallschmelzeversuch. Als Metallschmelzen dienen in der ersten Förderperiode die Stahllegierung 42CrMo4 und die Aluminiumlegierung AlSi7Mg. Über die Registrierung der tatsächlichen Clogging-Faktoren, der Metallschmelzemasseraten, im Vergleich mit den Benetzungswinkeln, Abrollwinkeln und der Ermittlung der dynamischen Adhäsionsarbeit (aus den TP A01 bzw. A02) und den Ergebnissen aus den TP A05 und A06 werden entscheidende Bei-träge für das Verständnis der Kinetik der Clogging-Mechanismen im Sinne der Abscheidung von Einschlüssen an Filterkeramiken in Kontakt mit Metallschmelzen erbracht. Darüber hinaus wird eine Korrelation zwischen Clogging-Faktor und Filtrationswirkungsgrad mit den Ergebnissen aus den realen Schmelzeversuchen in den TP C03 und C04 angestrebt. Daraus kann dann der tatsächliche Beitrag der aktiven Filterwerkstoffe für eine erhöhte Filtrationseffizienz identifiziert werden.

Teilprojekt S01- II Probenpräparation, Filtrationswirkungsgrad, Computertomographie

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Prof. Dr.-Ing. habil. H. Biermann / Dipl.-Ing. U. Ballaschk

Laufzeit: 07/2011– 06/2015 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)


Motivation

Inhalt des Teilprojekts sind computertomographische Untersuchungen an Schaumkeramikfiltern. Es werden unterschiedliche Filterzustände der Filterstrukturen aus den TP A01 und A02 nach der Urformgebung, der Filterstrukturen nach der thermischen Wärmebehandlung (Pyrolyse, Sinterbrand) und der Filterstrukturen nach dem Gießprozess mit anhaftenden, nichtmetallischen Einschlüssen aus Proben, die durch reale Giessversuche im Serviceprojekt S03 bereitgestellt werden. Weiterhin werden die mit Schmelze und Einschlüssen beaufschlagten Düsengeometrien und Segmente aus den Düsengeometrien aus dem TP C01 mit höherer Auflösung im CT untersucht. Die Art der Abscheidung im Sinne z. B. einer Clusterbildung der Einschlüsse und/oder der Agglomerate an der aktiven Oberfläche liefert wichtige Hinweise zur Interpretation der Clogging-Faktoren für die TP B01, B02 und insbesondere B04, die sich mit den Filtrations- bzw. Agglomerationsmechanismen der Einschlüsse befassen.

Integriertes Graduiertenkolleg des SFB 920 (MGK)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Prof. Dr.-Ing. habil. H. Biermann / Dr.-Ing. Undine Fischer Laufzeit: 07/2011– 06/2015 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)


Motivation

Das Ziel des Graduiertenkollegs ist es, Doktoranden zu einer selbstständigen, exzellenten Forschungstätigkeit zu befähigen. Das Graduiertenkolleg bietet dazu eine ganzheitliche Ausbildung an, die sowohl Fach- und Methodenkenntnisse als auch soziale und kommunikative Fähigkeiten umfasst. Durch diese komplexe Herangehensweise sollen hochqualifizierte Nachwuchskräfte auf eine Laufbahn in der Wissenschaft bzw. in der Wirtschaft vorbereitet werden. Die Strukturen des Graduiertenkollegs sollen eine individuelle Betreuung und Förderung ermöglichen sowie Kollegiaten motivieren, sich mit ihrem Wissen, ihren Ideen und ihrer Kreativität in den SFB einzubringen.


Zentrale Aufgaben des Sonderforschungsbereiches 920 (Z) Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dr.-Ing. Undine Fischer Laufzeit: 07/2011– 06/2015 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)


Motivation

Im Zentral-Projekt werden die organisatorischen und administrativen Aufgaben des SFB gebündelt. Insbesondere wird die Koordination der wissenschaftlichen Arbeiten für die Berichte (Jahres- und Abschlussbericht) und den Verlängerungsantrag durch den Geschäftsführer übernommen. Der Geschäftsführer steht dem TP-Leiter und den wissenschaftlichen Mitarbeitern in allen organisatorischen und administrativen Fragen zur Verfügung. Weiterhin sollen die finanziellen Angelegenheiten, die den SFB als Ganzes betreffen, durch das Zentralprojekt übernommen werden. Dies betrifft das Rechnungswesen, die Verwaltung der zentral zugewiesenen Mittel, die Verwaltung der Mittel für das Integrierte Graduiertenkolleg und für das Service-Projekt sowie die Mittel für die Programmpauschale, soweit sie nicht an die Teilprojekte direkt zugewiesen werden. Das Zentralprojekt stellt damit die Schnittstelle zwischen den Teilprojekten mit dem Vorstand des SFB, der Hochschulleitung, der Hochschulverwaltung sowie der Deutschen Forschungsgemeinschaft dar.

Schwerpunktprogramm SPP 1418 der Deutschen Forschungsgemeinschaft "Feuerfest - Initiative zur Reduzierung von Emissionen - FIRE"

Geplante Laufzeit: 2009 – 2015 Erste Förderperiode: 2009 – 2012 Koordinator des SPP 1418: Prof. Dr.-Ing. habil. Christos G. Aneziris, IKGB, TU BAF Im Rahmen des SPP 1418 sollen Grundlagen für eine völlig neue Generation kohlenstoffarmer bzw. kohlenstofffreier Feuerfestwerkstoffe geschaffen werden, die an die Stelle der bisher üblichen kohlenstoffhaltigen Materialien treten. Bei einem Verzicht auf Kohlenstoff müssen für eine ausreichende Thermoschockbeständigkeit grundlegende werkstoff- und verfahrenstechnische Konzepte in der Mikrostruktur- (Werkstoffdesign) und Makrostrukturentwicklung (Werkstoffverbund) einschließlich der Funktionalisierung der Feuerfestbauteile für Schlüsselaufgaben in Hochtemperaturprozessen erarbeitet werden. (www.tu-freiberg.de/ze/fire)

ZrO2-, TiO2- und/oder SiO2-Dotierungen für feuerfeste Anwendungen (SPP 1418 / 1. Projektbereich: Werkstoffe – DFG-Vorhaben AN 322/15-1)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. S. Dudczig / Dr. K. Moritz Laufzeit: 03/2009 – 02/2012 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Motivation

In diesem Teilprojekt des SPP 1418 sollen kohlenstofffreie thermoschockbeständige Werkstoffe für Schlüsselbauteile im Stahlbereich entwickelt werden. Durch Einbau spezieller keramischer „Federelement“-Phasen sollen neue aluminiumoxidreiche Materialien mit Zusätzen von ZrO2 und TiO2 (AZT) bzw. ZrO2, TiO2 und SiO2 (AZTS) entwickelt werden, die sich durch kleine E-Moduln und ein weitgehend lineares Dehnungsverhalten auszeichnen. Im Ergebnis ist eine hervorragende Thermoschockbeständigkeit dieser neu entwickelten Materialien zu erwarten. Es werden feinkörnige (max. Korn 20 µm) bis hin zu grobkörnigen (max. Korn 3 mm) Rezepturen über die Gießformgebung (Schlickerguss) verarbeitet. Der Einfluss von Korngröße, Glasphasengehalt sowie die Phasenentwicklung auf das Thermoschock- und das Schwindungsverhalten sowie weitere Kennwerte wie Wärmedehnung, Druckerweichen und Heißbiegefestigkeiten stehen im Fokus der Untersuchungen. Aus der Gegenüberstellung der SiO2-freien (AZT) und der mullithaltigen (AZTS) feuerfesten Werkstoffe sind Rückschlüsse für deren Applikation abzuleiten.


Einsatz von Nanopartikeln zur Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes in kohlenstoffgebundenen Feuerfesterzeugnissen (SPP 1418 / 1. Projektbereich: Werkstoffe – DFG-Vorhaben AN 322/16-1)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / M. Sc. V. Roungos Laufzeit: 03/2009 – 02/2012 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Motivation

Im Rahmen des SPP 1418 sollen Grundlagen für eine völlig neue Generation feuerfester Werkstoffe geschaffen werden, die an die Stelle der bisher üblichen kohlenstoffhaltigen Materialien treten. Kohlenstoffarme bzw. -freie Feuerfestwerkstoffe sollen dazu beitragen, den Kohlendioxidausstoß weltweit deutlich zu senken und durch verbesserte Wärmedämmung erhebliche Energieeinsparungen zu erzielen. Darüber hinaus können metallurgische Prozesse durch eine kohlenstofffreie „Clean-Steel-Technologie“ revolutioniert werden. Bei einem Verzicht auf Kohlenstoff müssen für eine ausreichende Thermoschockbeständigkeit grundlegende werkstoff- und verfahrenstechnische Konzepte in der Mikrostruktur- (Werkstoffdesign) und Makrostrukturentwicklung (Werkstoffverbund) erarbeitet werden. In diesem Teilprojekt wird die Wirkung nanoskaliger Zusätze auf die Temperaturwechselbeständigkeit kohlenstoffgebundener Erzeugnisse untersucht. Dabei kommen Nanopulver aus Aluminiumoxid (Al2O3), Magnesiumaluminatspinell (MgAl2O4) und Kohlenstoff-Nanoröhrchen zum Einsatz. Ziel ist die Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes sowohl bei Erzeugnissen mit ca. 10 Masseprozent Kohlenstoff (z. B. MgO-C-Konvertersteine) als auch bei Funktionsbauteilen mit ca. 30 Masseprozent Kohlenstoff (z.B. Al2O3-C-Tauchausgussbauteile).

Koordinierungsaufgaben im Schwerpunktprogramm SPP 1418 „FIRE - Feuerfest-Initiative zur Reduzierung von Emissionen“ (DFG-Vorhaben AN 322/17-1)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dr.-Ing. U. Fischer /

Dipl.-Ing. Nora Brachhold Laufzeit: 03/2009 – 02/2012 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Motivation

Das Projekt umfasst die Koordinierung des Schwerpunktprogramms SPP 1418. Aufgrund der Breite und anspruchsvollen Zielsetzung des Programms sind die fokussierte Zusammenarbeit von Wissenschaftlern untereinander und die Einbindung der Industrie erforderlich. Durch regelmäßige Arbeitstreffen und Workshops soll die Interdisziplinarität des SPP gefördert werden. Einbezogen werden sollen auch international führende Arbeitsgruppen, um ein internationales Netzwerk in einem innovativen Forschungsbereich aufzubauen.

Werkstoff- und Prozessevaluierung von Feuerfestsystemen in einem Stahlgusssimulator (SPP 1418 / 4. Projektbereich: Prüftechnik –DFG-Vorhaben AN 322/18-1)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. S. Dudczig /

Dipl.-Ing. (BA) R. Fricke Laufzeit: 03/2009 – 02/2012 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Motivation

Die Erforschung von Clean-Steel-Technologie tauglichen Feuerfestwerkstoffen mit reduziertem Kohlenstoffgehalt bzw. kohlenstofffrei, ist eines der Ziele des SPP 1418 “FIRE”, welches im Mittelpunkt dieses Forschungsvorhabens steht. Dabei werden grundlegende werkstoff- und verfahrenstechnische Konzepte, unter Einsatz von Hochleistungsprüfmethoden und Modellierungsansätzen, erarbeitet. Erstmalig kommt ein Stahlgusssimulator mit kontrollierter Atmosphäre (Schutzgas, Vakuum) sowohl bei der Metallaufbereitung als auch beim Gießen zum Einsatz, der wesentliche Anforderungen an Feuerfestsysteme im kontinuierlichen Stahlstrangguss realitätsnah


abbildet. Der Stahlgusssimulator umfasst eine induktive Schmelzeinheit sowie ein Verteilersystem mit Mehrfachdüsen und -kokillen, die jeweils an eine Waage gekoppelt sind. In dem Stahlgusssimulator werden die Wechselwirkungen zwischen Stahl, Schlacke, oxidischen Partikeln und Feuerfestsystemen erforscht. Zur Werkstoffevaluierung werden das Thermoschock-, Korrosions- und Erosionsverhalten unter realitätsnahen Bedingungen untersucht. Die Evaluierung desClogging-Prozesses von hochreinen, Aluminium beruhigten Stählen wird über das Verhältnis von theoretischem Stahlmassenstrom zu tatsächlichem Stahlmassenstrom je Düse durchgeführt. Da mehrere Düsen simultan beansprucht werden, kann eine statistische Ergebnisauswertung und Vergleiche zu Referenzwerkstoffen überhaupt erst zum Tragen kommen.

Validierung des Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung – VIP "Selbstglasierende kohlenstoffgebundene Funktionalbauteile für die Stahlmetallurgie und die Gießerei mit Selbstheilungseigenschaften" (BMBF-VIP-Projekt Nr. 16V0128)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / M. Sc. V. Roungos, Dipl.-Chem. S. Ludwig Laufzeit: 11/2011 – 10/2014 Partner: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Motivation

Kohlenstoffhaltige und kohlenstoffgebundene Feuerfesterzeugnisse haben in den letzten 30 Jahren bedingt durch die schärferen Thermoschock-Beanspruchungsbedingungen der modernen Stahlerzeugungsverfahren – kontinuier-licher Strangguss, kombinierte Sekundärmetallurgie, einschlussarme Gießereiprozessführung – besondere Bedeutung erlangt. Die Grundlagen für die Herstellung von neuartigen, glasurfreien, kohlenstoffgebundenen Funktionalbauteilen (Monoblock-Stopfen, Eintauchausgüsse und Pfannenverteilerrohren) sind in den letzten Jahren am Lehrstuhl für Keramik entwickelt worden. Bezüglich der Herstellung fällt der gesamte Prozess des Glasierens zum Sauerstoffoxidationsschutz aus. Dies führt zur Einsparungen der gesamten Investitions-, Produktions- und Energiekosten. Darüber hinaus kann eine Erhöhung der Lebensdauer mit Hilfe von selbstheilenden Mechanismen die gesamte Prozesstechnik im Stahlwerk oder im Gießereibetrieb revolutionieren. Die ständige Bereitschaft auf Neubildung einer Selbstglasur aus dem Inneren des Werkstoffes ergibt den Bauteilen die Möglichkeit zur Ausführung eines Selbstheilungsprozesses. Die schwächsten Produktionsglieder in der Gesamtlogistik bei der Handhabung von Metallschmelzen sind häufig die Funktionalbauteile; deren Lebensdauer bestimmt aus sicherheits- und qualitätsrelevanten Gründen oft die Lebensdauer und die Kontinuität des Gießprozesses. Eine Minute Stillstandzeit führt zu Verlusten in einer Höhe von ca. 10.000 Euro. Der erfolgreichen Validierung schließt sich eine Verwertung der Ergebnisse über die Vergabe von Verfahrens- und Produktlizenzen in einem Zeitraum von ca. drei Jahren an.

„Feuerfeste Komponenten und Schichten im System CaO-TiO2-ZrO2 mittels Gieß- Press- und Flammspritzverfahren für die prozessstufen-minimierte Herstellung von Titan und Titanlegierungen“ (DFG-VorhabenAN322/25-1 im Rahmen der Forschergruppe FOR 1372)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof.Dr.-Ing.habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. S. Schafföner Laufzeit: 02/2011 – 01/2014 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Motivation

Zur Realisierung einer pyrometallurgischen Gewinnung von kostengünstigenTitanwerkstoffen durch modifizierte Herstellung von Titanschlacke, Flüssigphasen-Aluminothermie und pfannenmetallurgische Raffination sind neuartige Kombinationen von Feuerfestwerkstoffen und Fertigungsverfahren gefragt. Im Vordergrund dieses Forschungsvorhabens steht die Erforschung von geeigneten Formgebungsverfahren in Kombination mit speziellen formgebungsbedingten Hilfsstoffen bzw. Sinterhilfsmitteln zur Herstellung von Tiegelkomponenten und Schichten für die Titan-Metallurgie. Als Formgebungsverfahren dienen Gieß-, Press- und Flammspritztechnologien. Die Gießroute wird hinsichtlich geeigneter Dispergiermedien bzw. Dispergiermittel für hygroskopische Ausgangsrohstoffe auf der Grundlage konventioneller Schlickergusstechnologie und unterstützt vonr heologischen Untersuchungen optimiert und erstmalig in eine Druckschlickergusstechnologie überführt. In beiden Gießverfahren kommen sowohl feinkörnige (bis ca. 20 µm Korngröße) als auch grobkörnige (bis ca. 3 mm Korngröße) Kornfraktionen zum Einsatz. Beim


Druckaufbau lassen sich Lunkererscheinungen entschärfen und große Scherben in kürzester Zeit realisieren (geringe Wechselwirkung des Dispergiermediums mit der keramischen Körnung). Schließlich kommt es beim Entzug des Dispergiermediumsmittels Unterdruck zu einer zusätzlichen Verdichtung des Scherbens. Über die Flammspritztechnologie wird die Fertigung sowohl von Tiegelmaterialien als auch von Reparatur- bzw. Abdichtungsschichten angestrebt. Die Untersuchung der chemischen Stabilität in Vakuumprozessen und in direktem Kontakt mit Titan-bzw. Titanlegierungen erfolgt innerhalb der Forschergruppe. Im Rahmen dieses Teilprojekts unterstützen computertomographische Untersuchungen die Evaluierung der unterschiedlichen Formgebungsrouten und EBSD-Analysen im REM die Dokumentation der chemischen Wechselwirkung zwischen Feuerfestmaterial und Titan bzw. Titanlegierungen.

DER - Deutsches EnergieRohstoff-Zentrum „Technologien für das Nach-Erdölzeitalter“ Forschungslinie II: Entwicklung innovativer Werkstoffe

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. P. Gehre /

Dipl.-Ing. N. Gerlach / Dr.-Ing. M. Hampel / Dipl.-Ing. D. Veres / M.Sc. M. Li Laufzeit: 01/2010 – 12/2014 Partner: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Vattenfall Europe Generation AG & Co. KG, RWE Power AG, ROMONTA GmbH, MIBRAG GmbH, Chemieanlagenbau Chemnitz GmbH, CHOREN Industries GmbH Freiberg, EDL Anlagenbau Gesellschaft mbH Leipzig, IBExU Institut für Sicherheitstechnik GmbH Freiberg, JOHN BROWN VOEST GmbH Leipzig, Linde-KCA-Dresden GmbH, SIEMENS Fuel Gasification Technology GmbH & Co. KG Freiberg, VER Verfahrensingenieure GmbH Dresden, Verbundnetz Gas AG Leipzig TU Dresden, Forschungszentrum Jülich, Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme, Deutsches BiomasseForschungsZentrum, BMBF ZIK Virtuhcon Freiberg

Motivation

Das Deutsche EnergieRohstoff-Zentrum (DER) erforscht und entwickelt innovative Konzepte um langfristig zur stofflichen Nutzung Erdöl und -gas durch den Einsatz von Kohle und Biomasse zu ersetzen. Die Entwicklung eines Vergasungsverfahrens der nächsten Generation erfordert ebenfalls die Bereitstellung neuer keramischer Feuerfestmaterialien, welche zum einen den hohen Temperaturen und Drücken und zum anderen den extrem korrosiven Atmosphären und Schlacken während des Vergasungsprozesses genügen. Derzeit verwendete Materialien bestehen aus 60 – 90 Ma.-% Chromoxid, wobei die dadurch gewährleisteten Standzeiten von 3 bis 24 Monaten dennoch nicht den industriell gewünschten Anforderungen entsprechen. Des Weiteren kommt es während des Einsatzes von Chromoxid zur Bildung der toxischen Chrom(VI)-Verbindung. Das IKGB, welches im Rahmen des Projektes in der Forschungslinie II innovative keramische Werkstoffe entwickelt, setzt auf chromoxidfreie Werkstoffe auf Basis von Al2O3, CaO und MgO, welche sich vor allem unter oxidierenden Bedingungen durch ihre sehr gute Alkalikorrosionsbeständigkeit auszeichnen. Neben der Entwicklung und Evaluierung der Materialien erfolgt im Besonderen die Untersuchung der unter Laborbedingungen korrodierten Materialien mittels physikalischer und chemischer Analysemethoden, um die Korrosionsmechanismen genau beschreiben zu können. Abschließend erfolgt eine Erprobung der entwickelten Werkstoffe durch Feldversuche in Testreaktoren von Projektpartnern.

PEHA - „Prozessinnovation und Energieeinsparung in der Zement- und Sekundärbrennstoff verwertenden Industrie durch den Einsatz von alkalikorrosionsbeständigen Schichten und Komponenten“ (Förderkennzeichen: 03X3527E)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Prof. Dr.-Ing. habil. E. Schlegel Dipl.-Ing. N.

Brachhold Laufzeit: 04/2009 – 03/2012 Partner: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF),

IKTS Dresden; Calsitherm Verwaltungs GmbH, Bad Lippspringe Refratechnik Cement GmbH, Göttingen Lafarge Zement Karsdorf GmbH, Karsdorf Schöler + Bolte, Witten;


Motivation

Die Alkalikorrosion an der Feuerfestauskleidung und den Stahlkonstruktionen in Hochtemperaturanlagen als Folge der Alkalibelastung von Brennmaterial ist ein seit langem bekanntes Problem. In der Zementindustrie ist die Problematik besonders gravierend. Aufgrund von Stoff- und Energiekreisläufen in den Anlagen und dem starken Einsatz von Sekundärbrennstoffen, die höhere Anteile an korrosiven Substanzen aufweisen, treten verstärkt Korrosionsvorgänge auf. Mit dem Korrosionsangriff muss eine Einschränkung der Funktionalität der Auskleidungsmaterialien bis hin zur Zerstörung in Kauf genommen werden. Dies ist verbunden mit zunehmenden Energieverlusten während der Einsatzzeit und erhöhtem Energieaufwand für die Produktion von Ersatzbauteilen in verkürzten Erneuerungszyklen. Die Entwicklung alkalikorrosionsbeständiger Werkstoffe ist somit entscheidend für die zukünftige energieeffiziente Herstellung von Zementklinker bei minimalem CO2-Ausstoß. Aufgrund des Konzeptes des thermischen Recyclings von Abfallstoffen besteht in Müllverbrennungsanlagen eine vergleichbare Problematik, so dass im Rahmen dieses Projektes gewonnene Ergebnisse auch in diesem Industriebereich Anwendung finden sollen. Ausgangspunkt für die Entwicklung von Werkstoffen, die sich für diese Einsatzbereiche besser eignen, sind synthetische Materialen auf der Basis der Reaktionen zwischen konventionellen feuerfesten Keramiken und Alkaliverbindungen. Neben der Stoffsynthese sollen Grundlagen für die Formgebung der Syntheseprodukte zu geeigneten Werkstoffformaten und Verbunden erarbeitete werden. Es sollen ebenfalls Untersuchungen an der Verbundkonstruktion aus keramischer Komponente und metallischem Verankerungssystem durchgeführt werden. Schließlich werden Versuche unter Praxisbedingungen in industriellen Anlagen durchgeführt, um die entwickelten Materialen und Metall-Keramik-Verbunde zu testen.

Energieeffizienzerhöhung und Optimierung von Aluminiumschmelzöfen durch Entwicklung adaptierter Feuerfestmaterialien und verbesserter Ofeninnenraumgeometrien (Förderkennzeichen: ENOPTAL 0327493A)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. S. Dudczig Laufzeit: 10/2008 – 09/2012 Partner: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

ZPF-therm Maschinenbau GmbH

Motivation Stand der Technik sind Schmelzöfen, die einen hohen Energieverbrauch und somit auch eine hohe CO2-Emmision haben. Die Hauptkomponenten eines Ofens bestehen aus der Brennertechnik, der Isolation, dem Feuerfestmaterial und dem konstruktiven Aufbau. In den Fachbereichen (Brennertechnik, Isolierwerkstoffe, Feuerfestmaterialien) wird zunehmend an neuen Technologien geforscht, die Zusammenstellung zu einem Komplettpaket- sprich Ofen wird aber aus den unterschiedlichsten Gründen nicht vorangetrieben. Daher bietet dieses Projekt einen neuen innovativen Ansatz eine Vielzahl von Gebieten zu vereinigen. Unter dem Aspekt Energieeffizienz, effizientere Erdgasnutzung und CO2-Emissionsreduktion soll ein strömungstechnisch optimiertes Schmelzofensystem mit neuartiger Brennertechnik, wartungsfreundlicher, verschleißfesterer Ausmauerung sowie raum- und kostensparender Isolation entwickelt werden. Die Untersuchungen beinhalten Grundlagenuntersuchungen im System Aluminiumschmelze – Feuerfestmaterial zur Verbesserung bestehender Feuerfestsysteme bzw. der Entwicklung neuer Feuerfestkonzepte oder Technologien. Hierbei wird versucht entgegen dem Stand der Technik neue Auskleidungsmaterialien speziell für hoch beanspruchte Zonen zu entwickeln. Herkömmliche Materialien für den direkten Aluminiumkontakt enthalten häufig Zusätze, so genannte Antinetzmittel, die eine Infiltration von flüssigem Aluminium in das Material verhindern sollen. Am häufigsten kommen hier Bariumsulfat bzw. auch Calciumfluorid zum Einsatz. Diese Materialien können aber durch falsche Ofenfahrweise, d.h. einer zu hohen Temperatur in besonders beanspruchten Bereichen zu Zersetzungserscheinungen neigen und durch Reaktionen mit anderen Massebestandteilen durch Volumenunterschied zur Zerstörung des Feuerfestmaterials führen und somit den gegenteiligen Effekt bewirken. Es werden eine Vielzahl von alternativ möglichen Zusätzen getestet (Benetzungsuntersuchungen im Erhitzungsmikroskop), neue Versätze entwickelt und unter industriellen Bedingungen (Tiegelversuche in gasbeheizten Öfen) getestet. Die Erprobung der im Laufe des Projektes entwickelnden neuen Feuerfestmaterialien sowie der Erkenntnisse aller beteiligten Projektpartner fließen letztendlich in den Bau eines Demonstrators ein, der unter industriellen Bedingungen eingesetzt werden soll.


Einsatz von neuartigen umweltfreundlichen Bindemitteln in SiC-C-haltigen Feuerfest-Funktionswerkstoffen auf Basis von kohlenstoffgebundenem Alumosilikat für Anwendungen in Schmelztechnologien in der Eisen- und Stahlindustrie (Förderkennzeichen: ZIM KF 2216803SU0)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. J. Werner Laufzeit: 10/2010 – 09/2012 Partner: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)

EKW GmbH

Motivation Im Rahmen dieses Projektes soll eine Entwicklung neuartiger umweltfreundlicher SiC-C-Werkstoffe zur Herstellung von Funktionskeramiken auf Basis Alumosilikat für den Einsatz in Schmelztechnologien der Eisen- und Stahlindustrie realisiert werden. Zucker-Urea-Systeme sollen einerseits pechstämmige Kohlenstoff-Bindemittel ersetzen und andererseits dem Feuerfestwerkstoff neuartige Eigenschaften über die nadelartige Gefügebildung während der Verkokung mit dem feinkörnigen reaktiven Klebsand verleihen. Ansatzpunkte für die konkrete technische Entwicklung werden in einer Vermeidung der bei den derzeit eingesetzten Produkten auftretenden Benetzung der Grenzfläche durch das flüssige Eisen/Stahl und/oder Schlacke gesucht.

Kohlenstoffgebundene MgO-Erzeugnisse mit verbesserten Thermoschockeigenschaften

Projektleiter/ Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C. G: Aneziris / Dipl.-Ing. P. Stein Laufzeit: 03/2010 – 02/2012 Partner: Refratechnik Steel GmbH

Motivation Die Optimierung der Thermoschockbeständigkeit von kohlenstoffgebundenen MgO-Erzeugnissen steht im Fokus dieser Arbeit. Gleichzeitig dürfen die mechanischen Eigenschaften, Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit und deren Gefügekennwerte keine Verschlechterung erfahren. Das Arbeitsprogramm umfasst Untersuchungen zur Herstellung von basischen kohlenstoffhaltigen Erzeugnissen, die auf dem Gebiet der Stahltechnologie einzusetzen sind. Dabei soll auf den Einsatz von Zusätzen und Veränderungen der chemischen Zusammensetzung verzichtet werden. Mittels der wissenschaftlichen Auswertung bisheriger Forschungsaktivitäten und der eigenen Arbeit soll ein Modellsystem zu einem thermoschockbeständigem Gefüge entwickelt werden. Der Werkstoff wird dabei als Verbundwerkstoff betrachtet.

Untersuchungen von Bindersystemen bei Raum- und Hochtemperaturanwendungen

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. D. Veres Laufzeit: 06/2010 – 05/2012 Partner: Kerneos Inc.

Motivation

Es sollen die Anwendung und der Einsatz von Calcium-Aluminat-Zementen für unterschiedliche Formgebungsverfahren untersucht werden. Diese Rohstoffe bieten einerseits günstige Eigenschafften während der Formgebung bei Raumtemperatur und andererseits nach dem Sinterprozess während des Einsatzes bei hohen Temperaturen. Im Fokus stehen hierbei insbesondere Bauteile für metallurgische Anwendungen.

Kristallisation von multikristallinen Siliciumblöcken mit einem hohen Volumenanteil versetzungsresistenter Kornorientierungen (VOLKRIS - SAB Projektnummer 70764/1921)

Projektleiter/ Bearbeiter: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dr.-Ing. V. Stein Laufzeit: 04/2010 – 02/2014 Partner: Sächsische Aufbaubank (SAB)

Solar World Innovations GmbH Freiberg Fraunhofer IISB Erlangen


Motivation

Die Herstellung von polykristallinem Reinstsilicium als Rohstoff für die Herstellung von Wafern für die Solarindustrie wird großtechnisch in Siliciumdioxidtiegeln durchgeführt. Diese amorphen Quarzguttiegel haben sich aus verschiedenen Gründen bewährt, bringen jedoch auch technologische Probleme mit sich. Um die Siliciumschmelze einerseits vor Verunreinigungen aus dem Quarzgut (vor allem Eisen) zu schützen und andererseits eine saubere Trennung des erstarrten Blockes von der Quarzgutkokille zu gewährleisten, werden die Tiegel mit einer Art Schlichte auf Basis Siliciumnitrid versehen. Ausgehend von der industriell eingesetzten Tiegelbeschichtung aus dem System Si-O-N, welche mittels Kaltauftrag aufgebracht wird, ist es das Ziel dieses Projektes, diese Schichten und ihre Wirkmechanismen grundlegend zu untersuchen sowie diese Schichten weiterzuentwickeln.

3.3. Studentische Arbeiten

3.3.1. Ingenieurpraktika

Bewertung zerstörungsfreier Prüfmethoden für die Prozesssicherheit im Keramikspritzgießprozess Verfasser: Anita Hofmann Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. J. Hubálková /

Dipl.-Ing. Anne Mannschatz (IKTS, Dresden)

Entwicklung keramischer, feuerfester Schaumstrukturen über ein Gefrier-Direktschäumungsverfahren Verfasser: Jens Fruhstorfer Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. J. Hubálková /

M.Sc. Matthias Ahlhelm (IKTS, Dresden) Korrosionsuntersuchungen an verschiedenen Feuerfeststeinen und ungeformten Massen zur Prüfung der Widerstandsfähigkeit gegen chemischen Angriff von Al-Schmelzen und Schlacken aus Müllverbrennungsanlagen Verfasser: Annika Mertke Betreuer: Dipl.-Ing. U. Hennike (Rath AG, Krumnußbaum, Österreich) / Dipl.-Ing. S. Dudczig Experimentelle Bestimmung der Siliziumfiltration an verschiedenen Kohlenstoffbauteilen Verfasser: Martin Baldauf Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris /

Dipl.-Ing. V. Merklinger (SGL CARBON GmbH) Preparation and characterization of Ni-P/ceramic composites Verfasser: Franziska Knies Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Yoram de Hazan (EMPA Dübendorf) Untersuchungen des Einflusses von Gipsformen auf die Qualität von Meissener Porzellan – Entwicklung einer Kontrolltechnologie Verfasser: Anne Gumbrich Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. Kathrin Häußler Dr.-Ing. R. Ruppelt (Staatliche Porzellan-Manufaktur Meissen GmbH)


Optimierung der Glasur zur Verbesserung der Produktqualität von Meissener Porzellan Verfasser: Marie Oppelt Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dr.-Ing. G. Schmidt / Dr.-Ing. Bianka Wiener (Staatliche Porzellan-Manufaktur Meissen GmbH) Charakterisierung und Herstellung von suspensionsgeschäumter Keramik durch ein kontinuierliches Direktschaumverfahren Verfasser: Friederike Klenert Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Herstellung einer niedrigsinternden (<1650°C) Mullit-Keramik für niedrigdruckspritzgegossene Bauteile mit hoher Thermoschockfestigkeit Verfasser: Pia Schubert Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Mechanische Eigenschaften und zeitabhängiges Verhalten von ZrB2 mit 30 Gew.-% SiC bei Raumtemperatur Verfasser: Markus Neubert Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / J. Kübler (EMPA Dübendorf)

3.3.2. Studienarbeiten

Bestimmung der thermomechanischen Eigenschaften von feuerfesten Gießmassen auf Al2O3-Basis mit Braunkohleasche

Verfasser: Axel Krause Betreuer: Dipl.-Ing. C. Wenzel / Dipl.-Ing. P. Gehre

Risszähigkeiten des Verbundwerkstoffes Zirkoniumdioxid – TRIP-Stahl

Verfasser: Anne Morgenstern Betreuer: Dipl.-Ing. C. Wenzel

Untersuchung des Verformungsverhaltens von TRIP-Stahl-Keramik-Schäumen Verfasser: Karsten Zybell Betreuer: Dr. rer. nat. H. Berek / Dipl.-Ing. M. Hasterok Untersuchungen zum Einsatz von auf Tonerde basierenden Recyclingmaterialien als Körnung in feuerfesten Massen Verfasser: Annika Mertke Betreuer: Dipl.-Ing. Steffen Dudczig Charakterisierung von Celluloseether-Wasser-Mischungen und Übertragung auf TRIP-Stahl-Zirkonoxid-Extrusionsmassen Verfasser: Christian Ode Betreuer: Dipl.-Ing. C. Weigelt


Bestimmung der Temperaturwechselbeständigkeit von feuerfesten Gießmassen auf Al2O3-Basis mit Braunkohleasche Verfasser: Heike Stübner Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. P. Gehre Mechanochemische Herstellung von Calciumtitanat und Calciumzirkonat Verfasser: Gregor Bohne Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. S. Schafföner Beitrag zum Schlickerguss von CaO-Keramiken Verfasser: Florian Häußler Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. S. Schafföner Einfluss von SrO auf die Festigkeitsentwicklung und Mikrostruktur von MgO-teilstabilisiertem Zirkondioxid Verfasser: Anne Wehner Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. M. Hasterok / Dipl.-Ing. C. Wenzel Untersuchungen verschiedener Stabilisierer/Geliermittel im Rotationsviskosimeter Verfasser: Constantin Jahn Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. N. Gerlach Bewertung bildsamer Eigenschaften mit unterschiedlichen Testmethoden Verfasser: Marie Oppelt Betreuer: Dr.-Ing. G. Schmidt 3.3.3. Diplom- und Masterarbeiten

Contribution to the Generation of Coatings in the System Si-O-N Verfasser: Sara Zavareh Betreuer: Dr.-Ing. V. Stein / Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Druckschlickerguss von Bonite/Korund und Zirkonmullit/Korund mit dem Ziel einer hohen Temperaturwechselbeständigkeit Verfasser: Peter Ermtraud Betreuer: Dipl.-Ing. Nora Gerlach / Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris

Herstellung und Charakterisierung von Zirkoniumdioxid-Pulver über das Flammspritzverfahren unter Zugabe von verschiedenen Stabilisatoren Verfasser: Karsten Zybell Betreuer: Dipl.-Ing. P. Gehre / Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Processing of alumina ceramics with oriented microstructures Verfasser: Veronika Märkl Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Prof. Dr. J. Binner (Loughborough University) Untersuchung von organischen Binde- und Hilfsstoffen für den Druckguss von keramischen Formkörpern


Verfasser: Susann Ludwig Betreuer: Dipl.-Ing. Stefan Schafföner / Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris

Microstructural influence on the impact toughness of infiltrated Al2O3/P/Steel-Matrix composites Verfasser: Evelyn Schlenther Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Multifunktionale Filtersysteme für die Stahlschmelzefiltration Verfasser: Dipl.-Ing. (FH) Marcus Emmel Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Herstellung eines Keramikschaumes auf Ziegelmehlbasis über das Verfahren der Direktschäumung Verfasser: Manja Hofman Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris / Dipl.-Ing. D. Böttge (Frauenhofer IKTS Dresden) 3.4. Promotionen

3.4.1. Abgeschlossene Promotionen

Aquatische Virenfiltration durch physikalisch-chemische Adsorption

Verfasser: Dipl.-Ing. (FH) Benjamin Michen Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Dr.-Ing. T. Graule (EMPA, Dübendorf)

Zusammenfassung: Diese Arbeit untersucht den Einsatz von keramischen Materialien in der Trinkwasseraufbereitung mittels Filtration und fokussiert dabei die Entfernung von Viren. Herkömmliche, auf Kieselgur basierende Tiefenfilter (Filterkerzen) mit Porengrößen im unteren Mikrometerbereich, werden hinsichtlich ihres Rückhaltevermögens gegenüber Kolloiden (Viren sowie Polystryrolpartikel) untersucht, um deren Einsatzfähigkeit in der Entfernung von Mikroorganismen im Allgemeinen abschätzen zu können. Ferner wird gezeigt, wie durch ein einfaches Verfahren solche Filter modifiziert werden können, um auch kleinste Viren mit ca. 30 nm Durchmessern aus dem Rohwasser zu entfernen. Die Zugabe von MgO während der Granulierungsstufe im Herstellungsprozess der Filterkerzen bewirkt eine erhebliche Verbesserung des Virenrückhalts bis zu über 99,9999 %. Die experimentellen Ergebnisse wurden dabei mit theoretischen Modellen verglichen, um Aussagen über die Mechanismen der Virenentfernung treffen zu können.

Development of Near Net Shaped Si3N4/SiC Composites with Optimised Grain Boundary Phase for Industrial Wood Machining.

Verfasser: M.Sc. Claudia Strehler Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Dr.-Ing. T. Graule (EMPA, Dübendorf)

Zusammenfassung: Si3N4/SiC Wendeschneiden für die industrielle Holzverarbeitung wurden entwickelt. Die Produktion der Keramikverbunde erfolgte über einen endformnahen Prozess mittels Pressen von Sprühgranulat, Gasdrucksintern und anschließendem heißisostatischen Pressen. Verschiedene Kombinationen von Sinteradditiven für das Flüssigphasensintern der Si3N4/SiC Verbunde wurden untersucht. Eine entsprechende Auswahl der Sinteradditive ist entscheidend, da sich gezeigt hat, dass vor allem mikroskopische Eigenschaften und nicht die globalen mechanischen Messwerte die Qualität der Si3N4/SiC Schneiden bestimmen. 12 Gewichtsprozent Sinteradditive in Form von La2O3, Y2O3 und Al2O3 liefern eine gute Kombination aus Sinterfähigkeit und mikroskopischen Eigenschaften für die Leistungsfähigkeit: Die Stabilität der Si3N4/SiC Schneidkante wird durch das Aufbringen einer Mikrofase am Zahnrücken weiter gesteigert, ohne dass dabei Verluste in der Oberflächenqualität beobachtet werden.


In Schneidversuchen an mitteldichten Faserplatten erzielten die neu entwickelten Si3N4/SiC Schneiden im Vergleich zu Standard Wolframkarbid Schneiden die doppelte Lebensdauer.

Ein Beitrag zur Verschlackung von MgO in sekundärmetallurgischen Schlacken Verfasser: Dipl.-Ing. Christian Brüggmann Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Prof. Dr.-Ing. J. Pötschke (DIFK, Bonn)

Zusammenfassung: Die vorliegende Arbeit behandelt Aspekte der Verschlackung von MgO in sekundärmetallurgischen Schlacken. Mittels FactSage© wird eine Berechnung der Löslichkeit von MgO in Kalksilikat- und Kalkaluminatschlacke bei 1600, 1650 und 1700°C durchgeführt. Die Ergebnisse werden leicht handhab- und ablesbar dargestellt. Die Verschlackung eines porösen MgO-Probekörpers in einer an MgO ungesättigten und an MgO gesättigten Kalkaluminatschlacke wird bei 1600°C thermogravimetrisch verfolgt. Der Verschlackungsvorgang wird maßgeblich durch die Mechanismen der Teilchendesintegration und Ostwald-Reifung in der infiltrierten Mikrostruktur beeinflusst. Das komplexe Zusammenspiel von Zerfall und Auflösung wird nach einem Modell von W. Gans an feuerfestes Material (MgO) angepasst und modelliert. Der Einfluss von Teilchendesintegration und Oswald-Reifung auf den voreilenden Verschleiß im 3-Phasenkontakt (Marangoni-Konvektion) wird quantifiziert. Ferner wird ein einfaches Modell zur Abschätzung des voreilenden Verschleißes dargelegt.

Messung und Modellierung der Temperaturwechselbeständigkeit feuerfester Werkstoffe

Verfasser: Dipl.-Ing. Erwan Brochen Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris Prof. Dr.-Ing. J. Pötschke (DIFK, Bonn)

Zusammenfassung: Die in der Literatur beschriebenen Verfahren zur Bewertung und Berechnung der Temperaturwechselbeständigkeit (TWB) von feuerfesten Werkstoffen berücksichtigen nur selten das beim Temperaturwechsel tatsächlich im Werkstück vorliegende Spannungsfeld. Überlegungen hierzu werden pauschal zu Kennzahlen verarbeitet, deren Bedeutung folglich fragwürdig ist. Die vorliegende Arbeit stellt sich daher zur Aufgabe, gezielt die Spannungsverteilung in Abhängigkeit aller Einflussparameter analytisch zu berechnen und daraus Schlussfolgerungen für die TWB typischer oxidischer Feuerfestprodukte abzuleiten. Die Ergebnisse werden mit denen herkömmlicher Methoden verglichen und experimentellen Messungen der TWB an Feuerfestmaterial auf der Basis von Al2O3 und MgO, die mit einem modifizierten „Koltermann-Test“ durchgeführt wurden, gegenübergestellt. Als Ergebnis ist festzuhalten, dass die durch das entwickelte Modell modifizierten Parameter, insbesondere aber RModel und Rst, eine deutlich verbesserte Vorhersage der TWB aller untersuchten Werkstoffe gestatten und ihre Klassifizierung genauer ermöglichen.

Microsilica-bonded magnesia-based refractory castables: Bonding mechanism and control of damage due to magnesia hydration

Verfasser: M.Sc. Wagner Moulin Silva Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris

Zusammenfassung: Der Mechanismus der Hydratation des Magnesiumoxides bzw. Sintermagnesia bezüglich der Verwendung im Feuerfestbeton und die Auswirkungen verschiedener Additive wurden untersucht. In Abwesenheit von Additiven wachsen katastrophale Hydratationsrisse in Sintermagnesia-basierten Steinen wegen der Bildung von Brucit; dahingegen übt die Anlagerung von Mikrosilica, Magnesiumfluorid, Weinsäure, Zitronensäure oder Borsäure eine Antihydratationswirkung aus. Es kommt darauf an, dass wenigstens 7,5% Mikrosilica notwendig ist, damit das Wachstum der Risse durch den Ersatz des Brucits für einen Magnesiumsilicathydrat-Verbundstoff unterdrückt wird. Die Zudosierung von mindestens 0,3% Magnesiumfluorid hingegen fördert die Ablagerung einer humit-ähnlichen Phase, welche einen niedrigeren Silicagehalt aufweist, und die benötigte Menge an Mikrosilica auf 3% absenkt. Die Verarbeitungseigenschaften des Betons werden durch das Fluorid nicht gestört, jedoch verschlechtern sich die Eigenschaften des Betons um 1600°C. Die anderen Antihydratationsadditive haben das Wachstum des Brucits blockiert, daher wurde die Bildung des Verbundstoffs abgegrenzt. Obwohl der Beton frei von Rissen ist, sinken seine mechanischen Eigenschaften um mehr als das zehnfache.


Contribution to the Characteristic Improvement of Carbon Bonded Doloma Refractories by addition of Functional Ceramic Materials

Verfasser: Dipl.-Ing. Volker Stein Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris

Zusammenfassung: Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden feuerfeste Verbundwerkstoffe im System Doloma-Kohlenstoff grundlegend untersucht. Der Fokus lag hierbei auf der Manipulation der Kohlenstoff-Bindematrix durch die Zugabe von funktionskeramischen Materialien, welche bei hohen Temperaturen und unter reduzierenden Bedingungen Elektronen emittieren. Eingesetzte Materialien waren zum Beispiel TiO2, ZrO2 und CeO2. Der Kernpunkt der Arbeit war die Untersuchung des Restkohlenstoffgehaltes der Proben nach dem Verkokungsbrand sowie die Untersuchung der Kohlenstoffphasen Entwicklung. Damit konnte ein wesentlicher Beitrag zum Grundverständnis der Wechselwirkung zwischen diesen funktionskeramischen Materialien und der Kohlenstoffbindematrix dieser Verbundwerkstoffe geleistet werden. Es wurden hierdurch wesentliche Verbesserungen der Werkstoffeigenschaften erzielt. Weiterhin wurden weitere positive Wechselwirkungen der eingebrachten Additive mit dem Werkstoff infolge von Hochtemperaturreaktionen und in-situ Phasenneubildungen nachgewiesen. Ebenfalls erfolgte eine Übertragung der Ergebnisse in den industriellen Maßstab. Hierbei wurde der Werkstoff erfolgreich in einem AOD Konverter getestet.

3.4.2. Laufende Promotionen

Interne Doktoranden unter Betreuung von Prof. Aneziris:

Dipl.-Ing. Nora Brachhold Alkalikorrosionsbeständige Werkstoffe auf Basis von Feldspäten

Dipl.-Ing. Steffen Dudczig Entwicklung ungeformter kohlenstoffhaltiger bzw. kohlenstoffgebundener basischer Erzeugnisse für Feuerfestanwendungen

M. Eng. Marcus Emmel Hochtemperaturwerkstoffe in Kontakt mit Metallschmelzen

Dipl.-Ing. Patrick Gehre Entwicklung von keramischen Gießmassen für Vergasungsanlagen unter reduzierenden Bedingungen

Dipl.-Ing. Nora Gerlach Thermoschockbeständige Gießmassen auf Aluminiumoxidbasis

Dipl.-Ing. Manuel Hasterok Poröse keramische Werkstoffe für TRIP-Matrix Komposite

Dipl.-Ing. Mingliang Li Hochtemperaturwerkstoffe im Energiebereich

Dipl.-Ing. Vasileos Roungos Kohlenstoffgebundene Erzeugnisse für Feuerfestanwendungen

Dipl.-Ing. Stefan Schafföner Feuerfeste Werkstoffe für Titanschmelzen Dipl.-Ing. Petra Stein

Kohlenstoffgebundene MgO-Erzeugnisse mit verbesserten Thermoschockeigenschaften

Dipl.-Ing. Claudia Voigt Oxidhaltige Filterwerkstoffe und Filterstukturen mit aktiven und reaktiven Funktionshohlräumen

Dipl.-Ing. Christian Weigelt Kalte bildsame Formgebung sowie kaltes Fügen von Stahl-ZrO2-Sinterwerkstoffen

Dipl.-Ing. Claudia Wenzel Phasenumwandlungsverstärkte, zirkondioxidreiche Verbundwerkstoffe mit TRIP–Stahl – Partikelzusätzen

Dipl.-Ing. Jörn Werner Elastizitätsmodul und Dämpfungsverhalten von feuerfesten Werkstoffen


Externe Doktoranden unter Betreuung von Prof. Aneziris:

Dipl.-Ing. Daniela Böttge Werkstoffliche und keramtechnologische Aspekte von funktionalen Beschichtungen auf hochporösen Keramikträgern (für katalytische und adsorptive Anwendungen)

Daniel Cölle Leichtbauweise im Feuerfestbau

Dipl.-Ing. (FH) Daniel Ganzer Transparente Optokeramik

Dipl.-Ing. Andreas Glauche Charakterisierung und Optimierung von oxidkeramischen Brennstoffzellen (SOFC)

Dipl.-Ing. Judit Heinecke Three dimensional shaping of cellular ceramic materials from radiation curable colloidal dispersions

Dipl.-Ing. Uwe Klippel Beitrag zu modernen MgO-C-Erzeugnissen

M.Sc. Galea Laёtitia Nanocomposites for load-bearing bone substitutes

Dipl.-Ing. Anne Mannschatz Entwicklung von Keramik-Keramik-Verbundbauteilen über das Zwei-Komponenten- Spritzgießen

Dipl.-Ing. Thomas Oberbach Biokeramik

Dipl.-Ing. Mehdi Salehi Keramische Membran auf Perowskit-Basis

Dipl.-Ing. Dominik Andrzej Polsakiewicz Untersuchung von Struktur- und Eigenschaftsänderung oxidkeramischer Feuerfestmaterialien durch gradierte Strukturierung mittels eines neuentwickelten dreidimensionalen Drucksystems

Dipl.-Ing. Evelyn Schlenther Al2O3-Steel composites fubricated by Ti-activated infiltration

Dipl.-Ing. Leandro Schöttler Funktionalisierte feuerfeste Werkstoffe für den Unterguss von legierten Stahlgüten

Dipl.-Ing. (FH) Christoph Sorg Keramisches Papier

Dipl.-Ing. Andreas Glauche Charakterisierung und Optimierung von oxidkeramischen Brennstoffzellen (SOFC)

Dipl.-Ing. Noémie van Garderen Development of a new type of highly porous oxygen carrier support for fluidized bad reactors

Dipl.-Ing. Mehdi Salehi Keramische Membran auf Perowskit-Basis

Laufende Promotionen unter Betreuung von Prof. Schlegel

Dipl.-Ing. Kathrin Häußler Formgebung von CSH-Massen

Dipl.-Ing. Jana Hubálková Gefügeanalyse von Werkstoffen aus dem Stoffsystem CaO – Al2O3

Dipl.-Ing. Jan Sachl Herstellung und Beurteilung von Schaumbeton

Dipl.-Ing. Torsten Dietz Porenbildung im Porenbeton


3.5. Habilitationen

3.5.1. Laufende Habilitationen

Dr. rer. nat. Roland Bayer Celluloseether-Bindemittel für die bildsame Formgebung

Dr. rer. nat. Harry Berek Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften von Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen

Dr.-Ing. Wolfgang Schärfl Innovative Fertigungsverfahren in der keramischen Technologie

Dr. Ewald Pfaff Mischleiter auf Perowskit-Basis

Dr. Andreas Mertke Untersuchungen zum betrieblichen Verschleiß von MgO-C-Pfannen gleichartiger Zustellung

Dr: Dmitry Borzov Einsatz von neuartigen umweltfreundlichen Bindemitteln für kohlenstoffhaltige Feuerfesterzeugnisse 3.6. Mitarbeit in Gremien und Gesellschaften

Prof. Dr.-Ing. habil. C.G. Aneziris - Ordentliches Mitglied der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig - Ordentliches Mitglied der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (ACATECH) - Vorstandsmitglied der Deutschen Keramischen Gesellschaft (DKG) - Vorstandsvorsitzender des Vereins MORE-Freiberg e.V. - Leiter des Fachausschusses „Feuerfestwerkstoffe“ der DGM e.V. - Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM) - Mitglied des Vereins Deutscher Eisenhüttenleute e.V. (VDEh)

Fachausschuss „Feuerfeste Baustoffe“ - Mitglied des Redaktionsausschusses in Ceramic Forum International (cfi) - Mitglied des Redaktionsausschusses in Refractories World Forum - Mitglied des Redaktionsausschusses in Journal of Ceramic Science and Technology - Mitglied des Forschungsbeirates der AiF - Mitglied des Dresdener Gesprächskreises für Wissenschaft und Wirtschaft e.V. - Mitglied des Vereins Freunde und Förderer der TU Bergakademie Freiberg e.V.

Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. E. Schlegel - Ordentliches Mitglied der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig - Mitglied der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften acatech München/Berlin - Mitglied des Kuratoriums des Dresdener Gesprächskreises für Wissenschaft und Wirtschaft e.V. - Mitglied des Advisory Board der Zeitschrift „Ceramics“, Praha - Mitglied des Vereins MORE-Freiberg e.V. - Mitglied des Vereins der Freunde und Förderer der TU Bergakademie Freiberg e.V. - Mitglied des „Rates für gute wissenschaftliche Praxis“ des Internationalen Hochschulinstituts Zittau - Mitglied des Vereins Altersversorgung für angestellte Professoren und Hochschullehrer neuen Rechts und

Angestellte im höheren Dienst der Behörden in den neuen Bundesländern e.V. (VAV)

Dr. rer. nat. B. Ullrich

- Mitglied der Deutschen Keramischen Gesellschaft (DKG), Vorsitzender des Fachausschusses „Geschichte der keramischen Technik“

Dr.-Ing. G. Schmidt - Mitglied des Vereins Freunde und Förderer der TU Bergakademie Freiberg e.V.

Dr.-Ing. H. Seifert - Gründungsmitglied des Vereins MORE-Freiberg e.V. - Mitglied der Deutschen Keramischen Gesellschaft (DKG) - Mitglied des Vereins Freunde und Förderer der TU Bergakademie Freiberg e.V.


Dr.-Ing. habil. J. Ulbricht - Mitglied des Kollegiums der Techniker, Ingenieure und Wirtschaftler Deutschlands - Mitglied der Deutschen Keramischen Gesellschaft (DKG) - Gründungsmitglied des Vereins MORE-Freiberg e.V. - Mitglied des Vereins Freunde und Förderer der TU Bergakademie Freiberg e.V. - Gründungs- und Vorstandsmitglied des Vereins „@ktivEnergiehaus-Institut e.V.“ - Mitglied des Hochschullehrerverbands

Dr.-Ing. D. Melzer - Gründungsmitglied und Schatzmeister des Vereins MORE-Freiberg e.V. - Mitglied der Deutschen Keramischen Gesellschaft (DKG)

Leiter des Fachausschusses „Werkstoffprüfung“ - Mitglied des Vereins Deutscher Eisenhüttenleute e.V. (VDEh)

Fachausschuss „Feuerfeste Baustoffe“ - Mitglied des Vereins Freunde und Förderer der TU Bergakademie Freiberg e.V.

Dr.-Ing. M. Hampel - Mitglied der Deutschen Keramischen Gesellschaft

Dr.-Ing. V. Stein

- Mitglied des Vereins Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) - Mitglied des Vereins MORE-Freiberg e.V.

M.Sc. V. Roungos - Mitglied des Vereins MORE-Freiberg e.V. M.Sc. W. Moulin Silva

- Mitglied der Deutschen Keramischen Gesellschaft (DKG) - Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM) - Member of The American Ceramic Society (ACerS)

Dipl.-Ing. St. Schafföner - Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde e.V. (DGM) - Mitglied des Vereins Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) - Member of The American Ceramic Society (AcerS) - Mitglied des Vereins MORE-Freiberg e.V.

Dipl.-Ing. C. Faßauer - Mitglied des Vereins Deutscher Ingenieure e.V. (VDI) - Mitglied der Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. (DECHEMA)

Dipl.-Ing. C.Weigelt - DGM -Fachausschuss Zellulare Werkstoffe

3.7. Teilnahme an Konferenzen, Kolloquien, Seminaren und Messen

TEAM-Workshop der Firma EDAX-AMETEK – Wiesbaden – 23. - 24.02.2011 - Dr. H. Berek

2. DER-Tag – Freiberg - 14. - 15.12.2011 - Dr. Hampel, P. Gehre, N. Gerlach, M. Li

43. Kraftwerkstechnisches Kolloquium –Dresden – 18.-19.10.2011 - P. Gehre UNITECR‘ 2011 – Kyoto (Japan) – 30.10.-02.11.2011

- Prof. Dr. C.G. Aneziris, Prof. E. Schlegel, P. Gehre, S. Schafföner

MAVI-Seminar – Freiberg – 30.11.-02.12.2011 - Dr. K. Moritz, Dr. H. Berek, U. Ballaschk, N. Brachhold, C. Voigt, S. Schafföner, J. Hubálková

Freiberger Feuerfestforum 2011 – Freiberg – 09.12.2011 (verbunden mit der 7. Mitgliederversammlung von MORE-Freiberg e.V.) - Organisation: Dipl.-Ing. N. Brachold


- Dr. K. Moritz, Dr. M. Hampel, Dr. V. Stein, J. Werner, V. Roungos, S. Dudczig, M. Emmel

17. Internationale Konferenz über feuerfeste Werkstoffe – Prag – 09.-11.05.2011 - Dr. M. Hampel, S. Dudczig, Dr. H. Seifert

Hannover-Messe 2011 – Hannover – 04.-05.04.2011 - Dr. M. Hampel

Gießereifachmesse GiFa – Düsseldorf – 27.-28.06.2011 - Dr. M. Hampel, S. Dudczig, M. Emmel, W. Moulin Silva

4. Fachtagung Feuerfest- und Schornsteinbau – Düsseldorf – 28.07.2011 - Dr. M. Hampel

Feuerfestsymposium der Rath AG „Einsatz von Feuerfestmaterialien im Bereich der Flüssigstahlproduktion“ – Meißen – 22.09.2011 - Dr. M. Hampel

54. Internationales Feuerfestkolloquium – Aachen – 19-20.10.2011 - Prof. Dr. C.G. Aneziris, Prof. Dr. E. Schlegel, Dr. M. Hampel, Dr. V. Stein, S. Dudczig, N. Gerlach, J. Werner

Blockkolloquium des SFB 799 – Sayda – 14.-16.03.2011 - Dr. H. Berek, C. Wenzel, M. Hasterok, C. Weigelt

Herbstschule 2011 des SFB 799 – Eibenstock – 26.-29.09.2011

- Prof. C.G. Aneziris, Dr. H. Berek, M. Hasterok, C. Weigelt

Kolloquium SFB 799 und SFB 761 – Freiberg – 05.09.2011 - Dr. H. Berek, M. Hasterok, C. Wenzel, C. Weigelt

DGM Fachausschuss Zellulare Werkstoffe – Freiberg – 10.-11.05.2011 - C. Weigelt

DGM Fachausschuss Zellulare Werkstoffe – Freiberg – 30.09.2011 - C. Weigelt

18. Symposium "Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde" – Chemnitz – 30.03.-01.04.2011 - C. Weigelt, C. Wenzel, U. Ballaschk

Workshop Projektmanagment – 06.01., 10.-11.01.2011 - C. Weigelt

62. Berg- und Hüttenmännischer Tag - Freiberger Forschungsforum Fachkolloquium „SFB 799 - TRIP-Matrix-Composite – Design von zähen, umwandlungsverstärkten Verbundwerkstoffen und Strukturen auf Fe-ZrO2-Basis“ – Freiberg – 15.06.2010

- M. Hasterok, C. Weigelt, C. Wenzel

MatWerk-Akademie der DGM – Burg Schnellenberg – 4.-6. Mai 2011 - St. Schafföner

DKG-Jahrestagung – Saarbrücken - 28.-30.03.2011 - Prof. Dr. C.G. Aneziris, St. Schafföner

DGM Tag – Dresden – 15.06.2011 - Prof. Dr. C.G. Aneziris, St. Schafföner

7th Annual European Rheology Conference – AERC 2011 – Suzdal (Russland) – 10.-13.05.2011 - Dr.-Ing. G. Schmidt

Schwerpunktkurs STA, Fa. Netzsch – Selb - 30.08.-01.09.2011 - Dr.-Ing. G. Schmidt

Fachtagung Studienunterstützung für Studenten mit Behinderung – FU Berlin – 02.12.2011 3.8. Preise


Theodor-Haase-Preis 2011 - M.Eng. Marcus Emmel

Multifunktionale Filtersysteme für die Stahlschmelzefiltration Masterarbeit, TU Bergakademie Freiberg 2011.

Der Theodor-Haase-Preis wird vom Verein MORE-Freiberg e.V. für herausragende Leistungen von jungen Fachleuten auf dem Gebiet der Feuerfesten Werkstoffe vergeben, deren Diplom- oder Masterprüfung an einer Universität oder Fachhochschule nicht länger als 2 Jahre zurückliegt. (http://www.more-freiberg.de)

(2. Theodor-Haase-Preisträger 2011: Dipl.-Ing. David Tritschel / TU Bergakademie Freiberg 3. Theodor-Haase-Preisträger 2011: Dipl.-Ing. (FH) Sascha Stahl / FH Koblenz)

Best Paper Award 3. Preis - 18. Symposium Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde, 30.03-01.04.2011, Technische Universität Chemnitz – Dipl-Ing. C. Wenzel, Dipl.-Ing. C. Weigelt, Prof. Aneziris Verbundwerkstoffe aus Stahl und Keramik mit verbesserten mechanischen Eigenschaften Gustav-Eirich-Award 2011 (2nd) – Dr.-Ing. V. Stein

Contribution to the Characteristic Improvement of carbon bonded doloma refractories by addition of TiO2 Auszug aus Dissertation, TU Bergakademie Freiberg, abgeschlossen am 14.10.2011 Der Gustav-Eirich-Award wird von der ECRef, Höhr-Grenzhausen (European Centre for Refractories gem.GmbH) und der Fa. Maschinenfabrik Gustav Eirich, Hardheim für Dissertationen und/oder eigenständige wissenschaftliche Arbeiten, deren wissenschaftliche Inhalte denen einer Dissertation ebenbürtig sind (Habilitationen, Post-Doc-Tätigkeiten) vergeben. Abschluss der Arbeiten darf nicht länger als 2 Jahre her sein. Ziel ist es, innovative Ideen zu fördern und gleichzeitig den Nachwuchs für technische Disziplinen zu unterstützen. (http://www.eirich-award.eu)

Excellent Presentation Award Unitecr 2011, Kyoto/Japan – Dipl.-Ing. Stefan Schafföner St. Schafföner, U. Klippel und Prof. Dr. C. G. Aneziris: Pressure Slip Casting of Shaped Coarse Grained

Refractories. Die UNITECR, die Unified International Technical Conference on Refractories, ist die alle zwei Jahre stattfindende Konferenz der Wissenschaftler und Anwender auf dem Gebiet der Feuerfest-Materialien. Dieser Preis würdigt die Kreativität und Exzellenz junger Nachwuchswissenschaftler im Bereich Feuerfest. Eine Kommission aus Gutachtern hatte ihn und weitere Preisträger unter den Kriterien der Innovativität der Forschungsarbeit und der Qualität der Präsentation ausgewählt.

3.9. Pressemeldungen


Professur Glas- und Emailtechnik


4. Professur Glas- und Emailtechnik

4.1. Publikationen


Weigand, R., Hessenkemper, H., Tritschel, D.: Ways to reduce the Interaction between Glass Melt and Refractory. Refractories worldforum 3. S. 69-72. 2011 [2]

Lüpfert, M.: Neue Solarkollektoren aus schwarzem Glas. Lasermagazin. Ausgabe 4/ Dezember 2011. S. 55-57

Weigand, R., Hessenkemper, H., Rössel, A.-K., Tritschel, D., Hübner, L.: Einsparpotenziale in der Behälterglasindustrie. Keramische Zeitschrift. 63 (2011) [6] S. 410-413

Dastis, H., Diatta, A.: Hochwertige Trennqualitäten bei Vereinzeln von Rohrglas. Keramische Zeitschrift. 63 (2011) [1] S. 35-39

4.1.2. Vorträge und Poster

Lüpfert, M.: Helsta – complete glass. Das grüne Modul aus Schwarzglas. Standbetreuung mit Posterbeitrag zur Messe Terratec/ Enertec in Leipzig. 25. – 27.01.2011

K. Al Hamdan, H. Hessenkemper, S. Wiltzsch: Beeinflussung der Schmelzleistung durch eine Gemengevorbereitung. Fachausschuss II, Sitzung am 23./24. März 2011 in Cottbus

Weigand, R.: Kosten- und Leistungseffekte einer Lebensdauerverlängerung von Feuerfestmaterial im direkten Glasschmelzkontakt. Vortrag im Rahmen des Workshops "Glas für Nicht-Technologen", 25.03.2011 Freiberg

Hötzel, M.: Effizienzpotentiale der Oberflächenveredelung von Gläsern durch den Einsatz neuer Formenschmiermittel. Vortrag im Rahmen des Workshops "Glas für Nicht-Technologen", 25.03.2011 Freiberg

Lüpfert, M.: Grüne Module aus Schwarzglas. Standbetreuung mit Posterbeitrag zur Hannover Messe Industrie. 04. – 08.04.2011

Weigand, R.: Refining of refractories for the glass industry. Vortrag im Rahmen der 17. International Conference on Refractories . 10.-11.05.2011 Prag / Tschechische Republik.

S. Wiltzsch: Segmented-Thin Film Melter - Questions of Construction and Specific Values. 11th INTERNATIONAL SEMINAR ON FURNACE DESIGN Operation & Process Simulation. June 21 - 23, 2011

Weigand, R.: Refining of refractory - a chance for the glass industry. Vortrag im Rahmen der 9th International Conference on Advances in the Fusion and Processing of Glass. 10.-14.07.2011 Cairns / Australien.

Hessenkemper, H..: Thermal toughening of thin (2 mm) flat glass. Vortrag im Rahmen der 9th International Conference on Advances in the Fusion and Processing of Glass. 10.-14.07.2011 Cairns / Australien.

Lüpfert, M.: Neue Solarthermiekonzepte. Vortrag beim VDMA IAK Photovoltaik und Solarthermie. 10.08.2011

Lüpfert, M.: Helsta – complete glass. Grüne Solarkollektoren aus Schwarzglas. Standbetreuung mit Posterbeitrag zur Messe Materialica in München. 18. – 20.10.2011

Weigand, R.: Relevance of increasing the service life of refractory in glass melt contact. Vortrag im Rahmen des 54. Internationalen Feuerfest-Kolloquium. 19.-20.10.2011 Aachen.

Weigand, R.: Interaction between Glass and Refractories – Bubbles as Criteria. Vortrag im Rahmen der UNITECR 2011. 30.10-02.11.2011 Kyoto / Japan.

K. Al Hamdan, S. Wiltzsch : Beeinflussung der Schmelzleistung und der Verstaubung durch eine Gemengevorbereitung an einer halbindustriellen Tageswanne. Saarbrücken, DGG-Tagung 2011.

S. Wiltzsch, H. Hessenkemper: Erste experimentelle und numerische Simulationsergebnisse zum Segmented-Dünnschichtschmelzer. Saarbrücken, DGG-Tagung 2011.


4.1.3. Patentanmeldungen

Deutsche Patentanmeldung Nr. 10 2011 008 138.0 „Thermischer solarer Flachkollektor“

4.2. Forschungsprojekte


Optimierung und Stabilisierung des Schmelzprozesses bei der Herstellung von ECR-Glas

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper / Dr. –Ing. K. Al Hamdan Laufzeit: 01/11-12/11 Partner: P-D Glasseiden GmbH Oschatz Mittel: 20.000 EUR Motivation Einsatz der Scherben (alte geschlichtete Faser) bei der Herstellung von ECR -Glas und E-Glas ohne

Beeinflussung der Glaseigenschaften Verbesserung des Schmelzverhaltenes durch Optimierung des Gemengesatzes Reduzierung der Schaumbildung beim Schmelzprozess.

Einsatz eines alternativen Formgebungswerkstoffs in Verbindung mit einem modifizierten Formenschmiermittel bei der Behälterglasproduktion. (AiF-FV Nr. 16158 BG/1)

Projektleiter / Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper / Dr. R. Löbig / Dipl. Wirt.-Ing. C. Hartwig Laufzeit: 08/2009 - 12/2011 Partner: IGF/AiF Fördermittel: 189.600 €

Zusammenfassung: Innerhalb des AiF-Forschungsprojektes 14850 BG konnte anhand von Laboruntersuchungen und Testreihen unter industriellen Randbedingungen der komplexe Einfluss des Schmiermitteleinsatzes bei der Behälterglasformgebung dargestellt werden. Der direkte Bezug zum Vorgängerprojekt wurde gewahrt, d.h. der Themenbereich „Wechselwirkung des eingesetzten Schmiermittels mit dem Formgebungsmaterial und dem Glas“ stand weiterhin im Fokus; zusätzlich wurde im letzten Projektjahr ein weiterer Schwerpunkt in Richtung „alternatives Formgebungsmaterial“ gesetzt. Da die Nutzung des gegenwärtig etablierten Formenwerkstoffs Grauguss nur noch begrenzte Optimierungspotentiale bietet, sollte laut Antrag auch der Aspekt eines alternativen Formwerkstoffes in die Themenbearbeitung mit einbezogen werden.

Im Projektverlauf setzte sich der Einsatz von Formenlacken zur Reduzierung der Vorformschmierung als zielführend durch. In den zahlreichen Testreihen unter industriellen Bedingungen konnte ein Schema entwickelt werden, das es den Behälterglasherstellern ermöglicht ihre bisherigen Schmierintervalle ohne großen Aufwand umzustellen. Durch dieses Vorgehen kann gewährleistet werden, dass auch die Produktionsqualität hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften konstant bleibt. Der arbeitserleichternde Effekt fiel auch nach anfänglicher Skepsis dem Bedienpersonal der IS-Maschinen positiv auf, was zur Akzeptanz der Projektergebnisse beigetragen hat.

Die Untersuchungen zu den Wechselwirkungen zwischen Schmiermitteln und der heißen Glasoberfläche haben gezeigt, dass es bei allen Schmiermitteln zu einem Reduktionseffekt kommt, welcher die Glasoberfläche bezüglich der chemischen Beständigkeit eine Veredelung bedeutet. Einzig beim Schmiermittel LubriGlass kommt es zum nachgewiesenen Ionenaustausch, welcher positiv auf Eigenschaften wie chemische Beständigkeit und Festigkeit wirkt. Gleichzeitig konnte gezeigt werden, dass der Festigkeitsanstieg bis zum Kunden gebracht werden kann, was besonders in der Behälterglasindustrie von großer Wichtigkeit ist. Die Formenkorrosion wird durch den Einsatz von LubriGlass ebenso deutlich reduziert, wie das Schmierintervall.

Den dritten Schwerpunkt stellt die Werkstoffsubstitution dar. Nach intensiver Literaturstudie und erfolgreichen Laborversuchen stand für den zweiten Projektschwerpunkt eine Aluminiumlegierung zur Verfügung, welche auch im Automobilbau innerhalb des Motorenbaus eingesetzt wird. Hieraus wurden zwei Mündungen inklusive Deckring gefertigt. Diese wurden in der Weithalsglasfertigung erstmalig getestet. Der erste Versuch verlief sehr positiv. Wie auf


erkennbar, konnten sofort stabile Külbel erzeugt werden. Die fertigen Artikel wiesen keine Unterschiede zur herkömmlichen Produktion auf. Gemessen wurden hierbei die Kopfdruck- und die Schlagfestigkeit im Schulterbereich der Gläser.

Einsatz von Aluminiumguss als Mündungsmaterial bei der Behälterglasfertigung

Das IGF-Vorhaben 16158 BG / 1 der Forschungsvereinigung Hüttentechnische Vereinigung der Deutschen Glasindustie e.V. – HVG wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert. TecGla – Lasertrennung und Oberflächenveredelung von Glasrohren

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper / Dr. –Ing. H. Dastis / Dr. –Ing. S. Berg / Dr. –Ing. R. Hengst

Laufzeit: 04/09-03/11 Partner: BMWi – EXIST Forschungstransfer Mittel: 500 TEUR

Motivation Ziel des Projektes ist es, aus der Kombination der Lasertechnologie zum Trennen von Glasrohren und eines hochinnovativen Glasveredelungsverfahrens, Glasrohrabschnitte mit bisher nicht realisierbaren Qualitätsmerkmalen anzubieten.

Die so vereinzelten Glasrohrabschnitte sollen sich durch eine besonders hohe Trennkantenqualität auszeichnen. Kennzeichen dieser ist eine hohe Kantenfestigkeit, da jene ein Maß für die Rissinitiierung bei der Trennung der Glasrohre darstellt. Diese Glasrohrabschnitte wären unter anderem für die Weiterverarbeitung zu pharmazeutischen Primärpackmitteln prädestiniert, da sie die Arzneimittelsicherheit erhöhen und das Patientenrisiko aufgrund undichter Behältersysteme minimieren.

Im Weiteren ist eine Pilotanlage zur Veredelung von Glasrohrabschnitten zu entwickeln. Die Veredelung erfolgt nach einem am Lehrstuhl entwickelten und patentierten Verfahren. Ziel dieser Veredelung ist die Erhöhung der hydrolytischen Beständigkeit der Glasinnenoberfläche.

Während des Projektes ist der Nachweis der Machbarkeit vorgesehen sowie der Aufbau von Prototypen geplant. Basierend auf den Entwicklungen soll die wirtschaftliche Umsetzung der Ergebnisse in Form einer Unternehmensgründung erfolgen.

Das Projekt wurde im Programm EXIST-Forschungstransfer durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.


4.2.2. Laufende Forschungsprojekte

– Standzeitverlängerung von Feuerfestmaterial im direkten Kontakt mit Glasschmelze

Projektleiter/Bearbeiter: Dipl.-Ing. R. Weigand / Dipl.-Wirt.-Ing. A.-K. Rössel, Dipl.-Chem. M. Hubrich Laufzeit: 10/09 – 09/12 Partner: Sächsische AufbauBank Mittel: 970.800 EUR

Motivation: Die dreiköpfige, vom ESF geförderte, interdisziplinäre Nachwuchsforschergruppe REFRAGLASS beschäftigt sich mit der Veredelung von Feuerfestmaterial im direkten Glasschmelzkontakt. Durch steigenden politischen Druck infolge von Umweltauflagen (bspw. CO2-Minimierung) und dem wachsenden asiatischen Markt wurde es nötig den Glasschmelzprozess entscheidend zu optimieren. Da das Feuerfestmaterial die Lebensdauer des Schmelzaggregats entscheidend beeinflusst, findet man hier einen guten Ansatz zur Optimierung.

Diese Problematik war Ausgangspunkt von Untersuchungen im Bereich der Feuerfestveredelung im Glasschmelzkontakt am Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik der TU Bergakademie Freiberg. Erste Ergebnisse wiesen ein Potential bezüglich der Standzeitverlängerung von Feuerfestmaterial von bis zu 20% auf. Aufbauend auf diesem konnte das Veredelungsverfahren im Rahmen des ESF-Projektes weiter optimiert werden, wodurch nun eine Standzeitverlängerung von bis zu 80% möglich ist. Zusätzlich dazu konnte in weiteren Versuchen die Kristallisationsneigung des Glases im Kontakt mit Feuerfestmaterial, welches im Produktionsprozess ein reales und ungelöstes Problem ist, signifikant minimiert werden. Dieses Ergebnis spielt gerade im Bereich des Tropfringes in der Behälterglasherstellung eine entscheidende Rolle. Nun ist eine Erhöhung des CaO-Gehaltes des Glases möglich, was mit einer Absenkung der Läutertemperatur verbunden ist. Neben den Einsparungen an Energie, CO2 und Soda wird dadurch auch die Korrosion der Wanne signifikant vermindert. Die Veredelungstechnologie kann den Glasherstellern ein entscheidendes Kosteneinsparpotenzial eröffnen, verbunden mit einem gleichzeitig positiven Beitrag zum Umweltschutz.

– glasfaserverstärkte Verbundwerkstoffe

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper / Dipl.-Ing. L. Hübner / Dipl. –Ing. M. Groß / Dipl. –Ing. J. Ryssel / Dipl. –Math. S. Matthes

Laufzeit: 11/11 – 01/14 Partner: Sächsische AufbauBank (ESF) Mittel: 1.026.000 EUR

Motivation: Die ESF-geförderte Nachwuchsforschergruppe CompGlass hat im November 2011 ihre Arbeit aufgenommen. Die interdisziplinäre Gruppe beschäftigt sich mit der Glasfaserverstärkung verschiedener Werkstoffe. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Verstärkung von Porenbeton.

Faserarmierter Porenbeton nach Festigkeitstest


Porenbeton weist gegenüber konventionellem Beton zahlreiche Vorteile auf. So wird Porenbeton deutlich energiesparender hergestellt, weist hervorragende Wärmedämm- und Schallschutzeigenschaften auf und verringert auf Grund seines geringen Gewichts Logistikkosten. Dazu werden Ressourcen gespart, da aus 1 m³ Rohstoffe bis zu 5 m³ Baustoff gewonnen werden kann und das Material recyclebar ist. Der einzige Nachteil findet sich in der geringen Festigkeit. Diese könnte durch eine Faserarmierung kompensiert werden. Der Einsatz von Stahl als Bewehrung ist ungeeignet, da dieser durch seine hohe Dichte die maßgebenden Eigenschaften des Porenbetons nachteilig beeinflusst. Wie auch bei Spannbeton nehmen die Bewehrungen kritische Spannungen auf und verhindern dadurch Brüche. Eine Armierung mit Glasfasern wurde bisher auf Grund der mangelnden chemischen Beständigkeit nicht durchgeführt (Ausnahme AR-Fasern auf ZrO2-Basis – aber sehr hohe Kosten). Die Lösung dieses Problems hat sich die Nachwuchsforschergruppe zum Ziel gesetzt.

Dabei müssen die technologischen Fragen der Faserarmierung geklärt werden, das heißt, die Handhabung der Fasereinbringung spielt eine große Rolle. Dabei wird unterschieden in Lang- und Kurzfasern. Die Übertragbarkeit der Laborversuche in industrielle Maßstäbe muss dabei stets gewährleistet sein. Dafür sind zahlreiche Industrieversuche geplant, welche durch die guten Kontakte zu Porenbetonherstellern wie zum Beispiel Xella leicht umsetzbar sind.

Veredelte Glasfaser

Weiterhin sollen Kalk-Natron-Gläser eingesetzt werden, welche vorab für den Einsatz veredelt werden müssen. Um detailliert Aussagen über die Vorgänge der Glaskorrosion während des Autoklavierens oder auch der Faserausrichtung während des Treibprozesses treffen zu können, unterstützt ein Mathematiker die Ingenieure durch verschiedene mathematische Simulationen. KMU innovativ – Verbundvorhaben Klimaschutz: kontinuierliche Kontaktkühlung im Walzglasprozess – Teilvorhaben 2

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper / Dipl. –Ing. T. Börner / Dipl. –Ing. M. Kretschmer / Dr. –Ing. S. Hönig / Dipl. –Ing. T. Voland

Laufzeit: 01.11.2010 – 31.10.2012 Partner: Schindler Handhabetechnik GmbH,

ICOM Automatisierungstechnik GmbH Mittel: 425.000,00 EUR

Motivation Das Projekt kontinuierliche Kontaktkühlung ist als prozesstechnische Weiterführung des Projektes Heißkante zu sehen. Beide verfolgen das übergeordnete Ziel den Walzglasprozess als Fertigungsprozess für die Photovoltaikbranche effektiver zu gestalten um den Glaskostenanteil am Gesamtmodulpreis stark zu reduzieren. Ziel ist es energieaufwendige Veredlungsschritte sowie Transport- und Lagerkosten zu reduzieren, indem das Glas direkt nach der Formgebung im heißen Zustand konfektioniert und veredelt wird. Das Projekt kontinuierliche Kontaktkühlung beinhaltet den zu entwickelnden integrierten Prozessschritt der chemischen Oberflächenveredlung des Glases und der gleichzeitigen thermischen Vorspannung zu Einscheibensicherheitsglas.


In vorangegangen Projekten wurde eine Chargenkühlung mittels Graphitplatten entwickelt. Es wurde damit die technische Machbarkeit des thermischen Vorspannens von dünnen Flachgläsern mittels Feststoffkühlung gezeigt. Die Herausforderung ist es nun eine kontinuierlich arbeitende Kühleinheit zu entwickeln, die in den Walzglasprozess integrierbar ist.

Die Idee zwischen zwei Graphitrollen zu kühlen wurde im Labormaßstab (Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden.) umgesetzt und erfolgreich getestet.

Kühlwalze im Labormaßstab

Anschließend erfolgte eine Simulationsrechnung, welche als Grundlage für die Konstruktion des halbindustriellen Prototyps dient. Die Simulation wurde im IKGB erstellt. Die konstruktive und steuerungstechnische Umsetzung erfolgt durch die Firmen Schindler Handhabetechnik GmbH und ICOM Automatisierungstechnik GmbH.

Konstruktionszeichnung Prototyp Kühlanlage

Zusätzlich sind prozessintegrierte Oberflächenveredelungsmaßnahmen vorgesehen, die im Vorfeld im Labormaßstab untersucht werden. Im Laufe des kommenden Jahres wird der halbindustrielle Prototyp an der Rollenofenanlage in Freiberg in Betrieb genommen. So können Machbarkeit der kontinuierlichen Kontaktkühlung sowie die Validierung und Verfeinerung der mathematischen Simulation erfolgen. Oberflächenveredlung von Faserglas

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper/Dipl.-Ing. K. Kretschmer Laufzeit: 08/10 – 07/13 Projektträger: SAB (ESF) Mittel: 145.000 EUR


Motivation: Das Vorhaben umfasst die energieeffiziente Herstellung und chemische Veredlung von Glasfasern mit dem Ziel begrenzt verfügbare Rohstoffe einzusparen, Schmelztemperaturen zu senken und damit den Energieverbrauch sowie den Verschleiß im Wannen- und Düsenbereich zu vermindern.

Dabei wird ein teilweiser Ersatz teurer Spezialgläser, wie E-Glas oder AR-Glas durch veredelte Massengläser (Kalknatronsilikatglas) und hoch aluminiumhaltige Reststoffgläser angestrebt.

Die chemische Veredlung des Faserglases bewirkt eine Erhöhung der chemischen Beständigkeit und der Festigkeit der. Dadurch ergeben sich zum einen neue Einsatzbereiche entsprechend behandelter Fasern, weiterhin können die Produktionskosten bei der Herstellung gleicher Qualitäten gesenkt werden. Der Ansatzpunkt für das Verfahren ist die Tatsache, dass die Eigenschaften der Glasfasern hauptsächlich durch die Chemie und Beschaffenheit der Glasoberfläche bestimmt werden.

Die hydrolytische Beständigkeit konnte damit um ein Vielfaches erhöht werden. Um die Zugfestigkeiten der Fasern zu verbessern, wird an der Entwicklung einer Schutzschicht gearbeitet, die die Glasfasern vor Wasserdampfkorrosion und mechanischen Beanspruchungen schützt. Alle Veredelungsschritte fügen sich direkt an den Herstellungsprozess an, eine Nachbehandlung ist nicht nötig.

Das Projekt wird seit August 2010 mit Mitteln des Europäischen Sozialfonds zur „Stärkung der Leistungsfähigkeit der Hochschulen (SMWK)“ und des Freistaates Sachsen durch die Sächsische Aufbaubank für drei Jahre gefördert. Es läuft unter dem Förderprogramm zur Vereinbarkeit von Familie und wissenschaftlicher Karriere.

Entwicklung kostengünstiger und umweltschonender Solarthermiekollektoren

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper/Dipl.-Ing. M. Lüpfert Laufzeit: 04/11 – 03/13 Partner: Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) Vaillant GmbH Mittel: 211.500 EUR

Motivation: Derzeitig am Markt verfügbare Flachkollektoren zur thermischen Nutzung solarer Energie sind einerseits teuer und besitzen andererseits kaum noch Potenzial zur Leistungssteigerung oder Kostensenkung. Um die Verbreitung der Solarthermie zu fördern, müssen daher neue Konzepte für Solarkollektoren entwickelt werden.

An einem solchen Konzept soll in dem seit April 2011 bearbeiteten Projekt am Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik geforscht werden. Hierbei besteht die Idee darin, ein Glas als Absorber einzusetzen. Dieses Glas wird nahezu vollständig aus Reststoffen hergestellt, was besonders ressourcenschonend und kostengünstig ist. Außerdem soll der gesamte Kollektor aus nur wenigen Komponenten aufgebaut sein und dadurch sehr einfach sowie kostengünstig hergestellt werden können. Das Projekt soll sich mit der konkreten Entwicklung von Fertigungstechnologien zur Herstellung der Hauptkomponente (Schaumglasgrundkörper) sowie zur Verbindung der Einzelkomponenten und mit der Gestaltung der Kollektorgeometrie beschäftigen.

In den ersten Monaten des Projektes wurden hauptsächlich verschiedene industrielle Reststoffe auf ihr Schäumungsverhalten hin untersucht. Hierbei wurden beispielsweise die Blähmittel oder auch das Temperaturregime für die Schäumung variiert. Weiterhin wurden verschiedene Werkstoffe für die Formen, in denen das Glas geschäumt werden soll, theoretisch betrachtet und in ersten Laborversuchen praktisch bewertet. In einem dritten Arbeitspunkt wurden bereits Überlegungen und energetische Berechnungen zur Gestaltung von Ofen- und Heiztechnik für den Schäumungsprozess angestellt.


Heißportionierung und Heißkantenveredelung für energieeffiziente Herstellung von Solarglas

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper/Dipl.-Ing. M. Hötzel/Dipl. –Ing. F. Mai Laufzeit: 04/10 – 11/12 Partner: DLR Mittel: 420.000 EUR

Motivation: Ziel des Projektes ist es das Trennen und das Kantenveredeln von Flachgläsern bei erhöhten Temperaturen durchzuführen, um so energieeffizient und kostengünstig Gläser für die Photovoltaikindustrie herzustellen. Die Eigenschaften der Gläser werden hinsichtlich ihrer mechanischen, chemischen, optischen Eigenschaften und auf ihre Eignung als Solarglas beurteilt. Die mechanischen Eigenschaften der Gläser sind stark von der Qualität der Kante abhängig. Es wurden Versuche zur mechanischen, thermischen und thermo-mechanischen Kantenveredelung durchgeführt. Dabei konnte festgestellt werden, dass die Drei-Punkt-Biegefestigkeit bei einer thermischen Kantenveredelung um 100 % verbessert werden kann.

Abbildung 1: Festigkeitsmessung mit und ohne Kantenveredelung

Im Labor wurden des weiteren Versuche zu Trennen von Glas bei Temperaturen oberhalb der Transformationstemperatur durchgeführt.

Um einen kontinuierliche Flachglasherstellung nachstellen zu können, wurde ein spezieller Ofen konstruiert, welcher in der Lage ist bis zu 350 kg Glas je Stunde aus Scherben zu schmelzen. Dieser Ofen ist aufgebaut und in Betrieb genommen worden. Das Projekt wird Ende Mai 2012 abgeschlossen, bis dahin sollen die Laborergebnisse auf die neu konstruierte Anlage übertragen sein, um ein fertiges auf die Industrie übertragbares Konzept darstellen zu können.


Funktionsgerechte Verbindung auf Glasbasis eines Sensorstabes mit einem Hüllrohr

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper / Dr.-Ing. S. Hönig, Dipl.-Ing. H. Landfermann-Hessenkemper

Laufzeit: 09/11 – 03/12 Partner: PROMECON Prozess- und Messtechnik Conrads GmbH Mittel: 60.000 EUR

Motivation: Es soll eine neuartige Verbindungstechnologie zwischen einem Sensorstab und einem Hüllrohr entwickelt werden, die bestimmten technischen Anforderungen entspricht, da die bisherige Verbindungstechnologie auf Keramikbasis im Dauereinsatz den Anforderungen (Dichtheit) nicht gerecht wird. Rußbrandbeständige Edelstahlemaillierung

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. Dr. H. Hessenkemper / Dr.-Ing. S. Hönig Laufzeit: 12/11 – 11/12 Partner: tti Technologietransfer und Innovationsförderung

Magdeburg GmbH Mittel: 67.000 EUR

Motivation: Edelstahlemaillierungen werden, im Vergleich zu konventionellen Emaillierungen auf Stahlblech, selten eingesetzt. Sie sind technologisch anspruchsvoll, weil eine spezielle Blechvorbehandlung nötig ist, um gute Haftung zu erzielen. Die eingesetzten Emailfritten sind in der Regel speziell für Edelstahl entwickelt worden. Die Einsatztemperaturen liegen dabei nicht oder nicht wesentlich höher als bei konventionellen Stahlblechemails, also bei maximal 400°C … 500 °C, kurzzeitig kann auch mit ca. 600 °C belastet werden.

Diese anspruchsvolle Technologie der Edelstahlemaillierung wird von der vom Vertragspartner betreuten Firma beherrscht. Die Erzeugnisse erfüllen alle Anforderungen an Abgassysteme für verschiedene Brennstoffe bis auf die Rußbrandbeständigkeit. Diese wird bisher nur von keramischen Systemen erreicht. Beim Test auf Rußbrandbeständigkeit (DIN EN 1859) wird das Abgassystem Heißgas mit definiertem Volumenstrom von 1000 °C über 30 Minuten ausgesetzt. Danach darf keine Beeinträchtigung der Funktionalität des Systems (u. a. Gasdichtheit, Regenwasserbeständigkeit) auftreten.

Es gibt z. Zt. keine kommerziellen Emailfritten, die für Einsatztemperaturen > 600°C vorgesehen sind.

Bei der Entwicklung solcher Emails gilt es, ein Problem zu überwinden, das sich aus den festkörperphysikalischen Gegebenheiten der eingesetzten Werkstoffe ergibt: Die Ausdehnungskoeffizienten von Edelstählen liegen z. T. noch höher als bei gewöhnlichen Emaillierstählen und damit auch höher als die der üblichen Emails. Hochtemperaturemails müssen aber einen höheren SiO2- und einen geringen Alkalianteil aufweisen, was einen noch geringeren Ausdehnungskoeffizienten zur Folge hat. Die physikalischen Anforderungen an ein Hochtemperaturemail (hohe Erweichungstemperatur bei gleichzeitig hohem Ausdehnungskoeffizienten) stehen somit im Widerspruch zu den chemischen Möglichkeiten, diese Eigenschaften über die Einstellung der Zusammensetzung der Glasphase zu erreichen. Diesen Widerspruch gilt es zu lösen. Möglichkeiten dazu gibt es durch Zusetzen kristalliner Inertstoffe oder durch teilweise Kristallisation der Emails.


4.3. Studentische Arbeiten


Entwicklung einer Hochquarzmischkristall-Glaskeramik für den Dentalbereich

Verfasser: Jenny Richter Betreuer: Dr.-Ing. S. Hönig / PD Dr. M. Kilo, Fraunhofer ISC

Zusammenfassung: Auf Basis einer aus der Literatur bekannter Hochquarzmischkristall-Glaskeramik aus dem System SiO2-Al2O3-MgO-P2O5 sollten neuartige Glaskeramiken entwickelt werden, die für dentale Einsatzzwecke genutzt werden können. Die Spezifikationen liegen hierbei insbesondere im mechanischen Verhalten (speziell Biegebruchfestigkeit) und im optischen Eindruck (Farbfreiheit, Transluzenz).

Es wurden mehrere Gläser hergestellt und mittels DTA hinsichtlich des Kristallisationsverhaltens charakterisiert. Entsprechend der DTA-Ergebnisse wurden Kristallisationsprogramme definiert und das Glas kristallisiert.

Von den fertigen Glaskeramiken wurde das Gefüge analysiert (REM, XRD), die 3-Punktbiegebruchfestigkeit untersucht sowie Farbe und Transluzenz bewertet.

Entwicklung von neuartigen Gläsern für die Lichtkonversion

Verfasser: Daniela Hesky Betreuer: Dr.-Ing. S. Hönig / PD Dr. M. Kilo, Fraunhofer ISC

Zusammenfassung: Gegenstand der Arbeit ist das Einbringen von Stöber- und Kern-Schale-Partikeln in verschiedene Gläser. Die mit nanoskaligem CaF2: Eu3+ modifizierten Partikel sollen im Glas zur down-conversion führen. Durch diesen Effekt kann die Transmission von Glas im UV-Bereich erhöht werden. In der Arbeit werden zwei Methoden zum Einbringen der Nanopartikel untersucht. Zum einen das Einrühren der Partikel in eine Glasschmelze und zum anderen die Möglichkeit des Wiederziehens einer Vorform. Ziel ist es, den Effekt der Nanopartikel zu untersuchen, welcher z.B. die Erhöhung der Effizienz von Photovoltaikanlagen bewirken kann, aber auch als Abdeckung für LED - Lampen Anwendung finden könnte.

Synthese und Untersuchung einer Glaskeramik mit Strontium-Anorthit-Zusammensetzung

Verfasser: Katja Klinkmüller Betreuer: Dr.-Ing. habil. R. Bruntsch

Zusammenfassung: Frau Klinkmüller beschäftigte sich mit der Herstellung einer gesinterten Glaskeramik im System SiO2-Al2O3-SrO-TiO2 unter Verwendung von Nanopulvern aus einer Sol-Gel-Synthese an der Russischen chemisch-technologischen Universität in Moskau. Es wurde der Einfluss der Sinterparameter auf die Eigenschaften der erhaltenen Glaskeramik untersucht.

Oberflächenveredelung von Behälterglas

Verfasser: Dorothe Ullrich Betreuer: Dipl. –Wirt. –Ing. C. Hartwig

Zusammenfassung: Das Ingenieurpraktikum von Frau Ulrich wurde bei Wiegand Glas in Steinbach am Wald durchgeführt. Untersucht werden sollte der Einfluss von LubriGlass auf Glasbehälter bezüglich der Eigenschaften Festigkeit und chemische Beständigkeit. Ein besonderes Augenmerk wurde auch auf die Formenkorrosion gelegt.


4.3.2. Studienarbeiten

Erstellen eines mathematischen Modelles zur Simulation der Restquarzlösezone in einem Segmented-Dünnschichtschmelzer

Verfasser: Thomas Abt Betreuer: Dipl.-Ing. S. Wiltzsch

Zusammenfassung: Das Thema der Studienarbeit von Herrn Abt behandelt die numerische Simulation der Restquarzlösezone eines Segmented-Dünnschichtschmelzers. Die Aufgabe der kleinen Studienarbeit war es Modelle basierend auf dem Programm „GFM“ für die Restquarzlösezone zu erstellen, welche den Einfluss von verschiedenen Konstruktionsmöglichkeiten auf die Funktionalität der Restquarzlösezone bewerten sollten.

Beeinflussung der Blasigkeit einer Glasschmelze durch Variation der Ofenatmosphäre und der Gemengevorbehandlung

Verfasser: Susanne Pinka Betreuer: Dipl.-Ing. S. Wiltzsch

Zusammenfassung: In der Studienarbeit von Frau Pinka wurden Glasgemenge bei verschiedenen Atmosphären (Erdgasverbrennung mit Luft oder Stickstoff) und Gemengevorbehandlungen / Vorwärmtemperaturen untersucht und deren Blasigkeit charakterisiert.

Die Blasenbildung im Kontakt von Glasschmelze und Feuerfestmaterial Verfasser: Thomas Ilm Betreuer: Dipl.-Ing. R. Weigand

Zusammenfassung: Voruntersuchungen zum Blasenbildungsmechanismus an der Grenzfläche Glasschmelze-Feuerfestmaterial. Minimierung dieser Wechselwirkung durch das Einbringen einer Sauerstoffsenke in die Poren des Feuerfestmaterials. Charakterisierung und Bewertung unterschiedlicher Messmethoden.

Die Untersuchungen zur Langzeitstabilität von Graphit als Kühlmedium von dünnem Flachglas Verfasser: Christian Räbiger Betreuer: Dipl.-Ing. T. Börner

Zusammenfassung: Gegenstand der Untersuchungen ist die Charakterisierung der mechanischen sowie thermischen Schädigungsmechanismen von Graphit, im Einsatz als Kühlmedium für die Kontaktkühlung zur Herstellung von dünnem Einscheibensicherheitsglas. Aus den Ergebnissen dieser Studienarbeit lassen sich Aussagen bezüglich zu erwartender Wartungsintervalle und gegebenenfalls zu Betriebskosten ableiten, welche für eine industrielle Technologieeinführung zwingend notwendig sind.

4.3.3. Diplomarbeiten

Untersuchungen zum Einsatz eines aluminiumhaltigen Schmiermittels in der Behälterglasindustrie und einer Kolbenlegierung als Formenwerkstoff Verfasser: Liesa Hübner Betreuer: Prof. Dr. H. Hessenkemper / Dipl. –Wirt. –Ing. C. Hartwig

Zusammenfassung: Das neu entwickelte Schmiermittel LubriGlass sollte bezüglich seiner industriellen Einsatzbarkeit untersucht werden. Dafür waren zahlreiche industrielle Testreihen vorgesehen, wobei unterschiedliche Untersuchungsschwerpunkte abgearbeitet wurden. Dabei sind Untersuchungen bezüglich des Schmierintervalls, der Applikationsform und des Einflusses auf die chemische Beständigkeit und Festigkeit der Glasbehälter, sowie zum Korrosionsschutz der Formen durchgeführt worden. Anhand der gewonnenen


Erkenntnisse konnten Verfahrensanweisungen für den Gebrauch von LubriGlass erstellt werden. Parallel dazu wurde anhand einer Literaturrecherche eine Aluminium-Kolbenlegierung untersucht, inwieweit diese für den Einsatz als Formenwerkstoff in der Behälterglasindustrie geeignet ist. Dies geschah anhand von Pegelversuchen. Es konnte gezeigt werden, dass diese Legierung erhebliches Potential für den Einsatz als Formenwerkstoff aufweist.

Produktivitätssteigerung in der Behälterglasindustrie durch Optimierung von Tropfringmaterialien Verfasser: David Tritschel Betreuer: Dipl.–Ing. Rolf Weigand

Zusammenfassung: Ziel der Arbeit war die Optimierung des Tropfringmaterials hinsichtlich Kristallisation und Lebensdauer. Hauptaufgabe war, Möglichkeiten zur Minimierung der vom Feuerfestmaterial ausgehenden Kristallisation zu zeigen. Dazu sollte zunächst ein Verfahren entwickelt werden, mit welchem dieses Verhalten charakterisiert werden konnte. Ausgehend von den Ergebnissen sollten mögliche Wege der Produktivitätssteigerung eines Behälterglaswerkes dargestellt werden. Als optimale Behandlung geht RW hervor. Es ist damit eine Senkung der Kristallisationstemperatur um 200 K möglich. Es konnte mit den dynamischen Fingertests gezeigt werden, dass der Behandlungserfolg vom Glastyp abhängig ist. Die Lebensdauer eines Tropfringes kann theoretisch um 25 % gesteigert werden, was die Produktivität, speziell bei Langläufern, um denselben Wert steigert.

Optimierung von Feuerfestmaterial im Glasschmelzkontakt Verfasser: Christian Räbiger Betreuer: Dipl.–Ing. Rolf Weigand

Zusammenfassung: Die Technologie der Sauerstoffsenke sollte in Bezug auf Blasigkeitsentstehung in der Grenzfläche Glasschmelze-Feuerfestmaterial erzeugt werden. Mittels statischer und dynamischer Blasentests wurde dies an porösem und schmelzgegossenem Lippsteinmaterial untersucht. Der Effekt der Sauerstoffsenke konnte dabei durch eine Minimierung der Blasigkeit um bis zu 80% nachgewiesen werden. Dies liegt sogar teilweise unter dem Niveau eines schmelzgegossenen Steines. Zusätzlich dazu wurden Untersuchungen bezüglich Cr(VI)-Bildung in Feuerfestmaterial durchgeführt. Dieses tritt bei Anwesenheit von Alkalien unterhalb 800°C auf.

Ein Modell der Glaskorrosion – Mechanismus, Auswirkung und Gegenmaßnahmen Verfasser: Martin Groß Betreuer: Dipl.–Chem. Michael Hubrich

Zusammenfassung: Anhand der durchgeführten Versuche konnte das bestehende Modell der Glaskorrosion erweitert werden. Insbesondere im Hinblick auf das Phänomen der Delamination wurden umfassende Erkenntnisse gewonnen. Weiterhin wurde eine Methode zur Online-Messung der Eluatleitfähigkeit entwickelt. Diese lieferte wichtige Ergebnisse zur Beurteilung der Abläufe bei der Glaskorrosion. Außerdem wurde der Einfluss des pH-Werts auf die Glaskorrosion überprüft. Überdies erfolgten Untersuchungen zum Einfluss von gelösten Stoffen im Eluat. Zusätzlich wurden Versuche zum Einfluss der Atmosphäre sowie der Redoxbedingungen durchgeführt.

4.4. Promotionen


Dipl. Wirt.-Ing. Christina Hartwig Oberflächenveredelung von Gläsern durch aluminiumhaltige Schmiermittel


Dipl.-Chem. Michael Hubrich Herstellung und Charakterisierung modifizierter Glasoberflächen Dipl.-Ing. Kathleen Kretschmer Oberflächenveredelung von Faserglas Dipl.-Ing. Michael Kretschmer Thermisches Härten dünner Gläser Dipl.-Ing. Marc Lüpfert Schaumglas Dipl.-Ing. Thomas Voland Glasverfestigung Dipl.-Ing. Rolf Weigand Veredelung von Feuerfestmaterial im direkten Glasschmelzkontakt Dipl.-Ing. Sven Wiltzsch Optimierung der Glasschmelzprozesse

4.5. Mitarbeit in Gremien und Gesellschaften

Prof. Dr-Ing. H. Hessenkemper - Mitglied der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft (DGG), Fachausschüsse

„Physik und Chemie des Glases „Formgebung“ „Ofenbau und Wärmewirtschaft“ „Glasrohstoffe und Glasschmelze“

- Gründungsmitglied des Vereins MORE-Freiberg e.V.

Dr.-Ing. habil. R. Bruntsch - Mitglied der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft (DGG)

Dr.-Ing. S. Hönig - Mitglied der Deutschen Glastechnischen Gesellschaft (DGG), Unterausschuss Glasanalyse im

Fachausschuss I - DIN Normungsausschuss NA062-01-63AA, Prüfung von Emails und Emaillierungen

Dipl.-Ing. R. Weigand

- Mitglied des Vereins MORE-Freiberg e.V. - Mitglied des Vereins Gesellschaft von Freunden der Glasfachschule Zwiesel e. V. - Mitglied des Vereins Freunde und Förderer der Technischen Universität Bergakademie Freiberg e.V.

Dipl.-Wirt.-Ing. A.-K. Rössel

- Mitglied des Vereins Gesellschaft von Freunden der Glasfachschule Zwiesel e. V.

4.6. Teilnahme an Konferenzen, Kolloquien und Seminaren

TerraTec/ EnerTec, Leipzig, 25. – 27.01.2011, Teilnehmer: M. Lüpfert, Th. Voland

DGG-Fachausschuss II, Sitzung am 23./24. März 2011 in Cottbus - K. Al Hamdan, H. Hessenkemper, S. Wiltzsch

Hannover Messe (HMI), Hannover, 04. – 08.04.2011, Teilnehmer: M. Lüpfert, T., M. Kretschmer, M. Hötzel, A.-K. Rössel, R. Weigand

17. International Conference on Refractories. 10.-11.05.2011 Prag / Tschechische Republik. Teilnehmer: R. Weigand


27. Fachschulkolloquium Zwiesel Mai 2011 in Zwiesel. Teilnehmer: K. Al Hamdan, C. Hartwig, H. Hessenkemper

DGG-Jahrestagung 2011, Saarbrücken – Kh. AlHamdan, H. Hessenkemper, S. Wiltzsch.

11th INTERNATIONAL SEMINAR ON FURNACE DESIGN Operation & Process Simulation. June 21 - 23, 2011- S. Wiltzsch

9th International Conference on Advances in the Fusion and Processing of Glass. 10.-14.07.2011 Cairns / Australien. Teilnehmer: R. Weigand

VDMA IAK Photovoltaik und Solarthermie. 10.08.2011- M. Lüpfert

Materialica, München, 18. – 20.10.2011, Teilnehmer: M. Lüpfert, T. Börner

54. Internationales Feuerfestkolloquium Aachen. 19.-20.10.2011 Aachen. Teilnehmer: R. Weigand

UNITECR´2011. 30.10-02.11.2011 Kyoto / Japan. Teilnehmer: R. Weigand

4.7. Preise

Theodor-Haase-Preis 2011 Dipl.-Ing. David Tritschel: Diplomarbeit „Produktivitätssteigerung in der Behälterglasindustrie durch Optimierung von Tropfringmaterialien“ RWE-Zukunftspreis 2011 – 3. Platz Dipl.-Ing. Marc Lüpfert : Diplomarbeit „Neue Konzepte für die thermische Nutzung solarer Energie“


4.8. Sonstiges

Schülerkolleg „Was Glas alles kann“ – 02.-04.08.2011

ca. 10 Mitarbeiter Lehrstuhl Glas

Schülerkolleg „Ceramics meets Steel“ – Emaillierung 13.0.2011 - S. Hönig; Vorlesung „Emails und Emailtechnologie“, Exkursion Omeras GmbH Lauter

Nachtlabor – siehe Kapitel 2.3

Diverse Schulklassen wurden mit Praktika, Vorlesungen und Exkursionen im gesamten Jahr für ein Studium von Keramik, Glas- und Baustofftechnik beworben.

4.9. Pressemeldungen


Professur Baustofftechnik


5. Professur Baustofftechnik

5.1. Publikationen


Häußler, K.: How to Promote Natural science and Engineering – Freiberg submissions for pre-school up to high school education. UNITECR 2011, Kyoto, proceedings

Häußler, K., Aneziris C.G.: Freiberg and Bologna - The Freiberg Way of Education in the Field of Ceramics. UNITECR 2011, Kyoto, proceedings

Takahashi, K., Bier, Th. A., Westphal, T.: Effects of mixing energy on technological properties and hydration kinetics of cement-based grouts. GdCH-Monographie Band 44

Takahashi, K., Bier, Th. A., Westphal, T.: Effects of mixing energy on technological properties and hydration kinetics of grouting mortars. Cement and Concrete Research 41 (2011) 1167–1176

Krause, F., Bier, Th. A.: Feuchtespeicherfunktion und Feuchtetransport verschiedener Lehme und Lehmbaustoffe. GdCH-Monographie Band 44

Westphal, T., Bier, Th. A., Dlugosch, F.: Influence of Admixtures on Phase Development in Ternary Binder Systems. 13th ICCC proceedings

5.1.2. Vorträge und Poster

Häußler, K.: How to Promote Natural science and Engineering – Freiberg submissions for pre-school up to high school education. UNITECR 2011, Kyoto

Häußler, K., Aneziris C.G.: Freiberg and Bologna - The Freiberg Way of Education in the Field of Ceramics. UNITECR 2011, Kyoto

Häußler, K.: Freiberger Entdeckungsreisen für große und kleine Forscher. Pecha Kucha-Präsentation, Netzwerkkonferenz, Haus der kleinen Forscher, November 2011, Berlin

Krause, F: Feuchtespeicherfunktion und Feuchtetransport verschiedener Lehme und Lehmbaustoffe. Oktober 2011, Hamburg. Westphal, T., Bier, Th. A.: Adjusting workability and setting of complex mortars - subsequent impact on phase development. März 2011, Halle. Westphal, T., Füllmann, Th.: Quantifying amorphous portions in blended cements – a comparative study. April 2011, San Francisco. Westphal, T: Influence of Admixtures on Phase Development in Ternary Binder Systems. Juli 2011, Madrid. 5.2. Forschungsprojekte


Neues Braunkohlenkoksprodukt zur Verbesserung der Nachhaltigkeit beim Betrieb von Kleinschachtöfen. Teilprojet: Hydrothermale Bindemittel (BMBF- Verbundprojekt)

Projektleiter/Bearbeiter: Dipl.-Ing. Kathrin Häußler Laufzeit: 07/07-03/11 Partner: ThyssenKrupp Steel AG Duisburg, DK Recycling und Roheisen Duisburg, WESO-

Aurorahütte Gladenbach, BFI Düsseldorf Mittel: 240.750 €

Motivation Bei den verschiedenen Schachtofenprozessen zum Brennen von Kalk, Schmelzen von Basalt und Gusseisen sowie der Herstellung von Roheisen durch Reduktion von Eisenoxiden ist stückiger Steinkohlenkoks gleichzeitig


Energieträger, Reduktions- und Aufkohlungsmittel sowie gasdurchlässiges Stützgerüst. Die in Deutschland vorhandene Kokereikapazität ist bevorzugt in wenigen großen integrierten Hüttenwerken der Eisen- und Stahlindustrie konzentriert. Ihre Kapazität reicht nicht zur Deckung ihres Eigenbedarfs. Deshalb muss die Stahlindustrie Deutschlands Koks für Ihre Hochöfen importieren. Die mit Koks betriebenen Kleinschachtöfen in Deutschland sind ausschließlich auf importierten Koks angewiesen, weil in Deutschland der groß- bzw. übergroßstückige Gießereikoks nicht mehr hergestellt wird und für normalstückigen Koks in Deutschland eine etwa 30%-ige Unterdeckung vorliegt. Die wegen der weltweit wachsenden Stahlerzeugungskapazität zunehmende Koksverknappung auf dem Weltmarkt macht im Sinne einer nachhaltigen Produktion insbesondere in den Kleinschachtöfen Deutschlands die Entwicklung von Alternativprodukten zum Steinkohlenkoks erforderlich. Diese sollten auf der Basis von heimischen langfristig preisgünstig verfügbaren Rohstoffen zu möglichst niedrigen Kosten hergestellt werden.

Ziel des Projektes ist deshalb die Schaffung eines kostengünstigen Ersatzes für den Steinkohlenkoks, der zum Betrieb von Kleinschachtöfen notwendig ist. Der bislang vom Weltmarkt importierte teure und künftig noch knapper werdende Steinkohlenstückkoks soll künftig durch ein neues, preisgünstiges Brikett auf Basis heimischer, langfristig verfügbarer Braunkohle substituiert werden. Die Schlüsselinnovation liegt hierbei in der Entwicklung eines neuen Brikettierverfahrens für Braunkohlen-Herdofenkoks unter Verwendung mineralischer Bindemittel. Entscheidend für die Anwendung in Kleinschachtöfen sind die Minimierung des Bindemittelanteils und der Restfeuchte im fertigen Brikettprodukt sowie eine ausreichende Festigkeit.

Development and Optimisation of SLU

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. T. Bier / K. Takahashi Laufzeit: Nov. 03 – Okt. 05, verlängert bis Okt. 11 Partner: UBE Industries Tokio

Motivation In diesem Projekt werden der Einfluss der Mischungszusammensetzung, der Hydratation und der Mikrostruktur von Ausgleichsmörteln auf deren rheologischen Eigenschaften, Schwind-/Dehnverhalten sowie Dauerhaftigkeit untersucht. Nachdem Herr Emoto den Einfluss von Verzögerern und Fließmitteln, Herr Nukita den Einfluß von Polymerpulvern untersuchten, beschäftigen sich Herr Onishi mit dem Einfluss der Sulfatquelle und Herr Takahashi mit den Auswirkungen des Mischprozesses und der Pumpdistanz. 5.2.2. Laufende Forschungsprojekte

Einfluss von reaktiven Aluminium- und Magnesiumoxid-Zusätzen auf die Korrosions- und Thermoschockbeständigkeit von spinellbildenden Feuerbetonen (DFG, SPP 1418)

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. T. Bier / C. von Gynz-Rekowski Laufzeit: 01.03.2009 -28.02.2012 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Motivation Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines thermoschock- und korrosionsbeständigen, monolithischen Tonerde-Spinell Feuerfestwerkstoffes. Insbesondere die Untersuchung der Hochtemperaturreaktionen zwischen den oxidischen Zusätze Al2O3 und MgO sowie des Hochtemperaturverhaltens des Bindemittels und die daraus folgende Wirkung auf die für die Hochtemperaturkorrosion und den Thermoschock relevanten Eigenschaften über die Ermittlung der Mikrostruktur (Phasenzusammensetzung und Gefüge), sowie von Restfestigkeiten und inneren Schädigungen durch Rissbildung sind Teil der geplanten Untersuchungen. CO2 reduced concrete using local secondary raw materials

Projektleiter/Bearbeiter: Prof. T. Bier / Dr. T. Westphal Laufzeit: 01.08.2011 - 31.12.2012 Partner: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DAAD)


Motivation Die Zementherstellung ist für bis zu 10% der globalen CO2-Emissionen verantwortlich. Die Verwendung von Aschen, Schlacken und anderen Klinkeraustauschstoffen führt zu einer Reduktion dieser CO2-Emissionen. Art und Qualität der Klinkeraustauschstoffe variiert regional sehr stark. Ziel ist der Transfer moderner Zement- und Betontechnologie nach Pakistan und die entsprechende Adaption an regionale Gegebenheiten. 5.3. Studentische Arbeiten


Alterungsverhalten von Vergußmörteln (Fa.Ergelit) Verfasser: Sandra Schlesier Betreuer: Prof. Dr.-Ing. T. Bier / Dr.-Ing. G. Schmidt Die Auswirkungen des Lagerungsverhaltens auf die Eigenschaften von Trockenmörtel sind zu untersuchen. Dabei ist der Fokus besonders die Auswirkungen des Abbindeverhaltens zu legen. Die Lagerungsbedingungen sollen nicht Extrembereiche überstreichen sondern übliche Feuchten. Die Zeitabhängigkeit der Veränderungen wird durch unterschiedliche Charakterisierungen der Hydratations- und Verarbeitungseigenschaften dokumentiert. Auflösungskinetik von Kalzit unter verschiedenen Bedingungen und den Einfluss von Kalzit auf die Phasenzusammensetzung in hydratisierten Zementen Verfasser: Anne Roßberg Betreuer: Prof. Dr.-Ing. T. Bier / Dr.-Ing. G. Schmidt Die Aufgabenstellung wurde von Frau Dr. Lothenbach - EMPA Dübendorf (Schweiz) Abteilung Baustoffe ausgegeben. Die praktischen Arbeiten wurden an der EMPA durchgeführt. Die Verbindung der Messung der Hydratationswärme und der Schwindung erbrachte interessante Ergebnisse und gibt Impulse für weitere Forschungsarbeiten. 5.3.2. Studienarbeiten

Bewertung bildsamer Eigenschaften mit unterschiedlichen Testmethoden Verfasser Marie Oppelt Betreuer: Dr.-Ing. G. Schmidt Gebäudetechnische Analyse, Optimierung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung einer Produktionshalle Verfasser: Kristin Schauer, Dunja Losch, Christina Arnold Betreuer : Prof. Dr.-Ing. T. Bier / Dr.-Ing. G. Schmidt Eine Produktionshalle der Firma Koenig & Bauer AG soll aus wärmetechnischer und energetischer Sicht betrachtet werden. Neben der Untersuchung der Bauphysik der Produktionshalle, der Optimierung der Dämmstoffe und Ermittlung der daraus resultierenden Wärmeeinsparung wird auch die Beleuchtung vollständig neu ausgelegt. Eine Aufstellung des Ist-Zustandes erfolgt in den Bereichen des Heizungs- und Druckluftsystems. Um vorgeschlagene Verbesserungsmaßnahmen in der Bauphysik und der Beleuchtung auch aus betriebswirtschaftlicher Sicht zu untersuchen, ist eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung anberaumt. 5.3.3. Projektarbeiten

Study of limestone powder and ground granulated blast furnace slag as SRM's in self compacting mortar systems Verfasser Khurram Javeed Betreuer Prof. Dr.-Ing. T. Bier, Prof. Rizwan, Dr. Torsten Westphal, Johannes Haufe


Study of silica fume and fly ash as SRM's in self compacting mortar systems Verfasser: Umair Majeed Betreuer Prof. Dr.-Ing. T. Bier, Prof. Rizwan, Dr. Torsten Westphal, Johannes Haufe Study of metakaoline and glass powder as SRM's in self compacting mortar systems Verfasser Manan Mansoor Qureshi Betreuer Prof. Dr.-Ing. T. Bier, Prof. Rizwan, Dr. Torsten Westphal, Johannes Haufe Structure development and hydration behaviour of complex mortar systems Verfasser Enera Xhaferi Betreuer Prof. Dr.-Ing. T. Bier, Dr. Torsten Westphal Structure development and hydration behaviour of Self-compacting concrete Verfasser Denis Askushaj Betreuer Prof. Dr.-Ing. T. Bier, Franziska Krause 5.3.4. besonderen Lernleistung (BeLL)

Überprüfung zur Energieeffizienz bezüglich der Fenster-struktur der Grundschule Einsiedel Verfasser: Lisa-Marie Paul, Chemnitz Betreuer: Dr.-Ing. G. Schmidt 5.3.5. Diplomarbeiten / Masterarbeiten

Bauphysikalische Untersuchungen an verschiedenen Lehmbauprodukten Verfasser Franziska Krause Betreuer Prof. Dr.-Ing. T. Bier / Dr.-Ing. G. Schmidt Bei der Lehmziegelherstellung variieren die Eigenschaften aufgrund der verschiedenen Rohstoffeigenschaften (u.a. fette, magere Lehme etc). Außerdem werden unterschiedliche Fasermaterialien und Porosierungsmittel eingesetzt. Dies hat Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften. Dieses Problemfeld ist allerdings bisher noch nicht systematisch untersucht worden. Insbesondere ist von Interesse, wie sich Eigenschaften wie Festigkeit, Saugverhalten gegenüber Wasser u.ä. bei Änderung der Umgebungsfeuchte ändern und welchen Einfluß die verwendeten Rohstoffe dabei spielen. Diese Eigenschaften sollen an extrudierten Proben untersucht werden. Nutzung sächsischer Rohstoffe für die Herstellung eines Portlandzementklinkers Verfasser Christin Triebler Betreuer Prof. Dr.-Ing. T. Bier / Dr.-Ing. G. Schmidt Energieeinsparpotenzial in der Großwäscherei Steyer Textilservice GmbH Verfasser Isabelle Derlagen Betreuer Prof. Dr.-Ing. T. Bier / Dr.-Ing. G. Schmidt Deformimet e hershme te llaceve brumit te cimentos dhe betonit Verfasser Adrian Bajrami Betreuer Prof. Dr. Ylli Shehu / Prof. Dr. Dervish Elezi / Prof. Dr.-Ing. T. Bier


5.4. Promotionen


Dipl.-Technologieingenieur Irina Kruglenia Alterung und Oberflächeneigenschaften von Bindemitteln Dipl.-Ing. Ekaterina Makeeva Charakterisierung von Zementleimen mittel Ultraschalltechniken Dipl.-Ing. Christoph Liebrich Struktur und Rissbildung in spinellbildenden Betonen 5.5. Mitarbeit in Gremien und Gesellschaften

Prof. Dr. Thomas A. Bier Vorsitzender VDI Ortsverein Freiberg

Gründungsmitglied des Vereins MORE-Freiberg e.V.

DIN Ausschuss NA 119-05-37-01 AK „Mörtel für Beschichtungen bei der Sanierung von Abwasserkanälen und -leitungen“

Fakultätsrat der Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik

Konzil der TU Bergakademie Freiberg K. Häußler MORE-Freiberg e.V.

Fakultätsrat der Fakultät für Maschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik

Konzil der TU Bergakademie Freiberg

Trainerin in der Initiative „Haus der kleinen Forscher“ im Netzwerk Landkreis Mittelsachsen und TU Bergakademie Freiberg

Prüfer und Mitglied des Prüfungsausschusses „Industriemeister Keramik“ bei IHK Dresden

Dr.-Ing. G. Schmidt Mitglied Freunde und Förderer der TU Bergakademie Freiberg e.V. Dr. T. Westphal Mitglied GDCh - Fachgruppe Bauchemie; Mitarbeit im Arbeitskreis „Rietveld-

Analytik“ der Fachgruppe 5.6. Teilnahme an Konferenzen, Kolloquien und Seminaren

20. Workshop und Kolloquium Rheologische Messungen an Baustoffen – Regensburg – 1.3.-2.3.2011 Prof. Dr. Thomas A. Bier, Dr. T. Westphal, Franziska Krause, Sandra Schlesier Building materials analysis meeting – Halle – 28.3.-30.3.2011 Prof. Dr. Thomas A. Bier, Dr. T. Westphal ICMA – San Francisco (USA) – 17.4.-20.4.2011 Prof. Dr. Thomas A. Bier, Dr. T. Westphal ICCC – Madrid (Spanien) – 3.7.-8.7.2011 Dr. T. Westphal 9th International Symposium on High Performance Concrete – Design, Verification & Utilization – Roturua (Neuseeland) – 9.8.-11.8.2011 Prof. Dr. Thomas A. Bier Bauchemie – Hamburg – 6.10..-7.10.2011 Prof. Dr. Thomas A. Bier, Dr. T. Westphal, Johannes Haufe, Franziska Krause


UNITECR‘ 2011 – Kyoto (Japan) – 30.10.-02.11.2011 Prof. Dr. Thomas A. Bier, Dipl.-Ing. Kathrin Häußler, Dipl.-Ing. Christoph von Gynz-Rekowski Freiberger Feuerfestforum 2011 – Freiberg – 09.12.2011

(verbunden mit der 7. Mitgliederversammlung von MORE-Freiberg e.V.) Dipl.-Ing. Kathrin Häußler


6. Ausgewählte Forschungsergebnisse

Teilprojekt A01 im Sonderforschungsbereich 920 Kohlenstoffgebundene Filterwerkstoffe und Filterstrukturen mit aktiven und reaktiven Funktionshohlräumen Kohlenstoffgebundene Aluminiumoxidfilter für die Stahlschmelzefiltration erfreuen sich stetig wachsender Beliebtheit seitens der Industrie. Deren Potenzial hinsichtlich der stofflichen Eigenschaften und des Filtrationswirkungsgrades erscheint bis zum heutigen Tag jedoch nicht in vollem Maße genutzt. Infolgedessen soll im Zuge des Sonderforschungsbereichs 920 „Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration – ein Beitrag zu Zero Defect Materials“, ein Grundlagenverständnis für innovative Ansätze geschaffen werden. Im Teilprojekt A01 besteht dahingehend der erste Schwerpunkt in der Entwicklung einer neuen Filterzusammensetzung - basierend auf kohlenstoffgebundenem Aluminiumoxid -, bei der für diese Zwecke erstmalig das modifizierte Steinkohlenteerpech Carbores®P Anwendung finden soll. Als Vorgabe gilt dabei die Einhaltung eines wasserbasierten Systems, bei dem sich durch Zugabe von Ruß und Graphit ein Restkohlenstoffgehalt von etwa 30 % einstellen soll. Zur Ermittlung werkstoffspezifischer Kennwerte und der verschiedenen Einflussfaktoren der jeweiligen Zusammensetzungen werden Schaumkeramikfilter der Einheit 10 ppi (pores per inch) unter Zuhilfenahme des Schwartzwalder-Verfahrens hergestellt. Etwaige Einflussfaktoren, insbesondere auf die mechanischen Eigenschaften der Filter, gilt es kenntlich zu machen. Gleichbedeutend dazu sollen die Auswirkungen verschiedener Inhaltsstoffe der Zusammensetzungen auf die Kohlenstoffausbeute evaluiert werden. So ist es bisher gelungen, mittels Optimierung sowohl verfahrenstechnischer Parameter, als auch der chemischen Zusammensetzung die Festigkeiten gegenüber konventionellen Filtern zu erhöhen. Die Durchführung des sogenannten Impingementtests hat zudem die Eignung des neuen Filterwerkstoffes bestätigt. Darunter ist ein Versuchsaufbau zu verstehen, bei dem der kalte Filter mit Stahlschmelze (1670 °C) beaufschlagt wird und somit Aussagen über dessen Thermoschockbeständigkeit und Permeabilität getroffen werden können (siehe Abbildung 1). Ebenso ließ sich der Einfluss des Aluminiumoxids auf die Entwicklung des Restkohlenstoffgehaltes eindeutig nachweisen, was bereits existierende Theorien bestätigt. Der zweite Schwerpunkt ergibt sich aus der Generierung kalt aufgebrachter, aktiver Beschichtungen, deren Chemismus dem der zu filtrierenden Einschlüsse entspricht. Dies ermöglicht ein gezieltes Einstellen der Grenzflächenspannungen, wodurch letztlich eine erhöhte Filtrationseffizienz erreicht werden soll. Dahingehend müssen zunächst vollständig benetzte Stege generiert werden, woraus infolge variierender Sintertemperaturen und Brennbedingungen festsitzende Beschichtungen resultieren sollen. Chemische Wechselwirkungen oder thermisch bedingte Mechanismen sind zu finden, mit Hilfe derer die Erkenntnis zum Verbleib der oxidischen Beschichtungen auf den kohlenstoffgebundenen Filterwerkstoffen gewonnen werden kann. Diesbezüglich wurde im Rahmen bisheriger Untersuchungen mittels Dilatometrie nachgewiesen, dass das Applizieren ebensolcher Beschichtungen durch eine - verglichen zum Trägermaterial – erhöhte Schwindung, also einem Aufschrumpfen, möglich ist, wie in Abbildung 2 verdeutlicht. Auch hierbei wurde sich erfolgreich des Impingementtests bedient, woraus nach wie vorintakte Beschichtungen resultierten. Innerhalb des Teilprojektes A01 gilt es weiterhin etwaige Einflüsse variierender Kohlenstoffmodifikationen auf die Filtrationseffizienz zu ermitteln. Als Grundlage dient dabei der Umstand unterschiedlicher Benetzungseigenschaften der jeweiligen Kohlenstoffart gegenüber Stahl. So führt die Verwendung von Carbores®P zur Generierung kristalliner, also anisotroper Kohlenstoffe, wohingegen sich ein amorpher, isotroper Charakter durch die Applikation von Harzen realisieren lässt. Dahingehend konnte bislang eine Beschichtung mit reinem, amorphem Kohlenstoff erzeugt werden, was unter anderem eine nahezu dreifache Erhöhung der Druckfestigkeit bewirkt.

Abbildung 2: Versuchsaufbau des Impingementtests, aktiver Filter mit intakter Beschichtung nach Impingementtest (rechts)


Abbildung 2: Dilatometerkurven von Filtern mit 20 % Carbores P

Das Projekt wird durch die DFG im Rahmen des SFB 920 gefördert.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. C.G. Aneziris Tel.: +49 3731 392505 E-Mail: [email protected] M.Eng.. Marcus Emmel Tel.: +49 3731 392309 E-Mail: [email protected]

Einsatz von Nanopartikeln zur Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes in kohlenstoffgebundenen Feuerfesterzeugnissen (SPP 1418) Kohlenstoffgebundene Feuerfesterzeugnisse werden überwiegend in der Stahlindustrie verbraucht. Al2O3-C Werkstoffe mit ca. 30 Gew.-% Restkohlenstoff werden weitgehend im Strangguss als Funktionalbauteile verwendet. Kohlenstoffgebundene MgO-C-Erzeugnisse mit ca. 10 Gew.-% Restkohlenstoff werden in Zustellungen von Konvertern, Elektrolichtbogenöfen und Stahlgießpfannen eingesetzt. In diesem Teilprojekt des Schwerpunktprogramms 1418 "Feuerfest - Initiative zur Reduzierung von Emissionen - FIRE" wurden Zusammensetzungen mit weniger Restkohlenstoff nach dem Verkokungsprozess und mit Zugabe von nanoskaligen Pulvern von Magnesiumaluminatspinell (MgAl2O4), Aluminiumoxid (Al2O3) mit unterschiedlichen Primärpartikelgrößen und -formen sowie Kohlenstoffnanoröhrchen (CNTs) untersucht. Dabei stand die Wirkung der nanoskaligen Zusätze auf die Mikrostruktur, die physikalischen, mechanischen und thermo-mechanischen Eigenschaften der neuentwickelten Al2O3-C- und MgO-C-Feuerfesterzeugnissen im Vordergrund und insbesondere der Einfluss der Nanopulver auf die Temperaturwechselbeständigkeit der Al2O3-C- und MgO-C- Werkstoffe. Al2O3-C System: Es wurden Al2O3-C-Versätze mit 20 Ma.-% Graphit und 0,1 Ma.-% der nanoskaligen Zusätze hergestellt (0,3 Ma.-% bei den CNTs). Zusätzlich wurden eine Standardrezeptur mit 29 Ma.-% Graphit (Ref. I) und eine Referenzrezeptur mit 20 Ma.-% Graphit (Ref. II) hergestellt, bei denen keine nanoskaligen Additive zugegeben wurden. Bei allen Rezepturen wurden 6 Ma.-% metallisches Silizium zugegeben, während als Binder ein Phenolharz eingesetzt wurde. Die stabförmigen Proben wurden bei 100 MPa uniaxial gepresst, bei 180°C ausgehärtet und anschließend bei 1000 °C und 1400 °C für 5 Stunden im Koksbett verkokt. Es konnte eine Steigerung der mechanischen Festigkeit sowohl bei Raumtemperatur als auch bei 1400 °C erreicht werden (siehe Abb. 1).


Ref. I Ref. II S10 AS TN BT S10-AS S10-TN TN-AS0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

KBF HBF KBFTS

Bie

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fes

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ke

it [

MP

a]

Abbildung 1: Kaltbiegefestigkeit (KBF), Heißbiegefestigkeit (HBF) und verbleibende KBFTS nach5 Thermoschocks (in Druckluft) der verkokten Al2O3-C Proben bei 1000°C.

Darüber hinaus wurde auch die Temperaturwechselbeständigkeit der untersuchten Al2O3-C- Zusammensetzungen erhöht. Bei den Zusammensetzungen mit einzelnen nanoskaligen Additiven führte die Zugabe vom Magnesiumaluminat-Spinell zu den besten Ergebnissen (siehe Abb. 2). Die Zugabe von nanoskaligen Aluminiumoxid-Plättchen führte zu einem erhöhten Festigkeitsniveau, was sich allerdings auf die Temperaturwechselbeständigkeit dieser Zusammensetzung negativ auswirkte (Abb. 2).

Ref. I Ref. II S10 AS TN BT S10-AS S10-TN TN-AS0

2

4

6

8

10

12

14

16

18 KBF Festigkeitsverlust

Kal

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0

5

10

15

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rlus

t [%]

Abbildung 2: Kaltbiegefestigkeit (KBF) und Festigkeitsverlust nach 5 Thermoschocks der verkokten Al2O3-C Proben bei 1000 °C. Die Verbesserung der mechanischen und thermo-mechanischen Eigenschaften wurde bei der Mikrostrukturevolution der feuerfesten Werkstoffe nach der Zugabe der Nanomaterialien anhand von in situ Bildung von amorphen Fasern bzw. Whiskern des Systems Si – O bei einer niedrigen Verkokungstemperatur von 1000 °C offengelegt. Ähnliche Strukturen wurden auch bei der Standardrezeptur mit 29 Ma.-% Graphit identifiziert, jedoch nicht bei der Referenzrezeptur mit 20 Ma.-% Graphit. Die Morphologie der in situ gebildeten Strukturen war abhängig von der Art der zugegebenen nanoskaligen Materialien und variierte in Länge, Durchmesser sowie Kristallinität / Transparenz. Bei der hohen Verkokungstemperatur von 1400 °C erfolgte eine Umwandlung in kristallineβ-SiC-Whisker. Durch die Zugabe von Kombinationen aus nanoskaligen Additiven wurde die Temperaturwechselbeständigkeit der Feuerfesterzeugnisse weiter verbessert (siehe Abb. 2). Allerdings lassen die hohen Werte der Standardabweichung dieser Zusammensetzungen (insbesondere S10-TN und TN-AS) auf die Schwierigkeit der Realisierung einer homogenen Dispergierung der Nanomaterialien in der Feuerfestmatrix schließen.


Anhand von den erstmaligen EBSD-Untersuchungen an Bruchflächen der verkokten Proben konnten neue Phasen sowie in situ bildende whiskerartige bzw. faserartige Strukturen nachgewiesen werden. Bei der Zusammensetzung mit nanoskaligen CNTs und Aluminiumoxid-Plättchen (TN-AS) wurde die Phase Al3CON schon nach der Verkokung bei 1000 °C identifiziert (siehe Abb. 3). a)

b) c)

Abbildung. 3: a) REM-Aufnahme einer Bruchfläche der verkokten Probe des Versatzes TN-AS bei 1000 °C mit 2 markierten EBSP-Stellen;

b) Identifizierung der Phase α-Al2O3 (linke EBSP-Stelle); c) Identifizierung der Phase Al3CON (rechte EBSP-Stelle). Diese neue Phase von Al3CON stellt eine chemische Verbindungsphase zwischen dem Kohlenstoff und dem Oxidfüller (Korund) dar. Folglich zeigte diese Zusammensetzung eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit (Abb. 2) trotz des um ca. 30 % geringeren Kohlenstoffgehaltes. MgO-C-System: Es wurden MgO-C-Versätze mit 5 Ma.-% Graphit und 0,1 Ma.-% der nanoskaligen Zusätze hergestellt (0,3 Ma.-% bei den CNTs). Zusätzlich wurden eine Standardrezeptur mit 10 Ma.-% Graphit (Ref. I) und eine Referenzrezeptur mit 5 Ma.-% Graphit (Ref. II) hergestellt, bei denen keine nanoskaligen Additive zugegeben wurden. Bei allen Rezepturen wurden 3 Ma.-% metallisches Aluminium zugegeben, während als Binder ein Phenolharz eingesetzt wurde. Die stabförmigen Proben wurden bei 100 MPa uniaxial gepresst, bei 180°C ausgehärtet und anschließend bei 1000 °C für 5 Stunden im Koksbett verkokt. Es konnte eine Steigerung der mechanischen Festigkeit bei Raumtemperatur (sowohl unter Druck- als auch unter Biegebelastung) erreicht werden (siehe Abb. 4).

Ref. I Ref. II S10 A10 A70 AS BT0

2

4

6

8

10

12

14

16

KBF HBF KBFTS

Bie

gef

esti

gke

it [

MP

a]

Abbildung. 4: Kaltbiegefestigkeit (KBF), Heißbiegefestigkeit (HBF) und verbleibende KBFTS nach5 Thermoschocks (in Druckluft) der verkokten MgO-C-Proben bei 1000 °C.

Die Verbesserung der mechanischen Festigkeit bei Raumtemperatur sowie bei 1400 °C im Vergleich zum Standardversatz mit 10 Ma.-% Graphit wurde aufgrund der in situ Bildung von Spinellkristallen und Whiskern (überwiegend Al4C3), sowie deren Verteilung, Korngröße, Morphologie und thermische Stabilität erreicht (siehe Abb. 5).


a) b)

Abbildung 5: REM-Aufnahmen an Bruchflächen der verkokten MgO-C Proben mit nanoskaligen Zusätzen von: a) Spinell nach 5 Thermoschocks, 1000-fache Vergrößerung,

b) Aluminiumoxid-Plättchen, 3000-fache Vergrößerung. Der Versatz mit Zugabe von Aluminiumoxid-Plättchen zeigte das beste thermo-mechanische Verhalten (geringere Festigkeitsverluste), gefolgt vom Versatz mit nanoskaligem Magnesiumaluminatspinell (siehe Abb. 6). Diese zwei Versätze konnten das thermo-mechanische Verhalten des Standardversatzes (Ref. I) annähern, trotz der halben Graphitmenge. Eine Erklärung hierfür könnte die angenommene (gemäß EDX-Analysen) in situ Bildung von Magnesiumaluminatspinellwhiskern sein (siehe Abb. 5b, weißer Punkt). Beim Versatz mit CNTs wurde überraschenderweise keine in situ Bildung von Fasern bzw. Whiskern (Al4C3) festgestellt (eventuell aufgrund des Herstellungsverfahrens der CNTs). Deswegen wurde auch keine Verbesserung der Eigenschaften erzielt, insbesondere hinsichtlich der Temperaturwechselbeständigkeit (Abb. 6).

Ref. I Ref. II S10 A10 A70 AS BT0

2

4

6

8

10

12

Kal

tbie

gef

esti

gke

it [

MP

a]

0

10

20

30

40

50

60

KBF Festigkeitsverlust

Festig

keitsverlust [%

]

Abbildung 6: Kaltbiegefestigkeit (KBF) und Festigkeitsverlust nach 5 Thermoschocks der verkokten MgO-C Proben bei 1000 °C. Es wurde versucht, eine Optimierung des Mischvorganges für die homogenste Verteilung der Nanozusätze in der Matrix zu realisieren. Dabei wurden die Versätze mit Spinell und Aluminiumoxid-Plättchen ausgewählt. Es konnte dadurch eine weitere Verbesserung der thermo-mechanischen Eigenschaften erzielt werden. Das Projekt wird durch die DFG unter dem Geschäftszeichen AN 322/16-1 gefördert.

Ansprechpartner:

Prof. Dr. C.G. Aneziris Tel.: +49 3731 392505 E-Mail: [email protected] M.Sc. Vasileios Roungos Tel.: +49 3731 392308 E-Mail: [email protected]

REFRAGLASS – Standzeitverlängerung für Feuerfestmaterial Aufbauend auf den ersten Ergebnissen bezüglich Feuerfestveredelung aus 2008 beschäftigten sich drei Wissenschaftler unter der Leitung von Dipl.-Ing. Rolf Weigand im Projekt REFRAGLASS mit der Veredelung von Feuerfestmaterial, welches direkten Kontakt zur Glasschmelze hat. Bei diesem Kontakt kommt es zur Korrosion des


keramischen Materials, was zahlreiche Nachteile mit sich bringt. So verkürzt sich einerseits die Lebensdauer des Glasschmelzaggregates und andererseits wird die Qualität der Glasschmelze und damit die des Endproduktes deutlich vermindert. Die verkürzte Lebensdauer der Glaswanne führt zu enormen Kosten für das Glasunternehmen und gleichzeitig zu tonnenweise Müll, welcher nur anteilig recycelt werden kann. Die Herstellung von feuerfesten Werkstoffen verbraucht zahlreiche natürliche Ressourcen und ist sehr energieaufwändig, so dass eine längst mögliche Nutzungsdauer erstrebenswert ist. Die Verschlechterung der hergestellten Glasartikel, egal welcher Art (Behälter-, Flach-, Wirtschaftsglas), führt in allen Fällen zur Aussortierung. Somit bleibt die aufgebrachte Energie zum Schmelzen und Läutern des Glases ungenutzt. Insgesamt wird also deutlich, dass die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Feuerfestmaterial einen nicht unerheblichen Beitrag zum Schutz der Umwelt leisten kann. Die Grundidee des Projekts beruht auf der Patenanmeldung (WO 2009/050108 A1) von Prof. Dr.-Ing. Heiko Hessenkemper und beinhaltet die Erzeugung einer Sauerstoffsenke in den Poren des keramischen Werkstoffes. Dies kann über verschiedene Methoden erfolgen, so bietet sich das Abscheiden aus Gas- oder Feststoffphasen an, aber auch das Infiltrieren einer Flüssigkeit. Der Effekt dieser Sauerstoffsenke zeigt sich deutlich in Abbildung 3. So führt die Veredelung zu einer Erhöhung der Oberflächenspannung der Glasschmelze, da eine reduzierend wirkende Atmosphäre in den Poren vorherrscht. Diese bildet sich aus, da die Veredelung ein Metall oder Metalloxid niedriger Oxidationsstufe ausscheidet, welche den Sauerstoff aus den Poren verbraucht. Die erhöhte Oberflächenspannung der Glasschmelze im direkten Feuerfestkontakt minimiert die Infiltration der Schmelze in das Feuerfestmaterial. Dies geht einher mit der Verringerung der Korrosion und des Blasenwurfs.

Abbildung 3: links veredelter Leichtstein, rechts Referenz

Durch verschiedene Behandlungsparameter konnten bei der Untersuchung der Spülkantenkorrosion deutliche Unterschiede gemessen werden. Wie in Abbildung 4 deutlich wird, haben unterschiedliche Behandlungen von Feedersteinen einen großen Einfluss auf die Ausbildung der Spülkantentiefe (statischer Angriff der Feuerfestproben in 1450 °C heißer Glasschmelze für 21 h). Anhand zahlreicher Vorversuche haben sich die Behandlungen AlF, AC, HTS und RW als am besten geeignet herauskristallisiert.

Abbildung 4: Ergebnisse der Behandlung (Spülkantenkorrosion)

Demnach kann mit der Behandlungsform RW eine Verbesserung von 80 % detektiert werden. Bei allen drei untersuchten Glasfarben (Weiß-, Grün- und Braunglas) zeigt diese Behandlung den größten Effekt. Um das Upscaling dieser Laborergebnisse auf industriellen Maßstab zu erreichen, wurden erste Industrieversuche an Hafenöfen durchgeführt. Auch hier zeigen sich die eindeutigen Ergebnisse. Die Hafenöfen werden unter anderem


in der Antikglasherstellung eingesetzt und für eine Dauer von ca. 8 Wochen betrieben. Danach werden sie auf Grund von Korrosionserscheinungen ausgetauscht. Durch die Behandlung der Öfen mit der REFRAGLASS-Technologie konnte die Laufzeit auf 12 Wochen verlängert werden, wobei nach dieser Zeit noch kein Wechsel notwendig wäre (Austausch erfolgte auf Grund von Sicherheitsaspekten). Neben dem eher kleinen Anwendungsfeld der Veredelungstechnologie von Hafenöfen konnten ebenfalls Versuche bei Massenglasherstellern durchgeführt werden. Dabei wurden verschiedene Wechselbauteile behandelt, wie zum Beispiel Drehrohre, Plunger und Tropfringe. Durch die Behandlung konnte auch hier gezeigt werden, dass die Veredelungsstrategie zu deutlich verringerten Korrosionserscheinungen führt, was längere Einsatzzeiten ermöglicht. Bei Einarbeitung in das Thema der Veredelung von Wechselbauteilen der Behälterglasherstellung stellte sich heraus, dass bei Tropfringen häufig keine Korrosionserscheinungen, sondern Kristallisationen zur Notwendigkeit des Wechsels führen. Vor allem bei der Verarbeitung von Grünglas muss zum Teil mehrmals täglich der Tropfring freigestoßen werden, was zu mehreren Minuten Produktionsausfall führt. Deshalb wurde mittels einer Messung im Gradientenofen der Einfluss der Behandlung auf das Kristallisationsverhalten näher untersucht. Die Messung ergab, dass die Behandlung RW die Kristallisationstemperatur auf den Bereich der homogenen Kristallbildung senken kann, wie in Abbildung 5 deutlich wird.

Abbildung 5: Ergebnisse Behandlung (Kristallisationsneigung)

Nicht nur bei der Behälterglasherstellung, sondern auch im großen Bereich der Flachglasherstellung kommt es auf Grund von Wechselwirkungen zwischen Feuerfestmaterial und Glasschmelze zu Fehlern im Endprodukt. Besonders kritisch sind dabei die Gasentwicklungen am Lippenstein anzumerken. Diese führen zu Blasen im Endprodukt, welche in nahezu allen Anwendungs-bereichen zu Ausschuss führen. Deshalb wurde untersucht, inwieweit die Behandlung des Feuerfestmaterials die Blasenbildung beeinflusst. Auch hier kann die Strategie RW überzeugen, wie in Abbildung 6 deutlich wird. Dabei wird sogar das Niveau eines wesentlich teureren schmelzgegossenen Steines erreicht.

Abbildung 6: Ergebnisse Behandlung (Blasigkeitsmessung)

Ansprechpartner: Dipl. –Ing. Rolf Weigand MagicLiquid – Oberflächenveredelung von Gläsern


Die ständig steigenden Anforderungen an Gläser, unabhängig ob es sich um Flach-, Faser- oder Hohlglas handelt, bedürfen einer ständigen Weiterentwicklung. Um dem Preisdruck standzuhalten sollten jedoch keine teuren Verfahren wie Sol-Gel-Beschichtungen oder veränderte Glaszusammensetzungen hinzu teuren synthetischen Rohstoffen weiterverfolgt werden. Da bei den wichtigsten Eigenschaften wie Festigkeit und chemische Beständigkeit dominant die Oberfläche deren Größe bestimmt, ist es sinnvoll, ebendiese zu modifizieren. In zahlreichen Testreihen und Voruntersuchungen wurde eine neue Methode zur Oberflächenveredelung von Gläsern entwickelt. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf einer universellen und einfachen Einsetzbarkeit. Bei der Neuentwicklung handelt es sich um eine Flüssigkeit, welche gleichzeitig die chemischen, optischen und mechanischen Eigenschaften der Glasoberfläche beeinflusst. Erste Laborversuche an Flachgläsern belegen dies:

Festigkeitsverteilung Flachglas

Chemische Beständigkeit Flachglas


Transmission Flachglas

Es zeigt sich also, dass durch MagicLiquid sowohl die Festigkeit deutlich gesteigert werden kann, als auch die chemische Beständigkeit. Bei industriellen Versuchen an Hohlgläsern konnte eine Steigerung der chemischen Beständigkeit mit dem Faktor 10 gezeigt werden. Beim Einsatz von Flachgläsern zur solaren Energiegewinnung führt eine Steigerung der Transmission gleichzeitig zur Effizienzsteigerung. So kann teilweise auf kostenintensive Antireflex-Beschichtungen verzichtet werden und auf Grund der enormen Festigkeitssteigerung auch auf den energiereichen Prozess des thermischen Härtens. Ansprechpartner: Prof. Dr. –Ing. Heiko Hessenkemper

Jahresbericht 2011 Endversion mit Ergänzung 2012 09-26 · Jahresbericht 2011 -4- 1. Allgemeine...

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