Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Keramiken unter Kugelbeschuss

02.04.2012
Dünne Bauteile aus Keramik herzustellen, war bislang aufwändig und teuer. Denn viele verziehen sich während der Bearbeitung und müssen als Ausschuss aussortiert werden. Forscher bombardieren die Oberflächen verzogener Bauteile nun mit kleinen Kugeln und bringen sie so wieder in Form.

Hohe Temperaturen, korrosive Bedingungen – in einer solchen Umgebung machen Metalle recht schnell schlapp. Metallische Federn etwa versagen spätestens bei 500 Grad Celsius ihren Dienst. Doch was tun, wenn Produktionsprozesse genau solche Bedingungen erfordern?


Aus einer Strahlpistole schießen Kugeln auf eine Keramik-Blattfeder, um Formkorrekturen oder defi nierte Krümmungen einzustellen. © Fraunhofer IWM

Die Bauteile aus Keramik zu fertigen, löst das Problem bislang nur bedingt: Zwar ist dieser Werkstoff leicht, steif und trotzt Korrosion und hohen Temperaturen. Dünne Keramiken zu fertigen – etwa für Blattfedern, leichte Spiegel für optische und extraterrestrische Anwendungen oder Sensor- oder Brennstoffzellenmembranen – ist jedoch aufwändig und teuer.

Der Grund: Keramiken lassen sich nur mit kostspieligen Diamantwerkzeugen bearbeiten. Zudem entstehen bei der Bearbeitung Spannungen in der Oberfläche. Diese führen dazu, dass sich das gefertigte Teil verzieht, sobald es aus der Maschine genommen wird. Die Bauteile nachträglich wieder in Form zu bringen war bislang nicht möglich – das Material ist zu spröde. Es entsteht viel Ausschuss, der die Kosten in die Höhe treibt.

Präzise berechnete Bahnen weisen den Weg

Forscher der Fraunhofer-Institute für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg und für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK in Berlin haben nun einen Weg gefunden, verzogene Keramiken über das Kugelstrahlen geradezubiegen. Dabei schießen die Mitarbeiter mit einer Strahlpistole kleine Kugeln auf die Oberfläche eines Bauteils. Durch den Aufprall der Kugeln wird eine dünne Randschicht verformt. Führen die Wissenschaftler die Pistole auf präzise berechneten Bahnen über die Keramik, können sie durch diese Verformung aus ebenen dünnen Keramikplatten leicht gekrümmte Spiegel erzeugen und unerwünschten Krümmungen entgegenwirken.

»Bei Metallen ist das Kugelstrahlen Usus«, sagt Dr. Wulf Pfeiffer, Geschäftsfeldleiter am IWM. »Da Keramiken jedoch spröde sind, ist das Verfahren bei diesen Materialien nie angewendet worden – sie könnten zerspringen wie ein Keramikteller unter einem Hammer. Wir mussten die Methode daher präzise an den Werkstoff anpassen.« Zunächst analysierten die Forscher, welche Kugelgrößen für Keramiken geeignet sind, denn zu große Kugeln würden die Oberfläche zerstören. Auch die Geschwindigkeit ist kritisch: Prallen die Kugeln zu schnell auf das Material, beschädigen sie es. Sind sie zu langsam, verformen sie die Oberfläche nicht ausreichend. Ein weiteres Ergebnis: Nicht zu viele Kugeln dürfen die gleiche Stelle bombardieren.

Soll ein neues Bauteil gefertigt werden, analysieren die Wissenschaftler zunächst experimentell, was sie der speziellen Keramik zumuten können. Sie beschießen sie mit dem Kugelstrahl und messen anschließend die erzeugte Spannung. Welche Verformungen kann man erreichen? Wie muss der Strahl geführt werden?

Verschiedene Prototypen haben die Experten bereits hergestellt, unter anderem eine Blattfeder aus Keramik und einen Hohlspiegel. Zum Herstellen einfacher Bauteile ist das Verfahren so weit fortgeschritten, dass es in die Serienfertigung gehen kann. In einem weiteren Schritt entwickeln die Wissenschaftler vom IWM nun eine Computersimulation – dann lassen sich auch Bauteile mit mehrachsigen Verformungen realisieren. Ihre Kollegen vom IPK arbeiten daran, das Verfahren mithilfe eines Roboters zu automatisieren.

Dr.-Ing. Wulf Pfeiffer | Forschung Kompakt
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2012/april/keramiken-unter-beschuss.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Ventile für winzige Teilchen
23.05.2018 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

nachricht Advanced Materials: Glas wie Kunststoff bearbeiten
18.05.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Im Focus: Achema 2018: Neues Kamerasystem überwacht Destillation und hilft beim Energiesparen

Um chemische Gemische in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen, ist in der Industrie die energieaufwendige Destillation gängig, etwa bei der Raffinerie von Rohöl. Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickeln ein Kamerasystem, das diesen Prozess überwacht. Dabei misst es, ob es zu einer starken Tropfenbildung kommt, was sich negativ auf die Trennung der Komponenten auswirken kann. Die Technik könnte hier künftig automatisch gegensteuern, wenn sich Messwerte ändern. So ließe sich auch Energie einsparen. Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen sie die Technik vom 11. bis 15. Juni am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a) vor.

Bei der Destillation werden Flüssigkeiten durch Verdampfen und darauffolgende Kondensation des Dampfes in ihre Bestandteile getrennt. Ein bekanntes Beispiel...

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rotierende Rugbybälle unter den massereichsten Galaxien

23.05.2018 | Physik Astronomie

Invasive Quallen: Strömungen als Ausbreitungsmotor

23.05.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie

23.05.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics