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15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 1
PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil
15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe
14. April 2015
Dr. Dieter Nikolay
WZR ceramic solutions GmbH
15. Werkstoff-Forum der Hannover Messe 2015 Folie 2
PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
Gliederung
• Kurze Vorstellung WZR ceramic solutions GmbH
• Herstellung von präkeramischem Papier
• Herstellung präkeramischer Strukturen
• PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen
• Zusammenfassung
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
Kurze Vorstellung der WZR ceramic solutions GmbH
• privatwirtschaftliches Unternehmen mit ca. 20 Mitarbeitern
• Seit 1996 am Markt
• Arbeitsgebiet: Technische Keramik
• Der Name ist Programm: Lösungen mit Keramik
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
Kurze Vorstellung der WZR ceramic solutions GmbH
Prüfung + Bewertung
Festigkeitsprüfung z.B. Scheibendruckversuch
Zerstörungsfreie Prüfung
z.B. Porosität, Rohdichte
Oberflächencharakterisierung z.B. Vickershärte
Mineralogische Untersuchung z.B. REM/EDX
Heißprüfungen z.B. Biegefestigkeit mit V-Modul
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
Kurze Vorstellung der WZR ceramic solutions GmbH
Engineering
Gefügedesign von
Technischen Keramiken
(nano-ZTA)
PT-Keramik® 3D-Drucken
Bauteilherstellung
Entwicklungsthemen
Bauteilherstellung
Vakuum-Heißgießen
Niederdruck-Spritzgießen
CNC-Bearbeitung
Keramische Beschichtungen
Sol-Gel
Elektrophorese
Multi-Material 3D-Drucken
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
Herstellung von präkeramischem Papier
• PT-Keramik® = Papier Technologisch hergestellte Keramik
• Herstellungsprozess PT-Keramik®
• Herstellung eines präkeramischen Papieres in dem der keramische Rohstoff
(z.B. Al2O3) bereits enthalten ist
• Schreibpapier enthält ca. 30 Ms.-% anorganische Partikel
• Verbesserung der Oberfläche und Weißgrad: Einsatz von Kaolin,
Calciumcarbonat, Titanoxid
• Neu: Erhöhung der Feststoffbeladung auf 80 Ms.-% Anorganik
• Verwendung definierter, keramischer Füllstoffe (Aluminiumoxid,
Cordierit…)
• Erzeugung von planaren Strukturen mit Dicke zwischen 0,2 und 1,5mm
• Endlosbahnen
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
Herstellung präkeramischer Strukturen
• Verarbeitung des präkeramischen Papieres
• Schneiden / Lasern
• Einbringen einer Wellenstruktur / Riffeln
• Verkleben
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
Herstellung präkeramischer Strukturen
• Mögliche Strukturen
• Plane Substrate
• Wellkeramiken
• Gefache
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PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen
• Sintern des präkeramischen Papieres analog zu
herkömmlichen Keramiken
• Derzeit verfügbare Werkstoffe
• Kommerziell
• Al2O3
• Steinzeug
• Cordierit
• Entwicklungswerkstoffe
• ZrO2
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen
• Keramische Eigenschaften
Al2O3:
mittlere Festigkeit: ca. 200 MPa
Cordierit-1:
mittlere Festigkeit: 79 MPa
Cordierit-2:
mittlere Festigkeit: 62 MPa
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen
• Keramische Eigenschaften
ZrO2-1:
mittlere Festigkeit: 226 MPa
E-Modul: 115 GPa
ZrO2-2:
mittlere Festigkeit: 282 MPa
E-Modul: 55 GPa
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PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen
• Eigenschaften von Al2O3-Wellkeramiken
• Festigkeit bei Raumtemperatur >50 MPa
• Festigkeit bei 1500°C >50 MPa
• Porosität <30 Vol.-%
• chemische Resistenz sehr gut
• Thermische Beständigkeit > 1500°C unter Belastung
• Gewichtsvorteile: 80 Ms.-% Einsparung im Vergleich zum Standard
• Energieeinsparung: 40% pro Brand bis 1600°C im Vergleich zum Standard
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen
• Cordierit-Gefache
• Anwendung als Hochtemperatur-Leichtbauelement
• Anwendung bis 1230°C
• Ersatz für „herkömmliche Brennhilfsmittelplatten
• Gewichtseinsparung von bis zu 80%
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PT-Keramik®: Eigenschaften und Anwendungen
• Design-Teile
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
Zusammenfassung
• Vorteile des Verfahrens
• Bereitstellung von keramischem Halbzeug analog zu Stahlblech
• Nutzung der vorhandenen Papiertechnik (großserientauglich)
• Urformung
• Umformung
• Kleben
• Deutlich günstiger gegenüber keramischen Folien, kein Entbinderungsschritt notwendig
• Sehr geringes Gewicht, dadurch effizient
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
• Was macht WZR
• Technische Umsetzung eines wissenschaftlichen Ansatzes
• Seit 2008 mit dem Thema beschäftigt
• Großtechnische Umsetzung 2011 mit Firmenkonsortium
• Markenschutz PT-Keramik® seit 2011
• Patent für Leichtbaustrukturen 2014 erteilt
• Gewinner Effizienzpreis des Landes NRW 2013
• Lizenzvergabe für Serienproduktion von Brennhilfsmitteln an die Rath AG
Zusammenfassung
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PT-Keramik®: Neue Wege zum keramischen Bauteil, Dr. Dieter Nikolay, WZR ceramic solutions GmbH
Zusammenfassung
• Anwendung von PT-Keramik für
• Hochtemperatur Leichtbau (Brennhilfsmittel, Sinterunterlagen…)
• Filtration von aggressiven Medien
• Design
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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Dr. Dieter Nikolay
Leiter Engineering
WZR ceramic solutions GmbH
Lise-Meitner-Straße 1
53359 Rheinbach
www.wzr.cc
E-Mail: [email protected]
Telefon: 02226 1698-14