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Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 1 Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische.

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1 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 1 Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

2 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 2 Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe Unter Urformen versteht man nach DIN 8580 Fertigungsverfahren, bei denen aus formlosen Stoffen feste Körper hergestellt werden.

3 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 3 PM = Pulver-Materialurgie Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

4 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 4 Herstellung von Hoch- leistungskeramiken: -über pulvertechno- logische Verfahren, -Hohe Schmelzpunkte  keine Schmelz- technologischen Verfahren möglich -Keine Plastizität  Umformung nicht möglich. Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

5 Keramiktechnologie PulverKeramik End- bearbeitung Sintern Grün-/Weiß- bearbeitung Form- gebung Masse-Auf- bereitung Pressen Extrudieren Spritzen Gießen … Fräsen Drehen Bohren Sägen Tempern Festkörper- reaktion Gasphasen- reaktion Schmelz- verfahren aus Lösung Mahlen Mischen Granulieren Plastifizieren Sinter- brand Reaktions- brand (Heißpressen, HIP) Schleifen Läppen Polieren Tempern Fügen Bauteil Nach: Gehre; TU-BAF Foliengießen (Siebdruck) CVD / PVD / Sol Gel (Funktionskeramik)

6 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 6 Herstellung von Keramik Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

7 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 7 PM von Keramik  Pulver- morphologien Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

8 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 8 Keramische Pulver für Energieanwendungen Pulveraufbereitung Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

9 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 9 Energy density Power density Fuel Cell Battery capacitor Super capacitor Fuel Cell / Battery / Supercapacitor / Capacitor Energietechnologie Informations technologie Keramische Pulver für Energieanwendungen Pulveraufbereitung

10 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 10 Li-Ionen-Akkumulator “Rocking chair principle” Inter/deintercalation system 0.5 LiC 6 + Li 0.5 CoO C 6 + LiCoO 2

11 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 11 Li-Ionen-Akkumulator “Rocking chair principle” 0.5 LiC 6 + Li 0.5 CoO C 6 + LiCoO LiC 6 + Li 0.3 NiO C 6 + LiNiO 2 Inter/deintercalation system Li -> V Fe -> -0.4 V Pb -> -0,12 V H 2 -> 0 V O 2 -> 1.22 V Au -> 1.42 V F 2 -> 2.85 V wässriger Elektrolyt organischer Elektrolyt

12 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 12 Volumetrische Energiedichte [Wh/l] hängt stark von der Packungsdichte des verwendeten Kathodenmaterials ab

13 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 13

14 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 14 Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe Keramische Pulver für Energieanwendungen Pulveraufbereitung

15 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 15 Ta- und Nb-Kondensatoren Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

16 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 16 Ta- und Nb-Kondensatoren Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe Sintered Ta-Powder Ta 2 O 5 (+MnO 2 )

17 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 17 Hydrometallurgische Herstellung von Ta / Nb OreTin slags / Concentrates HF Residues Raffinate MIBK / H 2 SO 4 dil. H 2 SO 4 Ta Strip Solution Ta Acid Filtration Calcination Ta 2 O 5 Filtration K 2 TaF 7 Nb Strip Solution Nb Acid Filtration Calcination Nb 2 O 5 Crystallisation KCl H 2 O SteamMIBK H 2 O / NH 3 Quelle: H.C. Starck  ein Beispiel für Pulversynthese Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe Filtration Solvent Extraction Ta/Nb Separation Ta in MIBK Digestion

18 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 18 ~ 15t Raffinate 12t NH 4 F 2t Residue ~ 2t HF 4 t Ore containing 25% Ta 2 O 5 /Nb 2 O 5 1t Ta 2 O 5 /Nb 2 O 5 Processing ~ 10t MIBK ~ 6t NH 3 - Solution NH 3 CaF 2 HF-Recycling NH 3 -Recycling MIBK-Recycling Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe Hydrometallurgische Herstellung von Ta / Nb

19 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 19 Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

20 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 20 Properties of Mg-reduced Powders Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

21 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 21 Synthese von Siliciumcarbid Acheson (1891) „Carborundum“ -SiO 2 (Sand) + 3C (Petrolkoks)  SiC + 2CO -endotherm,  H= +528 kJ/mol SiC -Walzenlänge m, Breite/Höhe bis 4 m -elektr. Leistung 3-12 MW (ca. 8 kWh/kg SiC) -T max = 2500°C, Dauer h -50 t SiC aus 400 t Rohmischung -  -SiC-Modifikation (HT-Polytypen) -zerkleinern (brechen, sortieren, mahlen) -reinigen, klassieren (sieben)  1 Mio t/a (Feuerfest, Schleifmittel, Metallurgie, Heizleiter, Lackindustrie, Bauwesen, Keramik) Quelle: ESK-SiC Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

22 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 22 Herstellung von La(Sr)MnO 3 als Kathodenmaterial für SOFCs Herstellung von La(Sr)MnO 3 als Kathodenmaterial für SOFCs Das Co-Fällungsverfahren Edukte LaCl3 oder La2O3 + HCl SrCl2 oder SrCO3 + HCl MnCl2 Fällungsmittel: (NH4)2CO3 Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe Edukte Tempern analog Mixed Oxides Lösen Filtration Fällung Wäsche Trocknung Nebenprodukte (NH4)2CO3 + NH4Cl + H2O Fällungs- mittel Edukte Fällungs- mittel Lösen NH4OH Lösung H2O Dosieren Lösen Konti-Fällung Batch-BetriebKonti-Betrieb

23 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 23 Das Co-Fällungsverfahren La/Sr/Mn-Lsg. (NH 4 ) 2 CO 3 H2OH2O NH 3 (aq) Produkt Lösung BatchKontinuierlich Zeitlich vorgegebene Zugabe der Salzlösung Rühren waagegesteuerte Dosierung intensive Durchmischung (Korbrührer mit Strombrecherkranz) kontinuierliche Produktentnahme Carbonat-Precursorsynthese Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

24 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 24 Das Mixed-Oxide-Verfahren Herstellung von La(Sr)MnO 3 als Kathodenmaterial für SOFCs Edukt-Homogenisierung durch Dispergieren / Sprühtrocknung Sprühgranulat aus Suspension von La 2 (CO 3 ) 3, SrCO 3, MnO 2 (dispergiert mit Ultra-Turrax) Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

25 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 25 Das Mixed-Oxide-Verfahren Edukte : La2O3, La2(CO3)3 SrCO3 Mn3O4, MnO2, MnCO3 Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

26 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 26 Typische Zusammensetzung eines Sprühgranulats Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

27 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 27 For Example: PM particles by atomisation Verdüsungsanlage Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

28 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 28 Herstellung von Keramik Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

29 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 29 Pressform- gebung Plastische Formgebung Kraft Binder + Dispersionsmittel Gießform- gebung Formgebung – Einteilung der Verfahren Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe

30 Keramische Werkstoffe 06 Fertigungsverfahren Teil 1 30 Fakultät Maschinenwesen Institut für Werkstoffwissenschaft, Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe


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