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3D-Druck zellulärer Keramikkörper auf Basis von Kapillarsuspensionen

3D-Druck zellulärer Keramikkörper auf Basis von Kapillarsuspensionen
Typ:Bachelorarbeit
Datum:abgeschlossen
Betreuer:

Dr. Moritz Weiß

Bearbeiter:

Patrick Sälzler

Keramische, poröse Sinterwerkstoffe werden in unterschiedlichen Bereichen als Funktionswerkstoffe eingesetzt. Anwendungsbereiche sind unter anderem der Leichtbau, die Medizintechnik, die Filtration von Getränken und chemischen Abwässern sowie der Einsatz als Elektrodenmaterial oder Katalysatorträger. Das jeweilige Anwendungsgebiet bestimmt sowohl die Art des eingesetzten Werkstoffs, als auch die Porenstruktur des resultierenden Festkörpers.

Kapillarsuspensionen können als Precursor zur Herstellung von hochporösen Sinterkörpern mit offener Porosität >50% eingesetzt werden.

 

In Vorgängerarbeiten wurde eine Steigerung der mechanischen Eigenschaften, bei gleich bleibender Porosität, durch den Einsatz von keramischen Nanosuspensionen als Zweitphase festgestellt. Die Nanopartikel befinden sich ausschließlich zwischen den Kontaktstellen der groben Partikel und dienen somit als Sinterhilfsmittel. Durch geschickte Materialwahl verkleben die Nanopartikel die grobe Fraktion miteinander ohne die groben Partikel zu versintern. Der Einsatz von Nanopartikeln bietet somit eine weitere Einstellgröße für die Porosität und die mechanischen Eigenschaften poröser Keramiken auf Kapillarsuspensionsbasis.

 

In dieser Arbeit sollen auf solchen Systemen basierende Feedstocks für ein 3D-Druckverfahren gefunden und anschließend für einen Einsatz als Leichtbaustoff optimiert werden. Hierbei liegt der Fokus auf der Kombination aus hoher Porosität und hoher mechanischer Festigkeit.

Zu variierende Parameter sind:

- Zusammensetzung der Hauptphase
- Art des Feststoffs (Aluminiumoxid, Zeolith)
- Konzentration der Nanopartikel innerhalb der Zweitphase
- Art der Nanopartikel (SiO2, Al2O3, Partikelgröße: 0,01 µm < x50,3 < 0,13 µm)
- Druckparameter (Düsendurchmesser, Druckgeschwindigkeit, Druckgeometrie)
- Sinterbedingungen

 

Durch Untersuchungen der Porenstruktur (Porosität, REM, Porengröße), Bestimmung der relativen Dichte sowie der mechanischen Festigkeit sollen die hergestellten Keramiken charakterisiert werden.