Neue Generation feuerfester Werkstoffe zur Reduzierung von Emissionen

Bewertung der Thermoschockempfindlichkeit

Ein komplexes Bewertungsverfahren der Thermoschockempfindlichkeit für feuerfeste Keramiken entwickelt der Lehrstuhl Füge- und Schweißtechnik von Prof. Dr.-Ing. Vesselin Michailov im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogrammes Link zu einer externen Seite "Feuerfest – Initiative zur Reduzierung von Emissionen FIRE". Im Fokus steht die experimentelle und numerische Untersuchung des Thermoschocks unter Berücksichtigung der Anwendungsbedingungen, des Werkstoffverhaltens und der Bauteilgeometrie. Ziel ist es, durch kohlenstoffarme Feuerfestwerkstoffe den Kohlendioxidausstoß weltweit deutlich zu senken und durch verbesserte Wärmedämmung Energie einzusparen.

Für die Weiterentwicklung von Bauteilen aus feuerfesten Keramiken entwickelt und erprobt die Projektgruppe ein zweistufiges Bewertungsverfahren. In der ersten Stufe, mit Hilfe des erweiterten Simulations- und Prüfzentrums Gleeble 3500 ließen sich die thermomechanischen Eigenschaften an Laborproben aus verschiedenen Feuerfestwerkstoffen hergestellt von SPP-Projektpartnern ermitteln. Keramische Platten wurden aus den gleichen Werkstoffen mittels des entwickelten Thermoschock-Plasmastrahlprüfstands und der Finite Element (FE)-Simulation untersucht und kritische Spannungen und Versagenskriterien unter Thermoschockbelastung bestimmt.

Es zeigte sich, dass die genaue Bestimmung des Rissentstehungsortes eine entscheidende Bedeutung für die Ableitung des Versagenskriteriums hat. Um den Versagensort unter Thermoschockbelastung eindeutig zu lokalisieren, arbeitet die Forschergruppe von Prof. Dr.-Ing. Vesselin Michailov an einer Weiterentwicklung der Thermoschockprüfung für gekerbte Proben. Für die Bestimmung des Versagenskriteriums bereitet das Team die gekoppelte thermomechanische FE-Simulation für 3D-Modelle mit Kerben auf. Erprobt wird die erweiterte Vorhersagemethode in der zweiten Stufe an mindestens einem Demonstrator-Bauteil. Das Versagen der Bauteile wird anhand der ermittelten Kriterien mit der FE-Methode simuliert und mit den Versuchen validiert.

Projektpartner sind: