Hochleistungskeramik

Hochleistungskeramiken werden als Strukturkeramik sehr häufig in Anwendungen mit tribologischen Beanspruchungen eingesetzt, weil sie temperaturbeständig, medienbeständig und verschleißbeständig sind. Darüber hinaus ermöglichen sie sehr niedrige Reibwerte – bis hin zu Supraschmierung – und tragen dazu bei, die Energieeffizienz in tribologischen Systemen zu verbessern.

Der sichere Einsatz und die Nutzung der Vorteile von Keramiken erfordern nicht nur eine tribologische Optimierung, sondern auch eine möglichst werkstoffgerechte Gestaltung auf der Basis der Werkstoffkennwerte.

Wir helfen Keramikherstellern, ihre Werkstoffe im Hinblick auf spezifische Einsatzfälle zu optimieren. Für die Anwender von Keramikbauteilen prüfen und simulieren wir keramische Werkstoffe und Komponenten einsatznah. 

FuE-Leistungen zu Hochleistungskeramik für Ihr Unternehmen

Mechanische Prüfungen  

• Mechanische Festigkeit und E-Modul bei Temperaturen bis 1200 °C
• Bruchzähigkeit mit der SEVNB- und CNB-Methode
• Dynamische und zyklische Festigkeit, unterkritisches Risswachstum
• Biaxiale Festigkeit: Ball-on-3-balls-Prüfung

Tribologische Bauteilprüfungen

• Prüfung von Gleitringdichtungen bei Drücken bis 15 bar und Temperaturen bis 120 °C
• Prüfung von Wälz- und Gleitlagern
• Gleitringdichtungen unter elektrochemischem Einfluss
• Gleitlagerprüfung bei Hohen Temperaturen 

Schadensanalysen

• Schadensanalyse nach VDI Richtlinie 3822
• Keramografie und Fraktografie

Werkstoff- und Bauteilsimulation

Modellierungen mit Finiten Elementen:

• Belastungsanalysen mit und ohne tribologischen Kontakt
• Risswachstum in keramischen Mikrostrukturen
• Zuverlässigkeit und Lebensdauer 

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Ausgewählte Forschungsprojekte

Tribologische Untersuchungen von Diamant-SiC-Kompositen für Anwendungen im Subsea-Bereich

Für eine Rohstoffförderung aus dem Meer werden Anlagen benötigt, die unter Wasser betrieben werden können. Die Anforderungen hinsichtlich Lebensdauer und Zuverlässigkeit sind extrem. Für mediengeschmierte Gleitlager und Gleitringdichtungen werden Werkstoffe und Komponenten gebraucht, die diese Anforderungen erfüllen können. In einem Verbundprojekt wurden hierfür Komponenten aus SiC-gebundenem Diamant entwickelt. 

Weitere Informationen:

Projektprofil: SubSeaSlide: Tribologische Untersuchungen von Diamant-SiC-Kompositen für Anwendungen im Subsea-Bereich - Fraunhofer IWM

Steigerung der Energieeffizienz von wassergeschmierten Reibpaarungen in Pumpen

Ein wesentlicher Teil des Energieverbrauchs in Pumpen ist auf Reibungsverluste der Gleitlagerungen und Gleitringdichtungen zurückzuführen. Obwohl in den letzten Jahren der Energieverbrauch durch Reibungsoptimierung deutlich reduziert werden konnte, besteht weiterhin Bedarf an neuen Lösungsansätzen zur Reibminimierung und damit Effizienzverbesserung der Pumpen. Im Verbundprojekt EWARP wurden so genannte Hart/Weich-Paarungen betrachtet, bei denen eine DLC-beschichtete Gleitkomponente als Axiallager, Radiallager oder Gleitringdichtung mit einem Gegenläufer aus Kohlegrafit kombiniert wird.

Weitere Informationen:

Projektprofil: EWARP: Steigerung der Energieeffizienz von wassergeschmierten Reibpaarungen in Pumpen - Fraunhofer IWM

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Publikationen

• Presser, V; Krummhauer, O; Nickel, KG; Kailer, A; Berthold, C; Raisch, C; Tribological and hydrothermal behaviour of silicon carbide under water lubrication,Wear,266,7-8,771-781,2009,Elsevier
• Khader, I; Hashibon, A; Albina, J-M; Kailer, A; ,Wear and corrosion of silicon nitride rolling tools in copper rolling,Wear,271,9-10,2531-2541,2011,Elsevier
• Presser, V; Nickel, KG; Krummhauer, O; Kailer, A; ,A model for wet silicon carbide tribo-corrosion,Wear,267,1-4,168-176,2009,Elsevier
• Presser, V; Krummhauer, O; Kailer, A; Nickel, KG; ,In situ monitoring and depth-resolved characterization of wet wear of silicon carbide,Wear,271,9-10,2665-2672,2011,Elsevier
• Kailer, A; Amann, T; Krummhauer, O; Herrmann, M; Sydow, U; Schneider, M; ,Influence of electric potentials on the tribological behaviour of silicon carbide,Wear,271,9-10,1922-1927,2011,Elsevier
• Nickel, KG; Presser, V; Krummhauer, O; Kailer, A; Wirth, R; ,Hydrothermal oxidation of silicon carbide and its bearing on wet wear mechanism,"Corrosion, Wear, Fatigue, and Reliability of Ceramics, Volume 29, Issue 3",,3,143,2009,John Wiley & Sons
• Khader, Iyas; Renz, Alexander; Kailer, Andreas; Haas, Daniel; ,Thermal and corrosion properties of silicon nitride for copper die casting components,Journal of the European Ceramic Society,33,3,593-602,2013,Elsevier
• Khader, Iyas; Kürten, Dominik; Kailer, Andreas; ,A study on the wear of silicon nitride in rolling–sliding contact,Wear,296,1-2,630-637,2012,Elsevier
• Franco Steier, Volker; Koplin, Christof; Kailer, Andreas; ,Influence of pressure-assisted polymerization on the microstructure and strength of polymer-infiltrated ceramics,Journal of materials science,48,,3239-3247,2013,Springer US
• Schröder, Christian; Renz, Alexander; Koplin, Christof; Kailer, Andreas; ,Assessment of low-temperature degradation of Y-TZP ceramics based on Raman-spectroscopic analysis and hardness indentation,Journal of the European Ceramic Society,34,16,4311-4319,2014,Elsevier
• Amann, Tobias; Kailer, Andreas; Herrmann, Mathias; ,Influence of electrochemical potentials on the tribological behavior of silicon carbide and diamond-coated silicon carbide,Journal of Bio-and Tribo-Corrosion,1,,1-14,2015,Springer International Publishing
• Renz, Alexander; Khader, Iyas; Kailer, Andreas; ,Tribochemical wear of cutting-tool ceramics in sliding contact against a nickel-base alloy,Journal of the European Ceramic Society,36,3,705-717,2016,Elsevier

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