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F&E-Zentrum für Transparentkeramik eröffnet

Dursichtig wie Glas, aber wärmebeständig und kratzfest wie Keramik – Transparentkeramik ist ein besonderer Werkstoff, dessen Herstellung nicht nur ein spezielles Know-how, sondern auch spezialisierte Geräte und Anlagen benötigt. Zukünftig soll Transparentkeramik noch stärker ihre Vorteile Robustheit, Härte, Transmission und Wirtschaftlichkeit gegenüber Glas und Saphir ausspielen. Der Grund: Das Fraunhofer Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS eröffnete Ende August ein neues Forschungs- und Entwicklungszentrum für Transparentkeramik, um mit Industriepartnern neuartige, wirtschaftliche Anwendungen zu entwickeln.

Für Forschung und Kooperationen

Zur neuen Infrastruktur gehören Geräte und Anlagen zur Konditionierung hochreiner Pulver, Formgebung, Wärmebehandlung, Laser- sowie Ultrapräzisionsbearbeitung. „Die wichtigsten Aufgaben, die wir uns gestellt haben, liegen zum einen darin, Transparentkeramik in exzellenter Qualität im Pilot- und Serienmaßstab zu fertigen“, betont Dr. Martin Drüe, Gruppenleiter Transparentkeramik am Fraunhofer IKTS. „Dabei spielen Reinheit und hohe Transparenz eine entscheidende Rolle. Zum anderen freuen wir uns auf spannende, zukunftsweisende Entwicklungsarbeiten zusammen mit Industriepartnern. Hierbei wird es nicht nur um Werkstoffanalyse und -entwicklung, Konstruktion oder Formgebung der Keramik gehen, sondern auch um einsatzspezifische Fragestellungen bei der Systemintegration. Denn oftmals betrifft es Anwendungen, die Transparentkeramik im Verbund mit anderen Materialien – etwa Glas, Titan oder Edelmetalle – erfordern.“
Das Forschungs- und Entwicklungszentrum für Transparentkeramik soll europaweit einzigartig sein. „Wir besitzen nun eine Infrastruktur für die komplette Prozesskette zur Herstellung von Transparentkeramikbauteilen nicht nur im Labor-, sondern auch im Pilot- und Serienmaßstab“, sagt die Abteilungsleiterin Oxidkeramik Dr. Sabine Begand.  „Damit erweitern wir enorm unsere Kompetenz und die Einsatzvarianz von transparenter Keramik.“ Dieser Kompetenzsprung ist nun möglich, weil das IKTS nach eigenen Angaben die Sparte Transparentkeramik und die Marke Perlucor von der Firma Ceramtec-Etec übernommen hat. Rund 20 Fertigungsanlagen und 100 Kleingeräte mit einer Produktionsfläche von 700 m² wurden dem Fraunhofer-Institut zufolge seitdem am Standort Hermsdorf in die Institutsinfrastruktur integriert. Der Freistaat Thüringen förderte diese Maßnahme mit 2,5 Millionen Euro.

Ein Kernstück der zahlreichen Anlagen im F&E-Zentrum ist die Heiß-Isostatische Presse (HIP). Hier werden die keramischen Bauteile bei bis zu 2000 °C und 2000 bar thermisch nachverdichtet. Bild: Fraunhofer IKTS

 

Industriepartner können die technische Infrastruktur des F&E-Zentrums als Dienstleistung nutzen, Versuche durchführen und beispielsweise von den Ergebnissen mechanischer Tests, Laminier- sowie Bedruckversuche profitieren, so das Fraunhofer-Institut. Prototypen und Pilotserien mit Stückzahlen von ca. 10 000 Einheiten sowie eine Bauteilvergrößerung auf das fast Vierfache sollen nun möglich sein. Auch das Fügen von transparenter Keramik steht im Entwicklungsfokus, um die Geometrievielfalt weiter zu steigern. Zudem haben sich die IKTS-Forschenden nach eigenen Angaben zum Ziel gesetzt, die Reproduzierbarkeit der Bauteilfertigung stetig zu erhöhen.

Hart, temperaturbeständig und chemisch stabil

Transparentkeramik hat nach Angaben der Forschenden hervorragende mechanische und optische Eigenschaften: Das Material ist viermal härter als Glas und hat eine deutlich bessere Transmission von Lichtstrahlen, auch im Infrarot- und UV-Bereich. Zudem soll sich der Werkstoff durch hohe Kratzfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit auszeichnen. Aufgrund der hohen Härte eignet sich das Material laut den Forschenden ideal für ballistische Schutzanwendungen – etwa im Verbund mit Substraten wie Glas oder Kunststoff lässt sich bei gleicher Schutzwirkung das Bauteil deutlich dünner gestalten, was Material und somit Gewicht reduziert. Transparentkeramik zeigt ihre Stärken aber auch in Bereichen wie autonomes Fahren, Fahrassistenz-, Transport-, Luftfahrt- oder Laserkopfschutzsystemen. Neben den ausgezeichneten transmittierenden und mechanischen Eigenschaften erweisen sich chemische Stabilität sowie biologische Verträglichkeit von Transparentkeramik als ideal für Anwendungen in der Medizintechnik – etwa bei Mikroimplantaten. Interaktive Displayscheiben wie Head-Up-Displays müssen ebenfalls robust und trotzdem leicht sein. Das fordern vor allem Produzenten von mobilen Endgeräten und anderen High-End-Anwendungen, für die die Transparentkeramik nach Meinung der Forschenden geradezu prädestiniert ist.
Zu den Industrien, die in hohem Maße von Transparentkeramik profitieren können, zählen Optik, Opto-Elektronik, Zivilschutz, Sicherheitstechnik, Medizintechnik, Laser- und Sensortechnik, Scanner- und Displaytechnologie, Fahrzeug-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie der Maschinenbau.

Link zur Gruppe Transparentkeramik des Fraunhofer IKTS

 

Quelle und Bild: www.ikts.fraunhofer.de



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