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Richard Landfried
Funkenerosiv bearbeitbare Keramiken für den Werkzeug- und Formenbau
Hochleistungskeramiken sind durch eine hohe Festigkeit, Zähigkeit und insbesondere eine herausragende Verschleißbeständigkeit charakterisiert. Dies sind Eigenschaften, die unter anderem zur Standzeiterhöhung hoch verschleißbeanspruchter Bauteile im Werkzeug- und Formenbau unumgänglich sind, wenn häufige Nacharbeit oder teure Nachproduktion vermieden werden sollen. Die Herstellung keramischer Bauteile mit komplexen Geometrien und feinen Strukturen bei geringen Losgrößen ist über konventionelle Fertigungsverfahren nicht möglich oder aufgrund der hohen Härte der Keramiken sehr unwirtschaftlich.
Verfahren wie das Senk- oder Drahterodieren sind im Werkzeug- und Formenbau seit langem zur Bearbeitung von Werkstoffen mit hoher Härte etabliert. Diese berührungs- und kraftlosen Fertigungsverfahren sind unabhängig von der Werkstückhärte und ermöglichen eine Bearbeitung verschleißfester Werkstoffe durch thermisch verursachten Materialabtrag. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit Mehrphasenkeramiken mit oxidischer Matrix erforscht, die sich durch funkenerosive Prozesse bearbeiten lassen. Um den Anforderungen an die keramischen Bauteile hinsichtlich Verschleißbeständigkeit, Festigkeit und Zähigkeit gerecht zu werden, konzentriert sich diese Arbeit auf die Entwicklung und Bearbeitung von Zirkonoxidverstärktem Aluminiumoxid (ZTA). Die elektrische Leitfähigkeit, welche für die funkenerosive Bearbeitung notwendig ist, wird hierbei durch die Zugabe von Hartstoffen wie TiC realisiert.
Wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit ist die Herstellung von elektrisch leitfähigen Hochleistungskeramiken und die gezielte Veränderung der Werkstoffzusammensetzung zur Analyse der Auswirkungen einzelner Einflussgrößen auf die mechanischen Materialeigenschaften und die Bearbeitbarkeit über funkenerosive Fertigungsprozesse. Dabei werden insbesondere die Einflüsse der Hartstoffwahl, des Hartstoffanteils am Materialvolumen und der Partikelgrößenverteilung des verwendeten Hartstoffpulvers untersucht. Aber auch die Auswirkungen der Zusammensetzung der oxidkeramischen Matrix, der Stabilisierung der ZrO2-Verstärkungsphase und der in situ Bildung stäbchenförmiger Cer-Hexaaluminate auf die Zielgrößen werden analysiert. Das Potential der entwickelten ZTA-TiC Keramiken, welche die besten Eigenschaftskombinationen zur Erfüllung des Anforderungsprofils zeigen, wird darüber hinaus sowohl anhand von grundlegenden als auch von praxisnahen Verschleißversuchen aufgezeigt.
Verfahren wie das Senk- oder Drahterodieren sind im Werkzeug- und Formenbau seit langem zur Bearbeitung von Werkstoffen mit hoher Härte etabliert. Diese berührungs- und kraftlosen Fertigungsverfahren sind unabhängig von der Werkstückhärte und ermöglichen eine Bearbeitung verschleißfester Werkstoffe durch thermisch verursachten Materialabtrag. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit Mehrphasenkeramiken mit oxidischer Matrix erforscht, die sich durch funkenerosive Prozesse bearbeiten lassen. Um den Anforderungen an die keramischen Bauteile hinsichtlich Verschleißbeständigkeit, Festigkeit und Zähigkeit gerecht zu werden, konzentriert sich diese Arbeit auf die Entwicklung und Bearbeitung von Zirkonoxidverstärktem Aluminiumoxid (ZTA). Die elektrische Leitfähigkeit, welche für die funkenerosive Bearbeitung notwendig ist, wird hierbei durch die Zugabe von Hartstoffen wie TiC realisiert.
Wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit ist die Herstellung von elektrisch leitfähigen Hochleistungskeramiken und die gezielte Veränderung der Werkstoffzusammensetzung zur Analyse der Auswirkungen einzelner Einflussgrößen auf die mechanischen Materialeigenschaften und die Bearbeitbarkeit über funkenerosive Fertigungsprozesse. Dabei werden insbesondere die Einflüsse der Hartstoffwahl, des Hartstoffanteils am Materialvolumen und der Partikelgrößenverteilung des verwendeten Hartstoffpulvers untersucht. Aber auch die Auswirkungen der Zusammensetzung der oxidkeramischen Matrix, der Stabilisierung der ZrO2-Verstärkungsphase und der in situ Bildung stäbchenförmiger Cer-Hexaaluminate auf die Zielgrößen werden analysiert. Das Potential der entwickelten ZTA-TiC Keramiken, welche die besten Eigenschaftskombinationen zur Erfüllung des Anforderungsprofils zeigen, wird darüber hinaus sowohl anhand von grundlegenden als auch von praxisnahen Verschleißversuchen aufgezeigt.
Schlagwörter: Keramik; erodierbar; Funkenerosion; ZTA; EDM
Forschungsberichte des Instituts für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB)
Herausgegeben von o. Prof. Dr. rer. nat. Dr. h.c. mult. Rainer Gadow, Stuttgart
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Shaker Verlag GmbHAm Langen Graben 15a52353 Düren
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