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Kompetenzen IKTS Keramiken

Fraunhofer Allianz Nanotechnologie
 

  Hochfeste transparente Komponenten aus Sub-µm-Al2O3-Keramiken

Sub-µm- und Nano-Technologien für durchsichtige und IR-transparente Komponenten höchster Festigkeit, Härte und Verschleißresistenz mit extremer thermischer und chemischer Stabilität.

Herkömmliche "Transparent-" Keramiken zeigen infolge grobkörniger Gefüge (> 20 µm) niedrige mechanische Kennwerte und, im Fall von Korund (a-Al2O3), für ungestreutes Licht eine geringe In-Line-Transmission < 15 %; sie sind damit nicht klar-durchsichtig und somit eher transluzent als wirklich transparent. Die neuen transparenten Sub-µm-Korund-Keramiken (Bild 1) vermeiden diese Nachteile bei äußerst formflexibler Herstellbarkeit.

 

Transparent-Keramik aus Sub-µm-Sinterkorund
Bild 1: Transparent-Keramik aus Sub-µm-Sinterkorund. 4-Punkt-Festigkeit 650-700 MPa (3-Punkt: ca. 800 MPa), Vickers-Härte HV10 > 2000. Die Durchsichtigkeit des Hohlkörpers wird durch einen zentralen Draht und die XXX-Markierung auf der Rückseite (!) demonstriert.

  Vorteile
  • In-Line-Transmission (Wellenlänge = 640 nm, Apertur = 0.57 °) > 50 % bei Dicke 0,8 mm (Bild 2)
  • Für Wellenlängen > 2 µm gleiche hohe Infrarot-Transmission wie Saphir (Bild 3)
  • Deutlich erhöhte Festigkeit (650-850 MPa) und Härte (Bild 4) sowie Kratz- und Verschleißresistenz
  • Beständigkeit in aggressiven Medien
  • Flexible Formgebung per Gießtechnologie (flache Scheibe, Hohlkörper); Übertragbarkeit auf andere Stoffe
Durchsichtigkeit hochdichter Al2O3-Gefüge mit Sub-µm-Struktur
Bild 2: Hohe Transmission ungestreuten Lichtes ("Durchsichtigkeit") hochdichter
Al2O3-Gefüge mit Sub-µm-Struktur.
  Leistungsangebot
  • Entwicklung hochfester Transparent-Keramik, z.B. auf Basis von Korund (a-Al2O3) mit Sub-µm-/ Nano- Strukturen
  • Alternative Entwicklungen mit kommerziellen oder neuen Nano-Rohstoffen
  • Technologische Untersuchungen zum Upscaling und zur Produktentwicklung; Rohstofferprobung und Formgebungsentwicklungen
  • Untersuchungen zum Verhalten im technischen Einsatz
Infrarot-Transmission von gesintertem Sub-µm Al2O3
Bild 3: Gleiche Infrarot-Transmission von gesintertem Sub-µm Al2O3 wie Saphir
im wichtigen Bereich 3-5 µm.
Chemisch und themisch stabile Transparentkeramiken durch kleiner Korngrößen
Bild 4: Verminderte Korngrößen geben chemisch und thermisch stabile a-Al2O3-(Korund-)
Transparentkeramiken mit höchster Festigkeit und Härte

Weitere Beispiele der "Forschung & Entwicklung zu Nano- und Submikro-Technologien
im Fraunhofer-IKTS Dresden" als PDF-Datei (1,2 MB) downloaden

 

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