Intelligente Filter – Beitrag zum Recycling von metallischen Werkstoffen

Abguss einer Stahlschmelze im Stahlgusssimulator am Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik der TU Bergakademie Freiberg / Bildquelle: Steffen Dudczig

Ein engagiertes Team aus Wissenschaftlern und Doktoranden der TU Bergakademie Freiberg forscht seit vier Jahren im SFB 920 an der Einstellung exzellenter, an die Bauteilbeanspruchung angepasster funktionaler und adaptiver mechanischer Eigenschaften für einen Innovationsschub in Sicherheits- und Leichtbaukonstruktionen. Dieses Ziel soll mittels erheblichen Reduzierung von anorganischen nichtmetallischen Einschlüssen in der Metallmatrix beim Einsatz intelligenter Filterwerkstoffe beziehungsweise Filtersysteme erreicht werden. Die DFG hat der Fortsetzung des Sonderforschungsbereiches „Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration – ein Beitrag zu Zero Defect Materials“ zugestimmt.

Damit kommt man dem Wunsch der Industrie nach einem höheren Reinheitsgrad und geringeren Ausschussraten nach. Die neuen Filtersysteme können unerwünschte anorganische nichtmetallische Einschlüsse in der Metallmatrix erheblich reduzieren. Mit der damit verbundenen Verbesserung der mechanischen Eigenschaften metallischer Bauteile kann ein Beitrag zum Recycling von metallischen Werkstoffen geleistet werden, so Prof. Christos Aneziris, Sprecher des Sonderforschungsbereiches.

In der zweiten Förderperiode des SFB 920 werden bis 2019 22 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus elf Instituten von vier Fakultäten der TU Bergakademie Freiberg gemeinsam an der gezielten Multifiltration von nichtmetallischen Einschlüssen unterschiedlicher Chemie und Kristallsysteme aus Metallschmelzen forschen. In den kommenden vier Jahren werden insbesondere funktionale Schichten für eine Multifiltration von unterschiedlichen Einschlüssen mit einer funktionalen Schicht untersucht. Dabei wird angestrebt, die Reduzierung von Einschlüssen direkt nach ihrer Genese mit Hilfe von metastabilen Phasen in den funktionalen Schichten zu ermöglichen.

Die Erforschung neuartiger Filterwerkstoffe sowie ein an die Filtrationstechnik angelehntes modellunterstütztes Filterdesign der Mikro- und Makrostruktur ermöglichen die Herstellung von dünn- als auch dickwandigen, höchst beanspruchbaren Komponenten auf Basis Stahl, Eisen, Aluminium und Magnesium mit bahnbrechenden Eigenschaften – Festigkeit, Zähigkeit, Ermüdungsresistenz – für die Sicherheit der Insassen von Kraft-, Schienen- und Luftfahrzeugen. Darüber hinaus werden zukunftsträchtige Anwendungsfelder in der Elektronikindustrie am Beispiel Filtration von Kupfer und Silizium, in der Verpackungsindustrie am Beispiel Aluminiumfolien und in der Filtrationstechnik und Konditionierung von Behandlungsschlacken erschlossen. Das Ziel einer höheren Materialeffizienz sowie der Reduktion des Energieaufwandes und der CO₂-Emissionen rückt damit in greifbare Nähe.

Als Ergebnis der erfolgreichen Forschungsarbeit im SFB 920 konnten bis heute mehr als 140 wissenschaftliche Beiträge in Fachzeitschriften und Konferenzbänden publiziert werden. Davon sind 85 Veröffentlichungen in Publikationsorganen mit einer wissenschaftlichen Qualitätssicherung erschienen, von denen 70 Prozent als vernetzte Publikationen der Teilprojekte untereinander aufgeführt werden können. Die Doktoranden waren an mehr als 80 Prozent der Publikationen als Erstautoren beteiligt. Im Jahr 2014 wurden bereits drei Patente im Projektbereich „Filterwerkstoff“ erteilt.

Bereits im Februar 2015 wurden die bisherigen Ergebnisse und die geplante Forschungsarbeit im SFB 920 von einem Gutachtergremium der DFG mit „sehr gut bis exzellent“ bewertet. Auf dieser Grundlage entschied der Bewilligungsausschuss der DFG über die Fortsetzung der Förderung des SFB 920 mit rund 9,5 Millionen Euro.

In 21 wissenschaftlichen Teilprojekten werden die Doktoranden und Nachwuchswissenschaftler auf den Gebieten der Materialforschung, Modellierung, Verfahrenstechnik, Prüftechnik, Mathematik, Informatik und Visualisierung eng zusammenarbeiten.

http://www.tu-freiberg.de