Tape casting of Cr2AlC MAX phase for multi-material designs

Titel in Übersetzung: Tape Casting der MAX-Phase Cr2AlC für Multi-Material-Designs

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

MAX-Phasen repräsentieren eine Klasse von Materialien, die aufgrund ihrer Kombination aus Eigenschaften metallischer und keramischer Werkstoffe interessant sind. Das ¿M` in ¿MAX¿ steht für ein Übergangsmetall, das ¿A` für ein Element der A-Gruppe und ¿X` für Kohlenstoff und/oder Stickstoff. Eine gut erforschte MAX-Phase ist Cr2AlC, welches einen hohen Widerstand gegen Hochtemperaturoxidation und ein einzigartiges Bruchverhalten aufweist. Im Vergleich dazu sind technische Keramiken vor allem für ihre Eigenschaften wie hohe Härte, Festigkeit und Steifigkeit sowie niedrige Dichte und geringe thermische Ausdehnung bekannt. Cr2AlC kann mit verschiedenen Sinterverfahren hergestellt werden, wie zum Beispiel Heißpressen, Spark Plasma Sintern (SPS) oder drucklosem Sintern. Um MAX-Phasen als Vollmaterial herzustellen, werden Pulver oder Pulvermischungen üblicherweise direkt gesintert. In dieser Arbeit wird ein relativ neuer Ansatz erforscht, bei welchem zuvor tape-gecastete MAX-Phasen gesintert werden, was die Möglichkeit bietet, Laminatstrukturen herzustellen, indem verschiedene Materialien Schicht für Schicht kombiniert werden. Heutzutage werden in der Forschung zunehmend ¿Multi-Material¿-Ansätze verfolgt, um von den Eigenschaften verschiedener Materialien profitieren zu können. Durch die Kombination verschiedener Materialien mit unterschiedlichen thermo-physikalischen Eigenschaften (z.B. thermischer Ausdehnungskoeffizient oder E-Modul) können Eigenspannungen entstehen, die genutzt werden können, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. So kann beispielsweise durch das Einbetten von Schichten mit induzierten Druckeigenspannungen die Schadenstoleranz von Keramiken erhöht werden. In dieser Arbeit wurden monolithisches Cr2AlC und Al2O3 mit Hilfe des Tape Casting-Prozesses hergestellt und entsprechend ihrer thermo-physikalischen und mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Hierfür wurden zuerst keramische Folien aus Schlickern gegossen, die aus Pulver, einem Bindersystem und organischen Lösungsmitteln bestehen. Anschließend wurden die mikrostrukturellen und thermo-physikalischen Eigenschaften der gesinterten Monolithe untersucht. In einem nächsten Schritt wurde ein Multi-Material-Design realisiert, welches Cr2AlC und Al2O3 in einer schichtweisen Anordnung kombiniert. Abschließend wurde das Bruchverhalten des Laminatdesigns untersucht und mit jenem des monolithischen Vollmaterials aus der MAX-Phase verglichen.
Titel in ÜbersetzungTape Casting der MAX-Phase Cr2AlC für Multi-Material-Designs
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Bermejo, Raul, Betreuer (intern)
  • Hofer, Anna-Katharina, Mitbetreuer (intern)
Datum der Bewilligung20 Okt. 2023
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2023

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

Schlagwörter

  • Cr2AlC
  • MAX-Phase
  • Tape Casting
  • Spark Plasma Sintern
  • Laminate
  • Schadenstoleranz

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