Innovative Metall- und Keramikverarbeitung

11M2221

Master

Deutsch

5.0

nur Wintersemester

1 Semester

Für die Praxis eines M.Sc. in der metallischen oder keramischen fertigenden Industrie steht das Verständnis über die Relevanz der ersten Aufreinigungsschritte und der gesamten Prozessierung von den Rohstoffen zur Gewährleistung reproduzierbarer Eigenschaften und zur Fehlervermeidung im Fokus des Arbeitsgeschehens. Aus diesem Grund ist es Ziel dieses Moduls neben konventionellen Verarbeitungsschritten, die modernen und innovativen Methoden, wie den 3D Druck grundlagenständig zu beleuchten und zu vermitteln. Darüber hinaus sollen technische Ansätze wie moderne Hochdurchsatzverfahren, Design of Experiments-Ansätze und KI-basierte Datenauswertung zum Einsatz kommen.

1. Metalle:
1.1    Metallurgische Prozesse
1.1.1    Thermodynamik der Phasengleichgewichte in Legierungen und Berechnung von Zustandsdiagrammen
1.1.1    Übergang von Flüssig nach Fest: Keimbildung und der Zusammenhang zwischen Prozessparameter, Gefügebildung und Eigenschaften
1.2     Prozessroute additive Fertigung von Metallen
1.2.1      Pulverherstellung: Verdüsungs-Methoden und deren Einfluss, Einfluss Prozessparameter, Verhältnis Wagner- & Reynoldszahl, Equilibrium-ferne Abkühlung, Ausscheidungsbildung, Seigerungen, etc., funktionale Pulvereigenschaften
1.2.2     Pulveraufbereitung: Sieben, Windsichten, Partikelgrößenverteilung
1.2.3     Fertigung: Pulverbettverfahren, Filamentverfahren, hybride Verfahren, LMD (Hochdurchsatz, Bauteilfertigung), Einfluss der Verfahren auf Mikrostruktur und ausgewählte Materialeigenschaften
1.2.4     Vergleich zwischen Gefüge additiv gefertigt und gegossene Probenkörper

1.3  Materialentwicklung durch Additive Fertigung
1.3.1    Computergestütztes Legierungsdesign und Hochdurchsatzverfahren
1.3.2    Integrated Computational Materials Engineering (ICME)
1.3.3    Legieren während Verdüsung
1.3.4    Hochdurchsatz-LMD und DoE sowie KI-basierte Auswertemethoden (Gastvortrag GE)

2. Keramiken
2.1 Technologien der Keramik
      2.1.1  Rohstoffe,  Pulversynthese, Aufbereitung , Stoffkreisläufe, Mahlen, Granulieren, Dotieren und Modifizieren
      2.1.2  Verdichtung und Formgebung: Trockenpressverfahren, Schlickerguß, keramischer Spritzguß, Strangpressverfahren 
      2.1.3  Postprocessing

2.2 Optimierung von Material und Prozess
      2.2.1  Nanogranulate
      2.2.2 Stabilisierung, Dotierung
      2.2.3 3D-Druck Verfahren
      2.2.4 Thermische Verfahren: Flüssigphasen und Festphasensinterung 
      2.2.5  Weich- und Hartbearbeitung, Chancen & Risiken, Erkennnen von Verarbeitungsfehlern

3 Kombination Metalle und Keramiken

3.1  Entwicklung von ODS-Legierungen (Verstärkung von Metallen mit Nano-Keramikpartikeln)
       3.1.1 Pulvermodifikation in situ und als Nachbehandlung
       3.1.2 Nanopartikelverteilung und Einfluss auf die Gefügemorphologie
       3.1.3 Einfluss auf funktionale Pulvereigenschaften

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

• Klausur oder
• mündliche Prüfung

• experimentelle Arbeit

Die Wahl der Prüfungsart aus den vorgegebenen Optionen obliegt den jeweils Prüfenden. 
Die Wahl der Prüfungsart wird den Studierenden zu Semesterbeginn mitgeteilt.

Benotete Prüfungsleistung
- Klausur: siehe jeweils gültige Studienordnung
- mündliche Prüfung: siehe jeweils gültigen Allgemeinen Teil der Prüfungsordnung (ATPO)

Unbenotete Prüfungsleistung
- Experimentelle Arbeit: Die experimentelle Arbeit besteht aus zwei Versuchsteilen, einem je im metallischen und einen im keramischen Bereich. Diese Versuche sind mit einem Bericht abzuschließen.

In dem Modul werden Grundkenntnisse der Metallkunde und Glas und Keramik vorausgesetzt , wie sie in Einführungsmodulen zu Werkstofftechnik, Metallkunde und Glas und Keramik erworben werden.

Folgende Grundlagenliteratur wird empfohlen:

G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde, Springer, 2007
W. Dahl, Werkstoffkunde Stahl, Band 1: Grundlagen, Springer-Verlag, 1984
E. Hornbogen, H. Warlimont, Metallkunde: Aufbau und Eigenschaften von Metallen und Legierungen, Springer-Verlag, 2000

Salmang, H., & Scholze, H. . Die physikalischen und chemischen Grundlagen der Keramik, Springer-verlag, 2013
Kollenberg, W. (Ed.). Technische Keramik: Grundlagen, Werkstoffe, Verfahrenstechnik. Vulkan-Verlag GmbH. 2004

Studierende können über die aus dem Bachelorstudium bekannten Verarbeitungstechniken auch innovative und herausfordernde Techniken bspw. den 3D-Druck an Metallen oder Keramiken erläutern und konkrete Voraussetzungen/Prozesseinstellungen benennen.

Die Studierenden vertiefen darüber hinaus das Hintergrundwissen über die Konzipierung der speziellen Pulver und Granulate.

Die Studierenden reflektieren Vor- und Nachteile der Partikelaufbereitungstechniken und beurteilen verschiedene Zielgrößen.

Sie leiten anhand von zur Verfügung gestellten Daten Parktikelgrößen - Eigenschaftkollelationen ab zur Prozessoptimierung.

Anhand von eigenen Daten und Literaturergebnissen arbeiten die Studierenden optimale Parameter in Hinblick verschiedener Material- oder Prozessparameter heraus.

• Strickstrock, Monika

• Jahns, Katrin
• Strickstrock, Monika