Faserverstärkte Oxidkeramik als innovativer Ansatz in der Gießerei

Neue Materialien für Effizienzsteigerung in Gießereien

In der Aluminiumgießerei werden verschiedene Hilfsmittel eingesetzt, die aus Stahl, Gusseisen oder Keramik bestehen. Metallische Hilfsmittel setzen keramische Schlichten voraus, die regelmäßig erneuert werden müssen, was mit Kosten und Aufwand verbunden ist. Keramische Hilfsmittel hingegen sind ohne Schlichten anwendbar. Daraus werden Produkte, wie Steigrohre, Dosierrohre, Angussbuchsen, Strukturkeramiken für den Feinguss bis hin zu Thermoelementschutzrohren gefertigt. Allerdings neigen herkömmliche Keramiken zu sprödem Bruchverhalten. Dieses Verhalten führt dazu, dass die Keramiken bei einer zu starken mechanischen Belastung, wie etwa einem Stoß oder Schlag, katastrophal versagen. Zudem sind die vorzeitige Verfestigung und Anhaftung von flüssigem Aluminium kein seltenes Ereignis. 

Oxidische faserverstärkte Keramiken (O-CMCs) könnten eine zukunftsweisende Alternative sein. Sie bestehen aus einer porösen keramischen Matrix, die durch Fasern aus Oxidkeramiken verstärkt wird, was ihnen eine hohe Schadenstoleranz verleiht. Im Gegensatz zu herkömmlichen Keramiken, sind mit O-CMCs dünnwandige Bauteile (< 2 mm) realisierbar. Zudem werden sie von Aluminiumschmelzen nicht benetzt.

Laufender Innovationsprozess 

Im Projekt Gießela wird in den nächsten drei Jahren ein innovativer Herstellungsprozess für O-CMC-Gießereihilfsmittel entwickelt. Durch den Einsatz optimierter Verfahren aus der Textiltechnik und Infiltrationstechnologien sollen nachhaltige und benutzerfreundliche Produkte mit gesteigerter Haltbarkeit entstehen. Die Kombination einer endkonturnahen dreidimensionalen textilen Preform mit einer neuartigen Infiltrationstechnologie führt zu Produkten, die konventionellen Gießereihilfsmitteln in Bezug auf thermische Isolationswirkung, Korrosionsbeständigkeit und mechanische Belastbarkeit überlegen sind.

Effizienz, Nachhaltigkeit und Arbeiterwohl 

Durch die schlechte Benetzung von Aluminiumschmelzen auf den O-CMCs könnten schätzungsweise 10 Tonnen brauchbares Aluminium pro Jahr beim Projektpartner vor der Entsorgung gerettet werden. In Verbindung mit deutlich geringeren Wärmeverlusten im Vergleich zu bisher üblichen Artikeln aus Stahl oder Gusseisen schafft das Vorhaben einen Mehrwert in Bezug auf Energie- und Ressourceneffizienz sowie Nachhaltigkeit und Arbeiterwohl. Eine bedeutende Reduzierung von Verunreinigungen in der Aluminiumschmelze durch Legierungselemente aus metallischen Hilfsmitteln würde außerdem die Qualität der Gießereiprodukte erheblich verbessern und Ausschussrate reduzieren.