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Doppelt so hart wie Stahl

Universität Stuttgart und Graveurbetrieb aus Hochdorf entwickeln erodierbare Keramik DiMaCer
Stuttgart, 16.12.2011 | 

Scherben bringen Glück - davon ist zumindest der Volksmund überzeugt. In der Industrie dagegen sorgen zerbrochene Werkzeuge oder Spritzgießformen für verärgerte Mienen. Damit dieses Szenario der Vergangenheit angehört, haben Wissenschaftler der Universität Stuttgart zusammen mit dem Graveurbetrieb Leonhardt aus Hochdorf eine Hochleistungskeramik für den Werkzeugbau entwickelt, die extrem hart und langlebig zugleich ist.

Werkzeuge aus Stahl haben eine kurze Lebensdauer

Bislang werden diese Spritzgießformen meist aus gehärtetem Stahl hergestellt, weil dieser stabil, günstig und unkompliziert zu bearbeiten ist. Allerdings hat er nur eine sehr kurze Lebensdauer. Je nach Beanspruchung können die Werkzeuge schon nach wenigen Stunden abgenutzt sein, so dass sie überarbeitet oder durch neue ersetzt werden müssen. Das kostet nicht nur Zeit, sondern auch Geld, weil jeder Stillstand die Produktionskosten in die Höhe treibt.
Hochleistungskeramik ist ebenfalls hart und eignet sich daher sehr gut, um besonders beanspruchte Bauteile im Werkzeug- und Formenbau herzustellen - beispielsweise für die Automobiltechnik, medizintechnische Geräte oder Konsumgüter. Bislang war deren Herstellung allerdings viel zu teuer, weil sich dieser Werkstoff mit den üblichen Fertigungsverfahren - wie etwa Schleifen oder Polieren - nicht in die gewünschte Form bringen ließ. Allenfalls mithilfe einer Funkenerosion wäre dies möglich gewesen, doch da Keramik keine elektrische Leitfähigkeit besitzt, fiel auch diese Möglichkeit weg.

An diesem Problem beißen sich Forschung und Industrie die Zähne aus

Das ehrgeizige Ziel der Wissenschaftler vom Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB) der Universität Stuttgart und der Firma Leonhardt bestand also darin, die nützlichen Eigenschaften der beiden Werkstoffe zu vereinen. "Eine Idee, wie es funktionieren könnte, war da", erklärt Richard Landfried von der Universität Stuttgart, der das vom Bundeswirtschaftsministerium geförderte Projekt über 18 Monate betreut hat. Damit war er nicht allein, denn an demselben Problem beißen sich andere Firmen bereits seit Jahren die Zähne aus, bislang allerdings ohne nennenswerten Erfolg.

Das Geheimnis der neuen Keramik ist Titancarbid

Landfried und seinem Team ist nun zuerst der Durchbruch gelungen: Discharge Machinable Ceramics, kurz DiMaCer, heißt die entstandene Mischkeramik. Übersetzt bedeutet der Name "erodierbare Keramik". Sie ist nicht nur langlebig, sondern auch elektrisch leitend und daher bearbeitbar. Ihr Geheimnis? Die eingearbeitete Komponente Titancarbid. Daher lässt sie sich problemlos senk- und drahterodieren, sodass auch komplexe Aussparungen hergestellt werden können. Das Ergebnis hat Richard Landfried, Dr. Frank Kern und Prof. Rainer Gadow vom IFKB vollkommen überzeugt: "Die Bearbeitungsgenauigkeit und Qualität der erzeugten Oberfläche hat all unsere Erwartungen übertroffen", sagt Landfried. Auch die Härte hat keineswegs gelitten. In Testversuchen hat sich nämlich herausgestellt, dass die Verschleißfestigkeit der neuen Keramik mindestens zehnmal höher ist als die von gehärtetem Stahl. Selbst befürchtete Probleme bei der Reproduzierbarkeit blieben aus. "Das hätte keiner absehen können", stellt er fest. Die Herstellungskosten sind zwar nach wie vor höher als bei der Verwendung von Stahl, doch ist Landfried zuversichtlich, dass die Vorzüge von DiMaCer sich in Zukunft bewähren werden.
Damit sich diese bahnbrechende Erfindung niemand kopiert, haben beide Projektpartner jetzt ein Patent angemeldet und tüfteln weiterhin an den Werkstoffen der Zukunft.

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