Polymerkeramische Verbundwerkstoffe und deren Verarbeitung durch duroplastische Formgebungsmethoden

Thema

© IKTS
Polymerkeramische Bauelemente: Reflektoren für UV-LED-Arrays
© IKTS
Package für mikroelektronische Schaltung mit Betriebstemperatur bis 300°C
© IKTS
Polymerkeramische Ummantelung thermisch hoch belasteter Funktionselemente: Elektrischer Anlaufwiderstand

Arbeitsgebiet

 

Als Polymerkeramiken werden anorganisch-organische Verbundwerkstoffe bezeichnet, die aus keramischen Füllstoffen und einer Matrix aus siliciumorganischen Polymeren - in erster Linie Polysiloxanen - bestehen. Die Bildung der Polymerkeramiken basiert auf der chemischen Vernetzung funktionalisierter Harze, die sich weiterhin durch thermische Nachbehandlung in keramikähnliche Strukturen umwandeln lassen.Polymerkeramiken können durch eine breite Palette plastischer Formgebungsmethoden wie z. B. duroplastischen Spritzguss oder Heiß- bzw. Kaltextrusion verarbeitet werden. Polymerkeramiken zeichnen sich neben einer hohen thermischen Stabilität (Einsatztemperaturen z. T. über 600 °C) auch durch eine geringe Schwindung, hohe Formstabilität und Maßhaltigkeit aus. Relevante Gebrauchseigenschaften (z. B. elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, dielektrische Eigenschaften) und Verarbeitungsparameter können durch die Auswahl geeigneter funktioneller Füllstoffe und Bindersysteme anwendungsspezifisch angepasst werden.Der Einsatz polymerkeramischer Werkstoffe zahlt sich überall dort aus, wo eine kostengünstige, einfache Verarbeitung des Materials bzw. plastische Formgebung für komplizierte Formen gefordert ist und die thermische Stabilität von Kunststoffen nicht ausreicht. So wurde eine Reihe von thermisch hoch belasteten Bauteilen in elektrotechnischen Anwendungen entwickelt. Die Vielfalt der Nutzungsmöglichkeiten von Polymerkeramiken konnte ebenfalls anhand der Entwicklung von Fügemitteln und Schaumwerkstoffen mit hoher thermischer Stabilität und Wärmeisolation demonstriert werden.

 

Leistungsangebot

 

  • Entwicklung anwendungsoptimierter polymerkeramischer Verbundwerkstoffe (z. B. funktionalisierte Eigenschaften, optimierte thermische Stabilität, Fügepasten, Schaummaterialien)
  • Entwicklung von polymerkeramischen Bauteilen bzw. Verbunden aus applikationsbezogenen Funktionselementen und Polymerkeramik und deren Herstellungsverfahren auf der Basis plastischer Formgebungstechnologien
  • Muster- und Kleinserienfertigung
  • Werkstoffaufbereitung (Spritzgussgranulate, reaktive Halbzeuge)
  • Thermo- und duroplastische Formgebung (Spritzguss, Extrusion, Warmpressen)
Duroplastischer Spritzguss von Polymerkeramik
Duroplastischer Spritzguss von Polymerkeramik.

Technische Ausstattung

 

  • Misch-, Walz- und  Extrusionsanlagen zur Rohstoffaufbereitung
  • Hochdruckspritzgussanlagen
  • Ofenanlagen mit Steuerung der Gasatmosphäre
  • Messkneter, Oszillationsrheometer und Spritzgusswerkzeuge mit Innendruckmessung zur Bestimmung von Fließeigenschaften hochviskoser und reaktiver Systeme und Auslegung von Spritzguss-Prozessparametern

Entwicklung von Formeinsätzen aus Keramiken und keramikähnlichen Kompositen durch Urformverfahren

Dieses Projekt wird gefördert durch

 

Das vom Freistaat Thüringen geförderte Vorhaben wird durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.

Förderkennzeichen 2016 FE 9147
Projektlaufzeit 01.05.2017 – 28.02.2020
Projektpartner FKT Formenbau und Kunststofftechnik GmbH, Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme, ifw -  Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GmbH, KOMOS GmbH Komponenten Module Systeme, wilhelm plastic GmbH & Co. KG, Rauschert Heinersdorf-Pressig GmbH

 

Beschreibung des Vorhabens


Ziel des Gesamtvorhabens (Verbundvorhabens-Nr.: 2016 VF 0047) ist die wirtschaftliche Werkzeugherstellung mit keramischen Formeinsätzen für den Kleinserienspritzguss von bis zu 10 000 Bauteilen und Sicherung der Serienqualität/-quantität bei zunehmend individualisierter Produktvielfalt.
Im Teilprojekt des IKTS, Institutsteil Hermsdorf werden zeit- und kostensparende Fertigungsverfahren auf der Basis ressourcenschonender Urformverfahhren wie Liquid Ceramic Manufacuring, Selective Laser Sintering, Schlickerguss und Warmprägen keramikähnlicher, plastisch verarbeitbarer Kompositsysteme für dünnwandige Formnesteinsätze aus Keramiken bzw. Kompositsysteme in Spritzgießwerkzeugen entwickelt. Außerdem soll durch Verwendung der plastisch verarbeitbaren Komposite auch ein Hinterfütterungskonzept für die Integration der Formnesteinsätze in ein Stammwerkzeug erarbeitet werden.

 

Angestrebte Ergebnisse

 

  • Aufbaukonzept für Spritzgießwerkzeuge mit keramischen Formeinsätzen für den Kleinserienspritzguss von bis zu 10 000 Bauteilen
  • Nachweis von Vorteilen der keramischen Formnester bei der Verarbeitung verschiedener Spritzgießmaterialien (technische Kunststoffe, Duromere, keramische Spritzgießmaterialien) in Bezug auf individuelle Bauteilanforderungen (Geometrie, Oberflächenqualität) und die erreichbaren Serienqualitäten/-quantitäten
  • Nachweis von Kostenvorteilen des Werkzeugkonzeptes mit keramischen Formnesteinsätzen durch die Nutzung material- und zeitsparender keramischer Urformtechnologien
 

Aktuelle Forschungsergebnisse