Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTSFörderhinweis: Das Vorhaben wird vom Freistaat Thüringen unter der Nummer 2025 FGI 0016 gefördert und durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.
Förderkennzeichnen: 2025 FGI 0016
Projekttitel: Transparente Schutzkeramik für zivile und ballistische Anwendungen
Kurztitel: SchuKer
Projektlaufzeit: 01.01.2026 – 31.12.2027
Kurzbeschreibung
Der Einsatz von optischen Bauteilen in harschen Umgebungen, z. B. im Bereich Ballistik und Schutz, stellt hohe Anforderungen an die verwendeten optischen Werkstoffe. Transparente Keramik, insbesondere MgAl2O4, hat aufgrund ihrer gegenüber gängigen Materialien wie Glas oder Kunststoffen vorteilhaften Kombination von mechanischen und optischen Eigenschaften das Potenzial, diesen Ansprüchen zu genügen. Zur Erzielung von Transparenz ist jedoch eine aufwendige und kostenintensive Prozessierung notwendig, da die beim Sinterprozess der Keramik zwangsläufig entstehenden Poren die Lichttransmission herabsetzen und somit mittels eines Nachverdichtungsschrittes eliminiert werden müssen. Daher ist der Einsatz von monolithischer Vollkeramik nicht für alle Anwendungen sinnvoll. Durch Lamination dünner keramischer Scheiben auf kostengünstigere Glassubstrate kann eine erhebliche Kostensenkung erreicht werden, ohne dass die mechanischen Eigenschaften des Gesamtbauteils negativ beeinflusst werden. Zudem kann durch Lamination von transparenter Keramik auf Glas eine erhebliche Gewichtsreduktion für schusssichere Fenster, die normalerweise aus mehreren Lagen Glas aufgebaut sind, erzielt werden, da die Anzahl der benötigten Lagen durch den Einsatz der robusten Keramik erheblich reduziert wird.
Bei der Herstellung von transparenter Keramik und der genannten Laminate ist es von äußerster Wichtigkeit, Poren, Anbindefehler und Verunreinigungen zu vermeiden, da ansonsten die mechanischen und optischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Zur Qualitätssicherung kommen derzeit lichtmikroskopische Verfahren zum Einsatz, mit denen oberflächennahe Defekte, Einschlüsse oder Delaminationen identifiziert werden. Bei höheren Stückzahlen stößt die manuelle Prüfung jedoch an ihre Grenzen, da sie zeit- und personalintensiv ist. Abhilfe kann hier die Entwicklung einer teilautomatisierten, KI-gestützten Qualitätskontrolle schaffen, die eine effiziente und zuverlässige Analyse ermöglicht. Hierfür sollen zunächst geeignete Prüfstrategien methodisch entwickelt und anschließend automatisiert umgesetzt werden.
Ziel
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung hochwertiger transparenter Laminate aus Glas und Keramik für Anwendungen in den Bereichen ballistischer Schutz, optische Komponenten und hochfeste Schutzfenster. Im geplanten Vorhaben werden hierfür zunächst die gerätetechnischen Voraussetzungen geschaffen. Schwerpunkte sind dabei sowohl die Optimierung des Laminationsprozesses mittels Heißluftautoklaven als auch die Etablierung einer effizienten Qualitätssicherung durch mikroskopische und KI-gestützte Prüfmethoden.
