Verschleißschutz, Technische Keramik

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Reibversuche zur tribologischen© Fraunhofer IWM

Mit experimentellen und numerischen Methoden prüfen und bewerten wir die Wirkung von gewollten und ungewollten Veränderungen in tribologischen Kontakten von Keramik, Schichten, Polymeren und Metallen. Auf diese Weise ermitteln wir die zulässigen Einsatzbedingungen (Gleitgeschwindigkeit, Kontaktbelastungen, Temperaturen, Schmierungsbedingungen) ebenso wie die Auswirkungen einer Werkstoffsubstitution. Darüber hinaus bewerten und optimieren wir das werkstoffmechanische Verhalten von keramischen Werkstoffen und Bauteilen.

Leistungen

  • Qualifizierung keramischer Werkstoffe hinsichtlich mechanischer, thermischer, tribologischer und korrosiver Belastbarkeit
  • Modellierung des tribochemischen Verhaltens von keramischen Gleitringdichtungen in Wasser auf Basis der Korrosionseigenschaften
  • Entwicklung flüssigkristalliner Substanzen als Spezialschmierstoffe mit extrem niedrigen Reibwerten
  • Thermomechanische und thermozyklische Untersuchungen
  • Tribologische Charakterisierung und Bewertung von Maschinenelementen und Komponenten in der Energietechnik, Umformtechnik, Biomedizin
  • Tribologie der DLC Schichten und Schmierstoffe für Motorkomponenten
  • Lösungen zur Erhöhung der Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von geschmierten und trockenen Reibsystemen bis etwa 1000° Celsius und von Gleitanwendungen bis 40 m/s Gleitgeschwindigkeit
  • Numerische Simulation von Tribokontakten hinsichtlich kontaktmechanischer Belastung, Verschleiß und Kontaktermüdung

Themen

Verhalten keramischer Werkstoffe und Bauteile

Verschleißschutz und Tribologie

Die Tribologie keramischer Werkstoffe und Schichten hängt von den verschiedensten Anwendungsbedingungen ab. Die Nachbildung der spezifischen Einsatzbedingungen ist für das Verständnis und die Weiterentwicklung von tribologischen Systemen essentiell. Beispiele für Fragestellungen sind:
Wie verhalten sich keramische Lager unter Wasserschmierung?
Funktionieren diamantähnliche Beschichtungen auch in Vakuum?
Welches Polymercompound ist für die Anwendung als Rotationsventil besser geeignet?
Wie kann die Reibung unter Mangelschmierung stabilisiert und minimiert werden?
Durch eine Kombination von anwendungsnahen Versuchen, differenzierter Oberflächenanalytik und numerischer Simulation wird im Dialog mit Werkstoffentwicklern, Bauteilherstellern und Anwendern die optimale Lösung erarbeitet.

SiC: Elektrische Potenziale beeinflussen Reibung und Verschleiss. (PDF)

Reibarme, extrem steife Lagereinheit für Radnabenmotoren. (PDF)

Diamantbeschichtete Keramiken für Wendeschneidplatten, Ziehsteine und Gleitringe. (PDF)

Flüssigkristalle für tribologische Anwendungen. (PDF)

Tribologisch beanspruchte Oberflächen optimal anpassen. (PDF)

 

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Verhalten keramischer Werkstoffe und Bauteile

Keramische Werkstoffe und Bauteile

Keramische Werkstoffe sind aufgrund ihrer mechanischen, thermischen und tribologischen Eigenschaften metallischen Werkstoffen oder Polymeren in vielen Anwendungen überlegen. Es muss jedoch gewährleistet werden, dass die im Einsatz auftretenden Bauteilbelastungen innerhalb definierter Grenzen liegen, da keramische Werkstoffe bei Überlastung zu spontanem Versagen neigen. Deshalb werden Methoden zur Werkstoff- und Bauteilprüfung entwickelt, die hinsichtlich Belastung und Umgebung weit über standardisierte Verfahren hinausgehen. Dabei werden auch Grenzbereiche, beispielsweise die Hochtemperaturprüfung bis 1600 °C oder Werkstoffprüfungen in korrosiven Medien mit abgedeckt. Die ermittelten Kenndaten können für numerische Simulationen verwendet werden, um beispielsweise unterschiedliche Belastungssituationen zu untersuchen. Somit besteht die Möglichkeit, Bauteilgeometrien auf bestimmte Anwendung hin zu optimieren oder eine zuverlässige Funktion nachzuweisen.

Verschraubungstechniken für keramische Werkstoffe. (PDF)

Werkstoff und Bauteilverhalten keramischer Walzwerkzeuge. (PDF)

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Publikationen

Über den Link gelangen Sie zur Seite von Fraunhofer Publica, auf der Sie unsere Veröffentlichungen recherchieren können: Fraunhofer Publica

Liste unserer Veröffentlichungen:

  • Amann, T.; Kailer, A., Ultralow friction of mesogenic fluid mixtures in tribological reciprocating systems, Tribology Letters 37/2 (2010) 343-352
  • Amann, T.; Kailer, A., Ultralow friction and reciprocating systems lubricated by mesogenic fluids, in Proc. of 17th International Colloquium Tribology – Solving Friction and Wear Problems; Bartz, W. J. (Ed.), Technische Akademie Esslingen TAE, Ostfildern (2010) 101
  • Kailer, A., Neue keramische Werkstoffe für die Walztechnik, Werkstoffe 1 (2010) 6
  • Kailer, A., Besser und günstiger Walzen mit Werkzeugen und Komponenten, aus Hochleistungskeramik Konstruktion 7/8 (2010) IW 8-9
  • Khader I.; Kailer, A., Damage mechanisms in silicon nitride wires rolling tools: lab-scale experiments and correlation with finite element modeling, Journal of Materials Processing Technology 210/10 (2010) 1314-1325

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  • Khader, I.; Kailer, A., Silicon nitride wire-rolling tools: a failure-mode analysis and correlation with rolling-contact fatigue, in Proc. of 11th International Conference and Exhibition of the European Ceramic Society, Bućko, M. M.; Haberko, K.; Pędzich, Z.; Zych, L. (Eds.), Polish Ceramic Society, Krakau, Polen (2009) 74-83
  • Presser, V.; Krummhauer, O.; Nickel, K.G; Kailer, A. ; Berthold, C.; Raisch, C.,Tribolo-gical and hydrothermal behaviour of silicon carbide under water lubrication, Wear 266 (2009) 771–781
  • Renz, A.; Kailer, A.; Koplin, C., Testing the feasibility of new ceramic cutting tools – a case study on experimental and numerical evaluation of geometry and machining techniques, in Proc. of 11th International Conference and Exhibition of the European Ceramic Society; Bućko, M. M.; Haberko, K.; Pędzich, Z.; Zych, L. (Eds.), Polish Ceramic Society, Krakau, Polen (2009) 1006-1012

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  • Kailer, A.; Amann, T.; Konrath, G., Ultralow friction and wear of reciprocating sys-tems lubricated by mesogenic fluids, DGM-Conference on Friction, Wear & Wear Protection, April 2008, Aachen
  • Kailer, A.; Mauk, P. J.; Eckardt, C.; Berroth, K. ; Kozlowski, J. ; Wagemann, A., Ceramic rolling tools and components for enhanced lifetime and product quality, Steel research Int. 79 (2008), 401-406
  • May, U.; Stromberger, F..: Kohl, J.; Schubert, J.; Berroth, K.; Kailer, A., Technology Potential of Ceramic Piston Pins, MTZ 05/2008, 3-8

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  • Blug, B.,Dünne Schichten für tribologische Anwendungen, Konstruktion, 05/2007, (2007), Springer Verlag, 12 – 13
  • Kailer, A.; Yarim, R.; Dwars, A.; van Geldern, M.; Berger, W., Grafit-SiC-Werkstoffverbunde für tribologische Anwendungen in Dichtungen und Lagern, Tribologie und Schmierungstechnik 54 [4] (2007) 27-32
  • Khader, I.; Gumbsch, P.; Kailer, A., An Investigation on the Wear Mechanisms of Silicon Nitride Rolls during Hot Copper Wire Rolling Process, Tribologie-Fachtagung 2007, Göttingen, 73/1-14

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  • Kailer, A.; Blug, B., Beschichtungen für keramische Gleitlager und Gleitringdichtungen, Konstruktion Heft 7-8/2006, IW12-IW13
  • Rieger, K.; Koplin, C.; Westerheide, R., Verschraubungstechniken für keramische Werkstoffe, Konstruktion Heft 4, 2006, IW15-IW16

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  • Höfer, M.; Blug, B.; Hollstein, T.;Schäfer, L., CVD-Diamant auf Gleitringdichtungen – Ein Höchstleistungswerkstoff auch für Ihre Anwendung?, Dichtungstechnik-Jahrbuch 2005, 356
  • Hühns, T.; König, J.; Blug, B.; Herrmann, M.; Höfer, M.; Hollstein, T. ; Schäfer L., Dia-Cer-Wendeschneidplatte – Ein innovatives Schneidstoffsystem für die Leichtmetallzerspanung, Industrie Diamanten Rundschau, Vol. 39, 01/05 (2005), IDR Verlag, S. 58 - 62
  • Kailer, A.; Hollstein, T.; Pfeiffer, W.; Kraft, T., Keramische Walzen aus Siliciumnitrid für Drähte, Rohre und Bänder, in J. Kriegesmann (Hrsg.): Technische Keramische Werkstoffe, Wolters Kluwer Deutschland 2005, Kapitel 8.3.2.5, 1-62
  • Kailer, A.; Hollstein, T.; Wötting, G.; Berroth, K.; Kozlowski, J., Ceramic rolls for wires, tubes and sheets, ASME - Proceedings World Tribology Congress III, 2005, Washington D.C, USA, CD-ROM

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  • Blug, B.; Meier, S.; Pfeiffer, W.; Hollstein, T., Design of DLC Coatings for high speed hybrid ball bearings., Editors: K. Vercammen, K. Van Acker , J. Meneve, Vito, Belgien, 2004, ISBN: 83-70204-418-X
  • Kailer, A.; Hollstein, T.; Wötting, G.; Berroth, K.; Kozlowski, J., Tribologische Untersuchung von Siliciumnitrid für keramische Walzwerkzeuge, Tribologie und Schmierungstechnik 51 (2004) Heft 4, 20-24
  • Kailer, A.; Hollstein, T., Walzen mit Keramik, Tagungsband zum Fachsymposium Keramik für die Walztechnik, Fraunhofer-IRB-Verlag, Stuttgart 2004, ISBN: 3-8167-6462-2, 128 Seiten
  • Meschke, F. ; Kailer, A., Electrically Driven Cold Water Corrosion of SiC, cfi/Ber. DKG 81 (8) (2004) E19-E22

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  • Gogotsi, Y. G.; Kailer, A.; Nickel, K. G., Transformation of diamond to graphite, Nature 401 (1999) 663-664
  • Kailer, A.; Nickel, K. G. ; Gogotsi, Y. G., Raman microspectroscopy of nanocrystalline and amorphous phases in hardness indentations, Journal of Raman Spectroscopy 30 (10) (1999) 939-946

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Prüfung und Charakterisierung keramischer Werkstoffe und Bauteile

Ausführliche Informationen finden Sie hier.