NEWSLETTER - TU Bergakademie Freiberg

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NEWSLETTER
des Schwerpunktprogramms 1418 der Deutschen Forschungsgemeinschaft
„Feuerfest - Initiative zur Reduzierung von Emissionen - FIRE“
Nr. 7, 1/2014
Inhalt / Content
Sehr geehrte Leserinnen und Leser,
Dear readers,
SPP-Frühjahrsschule und
Koordinationstreffen........................... 2
die Identifikation von Forschungstrends und
zukünftigen Forschungsbedarfen sind wichtige
Hilfestellungen für eine strategische Forschungsplanung. Ein Teilprojekt des Schwerpunktprogrammes „FIRE“ erarbeitet eine Forschungsroadmap für den Bereich Feuerfest. Neben
prognostizierten Entwicklungen z.B. im Bereich
der Materialentwicklung, Verfahrenstechnik, Prüfmethoden oder der Modellierung und Simulation
zeigen die Untersuchungen sehr deutlich den
stetig wachsenden Bedarf für interdisziplinäre
und internationale Forschungskooperationen.
Die besondere strategische Bedeutung von
Brasilien als Forschungs- und Kooperationspartner in der Materialforschung für Deutschland
wird u.a. im Rahmen des ersten BrasilianischDeutschen Symposiums für Materialwissenschaft
und Werkstofftechnik im Juli 2014 gewürdigt. Das
Schwerpunktprogramm wird sich mit Vorträgen
zu Forschungsergebnissen aus allen Teilbereichen an diesem Symposium beteiligen. Diese
und andere Informationen finden Sie in der aktuellen Ausgabe unseres Newsletters. Wir danken
für Ihr Interesse und wünschen Ihnen viel Freude
beim Lesen!
Identifying future research trends and research demands are of great value to support efforts on strategic research planning.
One of the subprojects involved in the Priority Program “FIRE” is elaborating a research
roadmap for the area of refractory research.
Beyond expected developments with regard
to materials generation, processing, analytics
or modeling and simulation, a growing demand
for interdisciplinary and international research
collaborations becomes evident.
In appreciation of the particular importance
of Brazil as a strategic partner in materials research for Germany, the first Brazilian-German
Symposium on Materials Science and Engineering will take place. The Priority Program
will contribute to this event by presenting research results from all subprojects. Information
on these and other issues are included in the
current issue of our newsletter. Thank you for
your interest. Enjoy the newsletter!
Priority Program‘s Spring School
and General Meeting ......................... 3
AUS DER AKTUELLEN FORSCHUNG
RESEARCH NEWS
Zyklische und thermozyklische
Beanspruchung von Feuerfestwerkstoffen im System MgO-C.................. 4
Cyclic and thermo-cyclic stress
of MgO-C refractories......................... 5
Publikationen...................................... 6
Publications........................................ 7
Forschungsroadmap Feuerfest.......... 8
Roadmap for Refractory Research..... 9
Enger Austausch zwischen
Wissenschaft und Industrie.............. 10
Exensive Dialogue between
Science and Industry........................ 11
Binationales Forum für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik.. 12
Binational Forum on Materials
Science and Engineering................. 12
Impressum ....................................... 12
Prof. Dr.-Ing. habil. Christos G. Aneziris
TU Bergakademie Freiberg
Koordinator des Schwerpunktprogramms
Priority Program Coordinator
http://spp1418.tu-freiberg.de
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Newsletter des SPP 1418
SPP-Frühjahrsschule und Koordinationstreffen
Die Frühjahrsschulung des Schwerpunktprogramms bot Doktorandinnen und
Doktoranden ein mehrtägiges Exkursionsprogramm zu Hersteller- und Anwenderunternehmen feuerfester Materialien und Bauteile. Werksbesichtigungen,
Vorträge und Diskussionen mit Unternehmensvertretern gaben einen Einblick
in technische und wirtschaftliche Anforderungen an feuerfeste Materialien.
Foto: Teilnehmer der SPP-Frühjahrsschulung.
Photo: Attendees of the Priority Program‘s
Spring School.
Im Mai 2014 lud die Frühjahrsschulung des
SPP 1418 zu einer Exkursion zu Herstellern und
Anwendern feuerfester Materialien und Komponenten ein. Insgesamt 10 Doktorandinnen und
Doktoranden aus allen Teilbereichen nahmen
daran teil.
Der Besuch bei der Flachstahl Salzgitter
GmbH in Salzgitter gab einen Überblick über
den Gesamtprozess der Stahlherstellung. Eine
Werksführung ermöglichte die Besichtigung des
Hochofens und des Warmwalzwerkes. Außerdem
konnten die Teilnehmer die Beschickung eines
Konverters mit Schrott sowie das Umfüllen des
Roheisens miterleben. In einem anschließenden
Vortrag ging der Verantwortliche des Unternehmens für die verfahrenstechnische Entwicklung
Flachstahl, Dipl.-Ing. Jens Pischke, auf Zustellkonzepte und Anforderungen an feuerfeste Materialien aus Sicht der Endanwender ein. Die Doktoranden hatten die Gelegenheit zu ausführlichen
Diskussionen, u. a. zum Zusammenhang zwischen Preis und Qualität feuerfester Materialien,
zu Herausforderungen an die CO2-Bilanzierung
von Feuerfestwerkstoffen sowie zukünftige Materialanforderungen angesichts höher legierter
Stahlqualitäten.
In Göttingen waren die Doktoranden des SPP
Gäste der Refratechnik GmbH, einem Zulieferer
der Flachstahl Salzgitter GmbH. Dr. Volker Stein,
Absolvent der TU Freiberg und ehemaliger Doktorand im SPP 1418, organisierte den Besuch.
Neben Einblicken in die Produktion vom Rohstoff
bis zum verpackten Produkt gab es die Möglichkeit zur Besichtigung des Labors inklusive einer
Besichtigung von Prüfmaschinen und der Erläuterung von ausgewählten Analyseverfahren.
Den Abschluss bildete der Besuch der Conrad Liphard & Söhne GmbH COLISIT in Großalmerode. Auch hier wurde das Exkursionsprogramm durch einen Absolventen der TU Freiberg
organisiert. Der Geschäftsführer Konrad Liphardt
führte durch die Produktion und erläuterte die variantenreiche Produktpalette sowie die stark manuell geprägte Herstellweise von v.a. Kleinserien
und Spezialteilen.
Im Anschluss fand ein Koordinationstreffen
der Projektleiter und -mitarbeiter des SPP 1418
an der TU Bergakademie Freiberg statt. Dieses
Koordinationstreffen diente einerseits der Vorstellung bisheriger Projektergebnisse und Publikationen und andererseits der Besprechung weiterer,
gemeinsamer Publikationsvorhaben. Zahl und
Qualität von Publikationen sind wichtige Indikatoren für die Bewertung des Schwerpunktprogramms. Projektübergreifende Publikationen sind
wichtig, um die Vernetzung der Teilprojekte, den
Austausch von Forschungsergebnissen und die
Verfolgung gemeinsamer Forschungsfragen zu
dokumentieren. Außerdem wurden Möglichkeiten
besprochen, die Ergebnisse der sechsjährigen
Forschungsarbeiten industriellen Anwendern zugänglich zu machen und in Form industrienaher
Forschungsprojekte fortzuführen. ■
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Priority Program‘s Spring School and General Meeting
A Spring School organized by the Priority Program invited young researchers
to a field trip to manufacturing companies and users of refractory materials
and components. Plant visits, presentations and discussions offered insights
into technical and economic requirements refractories have to meet.
In May 2014, the Priority Program ran its
Spring School and offered field trips to manufacturers and user industries of refractory materials and components. Ten doctoral
students attended the Spring School thus
representing all project areas of the Priority
Program 1418.
The visit at the Flachstahl Salzgitter
GmbH in Salzgitter provided an overview on
the process of steel manufacturing. During
a plant tour, visitors could take a look at the
blast furnace and the hot rolling mill. Moreover, they could witness the feeding of a converter with scrap material and the decanting
of pig-iron. After that, a presentation held by
Dipl.-Ing. Jens Pischke, process engineering
head at the steel mill, introduced concepts of
shaft lining and shed light on customer demands regarding properties of refractory materials. Doctoral students had the opportunity
to discuss several issues such as the relation
between price and quality of refractories, the
challenge of carbon footprinting for refractories as well as material demands with regard
to high-alloy steel qualities.
The next day, participants were welcomed
by the Refratechnik GmbH in Göttingen, one
of the suppliers of the Flachstahl Salzgitter
GmbH. Dr. Volker Stein, who was involved
as a Ph.D. student in the Priority Program after graduating from TU Freiberg, organized
the visit. The guests were invited to visit the
production of refractory products, from raw
material supply to product packaging. Additionally, they could visit the laboratory including a demonstration of testing devices and
selected analytic procedures.
The three-days program was completed by a visit of the Conrad Liphard & Söhne GmbH COLISIT in Großalmerode, again
organized by an alumni of TU Freiberg. The
manager Konrad Liphardt took his guests on
a tour through the production facilities. He
explained the diversified product range and
the challenges of the predominantly manual
manufacturing of small batch series and specialty products.
Subsequently, the Priority Program invited all project coordinators and researchers
to a general meeting at the TU Bergakademie Freiberg. The main purpose was to present current project results and publications
as well as to coordinate further joint publications. Number and quality of publications
will be one of the indicators used to evaluate the Priority Program. Against this background, cross-project publications are vital
to demonstrate collaborations between subprojects, the exchange of results and joint
research activities. Furthermore, participants
discussed opportunities to transfer results
from the last six years of research to the industry, in order to continue this research. ■
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Aus der aktuellen Forschung im SPP:
Zyklische und thermozyklische Beanspruchung von Feuerfestwerkstoffen im System MgO-C
Dieses Projekt soll das Verhalten kohlenstoffgebundener MgO-C-Feuerfestwerkstoffe unter thermozyklischer bzw. Thermoschockbeanspruchung
aufklären. Aus den Ergebnissen kann die Eignung dieser kohlenstoffreduzierten Werkstoffe als Ersatz für konventionelle Feuerfestmaterialien festgestellt werden.
Autoren: J. Solarek, H. Biermann,
Ziel dieses Teilprojektes ist es, eine neuartige
Prüfmethodik für die Untersuchung der thermomechanischen Eigenschaften von Feuerfestwerkstoffen zu erarbeiten. Durch Variation des
Anteils an Binder und Graphit sowie der Porosität
und der Korngröße des MgO können Aussagen
zur Rolle des Gefüges, der Fähigkeit zur Bildung von Mikrorissnetzwerken und der quasiplastischen Verformung getroffen werden. Basis
für die Charakterisierung der herzustellenden
Werkstoffvarianten sind quasi-statische Druck-,
Biege- und Spannungsrelaxationsversuche. Mit
diesen Prüfverfahren kann der Einfluss der Variation des Kohlenstoff- und des Graphitanteils,
der Porosität und der MgO-Korngrößen grundlegend erforscht werden, so dass die anschließenden zyklischen Versuche nur an
zielführenden, ausgewählten Werkstoffvarianten
durchgeführt werden.
Die Prüfvorrichtung
Abb. 1: Servohydraulische Prüfmaschine mit
Vakuumkammer, Detailaufnahme mit Kupferspule (1), Hochtemperaturdehnungsaufnehmer (2), und eingebauter Keramikprobe (3).
Fig. 1: Servohydraulic testing machine with
vacuum chamber; close-up view of the copper
coil (1), the high-temperature extensometer
(2) and the installed ceramic sample (3).
Dazu wurde eine servohydraulische Prüfmaschine mit einer Vakuumkammer ausgestattet (siehe Abb. 1), um eine Oxidation des
Kohlenstoffes zu vermeiden. Innerhalb dieser
Kammer können Feuerfestwerkstoffe über eine
wassergekühlte Kupferspule und einen Hochfrequenzgenerator induktiv bis zu einer Temperatur
von 1500 °C erwärmt werden. Dabei stehen für
die Temperaturmessung und Regelung mehrere Typ-S-Thermoelemente und ein Pyrometer
zur Verfügung. Die Dehnung kann mittels eines
Hochtemperaturmessaufnehmers mit Keramikschneiden aufgenommen
werden.
Mittels der
neuen Prüfvorrichtung
soll
kohlenstoffgebundenes
Magnesiumoxid
(Mg-O-C) unter anwendungsähnlichen Bedin-
gungen geprüft werden. Dieser Werkstoff wird in
der Stahlindustrie in Konvertern, Torpedopfannen und Stahlpfannen eingesetzt und ist dort
hohen Temperaturwechseln unterworfen. Diese
Temperaturwechsel und die hohen thermomechanischen Spannungen, die sie verursachen,
können mit der neuen Prüfmaschine nachempfunden werden. Dabei sollen neben den thermomechanischen Versuchen auch isotherme
LCF-Versuche sowie quasistatische Versuche
bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt
werden. Sobald die Prüftechnik etabliert ist, soll
die Maschine für die Werkstoffentwicklung eingesetzt werden, um beispielsweise den Einfluss
von nanoskaligen Additiven und verringerten
Kohlenstoffgehalten zu untersuchen.
Erste Ergebnisse
Seit der Inbetriebnahme der Vakuumkammer im Juni 2013 konnten bereits erste Ergebnisse generiert werden. Dabei wurden zunächst
Möglichkeiten erprobt, Zugkräfte auf die Proben
zu übertragen. Zu diesem Zweck wurden die Proben mit Hilfe einer Zentralführung mit Hochtemperaturbeton in Stahladapter eingeklebt (siehe
Abb. 2a). Erste Ergebnisse aus Zugversuchen
an nicht verkokten Proben zeigen, dass die so
hergestellte Verbindung Kräfte von über 2,5 kN
übertragen kann (siehe Abb. 2b). Versuche an
verkokten Proben zeigen Zugfestigkeiten von
0,2…0,8 MPa und die für Keramiken typische
Streuung der mechanischen Eigenschaften
(siehe Abb. 2c). Es konnten bereits erste quasistatische Versuche bei erhöhten Temperaturen
(500 °C) durchgeführt werden (siehe Abb. 2c,
grau). Die Ergebnisse liegen dabei innerhalb des
Streubandes der RT-Versuche.
Das Projekt leistet einen Beitrag zur
Aufklärung des Schädigungsverhaltens und
zur Ableitung von Lebensdauerbeziehungen
kohlenstoffreduzierter Feuerfestmaterialien mit
geringerer Oxidationsempfindlichkeit sowie der
Fähigkeit eines geringeren „Carbon-Pick-up“ für
Qualitätsverbesserungen in schmelzmetallurgischen Prozessen. ■
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Priority Program Research News:
Cyclic and thermo-cyclic stress of MgO-C refractories
The aim of this project is to explore materials behavior of carbon-bonded
Mg-O-C refractories under thermal and thermomechanical stress. The results
of this project will help evaluating the applicability of carbon-reduced refractories as substitutes for conventional materials.
This subproject aims to develop a novel
testing method for investigating thermomechanical properties of refractory materials. By varying the content of binder and
graphite as well as the level of porosity and
MgO grain size, the impact of the microstructure, the ability to form micro crack networks
and quasi-plastic deformation under thermocyclic stress or thermal shock will be determined. The characterization of the materials
generated in this project will be realized by
means of quasi-static compression, bending,
and stress relaxation tests. These testing
procedures permit a detailed evaluation of
effects of varying carbon contents, porosity
and MgO grain size on materials properties.
Subsequent cyclic tests hence will be executed using only specific, relevant material
versions.
The Testing Equipment
To this end, a servohydraulic testing machine was equipped with a vacuum chamber
(see Fig. 1), in order to avoid oxidation of the
carbon. Within the vacuum chamber refractories can be heated up to a temperature of
1500° Celsius, using a water-cooled copper
coil and high-frequency induction heating.
For temperature measurement and control
several type-S thermal elements and a pyrometer can be employed. Elongation can
be captured by a high-temperature extensometer with ceramic blades.
This testing rig allows testing carbonbonded magnesium oxide under conditions
similar to realistic applications. Steel industry is using MgO in converters, torpedo and
steel ladles where it is exposed to extensive
temperature changes. The test rig enables
the researchers to simulate these tempera-
Abb. 2: a) in Adapter eingeklebte Keramikprobe, b) Kraft-DehnungsKurve an gehärteter Probe, c) Spannungs-Dehnungs-Kurven der
verkokten Proben bei RT bzw. 500 °C.
Fig. 2: a) Ceramic sample pasted in the adapter; b) Load-strain
curve of non-coked samples; c) Stress-strain curve of coked samples at RT and 500 °Celsius, respectively.
ture changes and to induce corresponding
high thermomechanical strains. Investigations will include thermomechanical tests as
well as isothermal low cycle fatigue (LCF)
and quasi-static tests at various temperatures. After setting up the testing facilities,
the machine will be employed for generating
materials and to explore, for instance, the
impact of nano-scale additives and reduced
carbon contents.
First Results
Since the initial operation of the vacuum
chamber in June 2013, first results could be
accomplished. First, ways were sought how
to transfer tractive forces onto samples. For
this purpose, samples were aligned by a
guideway and pasted into a steel adapter using high-temperature concrete (see Fig. 2a).
First results gained from tensile tests with
non-coked samples show that this composition can transfer forces higher than 2.5 kN
(see Fig. 2b). Tests with coked samples provide evidence for tensile strengths ranging
between 0.2 and 0.8 MPa and for variations
of mechanical behaviors typical for ceramic
materials (see Fig. 2c). Moreover, first quasistatic tests at elevated temperatures (500°
Celsius) have been executed (see Fig. 2c,
grey line). The results are within the confidence lines of the RT tests.
The project will be contributing to a deeper understanding of damage behaviors and
life span parameters of carbon-reduced refractories that possess a higher corrosion
resistance and reduce the “carbon pick up”
which, in turn, improves the quality of metallurgic products. ■
Authors: J. Solarek, H. Biermann,
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Publikationen
Aneziris, C. G.; Roungos, V. (2014), „Verfahren zur Herstellung von
kohlenstoffgebundenen feuerfesten Formkörpern oder Massen mit
verbesserten thermomechanischen Eigenschaften“, Erteiltes Patent
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Ceramic Science and Technology, Volume 5, Issue 2, pp. 93-100.
Böhm, A.; Aneziris, C.G.; Malzbender, J. (2014), “Dependent
Thermo-Mechanical Behavior of Novel Alumina-Based Refractories”,
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Böhm, A.; Skiera, E.; Aneziris, C.G.; Dudczig S.; Malzbender, J.
(2013), “Thermo mechanical Characterisation of Novel Alumina
Based Refractories”, 13th International Conference of the European
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Resistance of Cellular Materials“, Annual Meeting of the German
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German Ceramic Society 2013, 18th-22nd March 2013, Weimar,
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„Future Research in Refractories: A Roadmap Approach“, Journal of
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1/2014
Publications
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Aus der aktuellen Forschung im SPP:
Forschungsroadmap Feuerfest
Forschungsroadmaps sind ein wirkungsvolles Instrument für eine strategische Forschungsplanung und –förderung. Für den Bereich der Feuerfestkeramik fehlen derzeit Projektionen zu zukünftigen Forschungsfeldern,
Schnittstellen und Akteuren. Ziel des Projektes ist die Erarbeitung und Kommunikation einer Forschungsroadmap für den Bereich Feuerfest.
Autor: A. Geigenmüller, TU Ilmenau
Roadmaps werden von Unternehmen zur
Vorhersage technologischer Entwicklungen und
Marktchancen genutzt. Forschungsroadmaps haben eine wachsende Aufmerksamkeit erfahren,
als Instrumente zur Identifikation zukünftiger Forschungsthemen und -richtungen. Insbesondere
in der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik als stark interdisziplinäres Wissenschaftsgebiet können Forschungsroadmaps durch die
Identifikation relevanter Forschungsthemen und
Schnittstellen zwischen verschiedenen Disziplinen und Akteuren einen wichtigen Beitrag leisten.
Forschungsansatz
Das Projekt beruht auf einer detaillierten Auswertung bestehender Roadmaps, Strategiepapiere, Berichte und Präsentationen aus Gebieten
der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik,
unter anderem aus den Bereichen Keramik, Glas,
Metalle, Metallurgie und aus Anwendungsfeldern
feuerfester Materialien und Komponenten. Diese
Literaturrecherche bot die Grundlage für Experteninterviews mit Fachvertretern aus Wissenschaft und Industrie aus Europa, Nordamerika,
Brasilien, China und Japan. Die Interviewpartner
waren dabei in führenden Positionen in Universitäten, Unternehmen, Forschungsinstitutionen
bzw. Fachgesellschaften tätig.
Ergebnisse
Die Untersuchungen verweisen auf eine
wachsende Bedeutung neuer, leistungsfähiger
und langlebiger Feuerfestmaterialien, die individuell für spezifische mechanische, thermische
und chemische Bedingungen angepasst werden können (vgl. Abb. 1). Folglich wird sich die
Forschung zukünftig besonders mit relevanten
Materialeigenschaften auseinandersetzen, u.a.
mit Fragen der Festigkeit, Porosität, Dichte, Wärmeleitfähigkeit, Thermoschock- bzw. Korrosionsbeständigkeit, Formbeständigkeit und Kriechen.
Angesichts der Knappheit geeigneter Ausgangsstoffe wird ein weiteres Forschungsfeld
die Entwicklung neuartiger Werkstoffverbunde
und Verbundwerkstoffe betreffen, die auf alternative Ausgangsmaterialien bzw. die Wieder-
verwendung feuerfester Materialien zurückgreift.
Darüber hinaus verweisen die Interviews auf die
wachsende Bedeutung erweiterter Funktionalitäten und überlegener Eigenschaften feuerfester
Materialien.
In diesem Zusammenhang werden der Entwicklung neuer Methoden bzw. einer Fortführung
existierender Verfahren der Materialaufbereitung
große Bedeutung beigemessen. Alternative Ausgangsmaterialien und die Nachfrage nach Formtechnologien für endkonturnahe Bauteile führen
zu einer ebenfalls zunehmenden Bedeutung
beispielsweise von Mischverfahren oder Ansätzen wie das Schlickerverfahren. Ebenso werden
Endbinderung und Trocknung zu wichtigen Forschungsthemen.
Neuartige Formtechnologien, wie Gussverfahren, Spraying oder das Drucken feuerfester
Bauteile, Fragen der Wärmebehandlung, der
Beschichtung bzw. des Fügens wurden als wichtige Voraussetzung gesehen, dem Bedarf nach
einem angepassten Bauteildesign und überlegenen Funktionen nachzukommen. Gleichzeitig
verwiesen die Experten auf die Notwendigkeit,
entsprechende Prüfverfahren zu erarbeiten, die
eine Messung relevanter Eigenschaften, etwa
die Thermoschockbeständigkeit, Korrosion oder
Formbeständigkeit, erlauben.
Ergänzend zu bisherigen empirischen Untersuchungen von Materialeigenschaften und
dem Verhalten feuerfester Materialien werden
entsprechende theoretische Modelle in Zukunft
weiter an Bedeutung gewinnen. Beziehungen
zwischen Mikrostruktur, Materialeigenschaften
und Materialverhalten werden dabei in den Fokus rücken, mit besonderer Berücksichtigung
thermomechanischer und thermodynamischer
Eigenschaften sowie Fragen der Korrosion.
Schließlich zeigte sich im Ergebnis der Untersuchungen auch, dass diese zukünftigen Forschungsfelder eine verstärkte Zusammenarbeit
zwischen der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik mit den Naturwissenschaften sowie
anderen ingenieurwissenchaftlichen Disziplinen
verlangen. Nur so können die erwarteten Fortschritte und Weiterentwicklungen auch tatsächlich realisiert werden. ■
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Priority Program Research News:
Roadmap for Refractory Research
Research roadmaps are valuable instruments for research planning and promotion. For refractory research, projections on prospect research topics, interfaces and actors are lacking. Against this background, this project aims at
developing a science and technology roadmap for refractory research.
Originally, roadmaps are used to forecast
technological developments and market opportunities for companies. Science and technology roadmaps gained increasing attention
as instruments to predict emerging research
topics and research directions. Especially
for interdisciplinary fields such as materials
science and technology research roadmaps
are promising instruments able to identify relevant research themes and interfaces between different disciplines and actors.
Research Approach
The project team started with an extensive review of existing roadmaps, strategic
papers, reports, and presentations in the
fields of materials science and engineering,
ceramics, glass, metals, metallurgy, and
refractory applications. Based on this literature review, expert interviews were executed
with participants from academia and industry across Europe, North America, Brazil,
China and Japan. The interviewees held
leading positions in universities, companies,
research institutions, and professional or industry associations.
Findings
Findings reveal a growing importance
of advanced refractories with an extended
lifespan that can be customized with regard
to specific mechanical, thermal and chemical
conditions (see Fig. 1). Research is expected
to focus on a better understanding of materials properties including strength, porosity,
density, thermal conductivity, thermal shock
resistance, corrosion resistance, dimensional stability and creeping.
Facing a serious scarcity of raw materials, future research avenues will emphasize
the development of novel compounds and
composite materials, using alternative raw
materials and recycled refractories. More-
over, interviews point to a growing demand
for extended functionalities and superior properties of refractory materials.
With regard to materials preparation,
the development of new methods and an
Author: A. Geigenmüller, TU Ilmenau
advancement of established methods were
emphasized. For instance, alternative materials compositions as well as requirements of
near-net shape forming technologies result
in the need for appropriate mixing and slurrying technologies. Likewise, debinding and
drying concepts were identified as relevant
research fields.
Novel forming techniques, such as casting, spraying, or printing, heat treatment,
coating and joining techgnologies were mentioned as relevant tasks for researchers in
order to enhance customized designs and
superior functional parameters. In the same
vein, experts pointed to the need for advanced testing methods for refractories that
permit assessing critical properties including
thermal shock resistance, corrosion and dimensional stability.
While refractory properties and performance tend to have been investigated
empirically, future research should provide
theoretic models on relations between microstructure, materials properties and performance, with particular consideration of
thermomechanical and thermodynamic properties as well as corrosion.
Finally, as the interviews show, for significant advances in refractory research, close
collaborations
STRATEGIC OBJECTS
Energy efficiency Resource efficiency Health protection Environmental protection
between maECONOMIC REQUIREMENTS
terials
sciQuality Cost efficiency Lifetime Variability
ence, natural
PROPERTIES & PRINCIPLES
Thermal shock resistance Corrosion resistance Erosion resistance Dimensional stability Thermal insulation
sciences, and
Alternative chemical compositions Alternative raw materials sources
other
engiMaterials synthesis
Novel composite materials
Nano-structured materials
neering disciAdditives and binders
Re-usage of recycled refractories
plines will be
Debindering and drying technologies
vital. ■
Materials preparation
Thermolytic approaches
Near-net shape forming technologies
Materials processing
(from: Geigenmüller, A.; Spindler, H.; Lenk, K.; Aneziris, C. A. (2014): „Future Research in Refractories: A Roadmap Approach“, Journal of Ceramic Science and Technology, 5 (2), 71-76.
Rapid prototyping
Coatings, surface engineering
Joining
Multilayer structures
Sintering Technology
Abb. 1: Forschungsroadmap für den Bereich Feuerfest.
Fig. 1: Roadmap for refractory research.
Self-healing
Materials testing
In-situ experiments
Bio-inspired materials
Field tests
Non-destructive &
in-situ evaluations
Materials simulation
2015
Integrated computational materials
engineering
2020
2025
10
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Enger Austausch zwischen Wissenschaft und Industrie
Das 4. Freiberger Feuerfestforum begrüßte mehr als 120 Teilnehmer aus Industrieunternehmen, industrienahen Organisationen und Universitäten an
der TU Bergakademie. Höhepunkt der Veranstaltung war die Feier der zehnjährigen Partnerschaft zwischen der Wuhan University of Science and Technology, China, und der TU Bergakademie Freiberg.
Teilnehmer aus Deutschland, Österreich,
Frankreich, Brasilien, China, dem Iran und der
Ukraine kamen zum 4. Freiberger Feuerfestforum im November 2013 nach Freiberg. Die
hohe Teilnehmerzahl und die starke Internationalität unterstreichen die Bedeutung der Feuerfestforschung und den wachsenden Austausch
zwischen Wissenschaft, Industrie und Fachverbänden. Die Veranstaltung wurde gemeinsam
vom Sonderforschungsbereich SFB 920, dem
Schwerpunktprogramm SPP 1418 „FIRE“, dem
Verein Meeting of Refractories Experts Freiberg
e.V., der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde DGM und der Deutschen Keramische Gesellschaft DKG organisiert. Neben dem Ziel eines
Dialogs zwischen Industrie und Wissenschaft
ist das Feuerfestforum bestrebt, junge Wissenschaftler im Bereich Feuerfest weiterzubilden.
Das Vortragsprogramm beinhaltete vielfältige
Weiterentwicklungen zu feuerfesten Materialsystemen und Methoden zur Charakterisierung ihrer
Eigenschaften. Darüber hinaus standen neue
Herausforderungen hinsichtlich der Entwicklung
der Rohstoffsituation für feuerfeste Werkstoffe im
Vordergrund. Die anschließenden Diskussionen
zeigten den Teilnehmern, dass nur ein intensiver
Austausch zwischen allen Parteien des Bereichs
Feuerfest dazu führt, dass zukünftige Herausforderungen, wie die steigenden Anforderungen der
Endanwender oder Auflagen zu einer nachhaltigkeitsorientierten Wirtschaft, gemeistert werden
können.
Die Veranstaltung bot zudem einen willkommenen Rahmen zur Feier des zehnjährigen Bestehens der Partnerschaft zwischen der Wuhan
University of Science and Technology und der
TU Bergakademie Freiberg. „Im Rahmen dieser
Kooperation erfolgen gemeinsame Forschungsaktivitäten sowie der regelmäßige Austausch von
Studenten und Wissenschaftlern“, so Professor
Aneziris. Die Vertreter der chinesischen Delegation, Professor Li Yawei und Professor Li Nan
von der Universität Wuhan sowie Liu Baikuan,
Vorstandsvorsitzender der Puyang Refractories
Group Co. Ltd., präsentierten auf dem Forum
hochkarätige Vorträge zu aktuellen Forschungsthemen und zu Entwicklungen im Anwendungsbereich in der chinesischen Feuerfestindustrie.
Der diesjährige Theodor-Haase-Preis für hervorragende Abschlussarbeiten auf dem Gebiet
der „Feuerfest-Hochtemperaturanwendungen“
wurde zum einen an Daniela Hesky für ihre Untersuchungen im Stoffsystem MagnesiumoxidAluminiumoxid-Titanoxid vergeben. Werkstoffe
aus diesem Stoffsystem stellen aufgrund ihrer
besonderen Struktur ein potentielles Material für
Thermoschockanwendungen dar, d. h. sie sind
besonders gut für plötzliche starke Temperaturänderungen geeignet. Zum anderen erhielt
Katja Schönherr die Auszeichnung für ihre Arbeit
zu Kaliumaluminaten als neuartige Materialien
für Anwendungen mit alkalihaltiger Atmosphäre.
„Beide Arbeiten zeigen innovative Inhalte, die
als Grundlage für maßgeschneiderte Lösungen
für aktuelle und zukünftige Anforderungen an
feuerfeste Werkstoffe dienen können“, freut sich
Professor Aneziris.
Der Preis erinnert an den Freiberger Wissenschaftler Theodor Haase und sein Engagement
für die Ausbildung von Silikattechnikern. Er wird
jährlich durch den Verein „MORE – Meeting of
Refractory Experts Freiberg e.V.“ gestiftet. ■
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Extensive Dialogue between Science and Industry
More than 120 participants from industry, industry organizations, and universities attended the 4th Freiberg Refractory Forum. The event was also dedicated to the 10-years anniversary of the partnership between Wuhan University
of Science and Technology, China, and the TU Bergakademie Freiberg.
In November 2013, the 4th Freiberg Refractory Forum gathered attendees from Germany, Austria, France, Brazil, China, Iran,
and Ukraine. A growing and increasingly
international audience emphasized the relevance of refractory research and the need
for intensive relationships between academia, professional organizations, and the industry. The forum was jointly organized by
the Collaborative Research Center 920, the
Priority Program 1418 “FIRE,“ the organization MORE - Meeting of Refractory Experts
Freiberg e.V., DGM Deutsche Gesellschaft
für Materialkunde and DKG Deutsche Keramische Gesellschaft. Additionally, the meeting aimed at supporting the education and
qualification of young researchers in refractory engineering.
Speeches and presentations given during
the meeting revealed multiple developments
in refractory materials systems and methods
for characterizing materials properties. In
addition, prospective challenges with regard
to raw materials supply for refractory materials and applications attracted great interest
among the audience. As subsequent discussions demonstrated, intensive dialogue
between research and industry is needed
in order to cope with future challenges including increasing demands and expectations
of final users or legal conditions installed to
foster sustainability in the industry.
On the occasion of the 4th Freiberg Refractory Forum, the 10-years anniversary of
the partnership between the Wuhan University of Science and Technology, China, and
the TU Bergakademie Freiberg was celeb-
rated. “This partnership frames several joint
research activities as well as regular exchanges of students and young academics,“
Professor Aneziris said. Representatives of
the Chinese delegation, namely, Professor
Li Yawei and Professor Li Nan from Wuhan
University as well as Liu Baikuan, CEO of the
Puyang Refractories Group Co. Ltd, offered
insights into current research topics as well
as into the development of application areas
in the Chinese refractory industry.
This year‘s Theodor Haase award for excellent final theses on the field of refractory
and high-temperature applications was assigned to Daniela Hesky for her investigations
of the magnesia-alumina-titanium oxide system. Materials generated from this system
own specific structures which make them
eligible for thermal shock applications, due
to their adaptability to abrupt and extensive
temperature changes. The second winner,
Katja Schönherr, was awarded for her research on potassium aluminate as a novel
basis for materials usable in alkali-containing
environments. “Both works are highly innovative and create a basis for tailored solutions to current and prospective demands
for refractory materials,“ Professor Aneziris
emphasized.
Dedicated to the memory of the Freiberg
academic Theodor Haase and his contributions to the education of young engineers,
the MORE - Meeting of Refractory Experts
Freiberg e.V. endows the Theodor Haase
Award every year for excellent student research works. ■
Fotos: Impressionen vom 4. Freiberger Feuerfestforum. Bild unten (v.l.n.r.): Professor Christos G.
Aneziris mit dem Preisträgerinnen des TheodorHaase-Preises 2013, Daniela Hesky und Katja
Schönherr.
Photos: Impressions from the 4th Freiberg Refractory Forum. Last photo: (from left to right): Professor Christos G. Aneziris and the winners of the
Theodor Haase Award 2013, Daniela Hesky and
Katja Schönherr.
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Binationales Forum für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
SPP 1418 auf brasilianisch-deutschem Symposium vertreten
Partnerland der diesjährigen MSE - Materials Science and Engineering ist
Brasilien. Binationale Symposia im Rahmen der MSE in Darmstadt sowie
während des 69. ABM International Annual Congress in São Paulo, Brasilien, werden Gelegenheit zur Diskussion und zum gegenseitigen Austausch
geben.
„Wo Ideen sich verbinden“ - unter diesem Motto lädt
die MSE 2014 zu einem deutsch-brasilianischen Symposium für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
nach Darmstadt. Das Symposium wird gemeinsam
von Prof. Dr.-Ing. Pedro Dolabella Portella (Bundesanstalt für Materialforschung BAM, Berlin) und Prof.
Fernando Rizzo (Pontifícia Universidade Católica do
Rio de Janeiro, Brasilien) organisiert. Die Themen
des Symposiums erstrecken sich von der Materialentwicklung über innovative Verfahrenstechniken und
Analyseverfahren bis hin zu einer gemeinsamen Forschungsinitiative für Fertigungstechnologien.
Parallel dazu wird die 69. Internationale Tagung
der Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais
e Mineração ABM in São Paulo das 1. BrasilianischDeutsche Symposium der Materialwissenschaft und
Werkstofftechnik veranstalten. Dieses binationale
Forum wird zahlreiche Möglichkeiten zur Diskussion
technologischer und wissenschaftler Fragestellungen
sowie für einen intensiven Gedankenaustausch geben. Das Schwerpunktprogramm 1418 wird mit sieben
Vorträgen aus allen Projektbereichen vertreten sein. ■
Binational Forum on Materials Science and Engineering
Priority program joins Brazilian-German symposium
Brazil is the cooperation partner of the MSE 2014 - Materials Science and Engineering. Binational symposia held during the MSE in Darmstadt and during
the 69th ABM International Annual Congress in São Paulo, Brazil, will offer
opportunities for discussion and mutual exchange.
“Where ideas unite“ - this is the theme of
a German-Brazilian symposium on materials science and engineering, held during the
MSE 2014 in Darmstadt. The symposium will
be jointly organized by Prof. Dr.-Ing. Pedro
Dolabella Portella (Federal Institute for Materials Research and Testing, Berlin, Germany)
and Prof. Fernando Rizzo (Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, Brazil).
Topics range from materials generation and,
processing, and analytics to a collaborative
research initative on manufacturing technology.
Likewise, the 69th International Congress
of the Associação Brasileira de Metalurgia,
Materiais e Mineração ABM will host the 1st
Brazilian-German Symposium on Materials
Science and Engineering in São Paulo, Brazil. This binational forum will offer its attendees rich opportunities for discussing technical and scientific issues and for exchanging
ideas. The Priority Program 1418 will contribute seven presentations, thus covering all
project areas. ■
Impressum
Herausgeber / Editor
Prof. Dr.-Ing. habil. Christos G. Aneziris
Institut für Keramik, Glas- und Baustofftechnik
09599 Freiberg
Redaktion & Layout / Editorial Office
Prof. Dr. habil. Anja Geigenmüller
TU Ilmenau
Fachgebiet Marketing
98693 Ilmenau
Tel.: +49-3731-39-2505
Fax: +49-3731-39-2419
E-Mail: [email protected]
Tel.: +49-3677-69-4085
Fax: +49-3677-69-4223
E-Mail: [email protected]
Fotos / Photos
TU Bergakademie Freiberg, DGM
Druckversion / Print Version
Buchbinderei Seidler, Freiberg.
erstellt mit Unterstützung der Deutschen
Forschungsgemeinschaft DFG

NEWSLETTER - TU Bergakademie Freiberg

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