Die verlinkte Webseite enthält Informationen der Website chemikalieninfo.de des Umweltbundesamtes zur chemischen Verbindung Zirkoniumdioxid. Stoffart: Stoffklasse.
Das Projekt "MEO-TBCs - Multikomponentige äquiatomare Oxide als Hochleistungsmaterialien für zukünftige Wärmedämmschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Anorganische und Analytische Chemie durchgeführt. Im Hinblick auf Ressourcenschonung muss die Effizienz von stationären Gasturbinen und Flugturbinen erhöht werden, um damit den Verbrauch fossiler Brennstoffe und den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid zu minimieren. Dies kann unter anderem durch die Erhöhung der Betriebstemperatur der Turbine erreicht werden, wobei gleichzeitig die aktive Kühlung von Turbinenkomponenten reduziert werden soll, um die Effizienz zu maximieren. Um diese Prozessanforderungen zu erfüllen, werden neue Materialien benötigt, die bei hohen Temperaturen in aggressiven Atmosphären über lange Zeit stabil sind. Bisher schützt eine keramische Wärmedämmschicht (WDS, engl. thermal barrier coating TBC) aus Yttriumoxid-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ) die darunterliegenden metallischen Bauteile (meist aus Nickel-basis Legierungen) in den heißesten Zonen der Gasturbine. Allerdings weist YSZ oberhalb von 1200 °C nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit im Langzeiteinsatz auf. Eine neue vielversprechende Materialklasse für den Einsatz als WDS bei Temperaturen größer als 1200 °C sind multikomponentige äquiatomare Oxide (engl. multicomponent equiatomic oxides, MEOs), die aus mindestens 4 - 5 verschiedenen Kationen in äquiatomarer Konzentration bestehen und einphasig in einer einfachen Kristallstruktur vorliegen. Diese Materialklasse wird erst seit 2015 in der Literatur erwähnt und verspricht, ähnlich wie bei den metallischen multikomponentigen äquiatomaren Legierungen (oder auch Hoch-Entropie Legierungen), erfolgsversprechende Eigenschaften, vor allem hinsichtlich einer geringen Wärmeleitfähigkeit, guter mechanischer Eigenschaften und Hochtemperaturstabilität. Im Rahmen dieses Projektes soll das Potential dieser neuen Materialklasse hinsichtlich der Anwendung als Hochleistungsmaterialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit für zukünftige Wärmedämmschichten untersucht werden. Dabei wird die, für eine neue Materialklasse nötige Grundlagenforschung.
Das Projekt "MEO-TBCs - Multikomponentige äquiatomare Oxide als Hochleistungsmaterialien für zukünftige Wärmedämmschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Flugzeuge werden auch in der mittelfristigen Zukunft mit Turbinen angetrieben werden, da alternative Antriebstechnologien noch weit entfernt von der Marktreife sind. Zwar können durch den Einsatz von synthetischen Kraftstoffen (sog. SynFuels) die Ressourcen geschont und eine CO2 neutrale Bilanz geschaffen werden, jedoch wird der weltweite Flugverkehr durch die wachsende Bevölkerung sowie den weltweiten Handel weiter ansteigen. Durch die Steigerung der Effizienz der Triebwerke kann das größte Einsparpotenzial im Treibstoffverbrauch und damit dem CO2 Ausstoß erreicht werden. Dies kann primär durch die Steigerung des Wirkungsgrades realisiert werden, was eine erhöhte Prozesstemperatur mit sich bringt. Dies ist jedoch nur mit Hilfe neuer Werkstoffe möglich. Bisher schützt eine keramische Wärmedämmschicht (WDS) aus Yttriumoxid-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ) die darunterliegenden metallischen Bauteile in den heißesten Zonen der Gasturbine. Allerdings weist YSZ oberhalb von 1200 Grad Celsius nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit im Langzeiteinsatz auf. Eine neue vielversprechende Materialklasse für den Einsatz als WDS bei Temperaturen größer als 1200 Grad Celsius sind multikomponentige äquiatomare Oxide (multicomponent equiatomic oxides, MEOs), die aus mindestens 4 - 5 verschiedenen Kationen in äquiatomarer Konzentration bestehen und einphasig in einer einfachen Kristallstruktur vorliegen. Diese Materialklasse wird erst seit 2015 in der Literatur erwähnt und verspricht, ähnlich wie bei den metallischen multikomponentigen äquiatomaren Legierungen (oder auch Hoch-Entropie Legierungen), erfolgsversprechende Eigenschaften, vor allem hinsichtlich einer geringen Wärmeleitfähigkeit, guter mechanischer Eigenschaften und Hochtemperaturstabilität. Im Rahmen dieses Projektes soll das Potential dieser neuen Materialklasse hinsichtlich der Anwendung als Hochleistungsmaterialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit für zukünftige Wärmedämmschichten untersucht werden.
Das Projekt "Multikomponentige äquiatomare Oxide als Hochleistungsmaterialien für zukünftige Wärmedämmschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Anorganische und Analytische Chemie durchgeführt. Im Hinblick auf Ressourcenschonung muss die Effizienz von stationären Gasturbinen und Flugturbinen erhöht werden, um damit den Verbrauch fossiler Brennstoffe und den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid zu minimieren. Dies kann unter anderem durch die Erhöhung der Betriebstemperatur der Turbine erreicht werden, wobei gleichzeitig die aktive Kühlung von Turbinenkomponenten reduziert werden soll, um die Effizienz zu maximieren. Um diese Prozessanforderungen zu erfüllen, werden neue Materialien benötigt, die bei hohen Temperaturen in aggressiven Atmosphären über lange Zeit stabil sind. Bisher schützt eine keramische Wärmedämmschicht (WDS, engl. thermal barrier coating TBC) aus Yttriumoxid-teilstabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ) die darunterliegenden metallischen Bauteile (meist aus Nickel-basis Legierungen) in den heißesten Zonen der Gasturbine. Allerdings weist YSZ oberhalb von 1200 °C nur eine begrenzte Temperaturbeständigkeit im Langzeiteinsatz auf. Eine neue vielversprechende Materialklasse für den Einsatz als WDS bei Temperaturen größer als 1200 °C sind multikomponentige äquiatomare Oxide (engl. multicomponent equiatomic oxides, MEOs), die aus mindestens 4 - 5 verschiedenen Kationen in äquiatomarer Konzentration bestehen und einphasig in einer einfachen Kristallstruktur vorliegen. Diese Materialklasse wird erst seit 2015 in der Literatur erwähnt und verspricht, ähnlich wie bei den metallischen multikomponentigen äquiatomaren Legierungen (oder auch Hoch-Entropie Legierungen), erfolgsversprechende Eigenschaften, vor allem hinsichtlich einer geringen Wärmeleitfähigkeit, guter mechanischer Eigenschaften und Hochtemperaturstabilität. Im Rahmen dieses Projektes soll das Potential dieser neuen Materialklasse hinsichtlich der Anwendung als Hochleistungsmaterialien mit geringer Wärmeleitfähigkeit für zukünftige Wärmedämmschichten untersucht werden. Dabei wird die, für eine neue Materialklasse nötige Grundlagenforschung.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung dünner Zirkoniumdioxid-Substrate als Membran für keramikgestützte Sensoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von KERAFOL Keramische Folien GmbH & Co. KG durchgeführt. Im Forschungsprojekt DigiMan werden innovative Sensorplattformen auf keramischer und polymerer Basis entwickelt, die sich mit umweltfreundlichen digitalen, additiven Fertigungstechnologien mit Inkjet bzw. Aerosoljet herstellen lassen. Dadurch wird es möglich, die Sensoren zu miniaturisieren, sie flexibel mit unterschiedlichen Eigenschaften zu versehen und dies auch bei kleinen Stückzahlen wirtschaftlich zu realisieren. Im Projekt werden neben der Sensorentwicklung die entsprechenden Prozess- und Materialentwicklungen durchgeführt, wie bspw. die extrem dünnen keramischen Membranen und Nanopartikeltinten. Das Ziel des Teilvorhabens ist es, ultradünne keramische Membranen auf Basis von ZrO2 mit einer Dicke von 10 Mikro m bis 40 Mikro m zu entwickeln und herzustellen. Dafür müssen Forschungstätigkeiten bei der Fertigung solch dünner Keramiken unternommen werden, einschließlich Pulver- und Trägerfolienwahl und Entbinderungs- und Sinterstrategien. Zur zuverlässigen Detektion von kritischen Fehlern in den Substraten soll ein Messsystem zur optischen Inspektion angeschafft werden.
Das Projekt "Präparation und Optimierung von Wärmedämmschichten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rauschert Heinersdorf - Pressig GmbH durchgeführt. Das Ziel des Vorhabens besteht in der Entwicklung einer instationären Methode, welche mit Hilfe bildgebender Systeme die Ermittlung der Haftungseigenschaften keramischer Wärmedämmschichten (englisch: Thermal Barrier Coatings, TBCs) für den Einsatz in Kraftwerksturbinen ermöglicht. Die zu entwickelnde Methode soll sowohl während des Betriebs der Turbinen als auch während der Schichtherstellung zum Einsatz kommen. Die zerstörungsfreie Überwachung der Schichten reduziert die Anzahl der Wartungsintervalle in denen die Turbine stillsteht und die Schaufeln evtl. ausgetauscht werden müssen, wodurch die Ressourcen- und Kosteneffizienz erhöht wird. Durch eine Verbesserung der Schichteigenschaften können höhere Betriebstemperaturen gefahren werden, was den Wirkungsgrad der Turbine erhöht. Daher sollen speziell die Haftungseigenschaften der TBCs durch eine Optimierung der Prozessparameter verbessert werden. Dafür werden die zur Verfügung stehenden thermischen Spritzverfahren entsprechend angepasst und die Parameter maßgeschneidert eingestellt. Insgesamt liefert das Vorhaben damit einen Beitrag zur Erhöhung Ressourcen- und Energieeffizienz von Kraftwerksturbinen. Rauschert wird Wärmedämmschichten auf Basis von Oxidkeramiken (vor allem Aluminiumoxid oder mit Yttriumoxid teilstabilisiertes Zirkonoxid) mittels thermischer Spritzverfahren auf Substrate aufbringen, die in der Kraftwerkstechnik eingesetzt werden. Dabei werden durch Variation der Prozessparameter und der Schichtzusammensetzung Schichten mit unterschiedlichen Haftungseigenschaften präpariert, die dann entsprechend von den Projektpartnern FHWS und ZAE Bayern charakterisiert werden. Darüber hinaus wird Rauschert bei der Entwicklung des Messverfahrens zur Bestimmung der Haftungseigenschaften mitwirken und entsprechende Messungen auch während der Schichtpräparation durchführen. Basierend auf den Untersuchungsergebnissen werden von Rauschert schließlich Schichten mit optimierten Haftungseigenschaften entwickelt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Materialentwicklung und Fertigung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Walter E.C. Pritzkow Spezialkeramik durchgeführt. Zur Steigerung der Energieeffizienz von MGT für den dezentralen KWK-Bereich ist die Erhöhung der TIT (Turbineneintrittstemperatur) essentiell. Eine TIT größer als 1200 Grad Celsius wird angestrebt. Dies ist nur zu erreichen, wenn die thermisch hochbelasteten Komponenten wie Injektoren, Brennkammer und Turbinenleitrad aus einem keramischen Werkstoff hergestellt werden. Auf Grund der Anwendungsrandbedingungen werden monolithische Keramiken nicht zum Einsatz kommen können. Oxidkeramische Faserverbundwerkstoffe, die rein aus Endlosfaser-Textilien bestehen, sind sehr hochpreisig und würden die Komponenten so teuer werden lassen, dass die Energieerzeugungskosten zu hoch werden. Im Rahmen des Projektes soll ein keramischer Werkstoff entwickelt werden, der eine Kombination von Kurz- und Endlosfasern (Sandwichstruktur) beinhaltet, um somit die Kosten stark reduzieren zu können. Dabei muss der zu entwickelnde Werkstoff den Anforderungen bezüglich Verschleiß-, Temperatur- und Thermoschockbeständigkeit genügen. Des Weiteren soll der Werkstoff auch dem Einsatz von biogenen Gasen ermöglichen, was die zum Einsatz kommenden Werkstoffe auf das System Al2O3/ZrO2 weiter einschränkt. Aus dem entwickelten Kombinationswerkstoff sollen dann die thermisch hochbelasten Komponenten hergestellt und eingesetzt werden. Die Komponenten müssen werkstoffgerecht designt werden, damit sie im Einsatz in der MGT C60/C65 Ihre Funktion auch unter Dauerbelastung erfüllen können.
Das Projekt "Teilvorhaben 6: Verwertung der Nebenprodukte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Imerys Fused Minerals Laufenburg GmbH durchgeführt. Ziel: Verwendung der zirkonsandreichen Nebenprodukte im Lichtbogenofen zur Herstellung von Zirkoniumoxid-Aluminiumoxid-Eutektikum (Schleifmittel- und Feuerfestanwendungen) bzw. zur Herstellung von Zirkoniumoxid-Produkten (Feuerfest, Wärmedämmschichten, Keramik). Dabei werden Rohstoffe (Zirkonsand, Zirkoniumoxid/Baddeleyite, Tonerden, weitere Zuschlagstoffe) eingeschmolzen, kontrolliert abgekühlt und anschließend auf definierte Korngröße zerkleinert. Vorgehen: Die zirkonsandreichen Nebenprodukte werden chemischer und mineralogischer Zusammensetzung (RFA, ICP-OES; Pulver-XRD; SEM-EDX) sowie Korngrößenverteilung (Rotap, Lichtstreuung, dynamische Bildanalyse; BET) charakterisiert. Sofern möglich sollen Schmelzversuche am Lichtbogenofen durchgeführt werden und die Schmelzprodukte hinsichtlich ihrer Produkteigenschaften (Mikrostruktur, Härte, Wärmeleitfähigkeit, thermische Ausdehnung, etc) auf ihre Verwendbarkeit in den verschiedenen Anwendungen untersucht werden. 2016: unterstützende Tätigkeit bei der Rohstoffcharakterisierung und Probengewinnung 2017: Charakterisierung der zirkonreichen Nebenprodukte; Lichtbogenschmelztests 2018: Lichtbogenschmelztests, Charakterisierung der Schmelzprodukte 2019: Anwendungstests der Muster, technisch-wirtschaftliche Beurteilung der Verwendbarkeit.
Das Projekt "Optimierte Erzeugung von hochkonzentrierten Partikel-Dispersionen aus keramischen Nanokristallen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Physikalisch-Chemisches Institut durchgeführt. Ausgangspunkt der Forschung war die nasschemische Herstellung (Abwandlung des Sol-Gel-Verfahrens) von Titanoxid und auch Zinkoxid als amorphe oder kristalline Metalloxid-Nanopartikel und deren optionale Weiterverarbeitung in konzentrierten Dispersionen unter Einsparung von Lösungsmitteln. Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Smarsly konnte dabei in den vergangenen Jahren u.a. bemerkenswerte Fortschritte hinsichtlich der Mikrowellensynthese von Zirkoniumdioxid-Teilchen erreichen und die Ausbeuten erheblich steigern, so dass Produktionsmengen bis in den Kilogramm-Bereich / die Produktion im kg-Bereich im Labor möglich geworden ist (sind). An sich ist die Synthese auch noch weiterhin bis zu einem industriellen Level hochskalierbar, so dass die Produktion nicht nur im kg-Bereich, sondern zukünftig auch im Tonnen-Maßstab ermöglicht wird. Wesentliche Ziele sind die Nutzbarmachung des Mikrowellen-gestützten ZrO2-Syntheseverfahrens für weitere Partikel und Erzeugung von Nanokeramikschutzschichten auf unterschiedlichen Oberflächen. Weiterhin wird die Entwicklung eines Konzepts für das Recycling nicht verbrauchter Lösungsmittel nach einer Mikrowellensynthese fokussiert. Das Gesamtprojekt ist auf eine Laufzeit von 12 Monaten ausgelegt und gliedert sich in die folgenden zwei Projektabschnitte, welche jeweils die Hälfte der Projektdauer einnehmen werden: 1. Übertragung des Mikrowellen-gestützten ZrO2-Syntheseverfahrens auf ATO, GeO2, TiO2, YSZ 2. Herstellung hochreiner, kristalliner (ultra-)dünner Nanokeramikschutzschichten auf Basis von ZrO2/YSZ-Dispersionen auf verschiedenen Model-Substraten wie Aluminium, Messing, Stahl, Kunststoff (PC, PE, PP usw.).
Das Projekt "Entwicklung einer verkokungsresistenten und oxidationsstabilen Anode für die oxidkeramische Brennstoffzelle (SOFC)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Hintergrund: Brennstoffzellen sind Energiewandler, die sich derzeit in der Markteinführung befinden. Zu den wichtigsten Anwendungen zählen die Stromversorgung für mobile, portable und stationäre Anwendungen. Brennstoffzellen zeichnen sich durch einen hohen elektrischen Wirkungsgrad, geringe Emissionen und einen flexiblen bzw. modularen Aufbau aus. Als Nachteile sind die hohen Kosten und die noch unzureichende Lebensdauer zu nennen. Weltweit werden erhebliche Anstrengungen unternommen, um Brennstoffzellensysteme zu optimieren. Motivation / Strategie: Vor dem Hintergrund der angestrebten stärkeren Nutzung regenerativer Energiequellen für die Stromerzeugung kommt der energieeffizienten Gewinnung von elektrischem Strom aus Biogas auch im kleinen Leistungsbereich daher eine große Bedeutung zu. Im Gegensatz zu Wind- und Solarenergie steht Biogas rund um die Uhr zur Verfügung, wenn auch mit saisonalen Schwankungen. Brennstoffzellen erreichen höhere Wirkungsgrade als Gasmotoren, vor allem bei kleiner Leistung, da sie anders als thermodynamische Kreisprozesse keiner Beschränkung durch den Carnot-Wirkungsgrad unterliegen. Die oxidkeramische Brennstoffzelle (SOFC) eignet sich besonders für die Nutzung von Erdgas und Biogas als Brennstoff: zum einen, da sie die höchsten elektrischen Wirkungsgrade verspricht, etwa 45-60%, und zum anderen, weil sie prinzipiell auch Kohlenwasserstoffe direkt umsetzen kann und CO2 toleriert. Stand der Technik: SOFCs heutiger Bauart sind in der Regel mit einer keramisch-metallischen Anode (Cermet) ausgestattet, die Ni als Elektronen leitende, metallische Komponente und Yttriumstabilisiertes Zirkondioxid (YSZ) als Ionen leitende, keramische Komponente enthält. In kohlenstoffhaltiger Atmosphäre ist Ni allerdings sehr anfällig gegenüber Verkokung. Eine Minderung der Verkokung wurde durch Zusatz von Elementen der Gruppe IV (z. B. Sn und Pb) und Gruppe V (z.B. Sb und Bi) an Ni beobachtet (I. Ul-Haque and D.L. Trimm, Catalyst for steam reforming of hydrocarbons, DK/09.08.09/DK 1898/90 (1991). Padeste et al. (C. Padeste, D. L. Trimm, Characterization of Sn doped Ni/Al2O3 steam reforming catalysts by XPS, Catalysis. Letters 17, (1993), 333-339) untersuchten die Aktivität vom Sn-dotierten Ni/Al2O3-Katalysator für Biogas und stellten fest, dass kleine Beimengen an Sn (kleiner als 1%) eine selektive Vergiftung der Kohlenstoffbildung bewirken. Als mögliche Ursache für die Inhibierung der Verkokung wurde eine geringere Löslichkeit des Kohlenstoffs in das mit Sn modifizierte Ni-Material postuliert. Durch intensive Untersuchungen der mechanistischen Ursachen von 'metal dusting' am DECHEMA Forschungsinstitut (DFI) wird auch die Änderung der Gitterparameter von Nickel durch die Legierung mit Zinn als inhibierender Faktor angenommen (D. J. Young, J. Zhang, C. Geers, M. Schütze,Materials and Corrosion 62 (2011) 7-28).
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 33 |
| Type | Count |
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| Chemische Verbindung | 1 |
| Förderprogramm | 32 |
| License | Count |
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| Deutsch | 32 |
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| Resource type | Count |
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| Topic | Count |
|---|---|
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| Weitere | 32 |