TY - CONF A1 - Kilo, M. A1 - Diegeler, A. A1 - Müller, Ralf A1 - Waurischk, Tina A1 - Reinsch, Stefan T1 - Glass Screening for the systematic development of new glasses N2 - Die technischen Möglichkeiten der robotischen Glasschmelzanlage der BAM werden vorgestellt. T2 - 26th International Conference on Glass CY - Berlin, Germany DA - 04.07.2022 KW - Material Digital PY - 2022 AN - OPUS4-56280 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, Ralf T1 - GlasDigital - Datengetriebener Workflow für die beschleunigte Entwicklung von Glas N2 - Das Projekt GlasDigital im Rahmen der BMBF Initiative MaterialDigital wird vorgestellt. T2 - MatFo22 CY - Berlin, Germany DA - 14.11.2022 KW - Material Digital PY - 2022 AN - OPUS4-56282 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Reinsch, Stefan A1 - Tielemann, Christopher A1 - Müller, Ralf A1 - Busch, R. A1 - Patzig, C. A1 - Höche, T. T1 - Surface-Initiated Microstructure Formation in Glass Ceramics N2 - Up to now, oriented surface crystallization phenomena are discussed controversially, and related studies are restricted to few glasses. For silicate glasses we found a good correlation between the calculated surface energy of crystal faces and oriented surface nucleation. Surface energies were estimated assuming that crystal surfaces resemble minimum energy crack paths along the given crystal plane. This concept was successfully applied by Rouxel in calculating fracture surface energies of glasses. Several oriented nucleation phenomena can be herby explained assuming that high energy crystal surfaces tend to be wetted by the melt. This would minimize the total interfacial energy of the nucleus. Furthermore, we will discuss the evolution of the microstructure and its effect on the preferred crystal orientation. T2 - 26th International Congress on Glass CY - Berlin, Germany DA - 03.07.2022 KW - Glass KW - Oriented surface crystallization KW - Surface energy KW - Bond energy KW - Nucleation mode PY - 2022 AN - OPUS4-56070 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Höhne, Patrick A1 - Kuchenbecker, Petra A1 - Lindemann, Franziska A1 - Rabe, Torsten T1 - Optimized spray granules for dry pressing by means of slurry destabilization and ultrasonic atomization N2 - The homogeneous introduction of organic additives is a prerequisite for good processability of ceramic powders during dry pressing. The addition of organic additives by wet route via ceramic slurries offers advantages over dry processing. The organic content can be reduced and a more homogeneous distribution of the additives on the particle surface is achieved. In addition to the measurements of zeta potential and viscosity, sedimentation analysis by optical centrifugation was also tested and successfully used to characterize the ceramic slurries and accurately evaluate of the suitability of different types, amounts, and compositions of organic additives. Spray drying of well-stabilized slurries usually results in mostly hollow granules with a hard shell leading to sintered bodies with defects and reduced strength and density. By purposefully degrading the slurry stability after dispersion of the ceramic powder, the drying behavior of the granules in the spray drying process and thus the granule properties can be influenced. Destabilization of the slurry and thus partial flocculation was quantified by optical centrifugation. Spray drying of the destabilized alumina slurries resulted in "non-hollow" granules without the detrimental hard shell and thus improved granule properties. Further improvement of the granules was achieved by installing ultrasonic atomization in the spray dryer. A narrower granule size distribution was achieved, which had a positive effect on, among other things, the flowability of the granules. Specimens produced from this granules had fewer defects of smaller size, leading to better results for the density and strength of the sintered bodies. The observations made for alumina could be transferred to zirconia and as well to ZTA with 20 wt% zirconia. T2 - Ceramics in Europe 2022 CY - Krakau, Poland DA - 10.07.2022 KW - Ultrasound KW - Spray drying KW - Slurry PY - 2022 AN - OPUS4-56171 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eisenbart, M. A1 - Bauer, F. A1 - Klotz, U. A1 - Weber, M. A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Hanke, T. A1 - Dziwis, G. A1 - Meissner, R. A1 - Tikana, L. T1 - KupferDigital – Datenökosystem für die digitale Materialentwicklung auf Basis Ontologie-basierter digitaler Repräsentationen von Kupfer und Kupferlegierungen N2 - Kern des Projektes KupferDigital ist es, einen Demonstrator für ein digitales Datenökosystem zu erstellen, der der Digitalisierung der Materialforschung und der metallverarbeitenden Industrie als zukunftsfähige Plattform zur Verfügung stehen soll. Das Projekt KupferDigital entwickelt Methoden und Konzepte, um den Lebenszyklus am Beispiel von Kupfer – von der Erzgewinnung bis zum Recycling – digital zu erfassen. Grundlage ist die Entwicklung sogenannter Ontologien. Diese können als eine Art Wissensnetz verstanden werden. Sie dienen als gemeinsame Standards für die Beschreibung von Werkstoffen und technischen Vorgängen. Sie helfen bei der digitalen Erfassung von Prozessschritten sowie von Materialeigenschaften. Parallel dazu werden Konzepte für Datenstrukturen, die Speicherung und den Austausch von Werkstoffdaten über neu zu definierende Schnittstellen erarbeitet. Über die Bereitstellung digitalisierter Lebenszyklen von Kupfer wird die Industrie bei der Pro-duktentwicklung befähigt, neue Werkstoffentwicklungen frühzeitig zu bewerten, beispielsweise unter dem Gesichtspunkt der Nachhaltigkeit. Kupfer kommt hier eine aktuelle Bedeutung zu, weil es für die digitale Transformation sowie die Energie- und Mobilitätswende von fundamentaler Bedeutung ist und somit von hohem gesellschaftlichem Wert. Die Projektziele sind sowohl auf weitere metallische Struktur- und Funktionswerkstoffe als auch auf andere Industriebereiche übertragbar. Die Projektergebnisse werden im Rahmen der Aktivitäten der Innovationsplattform MaterialDigital allen Interessierten zur Verfügung gestellt. T2 - MatFo2022 „Vom Material zur Innovation: Digital, Neutral, Vital“ CY - Online meeting DA - 14.11.2022 KW - Kupfer KW - Datenökosystem KW - Materialentwicklung KW - Ontologie PY - 2022 AN - OPUS4-56405 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Eisenbart, M. A1 - Bauer, F. A1 - Klotz, U. A1 - Weber, M. A1 - Beygi Nasrabadi, Hossein A1 - Skrotzki, Birgit A1 - Klengel, R. A1 - Steinmeier, L. A1 - Parvez, A. A1 - Hanke, T. A1 - Dziwis, G. A1 - Meissner, R. A1 - Tikana, L. A1 - Heisterkamp, J. T1 - Development of an ontology for the lifecycle of copper and copper alloys N2 - Efforts towards digitalization in the material science and technology community have enhanced in the last years. In 2019 the German digitalization initiative platform „MaterialDigital“1 (MD) has been started. Numerous projects concerning digitalization, including the copper related project „KupferDigital“ (copper digital) have been initiated under the umbrella of MD. The initiative strives to address numerous issues concerning data access, exchange, security, provenance and sovereignty. Heterogeneous data origin, storage and evaluation often result in problems concerning comparability and reproducibility of scientific and technological results. In many cases material data are recorded, but the methods of testing are insufficiently described, or such information is not communicated along with the raw data. The material data can also have numerous different formats such as paper printouts, pdfs, excel sheets or csv-files. Hence, gathering and integrating material data from different sources is challenging for potential users like materials scientists and engineers, especially if there are contradictory data where the reasons for contradictions is not clear due their vague description. In order to address these problems, data should comply to the so called „FAIR“ principle which calls for data to be findable, accessible, interoperable, and reusable (FAIR)2 and hence be accessible via so-called decentralized but interconnected data spaces. By using knowledge representation withontologies, data can be enriched with meaning and the methods of the testing procedures can be accurately provided. In this presentation we want to introduce our approach to such knowledge representation based on a high-throughput alloy development process for Cu-based alloys³ along with characterization techniques such as hardness testing and microstructural characterization (e.g. EBSD – Electron Backscattered Diffraction). T2 - Copper Alloys Conference CY - Dusseldorf, Germany DA - 22.11.2022 KW - Copper KW - Life cycle KW - Ontology PY - 2022 AN - OPUS4-56406 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Waurischk, Tina A1 - Reinsch, Stefan A1 - Müller, Ralf A1 - Rouxel, T. A1 - Behrens, H. A1 - Deubener, J. T1 - Vacuum crack growth in silicate glasses N2 - Although the slow crack growth in glass is dominated by stress-corrosion phenomena, it also should reflect the underlaying intrinsic fracture behavior controlled by glass chemistry and structure. To investigate such underlaying phenomena, crack growth velocity in alkali silicate glasses was measured in vacuum across 10 orders of magnitude with double cantilever beam technique. Measured and literature crack growth data were compared with calculated intrinsic fracture toughness data obtained from Young’s moduli and theoretical fracture surface energy. Data analysis reveals slight correlation with the packing density and significant deviations from the intrinsic brittle fracture behavior. These deviations do not follow simple compositional trends. Two opposing processes may explain this finding: a decrease in the apparent fracture surface energy due to stress-induced chemical changes at the crack tip and its increase due to energy dissipation during fracture. T2 - 26th International Congress on Glass CY - Berlin, Germany DA - 03.07.2022 KW - Oxide glass KW - Fracture toughness KW - Fracture surface PY - 2022 AN - OPUS4-56485 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Müller, Ralf T1 - GLAS DIGITAL - Datengetriebener Workflow für die beschleunigte Entwicklung von Glas N2 - Aktuelle Ergebnisse des Projektes GlasDigital werden kurz zusammenfassend und allgemein verständlich vorgestellt. T2 - MatFo 2022 CY - Cologne, Germany DA - 14.11.2022 KW - Oxidglas KW - robotische Glasschmelzanlage KW - Ontologie KW - ML KW - Digitaler Zwilling KW - Bildanalyse PY - 2022 AN - OPUS4-56492 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Waurischk, Tina T1 - Glas Digital Datengetriebener Workflow für die beschleunigte Entwicklung von Glas N2 - Der aktuelle Stand des Projektes GlasDigital wird in Kurzform präsentiert. T2 - PMD Vollversammlung CY - Online meeting DA - 17.03.2022 KW - Oxidglas KW - robotische Glasschmelzanlage KW - Ontologie KW - ML KW - Digitaler Zwilling KW - Bildanalyse PY - 2022 AN - OPUS4-56493 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Bresch, Sophie T1 - Oxidkeramische Werkstoffe und Folien für thermoelektrische Multilayergeneratoren N2 - Thermoelektrische Effekte beschreiben die direkte Verknüpfung von thermischer Energie und elektrischer Energie in Festkörpern. Durch Thermodiffusionsströme entsteht direkt, ohne beweg¬liche Teile, ein elektrisches Feld als Folge einer Temperaturdifferenz. Diese Material-eigenschaft wird durch den Seebeckkoeffizienten beschrieben. Je nach Art der Ladungs¬träger sind die indu¬zierte Spannung und der Seebeckkoeffizient positiv (p-Typ) oder negativ (n-Typ). Thermo¬elek¬trische Effekte lassen sich beispielsweise in Thermo¬elementen zur Temperatur-messung, in Pel¬tierelementen zum Kühlen oder Heizen und in thermo¬elektrischen Generatoren zur Umwandlung von thermischer Energie in elektrische Energie nutzen. In thermoelektrischen Generatoren werden Schenkel aus p-Typ- und n-Typ-Materialien elek-trisch in Reihe und thermisch parallel verschaltet. Konventionell werden einzelne Schenkel aus Bismut¬tellurid auf ein metallisiertes Substrat gelötet. Man spricht vom π-Typ-Design. Aufgrund auf¬wendiger Fertigung und nicht optimaler Flächennutzung stellt dieses Design nicht die best-mög¬liche Lösung dar. Neben Telluriden gibt es noch andere vielversprechende thermoelektrische Material¬systeme wie die oxidischen Thermoelektrika. Im Temperatur¬bereich oberhalb von 700 °C können oxidische thermoelektrische Materialien mit nichtoxidischen konkurrieren. Zudem sind sie oxidationsbeständig und können aus weniger toxischen und besser verfügbaren Rohstoffen her¬ge¬stellt werden. Da es sich um keramische Materialien handelt, können unter Nutzung der Multi¬layer¬technologie (auch Vielschicht- oder Mehrlagentechnik) Generatoren im Multilayer¬design hergestellt werden. Keramische Multi¬layer¬generatoren sind aufgrund der höheren Leis¬tungs¬dichte, der Möglichkeit der gezielten Texturierung und des hohen möglichen Auto¬mati¬sierungs¬grades des Herstellungs¬prozesses eine viel¬versprechende Alternative zu konven¬tionellen π-Typ-Generatoren. Alle Lagen werden in einem Schritt co-gesintert. Die beiden zum jetzigen Zeit¬punkt wohl viel¬versprechendsten oxi¬dischen Thermoelektrika sind Calcium-cobaltit Ca3Co4O9 als p-Typ und Calciummanganat CaMnO3 als n-Typ. Die Sinter¬tem¬peratur von Ca3Co4O9 ist durch eine Phasenumwandlung bei 926 °C beschränkt. Texturiertes, dichtes Ca3Co4O9 mit einer hohen Festigkeit kann nur über Hei߬pressen hergestellt werden. Das Co-Sintern von Ca3Co4O9 und CaMnO3 war wegen der Tem¬pera¬tur¬differenz von 350 K zwischen den jeweiligen Sinterintervallen bisher nicht möglich. Ziel dieser Arbeit war deshalb die Ent¬wick¬lung von kompatiblen oxidkeramischen Werkstoffen und Folien für thermoelektrische Multilayer-generatoren auf der Basis von Ca3Co4O9 und CaMnO3. Daraus resultieren vier wesentliche Arbeitspakete. Zunächst die Materialentwicklungen von Ca3Co4O9 (p-Typ) und CaMnO3 (n-Typ) für ein Co-Sintern bei 900 °C mit akzeptablen thermoelek¬trischen Eigenschaften, dann die Entwicklung der weiteren im Generator benötigten Kompo¬nenten wie der Isolationsschicht und abschließend die Fertigung und Bewertung von Demonstra¬toren im Multi¬layer¬design. Foliengießen und druckunterstütztes Sintern ermöglichen die Herstellung von dichtem, tex-turier¬tem Ca3Co4O9 mit hoher Festigkeit und hohem Leistungsfaktor. Letzterer ist das Produkt der elek¬trischen Leitfähigkeit und dem Quadrat des Seebeckkoeffizienten. Für die elektrische Leit¬fähigkeit zeigte sich in dieser Arbeit ein kombinierter Einfluss von Sinterdichte und Textur. Die thermo¬elektrischen Eigen¬schaften lassen sich somit über die Einstellung der Mikrostruktur gezielt steuern. Durch die Optimierung der Pulversynthese, die Einführung des Sinteradditives CuO und die Kombi¬nation mit dem druckunterstützten Sintern (7,5 MPa) konnte die Sintertemperatur des CaMnO3 bei gleichbleibendem Leistungsfaktor von 1250 °C auf 950 °C gesenkt werden. Druck-unter¬stütztes Sintern von CaMnO3 ist bei 900 °C möglich, führt aber zu einem Werkstoff mit geringerem Leistungsfaktor, geringerer Dichte und ungenügender Festigkeit. Zur elektrischen Isolation der beiden thermoelektrischen Materialien wurde ein Glas-Keramik-Kompo¬sit mit hohem Volumenwiderstand und angepasstem Wärmeausdehnungs¬koef¬fizienten ent¬wickelt. Aus den zu Folien vergossenen thermoelektrischen Materialien, der siebgedruckten Iso¬lations-schicht und der siebgedruckten Metallisierung wurden mittels Multilayertech¬nologie De¬mons-tratoren hergestellt. Neben dem pn-Generator aus Ca3Co4O9 und CaMnO3 wurden auch Unileg-generatoren aus Ca3Co4O9 gefertigt. Bei Unileggeneratoren wird die Komplexität des Aufbaus durch die Verwendung von nur einem thermoelektrischen Material verringert. Die Simulation der Demonstratoren zeigte, dass der pn-Generator aus Ca3Co4O9 und CaMnO3 keine höheren Leis-tungsdichten erbringt als der aus nur Ca3Co4O9 bestehende Unileg¬generator. Auf¬grund des ge-ringen Leistungsfaktors und der geringen Festigkeit des bei 900 °C gesinterten CaMnO3 er¬scheint die Fertigung von pn-Multilayer¬generatoren aus Ca3Co4O9 und CaMnO3 derzeit nicht sinn¬voll. Die Unileg¬generatoren aus Ca3Co4O9 erreichen mit sehr hoher Reproduzier¬barkeit 2 mW/cm² bei einer Temperaturdifferenz von 230 K, dies entspricht 80 % der simulierten elektrischen Leistung. Es handelt sich hierbei um den ersten Machbarkeits¬nachweis zur Herstellung von Multilayer-generatoren auf Basis von texturiertem Ca3Co4O9 mit hohem thermoelektrischem Leistungsfaktor, hoher Dichte und hoher Festigkeit. Solch thermoelektrische Multilayergeneratoren könnten zukünftig Systeme mit geringen elek-trischen Leistungsanforderungen wie Sensoren autark und nachhaltig mit elektrischer Energie ver¬sorgen. T2 - Promotionskolloquium CY - Bayreuth, Germany DA - 25.04.2022 KW - Calciumcobaltit KW - Calciummanganat KW - Foliengießen KW - Sintertemperatur PY - 2022 AN - OPUS4-54726 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -