Programm - Deutsches Kupferinstitut

13. KUPFER-SYMPOSIUM
Werkstofftagung
vom 16. – 17. November 2016 in Karlsruhe
in Kooperation mit dem
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2016 findet die Werkstofftagung zusammen mit dem Institut für Angewandte Materialien am Karlsruher Institut für Technologie KIT statt. Die Forschungsuniversität in der
Helmholtz-Gemeinschaft führt die Aufgaben nationaler Großforschung und die einer
Landesuniversität zukunftsweisend zusammen und bietet damit der Veranstaltung rund
um Kupfer und Kupferlegierungen ein spannendes Umfeld.
Das Institut für Angewandte Materialien - Computational Materials Science (IAMCMS) befasst sich in Forschung und Lehre mit den mechanischen und strukturellen
Eigenschaften von Werkstoffen und der Bauteilbewertung.
Programmausschuss:
Dr. N. Gaag, Diehl Metall Stiftung & Co. KG, Röthenbach
Prof. P. Gumbsch, Institut für Angewandte Materialien, KIT Karlsruhe
Dr. D. Helm, Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, Freiburg
Dr. U. Hofmann, Wieland-Werke AG, Ulm
Dr. M. Hoppe, Aurubis AG, Hamburg
Dr. A. Klassert, Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e. V., Düsseldorf
Dr. M. Köhler, Diehl Metall Stiftung & Co. KG, Röthenbach
Dr. G. Müller, Wieland-Werke AG, Ulm
Dr. K. Ockenfeld, Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e. V., Düsseldorf
Dr. W. Pavel, Gebr. Kemper GmbH & Co KG, Olpe
Dr. D. Rode, KME Germany GmbH & Co. KG, Osnabrück
B. Schmitz M.A., Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e. V., Düsseldorf
Dr. L. Tikana, Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e. V., Düsseldorf
Das Kupfer-Symposium ist die bedeutendste deutschsprachige Plattform für den
professionellen Erfahrungsaustausch zwischen Industrie und Forschung und eine der
wichtigsten werkstoffwissenschaftlichen Veranstaltungen zum Thema Kupfer. Neben
den qualitativ hochwertigen Fachvorträgen wird von den Teilnehmern insbesondere
die Möglichkeit geschätzt, sich über künftige Entwicklungen innerhalb der Werkstofftechnik und Fertigungstechnik auszutauschen und neue Forschungsansätze zu definieren. Die Veranstaltung bietet Forschungsinstituten, Hochschulen und der Industrie
die Möglichkeit, den Dialog zu intensivieren und die Zusammenarbeit zu optimieren. Das Kupferinstitut ist als Dienstleister zu allen Fragen rund um Eigenschaften,
Verarbeitung und Anwendung von Kupferwerkstoffen, als Initiator und Koordinator
entsprechender Forschung und als Verband der kupfererzeugenden und
-verwendenden Industrie tätig.
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Tagungsprogramm
Tagungsort:
Novotel Karlsruhe City
Festplatz 2, D- 76137 Karlsruhe
Mittwoch,
16. November 2016
11.30 Uhr
Eintreffen der Gäste, Imbiss
12.00 Uhr
Exkursionen Fachinstitute KIT
14.30 Uhr
Kaffeepause
15.00 Uhr
Begrüßung
Dr. A. Klassert, Deutsches Kupferinstitut
Berufsverband e. V., Düsseldorf
LED UND BRENNSTOFFZELLE WELCHEN NUTZEN BRINGT KUPFER?
Vorsitz: Dr. M. Hoppe, Aurubis AG
15.10 Uhr
Lichttechnik und Kupfer - Ein Überblick S. Fassbinder, Deutsches Kupferinstitut
Berufsverband e.V., Düsseldorf
Licht ist eine Form von Energie und entsteht aus
Quantensprüngen im ursprünglichen Sinne der
Physik. In der betrieblichen Praxis finden sich
zwei Methoden der »feinen Art«, um auf effiziente Weise Licht zu erzeugen: Die traditionellen
Leuchtstofflampen und die neuen, auf Halblei-
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tern basierenden Leuchtdioden. Die Urform der
Erzeugung elektrischen Lichts stellt im Vergleich
hierzu eine »Holzhammer-Methode« dar: Man
erwärmt etwas so stark, dass es hinreichend hell
glüht. Es entsteht ein so genannter »Temperaturstrahler« in Form der Glühlampe. Allerdings
war auch diese zur Zeit ihrer Erfindung ihren
Vorgängerinnen – Kerzen, Fackeln, Petroleumlampen – in der Effizienz schon um einen so
großen Schritt überlegen wie er kein zweites
Mal mehr wird vollzogen werden können, da
dies Wirkungsgraden weit über 100% entspräche. Nur elektrischer Strom ermöglicht diesen
Quantensprung auch im übertragenen Sinne,
und dieser benötigt Kupfer.
15.45 Uhr
Wie Kupfer organische Leuchtdioden effizienter macht – Mehrkernige
Kupferkomplexe als neue Emittermaterialien Prof. S. Bräse, Karlsruher Institut
für Technologie (KIT), Karlsruhe
Seit einiger Zeit liegt die Entwicklung von
neuen, energiesparenden Lösungen für den
Beleuchtungs- und Displaymarkt im Fokus von
Forschungsaktivitäten in Unternehmen und an
Universitäten. Organische Leuchtdioden (OLEDs)
haben sich mittlerweile als innovative Lösung
am Markt etabliert, jedoch besteht weiterhin ein
großes Forschungs- und Entwicklungspotential.
LED und Brennstoffzelle
Kupferhaltige Leuchtstoffe, deren hohe Effizienz
aus thermisch aktivierter verzögerter Fluoreszenz
(TADF) stammt, können andere Metallkomplexe
hier in Zukunft ablösen. In dem Vortrag werden
Grundlagen, Forschungsbeiträge der eigenen
Gruppe in Zusammenarbeit mit der Firma Cynora
sowie zukünftige Entwicklungen wie die Druckbarkeit vorgestellt.
16.20 Uhr
Hochporöse Polymer-Kupfer-Komposite
für neuartige Anwendungen
Prof. A. Greiner, Universität Bayreuth
Prof. U. Schröder, TU Braunschweig
Polymer-Kupfer-Komposite bieten auf Grund
der Kombination von Polymereigenschaften mit
den metallischen Eigenschaften des Kupfers
ganz besonders vielfältige Möglichkeiten für
neuartige Anwendungen. Die Anwendungsperspektiven werden noch vielfältiger, wenn
man hochporöse Polymersysteme in Form von
Schwämmen oder Schäumen einsetzt. Die
Herausforderung liegt dabei in der gleichmäßigen Verkupferung dieser Systeme. In diesem
Tandembeitrag werden sowohl die Herstellung
verkupferter Polymerschwämme vorgestellt als
auch deren Eigenschaften an Hand ausgewählter Anwendungssysteme dokumentiert.
Als vollkommen neues Anwendungsfeld wird
der Einsatz verkupferter Polymerschwämme als
Elektroden in mikrobiellen Brennstoffzellen im
Detail diskutiert.
17.20 Uhr
Podiumdiskussion:
Wie sieht die Licht- und Energietechnik
der Zukunft aus?
17.45 Uhr
Ende der Veranstaltung
18.30 Uhr
Entdecken Sie das Karlsruher Schloss!
Get-together im historischen Kleinod von
Karlsruhe.
Rundgang und Abendempfang
Übergabe Förderpreis 2016 des
Deutschen Kupferinstituts
23.00 Uhr
Rückkunft Hotel
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Tagungsprogramm
Tagungsort:
Novotel Karlsruhe City
Festplatz 2, D- 76137 Karlsruhe
Donnerstag,
17. November 2016
8.30 Uhr
Begrüßung und Vorstellung
KIT und IMA
Prof. P. Gumbsch, KIT Karlsruhe,
Institut für Angewandte Materialien
SYSTEMGEBUNDENE MATERIALEIGENSCHAFTEN
Vorsitz: Dr. D. Rode, KME Germany
GmbH & Co. KG
8.50 Uhr
Schwingfestigkeitsverhalten von
Kupfer-Legierungen für die Anwendung
in mobilen Steuergeräten R. Wagener1, H. Kaufmann1, T. Melz1,
M. Scurria1, T. Kimpel2, M. Haouel2, 1Fraunhofer
LBF, Darmstadt, 2Robert Bosch GmbH
Elektronische Steuergeräte in der Automobilindustrie sind mechanischen, thermomechanischen und elektrischen Wechselwirkungen
ausgesetzt. Aufgrund der Tendenz zur Funktionsintegration und Miniaturisierung nimmt die
lokale Beanspruchung zu, so dass auch bisher
nicht oder nur gering mechanisch beanspruchte
Bauteile unter zyklischer Belastungen versagen
können. Dementsprechend findet derzeit eine
Änderung in dem Anforderungsprofil der Kupfer-Legierungen statt, wobei die mechanischen
und zyklischen Eigenschaften in den Fokus
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rücken, ohne dass große Einbußen hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften in Kauf
genommen werden sollen. Die Bauteile werden
betriebsfest bemessen, um ein Versagen bei
zyklischer Belastung von einzelnen Komponenten wie Stecker der kalten Kontaktiertechnik
während der geplanten Nutzungsdauer zu
vermeiden. Neben verschiedenen Schwingfestigkeitskennwerten wird ein Konzept benötigt, das
die Übertragung der Kennwerte auf unterschiedliche hoch beanspruchte Bauteilbereiche
erlaubt; unter anderem ist dabei der vorhandene
Größeneinfluss zwischen Werkstoffproben zur
Kennwertermittlung und den oftmals kleineren
Bauteilen zu berücksichtigen. Als Werkstoffe für
die hier präsentierten Untersuchungen dienen
zwei Kupfer-Legierungen, die typisch für die
Anwendung in Steuergeräten der Automobilindustrie sind, wobei die erste eine niedrigfeste,
preisgünstige Legierung mit sehr guten elektrischen Eigenschaften ist und die zweite über eine
erhöhte mechanische Festigkeit zu Lasten der
elektrischen Eigenschaften verfügt.
9.15 Uhr
Notwendigkeit der intensiven Analyse des
bauteilgebundenen Werkstoffverhaltens
von Kupfer
D. Loos, E. Barti, R. Wagener, T. Melz, 1BMW
Group, München, 2Fraunhofer LBF, Darmstadt
Der Einsatz von elektrischen Traktionsmaschinen für Hybrid- und Elektrofahrzeuge erfordert
eine hohe Leistungsdichte und einen sehr guten
Werkstofftagung
Wirkungsgrad bei möglichst geringen Kosten.
Um den Anforderungen gerecht zu werden, ist
zum einen eine kostenoptimierte Konstruktion
sowie zum anderen eine Auslegung an der Grenze
der Bauteilfestigkeit notwendig. Aufgrund der
Ressourcenknappheit von seltenen Erden rücken
magnetlose Elektromotoren immer mehr in den
Fokus der Entwicklung. Hierbei besteht die Herausforderung darin, für den Elektromotorenbau
spezifische Materialien zu charakterisieren und
zu modellieren. In nahezu allen Maschinentypen
wird Kupfer aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit für die Erzeugung eines magnetischen
Feldes eingesetzt. Dieses kann in reiner Form
oder durch das Beimischen von zusätzlichen
Elementen als Legierung vorliegen. Kupferlegierungen bieten die Möglichkeit, die Werkstoffeigenschaften in Abhängigkeit des Anwendungsfalles gezielt einstellen zu können. Kupfer bzw.
Kupferlegierungen werden je nach Maschinentyp
auf unterschiedliche Weise verarbeitet. Folglich
gilt es in Abhängigkeit des Anwendungsfalles die
aus der Fertigung resultierenden Einflüsse auf die
mechanischen sowie elektrischen Eigenschaften
zu berücksichtigen.
9.40 Uhr
Modulare Auslegung von Bordnetzen in
der Automobiltechnik mit reduzierten
Berechnungsmodellen
H.-D. Ließ, Universität der Bundeswehr, München
Der Dimensionierung von elektrischen
Verbindungen und der Optimierung ihres
Materialaufwandes kam bisher im Allgemeinen
nur eine Nebenrolle zu. Das hat sich zuerst
in der Luftfahrttechnik und jetzt auch in der
Automobiltechnik geändert, wo auch das
Materialgewicht immer mehr in die Betriebskosten eingeht. Aber auch in der stationären
Technik wird die Forderung nach Leichtbau im
Interesse der Kostenoptimierung immer dringender, weshalb an dieser Stelle die Wege zur
optimalen Dimensionierung von elektrischen
Verbindungen und zu den dafür verfügbaren
Rechenhilfen aufgezeigt werden sollen.
10.05 Uhr
Kaffeepause
HOCHLEISTUNGSFÜGEVERFAHREN FÜR
KUPFERVERBINDUNGEN
Vorsitz: Dr. J.-M. Welter, ehem. SF2M
10.30 Uhr
Magnetimpulsschweißen von Kupferlegierungen
A. Rebensdorf, S. Boehm, IPL, Universität Kassel
Die steigende Nachfrage nach kalten Fügeverfahren bietet besonders der Magnetimpulstechnologie die Möglichkeit ihre Potentiale
auszuschöpfen. Dies spiegelt sich besonders bei
Mischverbindungen wieder (z.B. Kupfer-Aluminium-Verbindungen oder Kupfer-Stahl-Verbindungen). Das Magnetimpulsschweißen (MPS)
hat als Verfahren deutliche Vorteile gegenüber
anderen Schweißverfahren. So entstehen durch
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Tagungsprogramm
den Schweißprozess lediglich kleinste intermetallische Phasen bzw. können sogar komplett
vermieden werden, wodurch sich ein sprödes
Versagen der Verbindungszone prinzipiell
vermeiden lässt und die Festigkeit analog zu
den Erfahrungen aus Lötprozessen ausreichend
hohe Werte liefert. Durch das Verfahren wird die
Möglichkeit der Integration von Kupferlegierungen in unterschiedlichen Anwendungsgebieten
(z.B. E-Mobilität, Elektromechanische Verbindungen) erhöht, da große Schweißnahtlängen
mit einer geringen Taktzeit (<30µs) gefertigt
werden können, wodurch das Verfahren eine
hohe Produktivität besitzt. Des Weiteren können
rotationssymmetrische als auch flache Schweißungen realisiert werden.
10.55 Uhr
Diffusionsbasiertes Fügen von Aluminium-Kupfer-Mischverbindungen durch
kontrollierte Bildung eines Eutektikums
F. Petzoldt, J.P. Bergmann, R. Schürer, A.
Regensburg, K. Michels, TU Ilmenau
Die Automobilindustrie kämpft seit Jahren mit
einem hohen Kostendruck und den Zielen der
Bundesregierung, den Emissionsausstoß von
Kraftfahrzeugen zu senken und die Elektromobilität voranzutreiben. Ein entscheidender
Meilenstein zur Bewältigung dieser Ziele
besteht in der Entwicklung von Batterien mit
hoher Kapazität und geringer Ladedauer. Für die
Fügetechnologien stellen vor allem die Zellverbinder der Lithium-Ionen-Akkumulatoren eine
große Herausforderung dar, da die resultierende
Mischverbindung aus Aluminium und Kupfer
aufgrund von hochschmelzenden Oxidschichten,
der hohen Wärmeleitfähigkeit der Kontaktmaterialen und der Kontaktierung im bereits
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Werkstofftagung
verbauten Zustand hohe Anforderungen an
das Schweißverfahren stellt. Mit zunehmenden
Erfolg werden hierfür Pressschweißverfahren
wie das Ultraschallschweißen eingesetzt.
11.20 Uhr
Fügen von Kupfer durch Laserstrahlschweißen im Vakuum
U. Reisgen, S. Olschok, S. Jakobs, Ch. Turner,
IFS RWTH Aachen
Kupfer ist einer der wichtigsten Werkstoffe der
heutigen Zeit. Die angestrebte Energiewende oder
die Elektrifizierung des Automobils sind ohne den
massiven Einsatz von Kupfer undenkbar und auch
im Anlagen- oder Apparatebau findet Kupfer
Anwendung. Die eingesetzten Werkstoffdicken
liegen in einem weiten Bereich von dünnsten
Folien bis zu Dickblech. Aus dieser Vielzahl
von Einsatzgebieten ergeben sich in direkter
Folge zahlreiche Anwendungen für das Fügen
von Kupfer mittels Schweißen. Dies ist jedoch
aufgrund der spezifischen Eigenschaften wie der
hohen Wärmeleitfähigkeit mit einem erheblichen
Aufwand verbunden. Die Strahlschweißverfahren
Laser- und Elektronenstrahlschweißen eignen sich
aufgrund der hohen erreichbaren Energiedichte
besonders, um der hohen Wärmeleitfähigkeit
entgegen zu wirken. Das Elektronenstrahlschweißen weist gegenüber dem Laserstrahlschweißen
verfahrensbedingte Nachteile (Hochvakuum
nötig, Erzeugung von Röntgenstrahlung) auf
und hat mit Akzeptanzproblemen und hohen
Markteintrittsbarrieren zu kämpfen. Das Laserstrahlschweißen hingegen ist weit verbreitet und
es besteht eine große industrielle Nachfrage nach
dem Fügen von Kupfer mit dem Laserstrahl. Im
industriellen Einsatz können bisher jedoch nur
vergleichsweise geringe Einschweißtiefen erreicht
werden, da eine ausreichende Prozesssicherheit
nur bei hohen Schweißgeschwindigkeiten sichergestellt werden kann. Es besteht folglich Bedarf
an der Weiterentwicklung des Laserstrahlschweißens zum prozesssicheren Schweißen von Kupfer
bei Blechdicken im Bereich 3 bis 10 mm. Eine
solche Weiterentwicklung stellt das Laserstrahlschweißen unter reduziertem Arbeitsdruck (LaVa)
dar. Im Vortrag werden die bisher erzielten Ergebnisse eines entsprechenden Forschungsvorhabens
präsentiert und ein Ausblick auf die zukünftigen
Arbeiten gegeben.
11.45 Uhr
Förderpreis 2016
des Deutschen Kupferinstituts
Kurzvortrag
12.00 Uhr
Mittagessen
NANO- UND OBERFLÄCHENTECHNIK
Vorsitz: Dr. L. Tikana,
Deutsches Kupferinstitut
Berufsverband e. V.
12.45 Uhr
Das Entstehen einer diskreten Versetzungsstruktur in Kupfer unter einer
tribologischen Belastung
Ch. Greiner1, Zhilong Liu1, P. Gumbsch1,2
1
IAM KIT Karlsruhe, 2Fraunhofer IWM, Freiburg
Tribologische Kontakte bestimmen in vielen
technischen Systemen deren Lebensdauer und
Energieaufnahme. Beispiele hierfür reichen von
nanoelektromechanischen Systemen über Hüftprothesen bis hin zu PKW. Die tribologischen
Eigenschaften metallischer Reibpartner hängen
dabei stark von der Entwicklung einer nanokristallinen Oberflächenschicht ab. Allerdings fehlt
bislang ein materialwissenschaftlich fundiertes
Verständnis für das Entstehen dieser Schichten.
Der Beitrag widmet sich den Elementarmechanismen solcher Mikrostrukturänderungen mittels
tribologischer Modellversuche an hochreinem
Kupfer.
13.10 Uhr
Elektrolytische Kupfer-Beschichtung
von XXL-Bauteilen
H. Reski, MTV Metallveredlung GmbH &
Co.KG, Solingen
Große industrielle Maschinen- und Anlagenbauteile werden oftmals aus Werkstoffen
hergestellt, welche in großtechnischem
Maßstab günstig zur Verfügung stehen und
eine einfache Bearbeitung ermöglichen.
Diesem Vorteil stehen meistens unzureichende
technische Eigenschaften wie z.B. in puncto
Reibwert, Leitfähigkeit und Beständigkeit
mit hieraus resultierender eingeschränkter
industrieller Nutzung gegenüber. Erst durch
eine aufgebrachte Beschichtung werden solche
Bauteile zu ihrem Einsatzzweck befähigt
und vermögen die gestellten Anforderungen
zu erfüllen. Mit speziell auf die jeweilige
Anwendung entwickelten Beschichtungsverfahren, die elektrolytisch abgeschieden werden,
entsteht eine metallische, atomare Bindung
mit exzellenter Haftfestigkeit zum Grundmaterial, die sich wie ein Verbundwerkstoff
verhält. Hierdurch werden selbst mit dünnen
Kupferschichten herausragende technische
Eigenschaften erreicht, wodurch sich viele neue
Möglichkeiten in Bezug auf Konstruktion und
Design für den Maschinen- und Anlagenbau
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Tagungsprogramm
ergeben, da auf teures Vollmaterial verzichtet
werden kann - das zudem oftmals auch eine
schlechte Verfügbarkeit aufweist. Der Vortrag
zeigt, wie mit innovativen galvanischen
Beschichtungsverfahren vielen Konstruktionsund Design-Problemen im Maschinen- und
Anlagenbau begegnet werden kann. Die vorgestellten Anwendungsbeispiele demonstrieren,
dass elektrolytische Kupfer-Beschichtungen
selbst großer Bauteile und mit komplexer Geometrie sowie Innenbeschichtungen technisch
und wirtschaftlich realisierbar sind.
SIMULATION UND MODELLIERUNG
Vorsitz: Dr. U. Klotz, fem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie
13.35 Uhr
Molekulardynamiksimulation der
Festigkeit von Nanosäulen aus
Cu-Au-Multilagen
A. Gola1, R. Schwaiger1, L. Pastewka1,2,
1
IAM KIT Karlsruhe, 2Fraunhofer IWM,
Freiburg
Multilagenstrukturen sind Modellsysteme um
die Rolle von Grenzflächen für die Festigkeit
von Materialien zu ergründen. Mit Hilfe von
Molekulardynamiksimulationen wurde Struktur und Festigkeit von Nanosäulen aus Cu-AuMultilagen mit 5 nm-25 nm Schichtdicke und
Grenzflächen bestimmt. Die Cu-Au-Multilagen bilden ein semikohärentes Interface mit
einem Netzwerk aus Partialversetzungen, die
sich leicht verscheren lassen. Simulation der
Kompression von Nanosäulen mit Dehnraten
von 108 s-1 wurde genutzt, um die Abhän-
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Werkstofftagung
gigkeit der Festigkeit vom Winkel zwischen
den Grenzflächen und der Säulenachse zu
bestimmen, wobei von 0° bis 20° variiert
wurde. Die Verformung findet hauptsächlich
in der weicheren Au-Phase oder durch Gleiten
der Grenzflächen statt. Die Fließspannung und
Verformungsmechanismen der simulierten
Nanosäulen stimmen gut mit experimentellen
Ergebnissen überein. Diese Art von Simulation
erlaubt die Identifikation der Verformungsmechanismen und durch deren Kenntnis ein
zielgerichtetes Design von Volumen- und
Schichtmaterialien.
14.00 Uhr
Atomistische Untersuchung der Bildung von Tribomaterial auf hochbelasteten Kupferoberflächen
M. Moseler, P. Romero, N. Beckmann,
D. Linsler, M. Dienwiebel, P. Gumbsch,
Fraunhofer IMW Freiburg,
Mikrotribologiezentrum
Verschleiß und Materialabtrag von polykristallinen Metalloberflächen sind inhärent
mit plastischem Fließen verbunden. Dabei
wird in der Regel ein laminares Fließen des
Metalls während der Bearbeitung durch
eine harte Spitze vorausgesetzt. In diesem
Beitrag werden atomistische Simulationen des
Pflügens nanokristalliner Kupferoberflächen
mit Kratzversuchen, die mittels Atomkraftmikroskopie durchgeführt wurden, verglichen.
In Übereinstimmung mit den experimentellen
Ergebnissen entwickeln sich Ausbauchungen,
die die Spitze vor sich aufwirft, in wirbelförmige Strukturen, die die Validität der lamina-
ren Hypothese in Frage stellen. Der Ursprung
der Ausbauchungen kann auf eine plastische
Anisotropie des polykristallinen Gefüges
zurückgeführt werden.
14.25 Uhr
Kaffepause
PROZESS- UND FERTIGUNGSTECHNIK
- ADDITIVE FERTIGUNG VON KUPFERBAUTEILEN
Vorsitz: Dr. G. Müller, Wieland Werke AG
14.50 Uhr
Additive Fertigung von Kupferlegierungen mittels Selective Laser Melting
(SLM)
D. Heußen, Rapid Manufacturing,
Fraunhofer ILT, Aachen
Die additive Fertigung metallischer Werkstoffe
mittels selektivem Laserstrahlschmelzen (Selective Laser Melting - SLM) gewinnt aufgrund stetiger technologischer Weiterentwicklung zunehmend an Relevanz als ergänzendes Verfahren
zu der konventionellen Fertigung. Die additive
Fertigung von Kupfer und dessen Legierungen ist
auf Grund der physikalischen Eigenschaften wie
thermischer und elektrischer Leitfähigkeit für
Bauteile mit speziellen funktionalen Anforderungen interessant. Zugleich stellen der hohe
Reflexionsgrad und die Wärmeleitfähigkeit von
Kupfer jedoch eine Herausforderung in der Prozessführung des laserbasierten Umschmelzprozesses dar. Der Vortrag soll einen Einblick in den
Stand der Technik der laserbasierten additiven
Fertigung von Kupferwerkstoffen mittels SLM
geben sowie aktuelle Herausforderungen in der
Prozessführung und den erreichbaren Werkstoffeigenschaften adressieren. Darüber hinaus
soll eine Diskussionsgrundlage für die Analyse
weiterer Anwendungsgebiete der additiven
Fertigung von Kupferwerkstoffen geschaffen
werden.
15.15 Uhr
Additive Fertigung von CuSn11 Werkstoffen mit selektivem Laserschmelzen (SLM)
I. Poltz1, M. Blüm1, S. Weber1, P. Jürgens2,
1
Bergische Universität Wuppertal, Solingen, 2Ruhr-Universität Bochum
Additive Fertigungsverfahren gewinnen in
der metallverarbeitenden Industrie zunehmend an Bedeutung. Das SLM kupferbasierter Werkstoffe stellt eine spezielle Herausforderung dar, da bekanntlich nur geringe
Energieanteile der Laserleistung in das
Aufschmelzen des Pulvers umgesetzt werden
können sowie aufgrund der hervorragenden
Wärmeleitfähigkeit von Kupfer hohe Beträge
der eingesetzten Energie in Form von Wärme
abgeführt werden. Die vorliegende Studie
befasst sich mit der Findung geeigneter Fertigungsparameter zur Verdichtung
binärer Zinnbronze-Pulver CuSn11 mittels
SLM. Die Realisierbarkeit SLM-gefertigter
CuSn11-Bauteile konnte schließlich durch
die Fertigung eines entsprechenden Kleinbauteils, dessen Druckdichtigkeit verifiziert
wurde, auf Basis der vorliegenden Parameterstudie nachgewiesen werden.
KUPFERINSTITUT.DE
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Tagungsprogramm
Werkstofftagung
WERKSTOFFDESIGN/
MATERIALEIGENSCHAFT
Vorsitz: Dr. D. Helm, Fraunhofer-Institut
für Werkstoffmechanik IWM
in Hinblick auf erhöhte elektrische Leitfähigkeit
gegenüber reinem Kupfer, können dabei erwartet werden? In weiteren Aspekten war die Frage
der Verarbeitbarkeit abzuschätzen. Über die
Ergebnisse des Projekts wird berichtet.
15.40 Uhr
Das ULTRAWIRE-Projekt – Herstellung
und Verarbeitung von Kupfer-Nanokohlenstoff-Verbundmaterialien
P. Boehlke1, P. Stahl², J. Janssen³, 1KME Germany GmbH & Co. KG, Osnabrück, 2Wieland
Werke AG, Ulm, 3Aurubis AG, Hamburg
16.05 Uhr
Untersuchung von CuCr-Kontaktwerkstoffen für die Vakuumschalttechnik
U. Hauf1, M. Heilmaier1, V. Hinrichsen2, A. Feilbach2, M. Böning3, F.E.H. Müller3,1KIT Karlsruhe,
2
TU Darmstadt, 3Plansee Powertech AG, Seon,
Schweiz
In elektrischen Systemen werden heute bevorzugt Kupferwerkstoffe eingesetzt. In vielen
Anwendungen besteht jedoch der Wunsch,
Materialien einsetzen zu können, die die guten
Eigenschaften von Kupfer noch übertreffen.
Nano-Kohlenstoff-Partikel (z.B. Nano-Kohlenstoff-Röhrchen) haben in den letzten Jahren
aufgrund ihrer bemerkenswerten elektrischen,
mechanischen und thermischen Eigenschaften
Aufmerksamkeit erregt. Die Kombination von
Nanopartikeln mit Kupfer könnte dabei ein
Weg sein, Verbundmaterialien mit außergewöhnlichen Eigenschaften zu erzeugen. Das
europäische Forschungsprojekt ULTRAWIRE hat
in einem Drei-Jahres-Programm in einem
Konsortium von 14 Partnern aus 6 Ländern die
Frage bearbeitet wie Kupfer-Nano-Kohlenstoffverbundmaterialien hergestellt werden können,
die verbesserte Eigenschaften gegenüber
„normalem“ Kupfer bieten. Es sollte erforscht werden, ob und wie Kohlenstoff-Nanopartikel
grundsätzlich in eine Kupfermatrix eingebracht
werden können. Welche technologischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes, insbesondere
Seit über 40 Jahren transportieren und schalten
Vakuumschalter Ströme im Nieder- und Mittelspannungsnetz und leisten so einen wichtigen
Beitrag für eine zuverlässige Energieversorgung.
Öffnet sich der Kontakt im Vakuum, entsteht
durch die größer werdende Stromdichte im letzten Berührungspunkt eine sehr hohe Temperatur.
Diese führt zum Aufschmelzen und Verdampfen
des Kontaktwerkstoffes und bildet für wenige
Millisekunden ein Metalldampfplasma über das
der Strom bis nahe des Nulldurchganges weiter
geleitet wird. Das aufgeschmolzene Material
erstarrt nach der Schaltung mit sehr hoher
Geschwindigkeit. Für hohe Ausschaltströme hat
sich, aufgrund seiner herausragenden Eigenschaften, der Kontaktwerkstoff Kupfer-Chrom
(CuCr) besonders bewährt. Die Ausschalteigenschaften hängen unter anderem von der
chemischen Zusammensetzung, den verwendeten Pulvern (Reinheit, Partikelgrößen), der
Herstellungsmethode und der Kontaktgeometrie
ab . Die komplexen physikalischen Zusammenhänge während des Schaltvorganges sind jedoch
nach wie vor nicht vollständig verstanden. Ziel
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KUPFERINSTITUT.DE
dieser Arbeit ist es, mittels Schaltungen in einer
Versuchs-Schaltkammer mit vereinfachter Kontakt-Geometrie, das grundlegende Verständnis
auszubauen. Hierfür wurden CuCr-Kontakte mit
25 und 43 Gewichtsprozent Cr mit einer umgesetzten Ladung zwischen 15 und 50 Ampere-Sekunden (As) belastet und das entstehende
Mikrogefüge untersucht.
16.30 Uhr
Legierungsentwicklung im System
CuMgX für höhermagnesiumhaltige
Zusammensetzungen
K. Pfeffer1, M. Eisenbart1, U. Klotz1, T. Schmid2,
R. Burkart2, S. Kött2, N. Jost2, 1fem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie, Schwäbisch Gmünd, 2Hochschule Pforzheim, IWWT
Im Gegensatz zu bislang am Markt eingeführten binären CuMg-Legierungen (bis max. 0,7
Ma-% Mg Gehalt) bieten CuMg-Legierungen
mit höherem Magnesiumgehalt die Möglichkeit, eine Ausscheidungshärtung vorzunehmen
und damit sowohl die elektrische Leitfähigkeit als auch die Festigkeit zu steigern. Im
öffentlich geförderten Forschungsvorhaben der
industriellen Gemeinschaftsforschung (AiF/IGF)
18106N wurde die Herstellung und Weiterverarbeitung der Legierung CuMg2.5 entwickelt
und ausgereift. Weitere Verbesserungen der
Aushärtbarkeit und des mechanischen Verhaltens können mit zusätzlichen Legierungselementen erzielt werden. Hierbei zielt die
Legierungsentwicklung darauf, die Ausbildung
der Laves-Phase MgCu2 zu beeinflussen, so
dass die prinzipiell sehr groben Ausscheidungen
feiner und homogener verteilt auftreten und
die bisher beobachtete bevorzugte Ausschei-
dung auf den Korngrenzen zu unterdrücken.
Damit soll eine noch höhere Härtesteigerung
erzielt werden und eine möglichst vollständige
Ausscheidung der im Mischkristall gelösten
Legierungselemente für höchste elektrische
Leitfähigkeit erreicht werden. Hierzu wurden
verschiedene Legierungsansätze auf Basis von
thermodynamischen Berechnungen der Gleichgewichtsphasen verfolgt, die auch die bewusste
Bildung von Ausscheidungen in Konkurrenz
zur Lavesphase MgCu2 beinhalten, um deren
versprödende Wirkung abzumildern.
16.55 Uhr
Schlusswort
Dr. A. Klassert, Deutsches Kupferinstitut
Berufsverband e. V., Düsseldorf
17.00 Uhr
Ende der Veranstaltung
Programmänderungen vorbehalten
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Anmeldung zum Kupfer-Symposium in Karlsruhe
16. bis 17. November 2016
Tagungsort: Novotel Karlsruhe City, Festplatz 2, D- 76137 Karlsruhe
Hiermit melde ich mich verbindlich an:
Name
Zusätzliche Programmpunkte (bitte Teilnahme ankreuzen)
Exkursionen (bitte nur eine Option auswählen, da Parallelveranstaltungen):
Institut für Angewandte Materialien (IAM) am KIT-Campus Süd
1. Werkstoffe der Elektrotechnik
2. Mikrotribologiezentrum
Institut für Nanotechnologie (INT) am KIT-Campus Nord
1. Nanokristalline Materialien
2. KNMF (Charakterisierung)
Get-together:
Besichtigung Karlsruher Schloss
Abendempfang
Firma
Anschrift
Telefon
Bustransfers:
Exkursionen 16.11.2016 vom Novotel Karlsruhe City zum KIT Campus
Besichtigung und Abendempfang im Karlsruher Schloss (Hinfahrt: 18.15 Uhr, Rückkunft Hotel: 23.00 Uhr)
E-Mail
Teilnahmegebühren:
675,00 Euro - Nicht-Mitglieder des Deutschen Kupferinstituts
(Frühbucherrabatt bis 31.7.2016: 625,00 Euro)
590,00 Euro - Mitglieder des Deutschen Kupferinstituts
(Frühbucherrabatt bis 31.7.2016: 540,00 Euro)
300,00 Euro - Referenten
75,00 Euro - Studenten
Leistungen: Teilnahme am Programm inkl. Tagungsunterlagen, Tagungsbewirtung,
Abendveranstaltung am 16.11.2016, Bustransfers.
Die Teilnahmegebühren sind umsatzsteuerfrei.
Bei Rücktritt von der Anmeldung bis zum 19.09.2016 wird die Teilnahmegebühr abzüglich 50,00 Euro
für die Bearbeitung zurückerstattet. Bei späterem Rücktritt bzw. Nichterscheinen wird die volle Teilnahmegebühr erhoben. Namensänderungen sind jederzeit kostenlos möglich. Rücktrittsmeldungen müssen
schriftlich erfolgen. Die Zahlung erfolgt nach Rechnungsstellung.
Bitte beachten Sie: Unter dem Stichwort „Kupfer-Symposium 2016“ bietet das Novotel Karlsruhe City ****,
Festplatz 2, D-76137 Karlsruhe, Tel +49 (0) 721-35260, Fax +49 (0) 421-3526930, [email protected],
bis zum 19.09.2016 Zimmer zu ermäßigten Preisen von 128,00 Euro inkl. Frühstück an. Danach kann nicht
mehr gewährleistet werden, dass noch ausreichend Zimmer zu diesem Preis zur Verfügung stehen. Bitte
reservieren Sie dort bei Bedarf selbst Ihr Zimmer.
Anmeldungen bis 26.10.2016 unter [email protected]
Deutsches Kupferinstitut Berufsverband e. V. · Am Bonneshof 5 · 40474 Düsseldorf
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HochschulKupferSymposium
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Deutschland
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