Dr. Claudia Voigt: PurCo
Kupfer und Kupferlegierungen sind strategisch wertvolle Materialien. Aufgrund der hohen elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, der guten Korrosionsbeständigkeit, der antibakteriellen Eigenschaften und der einfachen Verarbeitbarkeit kommen sie im Bereich Bauwesen, Transport, Elektrotechnik, Elektronik, Kommunikationstechnik und Maschinenbau zum Einsatz. Die Anforderungen an die Reinheit des Kupfers steigen stetig.
Die Anforderungen an die Reinheit des Kupfers steigen stetig.Die herausragenden Eigenschaften des Kupfers sind von den Gehalten an gelösten Gasen (Sauerstoff und Wasserstoff), metallischen Verunreinigungen und nicht-metallischen Einschlüssen abhängig. Um diese Verunreinigungen im Kupfer auf ein Minimum zu reduzieren, wird in den Gießereien ein kombinierter Oxidations-Reduktions-Prozess eingesetzt. Ein im Bereich Aluminium- und Stahlguss standardmäßig eingesetzter Reinigungsprozess ist die Filtration der Metallschmelze, zum Beispiel mittels Schaumkeramikfiltern. Die Filtration ist im Bereich des Kupfergusses momentan nicht Stand der Technik. Das will die BMBF-Nachwuchsgruppe PurCo ändern.
Entwicklung von neuartigen Filtermaterialien
Das Ziel der BMBF-Nachwuchsgruppe PurCo ist die Entwicklung von neuartigen Filtermaterialien, mit welchen der Reinheitsgrad der Kupferschmelze erhöht und die Recyclingrate von Kupfer gesteigert werden kann. Der Vorteil der Kupferproduktion aus Sekundärrohstoffen liegt in dem deutlich geringeren Energieverbrauch (nur 20% der Energie im Vergleich zur Gewinnung von Primärkupfer aus Erz), Schonung von Ressourcen und einem reduzierten CO2-Ausstoß. Der erhöhte Reinheitsgrad der Kupferschmelze führt zur Verringerung von Ausschussraten, wodurch zusätzlich Energie eingespart und Ressourcen geschont werden.
Die zu entwickelnden Filtermaterialien zielen dabei neben der Entfernung von Einschlüssen durch die Tiefenfiltration auf deren effiziente Entfernung durch eine gezielte Reaktion mit der funktionalisierten Filteroberfläche ab. Im Bereich der gasförmigen Verunreinigungen soll die Wasserstoffaufnahme mittels maßgeschneiderter Oberflächenbeschaffenheit der Filter in Kombination mit speziellen Schmelze-Behandlungen (Unterdruck und/oder Zuführung von Spülgas) reduziert werden, um so die Anzahl und Größe von Wasserstoffporen zu verringern.
Ein weiterer Schwerpunkt des Nachwuchsprojektes PurCo ist die Entwicklung einer Methode zur quantitativen Charakterisierung nicht-metallischer Einschlüsse und Wasserstoff im Kupfer, da solche Methoden im Bereich Kupfer nicht etabliert sind. Dabei soll unter anderem ein Verfahren zur Konzentrierung von nicht-metallischen Einschlüssen, die Erstellung eines Kataloges der kupfertypischen Einschlüsse und ein Algorithmus zur zeiteffizienten Quantifizierung der Einschlüsse entwickelt werden.
Die BMBF-Nachwuchsgruppe PurCo bündelt die Kompetenzen des Instituts für Keramik, Feuerfest und Verbundwerkstoffe und des Instituts für Nichteisen-Metallurgie und Reinststoffe der TU Bergakademie Freiberg. Die Unternehmen der kupferverarbeitenden Industrie KME und MMG unterstützen das Projekt als Paten, indem sie Proben zur Verfügung stellen und Versuche durchführen.
Nachwuchsgruppenleiterin Dr. Claudia Voigt
Frau Dr. Claudia Voigt studierte Keramik, Glas- und Baustofftechnik an der TU Bergakademie Freiberg. Nach ihrem Studium arbeitete sie von 2004 bis 2011 in Forschungsabteilungen der Robert-Bosch GmbH und der CeramTec GmbH. Danach kehrte sie an die TU Bergakademie Freiberg zurück und nahm Forschungsarbeiten im Sonderforschungsbereich 920 „Multifunktionale Filter für die Metallschmelzefiltration“ auf. 2016 verteidigte sie erfolgreich ihre Doktorarbeit zum Thema „Oberflächenfunktionalisierte Schaumkeramikfilter für die Aluminiumschmelzefiltration“. 2020 absolvierte sie einen Forschungsaufenthalt an der Norwegian University of Science and Technology (NTNU), Norwegen.