Dr. Kevin Keller: N3V
Zur Bearbeitung von Metallen oder Keramiken braucht man besonders harte und zähe Werkzeuge. Diese Werkzeuge bestehen häufig aus besonders harten Materialien, sogenannten Hartstoffen. Im Projekt N³V soll eine neue Generation von Hartstoffen entwickelt werden, die nicht nur verbesserte Eigenschaften aufweisen, sondern komplett auf den Einsatz kritischer Rohstoffe verzichten.
Neue Hartstoffe aus unbedenklichen Rohstoffen
Hartstoffe sind aus unserem heutigen Leben nicht mehr weg zu denken. Sie kommen in vielen unterschiedlichen Bereichen zum Einsatz – von der Fertigung einfacher Drehteile aus zähem Stahl bis hin zu High-Tech Komponenten wie Keramikgehäuse oder Linsen fürs Smartphone. Aber auch zur Rohstoffgewinnung und Gesteinsbearbeitung werden Hartstoffe mit besonderen Eigenschaften benötigt.
Bisher eingesetzte Hartstoffe bestehen zu einem Großteil aus den nur selten vorkommenden, kritischen Rohstoffen Wolfram und Kobalt. Bei diesen Hartstoffen ist das „harte Material“ in einer weicheren und nachgiebigeren „Binderphase“ eingebettet. Dadurch wird die Gesamthärte des Hartstoffs jedoch begrenzt, was für ihren Einsatz z.B. in Bohrköpfen von Nachteil ist. Je weicher das Material des Bohrkopfes ist, desto schneller nutzt er sich ab und muss ersetzt werden.
Hier setzt die von Dr. Kevin Keller geleitete Nachwuchsgruppe N³V an. Es sollen neue Hartstoffe ohne Binderphase entwickelt werden, damit die Vorteile des harten Materials in vollem Umfang genutzt werden können. Auf den Einsatz seltener Rohstoffe wird dabei komplett verzichtet. Ein besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der sogenannten Mikrostruktur, also die Zusammensetzung und Anordnung der einzelnen Partikel im Hartstoff.
Vorteile dieser neuen Materialien sollen eine verbesserte Leistung hinsichtlich Stabilität und Oberflächenqualität sein. Dadurch sollen bisher eingesetzte Hartstoffe ersetzt und neue Anwendungsfelder erschlossen werden. Möglich wird die Entwicklung dieser neuartigen Materialien durch den kombinierten Einsatz verschiedener Hochdrucktechniken. Das Material wird unter sehr hohen Druck gesetzt und gleichzeitig stark erhitzt. Dadurch verändert sich die Struktur der Materialien und es entstehen ganz neue Hartstoffe. Durch anschließendes Zusammenpressen des Hartstoffes können kompakte Körper gewonnen werden. In enger Zusammenarbeit mit dem Industriebeirat sollen dann aus den neuen Hartstoffen Schneid- und Polierwerkzeuge hergestellt und praxisnah getestet werden.
Nachwuchsgruppenleiter Dr. Kevin Keller
Herr Dr. Kevin Keller studierte Mineralogie an der TU Bergakademie Freiberg und beschäftigte sich schon während seines Studiums und Abschlussarbeit beim Fraunhofer IKTS mit Hartstoffen und der Schockwellensynthese. Anschließend promovierte er im Freiberger Hochdruckforschungszentrum (FHP) zur Schocksynthese von Aluminiumnitrid mit Kochsalzstruktur. In der anschließenden Zeit arbeitete er an verschiedenen Projekten zur Hochdrucksynthese, v.a. im Materialsystem Si-Al-O-N, sowie der Hochdrucksinterung von (Ultra)hartstoffen. Praktische Erfahrungen in der Industrie konnte er durch seine Tätigkeit als Projektingenieur bei der KI Keramik-Institut GmbH Meissen sammeln. Seit April 2020 leitet er die NanoMatFutur-Nachwuchsforschergruppe „Neue nanostrukturierte Nitrid-Volumenhartstoffe (N3V)“.