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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Sinterverhalten und Phasenentwicklung während des Walzens von Al-B4C Pulvermaterial

Donnerstag (19.09.2019)
15:00 - 15:30 Uhr Rotterdam

Legierungssysteme aus Al-B4C finden vorwiegend Anwendung in der Nuklearindustrie zur Abschirmung von verbrauchten Brennelementen. Diese Materialien erzielen bei deutlich niedrigerem spezifischen Gewicht eine höhere Neutronenabsorption und weisen dabei bessere Wärmeleitfähigkeiten als borlegierte Stähle auf. Die pulvermetallurgische Herstellung dieses Werkstoffes führt zu einigen Vorteilen gegenüber einer schmelzmetallurgischen Fertigung. So kann beispielsweise eine gleichmäßigere Verteilung der für die Absorption relevanten B4C-Teilchen garantiert werden. Ebenso ist dadurch ein höherer Anteil an keramischen Partikeln möglich.

Für diese Untersuchungen wurden aus Aluminium- und Borcarbidpulver gepresst und gesinterte MMC-Proben (Metal Matrix Composites) hergestellt. In einem ersten Schritt erfolgte anhand der so hergestellten Blöcke die Untersuchung des Sinterverhaltens. Danach folgte eine Walzung in einem Duo-Walzgerüst auf 1/6 der ursprünglichen Dicke. Mittels Röntgendiffraktion und Untersuchungen am Rasterelektronenmikroskop mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie wurden die Mikrostruktur und die chemische Zusammensetzung der auftretenden Phasen in den so erzeugten Proben untersucht. Die mechanischen Eigenschaften wurden anhand eines Zugversuches und Härtetests bestimmt und miteinander verglichen. Es kam eine JEN-3 Untersuchung zum Einsatz, um die Neutronenabschirmwirkung der gewalzten Blechproben zu bestimmen. Dieses Instrument dient zur Bestimmung der Neutronen Absorption und wird von der Industrie zur zerstörungsfreien Prüfung von Abschirmwerkstoffen eingesetzt. Trotz des Umstandes, dass keine signifikante Schrumpfung aufgetreten ist, kann auf Grund der auftretenden Sinterhälse zwischen den Pulverteilchen auf eine funktionierende Sinterung geschlossen werden. Des Weiteren sind die Bleche nach dem Walzen volldicht. Dies deutet darauf hin, dass die Kombination von Temperatur und plastischer Verformung zu einer vollständigen Verdichtung und Verschweißung des Pulvers führt. Diese Erkenntnis ist auch bestätigt durch die Ergebnisse des Zugversuchs. Die Mikrostrukturuntersuchung zeigt ein Gefüge mit gleichmäßig verteilten B4C-Teilchen in einer Aluminiummatrix. In der Diffusionszone zwischen dem Keramikteilchen und der metallischen Phase treten verschiedene Phasen mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen auf wie zum Beispiel: AlB2 und AlB3. Unabhängig davon scheint das Neutronenabschirmverhalten unbeeinflusst von diesen zu sein.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Stefan Pretterhofer
voestalpine BÖHLER Bleche GmbH & Co KG
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Herbert Danninger
    TU Wien
  • Dr. Christian Gierl-Mayr
    TU Wien