Glas- und Keramik-Sinterwerkstoffe

Vorhersage und Kontrolle nano- und submikroskaliger Gefügebestandteile

Die materialwissenschaftliche und werkstofftechnische Erforschung glasartiger  und keramischer Hochleistungswerkstoffe zielt auf das Verständnis nano- und mikrostruktureller Gefüge-Eigenschaftskorrelationen, die einen signifikanten Einfluss auf die Lebensdauervorhersagen, Leistungsparameter und die Nachhaltigkeit der entwickelten Werkstoffe erlauben. Dabei stehen die Vorhersage und Kontrolle der aus Nanopartikeln abgeleiteten Mikrostrukturen, Defekte, Phasen und Grenzflächen und deren Form, Größe, Häufigkeit, Orientierung und Verteilung zur Erzielung neuartiger, bislang unerreichter, funktionaler und struktureller Leistungsparameter insbesondere der folgenden glasartigen und keramischen Hochleistungswerkstoffe im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten:

  • Optokeramischer Werkstoffe und photonischer Gläser
  • Oxidkeramischer Halbleiter
  • Oxidkeramische Ionenleiter und Elektrolyte für die Brennstoffzellentechnologie
  • Multiferroika
  • Biokeramiken
  • Keramische Schäume

Zur Realisierung dieser Zielsetzungen arbeitet die Arbeitsgruppe insbesondere mit den folgenden weitergehenden Methoden der modernen Nanopartikelverfahrenstechnik: 

  • erweiterte Nanopartikelsynthesemethoden, insbesondere der Mikro-Jet-Reaktor-Technologie sowie der Hydrothermalsynthese
  • weitergehende kolloidale Funktionalisierung und Aufbereitung hybrider (anorganisch/polymerer) Nanopartikel zu prozessfähigen Dispersionen
  • erweiterte Formgebungsmethoden, insbesondere der additiven Fertigung sowie der feldgestützen Formgebung (EPD)
  • erweiterte Pyrolyse- und Sintermethoden, insbesondere der druckgestützen (HIP-), Laser-, und Zonen-Sinterung

Forschungsaktivitäten "Glas- und Keramik-Sinterwerkstoffe"

Publikationen
  • Cellular Magnesia/Carbon Refractories: Processing, (Thermo-)Mechanical Characterization and Finite Element Modeling, G. Falk, D. Foetz, D. Quinten, A. Jung, T. Bleistein, S. Diebels, refractories WORLDFORUM, Vol. 8, No. 2 (2016), 102-109
  • Thermal shock resistivity of hybrid carbon foam materials: Experiments and model predictions, G. Falk, A. Jung, D. Petri, S. Diebels, Mech. Mater. 82 (2015), 13-27
  • Feuerfeste MgO-C Komposite mit zellularer Kohlenstoffstruktur. II: Mikrostrukturoptimierung durch thermo-mechanische Simulation, G. Falk, A. Jung, D. Petri, S. Diebels, Keram. Z. 66 (2014) [5], 295-300
  • Feuerfeste MgO-C Komposite mit zellularer Kohlenstoffstruktur. I: Experimentelle Charakterisierung, G. Falk, D. Petri, A. Jung, S. Diebels, Keram. Z. 66 (2014) [4], 221-225
  • Experimental characterization and thermomechanical modelling of microstructure interactions in cellular carbon magnesia refractories, G. Falk, A. Jung, W. Da Silvera, S. Diebels, J. Ceram. Sci. Tech. 5 (2014), 101-114
  • Functionalized cellular carbon-MgO composites: From interface processing to thermal shock resistant low-carbon MgO-C refractories, G. Falk, W. Da Silveira, Adv. Eng. Mater., 16, No. 3 (2014), S. 301-308
  • Oxide ceramic functional thin layer processing by thermal and laser sintering of green layers, G. Falk, K. Klein, C. Rivinius, in: B. Ertug (Ed.), Sintering Applications, InTech Open Access Publisher, Rijeka, 2013, ISBN 978-953-51-0974-7,3-32
  • Continuous Processing of Nanosized Zinc Oxide (ZnO) Powders in Impinging Jet Microreactors for Optoelectronic Applications, G. Falk, G. Kickelbick, D. Quinten, cfi/Ber. Dt. Keram. Gesellsch. 89 (2012), Nr. 4, p. E25–E30
  • Sintering of Transparent Conductive Oxides: From Oxide Ceramic Powders to Advanced Optoelectronic Materials, G. Falk. In: LAKSHMANAN, A. (Hrsg.): Sintering of Ceramics - New Emerging Techniques. Rijeka, Croatia : InTech -Open Access Publisher, 2012, ISBN 978-953-51-0017-1, p. 587–610
  • Production of refractory materials with cellular matrix by colloidal processing, G. Falk, W. da Silveira, refractories WORLDFORUM, Vol. 4, No.1 (2012), 143-150
  • Production and characterization of MgO-C cellular materials, G. Falk, W. da Silveira., R. Clasen, 54. Internationales Feuerfest-Kolloquium 2011, 19./20. Oktober 2011, Aachen, ISBN 978-3-00-034419-0, S. 187-190
  • Kontinuierliche Erzeugung nanoskaliger Zinkoxide für optisch transparente Hochleistungswerkstoffe in Mikrostrahlreaktoren, G. Falk, D. Quinten, in J. Kiegesmann (Hrsg.), DKG-Technische Keramische Werkstoffe, HvB-Verlag,, ISBN 978-3-938595-00-8, 125. Ergänzungslieferung, 11.2011, S. 1-25
  • Reinforced cellular carbon-matrix-MgO composites for high temperature applications: Microstructural aspects and colloial processing, W. da Silveira, G. Falk, Adv. Eng. Mater. Vol. 13, No. 11 (2011), 982-989
  • Processing of ceramic foams for high temperature applications: The templating approach, G. Falk, W. da Silveira, Proceedings of the International Conference on Cellular Materials 2010, 27.-29.10.2010, Dresden, G. Stephani, T. Hipke, M. Scheffler, J. Adler (Ed.), Fraunhofer IFAM Dresden
  • Production of fireproof materials with cellular matrix by colloidal processing, G. Falk, W. da Silveira, R. Clasen, 53. Internationales Feuerfest-Kolloquium 2010, 8./9.September 2010, Aachen (reviewed proceedings), ECREF European Center for Refractories gem. GmbH, ISBN 978-3-00-030240-4, S. 216-218
  • Processing of SOFC materials by colloidal field-assisted shaping of ceramic nanopowders: Needs and prospects, G. Falk, Proceedings of the First International Conference on Materials for Energy, Karlsruhe, July 4-8, 2010, Dechema Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. (Hrsg.), Book B, ISBN 978-3-89746-117-8
  • Colloidal Processing of Antioxidants for Manipulation of Microstructure in Magnesia-Carbon Bricks, G. Falk, R. Clasen, W. da Silveira, 52. Internationales Feuerfest-Kolloquium 2009, 23./24.September 2009, Aachen (reviewed proceedings), Forschungsgemeinschaft Feuerfest e.V., Bonn, ISBN 978-3-00-028128-0, S. 148-153
  • Colloidal Processing of Antioxidants in Magnesia-Carbon Bricks: Effect of Microstructure and Interfaces, G. Falk, UNITECR 2009: Proceedings of the Unified International Technical Conference on Refractories and 11th Biennal Worldwide Congress, 13-16 October 2009, Salvador, Brazil (reviewed proceedings)
  • Heißisostatisches Pressen nanokristalliner Oxidkeramiken, G. Falk, in J. Kriegesmann (Hrsg.), DKG-Technische Keramische Werkstoffe, HvB-Verlag, ISBN 978-3-938595-00-8, 110. Ergänzungslieferung – Mai 2009, S. 1-37
  • Miniaturized and Simplified ATR MIR Sensor System for Online Measuring and Monitoring of Inorganic Molecules in Liqiuds, G. Falk, M. Ewen, A. Braun, R. Clasen, SENSOR+TEST 2008 Proceedings „OPTO & IRS2 Conferences 2008“, ISBN 978-3-9810993-3-1, 324 Seiten
  • Optimierung von ITO-Targets durch Hippen, G. Falk, in J. Kriegesmann (Hrsg.), DKG-Technische Keramische Werkstoffe, , HvB-Verlag, ISBN 978-3-938595-00-8, 106. Ergänzungslieferung – September 2008, S. 1-19
  • Densification of (In0,9Sn0,1)2O3 by vacuum pre-sintering and hot isostatic pressing, G. Falk, cfi/Ber. DKG 85 (2008), No. 13, 35 – 38
  • Electrophoretic deposition and sintering of tubular anode supported gadolinium doped ceria solide oxide fuel cell, G. Falk, N. Böhm, P.-G. Delaporte, R. Clasen, Advances in Solid Oxide Fuel Cells III, Ceramic Engineering and Science Proceedings, Vol. 28, Iss. 4, 2007, J. Salem, D. Zhu (Ed.), Wiley, ISBN 978-0-470-24679-5, S. 117-125
  • Evidence for non-thermal effects during microwave sintering of zirconia ceramics, G. Falk, G. Link, M. Wolff, S. Takayama, R. Clasen, M. Thumm, Proc. 6th International Workshop on Strong microwaves in plasmas, Nizhny Novgorod - St. Petersburg, Russia, July 25 - August 1, 2005, Edited by A.G. Litvak, Russian Accademy of Science, Institute of Applied Physics, Nizhny Novgorod, (2006) 722-726
  • Electrophoresis in Membrane Separation Processes: From Lab to Field Scale Experiments, G. Falk, Key Engineering Materials 314 (2006) 257-262
  • Transparent polycrystalline alumina ceramic with sub-micrometre microstructure by means of electrophoretic deposition, G. Falk, A. Braun, R. Clasen, Mat.-wiss. u. Werkstofftech., 37(2006) 293-297
  • Transparent alumina ceramics with sub-microstructure by means of electrophoretic deposition, G. Falk, A. Braun, M. Wolff, Rolf Clasen, Ceram. Eng. Sci. Proc. 26,8 (2005) 97-104
  • Densification behavior of zirconia ceramics sintered using high-frequency microwaves, G. Falk, M. Wolff, R. Clasen, G. Link, S. Takayama, M. Thumm, Ceram. Eng. Sci. Proc. 26,8 (2005) 373-380
  • Multifunctional electroceramic composite processing by electrophoretic deposition, G. Falk, M. Bender, R. Clasen, Ceram. Eng. Sci. Proc. 26,8 (2005) 87-98
  • Transparent Polycrystalline Alumina Ceramic with Sub-Micrometre Microstructure, G. Falk, A. Braun, R. Clasen, cfi/Ber. DKG 13 (2005) 161-165
  • On a Correlation Between Chemical Hysteresis and Densification Behavior of SnO2-In2O3 Powder Compacts, G. Falk, I. Andersson, R. Clasen, cfi/Ber. DKG 13 (2005) 208-211
  • The Densification Behavior of Zirconia Ceramics During Millimeter-Wave Sintering, G. Falk, G. Link, M. Wolff, S. Takayama, M. Thumm, R. Clasen, cfi/Ber. DKG 13 (2005) 312-316
  • Sintering behavior of dense nanocrystalline zirconia ceramics: a comparative investigation, G. Falk, M. Wolff, R. Clasen, Ceram. Eng. Sci. Proc. 25,4 (2004) 19-24
  • Alumina ceramics by means of electrophoretic deposition of submicron powders, G. Falk, A. Braun, M. Wolff, C. Oetzel, J. Tabellion, R. Clasen, Ceram. Eng. Sci. Proc. 25,4 (2004) 591-596
  • Sintering Behavior of Multimodal Ceria Powder Mixtures for Fuel Cell Applications, G. Falk , N. Böhm, M. Wolff, R. Clasen, Materials Science Forum Vols. 492-493 (2004) p. 725-731
  • Membrane separation processes superimposed by electrical fields: From lab to field scale experiments, G. Falk, J. Tabellion, R. Clasen, Euromembrane Proceedings (2004), J. Hapke, Ch. Na Ranong, D. Paul, K.-V. Peinemann (Ed.), ISBN 3-930400-65-0, S. 199