Feldgestütztes Sintern (FAST) von Gadolinium-dotiertem Ceroxid (GDC)

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Yuanbin Deng © Urheberrecht: IWM

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Yuanbin Deng

Leiter Forschungsfeld Prozesssimulation, Pulvermetallurgie und Keramik

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Motivation

Mit der zunehmenden Nachfrage an Brennstoffzellen steht mit GDC aufgrund ihrer elektrischen und ionischen Leitfähigkeit eine vielversprechende Klasse von Oxidkeramiken zur Verfügung. Feststoff-brennstoffzellen (SOFCs) oder Festoxid-Elektrolysezellen (SOECs) erfordern die Herstellung von innovativen, synthetischen Materialien mit gezielt eingestellten elektrochemischen Eigenschaften. FAST/SPS erlaubt eine gezielte Einstellung der Mikrostruktur und der Werkstoffeigenschaften des GDC. Bezüglich Energieaufwand und Zykluszeiten stellt FAST/SPS im Vergleich zu konventionellen Sinterprozessen eine ökonomische Alternative in Aussicht. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit ist GDC ein vielversprechender Kandidat für eine erfolgreiche Anwendung des FAST/SPS und die direkte Aufheizung mittels Joule-Effekt.

Zielstellung

  • Das Verständnis zum Einfluss elektrischer Felder auf den Materietransport in gemischt Ionen- und Elektronen leitenden Werkstoffen (MIEC) bzw. Untersuchung auf GDC.
  • Herstellung von rissfreien GDC-Proben durch FAST
  • Numerische Studien der Verdichtung mit der Berücksichtigung des Kornwachstums

Projektinhalte

  • Entwicklung der Graphitwerkzeugen und anschließender Durchführung der FAST-Versuche zur Fertigung der rissfreien GDC-Proben unter kontrollierter Atmosphäre
  • Entwicklung der innovativen Werkzeuge zur numerischen Simulation des FAST/SPS Prozesses.
  • Multiphysikalischen Finite-Elemente-Simulation zur Herstellung von GDC-Proben durch FAST unter Berücksichtigung der Verdichtung und des Kornwachstums

Publikationen

  • Sree Koundinya Sistla, Tarini Prasad Mishra, Yuanbin Deng, Anke Kaletsch, Martin Bram, Christoph Broeckmann (2019): Electric Field-Assisted Sintering of Gadolinium-Doped Ceria: Sintering and Grain Growth Kinetics (01). In: Journal of Ceramic Science and Technology. DOI: 10.4416/JCST2019-00045.
  • Tarini Prasad Mishra, Alexander M. Laptev, Mirko Ziegner, Sree Koudinya Sistla, Anke Kaletsch, Christoph Broeckmann (2020):Field-Assisted Sintering/Spark Plasma Sintering of Gadolinium-Doped Ceria with Controlled Re-oxidation for Crack Prevention. In: Materials (Basel, Switzerland) 13 (14). DOI: 10.3390/ma13143184
  • Sree Koundinya Sistla, Tarini Prasad Mishra, Yuanbin Deng, Anke Kaletsch, Martin Bram, Christoph Broeckmann (2020): Polarity Induced Grain Growth of Gadolinium doped Ceria under Field-Assisted Sintering Technology / Spark Plasma Sintering (FAST/SPS) conditions, Journal of the American Ceramic Society, https://doi.org/10.1111/jace.17614

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