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MagicMetal

Substitution toxischer Werkstoffe für thermoelektrische Anwendungen durch die Herstellung von Magnesiumsilicid aus infiltrierten Metallschäumen

Im Bereich der „thermoelektrischen Nutzung“ stellen Werkstoffe auf Basis von Magnesiumsiliciden (mit der inter-metallischen Verbindung Mg2(SixSn1-x)) eine überaus vielversprechende Lö-sung für Temperaturen von ϑTE > 400 °C dar. Diese Werkstoffgruppe bietet anhand ihrer herausra-genden Eigenschaften die Möglichkeit, die bisher typischen, aber teilweise auch hochproblematischen, TEG-Werkstoffe (Werkstoffe für thermoelektrische Generatoren), wie z. B. Wismut, Tellur, Blei, etc. zu substituieren.
Das Projekt soll daher dazu beitragen, den Ressourcenschutz durch die Substitution von wichtigen Roh- und Werkstoffen erheblich zu stärken.

CAD-Modell (li.), 3D gedruckte Struktur (mi.) und Si-Guss nach dem Feingussverfahren (re.)

Eine mögliche Herstellungsmethode für Magnesiumsilicide bietet die Schmelzmetallurgie, die jedoch mit einigen Herausforderungen verbunden ist. Hierzu zählt insbesondere der Unterschied zwischen der Schmelztemperatur von Silicium (ϑkf ≈ 1.414°C) und der Siedetemperatur von Magnesium (ϑfg ≈ 1.090°C), der zu undefinierten Abdampfverlusten führt. Mit einer Zerlegung des Prozesses in Teilschritte soll diesem Problem entgegengewirkt werden. Dies hat den Vorteil, dass mit geeigneten Temperaturniveaus gearbeitet werden kann und somit die gießtechnische Herstellung technologisch in der geforderten Genauigkeit umgesetzt werden kann.
Das Ziel des Projektvorhabens „MagicMetal“ ist daher die Herstellung unterschiedlicher offenporiger Metallschaumstrukturen, welche nachfolgend infiltriert und als Verbund einer Festkörperumwandlung unterzogen werden. Begleitend werden an der HS Karlsruhe Simulationen zur Mikrostrukturausbildung sowohl für die Metallschaumherstellung als auch die Infiltration durchgeführt, um Wirkzusammenhänge zwischen Werkstoffeigenschaften und Prozessbedingungen aufzeigen zu können. Hierzu wird ein Phasen-feldmodell weiterentwickelt und für das Experiment ressourceneffiziente und zielführende Simulationsstudien durchgeführt.

Das Projekt wird im Rahmen des Förderprogramms "Technologischer Ressourcenschutz" gefördert.