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Masterarbeit: Mechanisches Legieren von Wolfram- und Eisenpulver zur Herstellung von Fe/W-Kompositen für die Anwendung in zukünftigen Fusionsreaktoren

Ausschreibendes Institut: IEK-4 - Plasmaphysik
Kennziffer: D090/2017, Materialwissenschaft, Werkstoff-Engineering

Beginn der Arbeit: ab sofort oder nach Absprache

Hintergrund/Aufgabengebiet
Vor dem Hintergrund nachhaltiger Energieerzeugung wird am IEK-4 Forschung im Bereich der Kernfusion betrieben. Für die zukünftige Verwendung dieser alternativen Primärenergiequelle wird ein Plasma in ein definiertes Volumen gezwungen. U.a. aufgrund hoher stationärer Wärmelasten von bis zu 4 MW/m² sind besondere Anforderungen an die erste Wand, die das Plasma umgibt, zu stellen. Sie besteht daher aus einer wassergekühlten Stahlstruktur, die auf der plasmazugewandten Seite durch eine Wolframschicht geschützt ist. Durch zyklische Wärmelasten im Betrieb sowie unterschiedliche Materialeigenschaften von Wolfram und Stahl entstehen thermisch induzierte Spannungen und Dehnungen an der Wolfram-Stahl-Grenzschicht, die zu einem frühzeitigen Versagen des Verbundes führen.

Aufgabenbeschreibung
Um das Risiko des Versagens zu minimieren, werden derzeit Komposite entwickelt, die eine gradierte Fe/W-Zusammensetzung aufweisen. Die Komposite sollen als dünne Zwischenschichten in die Wolfram-Stahl-Fügung eingebracht werden und dort makroskopische Spannungen und Dehnungen minimieren. Für die Herstellung der Komposite werden elektrisch unterstützte Sinterverfahren angewendet, die das Kompaktieren von Pulverschüttungen innerhalb kürzester Zeit ermöglichen und dadurch chemische Reaktionen begrenzen. Für die Funktionsfähigkeit der Zwischenschicht ist eine feine Verteilung der Konstituenten essentiell. Neben der Pulverklassierung kann diese gezielt durch ein unvollständiges mechanisches Legieren, bei dem die Konstituenten fein innerhalb der Partikel verteilt sind, beeinflusst werden. Diverse Parameter, wie die Fe/W Zusammensetzung, die Legierdauer, -energie, etc., nehmen auf das Mischen Einfluss. Unter Berücksichtigung dieser und weiterer Parameter sollen sowohl Fe/W-Pulver als auch X12Cr13/W-Pulver hergestellt und anschließend mikrostrukturell Untersucht werden. Wärmebehandlungen zum Spannungsarmglühen der Pulver und das Herstellen gradierter Komposite aus ausgewählten Pulvern runden die Arbeit ab. Es wird eine Aufwandsentschädigung gezahlt.

Qualifikation
Sie besitzen Erfahrung in Laborarbeit, haben Interesse an neuartigen Materialsystemen und zeichnen sich durch eine selbstständige und analytische Arbeitsweise aus.

Ansprechpartner
Haben wir Ihr Interesse geweckt? Dann freuen wir uns auf die Zusendung Ihrer Bewerbung als PDF-Datei an:
Simon Heuer
Forschungszentrum Jülich
Institut für Energie- und Klimaforschung - Plasmaphysik (IEK-4)

E-Mail: s.heuer@fz-juelich.de
Telefon: 02461 61-5126


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