Glaskeramik im Spritzguss: Erfahrungen aus dem Projekt

Neue Werkstoff- und Prozesserfahrungen
Von Januar 2022 bis September 2025 wurde im Rahmen der BMWi-Förderinitiative „Anwendungsorientierte nichtnukleare FuE im 7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung“ die endformnahe Fertigung von Bauteilen aus Glaskeramik untersucht.  Das Fraunhofer IKTS koordinierte das Verbundprojekt „EnerForminG: Senkung des Energieverbrauchs und des CO2-Ausstoßes durch endformnahe Fertigungsverfahren für Glaskeramiken“.  Weitere Projektpartner waren Alumina Systems GmbH, bifa Umweltinstitut GmbH und Dentsply Sirona / DeguDent GmbH. Die Zusammensetzung des Konsortiums und die inhaltliche Planung orientierten sich an der gesamten Wertschöpfungskette der pulverbasierten Herstellung glaskeramischer Komponenten. Für Rauschert bot das Projekt die Möglichkeit, die bestehende Kompetenz in der Verarbeitung technischer Keramik um Erfahrungen mit einem weiteren Werkstoffsystem zu ergänzen.

Als ein für dieses Werkstoffsystem potenziell geeigneter Demonstrator wurde eine Abzugsdüse für die Fadenführung in der Textiltechnik ausgewählt. Solche Bauteile sind im Einsatz hohen Verschleißbelastungen ausgesetzt. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an Oberflächenqualität, Geometrie und Prozessstabilität. 

Unser Beitrag: vom Feedstock bis zum Demonstrator   
Eine zentrale Aufgabe von Rauschert bestand darin, aus einem spritzgussfähigen Feedstock auf Basis von Lithiumdisilikat-Glaskeramik Abzugsdüsen im Pulverspritzguss zu entwickeln. 
Dabei ging es nicht nur um die grundsätzliche Formgebung. Auch das Bindersystem und die Entbinderung mussten auf die Eigenschaften des der Glaskeramik zugrunde liegenden Ausgangsglaspulvers abgestimmt werden. Die anschließende Sinterung und Kristallisation zu einem glaskeramischen Werkstoff wurden gemeinsam mit den Projektpartnern unter unterschiedlichen industriellen Bedingungen untersucht. 
Im Projekt entstanden hochwertige Demonstratorbauteile mit einem homogenen Gefüge und nur geringer Restporosität. Computertomografische Untersuchungen zeigten weder innere Risse noch eingeschlossene Poren. Durch den Vergleich mit der ursprünglichen CAD-Konstruktion ließen sich vernachlässigbare Formabweichungen auch bei komplexen inneren Geometrien nachweisen. 

Energiebedarf entlang der Prozesskette verstehen
Ein weiterer Schwerpunkt unseres Beitrags lag in der energetischen Betrachtung des Fertigungsprozesses. Dafür wurden bei Rauschert Produktions- und Energiedaten aus den einzelnen Prozessschritten erfasst und auf das Demonstratorbauteil bezogen.

So ließ sich nachvollziehen, an welchen Stellen der Prozesskette Energie benötigt wird und welche Auswirkungen die unterschiedlichen Fertigungsbedingungen auf die daraus abgeleiteten CO₂-Emissionen haben. Besonders relevant war dabei die niedrigere Brenntemperatur der untersuchten Glaskeramik im Vergleich zum Referenzbauteil aus technischer Keramik. Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse für eine fundierte Bewertung des Energiebedarfs. 

Erfolgreiche Zusammenarbeit von Forschung und Industrie
Die Umsetzung der vollständigen Prozesskette bis zum Demonstrator war nur durch die enge Zusammenarbeit der beteiligten Forschungs- und Industriepartner möglich. Die unterschiedlichen Kompetenzen in Materialentwicklung, Feedstockherstellung, Sinterung, Charakterisierung und energetischer Bewertung ergänzten sich sehr gut. Insbesondere der Vergleich unterschiedlicher industrieller Sinterbedingungen lieferte wertvolle Erkenntnisse für das gesamte Projekt. 

Wertvolle Erkenntnisse
Das Projekt hat Rauschert ermöglicht, Glaskeramik im industriellen Umfeld zu verarbeiten und die technologischen sowie energetischen Zusammenhänge besser zu verstehen. Diese Erfahrungen helfen uns, zukünftige Anfragen zu entsprechenden Bauteilen fachlich fundierter einzuschätzen.
Gleichzeitig hat das Projekt gezeigt, dass die Verarbeitung von Glaskeramik anspruchsvoll ist. Auch die Lebensdauer glaskeramischer Bauteile muss für die jeweilige Anwendung noch genauer untersucht und bewertet werden. 
Für Rauschert liegt der wichtigste Projekterfolg daher im aufgebauten Prozessverständnis: Wir können die Möglichkeiten und Grenzen des Werkstoffs heute besser bewerten und ihn bei geeigneten Anforderungen als ergänzende Option zur technischen Keramik betrachten.