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23.11.2016 | Strukturwerkstoffe | Im Fokus | Onlineartikel

Smarte Strukturmaterialien

Autor:
Dieter Beste

Die Eigenschaften eines metallischen Werkstoffs sind wesentlich durch seine chemische Zusammensetzung und Mikrostruktur festgelegt. Ein unkonventioneller Forschungsansatz verspricht, Dynamik in diese Ordnung zu bringen.

Mit "Metalle" haben Erhard Hornbogen und Hans Warlimont eine umfassende Darstellung der Struktur und Eigenschaften der Metalle und ihrer Anwendungen als Werkstoffe vorgelegt. "Die elastischen Eigenschaften eines Festkörpers, die durch die Anordnung und Bindungsstärke der Gitteratome bestimmt werden, sind die wichtigste Grundlage aller mechanischen Eigenschaften", schreiben die Springer-Autoren in der aktuellen Auflage auf Seite 119. Die mechanischen Eigenschaften von Strukturmaterialien werden also durch ihre chemische Zusammensetzung und Mikrostruktur definiert und können meist nur während des Herstellungsprozesses, zum Beispiel durch eine Wärmebehandlung, beeinflusst werden.

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Damit will sich Christoph Kirchlechner vom Düsseldorfer Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) nicht abfinden und hat mit einem unkonventionellen Forschungsansatz bei der Volkswagen Stiftung Gehör gefunden. Mit 100.000 Euro fördert die Stiftung jetzt seine Entwicklung intelligenter Materialsysteme. Seine Idee: schaltbare Partikel während des Herstellungsprozesses in das Material integrieren. Das Besondere an den von Kirchlechner ins Auge gefassten Partikeln sei, dass sie sich entweder durch magnetische oder elektrische Felder verformen ließen und somit die Eigenschaften des Gesamtmaterials entscheidend veränderten.

Getestet wird an Aluminiumlegierungen, Stahl und an Hartstoffschichten

"Das Schöne an der Forschung in Max-Planck-Instituten ist ja, dass man den Fokus ganz auf wissenschaftliche Ideen legen kann – und diese dabei durch nicht-wissenschaftliche Restriktionen nicht behindert wird. Dass meine gewagte Idee nun auch von der Volkswagen Stiftung gefördert wird, ist eine besondere Auszeichnung, die klar zeigt, dass unsere Wissenschaft für die Gesellschaft und Industrie von höchster Relevanz ist. Und so etwas motiviert natürlich", sagt Kirchlechner. Er geht davon aus, dass er die Festigkeit um das Zweifache vom Ausgangsmaterial erhöhen könne. Weicher werde das Material voraussichtlich um bis zu 50 Prozent des Ausgangszustandes. In der Anfangsphase des Projektes wird sich Kirchlechner auf kleinste Materialproben und Dünnschichten konzentrieren, um ohne großen Aufwand im Labormaßstab ausreichend starke elektrische und magnetische Felder erzeugen zu können. Getestet wird das Materialkonzept an Aluminiumlegierungen, Stahl und an Hartstoffschichten. 

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