Werkstoffe

in Medizin(technik), Energietechnik und Fertigung

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Werkstoffdesign

Der Lehrstuhl Hochtemperaturwerkstoffe befasst sich mit der Entwicklung neuer Hochleistungswerkstoffe, z.B. f��r den Energiesektor, potentielle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrttechnik sowie in der Medizintechnik. Im Mittelpunkt der Forschungsaktivit��ten stehen metallische und intermetallische Werkstoffe f��r Anwendungen in einem breiten Temperaturspektrum von Raumtemperatur bis 1500��C. Hierzu werden neuen Legierungskonzepte auf Basis von thermodynamischen und voraussetzungsfreien Rechnungen mit der Entwicklung von Phasendiagrammen verkn��pft, welche mit Experimenten zu Erstarrungsreaktionen, Phasenumwandlungen und entsprechenden W��rmebehandlungsverfahren kombiniert werden. Dabei kommen unterschiedliche Schmelzmethoden aber auch die Pulvermetallurgie sowie additive Fertigungsverfahren inkl. geeigneter W��rmebehandlungsverfahren zum Einsatz, um das Werkstoffgef��ge f��r den jeweiligen Anwendungsbereich optimal einstellen zu k��nnen.

Neben neuartigen Hochtemperaturwerkstoffen werden neue Werkstoffe auf Basis von Refrakt��rmetallen entwickelt und deren biologische Kompatibilit��t mittels Zell- und Bakterienbesiedlungen erforscht. Dies geschieht in enger Kooperation mit der Experimentellen Orthop��die des Universit��tsklinikums sowie der Core Facility Tissue Engineering mit dem Ziel, neue Werkstoffe f��r die Endoprothetik oder Bioreaktoranwendungen zu entwickeln.

Bild 1 : Legierungsdesign an Hand einer Elementauswahl und thermodynamischer Gr����en sowie die ��berf��hrung in Phasendiagramme

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Mechanische Werkstoffpr��fung

Das Designkonzept f��r Werkstoffe beruht auf dem Verst��ndnis von Mikrostruktur-Eigenschafts-Zusammenh��ngen. Verschiedene Herstellungsverfahren (schmelz- oder pulvermetallurgisch) resultieren in unterschiedlichen Werkstoffgef��gen und damit einer breiten Variation an mechanischen Eigenschaften. Diese Eigenschaften werden in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis zu 1500��C unter Anwendung verschiedener Belastungsarten erforscht. Dabei stehen Anlagen f��r den klassischen Zugversuch, aber auch f��r Druck- und Biegebeanspruchung zur Verf��gung. Im Hochtemperaturbereich wird ein spezielles Augenmerk auf die zeitabh��ngige plastische Verformung gelegt, also die Kriechbest��ndigkeit neuartiger intermetallischer Werkstoffe. Neben den statischen und quasi-statischen Pr��fmethoden ist auch die dynamische Werkstoffpr��fung mittels LCF- und Resonanzpr��fung m��glich.

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Bild 2: Hochtemperaturpr��fung in einem Breiten Temperaturbereich von Zug- Druck- und Biegeproben

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Oxidationspr��fung

Bei der Anwendung von Hochtemperaturwerkstoffen ist neben der mechanischen Festigkeit auch die thermische Stabilit��t entscheidend f��r eine lange Lebensdauer der Bauteile. In Abh��ngigkeit von der Atmosph��re (zumeist Luft) sind Hochtemperaturwerkstoffe h��ufig oxidativen und korrosiven Umgebungen ausgesetzt. Der spezielle Fokus liegt hierbei auf der Hochtemperaturoxidation neuartiger refrakt��rer und intermetallischer Werkstoffe. Dazu wird das Legierungsdesign so angepasst, dass eine m��glichst geringe Masse- und Volumenver��nderung durch die Bildung von Oxidationsprodukten bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften erzielt werden kann. Bei einigen Werkstoffen m��ssen zudem geeignete Oxidationsschutzschichten entwickelt werden, um die Werkstoffe dauerhaft gegen Oxidation zu sch��tzen. Umfangreiche Ofentechnik steht zur Ermittlung des station��ren und zyklischen Oxidationsverhaltens bei Temperaturen > 1000��C zur Verf��gung.

Bild 3: Ermittlung der Oxidationsmechanismen von Hochtemperaturwerkstoffen

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