geschrieben von sn am 31. Juli 2011
Den Forschungsarbeiten von Dr. Olaf Andersen, Gruppenleiter Fasermetallurgie am Fraunhofer-Institut Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (Fraunhofer IFAM) zufolge ist das Interesse an Zellularen Metallischen Werkstoffen (ZMW), einer neuen Werkstoffklasse, in den letzten Jahren stark gestiegen. Der Grund hierfür ist, dass solche Materialien Eigenschaften aufweisen, die mit konventionellen Werkstoffen nicht erreicht werden können. Wegen ihrer einstellbaren inneren Struktur, also dem definierten Einbau von Poren, können ZMW praktisch das verfügbare Eigenschaftsprofil von Werkstoffen erweitern. Daher werden solche hochporösen Werkstoffe auch als Konstruierte Werkstoffe bezeichnet. Diese unterscheiden sich je nach Herstellverfahren hinsichtlich Grundwerkstoff, innerer Struktur, Homogenität und Isotropie. Praktisch können ZMW aus der flüssigen (Schäume von Schmelzen oder pulvermetallurgisch hergestellten Halbzeugen, gießtechnisch abgeformte Schäume), gasförmigen oder festen Phase hergestellt werden. Letztere umfasst gesinterte Kurzfaserstrukturen, Reaktionssintern oder pulvermetallurgisch abgeformte Schäume sowie gedruckte Strukturen (Direct Typing). Durch die Zellstruktur können neben einer drastischen Gewichts- und Materialeinsparung weitere anwendungsspezifische Eigenschaften, wie Schall- und Energieabsorption, Wärmeisolation, mechanische Dämpfung, Filtration oder auch katalytische Reaktionen miteinander kombiniert werden.
Die Verwendung dieser neuartigen multifunktionellen Leichtbauwerkstoffe ist in der Industrie beispielsweise für den Maschinen-, Anlagen- und Gerätebau angedacht. Die Gründe hierfür liegen beispielsweise in der zunehmenden Bedeutung zur Gewichtseinsparung. Wegen der sehr hohen dynamischen Anforderungen bei Werkzeugmaschinen und der geforderten Unterdrückung von Schwingungseffekten können hierbei spezielle Konstruktionen aus Stahlblech-Aluminiumschaum-Sandwich mit ausgeschäumten Hohlprofilen etwa als dämpfender Querbalken in einer Fräsmaschine zum Einsatz kommen. Untersuchungen konnten belegen, dass solche Stahlblech-Aluminiumschaum-Sandwiches im Vergleich zu herkömmlichen massegleichen Stahlblechen eine 30- bis 40-fach höhere Biegsteifigkeit und eine zwei- bis dreifache mechanische Dämpfung aufweisen. Andere interessante Verwendungsbereiche umfassen beispielsweise auch die Unschädlichmachung von Explosionsgasen mittels gesinterter Strukturen aus schmelzextrahierten metallischen Kurzfasern sowie faserbasierte Wärmetauscher in periodisch arbeitenden Wärmekraftmaschinen oder Stirlingmotoren.
Der durch Prof. Dr.-Ing. Bernd Kieback in Dresden geführte Institutsteil Pulvermetallurgie und Verbundwerkstoffe des Fraunhofer IFAM entwickelt seit vielen Jahren mittels hochmoderner Laborausstattung neuartige Sinter- und Verbundwerkstoffe sowie innovative pulvermetallurgische Technologien. Besondere Kompetenzen hat das Institut in den Bereichen Hochtemperaturwerkstoffe und pulvermetallurgische (PM) Spezialwerkstoffe, hochporöse metallische Werkstoffe (Fasermetallurgie, Hohlkugelstrukturen), Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMC), PM-Werkstoffverbunde, Gradientenwerkstoffe und dispersionsverfestigte Werkstoffe erzielt. Das Institut ist eingebettet in das Institutszentrum Dresden (IZD) der FhG, dem weitere werkstoff- und technologieorientiert arbeitende Institute, wie das Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe (IKTS), das Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) und das Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP), angehören. Im Institutsteil Pulvermetallurgie und Verbundwerkstoffe werden im Rahmen von laufenden Forschungsarbeiten intermetallische Phasen untersucht, welche hinsichtlich ihres Eigenschaftsbildes eine interessante Position zwischen metallischen Werkstoffen und Keramiken einnehmen. Ein am IFAM entwickeltes und patentiertes Verfahren erlaubt so die Herstellung sinteraktiver Pulver aus kostengünstigen Elementpulvermischungen und deren Weiterverarbeitung zu Bauteilen, wobei konventionelle Verdichtungsverfahren (Matrizenpressen, CIP) und ein anschließendes Reaktionssintern angewendet werden. Genutzte Materialsysteme umfassen Aluminide der Systeme Ti-Al, Ni-Al, Fe-Al, Silizide der Systeme Mo-Si, Ti-Si, W-Si sowie weitere Phasen wie Mg2Si und intermetallisch verstärke MMC oder IMC-Werkstoffe.
Kontakt
Dr.-Ing. Olaf Andersen
Gruppenleiter Fasermetallurgie
Fraunhofer-Institut Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung
Institutsteil Pulvermetallurgie und Verbundwerkstoffe
Abteilung Zellulare Metalle
Winterbergstraße 28
D-01277 Dresden
