Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Keramische Verbundwerkstoffe – Neue Materialien für Technik und Medizin

30.10.2012
Informationsveranstaltung „Innovative Werkstoffe“ mit großer Resonanz

Werkstoffe bilden die Grundlage für viele technische Innovationen und sind für den technologischen Fortschritt unserer Gesellschaft von elementarer Bedeutung. Die IHK Koblenz lud am 23. Oktober 2012 gemeinsam mit dem Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff und dem VDI Mittelrhein zur Informationsveranstaltung „Innovative Werkstoffe“ ein.


Trockenspinnverfahren
Bildquelle: ITCF Denkendorf


Querschnitt Korundfasern
Bildquelle: ITCF Denkendorf

Neben den Werkstoffen Aluminium und Faserverbundkunststoffen standen auch keramische Verbundwerkstoffe im Fokus der Präsentation. Durch ihre Steifigkeit, Festigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit ist faserverstärkte Keramik in Technik und Medizin vielseitig einsetzbar.

Die Veranstaltung stieß auf große Resonanz. Rund 90 Teilnehmer, Vertreter aus Unternehmen und Instituten, diskutierten mit den Referenten über die Einsatzmöglichkeiten zukunftsorientierter Werkstoffe. An die Stelle, wo früher Stein, Holz, Bronze oder Stahl eingesetzt wurden, treten heute beispielsweise hochtemperaturbeständige Keramiken, leichtgewichtige Faserverbundwerkstoffe oder spezielle Aluminiumknetlegierungen.

Innovative Werkstoffe tragen zur höheren Leistungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und Ressourceneffizienz von industriellen Produkten bei. Dr. Bernd Clauß vom Institut für Textilchemie und Chemiefasern (ITCF) in Denkendorf stellte in seinem Vortrag die positiven Eigenschaften und möglichen Einsatzgebiete keramischer Verbundwerkstoffe vor.

Höherwertige Eigenschaften durch Kombination

Faserverbundwerkstoffe sind Mehrphasen- oder Mischwerkstoffe, die aus einer Matrix und darin eingebetteten verstärkenden Fasern bestehen. Durch die Kombination der beiden Komponenten und ihren gegenseitigen Wechselwirkungen besitzen die Verbundwerkstoffe höherwertige Eigenschaften als ihre jeweiligen Einzelkomponenten. Die Grenzschicht zwischen Matrix und Fasern wird als Interface bezeichnet. Aufgabe der Matrix ist es, die Fasern in Form zu halten. Verwendet werden anorganische Fasern wie Glas oder Keramik, organische Fasern wie Kohlenstoff oder Aramid oder Naturfasern wie Flachs oder Sisal. Der Matrixwerkstoff kann beispielweise aus Polyester, PUR (Polyurethan) oder Expoxiden bestehen.

Keramische Verbundwerkstoffe

Vor allem in der Technik und Medizin eröffnen keramische Verbundwerkstoffe neue Möglichkeiten – ob in der Luft- und Raumfahrt, Energietechnik, Industrie oder als Biomaterialien. Keramik verfügt über eine hohe Festigkeit und Steifigkeit, ist verschleißfest sowie korrosions- und temperaturbeständig. Großer Nachteil ist jedoch das Bruchverhalten. Versagen tritt in der Regel durch Sprödbruch auf und es besteht keine Schadenstoleranz. Das bedeutet: Ist das Material einmal beschädigt, bricht und versagt es. Verstärkt man Keramik jedoch mit Fasern, weist dieser Verbundwerkstoff extrem hohe Bruchenergien auf. Dabei sind keramische Langfasern in eine Matrix aus normaler Keramik eingebettet.

Für keramische Verbundwerkstoffe eignen sich nur Fasern, die hochtemperaturbeständig sind – und zwar über 1.000 Grad Celsius. Dazu zählen Kohlenstofffasern (organische Fasern), in inerter Atmosphäre, sowie polykristalline oder amorphe keramische Fasern (nichtmetallische anorganische Fasern). Speziell entwickelte Spinnverfahren ermöglichen die Herstellung sowohl oxidischer Keramikfasern auf der Basis von Mullit und Korund als auch nichtoxidischer Keramikfasern auf der Basis von Siliziumcarbonitriden.

Herstellung von Keramikfasern

Durch eine Lösung, die anorganische und organische Komponenten enthält – meist ohne Zusatz von keramischen Pulvern – werden zunächst Precursorsysteme hergestellt. Die Precursoren werden im Lösungs- oder Schmelzspinnprozess durch eine Spinndüse mit mehreren Löchern gepresst, abgekühlt und aufgespult. Dabei entstehen endlose Fasern, die Filamente, – zunächst als sogenannte Grünfasern. Diese besitzen einen Durchmesser von circa 16 Mikrometern; sie sind dünner als ein Haar. Die anschließende Pyrolyse und das Sinterverfahren, der Brennprozess, bringen die polykristallinen oder amorphen Keramikfasern hervor. Dabei findet eine weitere Schwindung statt, sodass sich zum Beispiel der Durchmesser der Mullit- oder Korund-Multifilamente auf 10 Mikrometer reduziert.

Verstärkende Funktion

Charakteristisch für keramische Fasern ist nicht nur die Hochtemperaturbeständigkeit. Sie sind außerdem korrosionsbeständig und chemisch inert; das heißt, sie reagieren mit potenziellen Reaktionspartnern nicht oder nur in verschwindend geringem Maße. Darüber hinaus verfügen sie über eine geringe Dichte im Vergleich zu Metallen sowie eine hohe Festigkeit und Steifigkeit. So können sie beispielsweise als Verstärkungskomponente in Metallen und Keramiken verwendet werden. Keramikfaserverstärkte Keramiken (CMC) besitzen vor allem für den Bereich der Technik nützliche Qualitäten: Sie haben kein Sprödbruchverhalten, sind sehr schadenstolerant und zeichnen sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit sowie extreme Temperaturschockbeständigkeit aus.

Neue Werkstoffe für Technik und Medizin

Im Vergleich zu anderen Materialien, wie beispielsweise Metall, sind keramische Verbundwerkstoffe in der Herstellung sehr kostenintensiv. Doch die Investition kann sich aufgrund der langen Lebensdauer lohnen, wie sich am Beispiel eines Brennerrohrs aus einem Oxid/Oxid-Verbundwerkstoff zeigt: Auch nach 20.000 Betriebsstunden ist es immer noch funktionsfähig. Zum Vergleich: ein normales Brennerrohr aus Metall hat nach 1.000 bis 2.000 Betriebsstunden ausgedient.

Auch im medizinischen Bereich können in Zukunft keramische Verbundwerkstoffe eingesetzt werden – zum Beispiel als Biomaterial bei der Knochenrekonstruktion. Das Material weist sehr gute mechanische Eigenschaften sowie eine gute Biokompatibilität auf. In ersten Versuchen konnte gezeigt werden, dass sich Knochenzellen auf einem Implantat aus Korund/Korund-Verbundkeramik besser ansiedeln als auf Titan.

Institut für Textilchemie und Chemiefasern
Das Institut für Textilchemie und Chemiefasern Denkendorf (ITCF) ist Teil der
Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung, Europas größtem Textilforschungszentrum. Unter der Leitung von Prof. Dr. Michael R. Buchmeiser betreibt das ITCF Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung entlang der gesamten textilen Produktionskette. Dabei ist das ITCF spezialisiert auf die Entwicklung nachhaltiger Verfahren und Materialien auf Basis synthetischer und natürlicher Polymere. Sie bilden die Grundlage für die Entwicklung neuartiger Werkstoffe, faserbasierter Funktionsmaterialien und intelligenter textiler Strukturen in den Anwendungsbereichen Bekleidung, Life Science, technische Textilien und Umwelt. Die Kernkompetenzen des ITCF erstrecken sich von der Synthese von Faserpolymeren über die Faserherstellung mit allen wichtigen Spinnverfahren bis zur Veredlung von Textilien zur Erzeugung spezieller Eigenschaften.
Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff (IMKK)
Metall, Maschinenbau, Keramik, Feuerfesttechnologie, Kunststoff und Oberflächentechnik sind die Schwerpunktbranchen mit mehr als 250 Betrieben und 25.000 Arbeitsplätzen in den Landkreisen Altenkirchen, Neuwied und Westerwald. Mit der Einrichtung des Innovationsclusters Metall-Keramik-Kunststoff (IMKK) hat das Land Rheinland-Pfalz ein Instrument geschaffen, um regionale Innovationsprozesse zu moderieren und den Unternehmen einen raschen, fundierten und kontinuierlichen Zugriff auf Forschungsergebnisse von Hochschulen und anwendungsorientierten Forschungsinstituten sowie auf neue Produktionsverfahren und High-Tech-Werkstoffe zu ermöglichen. Der Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff steht für das Ziel der rheinland-pfälzischen Wirtschaftspolitik, Herausforderungen wie die Energiewende, ein nachhaltiges, effizientes Ressourcenmanagement – die Green Economy – und die Gestaltung zukunftsfähiger Arbeitsplätze als Chance zu nutzen und so die internationale Wettbewerbsfähigkeit des Mittelstandes in den sich ständig wandelnden globalisierten Märkten zu stärken.

Diese Veröffentlichung wurde von der Europäischen Union aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung und vom Land Rheinland-Pfalz kofinanziert.

Pressekontakt
Gunilla Bischoff . VisCom360 . Carl-Zeiss-Str. 53 . 55129 Mainz .
Tel: (06131) 90622-66 . E-Mail: presse@viscom360.com . www.viscom360.com
Quelle
Innovationscluster Metall-Keramik-Kunststoff c/o TechnologieZentrum Koblenz . Universitätsstraße 3 . 56070 Koblenz

Gunilla Bischoff | VisCom360
Weitere Informationen:
http://www.metall-keramik-kunststoff.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen
20.11.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Der gestapelte Farbsensor
17.11.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

500 Kommunikatoren zu Gast in Braunschweig

20.11.2017 | Veranstaltungen

VDI-Expertenforum „Gefährdungsanalyse Trinkwasser"

20.11.2017 | Veranstaltungen

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Künstliche neuronale Netze: 5-Achs-Fräsbearbeitung lernt, sich selbst zu optimieren

20.11.2017 | Informationstechnologie

Tonmineral bewässert Erdmantel von innen

20.11.2017 | Geowissenschaften

Hemmung von microRNA-29 schützt vor Herzfibrosen

20.11.2017 | Biowissenschaften Chemie