Titan-Niob-Legierungen machen sich bei Hitze Platz

Röntgenbeugungsdaten einer Titan-Niob-Legierung: Mithilfe solcher Datensätzen können Veränderungen der Kristallstruktur der beim Erhitzen direkt mitverfolgt werden (Foto: IFW Dresden) Foto: IFW Dresden

Unter thermischer Ausdehnung versteht man den Vorgang des Schrumpfens oder Dehnens eines Materials bei Veränderung der Umgebungstemperatur. Ein bekanntes Beispiel aus dem Alltag ist ein Flüssigkeitsthermometer, bei dem die Veränderung des Flüssigkeitsvolumens dazu genutzt wird, die Temperatur an einer Skala anzuzeigen.

Festkörper verändern ebenfalls ihre Dimensionen als Funktion der Temperatur, typischerweise um 0-40 Millionstel pro Grad Celsius und in manchen Fällen richtungsabhängig.

Matthias Bönisch hat im Rahmen seiner Doktorarbeit am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung die Kristallstruktur von Titan-Niob-Legierungen eingehend untersucht und festgestellt, dass diese Materialien besonders stark auf Temperaturveränderungen reagieren.

In einem Temperaturbereich von 150°C dehnen sie sich um mehr als das Dreifache als bei Festkörpern üblich aus. Außerdem hat er herausgefunden, dass die thermische Ausdehnung in Titan-Niob Legierungen sehr stark richtungsabhängig ist, sodass entlang einer Richtung eine Schrumpfung stattfindet während entlang der beiden anderen Richtungen Dehnung passiert. Dieses Ausmaß der thermischen Ausdehnung ist stärker als in allen bisher untersuchten Metallen und Legierungen.

Diese Beobachtungen wurden mit Hilfe von Röntgenbeugung am Synchrotron ESRF in Grenoble, Frankreich, in Zusammenarbeit mit Dr. Ajit Panigrahi von der Universität Wien durchgeführt. Dazu wurden die Legierungen im Röntgenstrahl aufgeheizt und dabei die strukturellen Veränderungen der einzelnen Phasen in Abhängigkeit von der Temperatur mitverfolgt. Diese Messungen ermöglichten es, die Phasenzusammensetzung sowie die Gitterparameter der einzelnen Phasen zu bestimmen.

Die neuen Ergebnisse können helfen, neuartige Materialien mit maßgeschneiderter thermischer Ausdehnung zu entwickeln. Ein großer Vorteil, den diese Legierungen aufweisen, ist dass sich die Wärmeausdehnung durch Wahl des Verhältnisses von Titan-Atomen zu Niob-Atomen einfach anpassen lässt. Keramiken hingegen haben in dieser Hinsicht nur sehr geringen Spielraum.

In Kombination mit den beobachteten neuartigen Phasen dürften sich neue Anwendungsgebiete für Titan-Niob-Legierungen in der Biomedizin und in der Luftfahrt erschließen. Die Forschungen sind Teil eines interdisziplinären Projekts innerhalb der Europäischen Trainingsnetzwerkes „BioTiNet“, das sich mit biokompatiblen Titanlegierungen für orthopädische Anwendungen beschäftigt und vom IFW Dresden koordiniert wird.

Veröffentlichung: Matthias Bönisch, Ajit Panigrahi, Mihai Stoica, Mariana Calin, Eike Ahrens, Michael Zehetbauer, Werner Skrotzki & Jürgen Eckert: Giant thermal expansion and α-precipitation pathways in Ti-alloys, Nature Communications 8, Article number: 1429 (2017), doi:10.1038/s41467-017-01578-1 URL: www.nature.com/articles/s41467-017-01578-1

Kontakt

Dr. Matthias Bönisch
E-Mail: m.boenisch@ifw-dresden.de

Prof. Dr. Mariana Calin
E-Mail: m.calin@ifw-dresden.de
Tel. 0351 4659 613

Media Contact

Dr. Carola Langer idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Informationen:

http://www.ifw-dresden.de

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften

Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

Der innovations report bietet Ihnen hierzu interessante Artikel über die Materialentwicklung und deren Anwendungen, sowie über die Struktur und Eigenschaften neuer Werkstoffe.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Kohlenstoffatom-Transfer

Chemiker der TU Dortmund veröffentlichen aktuelle Erkenntnisse in Science. Prof. Max Martin Hansmann von der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie der TU Dortmund und sein Team haben ein neues…

Mittels KI: Genauere Prognosen für bestmögliche Therapien

In Zukunft werden personalisierte medizinische Diagnosen auf großen Datenmengen basieren. Ärzte werden viele „Biomarker“ messen, um Erkrankungen zu bestätigen oder auszuschließen. Dabei werden viele Daten gesammelt, welche aber auch Fehlinformationen…

Wertstoffe aus Abfall

EU-Projekt Circular Flooring wandelt gebrauchte PVC-Böden in weichmacherfreie Rezyklate um. Nach fünf Jahren intensiver Forschungsarbeit liefert das Circular-Flooring-Konsortium den Beweis, dass die Produktion von weichmacherfreien PVC-Rezyklaten aus alten Weichfußbodenbelägen möglich…

Partner & Förderer