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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Hochleistungskeramik: Hitzefest und zäh wie Holz |
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| | | Ein ungewöhnlicher Werkstoff, der hitzebeständig wie Keramik und gleichzeitig mechanisch "zäh" wie Holz ist, wurde an der Montanuniversität Leoben in Kooperation mit der DaimlerChrysler-Forschung entwickelt. |
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Das neue am Institut für Struktur- und Funktionskeramik entwickelte Material ist durchzogen von Fasern, die wie bei Textilien miteinander verwoben sind.
Der so genannte Oxid/Oxid-Verbundstoff soll insbesondere im Bereich der Brennkammern von Gasturbinen und oder als Thermalschutz von Raumfahrzeugen Einsatz finden.
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Jahrzehntelang auf der Suche nach einem solchen Stoff
Keramische Werkstoffe sind dadurch gekennzeichnet, dass sie zwar enorm hohe Temperaturen aushalten, aber spröd brechen, so der Leobener Werkstoffwissenschaftler Reinhard Simon. Schon jahrzehntelang ist man daher auf der Suche nach einer hitzebeständigen Keramik, die ähnlich zäh wie Holz ist. |
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"Schadenstoleranz" vom Holz "abgeschaut" |
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In seiner Doktorarbeit hat der Leobener Werkstoffwissenschaftler Reinhard Simon am Institut für Struktur- und Funktionskeramik an einem Verbundstoff gearbeitet, der nun beide Eigenschaften auf ideale Weise kombiniert.
Tatsächlich hat sich der junge Wissenschafter die "Schadenstoleranz" des neuen Werkstoffes vom Holz "abgeschaut": Er entwickelte eine im Nano-Bereich strukturierte Matrix, die rund um die Fasern angelegt wird und die für die Zähigkeit des Materials zuständig ist.
Durch die Einstellung einer fein verteilten Porosität in dieser Matrix wird der neue Werkstoff sowohl mechanisch als auch thermisch deutlich belastbarer.
Die Keramik zeichne sich aber noch durch eine weitere wichtige Verbesserung aus: "Da die Herstellung ähnlich wie bei faserverstärkten Kunststoffen erfolgt, verbilligt sich der Produktionsprozess entscheidend", so der Leobener Wissenschafter, der die Entwicklungsarbeit bei der DaimlerChrysler-Forschung durchführte.
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Messwerte bestätigen Potenzial |
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Erste gemessene Kennwerte des Verbundwerkstoffes würden dessen hohe Potenzial bestätigen. Die Oxid-Keramik hält nun Temperaturen bis zu 1.500 Grad Celsius aus und weist gegenüber ähnlichen Verbundwerkstoffen eine deutlich verbesserte Festigkeit und Bruchdehnung auf.
Ein Beispiel für den möglichen Einsatz des Verbundwerkstoffs: Metallische Superlegierungen in Gasturbinen, deren Einsatztemperatur nicht mehr zu erhöhen ist, können durch die neue Keramik ersetzt werden, meint Simon.
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Arbeitsgruppe für Anwendung und Weiterentwicklung |
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Seit einem Jahr ist Simon am Werkstoffkompetenzzentrum Leoben - MCL (Materials Center Leoben) angestellt.
Die erfolgreiche Arbeit an der neuen Keramik ist der Startschuss für den Aufbau einer Arbeitsgruppe am MCL, die sich - zusammen mit Industriepartnern - um die Anwendung und Weiterentwicklung dieses Werkstoffes kümmern soll.
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01.01.2010 |
