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Der neue Werkstoff verbindet die Eigenschaften von Keramik und
Holz
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Keramische Werkstoffe sind dadurch gekennzeichnet, dass sie zwar
enorm hohe Temperaturen aushalten, aber spröd brechen. Jahrzehntelang sind
Werkstoffwissenschafter auf der Suche nach einer Keramik, die ähnlich zäh wie
Holz ist. Dies gelang nun dem Österreicher Dr. Reinhard Simon, der im Rahmen
seiner Doktorarbeit an der Montanuniversität Leoben einen Werkstoff entwickelte,
der die Eigenschaften von Keramik und Holz auf ideale Weise kombiniert.
Tatsächlich hat sich der junge Wissenschafter die
"Schadenstoleranz" des neuen Werkstoffes vom Holz "abgeschaut". Die neue Keramik
ist durchzogen von Fasern, die wie bei Textilien miteinander verwoben sind.
Simon 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 der Matrix ist es
gelungen, dass der neue Werkstoff sowohl mechanisch als auch thermisch deutlich
belastbarer ist. Aufgrund der hohen Zähigkeit kann diese Keramik wie Holz
genagelt werden.
Einsatz in Gasturbinen und als Hitzeschutz für
Raumfahrzeuge
Gegenüber ähnlichen Verbundwerkstoffen weist die neue Keramik
eine deutlich verbesserte Festigkeit und Bruchdehnung sowie eine um 150°C
erhöhte Hitzebeständigkeit auf. Insgesamt hält die Keramik nun Temperaturen bis
zu 1500°C aus. Diese sogenannten Oxid/Oxid-Verbundwerkstoffe lassen sich daher
besonders in Brennkammern von Gasturbinen oder als Thermalschutz von
Raumfahrzeugen einsetzen. Metallische Superlegierungen in Gasturbinen, deren
Einsatztemperatur nicht mehr zu erhöhen ist, können durch die neue Keramik
ersetzt werden.
Die Keramik zeichnet sich durch weitere Verbesserungen aus.
Da die Herstellung ähnlich wie bei faserverstärkten Kunststoffen erfolgt,
verbilligt sich der Produktionsprozess entscheidend.
Zusammenarbeit mit DaimlerChrysler Forschung und
Technologie
Die Entwicklungsarbeit führte Reinhard Simon, der seine
Doktorarbeit am Leobener Institut für Struktur- und Funktionskeramik einreichte,
bei der DaimlerChrysler Forschung und Technologie durch. 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.
Der gebürtige Niederösterreicher, der in Leoben
Werkstoffwissenschaften studierte, absolvierte während seines Studiums mehrere
Praktika in Deutschland, großteils in der Flugzeugindustrie. Sein Interesse gilt
schon seit Schülertagen an der HTL Eisenstadt (Ausbildungsschwerpunkt
Flugtechnik), jenen Werkstoffen, die in der Luft- und Raumfahrt verwendet werden
und extremen Belastungen ausgesetzt sind. |
