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Fraunhofer-Presseinformation Nr. 13 vom 9. April 1998
Neue Werkstoffe fuer Produkte von morgen
Neue Werkstoffe mit qualitativ hochwertigen Eigenschaften sind von entscheidender Bedeutung fuer die Industrie: Sie werden benoetigt, um innovative Produkte zu entwickeln. Auf der Hannover Messe (20.-25. April) stellen Fraunhofer-Forscher in Halle 4, Stand G12 "Moderne Werkstoffloesungen fuer heute und morgen" vor.
Die Anforderungen an neue Produkte wachsen staendig: Leichter, schneller, besser, leiser und sicherer sollen sie sein. Um diesen Anspruechen zu genuegen, bedarf es verbesserter Werkstoffe. Die moderne Werkstofftechnik verfuegt heute ueber ein nahezu unerschoepfliches Arsenal von Kombinationen- und variationen, mit denen Material fuer jeden Anspruch massgeschneidert werden kann. Eine Schluesselrolle kommt dabei den adaptiven Strukturen zu. Das sind Bauelemente, die sich veraendernden Umgebungsbedingungen selbstaendig anpassen koennen.
Um selbstanpassende Bauteile herstellen zu koennen, muessen Sensoren und Aktoren in den Faserverbundwerkstoff eingebaut werden. Aussichtsreiche Werkstoffe fuer solche Anwendungen sind Piezoelektrika. Sie wandeln mechanische Verformungen in elektrische Signale um und umgekehrt. Besonders geeignet sind piezoelektrische Keramiken. Um die Entwicklung dieses neuartigen Verbundwerkstoffs voranzutreiben, haben sich fuenf Fraunhofer-Institute unter Federfuehrung des Fraunhofer-Instituts fuer Silicatforschung ISC in Wuerzburg zusammengeschlossen. Voraussetzung fuer piezoelektrische Keramiken sind qualitativ hochwertige Blei-Zirkonat-Titan-Fasern. Mit der Sol-Gel-Technik kann das ISC PZT-Fasern in hoher Reinheit, Homogenitaet und exakter Zusammenstellung herstellen. Diese Fasern muessen parallel zueinander ausgerichtet, elektrodiert und in eine Polymermatrix eingebettet werden. Der komplette Verbundwerkstoff besteht aus Stapeln aktiver und passiver Einzelschichten.
Bauteile aus solchen adaptiven Verbundwerkstoffen haben eine grosse Anwendungsbreite: Sie koennen Schwingungen aktiv und passiv daempfen, sie koennen als Ultraschallwandler fuer die Medizin oder zerstoerungsfreie Pruefung, aber auch als Sensoren zur Schadenserkennung und -vorsorge genutzt werden. Ihr erstes Ziel haben die Fraunhofer-Institute bereits erreicht: einen integrierten Drucksensor. Viel weitreichender ist eine Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum fuer Luft- und Raumfahrt DLR und der Luftfahrtindustrie. Denn als Schluesselelemente eines adaptiven Fluegels sollen die neuen Verbundwerkstoffe den Flugzeugbau des 21. Jahrhunderts revolutionieren. Dieses Vorhaben wurde vom Bundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie BMBF als ein Leitprojekt im Gebiet "Innovative Produkte auf der Grundlage neuer Technologien sowie zugehoeriger Produktionsverfahren" ausgewaehlt.
Funktionskeramiken koennen aber auch die Drucktechnik radikal veraendern. So stellen Fraunhofer-Forscher auf der Hannover Messe eine neue Druckwalze vor, die mit Blei-Zirkonat-Titanat beschichtet ist. Die elektrischen Eigenschaften dieser Beschichtung erlauben, Informationen als Bild oder Text direkt in die Walze zu schreiben. Vorteil der neuartigen Walze: Sie ist wiederbeschreibbar - das zeitaufwendige Wechseln von Druckvorlagen entfaellt. Dem Fraunhofer-Institut fuer Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS gelang mit einem neuartigen Sinterverfahren die Herstellung von funktionstuechtigen Druckzylindern in Dickschichttechnik, waehrend das ISC eine Variante in Duennschichttechnik entwickelte.
Der traditionelle Werkstoff Keramik hat in den vergangenen Jahren immer neue Anwendungsfelder erobert. Das Material wird zunehmend als Werkstoff fuer Bauteile eingesetzt, die unter besonders harten und extremen Bedingungen arbeiten muessen. Denn moderne Hochleistungskeramiken halten hohen Temperaturen stand und ver-schleissen bei mechanischer, chemischer und elektrischer Belastung kaum. Kugel- und Waelzlager gehoeren zu den Bauteilen, die besonders stark beansprucht werden. Bei hohen Temperaturen oder korrosiven Umgebungen versagen Lager aus Metall. Nicht dagegen Hochleistungskeramiken: Sie laufen - selbst unter extremen Bedingungen - ganz ohne Schmierung. Das Fraunhofer-Institut fuer Werkstoffmechanik IWM und das Fraunhofer-Institut fuer Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS arbeiten mit dem Lagerhersteller CEROBEAR in Herzogenrath und Bayer-CFI an der Optimierung vollkeramischer Waelzlager. So wurden Auslegungsrichtlinien fuer Keramiklager und hilfreiche Werkzeuge fuer die Konstruktion und Beurteilung der Lebensdauer entwickelt.
In vielen Faellen reicht es aus, die Oberflaecheneigenschaften eines Bauteils oder Werkzeugs zu verbessern. Neue Beschichtungs- und Bearbeitungstechniken lassen fast jede Eigenschaft entstehen und durch moderne chemische und physikalische Beschichtungsverfahren sind sogar Materialkombinationen machbar. Das ISC hat die Werk-stoffgruppe ORMOCERe, die aus keramischen und polymeren Anteilen bestehen, bereits fuer eine grosse Zahl von Anwendungen massgeschneidert. Breite industrielle Anwendung fand die kratzfeste Beschichtung von Kunststoff-Brillenglaesern und Kunststoff-Linsen. Eine aktuelle Entwicklung, die das ISC gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut fuer Verfahrenstechnik und Verpackung IVV vorantreibt, sind aromadichte Barriereschichten fuer Lebensmittelfolien.
Wichtig ist aber nicht nur die Bereitstellung neuer Werkstoffe, auch ihre Einsatzfaehigkeit muss sichergestellt sein. Das Fraunhofer-Institut fuer Zerstoerungsfreie Pruefverfahren IZFP hat ein neues Verfahren zur thermographischen Oberflaechenpruefung entwickelt. Damit koennen moderne Hochleistungswerkstoffe wie Keramiken, Faserverbundmaterialien und Beschichtungen schnell und beruehrungsfrei auf Fehler untersucht werden. Das Geraet arbeitet so schnell, dass es sogar in der laufenden Produktion eingesetzt werden kann.
Weitere Informationen zum Thema "Moderne Werkstoffloesungen fuer heute und morgen" praesentieren Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute fuer Angewandte Polymerforschung IAP, Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS, Silicatforschung ISC, Werkstoffmechanik IWM, Verfahrenstechnik und Verpackung IVV, Zerstoerungsfreie Pruefverfahren IZFP und des Wilhelm-Klauditz-Instituts fuer Holzforschung WKI auf der Hannover Messe in Halle 4, Stand G12.
Weitere Informationen: Thomas Goetz Telefon 07 61/51 42-1 53, Telefax 07 61/51 42-1 10
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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