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Fraunhofer IFAM entwickeln Verabreitungsverfahren für Nanowerkstoffe

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden arbeiten an der Weiterverarbeitung von Nanowerkstoffen zu Werkzeugen oder Bauteilen. Das Problem bei der Verarbeitung von nanostrukturierten Materialien: Beim Pressen oder Fügen muss das Material erwärmt werden, wodurch die Kristalle wachsen und die Strukturen größer werden. Dadurch verliert das Material bei der Erwärmung die so genannten Nanoeigenschaften."Ziel ist es, die feinkristalline Struktur während des gesamten Herstellungsprozesses von Bauteilen zu erhalten", erklärt Dr. Ronny Leuschner, Projektleiter am IFAM.

Die Forscher haben dafür eine spezielle Technologiekette aufgebaut, zum Beispiel für die Herstellung von nanostrukturierten Aluminiumwerkstoffen. "Dafür stellen wir zunächst eine spezielle Aluminium-Legierung her", erklärt der Projektleiter. "Die metallische Schmelze müssen wir sehr rasch abkühlen. Wir frieren sie quasi ein." Dafür verwenden die Forscher das "Melt Spinning"-Verfahren: Eine eigens entwickelte Spritzvorrichtung gießt die Schmelze auf eine wassergekühlte rotierende Rolle und erzeugt gleichmäßige, nur wenige Mikrometer dünne Bandstücke, Flakes genannt. Kaum auf der Rolle, sinkt die Temperatur der Schmelze rapide und das Band erstarrt in Hochgeschwindigkeit. Diese Vorrichtung soll sich für mehrere Kilogramm Material eignen und hält nach Angaben des IFAM Temperaturen von mehr als 1.700 °C aus. "Nach dem Erstarren müssen wir die Flakes kompaktieren und in die gewünschte Form pressen", fährt Leuschner fort. Auch dabei dürfen die feinkristallinen Strukturen nicht verloren gehen. Die Forscher nutzen hier das Spark-Plasma-Sintern: Hochfrequente Strompulse innerhalb der Pressvorrichtung kompaktieren das Material in sehr kurzer Zeit, sodass die feinen Mikrostrukturen erhalten bleiben.

Die Anwendungen der Nanowerkstoffe reichen von leichteren Alu-Bauteilen mit verbesserter Festigkeit, Verschleiß- oder Korrosionsbeständigkeit über die Speicherung von Wasserstoff und die Energiegewinnung mit thermoelektrischen Werkstoffen bis hin zur Elektrotechnik.
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