Materialien für extreme Belastungen

Ein europäisches Forschungskonsortium arbeitet daran neue Materialien zu entwickeln - zum Beispiel Werkstoffe, die extreme Wärmemengen abführen können, oder ultradünne Schutzschichten, die auch bei hoher Temperatur für schädigende Stoffe undurchlässig bleiben.

Es sollen aber nicht nur neue Materialien entwickelt, sondern auch ihre industrielle Anwendbarkeit sichergestellt werden. Dazu gehören Werkstoffe, die hohe Wärmeflüsse abführen können - zum Beispiel für kompakte Höchstleistungshalbleiter oder für Wärmetauscher in Kraftwerken.

Ebenso werden strahlungsresistente Materialien für die Energietechnik entwickelt sowie neuartige Beschichtungen, wie sie zum Schutz von Hochleistungsturbinen vor der zerstörenden Wirkung heißer Brenngase, in der Fusionsforschung zum Schutz des Plasmagefäßes vor dem heißen Plasma, in der chemischen Industrie und für die Raumfahrt benötigt werden.

Beim Hitzeschutz wurde zum Beispiel ein Erfolg mit porösem Siliziumkarbid erreicht. Wird das keramische Material lagenweise angeordnet, sinkt seine Wärmeleitfähigkeit erheblich und es wird zäher, da die Rissbildung behindert wird. Schockartige Wärmelasten bis zu 380 Megawatt pro Quadratmeter wurden schadlos bewältigt, ebenso 100 Durchgänge für den simulierten Wiedereintritt eines Raumfahrzeugs in die Erdatmosphäre.

Zudem schützt sich das Material selbsttätig gegen Oxidation: Bei hoher Temperatur der Luft ausgesetzt, bildet sich eine dünne Schutzschicht aus Siliziumdioxid, die weitere Oxidation verhindert. Damit das Material auch zum Hitzeschutz von Turbinen nutzbar wird, muss es zusätzlich aggressivem Wasserdampf gewachsen sein. Dafür sorgt eine passivierende Beschichtung auf Basis seltener Erden.

In der nächsten Projektphase wird es darum gehen, die Leistungsfähigkeit der entwickelten Materialien gründlich zu testen. Auch die Verbindung der Materialien mit verschiedenen Trägerstrukturen soll Härtetests unterworfen werden.

COMPAMED.de; Quelle: Max-Planck-Gesellschaft