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Ralf Eckner, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstofftechnik, testet den neuen Werkstoff auf Zugfestigkeit.

Foto: Detlev Müller/TU Bergakademie Freiberg

Freiberger Forscher entwickeln Superwerkstoff für den Autobau

Weltweit wird seit Jahren an der Entwicklung von hochfesten Werkstoffen gearbeitet. Die Wissenschaftler in der Bergstadt haben Keramik mit Stahl verschmolzen. Das neue Material könnte Leben retten.

Von Ramona Nagel
erschienen am 13.02.2018

Freiberg. Mit einem neuen Werkstoff für hoch beanspruchte Teile ermöglichen Wissenschaftler der Technischen Universität Freiberg, dass Autofahren in Zukunft noch sicherer wird. Das Schwierige daran: Die Werkstoffe müssen große Belastungen wie einen plötzlichen Schlag oder Aufprall aushalten und für einen niedrigen Treibstoffverbrauch gleichzeitig leicht sein. Mit der Verschmelzung von Stahl und Keramik ist das den Freiberger Wissenschaftlern gelungen. Der "Trip-Matrix-Composite" kann besonders viel Energie aufnehmen, ist fest wie Stahl, bricht aber nicht so schnell und verformt sich stattdessen. "Bei Belastung ändert sich die Anordnung der Atome innerhalb des Werkstoffs. Die Abstände zwischen den Atomen werden größer und der Werkstoff 'dehnt' sich. So kann er große Beanspruchungen aushalten", sagte Professor Horst Biermann.

Dass ein Werkstoff sein Volumen im festen Zustand noch derart verändern kann, ist bisher einzigartig. Das liegt vor allem an der Mischung: Die Verbundwerkstoffe bestehen aus Metall und Zirkondioxid-Keramik. Zur Herstellung verwenden die Forscher besondere Stähle, die im Vergleich zu herkömmlichen Stahlsorten besonders stabil und gleichzeitig verformbar sind.

Für das patentierte Verfahren werden Pulver beider Komponenten mit weiteren Zusatzstoffen vermengt. Die Mischung wird dann mit speziellen Formgebungsverfahren zu verschiedenen geometrischen Strukturen wie Schaum-, Waben-, Kugel- oder Spaghettiformen verarbeitet. Ihre endgültige Festigkeit erhalten die Werkstoffe durch Sintern. Dabei wird das Pulver bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur zu kompakten Bauteilen verdichtet. Bereits seit neun Jahren arbeiten Freiberger Wissenschaftler der Fakultäten Maschinenbau/Verfahrens- und Energietechnik, Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie sowie Wirtschaftswissenschaften an einer neuen Werkstofffamilie aus Stahl und Keramik. Sie werden dabei noch bis 2020 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziell unterstützt.

Die Sicherheit bei Fahrzeugen ist durch den zunehmenden Verkehr immer stärker in Fokus gerückt. Durch zahlreiche Entwicklungen wurden die Fahrzeuge bereits deutlich zuverlässiger. So sorgen aktive Elemente wie das elektronische Stabilitätsprogramm ESP, das seit 2014 in jedem Neufahrzeug installiert ist und nicht mehr zu den Sonderausstattungen zählt, der Airbag oder Gurtstraffer für mehr Schutz für Fahrer und Insassen. "Die Karosseriestruktur wurde immer mehr an das Unfallgeschehen angepasst", sagte Professor Jörn Getzlaff, Dekan des Instituts für Kraftfahrzeugtechnik an der Westsächsischen Hochschule Zwickau. Dabei werden bei Crashtests nicht mehr nur Frontalzusammenstöße, sondern vor allem Seitencrashs untersucht. Sie spiegeln das tatsächliche Unfallgeschehen wieder. Neben der Suche nach neuen Werkstoffen müssen auch neue Lösungen für deren Verbindung gefunden werden. So lassen sich beispielsweise Stahl und Aluminium nicht einfach verschweißen. Für Alternativen wie Nieten oder Kleben müssen auch neue Komponenten entwickelt werden.

Doch die Forschungen zahlen sich aus. Die Zahl der Verkehrstoten in Deutschland wird nach Schätzungen des Statistischen Bundesamtes im Jahr 2017 voraussichtlich den niedrigsten Stand seit Bestehen der Bundesrepublik erreichen. Die genaue Anzahl wird erst noch veröffentlicht.

 
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