Traumhochzeit von Stahl und Keramik

Zwölf Jahre haben Forscher der TU Bergakademie an neuen Super-Werkstoffen getüftelt. Sie könnten Züge oder Straßenbahnen sicherer machen.

Freiberg.

Wenn zwei sich vereinigen, ist das Ergebnis besser als die Einzelteile. So ist es idealerweise bei einer Hochzeit. Oder, wenn aus Stahl und Keramik ein neuer Verbundwerkstoff entsteht.

TRIP-Matrix-Composite ist der Familienname der Hochleistungswerkstoffe, an denen Wissenschaftler der TU Bergakademie Freiberg seit 2008 geforscht haben. Vier Fakultäten waren mit insgesamt acht Instituten dabei. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), die sich hauptsächlich aus Bundes- und Ländermitteln finanziert, förderte diesen Sonderforschungsbereich mit 36,3 Millionen Euro. Zum Abschlusskolloquium in Freiberg am Dienstag sagte Horst Biermann, Professor für Werkstofftechnik und Sprecher des Forschungsprojekts: "Wir haben Werkstoffe entwickelt, die in dieser Form einzigartig sind."

Grundlage war der sogenannte TRIP-Stahl. Das steht für Transformation Induced Plasticity. Übt man auf diesen speziellen Stahl Druck aus, ändert sich die Anordnung der Atome - das Material dehnt sich sozusagen aus. So ist es, obwohl es sich verformen lässt, besonders belastbar. Diesen Stahl entwickelten die Forscher immer weiter. Und stellten dann fest, dass sich seine Eigenschaften noch verbessern lassen, wenn man Keramik-Partikel zugibt. "Zwischen den Atomen ist viel Raum, sodass das Material etwa bei einem Aufprall viel Geschwindigkeitsenergie aufnimmt und sich nur langsam verformt", erklärte Werkstofftechniker Biermann. Damit könne man zum Beispiel die Knautschzone eines Zuges oder einer Straßenbahn sicherer machen. Auch Verschleißteile wie Baggerzähne oder Bohrköpfe könnten eines Tages aus den Freiberger Superwerkstoffen bestehen. Für den Automobilbau seien sie grundsätzlich geeignet, zumal sie sehr leicht seien. Allerdings seien sie wohl nach jetzigem Stand noch zu teuer, um in Autos eingebaut werden zu können.

Es gibt noch mehr Anwendungsmöglichkeiten - schließlich haben die Forscher eine ganze Werkstofffamilie gegründet. Manche haben eine Wabenstruktur, andere sehen aus wie Spaghetti oder wie kleine Kügelchen. Das Besondere: Sie lassen sich bei Zimmertemperatur gut verformen und werden während des Verformens fest. Dadurch können sie vielfältig eingesetzt werden. Man könnte daraus zum Beispiel korrosionsbeständige Rohre für die chemische Industrie herstellen, oder Öfen für die Aluminiumschmelze damit auskleiden. Horst Biermann ist sicher, dass die Industrie Interesse habe, wenn auch noch keine konkrete Anwendung umgesetzt sei: "Wir betreiben hier Grundlagenforschung."

Dabei ist aber die Praxis stets im Blick, wie die Bilanz der Bergakademie zeigt: Rund 30 Patente hat man demnach aus dem Projekt heraus angemeldet oder bereits erhalten. Gut 500 wissenschaftliche Publikationen haben die Mitarbeiter erstellt, darunter ein 829 Seiten starkes Fachbuch. Die Wissenschaftler haben die Werkstoffe nicht nur erzeugt und ihre Eigenschaften untersucht. Sie erstellten auch Simulationen am Computer, um das Material künftig mit weniger experimentellem Aufwand herstellen zu können.

Uni-Professor Horst Biermann sieht sich und seine Kollegen in einer langen Tradition: "Seit mehr als 50 Jahren forscht die Bergakademie an hochlegierten, nicht rostenden Stählen." Schon früher, im Jahr 1874, begann die Expertise in Freiberg mit Adolf Ledebur, dem ersten Professor für Eisenhüttenkunde und Begründer eines Laboratoriums für Eisenhüttenwesen.

Wie geht es weiter? Die Erkenntnisse aus dem Projekt sollen in das gerade entstehende Zentrum für effiziente Hochtemperatur-Stoffwandlung einfließen. Auch eine neue Forschungsgruppe der Uni sei geplant. Im Rahmen des Projekts haben bisher 28 Wissenschaftler ihre Promotion erreicht, sechs ihre Habilitation. Darunter sind - für den Fachbereich ungewöhnlich - mehrere Frauen. Biermann sagte mit Blick auf die Fördersumme: "Das Geld wurde in die Köpfe investiert."

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