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Formgedächtnismaterial aus einer Hochentropie-Legierung

Neues Smart Material für die Luft- und Raumfahrt entwickelt

44/2018

Wissenschaftler der Texas A&M University überraschten ihre Kollegen mit einer sensationellen Entdeckung, mit der sie eine völlig neue Gruppe smarter Materialien erschließen. Die neuen Werkstoffe könnten vor allem die Luft- und Raumfahrttechnik nachhaltig verändern. Die Forscher sprechen bereits von einer möglichen Lärmminderung von Flugzeugen beim Landeanflug und einer Optimierung des Treibstoffverbrauchs während des Fluges. Wie diese Verbesserung erreicht werden kann, ist zwar schon länger bekannt, scheiterte jedoch bislang am passenden Material.

 

Hochentropie-Legierung aus Nickel, Titan, Hafnium, Zirkonium und Palladium

 

In den gängigen Stahltriebwerken, muss zu einer erheblichen Effizienzsteigerung der Abstand zwischen Turbinenschaufel und Turbinengehäuse so gering wie möglich ausgebildet sein. Keine einfache Aufgabe, schließlich wirken während der Betriebszeit eines Flugzeugs in der Luft unterschiedliche Drücke und Temperaturen auf das Triebwerk und die verbauten Materialien ein. Durch die Kombination zweier unterschiedlicher und neuer Technologien, konnten die US-Amerikaner ein neues intelligentes Material erschaffen, dass die geforderten technischen Anforderungen erfüllen kann.

 

Ausgangspunkt der Entdeckung waren thermische Formgedächtnislegierungen, die bei Erreichen einer bestimmten Aktivierungstemperatur ihre Form verändern können. Diese smarten Materialien sind bereits seit Jahren bekannt und werden in unterschiedlichen Branchen eingesetzt. Als populärstes Beispiel gelten wohl Stents aus der Medizintechnik: Kleine Gewebe, die sich zusammengeklappt durch die Blutgefäße bis zum Herzen schieben lassen und erst beim Herausschieben aus dem Werkzeug auf die Körpertemperatur reagieren, sich aufspreitzen und das Gefäß weiten. Diese Technologie war bislang nur bis zu einer Temperatur von max. 400 °C nutzbar. Obwohl es Ansätze gibt, die Temperaturempfindlichkeit durch Materialien wie Gold oder Platin zu erhöhen, haben sich diese Überlegungen aufgrund der extrem hohen Kosten bislang nicht durchgesetzt.

 

Das Forscherteam aus Texas konnte die Betriebstemperatur des veränderten Formgedächtnismaterials mittels Hochentropie-Legierungen nun auf über 700 °C erhöhen. Hoch-Entropie-Legierungen bestehen im Unterschied zu den meisten herkömmlichen Legierungen nicht aus einem Hauptelement und wenigen weiteren Legierungselementen in geringer Konzentration, sondern aus einer gleichwertigen Zusammensetzung mehrerer Elemente. Die Texaner entschieden sich für eine Mischung aus Nickel, Titan, Hafnium, Zirkonium und Palladium.

 

Nach Angaben der Forscher können die neuartigen Hochtemperatur-Formgedächtnislegierungen den optimalen Mindestabstand der Turbinenbauteile während der gesamten Flugphase innerhalb der Turbine ermöglichen. Doch bevor das neue Material in die Anwendung geht, muss die eher zufällig zusammengewürfelte Mischung empirisch analysiert werden, um eine dauerhafte Gewährleistung auszusprechen.

 

Forschungsbericht unter: www.engineering.tamu.edu

 

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