2020-10-01 |
Das DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI) beteiligt sich erstmals an einem Graduiertenkolleg (GRK) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Unter dem Titel „Werkstoffverbunde aus Verbundwerkstoffen für Anwendungen unter extremen Bedingungen“ (Englisch „MatCom-ComMat: Materials Compounds from Composite Materials for Applications in Extreme Conditions“) forscht die DFI-Arbeitsgruppe Hochtemperaturwerkstoffe über einen Förderzeitraum von zunächst viereinhalb Jahren an neuen Materialsystemen. Weitere Projektpartnern sind das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die TU Darmstadt.
Offizieller Start des DFG-Graduiertenkollegs war der 1. April 2020. Aufgrund der Corona-Pandemie konnte erst am 14./15. September 2020 das Kickoff-Meeting in Bad Herrenalb stattfinden, um die bisherigen Ergebnisse vorzustellen und die weitere gemeinschaftliche Forschung abzustimmen.
Ziel ist die Entwicklung von neuartigen Materialsystemen, die eine Steigerung der Betriebstemperatur von Verbrennungsmaschinen und Verbrennungsprozessen auf über 1300 °C erlauben. Durch die Erhöhung der Betriebstemperatur verbessert sich der Wirkungsgrad von Verbrennungsmaschinen, was eine erhebliche Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Abgasemissionen zur Folge hat.
Dies ist insbesondere vor dem Hintergrund der notwendigen CO2-Reduzierung zur Bekämpfung des weltweiten Klimawandels von herausragender Bedeutung. Trotz der technologischen Weiterentwicklung von erneuerbaren Energieressourcen werden fossile Brennstoffe wie Öl oder Gas auch in Zukunft eine entscheidende Rolle bei der weltweiten Energieversorgung spielen. Zudem wird die Bedeutung von CO2-neutral synthetisierten Kraftstoffen auf Basis von Kohlenwasserstoffen (solare Brennstoffe) in Zukunft ansteigen.
Die Materialien für Bauteile in Verbrennungsmaschinen nehmen dabei eine Schlüsselrolle ein. Aktuell werden Nickelbasis-Legierungen (Superlegierungen) mit Zirkonoxid-basierten (YSZ) Wärmedämmschichten eingesetzt. Die Betriebstemperaturen sind dabei auf 1200 °C begrenzt.
Der neuartige Ansatz des Graduiertenkollegs ist die Verbindung von metallisch/intermetallischen Verbundwerkstoffen auf Basis von Refraktärmetallen als Substratmaterialen mit polymerabgeleiteten keramischen Nanokompositen als Wärmedämmschichten. Erst durch die Kombination beider Materialsysteme ergibt sich das große Einsatzpotential. Die Verbundwerkstoffe aus Metalllegierungen bieten eine exzellente Mikrostabilität und Kriechfestigkeit bei ultrahohen Temperaturen, wohingegen die polymerabgeleiteten Keramiken eine hervorragende Hochtemperaturstabilität und eine niedrige intrinsische Wärmeleitung vorweisen.
Die Arbeitsgruppe Hochtemperaturwerkstoffe beteiligt sich mit zwei Teilprojekten im Rahmen des Graduiertenkollegs: In einem Teilprojekt wird das Oxidationsverhalten der keramischen Beschichtungen untersucht, im zweiten Projekt wird die Heißgaskorrosion der Refraktärmetall-basierten Substrate erforscht. Dabei bringt die Arbeitsgruppe insbesondere ihre langjährige Expertise im Bereich der Hochtemperaturkorrosion unter extremen Umgebungsbedingungen (wie z.B. Oxidation, Erosion oder Heißgaskorrosion) ein, wie sie in Verbrennungsmaschinen auftreten. Das Karlsruher Institut für Technologie arbeitet vorrangig an der Entwicklung intermetallischer Substratwerkstoffe, während die TU Darmstadt an der Synthese der keramischen Beschichtungsmaterialien forscht.
Graduiertenkollegs dienen vor allem der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses: „Wir freuen uns, mit der Qualifizierung von Doktorandinnen und -Doktoranden im Rahmen dieses thematisch fokussierten Forschungsprogramms einen wichtigen Beitrag für den Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort Deutschland leisten zu können“, kommentiert PD Dr.-Ing. Mathias Galetz, Vorstand des DFI und Leiter der Arbeitsgruppe Hochtemperarturwerkstoffe. „Damit unterstreicht das DFI seine wichtige Rolle in der Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern“, so Galetz weiter. Aktuell bildet das DFI mehr als 30 Doktoranden und Postdoktoranden im laufenden Forschungsbetrieb aus.
Weitere Informationen finden Sie auf der GRK-Homepage
Bild: © DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI)
