Freitag, 04.12.2020
 
Seit 05:05 Uhr Informationen am Morgen
StartseiteForschung aktuellBombensichere Verbindung28.06.2011

Bombensichere Verbindung

Fraunhofer-Forscher entwickeln vielversprechende Methode zur Beschichtung von Kohlefaser

Technologie.- Kohlefaser-Verbundwerkstoffe lassen sich sehr vielseitig einsetzen. Doch das Hightech-Material hat auch seine Tücken: so lässt es sich fast gar nicht beschichten, insbesondere nicht mit Metall. Ingenieuren aus Braunschweig ist das nun doch gelungen - mit einem Trick.

Von Frank Grotelüschen

Eine Kohlefaserplatte. In dem neuen Verfahren sollen unzählige mikroskopisch kleine Druckknöpfe Kohlefaser und Metallschicht zusammenhalten.  (Ralf Krauter)
Eine Kohlefaserplatte. In dem neuen Verfahren sollen unzählige mikroskopisch kleine Druckknöpfe Kohlefaser und Metallschicht zusammenhalten. (Ralf Krauter)

"Das Material wurde von Gott erschaffen. Die Oberfläche vom Teufel."

Der Spruch stammt von Physiker-Legende Wolfgang Pauli. Dass Andreas Dietz ihn auswendig kennt, hat seine Gründe. Denn die Oberfläche, die der Forscher vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik in Braunschweig gebändigt hat, zählt zu einer besonders teuflischen Gattung – Kohlefaser-Verbundwerkstoffe. Ein Material, das leicht ist und zugleich hochfest, dessen Äußeres sich aber nur widerwillig beschichten lässt, etwa mit Metall. Um genau das trotzdem zu schaffen, setzte Dietz auf den sogenannten Druckknopfeffekt.

"Man kennt das von Jeansknöpfen, wo wir zwei Knöpfe zusammenpacken. Nichts anderes haben wir bei der Haftfestigkeit von Metallschichten."

Unzählige mikroskopisch kleine Druckknöpfe sollen Kohlefaser und Metallschicht zusammenhalten, und zwar bombenfest. Wie das gehen soll? Indem man die Oberfläche der Kohlefaser ordentlich aufraut.

"Wenn wir es schaffen, die Oberfläche aufzurauen, haben wir gewonnen. Dann können wir eine leitfähige Schicht aufbringen."

Einfach mit Sandpapier aufrauen, genügt allerdings nicht. Stattdessen rückt Dietz der Kohlefaser mit einer starken Säure zu Leibe. Nur so gelingt es, viele sehr winzige Poren in die Oberfläche zu ätzen – Poren, die quasi den oberen Teil des Druckknopfs bilden, die Vertiefung.

"Dann fängt das eigentliche Tricksen an."

Und zwar müssen die Forscher zwischen Kohlefaser und Metallschicht noch eine weitere Lage unterbringen, eine Art Pufferschicht.

"Und die reagieren miteinander und bilden eine sehr dünne, elektrisch leitfähige Schicht."

Die Pufferschicht dringt tief in die Poren ein – der Druckknopf schließt, die Beschichtung hält. Auf ihr haftet dann die elektrisch leitfähige Metallschicht, etwa aus Kupfer. Die Forscher haben auch schon eine erste Anwendung. Und zwar für die Raumfahrt. Ende 2012 soll die beschichtete Kohlefaser mit einem Erdbeobachtungssatelliten der ESA abheben, als ultraleichte Radarantenne. Das Problem:

"Die Antenne zeigt manchmal in die Sonne, und manchmal zeigt sie von der Sonne weg. Da haben wir sehr schnelle und große Temperatursprünge."

Und zwar Sprünge von bis zu 300 Grad. Wird die Beschichtung das aushalten? Um das zu prüfen, hat Andreas Dietz die Antenne – auch Hohlleiter genannt – buchstäblich gefoltert.

"Wir haben den Hohlleiter erst in flüssigen Stickstoff getaucht, und direkt danach in kochendes Wasser."

Trotz der Tortur hielt die Schicht – Belastungsprobe bestanden. Neben der Raumfahrt sieht Dietz auch andere Anwendungen für seine Beschichtung.

"Wir stellen uns vor, dass das im Maschinenbau großes Potenzial hat. Überall da, wo Teile schnell rotieren, zum Beispiel Druckwalzen. Die sind heute zum Großteil aus Stahl, also sehr schwer und lassen sich – bedingt durch die Masse – gar nicht so schnell bewegen."

Schneller und leichter ginge es mit Walzen aus Kohlefaser – vorausgesetzt, sie sind mit der verschleißfesten Beschichtung versehen. Ein weiteres Thema: der Blitzschutz.

"Im Flugzeugbereich ist das ein großes Thema. Wenn der Blitz einschlägt, muss die Blitzenergie irgendwie abgeführt werden. Und das kann man durch eine elektrisch leitfähige Schicht machen."

Was nötig wird bei Flugzeugen, die künftig vermehrt aus Kohlefaser bestehen sollen. An einer Schraube müssen die Forscher allerdings noch drehen – der Kostenschraube. Bislang nämlich ist die Prozedur aufwendig und teuer – was Andreas Dietz künftig ändern möchte.

Das könnte sie auch interessieren

Entdecken Sie den Deutschlandfunk