Das kompliziert gebogene Bauteil in der Hand des Wissenschaftlers schimmert matt-silbrig, die Oberfläche ist perfekt glatt. Rudolf Faymonville vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt DLR präsentiert den unteren Teil einer Raketentriebwerks-Schaufel. Wer wissen will, was an ihr so besonders ist, lässt sie sich reichen. Erstaunt stellt er dann fest: Das Bauteil ist federleicht!
"Wir haben hier eine Siliziumcarbid-Faser, die eingebettet ist in eine Titanmatrix und damit diesem Werkstoff die hohe Festigkeit dieser Faser verleiht. Gleichzeitig hat sie aber auch die Vorteile von Titan, nämlich außerordentlich leichte Metalle zu sein und ist gleichzeitig völlig innert gegen chemischen Einwirkungen von außen."
Titanium Matrix Composites heißt der Verbundwerkstoff der Zukunft. Er ist härter als Stahl, hitzebeständiger als Aluminium und zugleich erheblich leichter. Ein Supermaterial, dessen Herstellung auch noch vergleichsweise einfach ist.
"Diese Faser wird geglüht, an der Oberfläche aktiviert, sodass sie mit dem Titan ein inniges Oxyd bildet, das eine direkte chemische Verbindung aufbaut, um eine entsprechende chemische Haftung zwischen dem Titanwerkstoff und dieser Faser zu erreichen. "
Die so präparierten Siliziumcarbid-Fasern werden auf Rohlinge gewickelt, die der Form des zukünftigen Bauteils entsprechen. Anschließend muss das zunächst noch lockere Gewebe in seine endgültige Form gebracht werden. Je nach Größe des Bauteils nutzen die Forscher in Köln-Porz dafür Schmiede- oder Pressverfahren. Bei kleinen Bauteilen reicht heißes isostatisches Pressen, bei dem der Pressdruck in alle Richtungen gleich groß ist und so eine gleichmäßige sehr hohe Verdichtung des Materials erreicht wird. Entwickelt wurden Titanium Matrix Composites für die Luft- und Raumfahrt, allerdings möchten Forscher den Superwerkstoff zukünftig auch in der Medizin einsetzen. Denkbar ist zum Beispiel,…
"…dass man sehr kleine Implantate herstellen kann mit sehr hoher Festigkeit, die man in Röhrenknochen oder zur Stützung der Wirbelsäule einsetzen kann. Hier hat man den Vorteil, dass diese Bauteile klein sind und dass sie gewebekompatibel sind, denn diese Titanwerkstoffe sind gewebeverträglich. "
Ein zweites Supermaterial des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt hat eine weiß-gelbliche Farbe und wird in seiner einfachen Variante schon lange in der Elektroindustrie genutzt: Aluminiumoxid-Keramik, weit verbreitet als Elektronikträger. Allerdings hat es einen gravierenden Nachteil: Wie alle Keramiken ist es spröde und bricht leicht. DLR-Forscher haben nun durch einen Trick diesen Nachteil ausgeschaltet: Sie vermischen den spröden Werkstoff mit einer Aluminiumoxid-Faser, was letztlich dazu führt,…
"…dass wir eine sehr hohe Zähigkeit in diesem Material haben, sie können das quasi nageln."
Außerdem lässt sich die so veredelte Aluminiumoxid-Keramik problemlos in jede nur denkbare Form bringen. Testreihen haben zudem gezeigt, dass der Werkstoff biologisch verträglich ist. Einem Einsatz in der Medizin steht also nichts im Wege. Hier entwickelt Rudolf Faymonville gleich ganz große Visionen.
"Wir stellen uns vor, dass zukünftig solche Schädeldeckenersatze durchaus hergestellt werden können noch im OP-Bereich - also während der Operation solche Schädeldecken präpariert werden innerhalb von einer knappen Stunde, gebrannt werden und sofort implantiert werden. Diese Arbeitsmethoden legen nahe ein Rapid Prototyping, wenn man Navigationssysteme bei den Operationen einsetzt, mit denen man dreidimensional vorformen kann, um die individuell dem Kopf des Patienten anzupassen."
"Wir haben hier eine Siliziumcarbid-Faser, die eingebettet ist in eine Titanmatrix und damit diesem Werkstoff die hohe Festigkeit dieser Faser verleiht. Gleichzeitig hat sie aber auch die Vorteile von Titan, nämlich außerordentlich leichte Metalle zu sein und ist gleichzeitig völlig innert gegen chemischen Einwirkungen von außen."
Titanium Matrix Composites heißt der Verbundwerkstoff der Zukunft. Er ist härter als Stahl, hitzebeständiger als Aluminium und zugleich erheblich leichter. Ein Supermaterial, dessen Herstellung auch noch vergleichsweise einfach ist.
"Diese Faser wird geglüht, an der Oberfläche aktiviert, sodass sie mit dem Titan ein inniges Oxyd bildet, das eine direkte chemische Verbindung aufbaut, um eine entsprechende chemische Haftung zwischen dem Titanwerkstoff und dieser Faser zu erreichen. "
Die so präparierten Siliziumcarbid-Fasern werden auf Rohlinge gewickelt, die der Form des zukünftigen Bauteils entsprechen. Anschließend muss das zunächst noch lockere Gewebe in seine endgültige Form gebracht werden. Je nach Größe des Bauteils nutzen die Forscher in Köln-Porz dafür Schmiede- oder Pressverfahren. Bei kleinen Bauteilen reicht heißes isostatisches Pressen, bei dem der Pressdruck in alle Richtungen gleich groß ist und so eine gleichmäßige sehr hohe Verdichtung des Materials erreicht wird. Entwickelt wurden Titanium Matrix Composites für die Luft- und Raumfahrt, allerdings möchten Forscher den Superwerkstoff zukünftig auch in der Medizin einsetzen. Denkbar ist zum Beispiel,…
"…dass man sehr kleine Implantate herstellen kann mit sehr hoher Festigkeit, die man in Röhrenknochen oder zur Stützung der Wirbelsäule einsetzen kann. Hier hat man den Vorteil, dass diese Bauteile klein sind und dass sie gewebekompatibel sind, denn diese Titanwerkstoffe sind gewebeverträglich. "
Ein zweites Supermaterial des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt hat eine weiß-gelbliche Farbe und wird in seiner einfachen Variante schon lange in der Elektroindustrie genutzt: Aluminiumoxid-Keramik, weit verbreitet als Elektronikträger. Allerdings hat es einen gravierenden Nachteil: Wie alle Keramiken ist es spröde und bricht leicht. DLR-Forscher haben nun durch einen Trick diesen Nachteil ausgeschaltet: Sie vermischen den spröden Werkstoff mit einer Aluminiumoxid-Faser, was letztlich dazu führt,…
"…dass wir eine sehr hohe Zähigkeit in diesem Material haben, sie können das quasi nageln."
Außerdem lässt sich die so veredelte Aluminiumoxid-Keramik problemlos in jede nur denkbare Form bringen. Testreihen haben zudem gezeigt, dass der Werkstoff biologisch verträglich ist. Einem Einsatz in der Medizin steht also nichts im Wege. Hier entwickelt Rudolf Faymonville gleich ganz große Visionen.
"Wir stellen uns vor, dass zukünftig solche Schädeldeckenersatze durchaus hergestellt werden können noch im OP-Bereich - also während der Operation solche Schädeldecken präpariert werden innerhalb von einer knappen Stunde, gebrannt werden und sofort implantiert werden. Diese Arbeitsmethoden legen nahe ein Rapid Prototyping, wenn man Navigationssysteme bei den Operationen einsetzt, mit denen man dreidimensional vorformen kann, um die individuell dem Kopf des Patienten anzupassen."