Materials Engineering

Die Gruppe „Material Engineering“ beschäftigt sich mit der Entwicklung und Charakterisierung innovativer Materiallösungen für spezifische Anwendungen. Erforscht wird ein breites Spektrum interdisziplinärer Themengebiete, angefangen bei der Herstellung bis hin zu den physikalischen Eigenschaften der entwickelten Materialsysteme.

Der Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Verständnis und der Korrelation der Materialeigenschaften mit ihrem mikrostrukturellen Aufbau durch fortschrittliche Charakterisierungsmethoden Ein weiterer Schwerpunkt ist die Erforschung der Phasenentwicklung und Diffusion in Dünnschichten, vor allem in Ru/Al- und Ag/Al-Multischichten. In Ru/Al-Schichten wurde gezeigt, dass selbstfortschreitende Reaktionen (self-propagating high-temperature synthesis, SHS) möglich sind, die mit einer Geschwindigkeit von bis zu 10 m/s und Temperaturen von bis zu 2000°C die intermetallische Phase RuAl erzeugen. Solche SHS-Reaktionen haben unter anderem das Potential, als hochlokale Wärmequellen für das reaktive Fügen eingesetzt zu werden. Der Vorteil besteht in der geringen thermischen Belastung der zu verbindenden Komponenten. Das Reaktionsprodukt RuAl ist elektrisch leitfähig und vereint interessante Eigenschaften wie Oxidationsbeständigkeit, Duktilität und einen hohen Schmelzpunkt (>2000°C) und wird bereits seit über zehn Jahren am Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe erforscht.

Ein weiterer Fokus der Gruppe liegt auf der Erforschung und Anpassung der Mikrostruktur von Kohlenstoffnanopartikel (engl.: Carbon Nanoparticle, kurz: CNP) -verstärkten Verbundwerkstoffen, mit dem Ziel der Reibungs- und Verschleißreduktion in technischen Anwendungen, wie beispielsweise Wälzlagern. Es wurde ein neues, alternatives Mischverfahren entwickelt, mit welchem CNPs in Metallmatrizen eingebracht werden können. Diese Technik erhöht die Verteilungshomogenität der CNPs in der Matrix und damit die Feinheit des Gefüges. Des Weiteren haben wir die Wechselwirkung zwischen den CNPs und der Matrix aus unterschiedlichen Perspektiven erforscht und verschiedene Phänomene erklärt. Die entwickelte Herstellungsmethode verbessert die mechanischen, elektrischen, thermischen und tribologischen Eigenschaften der Verbundwerkstoffe signifikant. Darüber hinaus wurde aufgezeigt, dass der Zusatz von CNPs bei der thermischen Stabilisierung instabiler Mikrostrukturen mit hoher Defektdichte eine wesentliche Rolle spielt.