Schutzschichten für keramische Faserverbundwerkstoffe

Abbildung 1: Bruchfläche eines CMC; Fasern wurden aus dem Gefüge herausgezogen und ermöglichen damit schadenstolerantes Verhalte

Keramische Faserverbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe aus keramischen Fasern umgeben von einer keramischen Matrix werden in der Fachwelt als CMC (Ceramic Matrix Composites) bezeichnet und sind eine sehr junge Werkstoffklasse. Im Vergleich zu metallischen oder polymeren Verbundwerkstoffen, dienen die Fasern in CMC nicht der Erhöhung der Festigkeit oder Steifigkeit, sondern ermöglichen durch den Faser-Pull-Out (Verbrauch von Energie beim Risswachstum) ein quasiduktiles oder auch schadenstolerantes Verhalten (Abbildung 1). Defekte, welche in dichten Hochleistungskeramiken zum katastrophalen Versagen führen würden, werden durch CMC ohne weiteres ertragen und ermöglichen den Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendungen. Weiterlesen

Clevere Kombination von harten und weichen Materialien verbessert die Haftung auf rauen Oberflächen

Wenn Bauteile in der Industrie rückstandslos hin und her bewegt werden, ist Haftung im Spiel. Die Oberflächen solcher Objekte sind jedoch nie zu hundert Prozent glatt. Selbst Oberflächen, die für das menschliche Auge glatt aussehen, sind meist mikroskopisch rau. Damit das Haften auch auf solchen rauen Oberflächen verlässlich klappt, haben Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Neue Materialien eine neue Haftstruktur entwickelt: Darin kombinierten sie harte und weiche Materialien. Sie stellten fest, dass diese Materialkombination deutlich besser auf rauen Oberflächen haftet, als solche Strukturen, die nur aus einem weichen Material gefertigt sind.

Damit lassen sich nicht nur industrielle Handling-Prozesse verbessern und sicherer machen. Die Materialien sind auch vielversprechend für Anwendungen auf der Haut, wie zum Beispiel für selbsthaftende Wundverschlüsse oder sogenannte Wearables – vernetzte Computer, die direkt auf der Haut getragen werden könnten. Weiterlesen

Schützenswerter Oberflächenschutz – ein Plädoyer für galvanische Oberflächen

Ohne Galvanotechnik sähen unser Alltag, unsere Arbeitswelt und unsere Wirtschaft alt aus. Sie verhindert allein in Deutschland Korrosionsschäden in Milliardenhöhe und ist durch nichts zu ersetzen. Doch steigende Auflagen bedrohen die Branche.
(Foto: Dr.-Ing. Max Schlötter GmbH & Co. KG.)

Die Galvano- und Oberflächentechnik durchlebt harte Zeiten: Die an sich gesunde Branche kämpft mit permanenten Anpassungsmaßnahmen infolge zunehmend strengerer Umweltauflagen. Das bindet Ressourcen, die an anderer Stelle, beispielsweise der technischen Weiterentwicklung, sinnvoller investiert wären. Schließlich handelt es sich bei der Galvanotechnik um eine Schlüsselindustrie, deren Bedeutung in allen Wirtschaftsbereichen zunimmt. Sie leistet einen wichtigen Beitrag zur Herstellung technologischer Spitzenerzeugnisse in Deutschland. Denn galvanische Oberflächen bieten Vorteile, die ihresgleichen suchen: höchster Schutz und hochwertige Optik bei dünnen Schichten, geringem Gewicht und niedrigen Kosten. Das macht die Galvanotechnik zu einer rundum nachhaltigen Technologie. Weiterlesen

Farben und Lacke auf Basis von Kartoffelstärke

Soll eine Fläche vor Korrosion geschützt werden, geschieht dies in 80 Prozent aller Fälle durch eine Beschichtung mit Farben oder Lacken. Dabei ist der Anteil biobasierter, umweltfreundlicher Lösungen verschwindend gering. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP haben sich in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA dieser Lücke angenommen und entwickeln eine kostengünstige Beschichtung auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Im Mittelpunkt der Forschung: Kartoffelstärke.

Klimawandel, endliche Ressourcen, zunehmende Umweltbelastung – in immer mehr Industrien verschiebt sich der Fokus hin zu einer nachhaltigen Produktion. So auch bei der Herstellung von Beschichtungsmitteln wie Farben und Lacken. Denn allein in Deutschland werden jährlich 100 000 Tonnen an Beschichtungsstoffen für den Korrosi­onsschutz produziert. Bisher waren Lacke und Farben mit biobasiertem Bindemittel oder Filmbildner jedoch meist zu teuer oder konnten den Anforderungen nicht stand­halten. Doch durch den Einsatz modifizierter Stärke haben die Wissenschaftler des Fraunhofer IAP einen Weg gefunden, der auch in diesem Bereich nachhaltige und kostengünstige Lösungen erlaubt. Weiterlesen

Verunreinigungen auf 3D-Bauteilen erkennen

© Foto Fraunhofer IPM
Das bildgebende Inline-Messsystem F-Scanner untersucht Bauteile während der Fertigung punktgenau auf Verschmutzungen.

Haften Verunreinigungen auf der Oberfläche von Bauteilen, kann dies den weiteren Produktionsprozess erschweren oder das ganze Bauteil unbrauchbar machen. Ein Fluoreszenzscanner von Fraunhofer IPM ermöglicht erstmals, metallische Bauteile im Fertigungsprozess bildgebend auf Öl, Späne oder Reinigungsmittel zu untersuchen – und jedes einzelne Objekt zu prüfen.

Kleinste Dinge können große Auswirkungen haben: So etwa winzige Schmutzpartikel, die bei der Fertigung von Bauteilen auf ihrer Oberfläche kleben. Beispiel Ölwanne: Sitzen Ölverunreinigungen dort, wo später die Dichtmasse angebracht werden soll, hält die Dichtung an dieser Stelle nicht – die Wanne wird hier wahrscheinlich durchlässig sein. Bisher ist es technisch nicht möglich, alle Bauteile auf Restverschmutzungen zu überprüfen. Es werden lediglich Stichproben genommen, die zum einen zeitintensiv sind, zum anderen keine Aussage darüber ermöglichen, an welcher Stelle der Bauteiloberfläche sich die Verunreinigung befand. Weiterlesen

Umweltschonend und effizient – Plasma ersetzt Lösemittel und Aufrauprozesse

Autor: Inès A. Melamies, Fachjournalistin, Bad Honnef

Moderne Nutzfahrzeugaufbauten werden heute in ihrer Struktur vollständig verklebt, um eine höhere Eigenfestigkeit und eine bessere Beständigkeit der Verbindungen bei geringeren Produktionskosten sicherzustellen. Auch resultiert diese Fügemethode in einer höheren Nutzlast sowie in einer Gewichtsreduzierung der Aufbauten, aus der wiederum eine Kraftstoffeinsparung und eine damit einhergehende Verminderung den CO2 Ausstoß über die gesamte Lebensdauer eines LKWs folgt. Die an das Strukturkleben gestellten Anforderungen sind hoch und nur mit einer zuverlässigen Vorbehandlung zu erfüllen.

Von den diversen Methoden für die Reinigung und Aktivierung von Materialoberflächen ist der Einsatz von umwelt- und gesundheitsgefährdenden Nass-Chemikalien weit verbreitet. Dass es aber auch umweltfreundlich und darüber hinaus weit effizienter geht, zeigt das Beispiel des Kühlfahrzeugeherstellers Schmitz Cargobull.

Bild 1: Moderne Kühlkofferaufbauten werden heute strukturell verklebt. Bei Europas führendem Hersteller wird bei der Vorbehandlung der Sandwichpaneele vor ihrer Verklebung auf organische Lösemittel schon seit vielen Jahren verzichtet.
Foto: Schmitz Cargobull AG

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Neue Plasmaversiegelung sichert Hybridverbunde im Spritzgussprozess

Bild 1: Korrosive Medien können im Laufe der Zeit über die Grenzfläche eines Hybrid-Bauteils eindringen und zu dessen Schädigung oder gar Delamination führen
Bild: Plasmatreat

Die Grenzfläche zwischen Kunststoff und Metall ist ein Risikofaktor, der Spritzgussherstellern bei der Produktion von Hybridbauteilen immer wieder Kopfzerbrechen bereitet. Insbesondere korrosive Medien können im Laufe der Zeit über
die Grenzfläche in das Bauteil eindringen und zu dessen Schädigung oder gar Delamination führen (Bild 1). Die Praxis
zeigt, dass auch ein ursprünglich dichter Verbundspritzguss nach einiger Zeit undicht werden kann und in Folge sein
Zusammenhalt und die Funktion der Bauteile nicht mehr gegeben sind. Das vorzeitige Haftungsversagen beruht in vielen
Fällen auf einer Feuchtigkeitsaufnahme in Kombination mit Sauerstoff, die eine Unterwanderung der Grenzfläche mit sich bringt. Weiterlesen

ZVO-Oberflächentage 2017: Vortragsaufruf

Oberflächentechniken stellen einen Schlüssel zur technisch-wissenschaftlichen, ökonomischen und ökologischen Lösung aktueller Probleme und Entwicklung innovativer Produkte dar. Die ZVO-Oberflächentage 2017 vom 13. bis 15.09.2017 werden diesbezüglich wieder einen wichtigen Beitrag leisten. Mit zuletzt 625 Teilnehmern haben sich die ZVO-Oberflächentage als eines der führenden Oberflächenforen für Anwender, Kunden, Werkstofftechniker, Wissenschaftler und Entwickler etabliert. Der Zentralverband Oberflächentechnik e. V. (ZVO) ruft für die ZVO-Oberflächentage 2017 auf, Vorträge für folgende Schwerpunktthemen 2017 einzureichen: Weiterlesen

Tarnkappe aus Nanostrukturen

 Minerva mit Tarnkappe: Die beiden linken Abbildungen zeigen das Emblem unter einer Quarzglasoberfläche mit 450 Nanometer hohen Säulen, die beiden rechten unter einer unstrukturierten Referenz. Der Durchmesser der Abbildungen beträgt jeweils 25 Millimeter. Die beiden oberen Bilder wurden unter einem Beobachtungswinkel von 0 Grad aufgenommen, die beiden unteren unter einem Winkel von 30 Grad. Die Prozentangaben beziehen sich auf die Transmission (oben) beziehungsweise die Reflexion (unten). © Zhaolu Diao


Minerva mit Tarnkappe: Die beiden linken Abbildungen zeigen das Emblem unter einer Quarzglasoberfläche mit 450 Nanometer hohen Säulen, die beiden rechten unter einer unstrukturierten Referenz. Der Durchmesser der Abbildungen beträgt jeweils 25 Millimeter. Die beiden oberen Bilder wurden unter einem Beobachtungswinkel von 0 Grad aufgenommen, die beiden unteren unter einem Winkel von 30 Grad. Die Prozentangaben beziehen sich auf die Transmission (oben) beziehungsweise die Reflexion (unten).
© Zhaolu Diao

Wissenschaftler bearbeiten Oberflächen so, dass sie kaum noch Licht reflektieren und damit unsichtbar sind

Linsen, Objektive, Brillengläser oder auch Laser sind in der Regel mit einer Antireflexschicht versehen. Solche Schichten haben oft den Nachteil, dass sie nur innerhalb enger Wellenlängenbereiche optimal wirksam sind. Forscher des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme in Stuttgart stellen nun eine alternative Technologie vor. Anstatt eine Beschichtung aufzubringen, bearbeiten sie die Oberfläche selbst. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren können sie so den gewünschten Effekt über einen größeren Wellenlängenbereich erzielen, und das bei besonders großer Lichtdurchlässigkeit. Das neue Verfahren könnte eines Tages bei Hochleistungslasern zum Einsatz kommen, ebenso wie etwa bei Touchscreens oder Abdeckungen von Solarmodulen. Weiterlesen

Umweltfreundlicher Autolack aus Maisstärke soll Kratzer von selbst reparieren

Oberflächliche Mikrokratzer im Autolack sind harmlos, aber verschandeln die glänzende und makellose Oberfläche von Luxuskarossen. Ein neuer Lack von Saarbrücker Forschern soll nun Abhilfe schaffen: Aus Maisstärke gefertigt ist der Autolack in der Lage, wegen der besonderen Anordnung seiner Moleküle kleine Kratzer selbst zu reparieren. Die Vernetzung über ringförmige Moleküle macht das Material beweglich, sodass es die Kratzer auffüllt und diese wieder verschwinden. Mit finanzieller Unterstützung des Bundes soll der umweltfreundliche, selbstheilende Lack jetzt für die spätere industrielle Anwendung untersucht werden. Weiterlesen