High-Tech-Oberflächen für Werkstoffe - Hautfunktionen für hohe Temperaturen

Prof. Leyens, Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik der BTU, forscht an Oberflächen, die sich ihrer Umgebung bei sehr hohen Temperaturen intelligent anpassen und selbsttätig Auskunft über ihren "Gesundheitszustand" geben können.

Die DFG hat dazu ein von Prof. Leyens als Koordinator eingereichtes Schwerpunktprogramm mit dem Titel "Adaptive Oberflächen für Hochtemperaturanwendungen" bewilligt.

Spezielle Oberflächenbehandlungen wie z.B. bei Waschbecken, von denen das Wasser ohne Rückstände abperlt, selbstreinigende Fensterflächen oder bauteilintegrierte Sensoren zur Messung von Schwingungen, Strömungen oder Temperaturen sind schon heute auf dem Markt. Doch auf dem Gebiet der Hochtemperatur-Werkstoffe (650 - 1100 Grad Celsius) bleiben solche Effekte noch ungenutzt. Dabei arbeiten große Industriezweige im Hochtemperaturbereich: Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Kraftwerkstechnik.

Der Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik von Prof. Christoph Leyens an der BTU forscht an metallischen und keramischen Werkstoffen, die selbst bei hohen Temperaturen mit sensorischen oder aktorischen Eigenschaften auf ihre Umwelt reagieren können und somit einem Bauteil zu besonderen Funktionalitäten verhelfen. Dass Prof. Leyens hier ein völlig neues Forschungsfeld erschließt, hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) nun gewürdigt und ihn Anfang April im Rahmen der Bewilligung von 16 Schwerpunkt- Forschungsprogrammen als Koordinator für den Bereich "Adaptive Oberflächen für Hochtemperaturanwendungen: Das 'Haut'-Konzept" ernannt.

Ziel des Schwerpunktprogramms ist die Entwicklung von Werkstoffoberflächen, die - ähnlich der menschlichen Haut - mehrere Funktionen übernehmen. Bei Temperaturen von ca. 650 bis 1100 Grad Celsius haben metallische und keramische Werkstoffe das Potential, wie lebende Hautsysteme auf ihre Umwelt zu reagieren. Was bei der Haut "Atmung" oder "Transpiration" durch eine Art Membranfunktion ist - wäre beim Werkstoff beispielsweise die Aufnahme oder Abgabe von Schmierstoffen. So wie die menschliche Haut physikalische und chemische Veränderungen (Temperatur, Druck, Atmosphäre etc.) erfasst, kann auch ein mit einem Sensor versehener Werkstoff diese und andere Parameter registrieren. Und ähnlich der Selbstheilung bei Hautschäden soll auch ein Werkstoff Oberflächenschädigungen selbst beheben können - so jedenfalls die Zukunftsvision von Prof. Leyens. Im Idealfall würde sich dann der mit einer High-Tech-Oberfläche versehene Werkstoff gezielt auf seine Umgebung einstellen und z.B. melden können "ich werde zu heiß" oder "ich versage gleich".

"Die Ergebnisse unserer Forschung könnten einen Technologieschub im Bereich der Hochtemperaturanwendungen auslösen und entscheidend zur Ressourcenschonung, zur Reduzierung des Ausstoßes von umweltschädigenden Gasen, wie z.B. CO2, und somit zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der Industrie führen, indem Werkstoffe mit noch höherer Leistungsfähigkeit und mit einer Art "Intelligenz" eingesetzt werden. Wir wollen im Rahmen des Schwerpunktprogramms Zukunftstechnologien erarbeiten, die in den nächsten 10, 15, 20 Jahren zur Anwendungsreife entwickelt sein werden", sagt Prof. Leyens. "Manche auch schon früher. Bei Anwendungen mit nur zwei bis drei Funktionen werden wir wohl schon kurz nach Ablauf des Schwerpunktprogramms nach sechs Jahren Erfolge vorweisen können. Aber je mehr Funktionen der Oberfläche erforderlich sind und je komplexer die Umgebung ist, in der der Werkstoff eingesetzt werden soll, desto länger wird auch die Realisierbarkeit dauern." Das Forschungsprogramm gliedert sich in zwei Phasen; so gibt es nach den ersten drei Jahren eine Evaluation und eine weitere zum Abschluss des Programms nach sechs Jahren.

Die Forschungspartner von Prof. Leyens kommen aus dem wissenschaftlichen, aber auch dem wirtschaftlichen Bereich; letztere werden die Umsetzung der Forschungsergebnisse in die industrielle Anwendung unterstützen.

Programmausschuss des DFG-Schwerpunktprogramms "Adaptive Oberflächen für Hochtemperaturanwendungen: Das 'Haut'-Konzept":

Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens, BTU Cottbus, LS Metallkunde und Werkstofftechnik

(Koordinator)

Prof. Dr.-Ing. Michael Schütze, DECHEMA e. V., Karl-Winnacker-Institut, Frankfurt/Main (Stellv. Koordinator)

PD Dr. Michael Spiegel, Max-Planck-Institut für Eisenforschung, Düsseldorf

Dr. Wilfried Smarsly, MTU Aero Engines, München

Dr. Hans-Peter Martinz, Plansee AG, Reutte

Prof. Brian Gleeson, Iowa State University, USA

Prof. Kirsten Bobzin, RWTH Aachen, Institut für Oberflächentechnik

Die Einrichtung von DFG-Schwerpunktprogrammen zielt darauf ab, bestimmte Forschungsthemen in Deutschland stärker zu fördern. Von 47 eingereichten Anträgen bewilligte der DFG-Senat am 6. April 2006 insgesamt 16 Forschungsprogramme, die in der ersten Phase zusammen 57 Mio. EUR erhalten.

Weitere Informationen:

leyens@tu-cottbus.de

Prof. Leyens ist vom 28.4. bis 8.5. dienstlich in den USA, kann aber über Email kontaktiert werden und ist dort ggf. auch telefonisch nach Absprache zu erreichen.

Prof. Dr.-Ing. Christoph Leyens, Lehrstuhl Metallkunde und Werkstofftechnik,

Tel: 0355/69-2815