GRK 2561:  Werkstoffverbunde aus Verbundwerkstoffen

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik ; Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung seit 2020
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 413956820

Das Ziel des beantragten Graduiertenkollegs ist die Entwicklung, Charakterisierung und Modellierung von neuartigen Verbundwerkstoffen, die eine revolutionäre Erhöhung der Betriebstemperaturen von Verbrennungsmaschinen und –prozessen unter extremen Umgebungsbedingungen (z.B. Oxidation, Korrosion, Erosion) jenseits von 1300°C erlauben. Dies wird durch eine Kombination unterschiedlicher Werkstoffsysteme, bestehend aus Refraktärmetall basierten metallischen/ intermetallischen Werkstoffen (z.B. Mo-Si-B-X, mit X = Nb, Fe, Ti, Hf…) als Substratmaterialien sowie Polymer abgeleitete keramische Nanokomposite auf Si(M)CY (M = B, Zr, Hf and Y = O, N) Basis als gradierte Schutzschichten erreicht. Die zentrale Idee ist, dass die beiden Werkstoffsysteme diejenigen Funktionen übernehmen sollen, für die sie aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften prädestiniert erscheinen: der metallische/intermetallische Verbundwerkstoff zeichnet sich durch exzellente Mikrostrukturstabilität und Kriecheigenschaften bei ultrahohen Temperaturen bei gleichzeitig adäquaten Zähigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur aus. Unter vergleichbaren Bedingungen besitzt der keramische Nanokomposit neben einer ausgezeichneten thermischen Stabilität insbesondere Selbstheilungsfähigkeiten sowie extrem niedrige intrinsische Wärmeleitung. Neben diesen positiven Eigenschaften soll es die Kombination geeigneter chemischer Zusammensetzungen in beiden Materialklassen ermöglichen, einen perfekt aneinander angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten einzustellen. Dies reduziert thermisch induzierte Spannungen bei im Anwendungsfall vorkommenden Temperaturwechseln auf ein Minimum und soll lebensdauerverlängernd wirken. Die Doktorand(inn)en werden in einem koordinierten und multidisziplinären Ansatz in vier fundamentalen Bereichen auf höchstem Niveau ausgebildet: (A) Entwicklung und Herstellung der Werkstoffsysteme im Labormaßstab, sowohl einzeln, als auch im gradierten Verbund mit gezielt eingestelltem Eigenschaftsprofil; (B) Analyse der Umsetzbarkeit in einen Produktionsmaßstab; (C) Entwicklung eines fundamentalen Verständnisses zwischen Herstellung, Mikrostruktur und Eigenschaften der neuen Verbundwerkstoffe unter Nutzung aktueller moderner Methoden der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik; (D) Simulation und Vorhersage des Verbundwerkstoffverhaltens unter typischen Anwendungsbedingungen. Damit erhalten die Wissenschaftler(innen) eine fundierte Expertise auf dem Gebiet des wissensbasierten Designs neuer metallischer/ intermetallischer/keramischer Hochtemperaturwerkstoffe.

• DFG-Verfahren: Graduiertenkollegs
• Antragstellende Institution: Karlsruher Institut für Technologie
• Mitantragstellende Institution: Technische Universität Darmstadt
• Beteiligte Institution: DECHEMA-Forschungsinstitut (DFI)
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Martin Heilmaier
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Karsten Albe; Professorin Dr.-Ing. Yolita Eggeler, seit 10/2021; Privatdozent Dr.-Ing. Mathias Galetz; Professorin Dr.-Ing. Bronislava Gorr, seit 3/2023; Professor Dr. Hans-Joachim Kleebe, bis 12/2023; Dr.-Ing. Maren Lepple, bis 12/2023; Professorin Dr. Britta Nestler; Professor Dr.-Ing. Matthias Oechsner; Professorin Dr. Astrid Pundt; Professor Ralf Riedel; Professorin Dr. Ruth Schwaiger; Professor Dr. Hans Jürgen Seifert; Professorin Dr.-Ing. Bai-Xiang Xu