Herstellung ultrafeinkörniger Nickel-CNT Verbundwerkstoffe mittels Hochverformung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sebastian Suarez Vallejo
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278621969

Aufgrund der einzigartigen mechanischen und funktionalen Eigenschaften nanokristalliner und ultrafeinkörniger Materialien sind diese seit Jahrzenten Gegenstand umfangreicher Forschungen. Obwohl verschiedene Methoden zur Herstellung solcher Materialien bereits zur Verfügung stehen, ist eine der effizientesten Methoden die Hochverformung. Die Hochdrucktorsionsumformung ist zum Beispiel ein sehr effektiver Prozess um ultrafeinkörnige oder auch nanokristalline Mikrostrukturen aus ursprünglich grobkristallinen, einphasigen Materialien herzustellen. Leider sind diese Strukturen aufgrund ihrer großen Korngrenzendichte thermisch instabil und eine Vergröberung der Struktur, welche selbst bei Raumtemperatur auftreten kann, führt dazu, dass sich die Eigenschaften dieser Materialien erheblich ändern. Die Stabilität ultrafeinkörniger und nanokristalliner metallischer Materialien ist daher ein grundlegendes Thema um deren Anwendung in Zukunft zu ermöglichen. Ziel dieses Projektes ist es, neue hochdrucktorsionsverformte Verbundwerkstoffe herzustellen, bei denen das Problem der strukturellen Instabilität überwunden werden kann. Kohlenstoffnanoröhrchen (auch genannt Carbon Nanotubes - CNTs), welche feinverteilt als Verstärkungsphase in einer metallischen Matrix aus Nickel beigefügt werden, sollen die durch Hochverformung eingestellte ultrafeinkörnige Mikrostruktur gegen Kornwachstum stabilisieren. Aufgrund der einzigartigen intrinsischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhrchen wird zudem erwartet, dass auch die mechanischen und tribologischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes verbessert werden können. Um dieses Ziel zu erreichen, wird als erster Schritt der Hochdrucktorsionsumformung-Prozess so optimiert, dass eine homogene Verteilung der Kohlenstoffnanoröhrchen in der metallischen Matrix erreicht werden kann. Zusätzlich wird der Effekt dieses hochenergetischen Prozesses auf die Kohlenstoffnanoröhrchen selbst gründlich untersucht. Dazu wird die Mikrostruktur der Verbundwerkstoffe nach den einzelnen Prozessstufen (gesintert, verformt, geglüht) durchgängig charakterisiert. Diese umfassende Charakterisierung der Mikrostruktur in Kombination mit einer ausführlichen Untersuchung des Einflusses der Kohlenstoffnanoröhrchen auf die mechanischen und tribologischen Eigenschaften wie auch auf die thermische Stabilität der Ni-CNT Verbundwerkstoffe, ermöglicht es, die zugrundliegenden Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zu finden, die es erlauben, Verbundwerkstoffe mit wohldefinierten Eigenschaften herzustellen. Ziel dieses Projektes ist es, das gewonnene Wissen über die optimale Herstellbedingungen und Eigenschaften der Ni-CNT Verbundwerkstoffe auch dafür anzuwenden, Verbundwerkstoffe mit anderen metallischen Matrizen und anderen Verstärkungsphasen herzustellen. Daher können die Ergebnisse aus diesem Projekt auch als Grundlage verwendet werden um zukünftig stabile metallische Verbundwerkstoffe mit herausragenden mechanischen und tribologischen Eigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Partnerorganisation: Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)
• Kooperationspartnerin: Dr. Andrea Bachmaier