SFB 459:  Formgedächtnistechnik: Grundlagen, Konstruktion, Fertigung

• Subject Area: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Term: from 2000 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5483976

Thermisches und mechanisches Formgedächtnis beruhen beide auf der diffusionslosen martensitischen Umwandlung. Scherprozesse im Kristallgitter erfolgen durch eine kooperative Bewegung von Atomen. Einzelne Atome legen nur kleine Wege zurück; trotzdem ist die martensitische Umwandlung mit einer Formänderung verbunden, weil sich alle Atome innerhalb einer Domäne in eine Richtung bewegen. Dies kann einzigartige Materialeigenschaften wie den Einwegeffekt (1-WE) und die Pseudoelastizität (PE) bewirken. Aufgrund dieser besonderen Eigenschaften sind Formgedächtnislegierungen (FGL) Kandidatenwerkstoffe für eine Reihe von interessanten funktionellen Anwendungen. Allerdings können innovative FG-Anwendungen (Kopplungsmechanismen, Sensoren, Aktoren, Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie, Implantate, …) nur erfolgreich sein, wenn zwei Randbedingungen erfüllt sind:
(1) Es müssen qualitativ hochwertige Werkstoffe zu wettbewerbsfähigen Preisen verfügbar sein.
(2) Es müssen Konstruktionsprinzipien gefunden werden, die die besonderen FG-Eigenschaften bestmöglich ausnutzen, ohne die physikalischen Grenzen zu überschreiten.
Fortschritt auf dem Gebiet der Formgedächtnislegierungen in Wissenschaft und Technik kann deshalb nur durch einen interdisziplinären Ansatz erzielt werden, wo die Bereiche (A) Grundlagen, (B) Konstruktion und Anwendungen und (C) Herstellung und Verarbeitung eng miteinander in Wechselwirkung treten. Dies stellt den Hintergrund aller Aufgabenstellungen im Sonderforschungsbereich 459 dar; hier arbeiten Ingenieure, Naturwissenschaftler und Mediziner zusammen, um zum technischen Durchbruch der Formgedächtnistechnik beizutragen. In der zweiten Förderphase des arbeiten 18 wissenschaftliche Projekte am wissenschaftlichen Fortschritt in diesem Bereich.

• DFG Programme: Sonderforschungsbereiche
• International Connection: Großbritannien

Completed projects

• A01 - Statisches und zyklisches mechanisches Verhalten von Formgedächtnis-Werkstoffen - Mikrostruktur und strukturelle/funktionelle Eigenschaften (Teilprojektleiter Eggeler, Gunther ;  Wagner, Martin Franz-Xaver )
• A02 - Stoffgesetze zur Beschreibung des Verhaltens von Formgedächtnislegierungen (Teilprojektleiter Bruhns, Otto-Timme ;  Oberste-Brandenburg, Claus )
• A03 - Mikrostrukturierung von Formgedächtnislegierungen (Teilprojektleiter Wieck, Andreas Dirk )
• A4 - Bruchmechanische Werkstoffcharakterisierung von Formgedächtnislegierungen (Teilprojektleiter Kalthoff, Jörg F. )
• A05 - Hochauflösende Detektion der Korrosion von NiTi, NiTiCu und NiTi-Materialverbunden im Hinblick auf Anwendungen in der Medizintechnik (Teilprojektleiter Schuhmann, Wolfgang )
• A6 - Ortsaufgelöste kristallographische Untersuchungen an NiTi Bauteilen mit Beugungsmethoden (Teilprojektleiter Schmahl, Wolfgang W. )
• A08 - Elektronenmikroskopische Untersuchungen martensitischer Umwandlungen in Mikrostrukturen von NiTi-Basis Formgedächtniswerkstoffen und Phasenfeldmodellierung zur Simulation von Strukturbildungsprozessen (Teilprojektleiter Eggeler, Gunther ;  Somsen, Christoph ;  Steinbach, Ingo )
• A09 - Mikromechanische Modellierung von Formgedächtnismaterialien (Teilprojektleiter Hackl, Klaus ;  Hoppe, Ulrich )
• A11 - Atomdynamische Aspekte des strukturellen und funktionalen Verhaltens von Formgedächtnislegierungen in 3D (Teilprojektleiter Drautz, Ralf ;  Kastner, Oliver )
• B01 - Smarte Bauteilstrukturen auf der Basis lokal konfigurierter Formgedächtniswerkstoffe / Erweiterung der Wissens- und Methodenbasis (Teilprojektleiter Sadek Hassanein, Tim ;  Welp, Ewald Georg )
• B03 - Ingenieurwissenschaftliche Untersuchungen zur Verarbeitung und zur Funktionalität von Formgedächtnispolymeren (Teilprojektleiter Eggeler, Gunther ;  Neuking, Klaus )
• B05 - Formgedächtnislegierungen in der Antriebstechnik unter Betrachtung der Aspekte: Dämpfung, Kerbwirkung, Spieleinstellung bei Wälzlagern und Getrieben, Kupplungen (Teilprojektleiter Predki, Wolfgang )
• B06 - Computergestützte Entwicklung von FG-Aktorik (Teilprojektleiter Meier, Horst )
• B7 - Entwicklung eines nicht-linearen Bohrsystems für den mikrotherapeutischen Einsatz (Teilprojektleiter Bracke, Andreas ;  Eggeler, Gunther ;  Grönemeyer, Dietrich H.W. )
• B09 - Anwendungen dünner mikrostrukturierter Ni-Ti-X-Schichten: Herstellung und Charakterisierung schaltbarer adaptiver Oberflächen (Teilprojektleiter Ludwig, Alfred )
• B10 - Finite-Elemente-Modellierung des Strukturverhaltens von NiTi-Legierungen in medizinischen Anwendungen und Verbundsystemen (Teilprojektleiterin Reese, Stefanie )
• B11 - Entwicklung einer kieferchirurgischen Säge und eines NiTi-Verbindungs-Stents für Dysgnathie- bzw. Rekonstruktionsoperation (Teilprojektleiter Böckmann, Roland ;  Eggeler, Gunther ;  Neuking, Klaus ;  Wolff, Klaus-Dietrich )
• B12 - Simulation von Formgedächtnis-Bauteilen und Schlüsselexperimenten (Teilprojektleiter Hackl, Klaus ;  Hartmaier, Alexander ;  Hoppe, Ulrich ;  Kastner, Oliver )
• C1 - Untersuchungen zum Kriechen von NiTi-Legierungen und zum Einfluss von Kriechverformungen auf Phasenumwandlungstemperaturen (Teilprojektleiter Eggeler, Gunther )
• C02 - Pulvermetallurgie von Formgedächtnislegierungen (Teilprojektleiter Buchkremer, Hans Peter ;  Stöver, Detlev )
• C03 - Dehnungstoleranter Verschleißschutz durch Mikrostrukturierung der Oberflächen von Nickeltitan Formgedächtnislegierungen (Teilprojektleiter Ludwig, Alfred ;  Pohl, Michael )
• C04 - Spanende Bearbeitung von Formgedächtnislegierungen (Teilprojektleiter Biermann, Dirk ;  Weinert, Klaus D. )
• C05 - Fügen von NiTi-Formgedächtnislegierungen (Teilprojektleiter Theisen, Werner )
• C06 - Strukturierung und Biologisierung von NiTi-Oberflächen zur Optimierung des Gewebekontaktes (Teilprojektleiter Esenwein, Stefan A. ;  Köller, Manfred ;  Pohl, Michael ;  Theisen, Werner )
• C07 - Legierungsentwicklung und schmelzmetallurgische Herstellung von Formgedächtnislegierungen (Teilprojektleiter Eggeler, Gunther ;  Frenzel, Jan ;  Neuking, Klaus )
• C8 - Herstellung, Charakterisierung und Modellierung dünner Formgedächtnisschichten (Teilprojektleiter Hackl, Klaus ;  Ludwig, Alfred ;  Quandt, Eckhard ;  Winzek, Bernhard )
• C09 - Kombinatorische Entwicklung von ternären und quanternären FGL-Dünnschichtsystemen mit optimierten Eigenschaften (Umwandlungstemperatur, Hysterese, Duktilität) (Teilprojektleiter Ludwig, Alfred )
• C10 - Laserbasierte generative Fertigung komplexer Bauteile aus NiTi(X)-Pulvern (Teilprojektleiter Frenzel, Jan ;  Meier, Horst )
• C11 - Laserbasierte Herstellung und Charakterisierung von NiTi-Nanopartikeln (Teilprojektleiter Ostendorf, Andreas )
• T01 - Großserientaugliche Herstellung von Funktionsbauteilen aus NiTi-X-Legierungspulvern durch Metal Injection Moulding (Teilprojektleiter Bram, Martin ;  Buchkremer, Hans Peter ;  Stöver, Detlev )
• T02 - Herstellung und Eigenschaften von Fügeverbindungen in medizintechnischen Komponenten mit kleinen Abmessungen (Teilprojektleiter Theisen, Werner )
• T03 - Einfluss von Herstellungsverfahren und -parametern auf die Ermüdungslebensdauer pseudoelastischer Formgedächtnislegierungen im Bereich hoher Lastwechselzahlungen (Teilprojektleiter Böckmann, Roland ;  Eggeler, Gunther ;  Frenzel, Jan ;  Kunkel, Martin ;  Wagner, Martin Franz-Xaver )
• T04 - FGL-Systemintegration von Aktoranwendungen unter Berücksichtigung von Bauweisen, Verbindungstechniken, Ermüdung und Dynamik (Teilprojektleiter Sadek Hassanein, Tim ;  Theisen, Werner ;  Wagner, Martin Franz-Xaver )
• T05 - Formgedächtnislegierungen in der Antriebstechnik: Spieleinstellung bei Umlaufgetrieben; Reibung und Verschleiß im geschmierten Kontakt (Teilprojektleiter Predki, Wolfgang )
• Z01 - Zentrale Aufgaben und gemeinsame Einrichtungen (Teilprojektleiter Eggeler, Gunther )

• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Beteiligte Hochschule: Technische Universität Dortmund
• Beteiligte Institution: Forschungszentrum Jülich
• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Gunther Eggeler