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© Pexels.com/chokniti khongchum

Inno­va­tive Ana­ly­se­me­tho­den für Hochleistungsmaterialien

Neues CD-Labor an TU Wien ent­wi­ckelt Metho­den zur Bestim­mung von Mate­ria­lien und Ver­än­de­run­gen bei Alte­rungs­pro­zesse. Infi­neon und Voest als Indus­trie­part­ner für wie­derum vom BMAW unter­stütz­tes Labor.

Kli­ma­wan­del, Umwelt­ver­schmut­zung und ein stei­gen­der Ener­gie­ver­brauch sind Her­aus­for­de­run­gen unse­rer Zeit und sie trei­ben den tech­no­lo­gi­schen Fort­schritt voran. Diese Inno­va­ti­ons­kraft wirkt sich ebenso auf die Ent­wick­lung neuer Mate­ria­lien aus. Spe­zi­elle Eigen­schaf­ten kön­nen hier nicht nur hel­fen, die Effi­zi­enz einer Tech­no­lo­gie zu stei­gern, son­dern durch ver­bes­serte Zuver­läs­sig­keit und Lang­le­big­keit auch Fort­schritte in der Nach­hal­tig­keit ermöglichen.

Andreas Lim­beck, Lei­ter der For­schungs­gruppe Oberflächen‑, Spu­ren­ana­ly­tik und Che­mo­me­trie an der TU Wien, wird nun gemein­sam mit den Indus­trie­part­nern Infi­neon Tech­no­lo­gies Aus­tria und Voest­al­pine Stahl an der Ent­wick­lung neuer Ana­ly­se­me­tho­den arbei­ten, mit denen sich die exakte Zusam­men­set­zung von Hoch­leis­tungs­ma­te­ria­lien sowie die räum­li­che Ver­tei­lung von Dotie­run­gen, Addi­ti­ven und Kon­ta­mi­na­tio­nen bestim­men lässt. 

Die Basis für zuver­läs­sige Mate­ria­lien mit genau defi­nier­ten Eigenschaften.
Die Zusam­men­ar­beit erfolgt im Rah­men des soeben eröff­ne­ten Chris­tian Dopp­ler Labors für Che­mi­sche Ana­lyse von Mate­ria­lien aus indus­tri­el­len Pro­zes­sen und Anwen­dun­gen. Das Bun­des­mi­nis­te­rium für Arbeit und Wirt­schaft (BMAW) för­dert auch die­ses neue CD-Labor. „Die nach­hal­tige Trans­for­ma­tion stellt uns vor viele neue Her­aus­for­de­run­gen in der Ener­gie­ge­win­nung, der Mobi­li­tät oder auch in der Infra­struk­tur“, so Mar­tin Kocher, Arbeits- und Wirt­schafts­mi­nis­ter zur Bedeu­tung des neuen CD-Labors.

„Die grund­le­gende Erfor­schung ihrer che­mi­schen Struk­tur und Zusam­men­set­zung schafft die Basis für die wei­tere Ent­wick­lung von zuver­läs­si­gen Mate­ria­lien mit genau defi­nier­ten Eigen­schaf­ten. Mit dem Aus­bau der For­schung wer­den wich­tige Vor­aus­set­zun­gen geschaf­fen, um die Trans­for­ma­tion zu för­dern. Dadurch erge­ben sich neue Mög­lich­kei­ten für die pro­du­zie­ren­den Betriebe und der Inno­va­ti­ons­stand­ort wird zusätz­lich gestärkt“, unter­streicht Kocher.

Ana­ly­ti­sche Methodenentwicklung
Hoch­leis­tungs­ma­te­ria­lien wie Legie­run­gen, Kera­mi­ken, syn­the­ti­sche Poly­mere oder Ver­bund­werk­stoffe ver­fü­gen über außer­ge­wöhn­li­che Eigen­schaf­ten und kom­men in anspruchs­vol­len Berei­chen wie Ener­gie­ge­win­nung oder Infra­struk­tur zum Ein­satz. Da die mecha­ni­schen, phy­si­ka­li­schen und che­mi­schen Eigen­schaf­ten die­ser Mate­ria­lien eng mit deren che­mi­scher Zusam­men­set­zung ver­bun­den sind, ist für die Opti­mie­rung der Mate­ria­lien eine umfas­sende ana­ly­ti­sche Cha­rak­te­ri­sie­rung uner­läss­lich. An die­ser Stelle setzt das jüngst eröff­nete Chris­tian Dopp­ler Labor an.

„Wir möch­ten einer­seits neue und indi­vi­du­ell anpass­bare Metho­den ent­wi­ckeln, mit denen sich die ele­men­tare Zusam­men­set­zung von Hoch­leis­tungs­ma­te­ria­lien mit hoher Emp­find­lich­keit und räum­li­cher Auf­lö­sung unter­su­chen lässt. Ande­rer­seits möch­ten wir mehr über den Ein­fluss von Alte­rungs­pro­zes­sen auf die Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten her­aus­fin­den“, erläu­tert Andreas Lim­beck. Die­ses Wis­sen wird schließ­lich genutzt, um die Her­stel­lung bzw. Funk­tio­na­li­tät der Mate­ria­lien zu verbessern.

Anpas­sung der Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten durch Zugabe von Addi­ti­ven oder Beschich­tung der Oberfläche
Hoch­leis­tungs­ma­te­ria­lien wer­den unter ande­rem für Anwen­dun­gen mit sehr anspruchs­vol­len Betriebs­be­din­gun­gen ver­wen­det. Dies erfor­dert oft eine Anpas­sung der Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten durch Zugabe von Dotier­stof­fen bzw. Addi­ti­ven oder durch Beschich­tung der Ober­flä­che mit einem iner­ten, also kaum che­misch reagie­ren­den, Mate­rial. Auf­grund der ste­tig stei­gen­den Anfor­de­run­gen im Bereich der Mate­ri­al­cha­rak­te­ri­sie­rung, wie etwa eine bes­sere Emp­find­lich­keit oder höhere räum­li­che Auf­lö­sung, ist die erfor­der­li­che Kon­trolle der che­mi­schen Zusam­men­set­zung mit eta­blier­ten Ana­lyse-Tech­ni­ken aber nur bedingt möglich. 

Das neue CD-Labor soll daher bestehende Ver­fah­ren wie Laser­in­du­zierte Plas­ma­spek­tro­sko­pie (LIBS), Mas­sen­spek­tro­me­trie mit induk­tiv gekop­pel­tem Plasma in Kom­bi­na­tion mit Laser-Abla­tion (LA-ICP-MS), Sekun­där-Ionen-Mas­sen­spek­tro­me­trie (SIMS) sowie elek­tro­che­mi­sche Ansätze für eine ver­bes­serte Cha­rak­te­ri­sie­rung von Hoch­leis­tungs­werk­stof­fen weiterentwickeln.

Mate­ria­lien bes­ser ver­ste­hen und das Erfolgs­mo­dell CD-Labors
Mit Hilfe von inno­va­ti­ven Stress­tests und soge­nann­ten Bewit­te­rungs-Metho­den sol­len tief­rei­chende Ein­bli­cke über die Alte­rung der Mate­ria­lien unter defi­nier­ten, pra­xis­na­hen Bedin­gun­gen gewon­nen wer­den. „Mate­ria­lien kön­nen sich im Laufe der Zeit in ihrer che­mi­schen Zusam­men­set­zung ändern, bei­spiels­weise durch Kor­ro­si­ons­pro­zesse, was einen Ein­fluss auf ihre Eigen­schaf­ten hat“ erklärt Lim­beck. „Im Labor kön­nen wir den Alte­rungs­pro­zess beschleu­ni­gen und so unter­su­chen, wie sich die Ver­än­de­run­gen auf die Zuver­läs­sig­keit und die Lebens­dauer der Mate­ria­lien aus­wir­ken“, so Limbeck. 

In Chris­tian Dopp­ler Labors wird anwen­dungs­ori­en­tierte Grund­la­gen­for­schung auf wirt­schafts- und indus­trie­na­hem Niveau betrie­ben. Wis­sen­schaft­ler koope­rie­ren dazu mit inno­va­ti­ven Unter­neh­men. Für die För­de­rung die­ser Zusam­men­ar­beit gilt die Chris­tian Dopp­ler For­schungs­ge­sell­schaft inter­na­tio­nal als Best-Prac­tice-Bei­spiel. CD-Labors wer­den von der öffent­li­chen Hand und den betei­lig­ten Unter­neh­men gemein­sam finan­ziert. Wich­tigs­ter öffent­li­cher För­der­ge­ber ist das Bun­des­mi­nis­te­rium für Arbeit und Wirt­schaft (BMAW).

Autor: red/czaak
18.02.2025

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