UV-Licht macht Materialermüdung sichtbar

Ermüdungserscheinungen bei Komposit-Bauteilen können durch Bestrahlung mit UV-Licht sichtbar gemacht werden. Das hilft, Schäden im Inneren des Materials zu identifizieren und Unfälle zu vermeiden.

Komposite sind Werkstoffe, die aus mehreren Materialien bestehen. Durch eine Kombination ihrer positiven Eigenschaften sind sie aus der heutigen Welt nicht mehr wegzudenken. Von der Automobilindustrie über die Zahnmedizin bis hin zur Raumfahrt kommen Kompositwerkstoffe vor allem zum dort zum Einsatz, wo es besonderen Kräften standzuhalten gilt. Ein unerwartetes Materialversagen kann daher je nach Einsatzgebiet verheerende Folgen haben.

Ein Team aus Wissenschaftlern der Universitäten Kiel und Erlangen-Nürnberg sowie der Technischen Universität München entwickelte jüngst ein Verfahren, mit dem drohende Materialschäden frühzeitig erkannt werden können. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher im Fachjournal Advanced Materials. Bei ihrer Arbeit bestrahlten die Wissenschaftler ein Kunststoffkomposit, dem sie vorher ein spezielles Zinkoxid beimischten. Dabei stellten die Beteiligten fest, dass sich die Leuchteigenschaft des Materials mit zunehmender Belastung veränderte. „Uns wurde schnell klar, dass man damit innere Materialschäden sichtbar machen könnte“, sagt Yogendra Mishra von der Technischen Fakultät der Universität Kiel.

Bei dem benutzten Komposit handelte es sich um eine Silikonverbindung, der Zinkoxidpartikel beimengt wurden. Dadurch wurde der Kunststoff zum Einen widerstandsfähiger, zum Anderen erhielt er die für die Wissenschaftler die entscheidende Leuchteigenschaft. Je nachdem wie stark man das Material belastet, verändert sich die Intensität des reflektierten UV-Lichts. Die Zinkoxidpartikel „geben eine Art optisches Warnsignal, wenn das Kompositmaterial durch Belastung zu versagen droht”, erklärt die an der Studie beteiligte Xin Jin den Vorgang.

Cordt Zollfranck von der TU München erwartet weitere interessante Erkenntnisse auf dem Gebiet der „self-reporting-materials“: Denn die durch mechanische Beanspruchung hervorgerufene Veränderung der Leuchtkraft „könnte auch für viele andere Leuchtstoffsysteme von Bedeutung sein”. Beispielsweise könne Materialversagen bald in einer ganzen Reihe von Kompositverbindungen vorhersehbar werden. Insbesondere in „Konstruktionen, deren Versagen zu katastrophalen Unfällen führen kann”, betont Rainer Adelung, der Leiter der Studie.

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