Forscher entwickeln superelastisches Metall

Wissenschaftlern der Universität Kiel ist es gelungen eine superelastische Metalllegierung zu entwickeln. Im Gegensatz zu herkömmlichen Metallen, die nach ein paar Mal verformen schon brechen können, soll das neue Material millionenfach verformt werden können. Ohne, dass Spuren am Material zu erkennen sind.

Materialien wie Draht oder auch Aluminium lassen sich ein paar Mal verformen. Doch meist sieht man schon nach der ersten Krafteinwirkung, dass das Material nicht mehr in seine Ausgangsform zurückfindet. Und wiederholt man beispielsweise den Biegevorgang zu oft, bricht das Material. Eine spezielle Metalllegierung soll diese negativen Eigenschaften nicht mehr haben.

So haben Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel zusammen mit Forschern der University of Maryland eine superelastische Metalllegierung entwickelt. Die Zusammensetzung der Formgedächtnislegierung erlaubt es, das Material „millionenfach“ zu dehnen und „nach der Entlastung jedes Mal wieder vollständig in die Ursprungsform“ zurückzukehren, schreiben die Wissenschaftler.

„Der zugrunde liegende superelastische Effekt des neuen Materials beruht auf einer durch mechanische Spannung erzeugten reversiblen Umwandlung der Kristallstruktur“: von einer hochsymmetrischen zu einer weniger symmetrischen Kristallstruktur. Es war ihnen gelungen,  0,02 Millimeter dicke Filme aus einer Titan-Nickel-Kupfer Legierung (Ti54Ni34Cu12), hergestellt mit einem Dünnschicht-Abscheidungsprozess, über zehn Millionen Mal zu verformen. Und dass, ohne signifikante Ermüdungserscheinungen zu zeigen. „Bei der Herstellung des Materials werden Ausscheidungen einer Fremdphase erzeugt, welche durch ihre spezielle Kristallstruktur die jeweils vollständige Phasenumwandlung garantieren.“

Bei der Dehnung heize sich das Material um zirka 10 Grad Celsius auf und bei der Entlastung entsprechend ab, ein elastokalorischer Effekt. „Genau diese Abkühlung könnte für neuartige miniaturisierte Kühlanwendungen genutzt werden, die ohne gasförmige Kältemittel auskommen.“ Eine entsprechend hohe Lebensdauer ließe sich damit für die Kühlgeräte erreichen. Ein Einsatz der Metalllegierung sei aber auch in der Medizin denkbar. „Als künstliche Herzklappe zum Beispiel, die durch den Herzschlag einer sehr großen Zyklenzahlen periodisch auftretender Verformungen ausgesetzt ist.“ Allerdings müsste das Material dafür „biokompatibel“ gemacht werden – das betrifft vor allem die Legierung.

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