Grenzflächen besser durchschauen
Bei Verbundmaterialien, die aus zwei oder mehreren Werkstoffen bestehen, setzt man auf die Stärken der einzelnen Komponenten. Das Interface-Projekt ("Interfacial engineering in copper carbon nanofibre composites (Cu-C MMCs) for high thermally loaded applications") wurde an den Start gebracht, um einen kohlenstoffnanofaserverstärkten Kupferverbundwerkstoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit und minimaler Ausdehnung in Reaktion auf Wärme (mit geringem thermischen Ausdehnungskoeffizienten) herzustellen. Eine solche Ausdehnung kann zu Rissen und zur Rissausbreitung in Bauteilen führen und ist deshalb unerwünscht. Die Erfindern widmeten sich innerhalb ihrer Forschungsarbeit kritischen Fragen im Zusammenhang mit dem Leitwert an der Grenzfläche der beiden Komponenten des Verbunds. Das Team entwickelte neue Verfahren, um den an der Grenzfläche vorliegenden thermischen Kontaktwiderstand zu messen, die sowohl bei Glaskohlenstoffsubstraten als auch Diamantsubstraten angewandt wurden. Angesichts der geringer als erwartet ausfallenden Wärmeleitfähigkeiten der Kupfer-Kohlenstoff-Nanofaser-Verbundwerkstoffe entschied sich das Team für eine umfassende Untersuchung. Obgleich die schlechte Grenzflächen- Wärmeleitfähigkeit eine Rolle spielte, bestand die wichtigste Ursache darin, dass die Kohlenstofffasern im Laufe der Bearbeitung ihre Grafitstruktur verloren hatten. Zur Charakterisierung dieses Effekts kamen sowohl Transmissionselektronenmikroskopie als auch eine neuartige Technik auf Basis der Raman-Spektroskopie zum Einsatz. Letztgenanntes Verfahren ermöglichte die Untersuchung vieler wichtiger Parameter auf sehr viel schnellere Weise als das bisher möglich war. Zusammenfassend ermöglichte das Interface-Projekt die detaillierte Untersuchung der an Grenzflächen auftretenden Wärmeleitfähigkeit von Kupfer-Kohlenstoff-Nanofaser-Verbundwerkstoffe, wodurch die Ursache der beobachteten relativ niedrigen Leitfähigkeiten aufgeklärt und Tools für die Forschung auf dem Gebiet der Grenzflächenverfahrenstechnik in Bezug auf die Metall-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffstrukturen der Zukunft bereitgestellt werden konnten.
