Materialien melden automatisch Mängel an Bauteilen
Die Entdeckung multifunktioneller Werkstoffe, deren vielfältige Funktionen zusammengenommen die Leistung übertreffen, die in Summe der einzelnen Funktionen zu erwarten wäre, hat in den letzten Jahren erstaunliche technologische Fortschritte nach sich gezogen. Multifunktionale Werkstoffe gehen oft Hand in Hand mit intelligenten Materialien, die ähnlich einem lebendigem Organismus auf ihre Umwelt reagieren. Einige verändern beim Anlegen eines elektrischen Felds Form oder Größe, andere erzeugen ein Magnetfeld in Reaktion auf Druck oder Belastung, wiederum andere können sich in der Nähe eines Magneten aus einer Flüssigkeit in einen Festkörper verwandelnbefinden. Formgedächtnislegierungen (FGL) sind metallische Materialien, die sich, wie es der Name schon ahnen lässt, an ihre Formen erinnern können. Sie können gleichsam, nachdem sie erwärmt oder abgekühlt und in eine andere Form gebracht wurden, wieder ihre ursprüngliche Form annehmen. Metalle verfügen außerdem noch über interessante nutzbare elektrische und magnetische Eigenschaften. Das mit EU-Finanzmitteln ausgestattete Projekt unter dem Titel "Multifunctional ceramic layers with high electromagnetoelastic coupling in complex geometries" (Multiceral) zielte auf die verstärkte Nutzung von Kreuzkopplungseffekten im Rahmen der Entwicklung neuartiger Einzelschichtfolien und Verbundwerkstoffe. Die Wissenschaftler entwarfen aufbauend auf der Kreuzkopplung zwischen Materialien mit elektrischen und/oder magnetischen Eigenschaften und den der Formgedächtnislegierungen neuartige multifunktionale Dünnschichten. Sie stellten unter Einsatz einer Vielzahl moderner Abscheidungsverfahren und fortschrittlicher Charakterisierungsinstrumente zahlreiche Schichten her, bei denen die elektromagnetoelastische Kopplung ausgenutzt wird, und analysierten diese. Es wurden überdies qualitativ hochwertige elektrisch leitfähige Nanoröhrchen (Miniatur-Molekülröhrchen) hergestellt und bezüglich ihres Antwortverhaltens auf Belastung und Verformung bewertet. So entwarf, fertigte und testete das Multiceral-Konsortium auf Grundlage der entwickelten Schichten in verschiedenen komplexen Geometrien mehrere Prototypen zur Zustandsüberwachung (Structural Health Monitoring, SHM). SHM ist eine Methode, um in Bauteilen wie etwa Flugzeugturbinen oder Schienen Fehler oder Schädigungen frühzeitig zu erkennen. Das Interesse an zerstörungsfreier Prüfung (ZfP) auf Grundlage von Materialien, die in Antwort auf elastischen Veränderungen selbst Signale aussenden, liegt auf der Hand. Die Multiceral-Dünnschichttechnologie auf Basis multifunktionaler Materialien kombiniert elektrische und magnetische Eigenschaften mit elastischen oder belastungsabhängigen Merkmalen. So können intelligente Geräte zur Überwachung des Zustands von Strukturen entwickelt und gebaut werden. Diese Technologie wird zweifellos in vielen Bereichen der Fertigung und Wartung begrüßt werden.
