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EUROPEAN CONCERTED ACTION ON GIANT MAGNETOSTRICTIVE MATERIALS AND APPLICATIONS

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Intensivierung der Entwicklung von Werkstoffen mit Riesen-Magnetostriktionseffekt

Als Magnetostriktion bezeichnet man die Änderung der geometrischen Abmessungen eines Körpers aus ferromagnetischem Material, wenn dieser einem externen Magnetfeld ausgesetzt wird. In den sechziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurden Materialien entdeckt, deren Magnetostriktionseffekte um Faktoren von 100 bis 10.000 ausgeprägter sind als bei gewöhnlichen Materialien. Dabei handelt es sich um Seltene-Erden-Legierungen, für die es wegen ihrer neuartigen Eigenschaften die verschiedensten neuen Anwendungsmöglichkeiten gibt. Beispiele hierfür sind Stellantriebe zur Verbesserung der Eigenschaften von Pumpen und Ventilen, Dünnfilmschaltungen für Mikromaschinen oder Sensoren für die Automobilindustrie und den Werkzeugmaschinenbau. Das aktuelle Projekt versteht sich als europäisches Forum, in dem Experten unterschiedlicher Disziplinen alle Themen rund um diese neuen Werkstoffe diskutieren können.

Industrielle Technologien

James Joule beobachtete 1842 zum ersten Mal, dass eine Probe aus Nickel ihre Länge veränderte, wenn sie magnetisiert wurde. Auch Kobalt, Eisen und Legierungen dieser Werkstoffe zeigten beim Anlegen eines externen Magnetfeldes Längenänderungen von bis zu 50 ppm (parts per million = Millionstel). Dieser als Magnetostriktion bezeichnete Effekt fand seine erste praktische Anwendung während des Zweiten Weltkrieges, als magnetostriktive Materialien in SONAR-Geräten zur Identifikation der Echos von Schallsignalen verwendet wurden. Der Durchbruch aber kam in den sechziger Jahren, als man entdeckte, dass die Seltene-Erden-Elemente Terbium (Tb) und Dysprosium (Dy) unter Einwirkung eines externen Magnetfeldes Verformungen aufwiesen, die um vier Größenordnungen über denen lagen, die bis dahin bei gewöhnlichen Nickellegierungen beobachtet worden waren. Wie sich zeigte, hatten auch Legierungen auf der Basis dieser Seltene-Erden-Elemente riesige magnetostriktive Eigenschaften, allerdings bei Zimmertemperatur und bei schwächeren externen Magnetfeldern. Seit diesen frühen Tagen führten intensive Bemühungen um die Erforschung der Materialeigenschaften und der Wachstumsmechanismen von Kristallen zur Erzeugung vielfältiger Materialien, die sich für die unterschiedlichsten Anwendungen eignen. Das von der Europäischen Gemeinschaft geförderte aktuelle Projekt hat die Kooperation und den Informationsaustausch zwischen europäischen Forschungsinstituten und Industriebetrieben, die sich mit dieser Werkstofftechnologie beschäftigen, gestärkt und intensiviert. ECAMMA, ein Akronym für "European Concerted Action on giant Magnetorestrictive Materials and Applications", dient als europäisches Forum für Magnetostriktions-Experten aus Fachgebieten, die von der Werkstoffkunde bis in den Bereich der Anwendungen reichen. In diesem Projekt, in dem Proben von dünnen magnetostriktiven Folien und Mehrschichtproben präpariert und charakterisiert wurden, entstand eine Datenbank mit den Eigenschaften dieser Strukturen. Außerdem wurden neue magnetostriktive Materialien entwickelt, ihre Eigenschaften gemessen und sowohl untereinander als auch mit piezoelektrischen Materialien verglichen. Die Projektpartner untersuchten ferner Software-Tools zur Simulation von Materialien und Anwendungen und wiesen nach, dass sich magnetostriktive Aktoren ausgezeichnet zum Nachweis von Materialschäden und zur Erfassung von Vibrationen eignen. Unternehmen der Luft- und Raumfahrtindustrie, der Automobilindustrie und der Papierindustrie sind nur einige wenige der vielen Industriebetriebe, die sich mit den ECAMMA-Experten in Verbindung setzen dürften, um sich über die Eignung von magnetostriktiven Werkstoffen für mögliche weitere Anwendungsgebiete zu informieren. Ein Forschungs- und Entwicklungssupport ist auch per Internet über die ECAMMA-Homepage http://www.syn-com.com möglich.

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