Feste Formen aus vielen Kügelchen

News: Feste Formen aus vielen Kügelchen

Der ideale Werkstoff soll fest und leicht sein, unempfindlich gegen Korrosion und auch Hitze trotzen. In der Realität sind dabei Kompromisse die zwangsläufige Folge. Ein in der Luftfahrt erfolgreich angewandtes Prinzip sind verklebte Wabenstrukturen - allerdings liegen die Kosten dafür hoch. Eine neue Gruppe von Materialien der Fliegengewichtsklasse setzt auf ein verwandtes, jedoch preisgünstigeres Prinzip.

"Wir beschichten zunächst 0,2 bis maximal zwölf Millimeter große Styroporkugeln je nach Verwendungszweck mit unterschiedlichen Pulvern", berichtet Ulf Waag von der Außenstelle des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschungin Dresden. In einem anschließenden Arbeitsschritt werden die Kugeln unter Hitze gesintert: Während das Styropor vollständig verdampft, verfestigt sich das Hüllmaterial und zurück bleibt eine dichte Hohlkugel von geringem Gewicht. "Verwenden wir dazu beispielsweise Stahlbeschichtungen, so erreichen wir Dichten von 0,3 bis 0,5 Gramm pro Kubikzentimeter, das heißt, die Kugeln können auch schwimmen."

Die Kosten dieser Fertigung sind gering genug, um Alltagsgegenstände, wie etwa Stoßdämpfer, damit zu produzieren. Durch die Verwendung von Kugeln in unterschiedlichen Größen sind auch komplexere Strukturen vorstellbar – die kleinen Hohlgefäße füllen dann lückenlos den Raum zwischen größeren Kugeln und liefern dem Gesamtobjekt eine erstaunliche Festigkeit. "Weil Wabenstrukturen extreme Festigkeit in nur einer Richtung bieten und die neuen Metallschäume zwar große Rundumstabilität besitzen, aber nur über eine statistische Porosität verfügen, sehen wir den Platz der Kugelstrukturen etwa in der Mitte zwischen beiden", schätzt Waag. Der besondere Vorteil der Struktur aus vielen einzelnen Kugeln liegen in der hohen Reproduzierbarkeit eines nach allen Seiten stabilen Objektes mit einer gut steuerbaren Porosität.

Diese Eigenschaften machen die kleinen Hohlräume beispielsweise als sogenannte "Crash-Absorber" für den Automobilbau interessant: "Dabei kann die Kraft aus vielen denkbaren Richtungen einwirken, trotzdem verhält sich ein solcher Absorber immer gleich", so Ulf Waag. Ein weiteres großes Anwendungsgebiet liegt im Bereich des Leichtbaus, etwa bei Verpackungsmaterialien, oder auch in der Wärme- und Schallisolation. Weil Kugelmaterialien sehr große Oberflächen besitzen, sind sie auch als Träger für chemische Katalysatoren einsetzbar.

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 21.8.1998
"So eng wie möglich"
Spektrum der Wissenschaft 3/96, Seite 113
"Stärken und Schwächen der deutschen Materialforschung"
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