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Superwerkstoffe: Was bringt die Zukunft?

Von der hochelastischen Legierung bis zur flaumleichten Carbonfaser: Diese Werkstoffe revolutionieren die Industrie.

Die einen setzen auf bewährte Rezepte bis in die kleinste Schraube. Die anderen sind zaghaft aufgeschlossen für den Materialmix – und hangeln sich behutsam zu 3D-Druck und schnellem Werkzeugbau vor. Und dann gibt es die Draufgänger. Voriges Frühjahr übernahm der Technologiekonzern Siemens den britischen Additive-Manufacturing-Dienstleister Materials Solutions und setzte damit ein Zeichen:

Die Kundschaft der Deutschen soll künftig in Rekordzeit 3D-Modelle in hochwertige Komponenten umlegen können. „Mit der Akquisition sichern wir uns weltweit führendes Know-how bei Werkstoffen und der Prozessentwicklung für die additive Fertigung insbesondere mit hochtemperaturbeständigen Superlegierungen“, gab Willi Meixner, Geschäftsführer der Siemens Division Power and Gas, damals zu Protokoll.

Superlegierungen am Vormarsch

Der Manager spricht an, was die Industrie derzeit umtreibt: Auf der Werkstoffseite jagt eine Technologierevolution die nächste. Superlegierungen – vor ein paar Jahren noch alles andere als ein Fixstarter im Repertoire der Werkstoffentwickler – erobern sich beharrlich ihren Platz in der Fertigungswelt. Weltweit lösen Wissenschaftler die früheren Grenzen der Werkstoffwelt durch Superlegierungen – zu rund annähernd gleichen Anteilen aus vier bis maximal fünf Metallelementen zusammengesetzt – auf. Jüngster Vorstoß: Ein russisches und ukrainisches Forscherteam entwickelte eine Hoch-Entropie-Legierung aus unter anderem Kobalt, Eisen und Nickel. Die Legierung trotzt selbst tiefsten Temperaturen und ist trotz ihrer Festigkeit wunderbar flexibel.

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Preistreiber

Das Interesse der Automobil-, Werkzeugbau- und Energiebranchen ist geweckt. Und treibt die Preise für zumindest manche Bestandteile von Superlegierungen. Die Nachfrage nach Hightech-Metallen könnten wieder zunehmen, schätzen die Autoren einer Studie des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung, die etwas mehr als 160 wichtige Technologien etwa auf ihren Rohstoffbedarf prüften. Von 2006 bis 2011 war Dysprosium, das etwa in der Lasertechnik verwendet wird, um das Vierzigfache teurer geworden. „Nachfrageimpulse, beispielsweise durch die Elektromobilität oder Superlegierungen in der Luft- und Raumfahrt, werden die Märkte für Sonder- und Nebenmetalle in den kommenden Jahren stark bewegen“, warnte der Rohstoffwirtschaftsexperte der DERA, Torsten Brandenburg.

Solarbranche wartet auf Gamechanger

Die Zukunft der Solarenergieerzeugung liegt indes in der Kunststoff-Entwicklung, glauben zehn heimische Forschungsinstitutionen. Die Forschungsinitiative „SolPol“ in Wien stellte jüngst Neuentwicklungen vor, die im Rahmen des mit einem Budget von 14 Millionen Euro ausgestatteten Verbundes entstanden. Damit werde Solartechnikvor allem günstiger. Gerade am Energiemarkt gebe es viel Platz für Entwicklungen aus der Polymertechnologie, sagte der Konsortialführer von „SolPol“, Reinhold Lang von der Universität Linz.

Im Rahmen der Zusammenarbeit konnte etwa die oberösterreichische AGRU Kunststoffdichtungsbahnen aus Polyethylen so weiterentwickeln, dass diese nun bis zu einer Temperatur von 95 Grad Celsius einsetzbar sind. Bisher wurde ein Einsatz des Materials nur bis 60 Grad empfohlen. Das eröffne neue Möglichkeiten beim Speichern von Solarenergie. Zum Einsatz kommen werde die Innovation etwa im Rahmen des groß angelegten Speicherprojekts „Big Solar Graz“.

Der Chemiekonzern Borealis konnte neue Werkstoffe entwickeln, die um 15 Grad höhere Temperaturen aushalten und für den Einsatz in der Solarthermie geeignet sind. Die oberösterreichische Technologiefirma Sunlumo konnte aufgrund der Zusammenarbeit im Rahmen von „Sol-Pol“ die Kosten für ihren „Eine-Welt-Solar-Kollektor“ um 50 Prozent reduzieren. Außerdem gelang es laut Geschäftsführer Robert Buchinger, das Gewicht der Entwicklung durch den Einsatz von Kunststoffkomponenten von 20 auf acht Kilogramm pro Quadratmeter zu reduzieren.

Dieser Artikel wurde bereits im Februar 2017 veröffentlicht. Nun haben wir ihn für alle Leser freigegeben.

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