Materialdesign

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Materialien

Das Fraunhofer-Zentrum HTL nutzt Computersimulationen um ein gezieltes Materialdesign durchzuführen. Neben kommerziellen Verfahren stehen dafür auch spezielle In-House-Modelle zur Verfügung.

Aus der spezifischen Materialanwendung beim Kunden ergibt sich ein Katalog an thermischen, mechanischen, elektrischen und chemischen Eigenschaften, die beim Materialdesign erfüllt werden müssen. Dazu kommen Randbedingungen bei der Materialverarbeitung, die während der Analyse mittels Computersimulation berücksichtigt werden.

Mit welchem Material ergibt sich die optimale technische und wirtschaftliche Lösung? Müssen möglicherweise auch Werkstoffverbunde oder Kompositwerkstoffe eingesetzt werden? Mit diesen Fragen beschäftigen wir uns im Kompetenzfeld Materialdesign (vgl. Raether, F.: Ceramic Matrix Composites – an Alternative for Challenging Construction Tasks).

Das Anforderungsprofil wird systematisch analysiert, um die wesentlichen Entscheidungskriterien herauszuarbeiten. Schwachpunkte und Stärken eventuell bestehender Lösungen werden geprüft. Aspekte des keramikgerechten Bauteildesigns werden in den Computersimulationsmodellen berücksichtigt. Mit Hilfe von Materialdatenbanken, eigenen Untersuchungen und Simulationsrechnungen ermitteln wir das optimale Materialdesign im Hinblick auf die geplante Anwendung.

Am Fraunhofer-Zentrum HTL berechnen wir die Materialeigenschaften mehrphasiger Werkstoffe anhand der Mikrostruktur. Dafür stehen uns speziell entwickelte In-House-Software und kommerziell verfügbare Finite-Elemente-Programme zur Verfügung. Damit die Ergebnisse der Computersimulation hinreichend präzise sind, werden sie experimentell kalibriert und validiert. Alle erforderlichen Untersuchungsmethoden zur quantitativen Gefügeanalyse und zur Messung der thermischen, mechanischen und elektrischen Materialeigenschaften sind vorhanden. Die Gefüge werden in der Computersimulationen für die spezifischen Aufgaben des Kunden optimiert. Poren und Schmelzphasen werden adäquat berücksichtigt. Wir entwickeln bei Bedarf die passenden Herstellprozesse zur Einstellung optimaler Gefüge und Materialeigenschaften. Die Prozessentwicklung des Materialdesigns erfolgt effizient mit Hilfe von In-situ-Messmethoden und Computersimulation.

Gefügemodell AlN-Keramik Materialdesign Mikrostrukturmodell SiC Grünkörper

Leistungsangebot:

  • Ermittlung jeweils geeigneter Materialien für kundenspezifische Fragestellung
  • Prüfung von Konzepten für Materialverbunde
  • Analyse von Werkstofffunktionen bei komplexen thermomechanischen Beanspruchungen
  • Erstellung von Entscheidungskriterien für die Materialauswahl
  • Messung kritischer Materialeigenschaften
  • Ermittlung optimaler Gefüge für kundenspezifisches Anforderungsprofil
  • Kosten-/Nutzen-Analysen für unterschiedliche Designvarianten
  • Auswahl geeigneter Phasen für Komposite
  • Optimierung von Herstellprozessen zur Einstellung von optimalen Gefügen
  • Erstellung von Studien, Durchführung von Entwicklungsprojekten

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