Funktionale intrinsische Hybridverbunde mit aktiven Elementen und strukturierten Metalloberflächen Fortsetzung: Effiziente Wärme- und Lastübertragung für schnelle Aktivierung - dynamische Charakterisierung und Multiskalenmodellierung

• Antragsteller: Professor Dr. Rainer Adelung; Dr. Martin Gurka
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404403710

Im Vorgängerprojekt (DFG404403710 Funktionale intrinsische Hybridverbunde) wurde das selektive elektrochemische Ätzen zur Oberflächenmodifikation von Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen (SMA) und die Erhöhung der elastischen Dehnung der Matrix als nützlich für eine erhöhte Lastübertragung nachgewiesen und die Methodik zur quantitativen experimentellen Charakterisierung der thermoelastischen Eigenschaften von SMA-Drähten und Hybridverbunden (HC) maßgeblich verbessert. Mit dem vorgeschlagenen Folgeprojekt werden drei Hauptziele verfolgt: 1) Die Entwicklung eines grundlegend neuen Konzepts zur Verbesserung der thermomechanischen Beständigkeit der SMA-Polymer-Grenzfläche in einem aktiven HC durch eine präzise Anpassung der thermomechanischen Eigenschaften der polymeren Matrix mittels nanoskalig strukturierter funktioneller Al-Folien in der Grenzfläche. 2) Physikalisch motivierte Multiskalenmodellierung, um das thermomechanische Verhalten der SMA-Polymer-Grenzfläche unter zyklischer thermomechanischer Belastung grundlegend zu verstehen. 3) Grundlegende Untersuchung der Möglichkeiten und Grenzen der additiven Fertigungstechnik Stereolithographie für die Herstellung von HC-Modulen mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Das Projekt ist in drei interagierende Arbeitspakete unterteilt: (I) Oberflächenmodifikation, Entwicklung von Al-Folien für die Lastübertragung und Charakterisierung von Bulk-Oberflächen-Interaktionen auf der Mikroskala (Leitung: CAU), (II) HC-Design und additive Fertigung von HC-Modulen (Leitung: IVW) und (III) Charakterisierung und Multiskalenmodellierung (Leitung: IVW). Die Forschungsmethodik basiert darauf, die Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehung (PSPR) experimentell zu charakterisieren und theoretisch modellhaft zu beschreiben. Dazu wird eine quantitative Darstellung der PSPR auf der Grundlage physikalisch motivierter Modelle und Experimente an ausgewählten Proben auf charakteristischen Längenskalen des HC erarbeitet. Die Validierung dieser Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehung erfolgt anhand von Experimenten an vollständigen HC Modulen. Die neu gewonnenen Erkenntnisse werden für eine iterative, wissensbasierte Entwicklung des gesamten HC-Designs in Abhängigkeit von unterschiedlichen Anforderungsprofilen genutzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen