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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Weitere Forschungsthemen

Wasserstoff-Speichermaterialien

Bei der Verwendung von Wasserstoff als Energieträger spielt die effektive und sichere Speicherung eine zentrale Rolle. Die Speicherung im verflüssigten Zustand erfordert tiefe Temperaturen und somit einen hohen Energieaufwand. Im gasförmigen Zustand sind sehr hohe Drücke erforderlich, so dass konstruktiv erheblicher Aufwand betrieben werden muss, um das Gewicht der Behälter so gering zu halten, dass noch akzeptable Speicherdichten gewährleistet sind. Zudem stellen solche Druckbehälter ein Gefahrenrisiko dar und weisen signifikante Leckageverluste auf.

Die Speicherung von Wasserstoff in Festkörpern ist daher eine interessante Alternative. Leichtmetallhydride und -alanate besitzen beispielsweise eine hohe theoretische Speicherdichte für Wasserstoff. Jedoch treten dabei andere Schwierigkeiten auf; insbesondere die langsame Kinetik der Wasserstoffsorption sowie die mangelnde Reversibilität stellen gegenwärtig die Hauptprobleme dar.

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Hochbelastbare keramische Strukturwerkstoffe

Vollkeramische Turbinenschaufel

In dem Vorhaben sollen die Perspektiven für die gezielte Entwicklung einer vollkeramischen Turbinenschaufel für eine Anwendung oberhalb 1400oC ermittelt werden. Damit wäre eine höhere Turbineneintrittstemperatur erreichbar, die zusammen mit einer deutlichen Reduzierung des Kühlluftbedarfs einen weiteren signifikanten Anstieg des Wirkungsgrades einer Gasturbine ermöglicht.

Abbildung zeigt Fasergeflechte aus NextelfasernAbbildung: Fasergeflechte aus Nextelfasern

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Poröse Implantate auf Titan-Basis

In der keramischen Formgebung haben sich Platzhalterwerkstoffe etabliert, z.B. um definierte Porenkanäle für den Gastransport in Brennstoffzellensubstraten zu erzeugen. Dieser Ansatz wurde erfolgreich auf die Pulvermetallurgie übertragen.

Biomedizinische Anwendungen - HüftschaleDemonstration der Platzhaltermethode an Prototypen für biomedizinische Anwendungen - Hüftschale

Biomedizinische Anwendungen - ZahnimplantatDemonstration der Platzhaltermethode an Prototypen für biomedizinische Anwendungen - Zahnimplantat

Werden geeignete Platzhalterwerkstoffe wie z.B. Ammoniumhydrogencarbonat mit einem Metallpulver gemischt und verpresst, besitzen die Presslinge eine ausreichende Stabilität, um sie im ungesinterten Zustand (Grünzustand) durch konventionelle mechanische Bearbeitung (Bohren, Drehen, Fräsen) endkonturnah zu bearbeiten. Werden gut verpressbare Metallpulver eingesetzt, ist der Einsatz organischer Binder oder Presshilfsmittel nicht erforderlich. Die Entfernung des Platzhalters erfolgt durch Zersetzen an Luft bei Temperaturen < 150°C und hinterlässt nur geringe Sauerstoff- und Kohlenstoffverunreinigungen. Nach der Zersetzung des Platzhalters wird der poröse Formkörper gesintert und erhält so die für spätere Anwendung notwendige Stabilität. Durch eine Fraktionierung des Platzhalters lassen sich definierte Porengrößen im Bereich von 100 – 1000 µm sowie Porositäten bis maximal 80 % einstellen.

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Formgedächtnis-Legierungen auf NiTi-Basis

Pulvermetallurgie von NiTi

Im Rahmen des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereichs SFB459 „Formgedächtnistechnik“, der an der Ruhr-Universität Bochum eingerichtet ist, beschäftigt sich das Institut mit der pulvermetallurgischen Herstellung von Formgedächtnislgierungen. Die Pulvermetallurgie bietet den Vorteil der endkonturnahen Formgebung dieser mechanisch nur mit großem Aufwand zu verarbeitenden Legierung.

Abbildung zeigt den Prototyp einer Klemmhülse und einer Zugprober aus einer NiTi-Formgedächtnis-legierungAbbildung: Metal Injection Moulding von NiTi-Formgedächtnis¬legierungen - Prototyp Klemmhülse und Zugprobe

Die Themenschwerpunkte der Arbeiten sind

  • Optimierung des Sinterprozesses ausgehend von vorlegierten Pulvern
  • endkonturnahe Formgebung durch Metal Injection Moulding MIM
  • Formgebung durch Heißisostatisches Pressen HIP
  • funktionelle Beschichtungen durch Plasmaspritzen
  • poröse NiTi-Formgedächtnislegierungen
  • Pulvermetallurgie ternärer NiTi-X-Legierungen

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