Thermische Hochtemperaturtechnologien

Kurz und bündig

Das Erzeugen, Bereitstellen und Speichern von Energie geht oft mit hohen Temperaturen einher: So arbeiten Geothermieanlagen mit Temperaturen von bis zu 380º Celsius, Materialien in Solarkraftwerken oder Brennstoffzellen müssen bis zu 1000º Celsius aushalten und Gasturbinen widerstehen Temperaturen von über 1250º Celsius. Zentrale Bauteile der Anlagen müssen zudem gegen Korrosion und Erosion gefeit sein.

Jülicher Expert:innen entwickeln fortgeschrittene Beschichtungen und Strukturmaterialien mit hervorragender Beständigkeit, die auch bei extremen Temperaturen und hohem Materialstress zuverlässig sind. Dazu zählen Stähle, Legierungen, Struktur- und Funktionskeramiken, Isolationsschichtsysteme, additive Werkstoffverfahren, künstlich strukturierte Metamaterialien und nanostrukturierte Lötverbindungen.

Herausforderungen

Material, das hohen Temperaturen oder extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, steht unter Stress. Es kommt zu thermischer Ermüdung und Verschleiß. Aggressive Wärmeträgermedien, wie geschmolzenes Salz, flüssige Metalle oder Keramikpartikel führen zu Rissbildung, Korrosion und Erosion, welche das Material zusätzlich schwächen. Gesucht sind Werkstoffe, die all diesen Herausforderungen widerstehen.

Lösungen

Jülicher Teams betreiben zum einen Grundlagenforschung, um physikalische und chemische Phänomene auf atomarer Ebene zu erfassen. Sie kombinieren Computersimulationen mit analytischen Methoden und Techniken des maschinellen Lernens, um neue Modelle zu entwerfen und damit zum Beispiel Herstellungsverfahren zu optimieren. Sie untersuchen Mikrostrukturen, um ihre mechanischen Eigenschaften und Materialversagen besser zu verstehen.

Die Jülicher Forschenden entwickeln darüber hinaus keramische Verbundstoffe, Doppelschicht- und Mikrostruktursysteme, hochtemperaturbeständige Metalle und Legierungen sowie innovative Beschichtungstechnologien, die auch in der Industrie Anwendung finden.

Im Bereich Gasturbinen konzentrieren sich die Jülicher Forschenden auf die Werkstoffentwicklung, fortschrittliche Beschichtungen und neue Strukturmaterialien. Diese zeichnen sich durch eine hervorragende Temperaturbeständigkeit aus und widerstehen zyklischen Temperaturschwankungen und den damit einhergehenden mechanischen Belastungen. Das Jülich Thermal Spray Center (JTSC) deckt die gesamte methodische Bandbreite thermischer Spritzverfahren ab, welche für vielfältige industrielle Anwendungen gefragt sind: beispielsweise für Flugzeugtriebwerke, Gasturbinen sowie Brennstoffzellen und Solarkraftwerke.

Für die konzentrierende Solarenergie entwickeln und testen die Jülicher Expert:innen zentrale Bauteile, wie Receiver und Wärmetauscher. Für die Speicherung thermischer Energie untersuchen und entwickeln sie Strukturmaterialien mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit, ergänzt durch eine thermochemische Datenbank für Hochtemperatur-Wärmefluide.

Kontakt

Jülicher Ansprechpersonen

Univ.-Prof. Dr. Ruth Schwaiger

• Institute of Energy Materials and Devices (IMD)
• Werkstoffstruktur und -eigenschaften (IMD-1)

Gebäude 05.1 /
Raum 108

+49 2461/61-3058

E-Mail

_{Quelle Headerbild: Forschungszentrum Jülich / Ralf Uwe Limbach}