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Der DGM-Fachausschuss will die interdisziplinäre Diskussion zu Fragen rund um die Thermodynamik bei Werkstoffen befruchten. Er steht in enger Kooperation mit der „Alloy Phase Diagramm International Commission“ (APDIC), der „Scientific Group Thermodata Europe“ (SGTE) sowie dem „Materials Science International Team“ (MSIT). Seine Mitglieder entstammen der Phasendiagramm-Forschung, der Werkstoff-Thermodynamik, der Phasenfeld-Methoden sowie der Diffusionsforschung. Sie organisieren Symposien bei zahlreichen internationalen Konferenzen.
Durch Doktor- und Masterarbeiten, Sommerschulen und Workshops im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogrammes „Werkstoffe mit neuem Design für verbesserte Lithium-Ionen-Batterien“ oder die DFG-Nachwuchsakademie „Thermodynamik und Kinetik in mehrkomponentigen metallischen und keramischen Werkstoffen“ will der Fachausschuss die Situation des Nachwuchses verbessern. Zukünftig sollen zudem Computer-Datenbanken als Grundlage für Gefüge-Simulationen zur Werkstoff- und Prozessoptimierung entwickelt werden.
MSE 2018 - Materials Science and Engineering
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WerkstoffWoche 2017 Tagung
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Fachausschuss Thermodynamik, Kinetik und Konstitution der Werkstoffe
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Die Eigenschaften eines Werkstoffs werden neben seiner chemischen Zusammensetzung dezidiert auch von seiner Mikrostruktur (dem „Gefüge“) bestimmt, das sich in der Produktionskette bildet. Um Eigenschaften optimal herauszubilden, muss die für das Gefüge relevante Thermodynamik und Kinetik verstanden und beherrscht werden. Dies gilt insbesondere für hochkomponentige Werkstoffe, wie sie heutzutage in der Mehrzahl der technischen Anwendungen zum Einsatz kommen, darunter komplexe metallische Legierungen, technische Keramiken oder Verbundwerkstoffe.
Durchbrüche bei der Wärmemengenmessung (Kalorimetrie) von Lithium-Batterien im Betrieb werden es schon bald erlauben, „Thermische Management-Systeme“ sowie innovative Sicherheitskonzepte für die mobile und stationäre Energiespeicherung maßgeschneidert zu entwickeln: Damit werden Meilensteine bei der Elektromobilität und im Bereich der erneuerbaren Energien gesetzt. Dies sind nur zwei Beispiele für die vielen Beiträge, die die zukünftige Thermodynamik-Forschung für den gesellschaftlichen Wohlstand und das Wirtschaftswachstum Deutschlands zu leisten vermag.
Um diese Ziele zu erreichen, müssen zentrale Modellierungs- und Simulationsmethoden, die der Bestimmung und Planung von wenigen notwendigen Schlüsselexperimenten der Thermodynamik und Kinetik dienen, weiterentwickelt und kombiniert werden. Insbesondere das „Integrated Computational Materials Engineering“ (ICME) wird hier eine zunehmende Rolle spielen und die kostensparende Werkstoff- und Prozessentwicklung unterstützen.
Weitere Zukunftsthemen sollten sich mit der Thermodynamik der Defekte bzw. der metastabilen Systemphasen sowie der Thermodynamik von Grenzflächen und Grenzflächenphasen befassen. Eine große Herausforderung ist auch die Entwicklung experimenteller Kalorimetrie-Analyseverfahren für Batterien, Nanomaterialien oder im Bereich der Dünnschichttechnik. Für die Untersuchung von komplexen Werkstoffsystemen werden zukünftig kombinatorische Methoden zur Werkstoffuntersuchung und für den Aufbau von Materialbibliotheken eine wesentlich größere Rolle spielen.
Das langjährige Problem in Deutschland bzw. im deutschsprachigen Raum ist, dass zu wenige wissenschaftliche Arbeitsgruppen die Thermodynamik und Kinetik der Werkstoffe aktiv im Schwerpunkt betreiben. Damit einhergehend sind auch die universitäre Ausbildung und die Nachwuchssituation in diesem Bereich eher unbefriedigend. Wichtig wäre hier die Einrichtung von (weiteren) Lehrstühlen zu speziellen Themen.
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