Der Fachausschuss „Thermodynamik, Kinetik und Konstitution der Werkstoffe“

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Thermodynamik, Kinetik und Konstitution der Werkstoffe
Fachausschuss


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Fürs Material erwärmen. Thermodynamik der Werkstoffe

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.

Mehr Vorhaben, mehr Lehrstühle

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.