Mit Poren punkten. Zellulare Werkstoffe

Zellulare Werkstoffe zeichnen sich durch einen hohen Anteil geschlossener oder offener Poren unterschiedlicher Form und Größen aus. Die Kombination solcher Strukturen mit inhärenten Werkstoffeigenschaften führt zu neuen Eigenschaftskombinationen, was wiederum völlig neue Anwendungen erlaubt. Vor allem im Leichtbau, aber auch im Maschinen-, Anlagen- und Gerätebau sowie in Energie- und Umwelttechnik wird der Einsatz zellularer Werkstoffe in Zukunft zu Bahn brechenden Innovationen führen.

Im Bereich der Wärmespeicherung und Wärmerückgewinnung haben zellulare Werkstoffe für alle Temperaturbereiche ein enormes Einsatzpotenzial, was auf die Funktionalisierbarkeit ihrer Oberfläche, die Einstellbarkeit von thermischer und elektrischer Leitfähigkeit sowie einen niedrigen Druckverlust bei Durchströmung zurückzuführen ist. Für die effiziente Filtration von Metallschmelzen werden aktive und reaktive keramische Filter mit hoher Oberflächenfunktionalität und Hochtemperaturstabilität benötigt. Auch für die Gebäudeisolation versprechen zellulare Werkstoffe mit integrierten Wärmereflektoren viele Möglichkeiten. Diese Innovationen sind mit einer deutlichen Reduzierung von CO2-Emissionen verbunden; im Wirtschaftsstandort Deutschland werden sich neue Geschäftszweige entwickeln.

Funktionieren und Versagen

Um zellulare Werkstoffe in neue Anwendungen zu integrieren, muss die Funktionsweise solcher Werkstoffe mit komplexer Verbund- und maßgeschneiderter Mikrostruktur ebenso verstanden werden wie ein anwendungsspezifisches Grenz- und Oberflächendesign, Haft-, Korrosions- und Versagensmechanismen, das Werkstoffverhalten bei mehrachsigen Spannungszuständen oder die mechanischen Eigenschaften auxetischer und nanozellularer Werkstoffe. Gleiches gilt für jene Prozesse, die zu einer homogeneren und reproduzierbaren Zellstruktur führen oder Poren unterschiedlicher Größenskalen in ein und demselben Werkstoff generieren. Darüber hinaus müssen serientaugliche Fertigungsprozesse für die endformnahe Fertigung und für die effektive und präzise Bearbeitung sowie Strategien zur Funktionalisierung zellularer Werkstoffe entwickelt sowie die Partikelschaumtechnologie erschlossen werden.

Dazu ist es notwendig, die werkstoffklassenübergreifende Zusammenarbeit weiter auszubauen und Akteure aus Wissenschaft und Anwendung besser zu vernetzen. Zielführend wären gemeinsam initiierte Programme, bei denen die Förderung von Grundlagenforschung durch die DFG oder die VW-Stiftung mit Entwicklungs- und Transferprogrammen des BMBF, des BMWi oder der AiF gekoppelt werden.