Ein Forschungsteam der Virginia Tech hat einen neuen Fortschritt in der Materialwissenschaft erzielt. Unter der Leitung von Associate Professor Hang Yu vom Department für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik gelang es dem Team, mithilfe eines fortschrittlichen Fertigungsverfahrens namens additives Rührreibschweißen (RSI) funktionelle Formgedächtniskeramikpartikel in eine Metallmatrix einzubetten und so einen neuen Verbundwerkstoff zu schaffen.
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in einer Fachzeitschrift veröffentlicht. Die Besonderheit dieses neuen Materials liegt darin, dass die eingebetteten Keramikpartikel unter Belastung eine Phasenumwandlung durchlaufen und dadurch Energie absorbieren und dissipieren können. Im Gegensatz zu herkömmlichen, spröden Massenkeramiken lässt sich dieser Keramik-Metall-Verbundwerkstoff in großen Mengen im 3D-Druckverfahren herstellen und behält nach dem Druck eine dichte Struktur mit hoher Festigkeit bei. Professor Yu erklärte: „Dieser Verbundwerkstoff ist zug-, biege- und druckfest und absorbiert Energie durch spannungsinduzierte martensitische Phasenumwandlung. Dies ermöglicht uns die Herstellung großer Produkte mit praktischem Anwendungspotenzial.“ Das Forschungsteam ist nicht das erste, das Formgedächtniskeramik erforscht, doch bisherige Untersuchungen beschränkten sich größtenteils auf den Mikrometerbereich. Der Durchbruch dieser neuen Arbeit liegt in der erfolgreichen Herstellung und Anwendung des Materials im makroskopischen Maßstab. Dies wird durch die gleichmäßige Verteilung winziger Keramikpartikel in einer Metallmatrix und den Einsatz von Festkörper-3D-Druck für die integrale Formgebung erreicht. Professor Hang Yu betonte: „Diese Forschung nutzt erstmals skalierbare Festkörper-3D-Drucktechnologie zur Herstellung blockförmiger Formgedächtniskeramik-Metallmatrix-Verbundwerkstoffe.“
Dieser neuartige Verbundwerkstoff bietet die Möglichkeit, die einzigartigen Eigenschaften von Keramik in größerem Maßstab zu nutzen. Das Team ist überzeugt, dass dieses Material Anwendungspotenzial in Bereichen besitzt, die Schwingungsdämpfung, Energieabsorption oder Leichtbau erfordern, wie beispielsweise Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, Infrastruktur oder Hochleistungssportgeräte. Teammitglied und Erstautor der Studie, Donnie Erb, erklärte: „Dieser Verbundwerkstoff verleiht einem Metall, das bereits für bestimmte Anwendungen geeignet war, neue Funktionalitäten.“
Diese Forschung spiegelt auch die Forschungsaktivitäten der Virginia Tech im Bereich der fortgeschrittenen Fertigung wider. Professor Hang Yu ist Mitglied des zuständigen Forschungszentrums der Universität und engagiert sich seit Langem in der Forschung und Anwendungsentwicklung der additiven Rührreibschweißtechnologie.
Weitere Informationen: Autoren: Donald J. Erb et al., Titel: „Festkörper-Additive Fertigung von formgedächtniskeramikverstärkten Verbundwerkstoffen“, veröffentlicht in: Materials Science & Engineering: R: Reports (2026). Zeitschrifteninformationen: Science.
