Herstellung und Charakterisierung von zellulären Metallen (MEMoRIAL-M2.6)

Aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften stehen metallische zelluläre Strukturen im Mittelpunkt von Forschung und Entwicklung. Eine große Anzahl potenzieller Anwendungen wurde bereits erforscht. Das Hauptinteresse gilt dabei Bereichen wie biomedizinischen Geräten, Trägerstrukturen mit hoher Torsität für fluiddynamische Anwendungen und Trägerstrukturen für aktive Komponenten in Wärmetransformationsanwendungen wie Adsorptionswärmespeichern und Adsorptionswärmepumpen.

Allerdings ist die spezifische Oberfläche dieser Strukturen in der Regel zu klein. Außerdem können zelluläre Strukturen zu mechanischen Instabilitäten der Materialien führen, wenn kritische Höhen oder Durchmesser überschritten werden. Um diese Lücke zu schließen, wurde eine neuartige Fertigungsstrategie entwickelt und auf offenzellige Aluminium- und Kupferschäume übertragen. Um die Porosität in diesen Schäumen zu erhöhen, wurde ein Retikulationsverfahren für die Schaumstoffherstellung mit zwei Gefrierverfahrenschritten kombiniert. Dies führte zur Bildung flächiger Poren in den Streben der Metallschäume und zu einer deutlichen Erhöhung der Gesamtporosität. Trotz der höheren Porosität sind beide Metallschäume mechanisch stabil, und der Grundsatzbeweis zeigte, dass die Menge an aktiven Komponenten - die neuartigen Aluminiumschäume waren mit dem Zeolith SAPO-34 und der hochporöse Kupferschaum mit dem MOF HKUST-I beladen - im Vergleich zu den ohne zusätzliche Gefrierschritte verarbeiteten Schäumen deutlich höher ist.

Preparation and characterisation of cellular metals (MEMoRIAL-M2.6)

Due to their outstanding properties metallic cellular structures have increasingly come into focus of research and development. A great number of potential applications has yet been addressed, not least including the utilisation for the purpose of structural support as well as applications in the fields of light-weight construction or biomedicine.

However, the specific surface area of those structures is commonly too small. Moreover, cellular structures may cause mechanical instabilities of materials if critical heigths or diameters are exceeded. To bridge this gap, novel manufacturing strategies have to be developed and transferred to common materials.

The objective of this sub-project is to develop a novel processing route in order to produce mechanically stable, high-surface area cellular metals. The development of "process-microstructure-properties" relations is essential for the understanding of the material's behaviour.

Solid state microstructure and mechanical characterisation, non-destructive and application-related testing, as well as collaborations with our partners of the materials simulation group make up integral parts of this sub-project.