Die Werkstoffe der Zukunft

Werkstoffe mithilfe von elektrischen und magnetischen Feldern herstellen und bearbeiten:  Forscher nutzen neuen Verfahren um Materialien mit bisher unerreichten Funktionalitäten zu erzeugen.

Leistungsfähige Materialien sind Basis für eine nachhaltige, flexible und effiziente Versorgung mit erneuerbaren Energien. Die Herstellung ist aber oft sehr zeit- und energieaufwändig: Derzeit verwendet die Wirtschaft etwa sieben Prozent des gesamten Primärenergiebedarfs in Deutschland für industrielle Wärmebehandlungen zur Herstellung von metallischen und keramischen Bauteilen.

Diesen Energiebedarf können innovative Herstellungsverfahren stark verringern – beispielsweise die Bearbeitung von Materialien mithilfe elektrischer und magnetischer Felder.

Elektromagnetische Energie als Werkzeug

„Elektromagnetische Energie kann auf verschiedene Weise bei der Herstellung von Materialien genutzt werden“, erklärt Olivier Guillon vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-1). „Sie bietet die Möglichkeit, Materialien mit bisher unerreichten Funktionalitäten zu erzeugen. Sie kann die Herstellung beschleunigen, oder normalerweise spröde und schwer zu bearbeitende Werkstoffe plastisch verformbar machen, so dass sie leichter zu bearbeiten sind.“

Darüber können mit solchen Verfahren spezielle Legierungen und Materialkompositionen hergestellt werden, die ohne elektrische oder magnetische Felder nur schwer oder gar nicht erzeugt werden könnten. Teure und kritische Materialien ließen sich durch leichter verfügbare ersetzen – beispielsweise Eisen-Nickel-Permanentmagnete anstatt solche aus Neodym oder Cobalt. Zusätzlich können Forscher Degradationsmechanismen bei elektrochemischen Zellen für Festoxidelektrolyse und Festkörperbatterien besser verstehen.

Die Materialbearbeitung mit elektrischen und magnetischen Feldern ist ein interdisziplinärer Forschungsbereich. „Er verbindet die traditionellen Ingenieursbereiche der Materialwissenschaften und der Herstellungstechnik mit fundamentalen naturwissenschaftlichen Fragestellungen“, so Guillon. „Durch unsere Forschung wird ein grundlegendes Verständnis zu den Wechselwirkungen zwischen Atomen, Ionen, und Defekten und elektrischen und magnetischen Feldern aufgebaut. Wir wollen verstehen, wie Materie transportiert wird – auf allen Ebenen, vom Atom bis hin zum kompletten Bauteil.“