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Materialdesign merzt Schwachstellen aus

Die Lebensdauer von Werkstoffen zu verlängern ist eines der Ziele des Materials Center Leoben MCL. Computergestütztes Materialdesign hilft dabei, Schwachstellen in Metalllegierungen zu erkennen und auszumerzen.

Wir wollen verhindern, dass sich Material verformt, abbricht oder im Fall von elektronischen Bauteilen überhitzt“, schildert Daniel Scheiber, Senior Scientist am MCL. „Die Lebensdauer von Werkstoffen zu verlängern und somit den Menschen Ärger zu ersparen und der Umwelt Gutes zu tun, ist die Mission des MCL. Computergestütztes Materialdesign, egal ob auf physikalischen Modellen oder auf künstlicher Intelligenz basierend, hilft dabei, die Entwicklungszeiten wesentlich zu verkürzen und überdies zielgerichtete Materialinnovationen hervorzubringen.“

Scheiber und sein Team setzen sogar auf der tiefsten möglichen Ebene des Materialdesigns an: dem atomaren Bereich. „Metalle haben eigentlich eine perfekte Kristallstruktur“, schildert der Senior Scientist. „Aber auch in Metallen gibt es Grenzflächen, an denen die Kristallebenen gegeneinander verdreht sein können. Oder es existieren Leerstellen, in denen Atome im Kristallgitter fehlen.“ Das kann das Metall so weit schwächen, dass es später zu Rissbildungen kommt, die zum Bruch oder der Überhitzung eines kompletten Bauteils führen. Im Fall von Autos, Flugzeugen, Eisenbahnen oder Akkus kann das zu einer Katastrophe führen.

„Glücklicherweise gibt es auch chemische Elemente, die die Eigenschaften positiv beeinflussen und Herstellungsprozesse, die verhindern, dass die ungünstigen Elemente an die kritischen Positionen im Werkstoff gelangen oder ihre schädliche Wirkung entfalten können“, sagt Scheiber. Um die richtigen chemischen Zusammensetzungen und Herstellungsprozesse zu designen, sei die computergestützte Materialentwicklung des MCL gefragt. Diese Methode spare der Industrie teure Trial-and-Error-Experimente. Außerdem werde die Entwicklung von neuen und verbesserten Bauteilen beschleunigt.

Die am MCL entwickelten Materialsimulationen werden von der Industrie im großen Stil genutzt, sagt Scheiber. „Wir haben Kunden und Forschungspartner in Österreich und der ganzen Welt.“ Eine neuere Entwicklung im Bereich des computergestützten Materialdesigns ist die Verknüpfung von vielerlei Daten zu einem Gesamtbild mit einer übergreifenden Softwareplattform. Eine solche Plattform wird gerade am MCL entwickelt.

Mehr Informationen:
MCL als Träger des Kompetenzzentrums IC-MPPE – Integrated Computational Materials, Processes and Product Engineering – wird von den Bundesministerien BMK und BMDW sowie von den Bundesländern Steiermark, Oberösterreich und Tirol im Rahmen von COMET (Competence Centers for Excellent Technologies) gefördert. Die COMET-Förderung wird von der FFG abgewickelt.

www.mcl.at

 

Fotocredit: MCL

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