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Umweltbewusst fliegen mit neuen Hightech-Materialien

Durch die steigende interkontinentale Mobilität wird pro Jahr knapp 1 Milliarde Tonnen CO2 von Flugzeugen ausgestoßen. Damit wird die Klimawirkung durch den Flugverkehr auf knapp 5 % geschätzt. Um das Fliegen effektiver und umweltbewusster zu machen, ist eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Flugzeuge unumgänglich. Mit dem Einsatz von neuen Materialien in hochbeanspruchten Turbinenkomponenten können höhere Betriebstemperaturen und damit eine höhere Effizienz erzielt werden, die eine erhebliche Verringerung des CO2-Ausstoßes ermöglichen.

Am Materials Center Leoben Forschung GmbH (MCL) beschäftigen sich interdisziplinäre Forschungsteams bereits seit Jahrzehnten mit der Entwicklung moderner Hightech-Materialien für unterschiedlichste Anwendungen. Die Kombination von innovativen Berechnungsmethoden, künstlicher Intelligenz und experimentellen Prüfmethoden revolutioniert dabei das moderne Materialdesign. Die computerunterstütze Materialentwicklung am MCL ermöglicht es, komplex zusammengesetzte Materialien am Bildschirm zu designen und Leistungsfähigkeit und Funktionalität des Werkstoffes vorherzusagen. Die dafür am MCL entwickelte Software (MDToolKit) weist dabei eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche auf, welche auch unroutinierten Anwendern einen Ausblick in die Entstehung von Legierungen und deren Eigenschaften geben kann.

Die für Flugzeugturbinen am Computer entwickelten und experimentell validierten neuartigen Materialien basieren auf den Elementen Chrom, Kobalt, Eisen und Nickel. Diese Materialien bilden sogenannte Ausscheidungen – lediglich nanometergroße Bausteine im Materialverbund –, die auch bei hohen Temperaturen stabil sind. Diese Ausscheidungen zusammen mit einer hohen Vermischung der enthaltenen Elemente verhindern die innere Beweglichkeit von Atomen und erhöhen damit erheblich die Festigkeit des Materials. Bei erfolgreicher Entwicklung könnten die lokalen Betriebstemperaturen von Turbinen von 650°C auf bis zu über 1000°C gesteigert werden. Mit den Partnern – der voestalpine Böhler Aerospace GmbH & Co KG und der voestalpine Böhler Edelstahl GmbH & Co KG – konnten bereits erste, bis zu 40 kg schwere Schmiedestücke aus der neuartigen Legierung hergestellt werden, die nun experimentell validiert werden.

Gelingt es diese neuartigen Legierungen in die Anwendung zu bringen, können zukünftig Flugzeuge mit hocheffektiven, emissionsarmen Turbinen betrieben werden, mit denen sich neben der geringeren Umweltbelastung auch längere Flugstrecken und kürzere Flugzeiten realisieren lassen.

FÖRDERGEBER:
MCL als Träger des Kompetenzzentrums IC-MPPE wird von den Bundesministerien BMK und BMDW sowie von den Bundesländern Steiermark,
Oberösterreich und Tirol – im Rahmen von COMET – gefördert. Die vorliegenden Entwicklungen werden im Rahmen der „Produktion der Zukunft“
(FFG) gefördert.

Mehr Informationen:
www.mcl.at

Entgeltliche Einschaltung in Form einer Medienkooperation mit österreichischen Forschungsinstitutionen. Die redaktionelle Verantwortung liegt beim JUST.