Innovatives Software-Instrument ermöglicht Legierungen der nächsten Generation
Mit einem Durchmesser von nur einigen zig Nanometern sind Metalle aus nanokristallinen Werkstoffen häufig viel stabiler als konventionelle grobkörnige Werkstoffe. Trotz dieser vorteilhaften Eigenschaften war es der Wissenschaft bisher nicht möglich, die Leistung nanokristalliner Werkstoffe vorherzusagen – ein Faktor, der die Marktaufnahme wesentlich beschränkt. Dies wird sich dank eines innovativen Software-Instrumentes namens ICARUS-SW bald ändern. „ICARUS-SW ist ein Software-Instrument, das so geschaffen wurde, dass es die Korngrenzen von Werkstoffen berücksichtigt“, sagt Stefanie Prenner, Forscherin bei Brimatech Services GmbH und Projektkoordinatorin von ICARUS-SW. „Das Ergebnis ist eine neue Lösung, die den Weg zur Beschreibung und Analyse thermodynamisch stabiler nanokristalliner Legierungen ebnen könnte.“ Das Instrument ICARUS-SW ist eines der Resultate des EU-finanzierten Projekts ICARUS, das im August 2019 auslief. Während der einjährigen Laufzeit des Projekts ICARUS-SW haben Forschende eine tiefgehende Marktanalyse des Instrumentes durchgeführt. Diese beinhaltete eine Wettbewerbsanalyse, bei der potentielle Nutzer sowie die technische und ökonomische Machbarkeit untersucht wurden.
Hauptunterscheidungsmerkmale
Es gibt mehrere kommerzielle CALPHAD-Softwareprodukte zur Simulation und Modellierung der thermischen Stabilität von Legierungen auf dem Markt. Die Einzigartigkeit von ICARUS-SW liegt in der Fähigkeit, nanospezifische Berechnungen durchzuführen, die nicht nur Korngrenzen berücksichtigen, sondern auch die Möglichkeit bieten, die Nanostruktur eines Werkstoffs zu beschreiben. „Diese Unterscheidungsmerkmale können zu neuen Werkstofffamilien mit beispiellosen Eigenschaften und einzigartiger Leistung in verschiedenen Anwendungsbereichen führen“, erklärt Prenner. „Neue Konstruktionswerkstoffe, strahlungsresistente Metalle, technische Nanostrukturen für die Katalyse und Energieerzeugung, Leichtlegierungen und Korrosionsschutzbeschichtungen – all diese Dinge könnten mit ICARUS-SW verfügbar werden und viele Herausforderungen in Wissenschaft und Technologie lösen.“ Im Vorgängerprojekt FET ICARUS wurden verschiedene nanokristalline Legierungen (meist auf Basis von Wolfram) zur Validierung des Software-Codes hergestellt.
Ein Prognosewerkzeug für die Forschung
Eine zentrale Herausforderung für das Projektteam war die Definition der effektivsten Strategie zur Entwicklung des Instrumentes ICARUS-SW von wissenschaftlicher Theorie zu einem kommerziellen Produkt, das auf dem Markt für Software zur Berechnung von Thermodynamik mithalten kann. In diesem Zusammenhang hat das Team Nutzer und relevante Interessenvertreter ausgemacht und befragt, um mehr über die tatsächlichen Ansprüche und Anforderungen sowie die Stärken und Begrenzungen vorhandener Lösungen zu lernen. Darüber hinaus wurden Hersteller ähnlicher Software-Instrumente befragt, um die Anforderungen auf Seite des Software-Anbieters einzuschätzen und Kollaborationsmöglichkeiten zu ergründen. „Durch diese Arbeit haben wir eine Möglichkeit erkannt, ICARUS-SW als Prognosewerkzeug zur Erforschung, Identifikation und Erstellung neuer thermodynamisch stabiler nanokristalliner Metalllegierungen mit verbesserten Eigenschaften einzuführen“, sagt Prenner.
Eine neue Generation der Legierungen
Das Projekt hat den potenziellen Beitrag des Instrumentes ICARUS-SW zur Entwicklung neuer Werkstofffamilien mit nicht nur beispiellosen Eigenschaften und einzigartiger Leistung, sondern auch einer Reihe anderer Vorteile untersucht. Diese Vorteile beinhalten einen geringeren Zeit- und Kostenaufwand bei der Produktentwicklung, weniger Abhängigkeit von importierten unerlässlichen Rohmaterialien sowie eine verbesserte europäische Wettbewerbsfähigkeit im Bereich technischer Werkstoffe. „Wir hoffen, dass das Projekt den Grundstein zur Entwicklung eines Endprodukts gelegt hat, das den Entwurf einer vollkommen neuen Generation der Legierungen ermöglicht“, fügt Prenner hinzu.
Schlüsselbegriffe
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