Innovative Werkstoffe und Technologien für das neue Jahrtausend

Innovative Werkstoffe und Technologien für das neue Jahrtausend

Von Dr. Kerstin Dittes, Materialforschungsverbund Dresden e.V. in Gründung                        

Bruchzähigkeitstest an polymeren Verbundwerkstoffen: Mikroskopische Aufzeichnung des Risswachstums beim DCB­Versuch (Double Cantilever beam ­ Doppel­Biegebalken) 

Foto: Institut für Polymerforschung 

Die moderne Werkstoff­Forschung stellt eine wichtige Grundlage für Hochtechnologie und zukünftige Innovationendar.   Leistungsfähigkeit,   Wirtschaftlichkeit   und   Akzeptanz   industrieller   Produkte   hängen   entscheidend   von   deneingesetzten Materialien ab.  Jedoch tritt  der  Werkstoff   im Bewusstsein der Öffentlichkeit  häufig hinter das fertigeSystem oder Endprodukt zurück. Dabei sind die Fortschritte z.B. in der Mikroelektronik, der Bio­ und Nanotechnologieoder im Leichtbau ohne innovative Materialien kaum noch denkbar. Das vorliegende Heft zeigt einen Ausschnitt ausdem   riesigen   Spektrum   ihrer   Entwicklung   und   Anwendung.   Gleichzeitig   möchte   sich   damit   derMaterialforschungsverbund   Dresden   (MFD)   vorstellen,   der   einen   großen   Teil   der   hiesigen   Werkstoff­Kompetenzrepräsentiert. 

Denn   Dresden   gehört   nicht   nur   zu   den   führenden   Materialforschungszentren   Deutschlands   sondern   ist   auchinternational   als   wichtiger   Standort   der   Werkstoffwissenschaften   sichtbar.   Hier   bündeln   sich   Kompetenz   undSpitzentechnologien   in   außergewöhnlicher  Vielfalt.   Das  Forschungsspektrum  umfasst   nahezu  alle  Materialklassen,angefangen bei den verschiedensten Metallen, über die Polymere bis hin zu Keramik und Verbundwerkstoffen. TiefeTemperaturen   und   hohe   Magnetfelder   kommen   ebenso   zum   Einsatz   wie   Oberflächen­,   Schicht­   undLeichtbautechnologien.   Geforscht   wird   sowohl   an   biokompatiblen   Materialien   als   auch   an   neuartigenEinsatzmöglichkeiten der Supraleitung. 

Um dieser Kompetenz größeres Gewicht zu verleihen, wurde 1993 der Materialforschungsverbund Dresden gegründet.Er ist eine freiwillige Vereinigung von 10 Instituten der Technischen Universität Dresden und 10 außeruniversitärenForschungseinrichtungen, die auf dem Gebiet der Material­ und Werkstoffwissenschaften tätig sind (darunter Instituteder Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried­Wilhelm­Leibniz sowie der Fraunhofer­ und der Max­Planck­Gesellschaft).Er dient der gemeinsamen Forschung, fördert die Zusammenarbeit in Verbundprojekten, bei Großinvestitionen sowiebeim   Transfer   der   Ergebnisse   in   die   Praxis.   Darüber   hinaus   führt   der   MFD   die   Institute   auch   in   Fragen   derinternationalen material­wissenschaftlichen Kooperation und in ihrem Bemühen um den wissenschaftlichen Nachwuchszusammen. Und nicht zuletzt soll er  die Öffentlichkeit über herausragende Vorhaben und Ergebnisse der DresdnerMaterialforschung informieren. 

Materialwissenschaftliche Forschung befasst sich mit der Aufklärung  der Zusammenhänge zwischen Stöchiometrie,Struktur, Synthese und Gebrauchseigenschaften von Werkstoffen sowie mit deren Herstellungstechnologie. Sie zielt aufdie Synthese und Charakterisierung neuer Materialien, auf die Verbesserung konventioneller Werkstoffe, sowie auf dieEntwicklung   und   Optimierung   der   entsprechenden   Verfahren   und   Prozessabläufe.   Neue   Erkenntnisse   in   derWerkstoffentwicklung oder  Verfahrenstechnik wirken sich häufig  auf  ganz unterschiedliche Technologiefelder  aus,weil ein neuer Werkstoff in einer Vielzahl von Komponenten verarbeitet werden kann. Dabei ist die enge Verflechtung

von Forschung und Industrie eine wichtige Voraussetzung, um marktfähige Produkte und Verfahren entwickeln zukönnen.   Diese   wiederum  sind  von   außerordentlicher  Bedeutung   für   die   Leistungs­   und  Wettbewerbsfähigkeit   derWirtschaft, für Ressourcenschonung und Nachhaltigkeit sowie für die Erhöhung der Lebensqualität im allgemeinen. 

Wer sich Spitzenergebnisse der Dresdner Materialforschung direkt anschauen wollte,  konnte das in diesem Jahr anverschiedenen Stellen der Stadt tun. Über 40 Exponate präsentiert die erste Sonderausstellung des MFD, die u.a. imWorld Trade Center, in der Goldenen Pforte des Rathauses, im neuen Teminal auf dem Flughafen Dresden und auf derIndustriefachmesse   IFM   2001   in   Dresden   zu   sehen   war.   Gezeigt   wurden   u.a.   metallische   Hohlkugel­Strukturen,biokompatibler Knochenersatz, ein Langzeitspeicher­Chip für die Mobilkommunikation oder ein neuer pH­Sensor fürdie  Futtermittel­  und  Bodenanalytik.  Auch eine  nahezu  unscheinbare  Aluminium­Oberfläche,  die   ebenso  Schmutzabweisend ist wie die Blätter der Lotos­Blume, gehört dazu (siehe Abbildung unten). 

Wassertropfen auf einer ultrahydrophob modifizierten Aluminiumoberfläche Foto: Institut für Polymerforschung 

Im Dezember "wandert" die Ausstellung dann ins Hörsaalzentrum der TU Dresden, um dort eine neue Ringvorlesungzu   begleiten,   die   der   MFD   zusammen   mit   der   Universität   für   das   STUDIUM   GENERALE   und   die   DresdnerBürgeruniversität organisiert hat. Sieben Vorträge in 14­täglichem Abstand sollen moderne materialwissenschaftlicheThemen,   die   in   den   TU­Mitgliedsinstituten   und   besonders   in   den   außeruniversitären   Forschungseinrichtungenbearbeitet werden, auf anschauliche Weise präsentieren. Vorlesungsbeginn: 10. Oktober 2001. 

Zum Materialforschungsverbund Dresden gehören folgende Institute: 

• Wissenschaftsgemeinschaft Gottfried Wilhelm Leibniz:    Institut für Festkörper und Werkstoffforschung Dresden e.V. (IFW), Institut für Polymerforschung Dresdene.V. (IPF), Forschungszentrum Rossendorf e.V. (FZR) mit dem Institut für Ionenstrahlphysik undMaterialforschung sowie dem Institut für Sicherheitsforschung 

• Fraunhofer­Gesellschaft:    Fraunhofer­Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe (IKTS), Fraunhofer­Institut fürWerkstoff­ und Strahltechnik (IWS), Fraunhofer­Institut für Fertigungstechnik und angewandteMaterialforschung (IFAM) ­ Außenstelle Pulvermetallurgie und Verbundwerkstoffe Dresden, Fraunhofer­Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren ­ Außenstelle für Akustische Diagnose und Qualitätssicherung(EADQ) 

• Max­Planck­Gesellschaft:    Max­Planck­Institut für Chemische Physik fester Stoffe (MPI­CPfS) 

• ForschungsGmbH:    IMA Materialforschung und Anwendungstechnik Dresden GmbH 

• TU Dresden:    

Institut für Werkstoffwissenschaft (IfWW), Institut für Makromolekulare Chemie und Textilchemie (IMCT),Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie (IPEC), Institut für Textil­ und Bekleidungstechnik(ITB), Institut für Halbleiter und Mikrosystemtechnik (IHM), Institut für Produktionstechnik (IPT), Institutfür Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK), Institut für Physikalische Metallkunde (IPMK), Institut fürAngewandte Physik und Didaktik der Physik (IAPD), Institut für Kristallographie und Festkörperphysik(IKFP) 

Dämmstoffstrukturen und textile Bewehrungen

Entwicklung neuartiger Dämmstoffstrukturen für vielfältige An wendungen                  In Zusammenarbeit mit der ASGLAWO GmbH, Freiberg und der Staatlichen Universität  für Technologie undDesign, St. Petersburg (RU) werden am Institut für  Textil­ und Bekleidungstechnik der TU Dresden neuartigeDämmstoffstrukturen entwickelt. 

Wir danken dem BMBF für die  finanzielle Förderung des Forschungsvorhabens  (BMBF 01 RP 9705),  demProjektträger der DLR sowie den Industriepartnern für die fachliche Unterstützung. 

Die für die Wärmedämmung notwendigen Gaseinschlüsse werden durch schichtbildende Membranen,  die senkrechtzum Wärmestrom stehen, erzeugt. Die Abstandshalter in Form von nahezu senkrecht stehenden Distanzfasern werdenmittels elektrostatischer Beflockung appliziert. Nach dem Stapeln mehrerer beflockter Membranen wird der Dämmstoffanforderungsgerecht konfektioniert. Durch die gezielte Variation der Strukturparameter, wie Faserlänge, Faserfeinheit,Faseranzahl   sowohl  Emissionsgrad  und  Flächenmasse  der  Membranen,  kann  die  Zielstellung   ­  Entwicklung  einesWärmedämmstoffes mit geringer Wärmeleitfähigkeit und Dichte und hoher Flexibilität für vielfältige Anwendungen ­erfüllt werden. 

Auf der Laboranlage des Institutes werden verschiedenste Muster mit variablen Strukturen hergestellt. 

Demnächst  wird   für  die  kontinuierliche Herstellung  des  Dämmstoffes  eine  Pilotanlage bei  der  Firma ASGLAWOGmbH in Betrieb genommen. Diese Beflockungsanlage verfügt über folgende technische Parameter: Arbeitsbreite bis1,60 m; Hochspannung bis 100 kV; Arbeitsgeschwindigkeit 1 bis 10 m / min, Länge ca. 30 m und Breite ca. 3 m. Aus der Vielzahl möglicher Einsatzgebiete werden aus dem Bekleidungsbereich die Feuerwehrschutzkleidung und dieKälteschutzkleidung   (KSK)   ausgewählt.   Aus   dem   technischen   Anwendungsbereich   stellen   Hitzeschilde   für   denAutomobilbereich Zielprodukte für einen Einsatz des SIFD dar. Beispielhaft werden abschließend Ergebnisse zum Einsatz des SIFD innerhalb der KSK vorgestellt. Als Trägermaterialkann kupfer­ oder silberbeschichtetes Polyamid (PA) ­ Gewebe verwendet werden. Im Diagramm erfolgt ein Vergleicheiner Standardvariante mit ausgewählten SIFD­Aufbauten. 

Legende: 

SIFD­KSK 1 Membran: PA­Gewebe, versilbert Faser: PA­Flock; 3 mm; 22 dtex Deckungsgrad: 3,62 % 

SIFD­KSK 2 Membran: PA­Gewebe, versilbert Faser: PA­Flock; 3 mm; 22 dtex Deckungsgrad: 5,00 % 

Die   durchgeführten   Untersuchungen   zeigen,   dass   die   ausgewählten   Strukturen   des   SIFD   eine   sehr   geringeWärmeleitfähigkeit und Dichte besitzen. Für die weitere Projektlaufzeit sind noch umfangreiche Forschungsarbeitenwie z.B. produktspezifische Versuche und Gestaltung reproduzierbarer Produktbeispiele und abschließende Prüfungenvorgesehen.   Im   Rahmen   eines   AiF­Projektes   werden   Untersuchungen   zum   Einsatz   beflockter   Flächen   für   denSchallschutz in Fahrzeugen durchgeführt.

Betonmastsanierung mit mehraxialen Gelegen aus alkaliresistentem Glas                   Textile Bewehrungen für Beton eignen sich nicht nur zur Herstellung von Fertigteilen, sondern können auch vorOrt   zur   Erhaltung,   Instandsetzung,   Ertüchtigung   und   Erhöhung   der   Tragfähigkeit   alter   Bausubstanznutzbringend eingesetzt  werden.  Ein praktisches  Beispiel  wird mit  der Verstärkung von Spannbetonmastengezeigt, die an der TU Dresden im Rahmen des AiF­Projektes 11981 B untersucht wurde. 

Ein   großer   Teil   der   installierten   Stahl­   und   Spannbetonmasten   zeigt  nach   Standzeiten  von   mehreren   JahrzehntenSchäden,   die   als   reparabel   eingeschätzt   werden.   Weniger   problematisch   sind   hierbei   Längsrisse,   während   dieBeseitigung von Torsionsschäden an den Mastzöpfen höhere Anforderungen an das Sanierungsverfahren stellen. 

Im   Gegensatz   zu   bekannten   Konservierungs­   und   Sanierungsverfahren   zielt   das   an   der   TU   Dresden   entwickelteKonzept von vornherein auf eine nachträgliche Erhöhung des Tragwiderstandes der Masten ab. Die Wiederherstellungder Stabilität wird mit dem Aufbringen eines Mantels aus textilbewehrtem Beton über die gesamte Mastlänge erreicht. 

Bei der verwendeten Feinbetonrezeptur handelt es sich um einen "Glasfaserbeton der zweiten Generation". Der damitverbundene Einsatz von Microsilica wirkt sich auch in Hinblick auf das Spritz­ bzw. Sprühverhalten vorteilhaft aus. 

Die Ausführung der Bewehrung, mit der die Verstärkung der Masten auf Torsion und Biegung verwirklicht werdensoll, erfolgt mittels multiaxialer Nähwirktechnik. Das multiaxiale nähgewirkte Gelege aus alkaliresistentem Glas (AR­Glas) ist so ausgelegt, dass alle auftretenden Zugspannungsrichtungen in einem Betonmast mit Kreisringquerschnittgleichermaßen abgedeckt werden. Die Aufbringung der textilen Bewehrung erfolgt mehrlagig im Nass­Nass­Verfahren.

Aufringen eines multiaxialen nähgewirkten Geleges aus AR­Glasfilamentgarnen 

Die erzielte höhere Belastbarkeit wird durch Tragfähigkeitsversuche an den nicht vorgeschädigten unverstärkten undverstärkten   Originalmasten   bzw.   Mastfragmenten   nachgewiesen.   Die   erhöhte   Tragfähigkeit   ist   dabei   von   derangewendeten   Applikationstechnologie   abhängig.   So   erweist   sich   die   "Tapeziertechnik"   als   vorteilhaft.   DieBiegeversuche ergeben mit einer  dreilagigen  Tapezierverstärkung  bei  einer  Schichtdicke von insgesamt 1 cm eineTragfähigkeitserhöhung von etwa 30 %. In den Torsionsversuchen wird mit der gleichen Verstärkung eine maximaleLaststeigerung von ca. 60 % erreicht. Bei den Biegeversuchen ist neben der Erhöhung der Tragfähigkeit  auch eineVerbesserung des Verformungsverhaltens festzustellen. 

Als   ein   weiteres   Resultat   der   Forschungsarbeiten   ist   der   Ansatz   für   ein   Bemessungskonzept   und   der   darinvorgeschlagene Teilsicherheitsfaktor für textilbewehrten Beton zu werten. 

Die   am   Beispiel   der   Masten   demonstrierte   Verstärkung   bietet   auch   aus   wirtschaftlicher   Sicht   eine   alternativeSanierungsmöglichkeit   zur   langfristigen   Erhaltung   von   vorhandener   Bausubstanz.   Die   einfache   Anwendung   derentwickelten   textilen   Bewehrung   für   gekrümmte   Bauteile   sowie   für   gerade   Elemente   mit   verschiedenenBelastungsrichtungen, aber auch die sich daraus ergebenden perspektivischen Einsatzmöglichkeiten für neue Bauteilebestätigen die Erwartungen an den neuartigen Baustoff Textilbeton. 

Querschnitt eines nachträglich verstärkten Spannbetonmastes (Verstärkungsschichtdicke 10 mm)

Stärkegebundene Dämmstoffe und Verpackungsformkörper                  

Stärkegebundene plattenförmige Dämmstoffe aus Holz­ und Einjahrespflanzenfaserstoffen 

Im Zusammenhang mit den Forderungen nach rationellem Umgang mit Energie und der Schonung fossiler Ressourcengewinnt   die   Entwicklung   und   Bereitstellung   ökologischer   und   ökonomisch   effektiver   Dämmstoffe   undVerpackungsformkörper zunehmend an Bedeutung. 

Heute   vordergründig   eingesetzte   Dämmstoffe   und   Verpackungsmaterialien   sind   diesbezüglich   in   Kritik   geraten.Vielfach wird bei diesen Materialien der ökologischen Komponente zu wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Gemessenwird  hauptsächlich   am  Preis  und  an  den  physikalisch­mechanischen  Eigenschaften;  die  ökologischen  Folgekostenwerden in der Regel außer Acht gelassen. 

Am   Institut   für   Holz­   und   Papiertechnik   wurden   und   werden   Entwicklungsarbeiten   zur   Herstellung   alternativerDämmstoffe   sowohl   im   Bereich   der   Wärme­   als   auch   der   Trittschalldämmung   und   im   Bereich   derVerpackungsformkörper durchgeführt. 

Als Strukturbildner dienen dabei  lignocellulose Fasersortimente aus Holz und einheimischen Einjahrespflanzen wieGetreidestroh sowie Hanf­ und Flachsstroh, aber auch im Rahmen internationaler Zusammenarbeiten solch exotischeFasersortimente wie Bambus, Melaleuca, Reisschalen, Reisstroh und Bagasse. Als Bindemittel für die hergestellten Dämmstoffe und Verpackungsformkörper dienen überwiegend Stärke in nativerForm und in ihren unterschiedlichen Modifizierungen. 

Für die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung stärkegebundener Werkstoffe galten folgende Prämissen: 

• Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der wesentlichen stofflich­strukturellen und verfahrenstechnischenParameter 

• Variabilität und Anpassbarkeit an sich notwendig machende stoffliche und erzeugnisseitige Modifikationen • Nutzbarkeit bekannter und verfügbarer Verfahren und Anlagentechnik 

Zur  Plattenherstellung  wird  das  Trockenverfahren  benutzt.  Die  Zugabe  des  Bindemittels  Stärke  erfolgt   sowohl   inPulverform als auch in Form einer Suspension, wodurch ein größeres Volumen an faserumhüllender Klebstoffsubstanzbereitgestellt werden kann. 

Folgende Erkenntnisse konnten gewonnen werden: 

• Dämmplatten mit hohen Druckfestigkeiten bei gleichzeitig niedrigen Dichten ab 100 kg / m3 aufwärts sindherstellbar. 

• Die Wärmedämmwerte für die nach deutscher Norm angestrebte Wärmeleitfähigkeitsgruppe WLG 45 werdenerreicht. 

• Die ermittelten Werte für die Wasserdampfdiffusion liegen in den Bereichen von aus pflanzlichen Faserstoffenhergestellten Dämmplatten. 

• Hergestellte Verpackungen für Weinflaschen bestanden die Postfallprüfung. 

Die   Zielstellung,   biologisch   abbaubare   Dämmstoffe   mit   guten   Dämm­   und   Festigkeitswerten   sowieVerpackungsformkörper  umweltfreundlich herzustellen, erscheint auf Grund der  vorliegenden erfolgversprechendenArbeitsergebnisse realisierbar. Um die vorhersehbaren guten Verwertungschancen zu nutzen, werden zum gegenwärtigen Zeitpunkt Industriepartneraus dem Bereich der KMU zum Bau einer Pilotanlage gesucht. Eine schutzrechtliche Anmeldung ist erfolgt. 

Stärkegebundene Formteile aus Holzfaser­ und Einjahrespflanzenfaserstoffen 

Verpackung für den Versand von Weinflaschen 

Förderung durch: 

Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, vertreten durch die Fachagentur für  nachwachsendeRohstoffe 

Sächsische Aufbaubank 

Projektpartner: 

Glunz AG, Göttingen 

Ingenieurbüro für Verpackung Dresden

Kunststoffe aus Kartoffeln, Recyclingmaterial bis Hightech-Mikroelektronik

Neue polymere Materialien als Isolatorschichten in mikroelektronischen Bauteilen                  

Das   Institut   für   Polymerforschung   Dresden   e.V.   (IPF)   beschäftigt   sich   mit   der   Entwicklung   neuer   und   derModifizierung und Verbesserung bekannter polymerer Werkstoffe. Dabei stehen insbesondere die Eigenschaften derGrenzschicht   beziehungsweise   der   Oberfläche   der   Materialien   im   Vordergrund.   Bei   vielen   Anwendungen   vonWerkstoffen   müssen   gerade   die   Wechselwirkungen   an   der   Oberfläche   oder   zwischen   zwei   Werkstoffklassenberücksichtigt werden. 

Ein   klassisches   Beispiel   hierfür   ist   die   Anwendung   polymerer   Werkstoffe   in   der   Mikroelektronik,   z.B.   alsIsolatorschichten   zwischen   den   Leiterbahnen.   Die  Entwicklung   in   der   Mikroelektronik   hin   zu   immer   schnellerenComputern und somit einer höheren Integration der mikroelektronischen Bauteile stellt hohe Anforderungen an die zuverwendenden Materialien. Als Isolator wurde bisher das anorganische Siliziumdioxid verwendet. Dieses hat aber mitca. 4 eine zu hohe Dielektrizitätskonstante (DK), um eine weitere Verringerung des Abstandes der Leiterbahnen zuweniger als 170 nm bei sehr hohen Taktzeiten zu erlauben. 

Organische, polymere Materialien, die DK­Werte kleiner 3 aufweisen, können aber nur eingesetzt werden, wenn sie indie   Schichtaufbauten   integrierbar   sind   und   sehr   gute   Hafteigenschaften   zu   den   metallischen   und   anorganischenMaterialien   des   Schichtaufbaus   z.B.   in   einer   integrierten   Schaltung   zeigen.   Weiterhin   müssen   eine   ausreichendeThermostabilität (> 400 °C), hohe Filmgüte, geringe Wasseraufnahme und eine Vielzahl weiterer Parameter gegebensein. 

In Zusammenarbeit mit dem Institut für Halbleiter­ und Mikrosystemtechnik der TU Dresden (Prof. Bartha) beschäftigtsich daher der Arbeitskreis von Frau Prof. Voit am IPF mit der Entwicklung von geeigneten polymeren Materialien fürdiese Anwendung.

Abb. 1: Verzweigte Strukturen in der Polymerchemie: Sterne, Dendrimere, hochverzweigte Polymere 

Ein Schwerpunkt der synthetischen Arbeiten am IPF ist die Synthese von verzweigten Polymerarchitekturen, wie z.B.Sternpolymeren,  Dendrimeren  oder   sogenannten  hochverzweigten  Polymeren   (Abb.  1).   Im   Gegensatz   zu   linearenPolymeren, die üblicherweise bei den polymeren Werkstoffen wie beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol(PS),   oder   auch   Polyethylenterephthalat   (PET)   zum   Einsatz   kommen,   erlaubt   es   bei   diesen   Polymeren   ihreVerzweigung,   die  Moleküldimension  und   ­form,   aber   auch  die  Funktionalität   und  das  Viskositätsverhalten  genaueinzustellen.  Solche  Polymere   sind  unter  anderem in  Lacken und  Beschichtungen,  als  Additive  für  konventionellepolymere Werkstoffe, aber auch als Funktionspolymere in medizinischen Anwendungen von hohem Interesse. 

Abb. 2: Erzeugung von nanoporösen Polymermaterialien unter Nutzungvon hochverzweigten (hvz) Templatstrukturen als labile Komponente 

Eine spezielle Eigenschaft der Dendrimere und der hochverzweigten Polymere ist ihre globulare Form, welche man füreine Templat­Struktur nutzen könnte. Konkret ist es denkbar, thermisch oder photochemisch abbaubare hochverzweigtePolymere als labile Komponente in eine stabile Polymermatrix einzubinden. Bei homogener Verteilung liegt dann dashochverzweigte   Molekül   als   globulare   Einheit   im   nm­Bereich   in   der   Matrix   vor.   Anschließender   Abbau   deshochverzweigten   Polymers  unter   Bedingungen,   bei   denen  die   Matrix   intakt  bleibt,   führt   dann  zur   Bildung  einesnanoporösen   Materials   (Abb.   2).   Die   Herstellung   von   temperaturstabilen,   porösen   Polymeren,   die   aufgrund   desLufteinschlusses in den Poren DK­Werte deutlich unter 2,5 erreichen können und somit ideal als Isolatormaterial inintegrierten Schaltungen sind, gehört zu den aktuellsten Gebieten der Materialforschung für die Mikroelektronik. 

Abb. 3: Metall­Isolator­Metall­Schichtstruktur 

Abb. 4: MIM­Schicht system aus vernetztem DVS­BCB als Isolator, er = 2.7 

Abb. 5: Über reaktives Ionenätzen strukturiertes DVC­BCB 

Die   Auswahl   eines   geeigneten   Matrixmaterials   ist   dabei   sehr   wichtig.   Bisher   liegen   aber   noch   relativ   wenigErfahrungen   bei   der   Integration   von   organischen   Polymerschichten   in   einem   in   der   Mikroelektronik   relevantenSchichtaufbau   vor.  Wichtig   ist   eine   relativ  hohe   Temperaturstabilität,   aber   auch,  dass   sich   die   polymere   Schichtstrukturieren lässt. Im Arbeitskreis von Prof. Bartha am Institut für Halbleiter und Mikrosystemtechnik der TU Dresdenwurden erste Erfahrungen dazu an DVS­BCB (Divinylsiloxan­bis(benzocyclobuten) gesammelt, einem Präpolymer, dasüber Cycloadditionsreaktionen  thermisch  in  der  Schicht vernetzt  wird.  Dieses Polymer  kann  in  einen sogenanntenMetall­Isolator­Metall­Aufbau (Abb. 3 und 4) integriert werden, an dem die Dielektrizitätskonstante unter den in derintegrierten Schaltung relevanten Bedingungen ermittelt werden kann. Auch eine lithographische Strukturierung (Abb.5) mittels Ätztechniken nach Abscheidung einer Aluminium­Schicht übersteht der vernetzte Polymerfilm unbeschadet.Die Messung an diesem Aufbau ergibt für das DVS­BCB Polymer bereits eine relativ niedrige DK von 2,7. 

In   Zusammenarbeit   der   beiden   Arbeitsgruppen   wurde   nun   ein   labiler   hochverzweigter   Polytriazenester,   der   sichthermisch bei ca. 160 °C zersetzt, in DVS­BCB als Matrix eingebunden und anschließend die Matrix thermisch beigleichzeitiger Zersetzung der hochverzweigten Komponenten vernetzt. Die Schichtqualität war weiterhin ausreichend,so   dass   Dielektrizitätskonstanten   gemessen   werden   konnten.   In   einem   ersten   Versuch   kam   es   zu   einer   weiterenAbsenkung der DK um ca. 18 %, was auf eine erfolgreiche Ausbildung von Nanoporen hinweist. Durchbruchspannungund Wasseraufnahme des Films waren dabei weiterhin in der Größenordnung des reinen DVS­BCB. Diese Ergebnissesind sehr vielversprechend und zeigen, dass das Konzept von nanoporösen organischen Polymeren als Isolatorschichtenfür   Mikroelektronikschichtverbunde   durchaus   tragfähig   ist   und   die   Basis   für   zukünftige   Entwicklungen   in   derChipproduktion bilden kann. 

Die   hier   vorgestellten   Ergebnisse   zur   Materialforschung   konnten   durch   Forschungsförderung   im   Rahmen   desSonderforschungsbereichs 287 an der TU Dresden und aus Landesmitteln (SMWK) in Doktorarbeiten (M. Eigner, K.Estel) erarbeitet werden.

FARU ­­ Ideenreich für effektiven Umweltschutz                   Die   FARU  GmbH   besitzt   langjährige   Erfahrungen   bei   der   Entwicklung   von   Technologien   und   Materialien   zumRecycling von Polymeren. In den letzten Jahren wurde die großtechnische Umsetzung des REVULCON®­Verfahrens,einer   Methode   zur   mechanischen   und   damit   umweltfreundlichen   Devulkanisierung   von   Altgummi,   erfolgreichrealisiert. 

Das ELAPLASTEN®­Verfahren ist eine weitere innovative Technologie, die gegenwärtig durch die FARU GmbH indie industrielle Produktion überführt  wird. Es handelt sich dabei um die Herstellung von Elastomerlegierungen ausAltreifenmehl und Thermoplasten. Während es sich bei den Ausgangsstoffen für die ELAPLASTEN®­Produktion zu

einem hohen Prozentsatz um Abfallstoffe handelt, gelingt es durch eine ganz spezielle Technologie mittels dynamischerStabilisierung, einen hochwertigen Werkstoff zu erzeugen. In diesem Material werden die exzellenten Eigenschaftendes   Gummis   mit   der   hervorragenden   Verarbeitbarkeit   der   Kunststoffe   kombiniert.   Die   Methode   stellt   einwerkstoffliches Recycling auf höchstem Niveau dar. Produktionsabfälle können dem Originalcompound beigemischtwerden, ohne die Eigenschaften des Endproduktes zu beeinträchtigen. 

Scheibe 

Als   Ausgangsstoffe   eignen   sich   alle   Arten   von   Altreifenmehlen   nach   Abscheidung   von   Metall­   oderTextilbestandteilen, sowie ausgewählte technische Gummiabfälle, auch mit großen Teilchendurchmessern. 

Gegenüber   herkömmlichen   thermoplastischen   Elastomeren   besitzen   die   nach   dem   ELAPLASTEN®­Verfahrenhergestellten Elastomerlegierungen mindestens drei wesentliche Vorzüge: 

1. Bei vergleichbaren Materialeigenschaften beträgt der Preis des neuen Sekundärrohstoffes nur etwa ein Drittel desPreises marktüblicher TPE´s. 

2. Durch spezielle Zusatzstoffe lassen sich die Eigenschaften der ELAPLASTEN®­Werkstoffe für eine Vielzahl vonAnwendungsfällen optimieren. 

3.   Aus   ökologischer   Sicht   ist   besonders   die   konsequente   Verwertung   von   Abfallstoffen   hervorzuheben.   DieTechnologie gestattet es, einen signifikanten Beitrag zur Realisierung der Altauto­Verordnung zu leisten. Produkte, dienach   dem   ELAPLASTEN®­Verfahren   hergestellt   wurden,   sind   ohne   Qualitätsbeeinträchtigung   jederzeit   wiederrezyklierbar. 

ELAPLASTEN®­Material   eignet   sich   zum   Spritzgießen   und   lässt   sich   zu   komplizierten   technischen   Formteilenverarbeiten.   Aufgrund   seiner   hohen   Resistenz   gegenüber   Schlag­   und   Stoßbelastungen,   die   auch   bei   niedrigenTemperaturen erhalten bleibt, finden sich insbesondere im Automobilbau und Bauwesen aber auch in der Kabel­ undDichtungsindustrie zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. 

Das ELAPLASTEN®­Verfahren wurde am Lehrstuhl Kunststoffverarbeitungstechnik an der TU Chemnitz entwickeltund patentiert.  Die FARU GmbH ist Inhaberin  der weltweiten, exklusiven Lizenzrechte für  diese Technologie undarbeitet   gegenwärtig  gemeinsam  mit   der   TU Chemnitz   im  Rahmen  einer  Forschungskooperation   an  der  weiterenOptimierung und industriellen Umsetzung dieses Verfahrens. 

Lüfter 

Geschäftsbereiche: 

Umweltanaytik / Altlastenerkundung 

Kunststoff­ und Gummirecycling 

Software­Engineering / Umweltmeßtechnik

Kunststoff aus Kartoffeln                   Angesichts der ökologischen Probleme, die Produktion und Entsorgung von Kunststoffen verursachten, wurdevor etwa 10 Jahren die Entwicklung biologisch abbaubarer Kunststoffe (BAW) forciert. Mit der Zielstellung, einen biologisch abbaubaren Kunststoff zu entwickeln und zu produzieren, der vollständigbiologisch   abbaubar   ist,   begann   die   Arbeit   der   BIOP   Biopolymer   GmbH   im   Sommer   1996   imTechnologiezentrum Dresden. Das Produkt der Forschungsarbeit ist  ein aus Kartoffelstärke bestehendes Kunststoffgranulat, BIOPar®,  dassich auf herkömmlichen Maschinen thermoplastisch zu Formkörpern und Folien verarbeiten lässt. 

blühende Kartoffelpflanze 

Die Anwendung der reinen thermoplastischen Stärke als Werkstoff wird durch ihre außerordentlich starke Hydrophilieverhindert.  Deshalb  erfordert  die  Herstellung  eines  thermoplastischen Werkstoffes  auf  der  Basis  von  Stärke derenModifizierungen mit dem Ziel, den Werkstoff wasserbeständig und unempfindlicher  gegen Feuchtigkeit zu machen.Ein möglicher Weg, Wasserformbeständigkeiten einzustellen und die Verarbeitbarkeit der Stärke zu verbessern, aberauch   die   biologische   Abbaubarkeit   zu   erhalten,   ist   die   Herstellung   von   Polymermischungen   mit   einemwasserbeständigen  Polymer.  Ein  Problem dabei   ist  die  mangelnde  Kompatibilität  der  hydrophilen  Stärke  und  derhydrophoben   synthetischen   Polymere.   BIOP   ist   die   Lösung   gelungen   durch   Entwicklung   eines   speziellenVerträglichkeitsvermittlers der eine bikontinuierliche Phasenstruktur aufbaut, die den Vorteil hat, dass die hydrophobenEigenschaften der synthetischen Polymerkomponente auch bei einem geringen Anteil an der Gesamtmischung auf denWerkstoff insgesamt übertragen werden. Gleichzeitig bleiben auch die "guten Eigenschaften" der thermoplastischenStärke,   wie   hohe   mechanische   Festigkeit,   geringe   Sauerstoffpermeabilität   und   schnelle   biologische   Abbaubarkeiterhalten. 

Die forschungsintensive Entwicklung der BIOPar­Werkstoffe wurde in fünf angemeldeten und zwei erteilten Patentengeschützt. 

Zu einer neuen Generation von BAWs gehören die nanoskopischen Compositmaterialien. Derzeit beteiligt sich BIOPan   einem   EU­Projekt   zur   Entwicklung   von   Lebensmittelverpackungsfolien.   Bei   minimalen   Einsatz   synthetischerKunststoffe   werden   neuartigen   Materialien   auf   der   Basis   von   thermoplastischer   Stärke   und   mineralischenSchichtsilikaten   entwickelt.  Der  Vorteil   der  biologischen   Abaubarkeit   bleibt   bei   einer   sehr  geringen   Permeabiltätgegenüber   Sauerstoff   erhalten.   Die   feinverteilten   Silikatblättchen   führen   zu   einer   drastischen   Verbesserung   dermechanischen Eigenschaften (Zugfestigkeit, Steifigkeit). 

Eine   wesentliche  Eigenschaft   des  BIOPar®  ist   die  vollständige  biologische  Abbaubarkeit   dieses  Materials,   die   inKomposttests und in einem Praxisversuch in einer kommunalen Kompostieranlage bewiesen wurde. Die Schnelligkeitdes Abbaus kann  eingestellt  werden.  Die DIN V 54 900 schreibt  vor,  dass  innerhalb von 180 Tagen  90 % einesStoffgemisches   (z.B.   eines   Blends)   zu   Kohlendioxid   und   Wasser   abgebaut   sein   müssen.   Im   Praxisversuch   imKompostierwerk   in  Dresden  Kaditz   ergab   sich,   dass   das  Material   bereits  nach  zwei  Wochen   in  der   Intensivrottepraktisch   nicht   mehr   auffindbar   war.   Der   Abbau   im   Boden  verläuft   unterschiedlich   schnell   in   Abhängigkeit   derBodenverhältnisse, Temperatur und Feuchte. Der Preis für das BIOPar® Kunststoffgranulat, welches zur Zeit in Lohnproduktion hergestellt wird, beträgt derzeit 5,70DM / kg. Er wird langfristig auf weniger als 5 DM / kg sinken nach Inbetriebnahme der eigenen Produktionsanlage,welche   zur   Herstellung   von   5.000   t   /   a   konzipiert   ist.   Es   besteht   ein   Investitionsbedarf   von   20   Millionen   DM,gegenwärtig werden dafür Kapitalgeber gesucht. BIOP bietet zur Zeit zwei grundsätzliche Typen BIOPar®­Granulat an, eine zur Herstellung von Formkörpern durchSpritzgießen und eine zum Blasen von Schlauchfolien. 

Die Anwendungsziele der Produkte aus BIOPar® sind Bereiche, wo die biologische Abbaubarkeit einen Vorteil in der

Verwendung darstellt, zum Beispiel in der Land­ und Forstwirtschaft sowie im Gartenbau und dort, wo der Kunststoffstark mit organischem Abfall vermengt ist, so dass eine Trennung und herkömmliches Kunstoffrecycling nicht sinnvollsind. Auch im Catering­ und Verpackungs­Bereich besteht eine großes Potential für den Absatz. Aus den Folien könnenTragetaschen, Biomüllbeutel bzw. Netze und Bindegarne hergestellt werden

Biokompatibilität und Nanotechnologie

Proteine mit Edelmetallen garniert                   Nanotechnologie ist "trendy", ist "in", Biotechnologie auch. Bei der Kombination aus beiden Disziplinen denken vielegleich an Medizintechnik. Doch auch für andere Bereiche der Technik hat diese Kombination viel zu bieten. 

So sieht z.B. das Rezept zum Bau einer neuen Generation von Katalysatoren aus: Man nehme geeignete Bakterien,schäle ihnen die Haut ab und löse sie in ihre Einzelbestandteile (Proteine) auf. Diese lasse man auf einer Oberflächewieder zu einer streng regelmäßigen Struktur im Nanometermaßstab "selbstorganisieren". Aus einer wässrigen Lösungwird das ganze schließlich mit Platinkügelchen garniert und bei Temperaturen von bis zu etwa 800 °C serviert. Fertigist der Bio­Katalysator. 

Und die Vorteile gegenüber "altbackenen" Lösungen? Die biologische Nanostruktur,  das "Gerüst der Konstruktion"verhindert oder erschwert ein Zusammenwachsen der nur wenige Nanometer kleinen Platincluster. Damit bleibt beigeringen Mengen des Edelmetalls eine große Oberfläche auch bei erhöhten Temperaturen erhalten. Es wird also derWirkungsgrad erhöht und Platin gespart. Natürlich gibt es noch viele weitere interessante Rezepte unter dem Titel "Abscheidung von Metallen auf biologischeNanostrukturen aus wässrigen Lösungen". Sie stammen aus dem "Nanokochbuch" der Arbeitsgruppe von Prof. Pompe(TU­Dresden, Institut für Werkstoffwissenschaft) und werden von der BoneMaster GmbH zubereitet, angepasst undserviert. Im Ergebnis finden sich immer wieder besondere Merkmale: 

­ Verbesserte Eigenschaften durch regelmäßige Nanostrukturierung, ­ Einsparung teurer Edelmetalle, ­ Kostengünstige Herstellung, auch in Massenproduktion und unter umweltfreundlichen Bedingungen. 

Der Hintergrund dieser durchaus vorteilhaften Zubereitung hat beinahe philosophischen Charakter: Während sich dieklassische   Hochtechnologie   auf   eine   immer   raffiniertere   und   meist   aufwendigere   Bearbeitung   relativ   einfacherWerkstoffe spezialisiert, steckt hier die "Intelligenz" im Material, die von der Natur durch die Evolution hervorgebrachtworden ist. Komplexe Biomoleküle ordnen sich selbst auf Oberflächen zu regelmäßigen Strukturen, die dann allseitigmit   Metallen   beschichtet   werden.   Statt   in   die   Nanowelt   mit   immer   höheren   Energien   und   extremenUmgebungsbedingungen   vorzustoßen,   wird   hier   sprichwörtlich   mit   Wasser   gekocht,   und   zwar   bei   niedrigenTemperaturen   und   unter   Umgebungsbedingungen,   die   sich   mit   chemischer   Verfahrenstechnik   einfach   undkostengünstig verwirklichen lassen. 

Modell einer Katalysatoroberfläche mit Platinclustern, die durch ein regelmäßiges Gerüst aus S­Layerproteinen voneinander getrennt werden. 

Rechts: Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahme eines metallisierten S­Layers (TU Dresden, Institut für Werkstoffwissenschaft)

Die Entwicklung biokompatibler Werkstoffe ­­ Synthese aus Materialforschung und Zellkulturtechnik                   Im Zuge der zunehmenden Biotechnisierung kommt dem Umgang mit lebenden Zellen unter Laborbedingungen eineimmer größere Bedeutung zu. Ohne die Zellkultur,  die  in der Biomedizin und in der Pharmazie bereits seit vielenJahren erfolgreich praktiziert wird, hätten viele gentechnische Methoden nicht entwickelt werden können. Aufgrund derVernetzung von bisher eigenständigen Forschungsrichtungen wie Medizin, Chemie, Physik, Pharmazie und Ökologiemit  den Teildisziplinen  der Biologie hat  sich die Zell­  und  Gewebekultur  stark verbreitet.  Mit  dem Einsatz dieserTechnologie in der eher "anorganischen" Materialforschung wurde ein weiterer Grenzbereich für die interdisziplinäreGrundlagenforschung erschlossen. 

Die Materialforschung beschäftigt sich längst nicht mehr nur mit der Entwicklung neuartiger Gebrauchsmaterialien.Werkstoffe werden auch zu Medizinalprodukten verarbeitet und dienen somit sowohl der Gesundheitsvorsorge als auchder   Therapie.   Die   Palette   reicht   von   Zahn­   und   Knochenimplantaten,   künstlichen   Gelenken,   Augenlinsen,Bandscheiben und Blutgefäßen bis hin zu Luftröhrenprothesen u.v.m. 

Um besonders  günstige  Bedingungen  für  das  Einwachsen von   Implantaten  zu  schaffen,  muss  der  neue  Werkstoffbiokompatibel,   d.h.   gewebeverträglich   sein.  Hier   steht  vor   allem  der   Grenzflächenbereich   zwischen   Material   undGewebe im Mittelpunkt intensiver,  weltweiter Forschungsanstrengungen. Es müssen Implantatwerkstoffe entwickeltwerden,   die   in   ihrem   Aufbau   biologische   Strukturen   nachbilden   (Biomimetik).   Um   ein   in   seinen   Eigenschaftenmöglichst  ähnliches  künstliches  System aufbauen  zu  können,  müssen die  Eigenschaften  des  natürlichen  Vorbildeszunächst experimentell erfasst werden. Damit z.B. die mechanischen Funktionen von Dental­ und Knochenimplantatenoptimal   auf   die   jeweiligen   Beanspruchungen   ausgerichtet   werden   können,   muss   der   Einfluß   von   nano­   undmikrostrukturierten Oberflächen auf das Festsetzen, Vermehren und Einwachsen von Knochenzellen (Zelladsorption)genau   untersucht   werden.   Auch   bei  der   Entwicklung   künstlicher   Blutgefäße   entscheidet   die   Wechselwirkung  derImplantatsoberfläche mit  der  physiologischen  Umgebung   (Hämokompatibilität)  über  die  Gebrauchstauglichkeit  desWerkstoffes. Es   kommt   jedoch   nicht   nur   darauf   an,   dass   der   Werkstoff   vom   Organismus   akzeptiert   wird,   sondern   dass   dieWundheilung   gefördert   und   Infektionen   unterdrückt   werden.   Zudem   rufen   manche   Implantate   bei   den   Patientenvielfach undefinierte Unverträglichkeiten bis hin zur Nekrose hervor. 

Der Einfluss von Implantatwerkstoffen und deren Oberflächenstruktur auf das Besiedelungs­ und Wachstumsverhaltenvon Zellen wird mit Hilfe von Testsystemen in vitro, d.h.  unter Einsatz von Zellkulturen gemessen. Die Zell­  undGewebekultur   stellt   somit   außer   im   biomedizinischen   und   pharmazeutischen   Bereich   auch   auf   diesemzukunftsträchtigen Gebiet ein unverzichtbares Instrument in Forschung und Entwicklung dar. 

ProCellula hat sich die Förderung des anwendungsorientierten Erwerbs von Wissen und Können auf dem Gebiet derZell­ und Gewebekulturtechnik durch Aufbereitung von Ergebnissen der Grundlagenforschung im Bereich Zellbiologieund deren Verknüpfung mit industrieller Nutzung zur Aufgabe gemacht. Ein praxisnahes und unternehmensbezogenesSystem aus Workshops, Seminaren und Praktika identifiziert den Bildungsbedarf der Anwender von Zellkulturtechnikin  Forschung,  Lehre  und   Industrie.  Das  Bildungsangebot   ist  Ausgangspunkt   für  die  Gestaltung  spezifisch  auf  diejeweiligen   Anwenderprobleme   zugeschnittener   Module   für   zellkulturtechnische   Arbeiten,   in   denen   theoretischeGrundlagen mit praktischer Laborarbeit verbunden werden. Da dem Qualitätsmanagement aus Wettbewerbsgründenimmer mehr Beachtung geschenkt wird, werden die für die Unternehmen aus der Biotechnologie­ und Pharmabranchewichtigen EU­Leitlinien der Guten Herstellungspraxis (GMP) berücksichtigt. Die Kundenberatung bei der praktischenUmsetzung des Gelernten (coaching) sichert die weitere Identifizierung konkreter Anwendungsfälle. 

Im   Rahmen   von   Projektkooperationen   mit   Partnern   aus   Wissenschaft   und   Industrie   beteiligt   sich   ProCellulakontinuierlich   an   der   Durchführung   anwenderorientierter   Forschungs­   und   Entwicklungsarbeiten.   Vor   allem   diedreidimensionale Zellkultur sowie die Kultivierung von Zellen und Gewebe in perfundierten Systemen stehen hier imVordergrund. 

Schematische Darstellung einer dreidimensionalen Zellkultur (Sphäroid) bestehend aus Epithelzellen aus den oberen Atemwegen (Nasopharynxgewebe)

Ionenbehandlung von Gefäßstents erhöhen Blutkompatibilität und Röntgenkontrast                   Gefäßstents werden nach der Aufweitung eines arteriosklerotisch verengten Herzkranzgefäßes eingebracht und sollenden erneuten Verschluss des Gefäßes verhindern. Sie stellen einen der wesentlichen Fortschritte in der Kardiologie desletzten Jahrzehnts dar. Durch sie konnte die Zahl der teuren und belastenden Bypass­Operation wesentlich gesenkt unddie Aufenthaltsdauer der Patienten im Krankenhaus verkürzt werden. 

Trotz des heute millionenfachen Einsatzes dieser filigranen Metallgeflechte, werden von den anwendenden Ärzten nocheine   Reihe   von   Verbesserungen   gewünscht,   die   eine   genaue   Kenntnis   der   Körperreaktionen   und   eineMaterialbehandlung mit modernen Methoden erfordern. 

Die Gefäßstents werden unter Röntgenkontrolle eingesetzt und auch radiologisch beurteilt.  Die dünnen Stahl­ oderNickel­Titan­Drähte,   aus   denen  der   Stent  besteht,   bieten   nur   einen   unbefriedigenden  Röntgenkontrast.  Durch  dieAufbringung einer einige Mikrometer (µm) dicken Schicht eines Metalls hoher Ordnungszahl kann der Röntgenkontrastder Drähte erhöht werden. Dabei bieten sich Metalle wie Tantal an, die ähnlich wie das aus der Orthopädie bekannteTitan eine sehr stabile Oxidschicht ausbilden und dadurch auch gut biokompatibel sind. 

Eine gute Haftung der Schicht auf dem Untergrund ist hier besonders wichtig, weil abgelöste Anteile der Schicht sonstmit   dem   arteriellen   Blutstrom   in   das   feinere   Gefäßnetz   der   Herzmuskulatur   transportiert   werden   und   dort   einenVerschluss  herbeiführen  würden.  Die aufgebrachte Schicht  darf  keine  inneren  Spannungen  aufweisen,  die bei  denerforderlichen  Schichtdicken ansonsten  zu  Lamellierung  sowie beim Aufweiten des  Stents  zur  Rissbildung  führenwürden.   Die   Aufbringung   dieser   Schicht   wird   am   Forschungszentrum   Rossendorf   durch   MetallplasmaIonenimplantation und ­abscheidung erreicht, wobei die Haftfestigkeit durch eine Zwischenschicht vermittelt ist. 

Ein weiteres noch nicht befriedigend gelöstes Problem bei Gefäßstents ist die Aktivierung der Blutgerinnung und einWachstumsreiz auf die innerste Gefäßschicht. Diese beiden Reaktionen können zum Verschluss des Stents führen undsind eine der Ursachen, warum im Vergleich zur Bypass­Operation noch häufig eine Nachbehandlung nötig ist. Auchhier ist Tantal ein gutes Metall für die Beschichtung, weil es mit der Oxidschicht eine sehr gute Blutverträglichkeitaufweist, die wie bei Titan durch die Implantation weiterer Ionen wie Phosphor, Stickstoff, Kalzium noch verbessertwerden kann. 

Gefäßstent aus Edelstahl zur biokompatiblen Beschichtung mit Tantal 

Niedrige (oben) und hohe (unten) Plättchenaktivierung auf verschieden behandelten Metalloxiden für den Blutkontakt 

Organische Nano­Schichten für den Korrosionsschutz                   Die Nanotechnologie stellt hinsichtlich ihres Anwendungspotenzials eine der wichtigsten Hochtechnologien des21. Jahrhunderts dar.  Auf der diesjährigen Hannover Messe fand z.B. eine Sonder­Ausstellung "Nanoworld2000" statt, es gibt ein Nano­Kompetenz­Zentrum in Dresden und viele angedachte und bereits verwirklichteAnwendungen. 

Die Dimension "Nano" bedeutet dabei ein Millionstel Millimeter, und alles was kleiner als ein Mikrometer ist, könntezur Nanotechnologie dazu gehören. Wie   hängen   nun   Korrosionsschutz   und   Nanotechnologie   zusammen?   In   Kooperation   mit   der   Chemetall   GmbH,Frankfurt,   und   den   Arbeitsgruppen   von   Prof.   Dr.   Martin   Stratmann   (Max­Planck­Institut   für   Eisenforschung,Düsseldorf)   und  von   Prof.  Dr.  Ralf   Feser   (Fachhochschule   Iserlohn)   ist   es   gelungen,   eine  Nanotechnologie   zumKorrosionsschutz  von  Aluminiumoberflächen  zu entwickeln.  Das Ziel war,  die  Chromatierung von Aluminium alsVoraussetzung   für   die   Lackhaftung   und   den   Korrosionsschutz   durch   eine   organische   Schicht   zu   ersetzen.   Ausästhetischen Gründen und vor allem wegen des Korrosionsschutzes werden Metalloberflächen meist lackiert. Da aufden Oxidoberflächen Lack nicht gut haftet, werden die Metalle mit Chromsäure behandelt. Dabei werden die Dicke dervorhandenen Oxidschicht verringert, Partikel anderer Metalle eliminiert und eine neue gemischte Aluminium­Chrom­oxid­Schicht gebildet. Das Ergebnis  ist eine gegen Korrosion geschützte Aluminiumoberfläche und die Ausbildungeiner   Haftschicht   für   eine   anschließende   Lackierung.   Der   Chromatierungsprozess   wird   u.a.   wegen   derUmweltschädlichkeit   der   Chromverbindungen   als   ökologisches   Problem   angesehen.   Alternative   Methoden,   dieZirkonium­Salze,   Fluoride,   Phosphate   oder   Polymere   verwenden,   erreichen   jedoch   nicht   die   Qualität   derChromatbehandlung bezüglich der Adhäsion und des Korrosionsschutzes. 

Dem   neuen   Konzept   liegt   folgender   Gedanke   zugrunde:   Zwischen   Metall   und   Lack   wird   eine   organischeHaftvermittlerschicht aufgebaut, die einen chemischen Verbund sowohl zum Metall als auch zum Lack ermöglicht. DieMoleküle verfügen über eine spezielle Struktur und geeignete Haftgruppen, um eine Bindung zum Metall aufzubauenund   sich   in   einer   dünnen   Schicht   zu   ordnen.   Diese   Selbstorganisation   (engl:   Self­assembly)   beruht   aufzwischenmolekularen Wechselwirkungen der  Moleküle.  Das neue Verfahren   ist   relativ einfach durchzuführen. DieAluminiumoberfläche   wird   zunächst   von   Verunreinigungen   befreit   und   in   die   wässrige   Haftvermittlerlösungeingetaucht (siehe Abbildung). 

Die Moleküle enthalten eine Phosphonsäuregruppe, die als Ankergruppe zum Metall wirkt. Sie adsorbieren sehr schnellund bedecken in Abhängigkeit von der Eintauchzeit die Oberfläche vollständig. Am anderen Ende der Moleküle sitzt eine lackreaktive Gruppe, die eine sehr gute Anbindung an eine Lackschichtergibt. Auf diese Weise kann diese ultradünne Schicht durch die Lackschicht geschützt werden. Da die Nanoschicht

transparent ist, eignet sich diese Vorbehandlung insbesondere für Klarlacke. 

Sehr   erfolgreich   wird   dieses   System   zur   Zeit   in   der   Beschichtung   von   Aluminiumfelgen   eingesetzt.   AndereAnwendungen wurden lacktechnisch überprüft und werden nach und nach in die Produktion eingeführt. 

Untersuchungen   haben   ergeben,   dass   diese  Schicht,   die   etwa  1.000   mal   dünner   als   eine   Chromatschicht   ist,   dieKorrosionsschutzwerte der Chromatbehandlung ebenso erreicht und im Sinne der Lackhaftung bereits bessere Werteergibt. 

Eine allgemeine Einführung dieser dünnen Schichten ist nicht für jeden Zweck geeignet, da die außerordentlich geringeSchichtdicke bei  Verletzungen der  Lackschicht  keinen Langzeitkorrosionsschutz ergeben kann.  Hierzu sind andereLösungen in Bearbeitung.

Technische Keramik

Technische Keramik ­­ Werkstoffe mit hoher Innovation                   

Technikum des Keramik­Institutes 

Die   Region   Meißen   ist   seit   rund   300   Jahren   ein   wichtiges   deutsches   und   europäisches   Zentrum   der   Forschung,Entwicklung und Produktion von "klassischen" Keramikwerkstoffen (Porzellan, Steingut, Vitreous China etc.) und sohatte auch das Keramik­Institut Meißen bisher seine inhaltlichen Schwerpunkte bezüglich Forschung und Entwicklungvor allem in diesem Erzeugnis­ und Werkstoffbereich gesetzt. 

Neben dem seit 1992 existierenden Verein zur Förderung von Innovationen in der Keramik e.V. wurde im Jahr 2000die KI Keramik­Institut GmbH Meißen gegründet. Sie hat sich die Aufgabe gestellt, in enger Kooperation mit demVerein  neben der  klassischen  Keramik  auch  einen  leistungsfähigen Bereich Technische  Keramik  aufzubauen.  DasUnternehmen wird mit der Entwicklung dieses Werkstoff­ und Produktbereiches zunehmend zum Partner von solchenBranchen   wie   dem  Maschinenbau,  Fahrzeugbau,  der  Kfz­Zulieferindustrie,   der   Medizintechnik   etc.  werden.   Mankonzentriert sich zzt. auf konstruktive Anwendungen und auf oxidkeramische Werkstoffe, vor allem auf das relativpreisgünstige Aluminiumoxid. 

Al2O3­Kerne für ein Extruderwerkzeug und ein Al2O3­Tiegel 

Das aktuelle Angebot umfasst folgende Leistungen: 

• Beratung zu Möglichkeiten des Keramikeinsatzes und Unterstützung bei der Werkstoffauswahl • Anwendungsbezogene kundenspezifische Werkstoff­ und Produktentwicklung • Herstellung von Mustern und Kleinserien nach Kundenzeichnung 

Mit der vorhandenen technischen Ausstattung ist die Herstellung folgender Produkte möglich (Beispiele): 

• Kerne für Extruder­Mundstücke • Platten und Distanzstücke als Brennhilfsmittel in Hochtemperaturöfen • Tiegel für verschiedene Schmelzen • Schutzrohre bis zu einem Außendurchmesser von ca. 30 mm • Düsen, z.B. Sandstrahldüsen • Auskleidungen von Öfen, Behältern, Mühlen, Rohrleitungen usw. 

Das   Unternehmen   verfügt   neben   dem   notwendigen   Know­how   über   moderne   Aufbereitungs­,   Formgebungs­,Trocknungs­ und Sinteranlagen sowie eine Laseranlage zur Oberflächenbearbeitung von Keramik. Es werden gezieltKooperationsbeziehungen zu solchen Partnern aufgebaut, die das eigene Leistungsprofil bezüglich der Herstellung undBearbeitung  der  Technischen  Keramik  ergänzen.  Hierbei   ist   das  mit  Mitteln  des  Freistaates  Sachsen  und  der  EUgeförderte Projekt "KompetenzZentrum Keramik" eine wichtige Hilfe.

Werkstofftechnologien im Dienste des LeichtbausHerstellen von stoffschlüssigen Mischverbindungen ­­ Neue Anforderung im Automobilbau                   Im   modernen   Fahrzeugbau   besteht   zunehmend   die   Aufgabe,   Leichtbau   über   den   gezielten   Einsatz   spezifischerWerkstoffe   zu   erzielen.   Daraus   ergibt   sich   die   Forderung   der   rationellen   Herstellung   von   stoffschlüssigen

Fügeverbindungen zwischen verschiedenen Metallen, wie z.B. Aluminium (Al), Magnesium (Mg) und Stahl. 

Beim   Schweißen   von   Mischverbindungen   aus   Stahl­,   Aluminium­   bzw.   Magnesiumlegierungen   entstehen   äußerstspröde intermetallische Phasen. Diese unerwünschten metallurgischen Reaktionen können durch die Verringerung derFügetemperatur beim Löten mit Zink­Basis­Lot drastisch eingeschränkt werden, so dass ausreichende Festigkeits­ undZähigkeitseigenschaften   erreicht   werden   können.   Grundvoraussetzung   für   die   Herstellung   einer   qualitätsgerechtenLötverbindung   sind   die   metallurgischen   Wechselwirkungen   zwischen   dem   Lot   und   den   Grundwerkstoffen.   Diefesthaftenden Oxidschichten sind zu beseitigen. 

Warmpresslötverbindung aus AlMg0.4Si1.2 und DC04, 

Lot: ZnAl3 (auftragsgelötet) 

Für das Fügen von flächigen Mischverbindungen zwischen Stahl­, Aluminium­ und Magnesiumlegierungen wurde derWarmpresslötprozess untersucht. Die Verbindung wird in zwei Stufen hergestellt. Zuerst werden die Fügeflächen mitdem Zink­Basis­Lot beschichtet und anschließend die Presslötverbindung durch Verpressen im beheizten Werkzeughergestellt. 

Zum Aufbringen des Lotes auf den Grundwerkstoff eignet sich besonders das Plasmaauftragslöten. Im Plasmabogenwird   die   Oxidschicht   von   der   Aluminium­   bzw.   Magnesiumoberfläche   beseitigt   und   damit   direkter   metallischerKontakt   zwischen   Lot   und   Substrat   erzeugt.   Atmosphärisches   Plasmaspritzen   ist   ebenfalls   einsetzbar,   mit   derEinschränkung verminderter Verbindungsfestigkeit. 

Im Warmpresslötprozess werden beide Fügeteile in einem Presswerkzeug erwärmt und unter entsprechender Fügekraftgefügt. Die Löttemperatur ist dabei so einzustellen, dass das Lot teigig ist, das Schmelzen jedoch noch nicht eintritt. 

Mischverbindungen   zwischen   Aluminiumwerkstoffen   des   Systems   AlMgSi   und   verzinktem   Stahl   sind   mit   demWarmpresslöten sehr gut herstellbar. Bei einer Überlappungslänge von 20 mm tritt der Bruch beim Scherzugversuch imGrundwerkstoff   auf.  Die  Diffusionszone   ist   nur  wenige  Mikrometer   (µm)  dick   und  beeinflusst   die  mechanischen

Eigenschaften nicht negativ. Diese Verbindungen zwischen Aluminium und Stahl bildet sich auch bei nur einem be­schichteten Fügepartner   (Aluminium oder  Stahl)   in guter  Qualität  aus,  wenn das Lot während des Pressvorgangesfließen kann. 

Mischverbindungen   zwischen   Aluminium   (AlMgSi)   und   Magnesium   (AZ)   erreichen   75   %   derGrundwerkstofffestigkeit bei einer Bruchdehnung im Bereich des Magnesiumgrundwerkstoffes. 

Querschliff einer Mischverbindung aus AlMg0.4Si1.2 und DC04, 

Lot: ZnAl3 (auftragsgelötet)

Hochfeste und extrem leichte Bauteile aus langfaserverstärktem Magnesium                   Am   TU­Institut   für   Leichtbau   und   Kunststofftechnik   werden   derzeit   neuartige   langfaserverstärkteVerbundwerkstoffe   mit   Magnesiummatrix   für   den   industriellen   Einsatz   entwickelt.   Dabei   wird   durchEinbettung   von   hochfesten   und   hochsteifen   Endlos­Kohlenstofffasern   in   die   duktile   Magnesiummatrix   eineerhebliche Verbesserung der Materialeigenschaften erreicht. 

Ständig  steigende Anforderungen  an  die  Effizienz  moderner  Leichtbaustrukturen  in  der  Verkehrstechnik  sowie  imMaschinen­ und Anlagenbau verlangen zunehmend die Anwendung moderner Verbundwerkstoffe, die aufgrund ihrerhervorragenden Steifigkeits­ und Festigkeitseigenschaften den konventionellen monolithischen Werkstoffen deutlichüberlegen sind. Unter der Leitung von Institutsdirektor Prof. Dr.­Ing. habil. W. Hufenbach werden derzeit am Institutfür Leichtbau und Kunststofftechnik der TU Dresden neuartige Magnesiumverbundwerkstoffe mit kraftflussgerechterEndlosfaserverstärkung für den industriellen Einsatz entwickelt. Bei kohlenstofffaserverstärkten Magnesiumverbunden (CF­Mg) wird durch Einbettung von hochfesten und hochsteifenEndlos­Kohlenstofffasern in die duktile Magnesiummatrix eine erhebliche Steifigkeits­ und Festigkeitssteigerung sowieeine  deutliche  Reduzierung  der  Ermüdungs­  und  Kriechneigung  auch  bei   erhöhten   Betriebstemperaturen   erreicht.

Darüber hinaus bietet CF­Mg ein günstiges Verformungsverhalten bei hochdynamischen Belastungsvorgängen, so dassder Einsatz dieses Verbundwerkstoffes auch in crash­ und impact­beanspruchten Strukturen möglich ist. 

Mikrostruktur von kohlenstoff­faserverstärktem Magnesium 

Das   Eigenschaftsprofil   der   faserverstärkten   Magnesiumverbunde   lässt   sich   dabei   über   die   Auswahl   derVerstärkungsfasern und durch ihre kraftflussgerechte Orientierung entlang der Hauptbelastungsrichtung steuern, wasbei den zur Zeit noch recht teuren Materialien eine erhebliche Kostenersparnis darstellt. Darüber hinaus kann bei derVerbundherstellung   über   Legierungszusammensetzung   und   Prozessparameter   die   Faser   /   Matrix­Anbindungkontrolliert eingestellt werden. 

Spezifische Festigkeiten im Vergleich 

Magnesium­Matrix­Verbunde mit  kraftflussgerechter Faserverstärkung sind  insbesondere  für  den Einsatz  in schnellbewegten   Bauteilen   im   Maschinenbau   sowie   in   der   Luftfahrt­   und   Fahrzeugindustrie   bei   den   hier   vorliegendenkomplexen   Belastungszuständen   und   den   auftretenden   dynamischen   Beanspruchungen   prädestiniert.Erfolgversprechend ist hier die Anwendung von CF­Mg etwa für Komponenten in Flugzeugturbinen­ und Gasturbinensowie für  Besteck­  und Produktionssysteme der  Elektronik.  Dabei  können die CF­Magnesiumverbunde  sowohl alsintegrales Gesamtbauteil als auch nur in Form von lokalen Armierungen im Bereich großer Spannungkonzentrationen(Kerben, Lasteinleitungen) zum Einsatz kommen. 

Zur   Werkstoffcharakterisierung   und   Simulation   für   diese   neue   Werkstoffgruppe   liegen   am   Institut   einschlägigeErfahrungen vor. Die Fertigung von CF­Mg­Verbundbauteilen erfolgt  am Institut für  Leichtbau und Kunststofftechnik mit Hilfe  derGasdruckinfiltration, wofür drei unterschiedliche Hochtemperatur­Autoklaven zur Verfügung stehen.

Metallische Schäume aus Dresden für neuartige Anwendungen                   Unter den Leichtbaumaterialien sind in den letzten Jahren verstärkt  metallische Schäume in das Blickfeld gerückt.Dabei wird zwischen geschlossenporigem und offenporigem Schaum unterschieden. Die beiden Unternehmen m­poreGmbH  und  3D  Konstruktion  und  Anlagentechnik  Dr.  Steglich   haben   sich  dem  Thema  Metallschaum  und   seinerAnwendung verschrieben. 

Sandwichquerschnitt 

Verbund­Leichtbauplatten mit Kern aus Aluminiumschaum 

Die gegenwärtig verfügbaren metallischen Sandwichplatten haben neben hohen Kosten den Nachteil, dass in ihnenKleb­ und Kunststoffe enthalten sind. Mittels eines neuen, zum Patent angemeldeten Verfahrens können Körper aus Aluminiumschaum ohne Verwendungvon   Klebstoffen   metallisch   mit   Deckblechen   aus   Aluminium   o.a.   Metallen   verbunden   werden.   Die   neuartigenAluminium­Verbundplatten sind vollständig recyclingfähig und bieten gegenüber herkömmlichen Sandwichverbundenfolgende Vorteile: 

• Höhere Temperaturbeständigkeit und gute Verbindungsmöglichkeiten der Platten durch Schweißverfahren • Geringere Kosten als bei Einsatz von Aluminium­Wabenverbundplatten oder Platten mit pulvermetallurgisch

hergestelltem Aluminiumschaumkern • Hohes Potenzial für die Entwicklung neuer Produkte • Geringes spezifisches Gewicht bei hoher Steifigkeit • Sehr gute Stoß­ und Schalldämpfung 

Vorwiegende Einsatzfelder: Fahrzeugbau und Metallbau z.B. für 

• LKW­Aufbauten und Spezialfahrzeuge • Eisen­ und Straßenbahnwagen • Raumcontainer, Behälter, Aufzüge • Türen und Tore, Dächer, Fassaden • Strahlungs­ und Schallschutze 

Das Engineeringbüro für 3D Konstruktion und Anlagentechnik Dr. Steglich entwickelt Anlagen und Technologien fürdie breitere Anwendung metallischer Schäume und bietet Beratungs­ und Konstruktionsdienstleistungen allgemeinerArt an. Nun geht es darum, eine Pilotanlage für die Produktion von größeren Platten zu realisieren. 

Offenporiger Metallschaum 

Das erwähnte innovative Plattierverfahren war der Ansatzpunkt für die Zusammenarbeit mit der m­pore GmbH, dieverschiedene offenporige Metallschäume herstellt. 

Bei   den   offenporigen   Metallschäumen   sind   die   Poren   untereinander   verbunden   und   können   von   fluiden   Mediendurchströmt werden, denen sich eine hohe innere Oberfläche bei geringem Strömungswiderstand bietet. Die Dichteoffenporiger Strukturen kann eingestellt werden. Für Aluminium ergibt das eine Dichte von 0,13 bis 0,4 g / cm3 bzw.eine Gewichtseinsparung bis zu 95 %. Die Fa. m­pore GmbH produziert Bauteile aus offenporigem Metallschaum aus nahezu jeder Legierung. In Aluminiumkönnen  Teile  bis   zu  500  x  500  x  40  mm  hergestellt  werden.  Höherschmelzende   Legierungen  bedingen  kleinereAbmessungen. 

Die Eigenschaften offenporiger Materialien kommen idealerweise in folgenden Produkten zum Tragen: 

• Austausch von Energie bei Wärmetauschern und Explosionsschutz. • Überall wo Massen bewegt werden als Leichtbauelement • Um mechanische Energie auf niedrigem Spannungsniveau zu absorbieren bei Dämpfungselementen 

Die offene Struktur erlaubt das Einbetten anderer Materialien. Die große Oberfläche ist für den Ablauf chemischerReaktionen gestaltbar bei Katalysator und Batterieelement. Metallschäume können mechanisch bearbeitet  und  durch angegossene Teile problemlos mit  anderen Komponentenverbunden werden. 

Metallschaumbauteile 

Endecken Sie mit uns die Möglichkeiten der Metallschäume.

Leichter ­­ langlebiger ­­ wirtschaftlicher: Innovation bei Bleibatteriegittern                   Als Ausgründung des IFW Dresden entwickelt die DSL Dresden Material­Innovation GmbH ein vollkommenneues Verfahren zur Herstellung von Bleibatteriegittern vom Labormaßstab zur industriellen Fertigung. 

Während heute ausschließlich Gieß­,  Gießwalz­  und Streckmetallverfahren  zur  Gitterherstellung eingesetzt werden,wendet DSL Dresden ein galvanoplastisches Verfahren an, für die Bleigitterproduktion eine grundlegende Neuerung.Bei der Galvanoplastik wird in einem Arbeitsgang die galvanische Abscheidung eines Werkstoffs mit der Formgebungeines gewünschten Teils verbunden. Das Prinzip ist einfach: auf der in Gitterform strukturierten Kathode wird Blei odereine Bleilegierung abgeschieden, bis die gewünschte Dicke erreicht ist. Die gitterförmige Schicht wird dann abgezogenund stellt damit bereits das endformnahe Produkt dar. Abb. 1 zeigt den Prototyp eines derartig hergestellten Gitters. 

Abb. 1: Galvanoplastisch nach dem DSL­Verfahren hergestellte Batteriegitter 

Diskontinuierliche Abscheidung wäre allerdings nicht wirtschaftlich. Deshalb hat DSL Dresden ein kontinuierlichesVerfahren entwickelt. Am Anfang des Prozesses führt die Bleiabscheidung auf einem rotierenden, auf der Oberflächegitterbandförmig   strukturierten   Zylinder   zur   kontinuierlichen  Gitterentstehung.  Das  Gitterband   wird  danach  durchverschiedene weitere Galvanikbäder geführt, in denen Blei bis zur gewünschten Enddicke aufwächst. Abb. 2 zeigt dieLaboranlage, in der dieser Prozess im Kleinen abläuft. Sie dient zur Entwicklung robuster Prozessparameter, parallelaber auch zur Herstellung von Mustergittern für Testzwecke. 

Die Innovation beim Werkstoff, die dieses Verfahren ermöglicht, umfasst u.a.

• Dispersionshärtung des Bleis durch gleichzeitige Abscheidung von Blei und eingelagerten Oxid­Nanoteilchenim Größenbereich 10­200 nm, Fig. 3, 

• Schichtverbundherstellung, zum Beispiel aus hartem Kern und korrosionsbeständiger Beschichtung. 

Abb. 2: Laboranlage zur kontinuierlichen galvanoplastischen Gitterherstellung 

Als weitere Entwicklung wird an der Kombination von Bleischrott­Recycling und Gitterherstellung in einem einzigenProzess gearbeitet. Die entscheidenden Vorteile des neuen Verfahrens sind insgesamt, dass die Gitter durch freie Wahl der Gitterstrukturund Dicke leichter, durch Verbundschichten hoher chemischer Beständigkeit korrosionsbeständiger und durch die Artdes Verfahrens wirtschaftlicher hergestellt werden können als die bisherigen. 

Zur Zeit wird eine erste Produktionsanlage konstruiert, die im Sommer 2002 in Betrieb gehen soll. 

Abb. 3: Bleiwerkstoff mit Nanoteilchen aus TiO2 zur Dispersionshärtung.

Modifizierte elektronische Funktionswerkstoffe

Werkstoffe für komplexe Einsatzbedingungen                   Forschungsschwerpunkte des Instituts 

­ Nanokristalline Werkstoffe ­ Biomaterialien ­ Werkstoffe für die Mikroelektronik ­ Pulvertechnologie ­ Werkstoffe für extreme Einsatzbedingungen ­ Werkstoffermüdung ­ Schadensforschung 

Ermüdungsbruch eines Implantates aus TiAlNb 

Innovative,   leistungsfähige   Werkstoffe   sind   ein   Grundpfeiler   des   technischen   Fortschritts.   GrößtmöglicheAusschöpfung der Werkstoffeigenschaften und immer komplexere Beanspruchungen führen jedoch immer wieder andie  Grenze  des   Bauteilversagens.  Werkstoffeigenschaftsforschung  kann   insofern   als  vorbeugende  Schadensanalyseverstanden werden. Extreme Einsatzbedingungen stellen dabei besondere Herausforderungen an Experiment, Wissenund Erfahrung. Nachfolgend sei dieser Arbeitsbereich des IfWW beispielhaft illustriert. 

Schadensanalyse Eine "post­mortem"­Schadensanalyse dient nicht nur der technischen und juristischen Aufarbeitung von Schadensfällensondern auch der Rückkopplung für die Werkstoffentwicklung "ante­mortem". Nicht immer sind es einzelne Mängel inWerkstoffzustand,   Bauteilauslegung   oder   Betriebsbedingungen,   die   zu   gravierenden   Schäden   führen.   Oft   werdeneinfachste   Regeln   und   Grundkenntnisse   der   Technik   missachtet.   Die   Temperaturabhängigkeit   der   Zähigkeit   vonStählen, der Wegfall einer Dauerfestigkeit unter betrieblichen Belastungen und in korrosiven Umgebungen oder sichüberlagernde   Kerbwirkungen   sind   einfachste   Beispiele.   Oft   lassen   havarierte   Bauteile   im   Elektronenmikroskopmikroskopische   Nachweise   hierfür   erkennen.   Zumeist   sind   es   aber   komplizierte   Überlagerungen   mehrererEinflussfaktoren,   die   einen   Schaden   auslösen.   In   der   Mehrzahl   der   Schäden   spielt   die   Werkstoffermüdung   einemitentscheidende Rolle, wie der abgebildete Implantatbruch zeigt. 

Hochtemperaturermüdung von ODS­Nickel­Basis­Superlegierungen In   Zusammenarbeit   mit   dem   IFW   Dresden   und   der   Plansee   AG   werden   pulvermetallurgisch   hergestellteSuperlegierungen auf Nickelbasis untersucht, die durch stabile oxidische Dispersoide (ODS) und ggf. zusätzlich durchAusscheidungen für den Hochtemperatureinsatz in Flugturbinen, Ventilkörpern, in Kernfusionstechnik usw. entwickeltwurden. Dabei steht das Ermüdungs­ und Kriechverhalten bei Temperaturen bis über 1.000 °C im Vordergrund. Nebender   begrenzten   thermischen   Stabilität   der   Teilchendispersionen   und   unerwünschten   feinkörnigenRekristallisationsdefekten   im   Grobkorngefüge   spielt   dessen   Textur   (Vorzugsorientierung   der   Kristallite   imKornverband)   eine   entscheidende   Rolle.   Festigkeit   und   Lebensdauer   der   Bauteile   werden   hierdurch   maßgeblichbestimmt.   Die   Aufklärung   der   zugrunde   liegenden   metallphysikalischen   Zusammenhänge   entscheidet   über   diewirtschaftlichen Perspektiven dieser Legierungen. 

Ermüdungsversuch bei 1.000 °C, ODS­Superlegierung 

Festigkeit von Elektronikwerkstoffen Die   III­V­Halbleiter   wie   Gallium­Arsenid   und   Indium­Phosphit   weisen   neben   attraktiven   mikroelektronischenEigenschaften (hohe Ladungsträgerbeweglichkeit, Strahlungshärte) eine extreme Sprödigkeit auf. Dies stellt sowohl fürdie  Prozesse der Waferherstellung als auch für  deren Handling und Verarbeitung eine große Herausforderung dar.Bereits  kleinste rissähnliche Imperfektionen  der Größenordnung < 100 nm können zu vorzeitigen Brüchen führen.Durch   Nanoindentierungstechnik   in   Verbindung   mit   Atomkraftmikroskopie   konnten   Schwellwerte   für   die   erstenVersetzungsbewegungen   und   Rissbildungen   nachgewiesen   und   gemessen   werden.   Die   statistische   Bewertungdurchgeführter Mikrobruchuntersuchungen liefert quantitative Bewertungen der Produktzuverlässigkeit. 

Risse an Mikrohärteeindruck in GaAs / Atomkraft­ (farbig) und Rasterelektronenmikroskopie

Werkstoffsysteme an kundenspezifische Vorgaben in der Halbleiter­ und Mikrosystemtechnik anpassen                   Das Institut für Halbleiter­ und Mikrosystemtechnik vereint die Forschung an verschiedenen Technologien derMikroelektronik mit einigen Facetten der Mikrosystemtechnik. 

• Entwicklung von Mikro­Kontaktsystemen • Entwicklung von Diffusions­barrieren • Chemisch­mechanisches Polieren an verschiedenen Materialien • Entwicklung von sensitiven Schichten für Gas­Sensoren 

Aus   diesem   typischen   Aufgaben­gebiet   erwächst   die   Erfahrung,   Werkstoffsysteme   an   kundenspezifischeAufgabenstellungen anzupassen. 

Zum Beispiel wird die Flip­Chip­Löt­Technologie eine zunehmende Rolle bei der Miniaturisierung von Baugruppenspielen. Mit steigender Anzahl von Boards, die mit dieser Technologie bestückt werden,  ergeben sich Forderungennach preisgünstigen Verfahren zur Erzeugung der Lot­Bumps. Eine vielversprechende Lösung ist das Bumping mitNiSn. 

REM­Bild eines Querschliffes durch das untersuchte Werkstoffsystem 

Es wurde die Langzeitstabilität von NiSn­Schichten in Verbindung mit PbSn­Lot werkstoffwissenschaftlich untersucht.Anhand   von   metallografischen   Querschliffen   wurden   mit   lichtoptischen   und   rasterelektronenmikroskopischenVerfahren   sowie   der   energiedispersiven   Röntgenmikroanalyse   die   Schichten   und   ihre   Veränderungen   infolgeTemperaturbelastung von 165 °C dargestellt. 

Der XPS­Kohlenstoffpeak zeigt die Änderung der chemischen Bindung durch Tempern 

Die Untersuchungen haben gezeigt,  dass ein System aus 3 µm NiSn mit einer 5 µm PbSn­Lotschicht  bis zu einerAuslagerungszeit   von   1.000   h   stabil   ist.   Die   NiSn­Schicht   ist   verbreitert   und   in   drei   Zonen   mit   verschiedenenNickelanteilen unterteilt (siehe Bild). Die an das Restlot anschließende Schicht 1 enthält 24 Masse­% Ni, es folgt eineSchicht 2 mit etwa 28 Masse­% Ni (Intermetallischen Verbindung Ni3Sn4) und dann die Ausgangszusammensetzung

(3) mit 79 Masse­% Ni. 

Im Zuge der Miniaturisierung werden alle Werkstoffvorräte immer kleiner, das gilt auch für die sensitiven Schichten,die   damit   aber   auch   unempfindlicher   werden.   Umfassende   physikalische   Charakterisierung   der   Schichten   imWechselspiel mit den Herstellungsparametern erleichtern die reproduzierbare Herstellung empfindlicher Schichten. 

Cu­Phthalocyanin ist gut geeignet, verschiedene Gase nachzuweisen. Es ist bekannt, dass dünne Schichten erst durchTempern bei T > 250 °C in die stabile b­Phase umkristallisieren. Elektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen dabeieine deutlich geänderte Topographie. Photoelektronenspektrometrie (XPS) weist auch Änderungen in den chemischenBindungen der Schicht­Moleküle untereinander nach.

Materialforschung am Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie der TU Dresden                   Das   Institut,   das   sich   hauptsächlich  mit   elektrochemischer  Modifizierung   und  Charakterisierung   von   Oberflächenbeschäftigt, bearbeitet auch eine Reihe von Fragen der Materialforschung und der Nanotechnologie. Einige Beispieleaus diesem Themenkreis werden im folgenden vorgestellt. 

Korrosionsgeschützter Stahl durch modifizierte SAM­Schichten 

SAM­Schichten sind selbstorganisierende Monoschichten, die mit Hilfe leitfähiger Polymere verstärkt werden können.In  einem 2­Schritt­Verfahren   lassen  sich   leitfähige  Polymere   auf  unedlen  Metallen  haftfest   abscheiden.   Im erstenSchritt wird ein Haftvermittler als selbstorganisierender ultradünner Film aufgebracht, der eine kovalente Anbindungsowohl zum Substrat als auch zum leitfähigen Polymer erlaubt, das im zweiten Schritt durch Elektropolymerisationgebildet wird. Die SAM­Struktur des Haftvermittlers wird dabei auf die ersten Lagen des Polymerfilms übertragen undführt   zur   Ausbildung   homogener   und   geordneter   leitfähiger   Polymerschichten,   die   als   Korrosionsschutz­

Zwischenschichten für nachfolgend aufgebrachte Elektrotauchlacke oder konventionelle Decklacke fungieren. 

Leitfähige Polymere als sensitiver Film in chemischen Sensoren 

Dünne Filme leitfähiger Polymere werden in chemischen Sensoren eingesetzt, wo sie sensitiv auf bestimmte Ionen oderGase reagieren.  Durch den Einbau von  Funktionselementen können diese Reaktionen gezielter  beeinflusst  werden.Entsprechend dem Sensorlayout werden die Polymerfilme elektrochemisch auf leitfähigen Materialien oder chemischmit Hilfe von Haftvermittlersubstanzen auf Isolatoren abgeschieden. Für mikroelektronische Anwendungen wird eineStrukturierung der Filme bis in den Submikrometerbereich durchgeführt. 

Elektrochemisch   präparierte   Funktionsmaterialien   auf   der   Basis   neuartiger   intermetallischer   Phasen   undnanoskaliger Dispersionsschichten 

Kombinationen aus einem Metall mit einem oder mehreren weiteren Metallen (sog. intermetallische Phasen) bzw. mitnanoskaligen Teilchen (Dispersionsschichten mit Oxiden, Carbiden, Kunststoffen, etc.) zeigen oft drastisch geänderteEigenschaften   gegenüber   den   Ausgangsmaterialien.   Die   elektrolytische   Abscheidung   stellt   eine   kostengünstigeMethode dar, diese Systeme mit optimierten Eigenschaften (erhöhte Korrosions­ und Abriebbeständigkeit, geringenStreck­ und Ziehkräften, etc.) herzustellen. 

Verbundmaterialien mit leitfähigen Polymeren 

Leitfähige   Polymere   sind   in   Abhängigkeit   vom   Oxidationszustand   Halbleiter   oder   nahezu   metallische   Leiter.Kombinationen   aus   oxidischen   Halbleitern   und   leitfähigen   Polymeren   (reduzierter   Zustand)   ermöglichen   dieHerstellung von p / n­Übergängen aus organischen und anorganischen Halbleitern zum Einsatz in Photodetektoren.Oxidpulver mit leitfähiger Beschichtung (Polymer im oxidierten Zustand) sind als leitfähige Pigmente mit variablerFarbe und Leitfähigkeit interessant. Eigenschaften und Verarbeitung dieser Verbundmaterialien sind Gegenstand derForschung.

Clathratverbindungen ­­ neue Materialien für thermoelektrische Anwendungen?                   Ein Forschungsschwerpunkt am Institut liegt bei neuartigen intermetallischen Verbindungen mit Ionen der SeltenenErden (wie Yb, Ce oder Eu). Konkurrenz und Koexistenz von Magnetismus und Supraleitung sind hierbei besondersinteressant (z.B. in CeCu2Si2). Insbesondere halbleitende Verbindungen (oder Halbmetalle) treten zunehmend in den

Mittelpunkt   der   Forschung   (z.B.   CeNiSn).   Auf   der   Suche   nach   diesen   neuen   Halbleitern   (sogenannte   "Kondo"­Isolatoren) starteten die Forscher am MPI­CPfS mit Einschluss­ ("Clathrat") Verbindungen vom Typ M8E46 (M: K, Rb,

Cs;  E:  Si,   Ge,  Sn).  Diese  meist   halbleitenden  Verbindungen  sind   isostrukturell   zu  den  bekannten  Edelgashydrat­Clathraten   (z.B.   (Xe)8(H2O)46;   "amorphes  Eis").  Hier  besetzen die  Alkalimetalle  vollständig  die  Hohlräume  eines

dreidimensionalen Raumnetzes der 4­bindigen E­Atome. Zur Substitution mit zweiwertigen Seltenen Erden musstenneue Erdalkali (Sr, Ba) ­­ Clathrate als Referenzsystem synthetisiert werden. Es gelang die Synthese der VerbindungenSr8Ga16Ge30  und  Ba8Ga16Ge30.   Das   erste  System  mit   einem   Ion  der   Seltenen   Erden   (Eu8Ga16Ge30)   wurde   fast

zeitgleich mit einer amerikanischen Gruppe gefunden. Ferner wurde am MPI­CPfS eine neuartige Strukturvariante, das(­   Eu8Ga16Ge30  entdeckt   (siehe   Abbildung).   In   den   Clathratverbindungen   sind   die   Gastatome   in   den   grossen

Hohlräumen (E20­ und E24­ Polyeder) des sp3­hybridisierten Wirtsgitters nur sehr schwach ionisch gebunden. Dies

ermöglicht Schwingungen der Gastatome, welche einen entscheidenden Einfluss auf die Wärmeleitfähigkeit k haben.Die Wärmeleitfähigkeit  wird erniedrigt   (  W/mK bei 300 K),  da die Gitterschwingungen des Wirtsgitters mit  den�Schwingungszuständen der Gastatome wechselwirken. Bei Raumtemperatur dominiert meist der elektronische Anteil kedurch   die   recht   wenigen   Ladungsträger   (Halbmetall).   Ein   ähnliches   Verhalten   findet   man   bei   den   sogenanntenSkutteruditen (z.B. CeFe3CoSb12, hier ist Ce das Gastatom). 

Aufgrund  dieser  ungewöhnlichen   Eigenschaft   der   Clathrat­   und  Skutterudit­  Verbindungen   rücken  diese   weltweitzunehmend   in   das   Interesse   der   Materialforscher.   Insbesondere   zur   Anwendung   im   Bereich   der   Peltier­Kühlungscheinen diese Mate­rialien besonders geeignet zu sein. Beim Peltier­Element wird durch elektrischen Strom Kühlungerzeugt,  wobei im Unterschied zu anderen Kühlmethoden keine Gase oder kryogene Flüssigkeiten genutzt werden,sondern   nur   der   thermoelektrische   Effekt.   Einzelne   oder   mehrstufige   ("Kaskaden")   Peltier­Elemente   finden   ihrenEinsatz   zur   Kühlung   elektronischer   Bauteile.   Der   Gütefaktor   ist   definiert   als   ZT   =   S2  o   T   /   k   (o:   elektrischeLeitfähigkeit). Die rein theoretisch erreichbare maximale Temperaturdifferenz liegt bei DT = ZT2. Dominiert in der

Wärmeleitfähigkeit der elektronische Anteil ke  so vereinfacht sich der Gütefaktor mit Hilfe des Wiedemann­Franz­

Gesetzes   (L0T   =   ke/s   mit   L0  =   2.45x10­8  V2/K2)   zu   ZT   =   S2/L0.   Für   Eu8Ga16Ge30  mit   S     50   µV/K   bei�

Raumtemperatur   ergibt   sich   ZT   =   0.1.   Dieser   Wert   liegt   etwa   eine   Grössenordnung   unter   technisch   optimiertenMaterialien mit ZT = 1 (Bi2Te2.7Se0.3 (n­Typ) oder Bi0.5Sb1.5Te3 (p­Typ)). Diese neue und junge Substanzklasse lässt

sich   hinsichtlich   der   thermoelektrischen   Eigenschaften   sicherlich   noch   optimieren   (Wahl   der   Gastatome,Ladungsträgerkonzentration,   Art   der   Ladungsträger   (n­   oder   p­Typ),..   ).   Hierdurch   könnte   eine   erheblicheVerbesserung der Peltier­Kühltechnik gelingen. Neue Anwendungsbereiche der Peltier­Kühltechnik (z.B. Ersatz vonkryogenen Flüssigkeiten und Gase) wären dann zu erwarten. Um die neuen Clathratverbindungen zur Anwendungsreifezu bringen, ist jedoch noch einige Forschungsanstrengung nötig. 

Forschungsbereiche: 

• Anorganische Chemie, Prof. Dr. Rüdiger Kniep • Chemische Metallkunde, Dr. Yuri Grin • Festkörperphysik, Prof. Dr. Frank Steglich 

Themenspektrum: 

• Intermetallische Phasen und Übergänge zu kovalenten / ionischen Verbindungen • Neue intermetallische Verbindungen mit stark korrelierten Elektronen • Unkonventionelle Ordnungsphänomene • Quantenkristische Phänomene • Struktur / Eigenschafts­Beziehungen • Entwicklung neuer Syntheseverfahren 

Strukturanalyse und Werkstoffprüfung

Kristallzüchtung und Strukturanalyse                   

Bild 1: Legierungsherstellung an der Kalttiegel­Induktions­Kristallzüchtungsanlage im zentralen Kristall­Labor IFWDresden / TU Dresden des Sonderforschungsbereichs 463. 

Von der Deutschen Forschungsgemeinschaft 1997 an der Technischen Universität Dresden eingerichtet, widmet sichder  Sonderforschungsbereich   (SFB)  463  der  Struktur  sowie  dem Magnetismus  und  den  Transporteigenschaften   inSeltenerd­Übergangsmetall­Verbindungen. Für diese Untersuchungen wurde ein zentrales Kristall­Labor am Institut fürFestkörper­ und Werkstofforschung Dresden (IFW) konzipiert und aufgebaut, das die Herstellung von Legierungen unddie   Züchtung   von   Einkristallen   hochschmelzender   intermetallischer   Verbindungen   mit   besonderen   physikalischenEigenschaften   erlaubt.   Seitens   der   TU   Dresden   (TUD)   erfolgt   im   Rahmen   dieses   SFBs   die   Bestimmung   vonStrukturparametern von Metallen und intermetallischen Verbindungen als Funktion der Temperatur und des Druckes.Dies ist ein Schwerpunkt der Arbeiten im Institut für Kristallographie und Festkörperphysik. 

Das   IFW   Dresden   bietet   im   Rahmen   eines   Kompetenzangebots   Beratung,   Konzipierung   und   Konstruktion   vonKristallzüchtungsanlagen   unter   Verwendung   kommerzieller   Komponenten   für   Forschungseinrichtungen   undindustrielle   Anwender   sowie   die   Konstruktion   und   Fertigung   spezieller   Anlagenteile   an.   Eine   im   IFW   Dresdenkonstruierte und im zentralen Kristall­Labor errichtete rechnergestützte Induktions­Zonenschmelzanlage gestattet dietiegelfreie   Kristallzüchtung   für   Schmelztemperaturen   bis   3.000   °C   im   Hochvakuum   oder   unter   Inertgas   beiZiehgeschwindigkeiten von 0,1 bis 999 mm/h. Die Kalttiegel­Induktions­Kristallzüchtungsanlage (siehe Bild 1) dient

der tiegelfreien Herstellung von Legierungen mit reaktiven Elementen, dem Gießen polykristalliner Stäbe sowie derZüchtung   von   Kristallen   mit   Durchmessern   >   8   mm.   Kommerzielle   Zonenschmelz­Kristallzüchtungsanlagen   mitoptischer  Heizung werden zur Einkristallzüchtung  intermetallischer  Verbindungen bei Gasdrücken bis 100 bar  undSchmelztemperaturen bis 3.000 °C aber auch zur Züchtung von Oxidverbindungen genutzt. Eine Kalttiegel­Induktions­Schmelzanlage   für  Schmelzmassen  bis   ca.   150  g   ist   im Aufbau.  Mit  den  vorhandenen  Anlagen  können   Prozess­Parameter für das Schmelzen von Legierungen und die Kristallzüchtung ermittelt sowie externe Mitarbeiter für dieKristallherstellung,  die  Modellierung elektrohydrodynamischer Vorgänge und weitere Forschungsaufgaben  geschultwerden. 

Durch   tiegelfreies   Zonenschmelzen   wurden   Einkristalle   intermetallischer   Seltenerd­Übergangsmetall­Verbindungenmit  hoher  physikalischer Perfektion und Reinheit hergestellt,  u.a.  supraleitende Borokarbide und hochschmelzendeSilizide. 

Das Institut für Kristallographie und Festkörperphysik der TUD ist in der Lage die Kristalle bezüglich ihrer atomarenStruktur mit Methoden der Röntgendiffraktometrie in einem weiten Temperatur­  und Druckbereich zu untersuchen,wobei auch bisher unbekannte Strukturen entdeckt wurden. Anhand der analytischen Ergebnisse der TUD werden dieHerstellungsbedingungen   der   Kristalle   optimiert.   Weiterhin   besteht   die   Möglichkeit   der   Charakterisierung   vonKristalldefekten wie Versetzungen oder Stapelfehler. Für Konstitutionsuntersuchungen von Mehrstoffsystemen (u.a.Bestimmung   von   Schmelztemperaturen   bis   2.400   °C)   steht   eine   Hochtemperatur­Differentialthermoanalyse   zurVerfügung.   Die   Messung   von   magnetischen   und   elektrischen   Eigenschaften,   die   Ermittlung   von   Parametern   undorientierungsabhängigen Kenngrößen für die Materialentwicklung kann in Kooperation mit den Forschungsgruppendes   Sonderforschungsbereiches   463   an   der   TU   Dresden,   am   IFW   Dresden   und   den   weiteren   beteiligtenaußeruniversitären Forschungseinrichtungen durchgeführt werden. 

Bild 2: Tb2PdSi3­Einkristall hergestellt mit tiegelfreiem Zonenschmelzverfahren und Modell der Kristallstruktur(oben)

Werkstoffprüfung sichert Produktqualität                   

Schwingfestigkeitsprüfung an einer Stahlprobe mit laserstrahlgehärteten Kerben 

Die   Herstellung   qualitativ   hochwertiger   Produkte   wird   in   zunehmendem   Maße   durch   den   Einsatz   vonmaßgeschneiderten, funktionsangepassten Werkstoffen und die Anwendung innovativer Fertigungsverfahren geprägt.Die Beherrschung der Gesamtkette vom Werkstoff über den Fertigungsprozess bis hin zum Bauteilverhalten legt denGrundstein   für   hohe   Produktqualität   und   stellt   neue   Herausforderungen   an   den   koordinierten   Einsatz   vielfältigermoderner Prüfverfahren sowie Charakterisierungs­ und Analysemethoden. 

Das Fraunhofer­Institut für Werkstoff­ und Strahltechnik (IWS) Dresden betreibt anwendungsorientierte Forschung undEntwicklung auf den Gebieten der Laser­ und Oberflächentechnik. Die Werkstoffprüfung und ­charakterisierung leistendabei einen wichtigen Beitrag für eine erfolgreiche Entwicklungsarbeit und die Qualitätssicherung. 

Lasergaslegierte Titanlegierung; Übergang Schmelzzone ­­ Grundwerkstoff 

Das Aufgabenspektrum umfasst u.a.: 

• Beanspruchungsanalyse • Kennwertermittlung für die Werkstoffauswahl und die Bauteilauslegung • Aufklärung von Struktur­Eigenschafts­Beziehungen • Prognose des Bauteilverhaltens • Aufklärung von Versagensmechanismen zur Schadensvermeidung. 

Langjährige werkstoffwissenschaftliche Erfahrungen und leistungsfähige Laboratorien für die Werkstoffprüfung sowiefür die metallographische und elektronenmikroskopische Gefüge­ und Strukturcharakterisierung bieten ausgezeichneteVoraussetzungen zur Lösung der genannten Aufgaben. 

Zur Kompetenz des Fraunhofer IWS gehören u.a. die Prüfung und Strukturcharakterisierung randschichtbehandelterBauteile   und   Schweißverbindungen   sowie   die   Beurteilung   des   Thermoschockverhaltens   vonHochtemperaturwerkstoffen.   Spezielle   Erfahrungen   bestehen   bei   der   Beurteilung   der   Qualität   der   abtragendenLasermikrobearbeitung,   bei   der   Ermittlung   und   Interpretation   der   Schwingfestigkeit   von   lasermodifizierten   und­geschweißten Werkstoffen sowie bei der Aufklärung der Ursachen von Werkstoff­ und Bauteilschäden. 

Leistungsangebot: 

• Beratung zu:  Werkstoffeinsatz  werkstoffgerechter und fertigungsge­rechter, insbesondere lasergerechter Konstruktion  beanspruchungsgerechter Gestaltung von randschichtbehandelten oder geschweißten Bauteilen 

• Ermittlung von Werkstoffkennwerten für Werkstoffauswahl, Bauteilauslegung und Qualitätssicherung (Härte,statische Festigkeit, Schwingfestigkeit, Rissausbreitung, Bruchzähigkeit, Kerbschlagarbeit) 

• Licht­ und elektronenmikroskopische Gefügecharakterisierung an Metallen, Keramiken, Gesteinen,Schichtverbunden, Schweißverbindungen u.a. 

• EDX­Mikroanalyse im Mikrometer­ bis Nanometerbereich (Punkt­ und Linienmodus,Elementverteilungsbilder) 

• Aufklärung der Mikrostruktur von kompakten Werkstoffen, Schichten, Pulvern u.a. mittels Transmissions­Elektronenmikroskopie 

• Eigenschaftsbewertung von randschichtbehandelten oder geschweißten Werkstoffen und Bauteilen • Thermoschock­Charakterisierung von Hochtemperaturwerkstoffen • Schadensfallanalysen (Aufklärung belastungs­, werkstoff­ und umgebungsbedingter Versagensursachen) 

Servohydraulisches Materialprüfsystem (Zug­, Druck­, Biegeversuch, Schwingfestigkeitsprüfung, Bruchmechanik)

Sie wissen WAS -- Wir wissen WIE                   Die Technologieagentur BTI mbH als europäischer Dienstleister für technologieorientierte Unternehmen 

Die Verbesserung der Wettbewerbssituation ist für jedes Unternehmen eine stetig wachsende Herausforderung, der mithoher Flexibilität, Innovationsfähigkeit und Kreativität zu begegnen ist. Besonders kleine und mittlere Unternehmenhaben   durch   ihre   höhere   Flexibilität   die   Chance,   durch   Konzentration   auf   spezielle   Nischenmärkte,   mitForschungskooperationen und durch konsequentes Innovationsmanagement, Wettbewerbsvorteile zu erreichen. 

Die   BTI   mbH   verfügt   mit   ihren   Instrumentarien   und   Transfer­Netzwerken   über   günstige   Voraussetzungen   zumganzheitlichen   Ansatz   bei   der   Innovationsberatung   beginnend   bei   Technologie,   Markt,   Organisation   bis   hin   zurBetriebswirtschaft. 

Beispiel dazu ist die EU­Beratung der BTI mbH: Im europäischen Umfeld können kleine und mittlere Unternehmen nurdurch kontinuierliche, internationale Innovationsstrategien überleben. Deshalb ist es das Ziel, europäischer Forschungs­und Technologieprogramme, internationale Forschungs­ und Technologiekooperationen von KMU untereinander undmit Forschungseinrichtungen effizient zu unterstützen. Dazu hat die Europäische Kommission mit den INNOVATIONRELAY CENTRES ein Netzwerk von 63 Beratungszentren mit  über  170  regionalen Vertretungen geschaffen.  AlsPartner  dieses  Netzwerkes  im Konsortium des IRC Saxony  (EU­Verbindungsbüro   für  Forschung und TechnologieSachsen)   setzt   die   BTI   mbH   ihre   Schwerpunkte   bei   der   EU­Beratung   in   der   Vorbereitung,   Beantragung   undRealisierung europäischer Forschungs­ und Entwicklungsprojekte und der Anbahnung und Realisierung europäischerTechnologietransferprojekte. 

Basis der  Leistungen der  BTI mbH ist  das zur  Zeit   laufende  5.  Rahmenprogramm  für  Forschung,  TechnologischeEntwicklung und Demonstration der Europäischen Gemeinschaft. 

• Die BTI mbH informiert über die Programme der EU, die spezifischen Aufrufe, ihre Themenbereiche unddie Teilnahmebedingungen. 

• Die BTI mbH berät die KMU bei der Einordnung ihrer Projekte in EU­Programme. • Die BTI mbH unterstützt und assistiert den KMU bei der Antragstellung hinsichtlich des Formalismus, des

Verfahrensablaufes, der Projektdefinition, der Zusammenstellung der Konsortien, der Partnersuche und derModeration zwischen den Partnern. 

• Die BTI mbH beteiligt sich als Partner an europäischen Projekten für das Projektmanagement, insbesonderebei der Koordinierung und der Verwertung der Ergebnisse. 

• Die BTI mbH vermittelt und moderiert Partnerschaften bei der Verwertung und bei der Nutzung von FTE­Ergebnissen von KMU im europäischen Raum. 

Mehr als 11 Mio. EURO Fördermittel aus Brüssel konnten bis Mitte 2001 für sächsische KMU durch die Unterstützungder BTI mbH eingeworben werden. 

Verschärfte Wettbewerbsbedingungen führen zu ständig wachsenden Qualitätsanforderungen. Viele Zulieferer bleibenvor   allen   bei   großen   Finalproduzenten   nur   noch   im   Geschäft,   wenn   sie   ihre   Qualitätsfähigkeit   nachweisen.   DieRealisierung   dieser   komplexen   Zielstellung  erfordert   oft   eine   erhebliche  Neuorientierung   im Management,   in  derOrganisation   der   betrieblichen   Abläufe,   aber   auch   ein   neues   Verständnis   des   Begriffes   "Qualität".   Auch   dieVermeidung von Fehlerkosten durch qualitätsorientiertes Denken und Handeln vom Entwurf über die Fertigung biszum Kundendienst ist ein zunehmendes Gebot der Kostenreduzierung. 

Wenn   die   Qualitätsfähigkeit   eines   Unternehmens   durch   eine   unabhängige   Prüforganisation   oder   den   Kunden(Auftraggeber) bestätigt werden soll, ist deshalb in der Regel eine umfangreiche Vorarbeit zu leisten. 

In der BTI mbH arbeiten Berater, die beim Planen, Einführen und Weiterentwickeln des Qualitätsmanagementsystemsnach DIN EN ISO 9000/2000, VDA 6.1, VDA 6.4, QS 9000 und TS 16949 kompetent unterstützen können. 

Kompetente Information und Beratung zur Förderung innerhalb der Forschungsrahmenprogramme der EU 

Knowhow­Transfer aus Forschungseinrichtungen ­­ eine wichtige Quelle von Innovationen für KMU ­­ hier zumThema Laserhärten bei der ALOtec GmbH Dresden durch den Gesprächskreis Fertigungstechnik

Regionales Venture Capital für junge Unternehmen und Existenzgründer                   Ein Unternehmen der Stadtsparkasse Dresden und der TechnologieZentrumDresden GmbH 

Existenzgründern und Wachstumsunternehmen mit technologieorientierten Geschäftsideen bietet die SIB Innovations­

und   Beteiligungsgesellschaft   mbH   ein   breites   Dienstleistungsspektrum   in   Fragen   der   Finanzierung   undUnternehmensentwicklung. 

Die SIB Innovations­ und Beteiligungsgesellschaft mbH wurde gemeinsam von der Stadtsparkasse Dresden und demTechnologieZentrumDresden im Jahr 2000 gegründet. Beide Mutterunternehmen unterstützen bereits seit vielen JahrenExistenzgründer und innovative Technologieunternehmen mit Kapital und Know­How. 

Die SIB mbH bietet individuelle Konzepte speziell im Bereich der Beteiligungsfinanzierung mit Eigenkapital an. Dabeiübernimmt die SIB mbH nur Minderheitsbeteiligungen für einen Zeitraum von 3 bis 8 Jahren. Der Unternehmer ist undbleibt "Herr im Haus". 

Zielmarkt sind Existenzgründer und Wachstumsunternehmen im Wirtschaftsraum Dresden. Unser Fokus liegt dabei aufklassischen   und   neuen   Technologiebranchen   (Biotechnologie,   Nanotechnologie,   Informations­   undKommunikationstechnik,   Mikroelektronik,   Maschinenbau,   Chemie,   neue   Werkstoffe,   Medizintechnik)   sowie   aufinnovativen Dienstleistungen. 

Neben der Kapitalunterstützung profitieren Sie von den Branchen­ und Managementerfahrungen der Mitarbeiter derSIB   mbH   sowie   von   dem   breiten   Netzwerkzugang.   Die   SIB   mbH   unterstützt   Sie   bei   Strategie,   Marketing   undControlling. 

Gewinnen Sie neue unternehmerische Perspektiven und Handlungsspielräume durch eine Partnerschaft mit der SIB. 

Leistungsangebot: 

• Finanzierungskonzepte mit einem Mix aus  Eigenkapital (offene Beteiligung, stille Einlage)  Darlehen  Öffentlichen Fördermitteln 

• typisches Finanzierungsvolumen 0,25 bis 3 Mio. EURO 

Managementunterstützung: 

• umfangreiches Netzwerk in den Bereichen Wissenschaft, Wirtschaft und Finanzen • Unterstützung bei Aufbau eines Mar­keting­, Vertriebs­ und Controllingsystems • Unterstützung bei der Suche nach strategischen Industriepartnern 

Beurteilungskriterien für eine Beteiligung: 

• Managementqualität • Innovationsgehalt, Alleinstellungsmerkmale • Marktpotenzial, Wettbewerbsintensität • Geschäftsmodell, nachhaltige Erträge und Rentabilität 

Impressum            

Herausgeber: 

TU Dresden Forschungsförderung / Transfer TechnologieZentrumDresden GmbH BTI ­­ Beratungsgesellschaft für Technologietransfer und Innovationsförderung mbH 

Redaktion: 

Dipl.­Journ. Eva Wricke (TU Dresden) E­Mail: eva.wricke@mailbox.tu­dresden.de 

Dr. Dietmar Herglotz (TechnologieZentrumDresden) E­Mail: herglotz@tzd.tz­dd.de 

Dipl.­Ing. Ute Kedzierski (BTI mbH) E­Mail: kedzierski@bti­dresden.de 

Anschrift: 

Dresdner Transferbrief c/o TechnologieZentrumDresden mbH Dr. Dietmar Herglotz Gostritzer Straße 61­63 D­01217 Dresden Tel.: +49­351­8­71­86­63 Fax: +49­351­8­71­87­34 E­Mail: herglotz@tzd.tz­dd.de 

Gestaltung und Satz der gedruckten Ausgabe und im Internet (html­version): 

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