Man muss daher und nach heutigem Kenntnisstand zunächst einmal
Abstand davon nehmen, dass CNTs für eine primäre Härtung eines
Verbundwerkstoffes in Frage kommen können.Zentallium®
zeichnet sich durch ein nanostrukturiertes Al-Matrixgefüge mit
Korngrößen weit unter 100 nm aus und profitiert gemäß der
Hall-Petch-Beziehung von dieser enormen Kornfeinung. Die Herstellung
erfolgt mittels mechanischem Legierens in Hochenergiekugelmühlen
(Simoloyer®), wobei durch permanentes
„Dispergieren-Aufbrechen-Kaltverschweißen“ ein nanostrukturiertes
Gefüge eingestellt wird, in dem CNT-Agglomerate in-situ aufgelöst
und eingebettet sind. Diese hochkinetische mechanische
Verfahrenstechnik hat den Vorteil, dass trotz des notwendig hohen
Energieeintrags die Kohlenstoffmodifikation CNT kaum zu „nutzlosem
Graphit“ transformiert wird. Des Weiteren muss ein spezielles
Clustering der CNTs eingestellt werden, da sowohl eine vollständig
dispergierte als auch eine unverändert agglomerierte
CNT-Makrostruktur nicht die gewünschten Eigenschaften bereitstellt.
Während der Konsolidierung (Verarbeitung des Pulvers zum
Halbzeug) der nanoskaligen Gefüge durch Strangpressen oder Sintern
würde die hohe innere Oberfläche bzw. hoch-übersättigte innere
Oberflächenenthalpie zu Kornvergröberung in Richtung einer
meta-stabilen Gefügestruktur neigen. Mit dem Kornwachstum würden
auch die mechanischen Eigenschaften wieder reduziert und genau das
wird durch die „eingebauten“ CNTs verhindert und somit eine
nachhaltige Korngrößenreduktion effizient gewährleistet.
In Folge ergeben sich z. B. exorbitant hohe Festigkeiten für
einen i. d. F. Al-Basiswerkstoff, der damit selbst extrem teure und
hochreaktive Al-Li-Systeme weit in den Schatten stellt. Die CNTs
spielen dabei allerdings keine primäre Festigkeit-steigernde sondern
eine sekundär Kornfeinung-erhaltende Rolle.
Zentallium® übertrifft Festigkeiten von Edelstählen
und erreicht das Niveau von Baustählen (in Zahlen: 700-1.000 MPa).
Der E-Modul liegt im Vergleich zu Al-Basiswerkstoff um 20-30 %
höher.
Die CNTs stabilisieren dieses Legierungssystem bis nachweislich
240°C, was für kommerzielle Al-Legierungen ebenfalls einen
unerreichten Wert darstellt.
Stand Heute kann für Zentallium® eine Dehnung von nur
1 % garantiert werden, was gewohnt universelle Einsetzbarkeit z. B.
von Stahl insofern nicht ersetzt. Die Anwendung muss auch dazu
passen. In Zukunft hoffen wir, diesen Werkstoff so weiter zu
verbessern und zu modifizieren, dass wir an erwartete 4-6 % Dehnung
herankommen, was die Einsatzmöglichkeiten entsprechend erweitern
würde.
Das Potential dieses Legierungssystems ist dabei am Anfang der
Entwicklung bei weitem nicht voll ausgeschöpft wobei aber heute
bereits erkennbar ist, dass die Werkstoffkosten weniger als die
Hälfte einer konventionellen Ti-Legierung werden betragen müssen
(siehe dazu Datenblatt D-15 mit Meterpreis).
