Zoz Light Weight Technology
Leichter als Aluminium und so fest wie Stahl

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Zentallium®
Zentallium® Fahrradschrauben Votec
Zentallium® Fahrradschrauben Storck
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Zentallium® Kettenritzel
Zentallium® Helikopter-Wellen
Zentallium® ProgressReport
Zentallium®
leichter als Aluminium und so fest wie Stahl !
Zentallium® beschreibt Hochleistungs-Halbzeuge und
Bauteile aus mechanisch legierten Al-Basiswerkstoffen mit nachhaltiger Korngrößenreduktion und Verstärkung durch Carbon Nanotubes (CNTs) zur kommerziellen Verwendung. High-Tech-Transportation – egal ob zu Luft, Boden oder Wasser – stellt höchste Ansprüche an die eingesetzten Werkstoffe. Wer im Transportsektor Energie, Emission und Kosten sparen will, wird jedenfalls zunächst bemüht sein, möglichst wenig Masse bewegen zu müssen – ein wesentliches Ziel lautet daher Leichtbau.Ein Leichtbau-Werkstoff sollte primär eine möglichst hohe spezifische Festigkeit (Verhältnis: Festigkeit zu Dichte) aufweisen. Zusätzliche Rahmenbedingungen, wie Steifigkeit, Temperaturfestigkeit, Korrosionsresistenz, elektrische & thermische Leitfähigkeit und vor allem Kosteneffizienz, limitieren verfügbare Werkstoffe erheblich.Zentallium® stellt einen neuen mechanisch-legierten und
insofern äußerst leistungsfähigen Verbundwerkstoff dar, der aus einem Al-Basiswerkstoff und CNTs besteht und pulvermetallurgisch hergestellt wird. CNTs sind im deutschen Sprachgebrauch als „Kohlenstoffnanoröhrchen“ bekannt und gehören – neben Diamant – zu der wohl populärsten Kohlenstoffmodifikationen, welche im Jahr 1990 entdeckt worden sind. Der enorme Bekanntheitsgrad resultiert besonders durch die enormen mechanischen Festigkeiten. So sind der E-Modul im Vergleich zu Stählen 5-mal und die Zugfestigkeit sogar 32-mal höher.Zur größeren Ansicht bitte anklickenSeit Jahrzehnten versucht man diese hoch-attraktiven mechanischen Eigenschaften in Verbundwerkstoffen zu nutzen, insbesondere seitdem CNTs großtechnisch und zu einem günstigen Preis hergestellt werden können.  Das scheitert jedoch oftmals an schwieriger Dispersion/Funktionalisierung und an der ungelösten Problematik, eine tragende Struktur von CNTs in einer Matrix zu formieren, welche Kräfte aufnehmen und lokale Spannungen übertragen könnte.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).