Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Mit uns durchdringen Sie die Degradation in Ihren miniaturisierten Komponenten und Materialien und beugen diese vor.
Viele Bauteilverbesserungen scheitern, weil makroskopische Werkstoffeigenschaften für die Bauteilauslegung herangezogen werden. Denn in makroskopischen Materialtest werden Degradationseffekte und Eigenschaften erfasst, welche für kritische Bereiche in Bauteilen häufig ungültig sind. Diese Diskrepanz kann zum Beispiel auf Unterschiede in der Mikrostruktur, Defektstatistik oder oberflächendominiertes Verhalten durch Miniaturisierung zurückgeführt werden. Übliche Werkstoffcharakterisierungsmethoden stoßen an ihre Grenzen, weil Probengeometrien zu groß oder die Messverfahren nicht empfindlich genug sind.
Wir bestimmen Bauteil- und Materialeigenschaften von Proben deren Abmessungen im Mikrometerbereich liegen, also mikro- und mesoskaligen Prüflingen. Wir untersuchen die Bauteile ganzheitlich, um ein Verständnis über Mikrostruktur-Eigenschaft-Beziehungen, Schädigungsmechanismen und Abhilfemaßnahmen abzuleiten. Dafür setzen wir unsere selbst entwickelten Versuchsaufbauten aus der experimentellen Mikromechanik, korrelative Mikroskopie und intelligente Datenauswertungsmethoden ein. Eine gezielte, kontrollierte Probenpräparation schafft die Grundlage realistische Bauteileigenschaften kleiner Komponenten und Materialeigenschaften kritischer Bereiche in makroskopischen Bauteilen zu ermitteln. Damit decken wir Skalierungs- und Größeneffekte auf und verbessern Ihre Materialmodelle und Prozeduren zur Bauteilauslegung. Da wir unsere modularen Versuchsaufbauten kontinuierlich weiterentwickeln, können wir sehr flexibel auf spezielle Projektanforderungen reagieren.
Die Bewertung der Zuverlässigkeit durch mikromechanische Charakterisierung ist auch ein kritischer Aspekt für sogenannte mechanische Metamaterialien. Diese künstlichen Materialien können, basierend auf ihrer inneren Struktur, auf einen externen Stimulus (mechanische Belastung, Temperaturänderung) zum Beispiel mit einer Variation ihrer mechanischen Eigenschaften reagieren. So können neuartige Kombinationen von effektiven Materialeigenschaften erzielt werden, die atypisch für herkömmliche Materialien sind. Mittels solcher Metamaterialien können Bauteile “programmiert” und für Ihre Anwendungen zugeschnitten werden. Ein Teil unserer Gruppe beschäftigt sich mit dem Design und der Charakterisierung solcher Metamaterialien, denn relevante Abmessungen der inneren Struktur liegen üblicherweise auf der Mesoskala.