ISBN: 3540660631
TITLE: Neue Materialien fr innovative Produkte
AUTHOR: Harig, Helmuth; Langenbach, Christian J. (Hrsg.)
TOC:

I. Kurzfassung
1 Gegenstand, Zielsetzungen und Methodik K-1
1.1 Zielsetzungen K-1
1.2 Ausgangslage K-3
1.3 Methodischer Ansatz K-4
2 Neue Materialien - Trends und Entwicklungen K-7
2.1 Bedeutung Neuer Materialien K-7
2.2 Materialforschung in ausgewhlten Bereichen K-8
2.3 Fallbeispiele materialwissenschaftlicher Entwicklungen K- 18
3 Materialwissenschaften im gesellschaftlichen Kontext K-21
3.1 Beurteilungen und Konsequenzen K-21
3.2 Zusammenfassende Empfehlungen K-24
4 Ausblick K-27
II. Memorandum
1 Einfhrung 1
1.1 Ausgangslage und Zielsetzungen 3
1.2 Aufbau und Vorgehen dieser Untersuchung 7
1.3 Methodischer Ansatz und Struktur der Resultate 9
2 Technikfolgenbeurteilung und Materialwissenschaft 11
2.1 Gesellschaftliche Bedeutung der Materialentwicklung 11
2.1.1 konomische Bedeutung 12
2.1.2 Bedeutung fr den Umweltschutz 14
2.1.3 Bedeutung in der Lebenswelt 16
2.2 Technikfolgenbeurteilung und Materialentwicklung 17
2.2.1 Rationale Technikfolgenbeurteilung 17
2.2.2 Staatliches Handeln in der Technikgestaltung 20
2.2.3 Technikfolgenreflexion in den Materialwissenschaften 23
2.2.4 Bedarfs- oder angebotsorientierte Technikfolgenbeurteilung? 27
2.2.5 Rationalitt und Akzeptanz 29
2.3 Bisherige Arbeiten auf diesem Gebiet 31
3 Stand und Entwicklung ausgewhlter Materialklassen 39
3.1 Klassifizierung 39
3.2 Materialentwicklungen 43
3.2.1 Entwicklungstrends bei Sthlen 46
3.2.1.1 Wirtschaftliche Bedeutung der Sthle 46
3.2.1.2 Entwicklung der metallurgischen Prozetechnik zur Reduzierung der Emissionen und des Energieeinsatzes 48
3.2.1.3 Verkrzung von Prozeketten 50
3.2.1.4 Trends der Werkstoffentwicklung bei Sthlen 52
3.2.1.5 Neue Produktformen 54
3.2.1.6 Neue Verarbeitungsverfahren 56
3.2.1.7 Werkstoffkreislauf 56
3.2.1.8 Schlufolgerungen 57
3.2.2 Nichteisenmetalle 57
3.2.2.1 Aluminium-Legierungen 58
3.2.2.2 Titan-Legierungen 66
3.2.2.3 Magnesium-Legierungen 72
3.2.2.4 Kupfer-Legierungen 75
3.2.2.5 Schlufolgerungen 80
3.2.3 Polymerwerkstoffe 83
3.2.3.1 Trends in der Polymerforschung 84
3.2.3.2 Schlufolgerungen 96
3.2.4 Keramische Werkstoffe 97
3.2.4.1 Konstruktion und Design 99
3.2.4.2 Kostensenkung 100
3.2.4.3 Faserverbundwerkstoffe mit Keramikmatrix 101
3.2.4.4 Funktionskeramik 102
3.2.4.5 Keramik im MaTech-Programm 102
3.2.4.6 Keramik in der DFG 103
3.2.4.7 Schlufolgerungen 103
3.2.5 Glas 104
3.2.5.1 Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung oxidischer Glser 105
3.2.5.2 Herstellung und Eigenschaften nicht-oxidischer Glser 105
3.2.5.3 Glasmatrixkomposite 106
3.2.5.4 Mikrostrukturierung von Glas 107
3.2.5.5 Glaskeramik 109
3.2.5.6 Ausblick 110
3.2.5.7 Schlufolgerungen 110
3.2.6 Faserverbundwerkstoffe mit Polymermatrix 111
3.2.6.1 Polymermatrix 112
3.2.6.2 Fasern 113
3.2.6.3 Grenzflche 115
3.2.6.4 Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen 115
3.2.6.5 Faserverbundwerkstoffe fr Transportsysteme 121
3.2.6.6 Recycling von Faserverbundwerkstoffen 126
3.2.6.7 Schlufolgerungen 128
3.2.7 Werkstoffe auf der Basis von pflanzlichen und tierischen Substanzen 129
3.2.7.1 Klassifizierung 132
3.2.7.2 Werkstoffe auf der Basis von pflanzlichen Substanzen (Nachwachsende Rohstoffe) 135
3.2.7.3 Schlufolgerungen 149
3.2.8 Holz - ein nachwachsender Rohstoff fr Ingenieurwerkstoffe 150
3.2.8.1 Holz als nachwachsender Rohstoff 151
3.2.8.2 Die Strukturelemente des natrlichen Verbundwerkstoffes Holz 152
3.2.8.3 Holzwerkstoffe 153
3.2.8.4 Bindemittel 154
3.2.8.5 Strukturbildung und mechanische Eigenschaften 155
3.2.8.6 Zuknftige Aufgaben der Holzwerkstoffentwicklung 157
3.2.8.7 kologische Bedeutung 159
3.2.8.8 Ausblick 160
3.2.8.9 Schlufolgerungen 160
3.2.9 Nanostrukturierte Funktionswerkstoffe 161
3.2.9.1 Erzeugung von Nanostrukturen 163
3.2.9.2 Beschichtungen 166
3.2.9.3 Nanokompositwerkstoffe 167
3.2.9.4 Nanoporse Materialien 168
3.2.9.5 Nanoelektronik 169
3.2.9.6 Schlufolgerungen 169
3.2.10 Entwicklungstrends bei Beschichtungen 170
3.2.10.1 Dnnschichttechnologie und Oberflchenmodifikation 170
3.2.10.2 Einsatzfelder fr Dnnschichttechnologie und Oberflchenmodifikation 172
3.2.10.3 Dickschichttechnologie 183
3.2.10.4 Schlufolgerungen 187
3.3 Einflu von Memethoden und Charakterisierung auf die Werkstoffentwicklung und -anwendung anhand ausgewhlter Beispiele 189
3.3.1 Rastersondenmethoden 190
3.3.2 Zerstrungsfreie Materialprfung mittels Lockin-Thermographie 192
3.3.3 Anwendungsbeispiel der Analytischen Transmissionselektronenmikroskopie: Entwicklung langzeitstabiler Hochdruckkompressoren 193
3.3.4 Schlufolgerungen 197
3.4 Einflu von Modellierung und Simulation auf die Werkstoffentwicklung und -anwendung anhand ausgewhlter Beispiele 198
3.4.1 Atomarer Bereich 199
3.4.2 Mikroskopischer Bereich 199
3.4.3 Simulation und Visualisierung von Bauteilen 201
3.4.4 Schlufolgerungen 204
4 Ausgewhlte Beispiele materialwissenschaftlicher Entwicklungen 207
4.1 Keramikventil im Verbrennungsmotor 209
4.1.1 Die Entwicklung 210
4.1.1.1 Pulverherstellung 210
4.1.1.2 Werkstoffentwicklung 212
4.1.1.3 Prozetechnik 213
4.1.1.4 Bearbeitung 213
4.1.1.5 Prfung 214
4.1.2 Stand der Technik - Die Situation 1998 214
4.1.3 Umfrageergebnisse - Die Situation 1998 215
4.1.3.1 Delphi-Studie 215
4.1.3.2 Umfrage der Europischen Akademie 215
4.1.4 Schlufolgerungen 217
4.2 Der Einflu von nanostrukturierten Werkstoffen auf die Entwicklung von Batterien fr elektrische Antriebe von Fahrzeugen 220
4.2.1 Das Umfeld 221
4.2.2 Elektroantriebe und Batteriesysteme 223
4.2.3 Situation in der Batterieforschung 226
4.2.4 Auswertung des Fragebogens 229
4.2.5 Schlufolgerungen 230
4.3 Glasmatten- und langfaserverstrkte Thermoplaste fr das Automobil 230
4.3.1 Glasmattenverstrkte Thermoplaste (GMT) 230
4.3.2 Langfaserverstrkte Thermoplaste (LFT) 231
4.3.3 Schlufolgerungen 234
4.4 Heimische Pflanzenfasern fr das Automobil 235
4.4.1 Naturfasern im Automobilbau 235
4.4.2 Rohstofferzeugung und Rohstoffbereitstelhmg heimischer Pflanzenfasern 239
4.4.2.1 Flachs 239
4.4.2.2 Hanf 243
4.4.2.3 Nessel 247
4.4.3 Anmerkungen zur Frderpolitik 248
4.4.4 Schlufolgerungen 250
4.5 Nanotechnologie - Zwischen Grundlagenforschung und Anwendung 251
4.5.1 Nanotechnologisch basierte Beschichtungen 252
4.5.2 Kohlenstoffnanomaterialien 256
4.5.3 Schlufolgerungen 260
4.6 Wrmedmmschichten auf Turbinenschaufeln 262
4.6.1 Das technische System Gasturbine und werkstoffkundliche Fragestellungen 263
4.6.2 Das Vorgehen in Lndern der Europischen Union 265
4.6.3 Das Vorgehen in den USA und Lndern der ehemaligen Sowjetunion 267
4.6.4 Analyse der Entwicklungsfrderung 269
4.6.5 Schlufolgerungen 271
5 Europische Aktivitten 273
5.1 Die technische Leistungsfhigkeit Europas 274
5.2 Die europischen Patentaktivitten 276
5.3 Verhltnis der ffentlichen zur privaten Forschung 278
5.4 Relation Humankapital zur Innovationsfhigkeit 280
5.5 Zuknftige Entwicklung oder die "Philosophie der Materialforschung" 282
5.6 Europische Arbeitsteilung 284
5.7 Schlufolgerungen 287
6 Materialwissenschaften im gesellschaftlichen Kontext 289
6.1 Ziele in Materialforschung und -entwicklung 289
6.1.1 Materialforschung und -entwicklung fr Systeminnovationen 292
6.1.2 Materialforschung und -entwicklung fr Substitutionen 293
6.1.3 Materialwissenschaft und umweltbezogene Nachhaltigkeit 294
6.1.4 Integration der Materialforschung 297
6.1.5 Zielfindung und -definition in den Materialwissenschaften 298
6.2 Zeitskalen in der Materialforschung und -entwicklung 300
6.3 Optionen staatlichen Handelns in der Materialforschung und -entwicklung 305
6.3.1 Inkrementalistische Option 306
6.3.2 Option "Leitbildsteuerung" 308
6.3.3 Option "Marktplatz fr Forschung" 311
6.3.4 Fazit 313
6.4 Beurteilung und Konsequenzen 315
6.5 Zusammenfassende Empfehlungen 321
7 Technikfolgenbeurteilung und Materialentwicklung -ein Ausblick 323
7.1 Technikfolgenbeurteilung in der Materialwissenschaft 323
7.2 Prognosen als Planungsgren 324
7.3 Technikfolgenbeurteilung als begleitendes Controlling? 325
Anhang: Umfrage zur Materialforschung in Europa 329
A.1 Teilnehmer der Umfrage 329
A.1.1 Adressenrecherche 329
A.1.2 Antwortraten 331
A.1.3 Institutionelle Angehrigkeit 332
A.1.4 Verteilung der Fachkenntnis 333
A.2 Statistische Auswertung ausgewhlter Fragen 334
A.2.1 Keramik 335
A.2.2 Werkstoffe fr Batterien 338
A.2.3 Nachwachsende Rohstoffe 341
A.2.4 Nanostrukturierte Werkstoffe 347
A.2.5 Hochtemperaturwerkstoffe 349
A.2.6 Verhltnis von ffentlichen und privaten Aufwendungen fr die Materialforschung 351
Literaturverzeichnis 355
Autorenverzeichnis 377
END
