CD-Labor for Kombinatorische Oxidchemie

Die dünne Oxidschicht, mit der Legierungen sich umgeben, ist für die industrielle Einsetzbarkeit der Legierung oft entscheidend. Hier werden die Eigenschaften dieser Schichten und ihr Wechselspiel mit den Legierungen experimentell untersucht.

Metalle und Legierungen kommen in der Erdkruste meist in Verbindungen vor, oft handelt es sich dabei um Sauerstoff-verbindungen. In der industriellen Produktion wird der Sauerstoff aufwändig aus dem Material entfernt, danach reagieren diese wieder mit Sauerstoff, allerdings nur an der Oberfläche: Sie überziehen sich mit einer dünnen Schicht von Oxiden. Diese Oxidschicht verhindert zum Beispiel bei rostfreiem Stahl das Rosten oder verändert das ferromagnetische Verhalten von Transformator-Bauteilen.

Im industriellen Herstellungsprozess für Legierungen gibt es eine fast unendliche Zahl von Variablen: Welche Metalle werden in welchem Verhältnis verwendet, wie werden Druck und Temperatur eingestellt, wie viel Zeit darf vergehen etc.

In diesem Labor ist man auf der Suche nach der für einen bestimmten Zweck idealen Legierung. Zum Beispiel verursachen Oxide oft Probleme beim Walzen eines Materials: sie werden eingewalzt und beschädigen den Lack – gibt es Kombinationen, die ein besseres Ergebnis erzielen? Andere Legierungen haben bereits gute Eigenschaften, sind aber teuer – gibt es Legierungen mit den gleichen Eigenschaften, die aber billiger sind?

Um diese und andere Fragen zu beantworten, wird hier auf Experimente gesetzt: Ein eigens entwickeltes Gerät (CALMAR genannt) erstellt geeignete Proben und untersucht deren Eigenschaften unter verschiedenen Bedingungen. Diese Proben werden „Materialbibliotheken“ genannt und weisen zum Beispiel einen Materialgradienten auf kleinstem Raum auf. Auf diese Weise kann mit einer einzigen Untersuchung eine große Zahl an Daten gewonnen werden. Um diese umfangreichen Datensätze nutzbar zu machen, wird hier auch an der dafür nötigen EDV gearbeitet. Besonderes Augenmerk wird dabei auf folgende Eigenschaften Oxidschichten gelegt:

- Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit mit der Umgebung, zum Beispiel langsameres Rosten

- Funktionale Oxide, zum Beispiel zur Speicherung der Energie des Sonnenlichtes in chemischen Verbindungen

- Auswirkungen auf das ferromagnetische Verhalten, um zum Beispiel Wärmeverluste bei Transformatoren zu vermeiden.

Mit dem experimentellen Ansatz können auch bisher unbekannte Effekte entdeckt werden, wenn eine Kombination von Substanzen sich anders verhält als erwartet. Dadurch können Materialien gefunden werden, die durch Modellierung allein nicht gefunden werden können – gleichzeitig führt die Kenntnis unerwarteter Effekte auch zu einem tieferen Verständnis der Materie.