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SFB-Initiative „Farbige Zustände“

Prozessketten für neue metallische Konstruktionswerkstoffe

In der SFB-Initiative „Farbige Zustände“ wurde eine neuartige experimentelle Methode der Werkstoffentwicklung erarbeitet. Das übergeordnete Ziel war, effizient und zielgerichtet Zusammensetzungen und Prozessketten für neue metallische Konstruktionswerkstoffe zu finden, die einem spezifischen Anforderungsprofil entsprechen. Die konventionelle Werkstoffentwicklung ist stets begleitet von aufwändigen experimentellen Untersuchungen zur Ermittlung zumeist chemischer, mechanischer oder technologischer Werkstoffeigenschaften. Die hohen Ressourcenanforderungen pro Experiment in herkömmlichen Verfahren reduzieren die Anzahl möglicher Experimente, sodass die Vorgehensweisen in der Regel prädiktiv (teils auch intuitiv) geprägt sind. Die Potentiale nicht-intuitiver Parameterauswahl ziehen diese Verfahren nicht in Betracht.

Auf der Basis neuer Methoden zur Urformung, Einfärbung und Charakterisierung mikroskopischer Werkstoffproben, der Probenlogistik sowie mathematischer und informatischer Verfahren zur Analyse großer Datenmengen wurde in dieser SFB-Initiative ein neuartiges Hochdurchsatzverfahren entwickelt. Dieses durchbricht Ressourcenlimitierungen und öffnet damit neue Horizonte für die experimentelle Werkstoffentwicklung. Dabei wurden mikroskopische, einfach herzustellende Proben mit adaptierten Kurzzeitcharakterisierungsverfahren auf sogenannte Deskriptoren hin untersucht. Die Übertragung der ermittelten Deskriptoren auf die makroskopischen Werkstoffeigenschaften des Anforderungsprofils erfolgte durch eine heuristische Prädiktorfunktion, die nur wenige Makroproben benötigt.

Neuartiges Hochdurchsatzverfahren

Das Hochdurchsatzverfahren verfügt damit über eine deutlich erhöhte Effizienz im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren. Die Suche nach neuen Konstruktionswerkstoffen ist dabei mathematisch und informatisch basiert, um im vieldimensionalen Suchraum mit hoher Effizienz Treffer, d.h. vielversprechende Zusammensetzungen und Prozessketten zu identifizieren. Darüber hinaus erfordern die großen Datenmengen und Probendurchsätze eine hochdynamische Daten- und Probenlogistik sowie eine effiziente Probenhandhabung. Die Methode „Farbige Zustände“ ermöglicht einen Paradigmenwechsel in der Entwicklung von Konstruktionswerkstoffen hin zu einer ressourceneffizienten Hochdurchsatzmethode. Sie erlaubt experimentelle Exploration gänzlich neuer Werkstoffgruppen und bildet damit einen potentiellen Stützpfeiler innovativer Zukunftstechnologien.

Der Sonderforschungsbereich ist zum 30.03.2021 ausgelaufen. Bei Fragen zur Forschung des SFB wenden Sie sich gern an die hier genannten Kontakte.