Neue Materialien Für Innovative Produkte: Entwicklungstrends Und Gesellschaftliche Relevanz

ISBN-13: 9783642643101 / Niemiecki / Miękka / 2011 / 433 str.

Helmuth Harig; Christian J. Langenbach

Opis

Neuen Materialien sind der Schlussel fur die Entwicklung innovativer Produkte. Dieses Buch setzt sich mit den neuesten Trends der Materialforschung und der Beurteilung der sich daraus ergebenden Technikfolgen auseinander. Fur den mehr ubergreifend Interessierten wird im ersten Teil des Werks eine Kurzfassung des Berichts geboten, wahrend der zweite Teil die Fakten fur den Experten im Detail prasentiert."

Spis treści

I. Kurzfassung.- 1 Gegenstand, Zielsetzungen und Methodik.- 1.1 Zielsetzungen.- 1.2 Ausgangslage.- 1.3 Methodischer Ansatz.- 2 Neue Materialien - Trends und Entwicklungen.- 2.1 Bedeutung Neuer Materialien.- 2.2 Materialforschung in ausgewählten Bereichen.- 2.3 Fallbeispiele materialwissenschaftlicher Entwicklungen.- 3 Materialwissenschaften im gesellschaftlichen Kontext.- 3.1 Beurteilungen und Konsequenzen.- 3.2 Zusammenfassende Empfehlungen.- 4 Ausblick.- II. Memorandum.- 1 Einführung.- 1.1 Ausgangslage und Zielsetzungen.- 1.2 Aufbau und Vorgehen dieser Untersuchung.- 1.3 Methodischer Ansatz und Struktur der Resultate.- 2 Technikfolgenbeurteilung und Materialwissenschaft.- 2.1 Gesellschaftliche Bedeutung der Materialentwicklung.- 2.1.1 Ökonomische Bedeutung.- 2.1.2 Bedeutung für den Umweltschutz.- 2.1.3 Bedeutung in der Lebenswelt.- 2.2 Technikfolgenbeurteilung und Materialentwicklung.- 2.2.1 Rationale Technikfolgenbeurteilung.- 2.2.2 Staatliches Handeln in der Technikgestaltung.- 2.2.3 Technikfolgenreflexion in den Materialwissenschaften.- 2.2.4 Bedarfs- oder angebotsorientierte Technikfolgenbeurteilung?.- 2.2.5 Rationalität und Akzeptanz.- 2.3 Bisherige Arbeiten auf diesem Gebiet.- 3 Stand und Entwicklung ausgewählter Materialklassen.- 3.1 Klassifizierung.- 3.2 Materialentwicklungen.- 3.2.1 Entwicklungstrends bei Stählen.- 3.2.1.1 Wirtschaftliche Bedeutung der Stähle.- 3.2.1.2 Entwicklung der metallurgischen Prozeßtechnik zur Reduzierung der Emissionen und des Energieeinsatzes.- 3.2.1.3 Verkürzung von Prozeßketten.- 3.2.1.4 Trends der Werkstoffentwicklung bei Stählen.- 3.2.1.5 Neue Produktformen.- 3.2.1.6 Neue Verarbeitungsverfahren.- 3.2.1.7 Werkstoffkreislauf.- 3.2.1.8 Schlußfolgerungen.- 3.2.2 Nichteisenmetalle.- 3.2.2.1 Aluminium-Legierungen.- 3.2.2.2 Titan-Legierungen.- 3.2.2.3 Magnesium-Legierungen.- 3.2.2.4 Kupfer-Legierungen.- 3.2.2.5 Schlußfolgerungen.- 3.2.3 Polymerwerkstoffe.- 3.2.3.1 Trends in der Polymerforschung.- 3.2.3.2 Schlußfolgerungen.- 3.2.4 Keramische Werkstoffe.- 3.2.4.1 Konstruktion und Design.- 3.2.4.2 Kostensenkung.- 3.2.4.3 Faserverbundwerkstoffe mit Keramikmatrix.- 3.2.4.4 Funktionskeramik.- 3.2.4.5 Keramik im MaTech-Programm.- 3.2.4.6 Keramik in der DFG.- 3.2.4.7 Schlußfolgerungen.- 3.2.5 Glas.- 3.2.5.1 Sol-Gel-Verfahren zur Herstellung oxidischer Gläser.- 3.2.5.2 Herstellung und Eigenschaften nicht-oxidischer Gläser.- 3.2.5.3 Glasmatrixkomposite.- 3.2.5.4 Mikrostrukturierung von Glas.- 3.2.5.5 Glaskeramik.- 3.2.5.6 Ausblick.- 3.2.5.7 Schlußfolgerungen.- 3.2.6 Faserverbundwerkstoffe mit Polymermatrix.- 3.2.6.1 Polymermatrix.- 3.2.6.2 Fasern.- 3.2.6.3 Grenzfläche.- 3.2.6.4 Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen.- 3.2.6.5 Faserverbundwerkstoffe für Transportsysteme.- 3.2.6.6 Recycling von Faserverbundwerkstoffen.- 3.2.6.7 Schlußfolgerungen.- 3.2.7 Werkstoffe auf der Basis von pflanzlichen und tierischen Substanzen.- 3.2.7.1 Klassifizierung.- 3.2.7.2 Werkstoffe auf der Basis von pflanzlichen Substanzen (Nachwachsende Rohstoffe).- 3.2.7.3 Schlußfolgerungen.- 3.2.8 Holz - ein nachwachsender Rohstoff für Ingenieurwerkstoffe.- 3.2.8.1 Holz als nachwachsender Rohstoff.- 3.2.8.2 Die Strukturelemente des natürlichen Verbundwerkstoffes Holz.- 3.2.8.3 Holzwerkstoffe.- 3.2.8.4 Bindemittel.- 3.2.8.5 Strukturbildung und mechanische Eigenschaften.- 3.2.8.6 Zukünftige Aufgaben der Holzwerkstoffentwicklung.- 3.2.8.7 Ökologische Bedeutung.- 3.2.8.8 Ausblick.- 3.2.8.9 Schlußfolgerungen.- 3.2.9 Nanostrukturierte Funktionswerkstoffe.- 3.2.9.1 Erzeugung von Nanostrukturen.- 3.2.9.2 Beschichtungen.- 3.2.9.3 Nanokompositwerkstoffe.- 3.2.9.4 Nanoporöse Materialien.- 3.2.9.5 Nanoelektronik.- 3.2.9.6 Schlußfolgerungen.- 3.2.10 Entwicklungstrends bei Beschichtungen.- 3.2.10.1 Dünnschichttechnologie und Oberflächenmodifikation.- 3.2.10.2 Einsatzfelder für Dünnschichttechnologie und Oberflächenmodifikation.- 3.2.10.3 Dickschichttechnologie.- 3.2.10.4 Schlußfolgerungen.- 3.3 Einfluß von Meßmethoden und Charakterisierung auf die Werkstoffentwicklung und -anwendung anhand ausgewählter Beispiele.- 3.3.1 Rastersondenmethoden.- 3.3.2 Zerstörungsfreie Materialprüfung mittels Lockin-Thermographie.- 3.3.3 Anwendungsbeispiel der Analytischen Transmissionselektronenmikroskopie: Entwicklung langzeitstabiler Hochdruckkompressoren.- 3.3.4 Schlußfolgerungen.- 3.4 Einfluß von Modellierung und Simulation auf die Werkstoffentwicklung und -anwendung anhand ausgewählter Beispiele.- 3.4.1 Atomarer Bereich.- 3.4.2 Mikroskopischer Bereich.- 3.4.3 Simulation und Visualisierung von Bauteilen.- 3.4.4 Schlußfolgerungen.- 4 Ausgewählte Beispiele materialwissenschaftlicher Entwicklungen.- 4.1 Keramikventil im Verbrennungsmotor.- 4.1.1 Die Entwicklung.- 4.1.1.1 Pulverherstellung.- 4.1.1.2 Werkstoffentwicklung.- 4.1.1.3 Prozeßtechnik.- 4.1.1.4 Bearbeitung.- 4.1.1.5 Prüfung.- 4.1.2 Stand der Technik - Die Situation 1998.- 4.1.3 Umfrageergebnisse - Die Situation 1998.- 4.1.3.1 Delphi-Studie.- 4.1.3.2 Umfrage der Europäischen Akademie.- 4.1.4 Schlußfolgerungen.- 4.2 Der Einfluß von nanostrukturierten Werkstoffen auf die Entwicklung von Batterien für elektrische Antriebe von Fahrzeugen.- 4.2.1 Das Umfeld.- 4.2.2 Elektroantriebe und Batteriesysteme.- 4.2.3 Situation in der Batterieforschung.- 4.2.4 Auswertung des Fragebogens.- 4.2.5 Schlußfolgerungen.- 4.3 Glasmatten- und langfaserverstärkte Thermoplaste für das Automobil.- 4.3.1 Glasmattenverstärkte Thermoplaste (GMT).- 4.3.2 Langfaserverstärkte Thermoplaste (LFT).- 4.3.3 Schlußfolgerungen.- 4.4 Heimische Pflanzenfasern für das Automobil.- 4.4.1 Naturfasern im Automobilbau.- 4.4.2 Rohstofferzeugung und Rohstofifbereitstellung heimischer Pflanzenfasern.- 4.4.2.1 Flachs.- 4.4.2.2 Hanf.- 4.4.2.3 Nessel.- 4.4.3 Anmerkungen zur Förderpolitik.- 4.4.4 Schlußfolgerungen.- 4.5 Nanotechnologie - Zwischen Grundlagenforschung und Anwendung.- 4.5.1 Nanotechnologisch basierte Beschichtungen.- 4.5.2 Kohlenstoffiianomaterialien.- 4.5.3 Schlußfolgerungen.- 4.6 Wäimedämmschichten auf Turbinenschaufeln.- 4.6.1 Das technische System Gasturbine und werkstofikundliche Fragestellungen.- 4.6.2 Das Vorgehen in Ländern der Europäischen Union.- 4.6.3 Das Vorgehen in den USA und Ländern der ehemaligen Sowjetunion.- 4.6.4 Analyse der Entwicklungsförderung.- 4.6.5 Schlußfolgerungen.- 5 Europäische Aktivitäten.- 5.1 Die technische Leistungsfähigkeit Europas.- 5.2 Die europäischen Patentaktivitäten.- 5.3 Verhältnis der öffentlichen zur privaten Forschung.- 5.4 Relation Humankapital zur Innovationsfähigkeit.- 5.5 Zukünftige Entwicklung oder die „Philosophie der Materialforschung“.- 5.6 Europäische Arbeitsteilung.- 5.7 Schlußfolgerungen.- 6 Materialwissenschaften im gesellschaftlichen Kontext.- 6.1 Ziele in Materialforschung und -entwicklung.- 6.1.1 Materialforschung und -entwicklung für Systeminnovationen.- 6.1.2 Materialforschung und -entwicklung für Substitutionen.- 6.1.3 Materialwissenschaft und umweltbezogene Nachhaltigkeit.- 6.1.4 Integration der Materialforschung.- 6.1.5 Zielfindung und -definition in den Materialwissenschaften.- 6.2 Zeitskalen in der Materialforschung und -entwicklung.- 6.3 Optionen staatlichen Handelns in der Materialforschung und -entwicklung.- 6.3.1 Inkrementalistische Option.- 6.3.2 Option „Leitbildsteuerung“.- 6.3.3 Option „Marktplatz für Forschung“.- 6.3.4 Fazit.- 6.4 Beurteilung und Konsequenzen.- 6.5 Zusammenfassende Empfehlungen.- 7 Technikfolgenbeurteilung und Materialentwicklung - ein Ausblick.- 7.1 Technikfolgenbeurteilung in der Materialwissenschaft.- 7.2 Prognosen als Planungsgrößen.- 7.3 Technikfolgenbeurteilung als begleitendes Controlling?.- Anhang: Umfrage zur Materialforschung in Europa.- A.1 Teilnehmer der Umfrage.- A.1.1 Adressenrecherche.- A.1.2 Antwortraten.- A.1.3 Institutionelle Angehörigkeit.- A.1.4 Verteilung der Fachkenntnis.- A.2 Statistische Auswertung ausgewählter Fragen.- A.2.1 Keramik.- A.2.2 Werkstoffe für Batterien.- A.2.3 Nachwachsende Rohstoffe.- A.2.4 Nanostrukturierte Werkstoffe.- A.2.5 Hochtemperaturwerkstoffe.- A.2.6 Verhältnis von öffentlichen und privaten Aufwendungen für die Materialforschung.- Autorenverzeichnis.

Blurb

Materialwissenschaftliche Forschung und Entwicklung sind von herausragender Bedeutung für technische Innovationen und wissenschaftlichen Fortschritt. Als "Basisinnovationen" ermöglichen sie neue technische Systeme und stellen damit eine wesentliche Vorbedingung für Wirtschaftswachstum und Produktivitätssteigerung dar. Neben den ökonomischen und wissenschaftlichen Zwecken der Erforschung und Entwicklung neuer Materialien ist gegewärtig ihre Rolle unter Umweltgesichtspunkten ein wesentlicher Aspekt der Diskussion. Die Europäische Akademie berief im Jahre 1996 die Projektgruppe "Neue Materialien" zur Untersuchung des aktuellen Standes materialwissenschaftlicher Forschung, zur Aufarbeitung erkennbarer Entwicklungstrends und zur Beurteilung ihrer gesellschaftlichen Einbettung. Das vorliegende Buch stellt das Ergebnis der zweijährigen Projektarbeit dar. Aus der Vielfalt der materialwissenschaftlichen Forschungen und Entwicklungen wurden exemplarisch einige Materialklassen ausgewählt und mit ihren aktuellen Entwicklungen sowie absehbaren Trens dargestellt.