Galvanik

Kupfer und Wolfram. Um diese beiden Metalle geht es im Experiment Galvanik. Bild: DLR (CC-BY 3.0)
Kupfer und Wolfram. Um diese beiden Metalle geht es im Experiment Galvanik. Bild: DLR (CC-BY 3.0)
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Die 94 natürlich vorkommenden Elemente gehen Millionen chemische Verbindungen miteinander ein – und doch ist es manchmal schwierig, den idealen Werkstoff für eine Anwendung zu finden. Die Lösung kann sein, Werkstoffe miteinander zu verbinden, um erwünschte Eigenschaften zu kombinieren: Es entstehen Verbundwerkstoffe.

Eigenschaften von Materialen, wie Dichte, Festigkeit, Härte, Wärmeausdehnung, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Schmelztemperatur werden in unserem Versuch „Werkstoffe“ verglichen. Im Experiment „Galvanik" untersuchen wir Metalle. Die Anforderung an den gesuchten Werkstoff ist eine gute Wärmeleitfähigkeit bei hoher Festigkeit. Wolfram ist sehr hart und schmilzt erst bei sehr hohen Temperaturen. Dagegen ist die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer viel besser.

Versuchsaufbau zur Herstellung und zum Test unseres Metall-Metall Verbundwerkstoffs. Bild: DLR (CC-BY 3.0)
Versuchsaufbau zur Herstellung und zum Test unseres Metall-Metall Verbundwerkstoffs. Bild: DLR (CC-BY 3.0)

Eine Legierung aus Wolfram und Kupfer könnte die Lösung sein, wir werden aber verstehen, warum dies nicht möglich ist. Mit Hilfe des elektrischen Stroms stellen wir darum einen Kupferüberzug auf einem Wolframdraht her und messen danach die Wärmeleitfähigkeit unseres neuen Metall-Metall-Verbundwerkstoffs.

Zum Abschluss untersuchen wir weitere Verbundwerkstoffe und diskutieren ihre Vor- und Nachteile. Glasfasermatten lassen sich z.B. mit Aluminiumplatten verkleben, sodass ein extrem leichtes und sehr stabiles Material entsteht. Aus diesem „GLARE“ besteht der Großteil der Oberschale des Airbus A 380. Die Festigkeit von Turbinenschaufeln kann durch sogenannte TMCs (Titan Matrix Composite) erhöht werden. Hierzu werden zahlreiche dünne Keramikstäbe in einer Titanmatrix eingebettet.