Die 94 natürlich vorkommenden Elemente gehen miteinander Millionen chemische Verbindungen 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 Schmelzpunkt werden in unserem Versuch „Werkstoffe“ verglichen. Im Experiment „Galvanik" untersuchen wir dagegen Zugfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Metallen. Gesucht wird hier ein Werkstoff mit möglichst hoher Wärmeleitfähigkeit bei hoher Festigkeit. Wolframdraht kann großen Zugkräften widerstehen. Andererseits ist die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer viel besser.

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 das nicht möglich ist. Mit Hilfe des elektrischen Stroms stellen wir darum einen Kupferüberzug auf einem Wolframdraht her und prüfen danach die Eigenschaften 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 in Triebwerken kann durch sogenannte Titan Matrix Composites erhöht werden. Hierzu werden zahlreiche dünne Keramikstäbe in einer Titanmatrix eingebettet.