Ein Hauch von Metall

Neuartige Schäume aus Aluminium, Zink oder Messing verdrängen schwere Bauteile aus Autos und Flugzeugen

Von John Banhart

Schaum, das klingt nach Seife. Aber Schäume aus Metall? Es gibt sie – und sie sind ein spannendes neues Gebiet in der Materialforschung. Sie sind leichter als massives Material, aber bei gleicher Masse steifer. Außerdem verformen sie sich gleichmäßiger. Deshalb erleben die Metallschäume derzeit einen Aufschwung: Aluminiumschäume verbunden mit konventionellen Alublechen oder Aluprofilen erobern die Automobilindustrie. Dort bringt jedes Gramm Einsparung von Material einen Gewinn beim Spritverbrauch.

Wie beim Brotbacken



An der TU Berlin arbeiten Forscher daran, diesen Schäumen neue Einsatzgebiete zu öffnen. Die Wissenschaftler kooperieren dabei eng mit ihren Kollegen am Hahn-Meitner-Institut in Dahlem. Metallschäume entstehen, wenn feinem Metallpulver ein Treibmittel beigemengt wird. Ähnlich wie beim Brotbacken schäumt die Masse unter Hitze aus. Ein am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Materialforschung in Bremen entwickeltes und patentiertes Verfahren erlaubt es, geschäumte Metalle aus Aluminium, Zink, Zinn, Bronze, Messing und Blei auf einfachem Wege zu produzieren. Als Treibmittel für das Metallpulver wirkt Titanhydrid.

Gegenwärtig arbeiten die TU-Wissenschaftler daran, die Herstellungsprozesse der Schäume weiter zu verfeinern. Dabei setzen sie unter anderem ein Röntgenverfahren ein, das während des Erhitzens der Treibmasse zwischen 500 und 1000 hoch auflösende Aufnahmen macht. Die Bilder ermöglichen es später, den Schäumprozess minutiös nachzuvollziehen.

Die Forscher stellten fest: Bei zu hohen Temperaturen wachsen und verteilen sich die Poren nur ungleichmäßig. Jetzt geht es darum, eine Prozesstemperatur zu finden, bei der sich die Poren möglichst homogen verteilen. Je gleichmäßiger die Poren ausgebildet sind, desto besser sind die Eigenschaften eines Bauteils aus diesem Schaum einzuschätzen.

Ungeachtet dieses Fortschritts läuft die Suche nach neuen Herstellungsverfahren weiter. Österreichische Wissenschaftler erprobten kürzlich, ob sich Aluminiumschmelze durch keramische Zusätze aufschäumen lässt. Die Forscher bliesen zudem ein Gas in die Schmelze und erzeugten eine Vielzahl von nahezu einheitlich großen Blasen, die bis zur Erstarrung stabil blieben.

Auch für die Anwendung der Schäume öffnen sich neue Chancen: Sie erfüllen die hohen Sicherheitsanforderungen beispielsweise in Autos. Die Automobilindustrie schätzt die Metallschäume in Leichtbauteilen, als Dämmstoff oder als Werkstoff für den Unfallschutz, um die enorme Energie eines Zusammenstoßes aufzunehmen.

Ein weiterer Vorteil: Metallschäume lassen sich einfach wieder verwerten. Der Formenvielfalt der Bauteile ist kaum eine Grenze gesetzt: Wird das Halbzeug in einer Hohlform aufgeschäumt, so füllt der Schaum den Hohlraum völlig aus bis in die Kanten. Auf diese Weise lassen sich sehr einfach komplizierte Formteile herstellen, deren Außenhaut völlig blank ist. Sie sind so leicht, dass sie sogar schwimmen. Auch dünne Bleche aus Metallschaum sind denkbar. Sie lassen sich mit massiven Metallprofilen rein metallisch verbinden, ohne Klebstoffe. Dadurch halten sie höhere Temperaturen aus.

Schaum im Zahn



Metallschäume sind aus der modernen Industrie kaum noch wegzudenken: aus der Raumfahrt, dem Flugzeugbau, Schiffbau und den Bahnen, dem Bauwesen und der Medizintechnik. Dort könnten sie als Zahnimplantate Verwendung finden. Sie sind für die Schleimhäute im Mund gut verträglich, elastisch und passen sich leicht an die Kieferknochen an. Man sieht: Das noch junge Fachgebiet hat binnen wenigen Jahren eine enorme Dynamik entwickelt.

John Banhart lehrt am Institut für Werkstoffwissenschaften der TU Berlin und forscht am Hahn-Meitner-Institut in Berlin-Dahlem. Zur Langen Nacht der Wissenschaften am 12. Juni führt das TU-Institut vor, wie Metallschäume „gebacken“ werden (TU-Hauptgebäude, Straße des 17. Juni 135, Foyer).