Die Leichtigkeit des Werkstoffs
Die Werkstoffwissenschaftlerin Petra Spörk-Erdely erforscht Titan-AluminiumLegierungen für umweltfreundliche Antriebe in der Automobil- und Flugindustrie.
Fliegt man in den Sommermonaten auf eine griechische Ferieninsel, denkt man wahrscheinlich nicht an die Technologie von Flugzeugen. Ein wesentlicher Bestandteil jedes Verkehrsflugzeugs ist die Turbine mit ihren rotierenden Turbinenschaufeln. „Niemand möchte haben, dass Turbinenschaufeln während des Flugs wegen der hohen Betriebstemperaturen und Belastungen ihre Form verändern und das Turbinengehäuse durchschlagen“, sagt die frisch promovierte 29-jährige Werkststoffwissenschaftlerin, Petra Spörk-Erdely, von der Montanuniversität Leoben. Eine Notlandung könnte die Folge sein.
Die gebürtige Grazerin ist die erste Frau, die in der Geschichte der Montanuniversität Leoben „sub auspiciis“promoviert wurde. Im Rahmen ihres Dissertationsprojekts beschäftigte sich die Wissenschaftlerin mit sogenannten Titanaluminid-Legierungen. Das sind intermetallische Titan-Aluminium-Legierungen, die sich durch ihr geringes Gewicht und ihre hohe Festigkeit bei Einsatztemperaturen bis zu 750 °C auszeichnen. Sie werden in der Flugzeug- wie auch in der Automobilindustrie beispielsweise bei Turboladern und als Ventile in Rennsportanwendungen eingesetzt.
Reise zum Teilchenbeschleuniger
Metallische Werkstoffe haben mikroskopisch betrachtet meist einen kristallinen, atomaren Aufbau. Die Temperatur und die Zeit spielen für das Herstellen von Metalllegierungen beim Schmelzen und Abkühlen des Materials eine wesentliche Rolle. Ebenso bei seiner Umformung und den nachfolgenden Wärmebehandlungen. Durch den Einfluss dieser Parameter verändert sich das Gefüge im Material. Die Umwandlungen von Phasen – das sind Bereiche im Gefüge mit einheitlicher chemischer Zusammensetzung und Kristallstruktur – können gezielt genutzt werden, um die Eigenschaften der Legierungen zu verbessern.
Ein bedeutendes mechanisches Werkstoffmerkmal sei die sogenannte Kriechfestigkeit einer Legierung, so Spörk-Erdely. „Insbesondere bei Turbinenschaufeln ist sie von großer Bedeutung. Geringe mechanische Belastungen unterhalb der Streckgrenze haben im Grunde noch keinen negativen Einfluss auf die Funktionsweise einer Turbinenschaufel“, erklärt sie. Interessant werde es, wenn man zusätzlich noch die Temperatur erhöht. Da könne es dann zu stetig voranschreitenden, irreversiblen Veränderungen in der atomaren Struktur der Werkstoffe und zum Entstehen von Poren kommen, was im ungünstigsten Fall zum Versagen des Bauteils führen kann.
Für genauere Werkstoffanalysen werden die Materialproben mit Synchrotronstrahlen – hochenergetischen Röntgenstrahlen – untersucht. Dafür reist die Wissenschaftlerin mit ihren Forschungskollegen nach Hamburg zum Deutschen Elektronen-Synchrotron „DESY“. Beim Synchrotron handelt es sich um eine Art Teilchenbeschleuniger, der ringförmig auf einer Länge von etwa zwei Kilometern aufgebaut ist. Da für das Testen der Werkstoffproben oft nur Zeitfenster von 24 bis 72 Stunden angeboten werden, sei die Zeit fürs Arbeiten äußerst kostbar. „Wenn man allein anreist, kann es schon vorkommen, dass man überhaupt nicht zum Schlafen kommt und Nachtschichten einlegen muss“, sagt sie schmunzelnd.
Derzeit befindet sich Spörk-Erdely – seit Kurzem Mutter einer Tochter – in Karenz. Dennoch baut sie die bestehende Forschungsgruppe für die Zeit danach weiter auf. Ziel ist, grundlegende Erkenntnisse zu erhalten, wie sich Werkstoffe unter Prozessund Anwendungsbedingungen verhalten, um bestehende Werkstoffe mit neuen Legierungsbestandteilen zu modifizieren und Produktionsprozesse zu optimieren.
In ihrer Jugend besuchte Spörk-Erdely gern Schreibwerkstätten, um sich dem Schreiben von Kurzgeschichten zu widmen. Die Frage, ob sich ihre naturwissenschaftliche Arbeit mit ihrem literarischen Interesse widerspricht, verneint sie: Kreativität sei in der Wissenschaft ebenso gefragt. Welches Buch sie zuletzt am meisten beeindruckt habe? Das seien die „Babyjahre“des bekannten Schweizer Kinderarztes Remo H. Largo gewesen, sagt sie und lächelt.