Institut für Gesteinshüttenkunde

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Lehrstuhl für Werkstoff- und Prozesstechnik - Glas und Composite

Glas ist ein technologisch bedeutender und vielseitiger Werkstoff, der auf den ersten Blick oft unscheinbar wirkt. Durch die einstellbaren optischen, mechanischen und chemischen Eigenschaften kann der Werkstoff Glas in vielen Bereichen eingesetzt werden. Aus einfachen Kalk-Natron-Silikatgläsern werden Flachgläser für die Architektur und Autoindustrie sowie Behältergläser für die Verpackungsindustrie hergestellt. Glasfasern aus dem Aluminium-Borosilikat-System dienen als Verstärkungsfasern in Kunststoffen für Windkraftanlagen und optische Glasfasern ermöglichen eine schnelle und weltweite Kommunikation. Darüber hinaus sind optische Gläser die Grundlage von Präzisionsoptiken für die Medizin, Mikro- und Teleskope sowie die Photolithographie, mit welcher die neuesten Computerchips hergestellt werden können. Im Bereich der Life Sciences werden Biogläser eingesetzt um Zellen im Labor zu Kultivieren und Knochen im menschlichen Körper zu erneuern.

Die Vielseitigkeit von Gläsern kann noch gesteigert werden, wenn gezielt Kristalle in Gläsern gezüchtet werden. Die bekanntesten Vertreter der so genannten Glaskeramiken sind die Zero-Expansion Glaskeramiken, welche als Kochfelder oder für Large-Telescope Spiegel genutzt werden. Als Dentalwerkstoff ermöglichen Glaskeramiken die langzeitige Restauration von Zähnen.

Um die oben genannten Anwendungen zu ermöglichen, werden immer neue Glaszusammensetzungen und Prozesse benötigt. Mit den drei Forschungsschwerpunkten Glasentwicklung und Thermochemie, Prozesstechnik und Glaskeramiken und Composite erforscht unser Lehrstuhl die verschiedenen Aspekte von Gläsern und Glaskeramiken sowie die verschiedenen Herstellungsprozesse. Aktuelle Fragestellungen, wie die CO2-freie Glasherstellung, Circular Economy und alternativen Schmelzprozessen werden dabei ebenso behandelt, wie grundlagenorientierte Glasstrukturanalysen und die anwendungsorientierte Anpassung und Funktionalisierung der Materialeigenschaften. Als zuverlässiger Partner stehen wir zudem den Glasherstellern und Zulieferern mit unserem Fachwissen zur Seite.

Lehrstuhl für Keramik und Feuerfeste Werkstoffe

Keramik gilt als einer der kulturell wichtigsten Werkstoffe der Menschheit. Dennoch hält die Weiterentwicklung keramischer Werkstoffe bis heute an. Die sogenannte „Technischen Keramik“ kann dabei unterteilt werden in „Feuerfestwerkstoffe“, „Funktionskeramik“ und „Strukturkeramik“. Keramische Materialien begegnen uns darüber hinaus auch in der alltäglichen Verwendung als „Silicatkeramik“, in Kombination mit Metallen oder Kunststoffen treten sie auch in Form von „Verbundwerkstoffen“ auf.

Die Weiterentwicklung der technischen Keramik beeinflusst seit ihrer Existenz entscheidend den technischen Fortschritt und die Verbesserung des Lebensstandards: Die Verfügbarkeit von Elektrizität in unseren Haushalten wurde erst durch isolierendes Elektroporzellan realisierbar, die Produktion und Verwendung von Säuren und Laugen im großen Maßstab durch korrosionsbeständiges Steinzeug. Die Produktion von Metallen und Gläsern über Schmelzprozesse kann nur unter Einsatz feuerfester keramischer Werkstoffe durchgeführt werden.

Durch die Kombination unterschiedlicher Materialien wird zumeist eine Optimierung der mechanischen Eigenschaften angestrebt. Dies geschieht im Falle keramischer Materialien in Kombination mit Kunststoffen oder Metallen. Derartige Verbundwerkstoffe zielen auf eine hohe Steifigkeit, eine hinreichende Hochtemperaturbeständigkeit sowie geringes spezifisches Bauteilgewicht an. Besonders in der Luft- und Raumfahrt sind Metall-Keramik- oder Keramik-Keramikfaser-Komposite von gesteigertem Interesse.

Am Institut für Gesteinshüttenkunde forschen die Arbeitsgruppen Biokeramik, Hochtemperaturmesstechnik und Thermodynamik, Mechanisches Werkstoffverhalten, Feuerfeste Werkstoffe, Additive Fertigungsverfahren, Nichtoxidkeramik und Sol-Gel-Beschichtungen an verschiedensten Fachgebieten keramischer Werkstoffe. Dabei werden sowohl grundlegende als auch anwendungsbezogene Fragestellungen untersucht. Wir stehen Kooperationspartnern gerne mit unserer Fachgruppen übergreifendem Expertise zur Verfügung.

https://www.ghi.rwth-aachen.de/cms/GHI/~swke/Forschung/