Materialcharakterisierung von Glas, Kunststoff und Metall

Industrieller Fortschritt ist ohne die Entwicklung der Werkstoffkunde nicht möglich, aber wurde das funktionelle Potenzial der Werkstoffe auch voll ausgeschöpft? Ein Beispiel dafür ist die beeindruckende Evolution von Glas: Von seiner ursprünglichen Verwendung in Fenstern und für Gefäße wurde es zu einem vielseitigen Werkstoff entwickelt, der in Anwendungen wie Kamerasystemen und für die Glasfaserkommunikation unverzichtbar ist. Seit mehr als zwei Jahrzehnten erforschen wir am Fraunhofer IPT mit dem Verfahren der Materialcharakterisierung die Eigenschaften von Werkstoffen wie Glas, Kunststoff und Metall.   

Durch den gezielten Einsatz individuell ausgewählter Werkstoffe lassen sich die Qualität, Haltbarkeit und mechanische Eigenschaften von Bauteilen optimieren. Eine angepasste Bearbeitung des Materials kann zudem die Lebensdauer von Werkzeugen und Maschinen verlängern und die Effizienz der Bearbeitungsprozesse steigern.

Ergebnisse der Materialcharakterisierung verbessern die Kenntnis über den Werkstoff

Mithilfe hochmoderner Anlagen analysieren wir die thermomechanischen, relaxationsabhängigen, tribologischen, bruchmechanischen und optischen Eigenschaften der Materialien. Unser Ziel ist es, das Verständnis für die Bearbeitung unterschiedlicher Werkstoffe immer weiter zu vertiefen und das Wissen über ihre Anwendungsmöglichkeiten zu erweitern.

Mit Auswertungen und Analysen der Materialeigenschaften die Prozesskette optimieren

Die Ergebnisse der Analysen aus den Messungen fließen in unsere weiteren Forschungs- und Entwicklungsarbeiten ein. Unseren Kunden und Partnern bieten wir an, auf Basis von Materialcharakterisierungen Fertigungsfehler und Defekte zu analysieren und Optimierungsvorschläge für Prozessketten zu erarbeiten.

Unser Angebot im Überblick

Mit unseren Anlagen und Geräten können wir verschiedene Eigenschaften der eingesetzten Werkstoffe prüfen und das Verhalten bei der Umformung sehr präzise vorhersagen:

Reibung und Verschleiß bei erhöhter Temperatur

  • Reibungskoeffizient und Verschleiß
  • Glashaftung

Thermisch-mechanische Materialeigenschaften

  • E-Modulus & Poisson Ratio
  • Wärmekapazität
  • Wärmeleitfähigkeit

Thermischer Kontaktleitwert und Widerstand

  • Wärmeübertragung

Relaxationsverhalten

  • Kriechen und Spannungsrelaxation im Glasübergang
  • Strukturelle Relaxation im Glasübergang
  • Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) im glasigen und flüssigen Zustand

Photoelastische Eigenschaften

  • Doppelbrechung
  • Messung der Eigenspannung

Glasbruch

  • Bruchzähigkeit und Spannungsintensitätsfaktor
  • Langsames Risswachstum

Materialien und ihre Anwendungen

Glas

Glas ist das klassische Material für präzise optische Abbildungen in Kameras und Head-up-Displays (HUD) und dient als optische Komponente für den Lichtgang in Fast-Axis-Kollimatoren. Glas wird aber auch für das Strukturdesign genutzt, beispielsweise in der Abdeckung für Chips oder als Verbinder für Glasfasern. Am Fraunhofer IPT untersuchen wir, wie sich komplexe Formteile aus Glas durch Replikation herstellen lassen und besitzen weitreichendes Know-how im industriellen Einsatz verschiedener Glaspressverfahren.

Kunststoffe

Spritzgusslinsen aus Kunststoff sind eine günstigere Alternative zu Glas, beispielsweise für Handykameras oder LED-Beleuchtungen. Zur Montage solcher Linsen kommen häufig Klebstoffe aus Kunststoffen zum Einsatz, die unter UV-Licht oder Erwärmung aushärten. Am Fraunhofer IPT verfügen wir über detaillierte Informationen über das chemische Verhalten der Klebstoffe und die abschließende Formgenauigkeit verschiedener Kunststoffmaterialien und helfen Ihnen bei der Auswahl der passenden Materialien für Ihre Serienproduktion.

Metall

Werkzeuge für das Präzisionsblankpressen von Glas oder das Spritzgießen von Kunststoffen werden in den meisten Fällen aus Metall, insbesondere aus Hartmetall und Stahl, hergestellt. Während der Fertigung sind sie hohen Temperaturen ausgesetzt. Durch die Analyse der Materialeigenschaften von Werkzeugen und Bauteilen können wir die optimale Werkzeugform gestalten und mögliche Verformungen des Bauteils vorhersehen. Die genaue Kenntnis der Materialeigenschaften des Metalls ist entscheidend, um die gewünschte Werkzeugform mit höchster Präzision und Oberflächenqualität zu erreichen.

Veröffentlichungen des Fraunhofer IPT zum Thema

Eigenschaften von Werkstoffen bestimmen durch Materialcharakterisierung