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Österreich, das Land der Sinter-Technik

Man startet mit Pulver, am Ende erhält man extrem widerstandsfähige Werkstoffe. Österreich ist eine Großmacht in der Pulvermetallurgie, die TU Wien hat einen ganz wesentlichen Anteil daran.

Sintern - eine österreichische Spezialität

Sintern - eine österreichische Spezialität

Sintern - eine österreichische Spezialität 1/2 images

Sintern - eine österreichische Spezialität

Ein Dilatometer an der TU Wien - damit können Längenveränderungen von Werkstücken genau gemessen werden.

Ein Dilatometer an der TU Wien - damit können Längenveränderungen von Werkstücken genau gemessen werden.

Ein Dilatometer an der TU Wien - damit können Längenveränderungen von Werkstücken genau gemessen werden. 1/2 images

Ein Dilatometer an der TU Wien - damit können Längenveränderungen von Werkstücken genau gemessen werden.

Es begann in Tirol. In den 1920er Jahren baute der Erfinder Paul Schwarzkopf in Reutte das Metallwerk Plansee auf. Seither ist Pulvermetallurgie zu einer österreichischen Export-Erfolgsgeschichte geworden. Dafür ist nicht zuletzt die TU Wien verantwortlich, die über Jahrzehnte wesentliche Innovationen für die österreichische Pulvermetallurgie beigesteuert hat.

Von Tirol nach Wien
Paul Schwarzkopfs Biographie ist auch mit dem dunkelsten Kapitel der österreichischen Wissenschaftsgeschichte verknüpft: Er musste vor den Nationalsozialisten in die USA emigrieren, und  erst in den Fünfzigerjahren erhielt er die Firma Plansee zurück. Einen wesentlichen Anteil am Erfolg von Plansee hatte Richard Kieffer, der ab 1930 über drei Jahrzehnte lang für Plansee in Tirol arbeitete – zuletzt als Vorstand. 1964 wurde Kieffer als Professor an die TU Wien berufen, wo er eine Pulvermetallurgie-Gruppe aufbaute.

„In dieser Forschungsgruppe wurde ganz wichtige Pionierarbeit geleistet“, betont Prof. Herbert Danninger, Dekan der Fakultät für Chemie. „Teilweise ließ sich damals noch gar nicht abschätzen, wie industriell bedeutend die an der TU Wien gewonnenen Erkenntnisse später werden sollten.“

Seither ist das Gebiet der Pulvermetallurgie an der TU Wien noch weiter gewachsen: Mehrere Forschungsgruppen arbeiten heute in diesem Bereich. Mit allen wichtigen Firmen dieses Industriezweigs hat die TU Wien gute Beziehungen und erfolgreiche Forschungskooperationen. Viele Absolventinnen und Absolventen der TU Wien machten in der Metallurgie-Branche Karriere. „Die Industrie ist durchsetzt mit TU Wien-Leuten“, freut sich Dekan Danninger.

Es gibt nicht viele Forschungs- und Industriebereiche, in denen sich das kleine Land Österreich als Weltmacht betrachten kann – die Pulvermetallurgie ist jedenfalls einer von ihnen. Einige weltweit bedeutende Unternehmen haben ihren Sitz in Österreich, Exportraten von über 90% sind üblich. Das lässt sich auf Dauer nur durch einen permanenten Technologievorsprung aufrechterhalten, Kooperationen mit akademischen Forschungsgruppen sind für diese Unternehmen daher eine wirtschaftliche Überlebensfrage.

Die Firma Plansee spielt in der Branche nach wie vor eine weltweit führende Rolle. Eine ganze Reihe weiterer österreichischer Firmen ist heute international aktiv, zu ihnen gehört die Wolfram Bergbau und Hütten GmbH, Treibacher Industries und viele andere.

Extrem harte Werkzeuge

Nachdem Richard Kieffer die Pulvermetallurgie fest an der TU Wien verankert hatte, beschäftigten sich er, sein Nachfolger Prof. Benno Lux und Prof. Peter Ettmayer hauptsächlich mit der pulvermetallurgischen Herstellung extrem harter Schneidewerkzeuge. Lux gilt als Erfinder der Aluminiumoxid-Beschichtungen. Schon lange war klar gewesen, dass Werkzeuge deutlich widerstandsfähiger gemacht werden könnten, wenn es gelänge, sie mit Aluminiumoxid zu überziehen. Aluminiumoxid hat nicht nur eine sehr hohe mechanische Festigkeit, es ist auch chemisch sehr inert und schützt als Werkzeugbeschichtung das Material im Inneren vor unerwünschten Reaktionen mit dem Werkstück. Lux gelang das Kunststück, Aluminiumoxid so herzustellen, dass es genau an der Oberfläche des Werkstücks entsteht und eine geschlossene Schutzschicht bildet.

„Ich erinnere mich noch an misslungene Versuche, bei denen es im Rektor „geschneit“ hat“, erzählt Herbert Danninger. Das Aluminiumoxid war in der Schutzatmosphäre ausgefallen, anstatt sich bloß auf der Oberfläche festzusetzen – doch solche Probleme konnten im Lauf der Zeit behoben werden.

Im Jahr 2002 wurde das damalige Institut für Chemische Technologien anorganischer Stoffe mit drei weiteren Instituten zum Institut für Chemische Technologien und Analytik fusioniert. Heute arbeiten dort gleich mehrere Forschungsgruppen im Bereich der Pulvermetallurgie und nutzen die Möglichkeiten zur chemischen Analytik und zur Strukturaufklärung, die das große Institut bietet.

TU-Forschung heute

Prof. Herbert Danninger beschäftigt sich mit klassischen Sintermetallen wie Eisen oder Aluminium. Die Materialeigenschaften kann man durch Zugabe anderer Stoffe gut einstellen, etwa mit Chrom oder Molybdän. Die Forschungsgruppe von Herbert Danninger untersucht Details des Sinterprozesses auf mikroskopischer Ebene, um den Prozess weiter verbessern zu können. So lässt sich etwa die Porosität der gesinterten Metalle reduzieren, wodurch man die mechanischen Eigenschaften verbessern kann. Danninger erarbeitet auch neue Ideen, um komplexe geometrische Formen durch Pressen und Sintern herzustellen. Wichtigster Projektpartner ist hier die oberösterreichische Firma MIBA,  ebenfalls einer der großen Player auf dem Weltmarkt. Diese Kooperation wurde Anfang der 1970er Jahre von Prof. Gerhard Jangg, einem weiteren Kieffer-Schüler, initiiert und läuft seit dieser Zeit ohne Unterbrechung.  

Mit etwas exotischeren Materialien beschäftigen sich die Teams von Prof. Wolf-Dieter Schubert und von Prof. Walter Lengauer. Beide Gruppen arbeiten an extrem widerstandsfähigen und harten Materialien, wie man sie in der Industrie für ganz besonders herausfordernde Einsatzgebiete braucht: Als Zerspanungswerkzeuge, die sich mit möglichst wenig Verschleiß durch andere Materialien bohren müssen, als Tunnelbauwerkzeuge oder auch als Walzen und Umformwerkzeuge in der Metallindustrie.

Wolf-Dieter Schuberts Forschungsgruppe „Metallurgy of the Less Common Metals“ arbeitet an Hartmetallen – eine zentrale Rolle spielt hier das Element Wolfram. Ziel ist auch hier. die „Nanowelt“ zu erforschen: Durch immer feinere Strukturen lassen sich besonders hohe Härte und Festigkeit erzielen.  In Walter Lengauers Gruppe wird an „Cermets“ geforscht, an Keramik-Metall-Verbundwerkstoffen, die ohne Wolfram auskommen und sich ebenfalls durch extrem hohe Widerstandsfähigkeit auszeichnen. Auch bei Hochleistungskeramiken kommen Pulvertechnologien zur Anwendung: Die Gruppe von Thomas Konegger – derzeit auf Schrödinger-Aufenthalt in den USA – stellt sogenannte „precursor-Keramiken“ her, die aus Keramikpulver und einem siliciumorganischen Binder hergestellt werden, der sich beim Sintern ebenfalls in eine hochfeste Keramik umwandelt.

Auch die Gruppe von Prof. Roland Haubner forscht im Bereich der Pulvermetallurgie und Hartmetallen. Ein wichtiges Thema in dieser Gruppe ist die Beschichtung, mit der man die Werkstoffeigenschaften weiter verbessern will. Möglich ist das durch chemische Gasphasenabscheidung: Werkzeuge werden mit Titanverbindungen oder mit einer Diamantschicht überzogen, um sie extrem widerstandsfähig werden zu lassen.

Kombinationen von unterschiedlichen Materiatypen, wie z.B. Keramik und Metall, lassen sich über Pulver besonders elegant herstellen. An diesen „Verbundwerkstoffen“ arbeitet die Gruppe von Prof. Christian Edtmaier. Anwendungen sind hier z.B. Kühlkörper für Mikroprozessoren in der Elektronik, von denen möglichst hohe Wärmeleitfähigkeit verlangt wird, aber dabei eine niedrige thermische Ausdehnung ähnlich der von Silizium. 

Verstehen statt ausprobieren

Pulvermetallurgie ist noch lange kein abgeschlossenes Gebiet – zweifellos wird man auch in den nächsten Jahrzehnten an der TU Wien in diesem Bereich forschen, neue Materialien entwickeln und die Herstellungsverfahren verbessern. „Für uns ist es entscheidend, nicht nur auf Basis von Versuch und Irrtum zu arbeiten, sondern das Verhalten der Materialien tatsächlich zu verstehen“, sagt Herbert Danninger. Nur so wird es auch in Zukunft möglich sein, den österreichischen Technologievorsprung zu bewahren und der Konkurrenz den entscheidenden Schritt voraus zu sein.