Innovation – Marktreife – Nachhaltigkeit
Innovation – Marktreife – Nachhaltigkeit
F&E Projekte der Werkstoffplattform HyMat
Hybridmaterialien bergen großes Potenzial für Ressourceneffizienz, für neue Eigenschaften und neue Funktionen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat zum Ziel, die Marktfähigkeit von Hybridmaterialien zu steigern und ihre Fertigung in Deutschland sowie den Einsatz in verschiedenen Anwendungsfeldern zu sichern.
Im Rahmen der Werkstoffplattform HyMat wurden dafür branchenoffen Forschungs- und Entwicklungsprojekte gefördert. Alle Projekte zielten darauf ab, vielversprechende Hybridmaterialien weiterzuentwickeln. Einen branchenbezogenen Überblick über die Projekte der Werkstoffplattform HyMat finden Sie im Folgenden:
Projektpartner
Durch die Forschungs- und Entwicklungsprojekte der Werkstoffplattform konnte bundesweit eine Vielzahl an Unternehmen und Forschungseinrichtungen erfolgreich vernetzt werden. Von den resultierenden Synergie-Effekten profitieren die Projektpartner wie auch die gesamte Wirtschaft über den Förderzeitraum hinaus.
Grundlegende Informationen
Hybride Materialien sind Werkstoffe, die aus der Kombination von zwei oder mehr verschiedenen Werkstoffen bestehen, um die Vorteile der einzelnen Komponenten zu vereinen und ihre Schwächen zu minimieren. Diese Materialien werden oft so entwickelt, dass sie besondere Eigenschaften aufweisen, die durch die Verwendung der einzelnen Werkstoffe allein nicht erreicht werden können.
Beispiele für hybride Materialien:
Faserverstärkte Kunststoffe, wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) oder glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK), bestehen aus Fasern, die in eine Polymermatrix eingebettet sind und sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringem Gewicht bieten. Sie werden z. B. in der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrt, im Sportbereich, im Schiffbau oder auch im Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt.
Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe: Diese Materialien kombinieren die Zähigkeit und Duktilität von Metallen mit der Härte und Verschleißfestigkeit von Keramiken. Sie werden oft in Hochleistungsanwendungen wie Turbinenblättern und Schneidwerkzeugen verwendet.
Verstärkter Beton: Allgemein bekannt ist Stahlbeton, bei dem die Eigenschaften von Stahl mit Beton kombiniert werden. Dadurch wird insbesondere die Zugfestigkeit erhöht. Eine innovative Neuentwicklung ist Textilbeton, bei dem als Verstärkung des Betons hochfeste Textilgewebe eingesetzt werden, die zumeist aus Glas- oder Carbonfasern bestehen. Vorteil dieser Bewehrung ist die Korrosionsbeständigkeit und die damit einhergehende längere Lebensdauer, sowie geringer Materialverbrauch.
Je nach Materialkombination können sich ganz unterschiedliche Vorteile ergeben. Häufig werden folgende übergeordnete Verbesserungen bzw. Vorteile durch die Hybridisierung angestrebt:
Verbesserte mechanische Eigenschaften: Hybride Materialien können höhere Festigkeit, Steifigkeit und Bruchzähigkeit bieten. Dies wird oft durch die Kombination von Fasern und einer Matrix erreicht, wie bei faserverstärkten Kunststoffen.
Leichtbau: Durch die Kombination leichter Materialien wie Kunststoffe oder Aluminium mit stärkeren Materialien wie Carbon- oder Glasfaser können hybride Werkstoffe hohe Festigkeit bei geringem Gewicht erreichen.
Funktionalität: Hybride Materialien können spezielle Funktionen erfüllen, wie etwa Wärme- oder Elektrizitätsleitung, oder sie können durch funktionale Beschichtungen oder Einbettungen zusätzliche Eigenschaften erhalten, z. B. im Bereich der Sensorik.
Kosten- und Ressourceneffizienz: Durch die geschickte Kombination von Materialien können kostengünstigere Lösungen gefunden werden, die gleichzeitig Ressourcen schonen. Beispielsweise können teurere Materialien nur dort eingesetzt werden, wo sie wirklich benötigt werden, während günstigere Materialien die restliche Struktur bilden.
Hybride Materialien bieten durch ihre Vielseitigkeit und Leistungsfähigkeit zahlreiche Möglichkeiten für innovative Anwendungen in verschiedenen Branchen.
Automobilbau: Durch die Verwendung hybrider Materialien können Fahrzeuge leichter und gleichzeitig sicherer gemacht werden. Dies führt zu einer besseren Energieeffizienz und geringeren Emissionen.
Medizintechnik: Hybride Materialien können in Implantaten oder Prothesen verwendet werden, um bessere biokompatible und mechanische Eigenschaften zu erzielen, die eine längere Haltbarkeit und bessere Integration in den menschlichen Körper ermöglichen.
Bauwesen: Hybride Materialien können in der Bauindustrie verwendet werden, um langlebige, leichte und energieeffiziente Strukturen zu schaffen. Beispielsweise können faserverstärkte Betonkomposite verwendet werden, um Brücken, Gebäude und Infrastrukturelemente zu bauen, die höhere Festigkeit und bessere Beständigkeit gegenüber Umweltbelastungen aufweisen. Diese Materialien ermöglichen innovative Bauweisen und können die Lebensdauer von Bauwerken verlängern.
Elektronik/ Sensorik: Hybride Materialien finden Anwendung in der Herstellung von flexiblen und tragbaren elektronischen Geräten. Die Kombination von leitfähigen Polymeren mit metallischen oder keramischen Komponenten ermöglicht die Entwicklung von biegsamen Leiterplatten, Displays und Sensoren. Diese Materialien bieten die nötige Flexibilität und Haltbarkeit für moderne tragbare Technologien wie Smartwatches, medizinische Überwachungssysteme und flexible Bildschirme.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) förderte auf der Grundlage des Rahmenprogramms „Vom Material zur Innovation“ werkstoffbasierte Forschungs-, Entwicklungs- und Innovationsprojekte zum Themenfeld „Hybride Materialien“.
Der erste Förderaufruf „Richtlinie zur Förderung von Zuwendungen für Vorhaben im Rahmen der Werkstoffplattform Hybride Materialien – Neue Möglichkeiten, Neue Marktpotenziale − 1. Förderaufruf (HyMat1)“ wurde am 14. August 2018 im Bundesanzeiger veröffentlicht.
Der zweite Förderaufruf für Vorhaben im Rahmen der Werkstoffplattform HyMat wurde am 26. September 2019 im Bundesanzeiger veröffentlicht.
Hybridmaterialien bergen großes Potenzial für Ressourceneffizienz, für neue Eigenschaften und neue Funktionen. Die können damit die Grundlage für Innovationen und neue Anwendungen darstellen. Die Werkstoffplattform HyMat hatte das Ziel, die Marktfähigkeit von Hybridmaterialien zu steigern und ihre Fertigung in Deutschland sowie den Einsatz in verschiedenen Anwendungsfeldern zu sichern. Dafür wurden branchenoffen Forschungs- und Entwicklungsprojekte gefördert.
Im Fokus standen dabei materialbasierten Technologien, die bereits einen gewissen technologischen Reifegrad erreicht und die gleichzeitig ein breites Anwendungspotenzial haben. Für diese wurde die Marktfähigkeit gefördert bzw. noch bestehende Innovationshindernisse abgebaut. Es konnte sich dabei sowohl um wissenschaftlich-technologische Defizite als auch um regulative oder andere Defizite handeln.
An den HyMat-Verbundprojekten waren verschiedene Kategorien von Akteuren beteiligt. Dazu zählten:
- Industrieunternehmen aus verschiedenen Branchen, die Hybridmaterialien in ihren Produkten und Prozessen einsetzen.
- Forschungsinstitute und Universitäten, die an der Entwicklung und Erprobung neuer hybrider Materialien arbeiten.
- Kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), die innovative Anwendungen und Lösungen entwickeln.
- Verbände und Netzwerke, die den Wissenstransfer und die Zusammenarbeit zwischen den Partnern fördern.
Details zu den einzelnen Projekten finden Sie hier auf der Webseite. Die Projektergebnisse werden in Berichten systematisch dokumentiert und für alle Beteiligten und für die Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Die veröffentlichten Abschlussberichte finden Sie ebenfalls hier auf den jeweiligen Projektseiten. Die Veröffentlichung der Berichte ermöglicht eine breite Nutzung der gewonnenen Erkenntnisse und fördert die kontinuierliche Verbesserung und Anpassung der Technologien in verschiedenen Industriezweigen.
