Vertrag wärmeverbund

Eines der am meisten untersuchten Materialien mit negativer Wärmeausdehnung ist Zirkoniumwolframat (ZrW2O8). Diese Verbindung schrumpft kontinuierlich über einen Temperaturbereich von 0,3 bis 1050 K (bei höheren Temperaturen zersetzt sich das Material). [6] Andere Materialien, die dieses Verhalten aufweisen, sind: andere Mitglieder der AM2O8-Materialfamilie (wobei A = Zr oder Hf, M = Mo oder W) und HfV2O7 und ZrV2O7. Im Gegensatz zu ZrW2O8 ist darauf hinzuweisen, dass HfV2O7 und ZrV2O7 nTE nur in ihrer Hochtemperaturphase ab 350 bis 400 K aufweisen.[7] A2(MO4)3 ist auch ein Beispiel für steuerbare negative Wärmeausdehnung. Kubische Materialien wie ZrW2O8 und auch HfV2O7 und ZrV2O7 eignen sich besonders für Anwendungen im Maschinenbau, da sie isotropes NTE aufweisen, d.h. der NTE ist in allen drei Dimensionen gleich, was die Anwendung als Wärmeausdehnungskompensator erleichtert. [8] “Es gibt in der Tat eine Reihe von Strukturen, die eine negative Wärmeausdehnung in der Literatur zeigen. Sie befinden sich jedoch in erster Linie in einem 2D-Layout, da die Herstellung von 3D-Negativ-Wärmeausdehnungsmaterialien nach wie vor eine Herausforderung darstellt”, sagte Wang. “Unsere neue additive Fertigungstechnologie kann die anspruchsvolle Aufgabe jedoch zu einer einfachen Aufgabe machen.” Für Wangs Kontrahentum benötigte er nur zwei Materialien – PEGDA-Hartkunststoff und PEGDA, die mit Kupferpartikeln verstärkt waren. Durch die Konstruktion einer 3D-Gitterstruktur, die aus trägern besteht, die in bestimmten Winkeln ausgerichtet sind, konnten sie das typische Expansionsverhalten der Materialien nutzen. Da sich die beiden Materialien mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten ausdehnen, werden die Balken nach innen gezogen, wodurch die Struktur als Ganzes zusammengezogen wird.

“Insgesamt wird die Struktur an Volumen schrumpfen, anstatt sich im Volumen zu erweitern”, sagte Wang. “Das ist der grundlegende Mechanismus.” Der Kontraktionsgrad kann durch Veränderung der Kupferpartikelmenge im verstärkten PEGDA oder durch Änderung der Winkel der Strahlen verfeinert werden. Auf diese Weise kann das Material manipuliert werden, um die gewünschte Leistung zu erreichen, und sogar keine wärmende Ausdehnung. Wang glaubt, dass dies nur eine Möglichkeit ist, ihr endgültiges Ziel zu erreichen. Die andere besteht darin, ihr neuartiges Material mit einem anderen zu kombinieren. “Wir können ein Null-Erweiterungsmaterial entwerfen, indem wir ein Komposit aus einem positiven Expansionsmaterial mit einem negativen Inneren erstellen. Dann kannst du Null erreichen”, sagte Wang. “Das war der erste Schritt. Sie entwerfen zuerst ein Negativ, und dann versuchen Sie, eine Kombination aus diesen beiden zu erstellen, um Null zu erreichen. Das wird der nächste Schritt der Forschung sein.” Die britische Firma Meggitt PLC hat mit Chemring Australia Pty einen Vertrag über 16 Millionen US-Dollar über die Lieferung von Flare-Gegenmaßnahmen-Baugruppen auf dem F-35-Kampfjet unterzeichnet.

Gerade im Maschinenbau ist es notwendig, Materialien mit einem CTE nahe Null, d.h. mit konstanter Leistung über einen großen Temperaturbereich z.B. für den Einsatz in Präzisionsinstrumenten, zu verwenden. Aber auch im Alltag werden Materialien mit einem CTE nahe Null benötigt. Glaskeramik-Kochplatten wie Ceran-Kochplatten müssen großen Temperaturgradienten und schnellen Temperaturschwankungen beim Kochen standhalten, da nur bestimmte Teile der Kochplatten beheizt werden, während andere Teile nahe an der Umgebungstemperatur bleiben.