Funktional gradierte Materialien: Stranggießen und Umformen von elektrischen Kupferleitern

Eine zunehmende Elektrifizierung technischer Produkte ist seit einigen Jahren erkennbar. Hinsichtlich der Forderung nach erweiterter Lebensdauer und Leistungssteigerung ist das technologische Potential monolithischer Metalle weitestgehend ausgeschöpft. Aus diesem Grund entstanden wichtige akademische und industrielle Aktivitäten, die die Entwicklung hybrider Metallstrukturen für elektrische Anwendung zum Gegenstand haben. Nicht nur die Herstellung hybrider Materialien selbst ist eine wissenschaftliche und technologische Herausforderung. Es erfordert zudem ein prozessübergreifendes Verständnis der Entwicklung von Materialeigenschaften und technologischen Zusammenhänge. Ziel des Projektes ist die wissenschaftliche Untersuchung der Prozessroute zur Herstellung von elektrischen Kupferleitern. Dabei liegt der Fokus des Projekts insbesondere auf der Entwicklung von funktional gradierten Materialien, die ein auf die speziellen Anforderungen elektrischer Leiter lokal angepasstes metallurgisches Eigenschaftsprofil aufweisen. Die Prozessroute des initialen Stranggießens, anschließenden Strangpressens und finalen Drahtziehens stellt eine wirtschaftliche Produktionssequenz zur Herstellung von Kupferleitern dar, welche einerseits eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit und andererseits eine vergleichsweise hohe Festigkeit aufweisen. Dieses komplexe Eigenschaftsprofil wird durch einen Materialgradienten über dem Querschnitt des metallischen Produkts erzeugt. Der Übergang von einem Reinkupfer-Grundwerkstoff im peripheren Bereich und einem Kupfer-Zink-legiertem Bereich im Inneren des Produkts ist kontinuierlich, wodurch keinerlei makroskopische Grenzflächen zwischen den unterschiedlichen Werkstoffbereichen auftreten. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojekts wird eine Methodik zur ressourceneffizienten Fertigung von funktional gradierten Materialien entwickelt. Der wissenschaftliche Ansatz beruht auf theoretischen, experimentellen und numerischen Techniken. Die Zielsetzung ist anspruchsvoll und die gewonnenen Erkenntnisse verschieben die Grenzen des derzeit technisch Möglichen.