HiTemp-Materialien sind für den zuverlässigen Einsatz bei extremen Temperaturen entwickelt, bei denen herkömmliche Materialien aufgrund unzureichender mechanischer Eigenschaften, geringer Strahlungs- und Korrosionsbeständigkeit oder thermischer Zyklusanforderungen versagen. Sie sind unerlässlich für Anwendungen, die sowohl hohe Temperaturbeständigkeit als auch ausreichende Duktilität und Festigkeit unter Betriebsbedingungen erfordern.

• Stähle für Fusionsreaktoren
  Die Gruppe arbeitet daran, Stähle für Fusionsreaktoren zu verbessern. Ziel ist es, die Hochtemperaturfestigkeit bis zu 600–700 °C zu erhöhen und ihr Verhalten unter Neutronenbestrahlung, thermischen Zyklen und Korrosion zu untersuchen.
• Materialien zur Neutronen-Multiplikation
  Beryllide und Plumbide werden als Neutronen-Multiplikatoren für Fusionsblankets entwickelt, wobei der Schwerpunkt auf ihrer Leistung unter hohen Temperaturen, Neutronenbestrahlung und Korrosion liegt.
• Kupfer in Fusionsreaktoren
  Die Forschung konzentriert sich darauf, die Hochtemperaturfestigkeit von Kupfer zu verbessern, um es in den am stärksten wärmebelasteten Bereichen von Fusionsreaktor-Divertoren einzusetzen, ohne die Wärmeleitfähigkeit zu beeinträchtigen.
• Tritium-Brut- und Neutronenabschirmmaterialien
  Die Forschung zielt darauf ab, die Effizienz und Herstellung von Tritium-Brutmaterialien zu verbessern und kompaktere und effektivere Lösungen für die Neutronenabschirmung in Fusionsreaktor-Blankets zu entwickeln.
• Hochtemperaturmaterialien für Luft- und Raumfahrtantriebe
  Chromlegierungen werden als leichte Alternativen zu Nickelbasis-Superlegierungen untersucht. Die Herausforderung besteht darin, eine Kombination aus Kriechbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Duktilität bei hohen Temperaturen zu erreichen.

Das HiTEMP-Labor verfügt über eine umfassende Palette an Geräten zur Herstellung, Verarbeitung, Strukturanalyse sowie Prüfung physikalischer und mechanischer Eigenschaften von Materialien:

• Argon-Lichtbogenofen: Synthese von Legierungen und intermetallischen Verbindungen unter Inertgasbedingungen.
• Handschuhboxen für Pulververarbeitung: Sicherstellung einer sicheren und kontrollierten Umgebung für die Arbeit mit reaktiven Pulvern.
• Öfen für Wärmebehandlung: Einschließlich Vakuumöfen für Hochtemperaturglühungen und -verarbeitung.
• Drahterodiermachine (EDM): Präzisionsschneiden und -formen von Materialien.
• Zugang zu Heißisostatischem Pressen (HIP): Konsolidierung von Pulvern und Entfernung innerer Porosität unter hoher Temperatur und hohem Druck.
• Universelle Prüfmaschinen: Für Zug-, Druck-, Biege- und Ermüdungstests über einen breiten Temperaturbereich.
• Gleeble-Thermomechanik-Simulator: Fortschrittliche Ausrüstung zur Untersuchung des Materialverhaltens unter kontrollierten thermischen und mechanischen Bedingungen, z. B. Simulation von Prozessen wie Schweißen und Umformen.
• Kriechprüfmaschinen: Bewertung der Materialleistung unter langfristiger Belastung bei hohen Temperaturen.
• Prüfmaschinen für Kerbschlagbiegeversuche sowohl für niedrige Temperaturen von -150 bis +300 °C als auch für hohe Temperaturen von 500 bis 1200 °C.

Wir beteiligen uns aktiv an Kooperationsprojekten innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) sowie an Initiativen, die von EUROfusion, dem BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) und der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) gefördert werden. Unser Fokus liegt auf folgenden Forschungsbereichen:

• Entwicklung hochtemperaturbeständiger Stähle, einschließlich ODS-Stähle, als strukturelle und neutronenresistente Materialien;
• Untersuchung der Auswirkungen von Neutronenbestrahlung auf die Struktur und Eigenschaften von Stählen, Wolfram und funktionellen Materialien;
• Intermetallische Beryllide und Plumbide zur Neutronenmultiplikation in Blanket-Systemen von Fusionsreaktoren;
• Kupfermaterialien, einschließlich ODS-Kupfer, als Wärmesenkenmaterialien für Fusionstechnologien;
• Gießen und 3D-Druck von RAFM-Stählen (reduced-activation ferritic-martensitic steels) für Fusionsanwendungen;
• Chromlegierungen und -verbundstoffe für Hochtemperatureinsätze

HiTEMP Lab bietet die Zusammenarbeit in Form von Forschungsleistungen an:

• Mechanische Prüfungen unter Zug, Druck und Ermüdung bei Temperaturen von 20-1000 °C im Vakuum
• Kerbschlagbiegeprüfungen nach Charpy bei Temperaturen von -200 °C bis +500 °C
• Kriechtests bei hohen Temperaturen in Luft
• Durchführung von Wärmebehandlungen im Vakuum und an der Luft
• Heißisostatisches Pressen (HIP) bis 1400 °C
• Schmelzen von Legierungen (bis 100 g für Nickellegierungen)
• Umfangreiche Untersuchungen gefährlicher Materialien (z.B. Beryllium, Blei) in Handschuhboxen (Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften)
• Korrosionsprüfungen in verschiedenen Umgebungen

Alle Forschungsarbeiten werden von einer wissenschaftlichen Betreuung begleitet. Es können Schadensanalysen von Bauteilen durchgeführt oder Empfehlungen zur Materialauswahl und -bearbeitung gegeben werden.

Das HiTEMP-Labor arbeitet aktiv mit führenden Institutionen und Einrichtungen zusammen, um seine Forschung voranzutreiben:

• Neutronenbestrahlungseinrichtungen: BR2 (SCK CEN Mol, Belgien), BOR-60 (RIAR, Russland), HFIR (ORNL, USA) und VVR-K (Kasachstan) für Studien zur Neutronenbestrahlung.
• Ulba Metallurgical Plant, Kasachstan: Produktion von Berylliden und thermische Zyklusexperimente.
• OCAS, Belgien: Expertise in der thermomechanischen Verarbeitung fortschrittlicher Materialien.
• Karlsruher Beryllium-Handhabungseinrichtung (KBHF): Spezialisierte Gloveboxen für den Umgang mit gefährlichen Materialien.
• ZOZ GmbH, Deutschland: Fortschrittliche Pulverproduktionstechnologien.
• QST (Rokkasho, Japan): Zusammenarbeit bei der Entwicklung und Charakterisierung von Struktur- und Funktionsmaterialien.
• Voestalpine, Österreich: Gießereiexpertise für RAFM-Stähle.