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ANWENDUNGEN IM MASCHINEN- UND ANLAGENBAU
Im Maschinen- und Anlagenbau gibt es einige Bereiche (Schneidtechnik, Wälz- und Gleitlager, verschleiß-, korrosions- und hitzefeste Komponenten), die für den Einsatz neuer Werkstoffe - vor allem keramische, aber auch Kohlenstoff und polymere Werkstoffe - in besonderem Maß in Betracht kommen. Aus der Palette von geforderten Eigenschaften seien als Beispiel Festigkeit gegen dynamische und statische Kräfte, Zähigkeit, Härte, Korrosionsfestigkeit, Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und häufige Temperaturwechsel erwähnt.
In der Schneidtechnik hat sich Hochleistungskeramik seit geraumer Zeit bewährt, doch liegt ihr Anteil am Schneidplattenmaterial weltweit erst bei 5%.
Der Rest entfällt zu gleichen Teilen auf Schnellarbeitsstähle und Hartmetall (vor allem Wolframcarbid). Die verwendeten Keramiken sind Siliciumnitrid und Oxidkeramiken, sodann Bornitrid, polykristalliner Diamant, faser- oder-whiskerverstärkte Keramiken. Das Substitutionspotential von Keramik in diesem Bereich wird als begrenzt eingeschätzt, wenn auch mit einer gewissen Erhöhung des Anteils noch gerechnet wird. Als negativ wird dagegen die Tendenz der Nachfrage nach spanenden Werkzeugmaschinen angenommen, so daß sich das Marktvolumenpotential verkleinert.
Noch am Anfang steht die Verwendung von keramischen Werkstoffen in Wälz- und Gleitlagern. Das Substitutionspotential ist groß, da die Eigenschaften von Hochleistungkeramiken höhere Betriebsgeschwindigkeiten und - temperaturen, geringere Abhängigkeit von Schmierung, bessere Energienutzung und leichtere Bauweise ermöglichen, außerdem sind Verschleis und Korrosion geringer. Je nach den gestellten Anforderungen kommen verschiedene Keramiken (Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Aluminiumoxid, Zirkonoxid) und kohlenstoffaserverstärkter Kohlenstoff in Betracht. Außer dem Substitutionspotential ist auch das Marktvolumenpotential beträchtlich, denn die Produktgruppe Lager im Bereich Maschinenbau hat ihrerseits Märkte in Maschinen, Straßenfahrzeugen, elektrotechnischen Geräten, Luft – und Raumfahrt, Schiffbau, Schienenfahrzeugbau sowie in der Umschlag-, Lagerungs- und Transporttechnik. Wie weit und wie schnell neue Werkstoffe in das Gebiet der Wälz- und Gleitlager eindringen, wird wesentlich von der Lösung noch vorhandener technischer Probleme abhängen und selbstverständlich auch bei vielen Anwendungsmöglichkeiten von der Entwicklung der Werkstoffkosten.
Ein weites Gebiet für neue Werkstoffe, ebenfalls vorwiegend Keramiken, sind Komponenten für Maschinen und Anlagen, die besonderen Anforderungen an Verschleiß-, Korrosions oder Hitzefestigkeit ausgesetzt sind. Das reicht von Dichtungen, Hülsen, Ventil- und Pumpenteilen über Düsen, Fadenführungen, Ziehwerkzeuge und Extrusionsformen bis zu hitzefesten Kacheln, Wärmetauschern, Reaktorbauteilen und Tiegeln für Metallurgie und chemische Verfahrenstechnik. Außer Keramiken werden für derartige Komponenten auch flexibler Graphit für Dichtungen sowie verschiedenartige Verbundwerkstoffe eingesetzt. Der Absatz dieser Produkte ist weit gestreut, doch stehen die einzelnen Fachzweige des Maschinenbaus, die chemische und die metallurgische Industrie im Vordergrund.
Der Maschinenbau ist schließlich auch Markt für einen Werkstoff, der zwar kein spitzentechnologisches- Produkt ist, aber die Kriterien eines neuen Werkstoffs erfüllt: Polymerbeton. Bei Polymerbeton übernehmen duroplastische Reaktionsharze die Rolle des Zements, wodurch das entstehende Material in größerem Maß als Zementbeton Schwingungen und Vibrationen dämpfen kann. Vibrationsdämpfung ist für Präzisionsmaschinen häufig eine technische Notwendigkeit, Geräuschdämpfung dient dem Umweltschutz.
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Ersetz werden Eisenwerkstoffe, andere Metalle und Zement, jedoch ist für all diese Werkstoffe der Substitutionsanteil an ihrer Gesamtverwendung klein und wächst auch nur schrittweise.
Expansiver Implantatmarkt
Das Gebiet der Implantate und Prothetik zerfällt in mehrere Teilgebiete mit sehr unterschiedlichen Möglichkeiten des Materialeinsatzes, von denen in der Studie nur Gelenkpröthetik, Dentalimplantate und Gehörprothetik analysier wurden. Darüber hinaus könnten aber in Zukunft auch Bereiche wie der Ersat von Herzklappen, Adern, Haut, Bändern oder Sehnen oder aber die Anwendungsgebiete von Membranen in menschlichen Körper zu medizintechnisch und ökonomisch interessanter Gebieten werden.
Das Spektrum der eingesetzten Materialien ist verhältnismäßig breit. Wichtigste Anforderung ist, die physiologische Verträglichkeit, was meistens eine geringe Wechselwirkung mit dem Organismus bedeutet. In der Zahnprothetik werden Titan und Titanlegierungen, Kobalt- Chrom Legierungen, Aluminiumoxid und Apatite verwendet sowie für bestimmte Anwendungen auch Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. In der Orthopädie kommen außerdem Siliciumcarbid, Zirkonoxid, Glas und glaskeramische Werkstoffe zum Einsatz, in der Gehörprothetik.
SCHLÜSSELBEREICH ELEKTRONIK
Der Bereich der Elektronik und Mikroelektronik, hat nicht nur, wie auch der Bereich der neuen Werkstoffe, eine Schlüsselstellung für die Entwicklung und Wettbewerbsfähigkeit der Volkswirtschaft, sondern ist gleichzeitig auch Markt für neue Werkstoffe.
Im Vordergrund stehen Halbleiterwerkstoffe, beispielsweise Galliumarsenid und Indiumphosphid (GaAs, InP), Silicium kann höchstens in den Anwendungsbereichen Sensorik und Solartechnik als neuer Werkstoff angesehen werden); außerdem kommen aber auch Polymere und Keramiken zum Einsatz. Gefordert werden von neuen Werkstoffen unter anderem höhere Schaltgeschwindigkeiten, weitere Miniaturisierbarkeit, erhöhte Hitzestandfestigkeit oder bessere Wärmeableitung.
In der Bundesrepublik Deutschland steht, wie auch in Japan, die Konsumelektronik an erster Stelle, allerdings nur knapp vor der Industrieelektronik. Ein, verglichen mit den anderen Märkten, großes Gewicht hat in der Bundesrepublik auch die Kfz-Elektronik
Fünf Industriegruppen sind es vor allem, in denen Elektronik zur Anwendung kommt: Maschinenbau, Fahrzeugbau, Elektrotechnik, Büro- und Datentechnik, Feinmechanik und Optik.
Im Maschinenbau geht seit Jahren die Tendenz in Richtung Fertigungsautomatisierung und Null-Fehler-Quote. Das erfordert Programmierung des Fertigungsablaufs in allen Einzelheiten und rechnergestützte Meß-, Steuer- und Regeleinrichtungen (MSR), die mit den notwendigen Sensoren ausgestattet sind.
Auch im Straßenfahrzeugbau dringt die Elektronik immer stärker vor. Antiblokkier- und Antischlußfsysteme, geregelte Einspritzanlagen oder Katalysatoren, elektronische Steuerung des Motors, des Getriebes, des Antriebs und der Lenkung bis hin zu Verkehrsleit- und Warnsystemen sind mit unterschiedlichem Grad der Realisierung Beispiele dafür.
Das Eureka-Forschungsprojekt
Prometheus sieht die Kommunikation zwischen Fahr-zeugen und zwischen Fahrzeug und Leitstelle vor.
Die Raumfahrt wäre ohne automatische Steuerung gar nicht denkbar, denn sie ist überwiegend unbemannte Raumfahrt. Selbst in der bemannten Raumfahrt sind viele Funktionen nur mit elektronischen Einrichtungen möglich.
Weitere Bereiche, in denen die Elektronik ein großes Absatzpotential hat, seien hier nur aufgezahlt: Datenverarbeitung in landwirtschaftlichen oder gewerblichen Betrieben, in Haushaltungen, und Behörden, Elektronik in langlebigen Konsumgütern und in «integrierten Heimsystemen» (Domotik), Elektronik in der diagnostischen und therapeutischen Medizin und in der Wehrtechnik.
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