Formgedächtnislegierungen einfach erklärt
Was sind Formgedächtnislegierungen?
Formgedächtnislegierungen (engl. Shape Memory Alloys, SMA) zählen zur Gruppe der intelligenten Werkstoffe (Smart Materials). Sie werden in verschiedenen Formen - z.B. als haarfeine Drähte, Federn oder Bleche - hergestellt. Formgedächtnislegierungen zeichnen sich durch einen besonderen Effekt aus: Während sie im kalten Zustand weich und leicht verformbar sind, "erinnern" sie sich an ihre ursprüngliche Form, sobald sie (z.B. durch einen elektrischen Strom) erhitzt werden. Beim Erhitzen wird das Material hart und kann hohe Kräfte erzeugen.
Wie funktioniert das?
Der Formgedächtnis-Effekt kommt durch eine spezielle Struktur des Kristallgitters zustande: Die Legierung weist zwei unterschiedliche Kristallstrukturen auf. Neben der Hochtemperaturphase (Austenit) existiert eine Niedertemperaturphase (Martensit).
Im martensitischen Zustand ist das Material weich und gut verformbar. Im austenitischen Zustand ist es hingegen steif und versucht, wieder seine ursprüngliche Form anzunehmen. Die benötigte Temperatur für die Phasenumwandlung hängt von der Zusammensetzung der Legierung ab. Am weitesten verbreitet sind Nickel-Titan-Legierungen. Neben der Temperatur hat auch die mechanische Spannung im Material einen wesentlichen Einfluss.
Wo werden diese Legierungen eingesetzt?
Häufig werden Formgedächtnislegierungen in Aktoren eingesetzt. Dort bieten sie viele Vorteile: Formgedächtnislegierungen sind wahre Kraftpakete, sie haben die höchste Leistungsdichte aller Aktorwerkstoffe. Außerdem sind sie leicht, arbeiten geräuschlos und eignen sich ausgezeichnet für eine Miniaturisierung. Die Anwendungen werden immer zahlreicher: Pneumatikventile für den Automobil-Sitzkomfort, aktive Optiken in Smartphone-Kameras oder Stents in der Medizintechnik sind nur einige Beispiele.