Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Eisen verarbeiten Menschen schon seit rund 19 000 Jahren, aber ausgereizt ist der Werkstoff noch lange nicht. Daher entwickeln Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung unter anderem neue Stahlsorten, um etwa Karosserien immer sicherer zu machen und den Autodesignern mehr Freiheit zu geben. Das heißt auch: Sie kochen und testen neue Legierungen in einem Labor, das an ein kleines Stahlwerk erinnert. Die Wissenschaftler untersuchen zudem, wie sich die Korrosion, die viele metallische Werkstoffe mit der Zeit unbrauchbar macht, verhindern lässt. Die Forschung beschränkt sich dabei nicht auf Eisen und Stahl, sondern gilt generell neuen Legierungen, etwa Titanlegierungen für künstliche Gelenke. Für die Suche nach solchen neuen Werkstoffen entwickeln die Wissenschaftler auch Methoden, um das Verhalten unbekannter Legierungen im Computer zu simulieren.

Kontakt

Max-Planck-Str. 1
40237 Düsseldorf
Telefon: +49 211 6792-0
Fax: +49 211 6792-440

Promotionsmöglichkeiten

Dieses Institut hat eine International Max Planck Research School (IMPRS):
IMPRS for Interface Controlled Materials for Energy Conversion

Darüber hinaus gibt es die Möglichkeit zur individuellen Promotion bei den Direktoren und Forschungsgruppenleitern.

Abteilung Struktur und Nano-/Mikromechanik von Materialien mehr
Abteilung Computergestütztes Materialdesign mehr
Abteilung Mikrostrukturphysik und Legierungsdesign mehr
Abteilung Grenzflächenchemie und Oberflächentechnik mehr
Erfolgreicher Nachwuchs
Vier junge Max-Planck-Wissenschaftler erhalten in diesem Jahr den Heinz Maier-Leibnitz-Preis mehr
Legierungen werden fest und formbar
Dank einer neuen Strategie in der Entwicklung von mit Stahl verwandten Materialien schließen sich hohe Festigkeit und Duktilität nicht mehr gegenseitig aus mehr
Nanoperlen für die Stahlschmiede

Nanoperlen für die Stahlschmiede

Meldung 3. September 2015
Die Kristallstruktur von Metallen kann sich an Liniendefekten ändern, was die Eigenschaften der Materialien beeinflussen dürfte mehr
Haut mit hohem Rostschutzfaktor
Korrosion verzehrt in den Industrienationen jährlich bis zu vier Prozent der Wirtschaftsleistung. Wissenschaftler um Martin Stratmann und Michael Rohwerder am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf entwickeln Kunststoffschichten, die etwa Stähle vor Rost bewahren und sich selbst heilen, wenn sie beschädigt werden. mehr
Das Forschungsfeld von Martin Stratmann
Korrosion verzehrt in den Industrienationen jährlich bis zu vier Prozent der Wirtschaftsleistung. Wissenschaftler um Martin Stratmann und Michael Rohwerder am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf entwickeln Kunststoffschichten, die etwa Stähle vor Rost bewahren und sich selbst heilen, wenn sie beschädigt werden. mehr
Digital unterwegs

Digital unterwegs

Meldung 2. Mai 2014
Vom 6. Mai bis zum 28. September warten im Frachtraum der MS Wissenschaft mehr als 30 neue Mitmach-Exponate auf alle, die Wissenschaft auf unterhaltsame und spielerische Weise erleben wollen. Das diesjährige Thema: die digitale Gesellschaft. mehr
Rostschutz aus der Nanokapsel

Rostschutz aus der Nanokapsel

Meldung 30. Oktober 2013
Container aus einem leitfähigen Polymer öffnen sich nur unter korrosiven Bedingungen, um korrosionshemmende Substanzen freizusetzen mehr
Unordnung schafft Rostschutz

Unordnung schafft Rostschutz

Meldung 25. Juli 2013
Die Nanostruktur eines Materials beeinflusst entscheidend, wie widerstandsfähig es gegen Korrosion ist mehr
Hart wie ein Haizahn

Hart wie ein Haizahn

Meldung 16. August 2012
Zähne verschiedener Haiarten und des Menschen ähneln sich in ihren Materialeigenschaften mehr

Multiskalen-Modellierung

Meldung 18. Oktober 2010
IN DEN MATERIALWISSENSCHAFTEN mehr
Wissenschaftler forschen an neuen Karosserien aus Stahl, die das Autofahren sicherer machen sollen mehr
Nanostrukturen erstmals in 3D

Nanostrukturen erstmals in 3D

Meldung 21. Februar 2006
Düsseldorfer Max-Planck-Forscher präsentieren erstes dreidimensionales Elektronenmikroskop zur Strukturuntersuchung von Nanomaterialien mehr
Ausgekochter Stahl für das Auto von morgen
Wissenschaftler wollen mit neuartigen Materialien den Fahrzeugbau revolutionieren mehr
Mitten im Ersten Weltkrieg wurde 1917 das Kaiser-Wilhelm-Institut für Eisenforschung gegründet. Es sollte ein Innovationslabor für die deutsche Stahlindustrie werden und entwickelte sich zu einem Zentrum kriegstechnischer Wissensproduktion. Seine Geschichte offenbart das Risiko anwendungsorientierter Grundlagenforschung in wirtschaftlichen und politischen Krisenzeiten.
Max-Planck-Wissenschaftler kooperieren mit Partnern in rund 120 Ländern dieser Erde. Hier schreiben sie über persönliche Erlebnisse und Eindrücke. Die Materialwissenschaftlerin Jiali Zhang vom Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf verbrachte im Rahmen ihrer Postdoc-Zeit neun Monate am US-amerikanischen Massachusetts Institute of Technology. Sie war von der am Institut herrschenden Schwarmintelligenz fasziniert.

Dem 3D-Druck gehört die Zukunft. Aber noch lässt sich aus den dafür verwendeten Werkstoffen und den Fertigungsprozessen nicht das Optimum herausholen. Daher arbeiten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf gemeinsam mit Kollegen des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT daran, dem neuen Verfahren aus den Kinderschuhen zu helfen.

Die enormen Entwicklungen im Bereich von Speicherung, Übertragung und Auswertung gewaltiger Datenmengen, der sogenannten Big Data, führen nicht nur zu einer rasanten Veränderung unseres Alltags, es entsteht auch eine neue Dynamik in der Wissenschaft: Forschungsfelder werden neu definiert, traditionelle Abgrenzungen etablierter Fachbereiche verlieren ihre Bedeutung.

Autoblech, Tragfläche oder Turbinenschaufel – Legierungen werden heute für jeden Zweck maßgeschneidert. Rund 2500 Stähle gibt es bereits, und es werden ständig mehr. Auch Jörg Neugebauer und Dierk Raabe, Direktoren am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf, entwickeln neue Sorten und nutzen dabei nicht zuletzt die Gesetze der Quantenwelt.
Korrosion verzehrt in den Industrienationen jährlich bis zu vier Prozent der Wirtschaftsleistung. Substanzen, die Metalle wirkungsvoll vor ihrem zerstörerischen Werk schützen, belasten oft die Umwelt oder haben andere Nachteile. Daher entwickeln Wissenschaftler um Martin Stratmann und Michael Rohwerder am Max-Planck-Institut für Eisenforschung in Düsseldorf Kunststoffschichten, die etwa Stähle vor Rost bewahren und sich selbst heilen, wenn sie beschädigt werden.
Für Feinschmecker sind sie vor allem lästig, Helge Fabritius weiß sie dafür umso mehr zu schätzen. Der Biologe untersucht am Max-Planck-Institut für Eisenforschung den Bauplan von Hummer- und Krabbenschalen.
Zur Person: Dierk Raabe
Autos sollen markant aussehen, leicht und sparsam sein und bei Unfällen Schutz bieten. Georg Frommeyer komponiert Stähle, die all das ermöglichen.
Momentan sind keine Angebote vorhanden.

Metallische Materialien bilden das Rückgrat heutiger Industriegesellschaften, die ihre Wettbewerbsfähigkeit auf der Bereitstellung effizienter Verfahren zur Energieumwandlung, sicherer und gewichtsreduzierter Mobilität sowie Fertigung komplexer High-Tech Produkte und Industrieverfahren gründen. Neue maßgeschneiderte Materialien werden mithilfe von Computerberechnungen entwickelt und Materialeigenschaften begleitend mit der Atomsonde untersucht. Mit diesem Ansatz werden neue Hochleistungsmaterialien auf der Basis der atomaren Bausteine der Materie entworfen.

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Einblicke in das komplexe Wechselspiel magnetischer und atomarer Anregungen eröffnen neue Wege im Design innovativer Kühlmaterialien

2016 Hickel, Tilmann; Körmann, Fritz; Dutta, Biswanath; Grabowski, Blazej; Neugebauer, Jörg
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften
Die Verwendung des Computers zur systematischen Suche nach neuen Materialien sowie die Entwicklung der dazu notwendigen hochgenauen Simulationsalgorithmen ist eine Hauptausrichtung des MPI für Eisenforschung. Dieses Vorgehen wird hier am Beispiel magnetokalorischer Materialien erläutert, die erforscht werden, um zu neuen energieeffizienten Konzepten in der Kühltechnik zu gelangen. Hierbei wird das komplexe Wechselspiel von zwei thermischen Anregungsmechanismen – die Schwingung der Atome im kristallinen Gitter und die Unordnung der magnetischen Momente – analysiert und gezielt ausgenutzt. mehr

Nanostrukturierte Materialien als Schlüssel für alternative Energiequellen

2015 Dennenwaldt, Teresa; Scheu, Christina
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Der stetig ansteigende Energieverbrauch und die Abnahme fossiler Brennstoffe erfordert die Erforschung alternativer, kostengünstiger und umweltverträglicher Materialien für die Energiegewinnung und -speicherung. Hierfür eignen sich diverse nanostrukturierte Materialien. Der Zusammenhang zwischen Morphologie, chemischer Zusammensetzung und Eigenschaften der Nanostrukturen wird mithilfe der analytischen Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) in der unabhängigen Forschungsgruppe „Nanoanalytik und Grenzflächen“ am Max-Planck-Institut für Eisenforschung untersucht.

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Auf Biegen und Brechen – Mikromechanik an miniaturisierten Materialien

2014 Kirchlechner, Christoph; Dehm, Gerhard
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften

Werkstoffe unterschiedlicher Natur sind im Alltag extremen mechanischen Belastungen ausgesetzt, die letztendlich ihre Lebensdauer bestimmen. Wie lange kann man Werkstoffe wiederkehrenden Belastungen aussetzen? Verhalten sich miniaturisierte Werkstoffe genauso wie makroskopische Werkstoffe? Gibt es neue mechanische Effekte bei Materialgrößen im Nanometerbereich? Antworten auf diese grundlegenden Fragen zu bekommen und zur Entwicklung robusterer Werkstoffe zu nutzen ist das Ziel der Forschung der neuen Arbeitsgruppe Nano- und Mikromechanik am MPI für Eisenforschung.

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Eine neue Klasse aktiver und hochstabiler Brennstoffzellenkatalysatoren

2014 Meier, Josef C.; Galeano, Carolina; Mezzavilla, Stefano; Baldizzone, Claudio; Schüth, Ferdi; Mayrhofer, Karl J. J.
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften
Warum werden unsere Autos heute noch immer nicht serienmäßig von Brennstoffzellen angetrieben? – Einer der wichtigsten Gründe dafür besteht in dem Verschleiß der essentiellen Katalysatoren während des Brennstoffzellenbetriebs, was zu einer Abnahme der Aktivität bzw. einem kompletten Leistungsverlust führt. Forscher aus zwei Max-Planck-Instituten haben sich dieses Problems angenommen und in Kooperation gezielt neue nanostrukturierte Materialien entwickelt und analysiert; ein erster Durchbruch gelang nun mit einem Hochleistungselektrokatalysator mit hervorragenden Stabilitätseigenschaften. mehr

Metallische Werkstoffe bilden das Rückgrat moderner Industriegesellschaften, die ihre Wettbewerbsfähigkeit auf der Fertigung komplexer Produkte und Verfahren gründen. Die Grundlagenforschung an Metallen hat in den vergangenen Jahren eine Revolution erfahren, die darauf beruht, dass die Struktur und die Eigenschaften von Legierungen auf atomarer Ebene vorhergesagt und experimentell überprüft werden können. Diese Verfahren erlauben das auf den atomaren Bausteinen der Materie aufbauende Design neuer Werkstoffe.

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Mit einer quantenmechanischen Doppelstrategie der Chemie moderner Stähle auf der Spur

2012 Hickel, Tilmann; Dick, Alexey; Neugebauer, Jörg; Sandlöbes, Stefanie; Raabe, Dierk
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften
Die Entwicklung moderner Stahlsorten läuft auf Hochtouren: Knapp 2400 gibt es, davon wurden 2000 in den letzten 10 Jahren entwickelt. Stähle, die zugleich fest und verformbar sind, stoßen unter anderem im Automobilbau auf großes Interesse. Doch wie kann man solche Stähle gezielt entwickeln? Welche Prozesse laufen auf atomarer Ebene ab? Und welche Rolle spielt der Kohlenstoff dabei? Wissenschaftler des MPI für Eisenforschung finden Antworten mit einer pfiffigen Doppelstrategie: Sie machen sich die Quantenmechanik sowohl in theoretischen wie auch in experimentellen Methoden zunutze. mehr

„Sauerstoffreduktion im Fokus der Grenzflächenchemie“ oder „Was haben Korrosion und Brennstoffzellen gemeinsam?“

2011 Auer, Alexander A.; Biedermann, P. Ulrich; Mayrhofer, Karl J. J.
Chemie Festkörperforschung Materialwissenschaften
Ob die Wasserstoffbrennstoffzelle die Antriebstechnik der automobilen Zukunft darstellt ist noch offen – sicher ist jedoch, dass Korrosion in vielen Bereichen der Technik ein ernst zu nehmendes Problem darstellt, denn nicht nur wer rastet, rostet. So unterschiedlich die beiden Prozesse erscheinen mögen, ihnen gemeinsam ist eine wichtige chemische Teilreaktion: die Sauerstoffreduktion. Am Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH in Düsseldorf wird diese Reaktion im Rahmen eines interdisziplinären Projektes untersucht, um Brennstoffzellen besser und Korrosionsschutz effizienter zu machen. mehr

Metallurgie im 21. Jahrhundert: Quantenmechanisch geführtes Werkstoffdesign

2010 Dierk Raabe; Jörg Neugebauer
Materialwissenschaften Quantenphysik
Die Abteilungen von Prof. Neugebauer (Computergestütztes Materialdesign) und Prof. Raabe (Mikrostrukturphysik und Umformtechnik) haben eine neue Generation von Simulationsmethoden für die Werkstoffentwicklung eingeführt. Die Innovation des Ansatzes beruht auf der Verbindung von Quantenmechanik, Kontinuumstheorie und Experiment für metallurgisches Materialdesign. mehr

Vorhersage von Materialeigenschaften auf dem Computer: Jüngste Erfolge quantenmechanischer Simulationsmethoden

2009 Hickel, Tilmann; Grabowski, Blazej; Körmann, Fritz; Neugebauer, Jörg
Materialwissenschaften Quantenphysik
In der modernen Materialforschung besteht ein wachsender Bedarf an leistungsfähigen und genauen Methoden zur Vorhersage von Materialeigenschaften. Eine Schlüsselgröße dafür ist die freie Energie einer Kristallstruktur. In diesem Beitrag werden die Möglichkeiten moderner, auf der Quantenmechanik basierender Simulationsmethoden diskutiert, diese Energien zu bestimmen. Es wird gezeigt, dass sie selbst komplizierte Sequenzen von Phasenübergängen korrekt vorhersagen können, womit sich für die Entwicklung und Optimierung innovativer maßgeschneiderter Materialien neue Perspektiven eröffnen. mehr

Strukturbildung und Korrosion – Der Einsatz von Synchrotronlicht zur in-situ Röntgenbeugung

2009 Renner, Frank Uwe; Rohwerder, Michael; Borissov, Dimitar; Pareek, Aparna; Ankah, Genesis; Vogel, Dirk
Materialwissenschaften
Synchrotronstrahlung entwickelte sich in den letzten Jahrzehnten zu einer wichtigen Methode der Materialwissenschaften. Von großem Vorteil für die Korrosionswissenschaften ist die Möglichkeit, auch die atomare Struktur von niederdimensionalen Objekten zu erhalten. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit von in-situ- Experimenten. Mit neuen Ergebnissen zur selektiven Auflösung einer Edelmetalllegierung und zur Zinkabscheidung aus ionischen Flüssigkeiten werden zwei Beispiele gegeben. mehr

Multiskalensimulation von Werkstoffen durch die Verbindung von Quantenmechanik, Kontinuumstheorie und Experiment

2008 Raabe, Dierk; Neugebauer, Jörg
Materialwissenschaften Quantenphysik
Wir stellen eine neue Strategie zum theoriegestützten Design neuer Werkstoffe vor. Der Ansatz basiert auf der Kombination von ab initio Simulationen als computerbasierte Richtschnur zur Auswahl thermodynamisch geeigneter Systeme mit Experimenten. Der neue theoretische Ansatz wird anhand der Entwicklung neuer Titan-basierter Legierungen für biomedizinische Anwendungen vorgestellt. mehr

Entwicklung hochfester und supraduktiler Leichtbaustähle für die Verkehrstechnik

2008 Frommeyer, Georg; Rablbauer, Ralf
Materialwissenschaften
Neuentwickelte hochmanganhaltige Leichtbaustähle auf Basis des Legierungssystems Fe-Mn-Al-Si-C zeichnen sich im Vergleich zu konventionellen Stählen durch eine Verringerung der Dichte bis 15 %, hohe Festigkeiten bis zu 1100 MPa, außergewöhnlich hohe Bruchdehnungen bis 90 % und eine ausgezeichnete Umformbarkeit aus. Die Aktivierung spezieller metallphysikalischer Verfestigungs- und Verformungsmechanismen durch gezieltes Legierungsdesign ist wesentlich für die dargestellten Legierungsentwicklungen. mehr
Leitfähige Polymere haben als Bestandteil in Kompositbeschichtungen ein großes Potenzial für einen effektiven und umweltfreundlichen Korrosionsschutz. Es wird gezeigt, dass dies aber nur funktioniert, wenn sich in der Beschichtung keine ausgedehnten Perkolationspfade des leitfähigen Polymers ausbilden. mehr

Kriechschädigung dreidimensional sichtbar gemacht

2007 Pyzalla, Anke ( MPIE Düsseldorf); Reimers, Walter (TU Berlin)
Materialwissenschaften
Durch Tomographie mit hochenergetischer Synchrotronstrahlung kann die innere Schädigung eines Werkstoffs bei mechanischer und thermischer Beanspruchung sichtbar gemacht werden. Diese Ergebnisse geben Einblicke in die zeitabhängige Schädigung von bauteilähnlichen Proben, und sie versprechen einen entscheidenden Fortschritt im Verständnis des Verhaltens von Hochtemperaturwerkstoffen. mehr

Ab initio Beschreibung von Eisen: Extreme Zugbelastungen und Phasendiagramme bei endlichen Temperaturen

2006 Friak, Martin; Grabowski, Blazej; Neugebauer, Jörg
Materialwissenschaften Quantenphysik
Technologisch relevante elastische Eigenschaften von Eisen, die Zugspannung, die Phononendispersion und die thermische Ausdehnung, wurden auf der Grundlage moderner quantenmechanischer Methoden berechnet. Diese Methoden erlauben eine genaue und realistische Beschreibung von Materialeigenschaften und kommen ohne Verwendung von experimentellen/empirischen Eingabegrößen aus. Die Leistungsfähigkeit dieses Zugangs wird für Eisen an zwei Beispielen demonstriert: Die Zugspannung wird für extreme Belastungen entlang zweier unterschiedlicher kristallographischer Richtungen, [001] und [111], untersucht. Im zweiten Teil wird diskutiert, wie sich diese Methoden, welche streng genommen nur bei T = 0K gelten, zur Beschreibung von Materialeigenschaften bei endlichen Temperaturen einsetzen lassen. mehr
Neue hochwarmfeste Werkstoffe auf Basis der intermetallischen Phase NiAl werden für Anwendungen als Strukturkomponenten in Energiewandlungssystemen entwickelt und charakterisiert. Die intermetallische Verbindung NiAl mit B2-Übergitter weist eine Kombination ausgezeichneter physikalischer und mechanischer Eigenschaften auf. Aufgrund der geordneten Kristallstruktur sind Duktilität und Zähigkeit bei Raumtemperatur eingeschränkt. In unverstärktem NiAl sind Warmfestigkeit und Kriecheigenschaften bei Temperaturen oberhalb 800 °C noch nicht ausreichend. Die Refraktärmetalle Cr, Mo und Re bilden mit NiAl quasibinäre eutektische Systeme und gestatten die Herstellung von in situ faserverstärkten NiAl-Basislegierungen mit thermisch stabilen Mikrostrukturen. Im Vergleich zu einphasigem NiAl zeichnen sich die mit Refraktärmetallen verstärkten NiAl-(Cr,Mo,Re)-Legierungen durch verbesserte Duktilität und höhere Kriechfestigkeiten aus. mehr
Sowohl experimentelle Untersuchungen mittels 3-dimensionaler Raster-Elektronen-Mikroskopie in Kombination mit Beugungstechniken als auch numerische Simulationen wie die Texturkomponenten-Kristallplastizitäts-Finite-Elemente-Methode werden zur Bestimmung der Mikrostruktur und zur Weiterentwicklung neuer Stähle eingesetzt. mehr

Herstellung von Nanostrukturen durch gerichtete Erstarrung von Eutektika

2005 Hassel, Achim Walter; Bello Rodriguez, Belen; Milenkovic, Srdjan; Schneider, André
Materialwissenschaften
Durch gerichtete Erstarrung von Eutektika können bei geeigneter Prozessführung Materialien nanostrukturiert werden. Als Eutektika kommen sowohl Metalle als auch Halbleiter in Frage. Durch geeignete Ätzung ist es möglich, wahlweise Arrays von kurzen, aufrecht stehenden Drähten oder längeren, in Domänen organisierten Drähten herzustellen. Ebenso ist es möglich, durch Auflösung der Matrix einzelne Drähte zu isolieren. Die Besonderheiten dieses Systems sind der hohe Grad an Ordnung und die einheitliche kristallographische Orientierung der Drähte. Durch anodische Polarisation können unter Passivierung der Majoritätsphase die enthaltenen Drähte selektiv aufgelöst werden. In den so gebildeten Kavitäten ist die elektrochemische Abscheidung alternativer Metalle – wie beispielsweise Gold – möglich. Die verschiedenen Strategien zur Strukturierung der Materialien und deren Anwendung in möglichen Anwendungsgebieten wie Nanomaterialien und elektrochemischen Sensoren werden im Weiteren diskutiert. mehr
Gegenüber warmfesten austenitischen Metalllegierungen zeichnen sich warmfeste ferritische Legierungen in der Regel durch eine bessere Wärmeleitfähigkeit und geringere Wärmeausdehnung aus, was günstig für Anwendungen in Energiewandlungsanlagen ist. Allerdings ist die Warmfestigkeit der ferritischen Werkstoffe geringer als die der austenitischen. Spezielle ferritische Eisen-Chrom- und Eisen-Aluminium-Legierungen werden durch Bildung intermetallischer Phasen gehärtet und bezüglich Warmfestigkeit, Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit optimiert. mehr
Das Dünnbandgießen von Stahl mit einer Zweirollenanlage wird als zukunftsweisende Entwicklung angesehen. Der Wärmekontakt zwischen Material und Rolle ist von ganz wesentlichem Einfluss; er wurde hier in Abhängigkeit von verschiedenen Versuchsparametern untersucht. Die Resultate werden bei der praktischen Umsetzung des Dünnbandgießprozesses Bedeutung haben. mehr
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