IAMInstitut für Angewandte Materialien

KURZPORTRAIT

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu

Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde (IAM-WK)

Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffe der Elektrotechnik (IAM-WET)

Institut für Angewandte Materialien – Keramische Werkstoffe und Technologien (IAM-KWT)

Institutsleitung: Prof. Dr. Michael J. Hoffmann

Tel.: +49 721 608-44246 E-Mail: office-kwt@iam.kit.eduwww.iam.kit.edu/kwt

Das IAM-KWT befasst sich mit der Herstellung und Charakterisierung funktions- und strukturkeramischer Materialien und Komponenten. Im Rahmen der For-schungsaktivitäten wird zum einen grundlagenorientiert die Entwicklung und Verarbeitung dieser Werkstoffe bis hin zu fertigen Bauteilen untersucht. Die Bewertung der prozessierten Keramiken erfolgt sowohl auf mikroskopi-scher als auch auf makroskopischer Ebene. Dabei stehen bei der Beschreibung der makroskopischen Eigenschaften die mechanischen sowie die elektrischen Eigenschaften im Fokus. Das beinhaltet auch die Untersuchung des Langzeitverhaltens sowie die Ableitung von Lebensdauer-modellen. Da die makroskopischen Eigenschaften kerami-scher Materialien maßgeblich durch deren Mikrostruktur bestimmt werden, die wiederum eng mit der Prozesstech-nik verknüpft ist, stellt die mikrostrukturelle Charakteri-sierung eine der zentralen Querschnittsaufgaben, sowohl für die Prozesstechnik als auch für die Eigenschafts- und Lebensdauerbewertung, dar.

Institutsleitung: Prof. Dr.-Ing. Ellen Ivers-Tiffée

Tel.: +49 721 608-47490www.iam.kit.edu/wet

Die Materialforschung am IAM-WET widmet sich den Kernkomponenten der Energietechnik, die für die Elektro- mobilität sowie für die stationäre Energiewandlung und -speicherung unverzichtbar sind.

Anwendungen � Elektrochemische Energiewandler (Festelektrolyt- und

Polymer-Brennstoffzellen) � Elektrochemische Energiespeicher (Lithium-Ionen- und

All-Solid-State-Batterien)

Forschungsschwerpunkte � Elektrische und elektrochemische Reaktions- und Trans-

portvorgänge an Oberflächen und Grenzflächen � Methoden zur modellgestützten Werkstoffentwicklung

Methoden � Elektrische und elektrochemische Mess- und Auswerte-

verfahren im Frequenz- und Zeitbereich � Elektrochemische Modellierung und Simulation � 3D-Analyse poröser Medien (Tomographieverfahren)

Das IAM-WK beschäftigt sich mit Forschung, Lehre und Innovation im Bereich der Konstruktionswerkstoffe des Maschinenbaus. Dabei sollen Beziehungen zwischen Prozessen, Struktur, Gefüge und Eigenschaften geeigneter Charakterisierungs- und Simulationsverfahren abgeleitet werden. Neben der Entwicklung von neuartigen metalli-schen Werkstoffen sowie hybriden Werkstoffen für den Leichtbau stehen mechanische, thermische und thermo-mechanische Verfahren zur Beeinflussung der mechani-schen Eigenschaften im Mittelpunkt unserer Aktivitäten. Darüber hinaus werden Methoden zur Charakterisierung des Gefüges, des Spannungszustands und der Randzonen-zustände der Materialien vorangetrieben. Zur Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen werden unterschiedliche Belas-tungsszenarien adressiert und zur Beschreibung des Ver-formungs- und Schädigungsverhaltens herangezogen. Als Werkstoffsynthesemethoden kommen neben schmelz- und pulvermetallurgischen Verfahren auch additive Methoden zur Anwendung. Im Großforschungsbereich befasst sich das Teilinstitut mit der Material- und Prozessentwicklung für Anwendungen in der Fusion, der Nano- und Mikrosystem-technik sowie elektrochemischen Energiespeichern.

Institutsleitung: Prof. Dr.-Ing. Martin Heilmaier, Prof. Dr.-Ing. habil. Volker Schulze, Prof. Dr.-Ing. Peter Elsner

Tel.: +49 721 608-44160 | www.iam.kit.edu/wk

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Lithium

LiFePO4

R1C Q1C

R1A Q1A

R0 Electrolyte (LiPF6)

L0

R2C Q2C

Institutsleitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Marc Kamlah (komm.)

Tel.: +49 721 608-24816E-Mail: IAM-WBM.Leitung@kit.eduwww.iam.kit.edu/wbm

Der Fokus des IAM-WBM liegt auf der Mechanik und Zuverlässigkeit von Werkstoffen, Funktionsmaterialien und Bauteilen, insbesondere in den Bereichen Energiefor-schung sowie Nano- und Mikrostrukturen. Folgende Kompetenzen und Einrichtungen sind vorhan-den:

Werkstoffmechanik � Experimentelle Charakterisierung von Werkstoffen

– Nano- und Mikromechanik-Labor – Thermomechanische Prüfung

� Multiskalen- und Multiphysik-Simulation zur Mechanik � Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Werkstoffen

Fusionsmateriallabor � Heiße-Zellen-Anlage mit mikrostruktureller Analyse

und mechanischer Charakterisierung von bestrahl- ten und toxischen Materialien

Biomechanik � Strukturmechanik nach den Prinzipien der Natur � Leichtbau und Lebensdauersteigerung � Mechanik von Bäumen

Institut für Angewandte Materialien – Werkstoff- und Biomechanik (IAM-WBM)

Quelle: KIT, A. Fabry Quelle: KIT, IAM-WETQuelle: KIT, IAM-WBM Quelle: KIT, M. Breig

Quelle: KIT, IAM

LEITBILD

Das Institut für Angewandte Materialien (IAM) ist eine führende Einrichtung in der Forschung und der Ingenieurausbildung im Bereich der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Es ist eine der größten Einrichtungen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und fakultätsübergreifend aufgestellt. Es verbindet die Missionen des KIT Forschung, Lehre und Innovation und leistet wesentliche Beiträge zu den Themenfeldern Energie, Nano- und Mikrotechnologie und Mobilitätssysteme.

Am IAM verfolgen wir einen interdisziplinären Ansatz in der Materialforschung, der die Vielfalt und Mehrskaligkeit materialwissenschaftlicher Fragestellungen abdeckt. Mit nationalen und internationalen Partnern erforschen wir Werkstoffe von ihrem atomaren Aufbau bis zu ihrer Funktion im Produkt. Wir schlagen dabei die Brücke von der Materialentwicklung über die Prozesstechnologie bis zur Systemintegration.

Das IAM gestaltet die Lehre im Studiengang Materialwissenschaft und Werkstofftechnik (MatWerk) und trägt die materialwissenschaftliche Ausbildung für weitere Studiengänge der Ingenieur- und Naturwissenschaften.

Das IAM verfügt über breite methodische Kompetenzen in den Bereichen Herstellung und Verarbeitung, Charakterisierung und Simulation. Es bietet damit seinen Mitgliedern ein attraktives wissenschaftliches Umfeld und ausgezeichnete fachliche und persönliche Entwicklungsmöglichkeiten.

Kontakt

Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Institut für Angewandte Materialien (IAM)

Sprecher der kollegialen Institutsleitung Prof. Dr. Michael J. Hoffmann

Stellvertretender Sprecher Prof. Dr. Hans J. Seifert

IAM Geschäftsstelle Dr. Johanna Lampert

Tel.: +49 721 608-47912 E-Mail: johanna.lampert@kit.edu

www.iam.kit.edu

Herausgeber

Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Präsident Professor Dr.-Ing. Holger Hanselka Kaiserstraße 12 76131 Karlsruhe www.kit.edu

Karlsruhe © KIT 2018

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Institut für Angewandte Materialien – Angewandte Werkstoffphysik (IAM-AWP)

Institut für Angewandte Materialien – Computational Materials Science (IAM-CMS)

Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS)

INSTITUT FÜR ANGEWANDTE MATERIALIEN (IAM)

AW

P Angewandte Werkstoffphysik Prof. Dr. Anton MöslangProf. Dr. Hans Jürgen Seifert

CM

S

Computational Materials Science Prof. Dr. rer. nat. Peter GumbschProf. Dr. rer. nat. Britta Nestler Prof. Dr. rer. nat. Martin Dienwiebel

ESS Energiespeichersysteme

Prof. Dr. rer. nat. Helmut Ehrenberg

KW

T Keramische Werkstoffe und Technologien Prof. Dr. Michael J. Hoffmann Prof. Dr. Dietmar Koch

WB

M Werkstoff- und Biomechanik Prof. Dr.-Ing. Marc Kamlah (komm.)

WET Werkstoffe der Elektrotechnik

Prof. Dr.-Ing. Ellen Ivers-Tiffée

WK

Werkstoffkunde Prof. Dr.-Ing. Martin Heilmaier (Sprecher)Prof. Dr.-Ing. habil. Volker SchulzeProf. Dr.-Ing. Peter Elsner

Institutsleitung: Prof. Dr. Peter Gumbsch, Prof. Dr. Britta Nestler, Prof. Dr. Martin Dienwiebel

Tel.: +49 721 608-44363 oder -45314www.iam.kit.edu/cms

Die computergestützte Materialforschung am IAM-CMS umfasst die Entwicklung von Multiskalen- und Multiphy-sik-Materialmodellen zur Untersuchung der Morphologie von Werkstoffen und deren strukturellen, mechanischen und tribologischen Eigenschaften. Für die skalenübergrei-fende Kombination von Materialmodellen entwickeln wir skalierbare Softwarepakete auf Hochleistungsrechnern zur diskreten Versetzungssimulation plastischer Verformung und zur Mikrostruktursimulation von Multiphysik-Phasen-feldmodellen. In Simulationsstudien werden Korrelationen zwischen Mikrostruktur, Stoff- und Wärmetransport, Strömung, mechanischen Eigenschaften, Elektrochemie, Mikromagnetismus und Tribologie ermittelt. Ziel ist die Verbesserung von Werkstoffen und Prozessen. In tribolo-gischen Experimenten werden grundlegende Mechanis-men im Reibkontakt erforscht. Es wird eine Vielzahl von Materialien und Kompositen behandelt. Wir forschen in enger Zusammenarbeit mit internationalen Partnern sowie dem Institut für Digitale Materialforschung der Hochschu-le Karlsruhe und dem Fraunhofer Institut für Werkstoff-mechanik, mit dem wir das MikroTribologie Centrum μTC betreiben.

Institutsleitung: Prof. Dr. Anton Möslang, Prof. Dr. Hans Jürgen Seifert

Tel.: +49 721 608-23896 | E-Mail: hans.seifert@kit.eduwww.iam.kit.edu/awp

Institutsleitung: Prof. Dr. Helmut Ehrenberg

Tel.: +49 721 608-28501E-Mail: office-ess@iam.kit.eduwww.iam.kit.edu/ess

Folgende Forschungsfelder werden am IAM-AWP bearbeitet:

� Stoffverbunde und Dünnschichten Schutz- u. Funktionsschichten, Plasma- und Oberflächentechnik

� Thermophysik und Thermodynamik Wärmeleitfähigkeit, Thermische Analyse, Modellierung

� Hochtemperatur-Korrosion und Oxidation Korrosions- u. Oxidationsverhalten in Flüssigmetall und Heißgas

� Laserprozesstechnik Strukturierung, Funktionalisierung, Verbindungstechnik

� Chemische Werkstoffanalytik Anorganische Integralanalytik, Oberflächen- und Mikrobereichsanalyse

� Hochfrequenz-Werkstoffe Diamant-basierte Hochleistungsfenster, Gigahertz-Strahlführungskomponenten

� Hochleistungs-Strukturwerkstoffe Synthese, Herstellung u. Verbindungstechnologien, Mechanische u. mikrostrukturelle Charakterisierung, Atomistische Modellierung, Nanoskalige Analytik

Das Institut für Angewandte Materialien – Energiespei-chersysteme beschäftigt sich mit der Erforschung von Energiespeichern. Dabei stehen insbesondere elektroche-mische Energiespeicher wie Li-Ionen Batterien im Fokus. Die Aktivitäten umfassen sowohl die Herstellung und Cha-rakterisierung von Materialien und Komponenten als auch den Aufbau vollständiger elektrochemischer Zellen.

Dabei versucht das IAM-ESS sowohl bei der Material-synthese als auch beim Zellbau die Lücke zwischen der Entwicklung im Labormaßstab und einer Kleinserienpro-duktion zu schließen, da sich viele Phänomene insbeson-dere in Bezug auf die Alterung und Degradation nur an größeren Zellen mit entsprechender Fertigungspräzision untersuchen lassen.

Zur Untersuchung der Materialien, Komponenten und Zellen steht eine Vielzahl unterschiedlicher Methoden zur Verfügung, die ständig für die Untersuchungen von Batterien, insbesondere auch unter Betriebsbedingungen, angepasst und weiterentwickelt werden.

Quelle: KIT, M. Breig Quelle: KIT, IAM-CMS Quelle: KIT, IAM-ESS