Strukturelle Charakterisierung von Hochleistungsfetten unter extremen Druck- und Temperaturbedingungen mittels Röntgenstreuung

Abstract

Hochleistungsfette sind unverzichtbare Funktionsmaterialien in zahlreichen industriellen Anwendungen, da sie unter hohen mechanischen Belastungen sowie erhöhten Temperaturen zuverlässig schmieren müssen. Insbesondere lithiumseifenbasierte Fette nehmen aufgrund ihrer hohen thermischen und mechanischen Stabilität eine dominierende Stellung ein. Gleichzeitig steigt der Bedarf an lithiumfreien Alternativen, da Lithium zunehmend als strategisch wichtiger Rohstoff für Batterietechnologien genutzt wird. Ziel dieser Arbeit ist die systematische strukturelle Untersuchung lithiumhaltiger und lithiumfreier Hochleistungsfette unter variierenden Druck- und Temperaturbedingungen. Hierzu wurden neun Fette mit unterschiedlichen Verdickersystemen mittels Kleinwinkel- und Weitwinkelröntgenstreuung analysiert. Im Rahmen der Arbeit wurden zwei neuartige Hochdruckzellen entwickelt und realisiert. Eine Zelle ist für WAXS-Experimente bis zu Drücken von 5 kbar ausgelegt, während eine zweite Zelle SAXS-Messungen bis 10 kbar ermöglicht. Die Ergebnisse zeigen, dass lithiumhaltige Fette ausgeprägte kristalline Strukturen aufweisen. Lithiumfreie Alternativen weisen hingegen überwiegend amorphe oder nur schwach geordnete Mikrostrukturen auf; scharfe Reflexe lassen sich eindeutig kristallinen Additiven zuordnen. Temperaturinduzierte strukturelle Umorganisationen werden insbesondere bei Polyharnstoff- und Calciumkomplexfetten beobachtet, während druckinduzierte Phasenübergänge in keinem der untersuchten Systeme auftreten. Die vorliegende Arbeit liefert damit einen strukturbasierten Vergleich lithiumhaltiger und lithiumfreier Hochleistungsfette unter extremen Bedingungen und stellt zugleich leistungsfähige Hochdruckwerkzeuge für zukünftige Untersuchungen bereit.