3.4.4.2
Metal-Matrix-Composits
Mit Metal-Matrix-Composits (MMCs) werden
Verbundwerkstoffe bezeichnet, deren Gefüge aus einer
metallischen Legierung und einer gezielt eingebrachten Verstärkungskomponente
besteht.
MMC = Metall + Verstärkung |
Die metallischen Legierungen der Matrix können verstärkt
werden mit:
- Partikeln (z. B. Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, ...)
- Langfasern (z. B. Aluminiumoxid, Siliciumoxid, ...)
- Kurzfasern (z. B. Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Kohlenstoff,
...)
- Whiskern (z .B. Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, ...)
- Mischungen aus Partikeln und Fasern (Hybridverstärkung)
Für die metallische Matrix wird am häufigsten eine
Aluminiumlegierung eingesetzt. Vermehrt werden aber auch Magnesium
und Kupfer verwendet.
Bild 44: Herstellung des Durchdringungsgefüges
Es werden poröse keramische Vorkörper hergestellt,
deren offene Porosität gezielt auf Werte zwischen 25
und 75 Volumenprozent eingestellt wird. Anschließend
werden die Vorkörper auf über 500 °C erwärmt
und dem Infiltrationsprozess zugeführt. Die metallische
Schmelze durchdringt dabei das poröse keramische Netzwerk,
erstarrt und bildet mit der Verstärkungskomponente zusammen
ein Durchdringungsgefüge. Dadurch ist es möglich,
Bauteile herzustellen, die nur partiell Verstärkungskomponenten
enthalten – genau an den Stellen, wo verbesserte Werkstoffeigenschaften
gefordert sind.
Bild 45: Gefüge einer partiellen Verstärkung
mit Werkstoffübergang
MMC-Werkstoffe werden in der Regel ganz speziell für
eine entsprechende Anwendung maßgeschneidert. Dies
wird durch die Variation der Partikelart bzw. Partikelkombinationen,
des Volumenanteils der Partikel, der Partikelgrößen
sowie der Porosität unter Berücksichtigung der Erfordernisse
des Infiltrationsverfahrens und Verbundwerkstoffes erreicht.
Neben Partikeln können auch Fasern – insbesondere
zur Steigerung der Werkstoffzähigkeit – eingelagert
werden.
 
Bild 46 und 47: Gefügebeispiele von
MMCs
Ziele des anwendungstechnischen Gefügedesigns sind zum
Beispiel:
- Steigerung der mechanischen Festigkeit,
- Beeinflussung von Reibung und Verschleiß (der Tribologie),
- Beeinflussung der thermischen Dehnung,
- Verbesserung der thermischen Stabilität,
- Beibehalten der Gewichtsreduzierung durch Leichtbau bzw.
Erhalt der geringen Dichte,
- gute Verarbeitbarkeit und Bearbeitbarkeit.
Anwendungsmöglichkeiten für MMC-Werkstoffe sind
Zylinderlaufflächen bei Kfz-Motoren, Muldenränder
bei Motorkolben, Bremsbelagträgerplatten (Gewicht),
Lager (Wärmedehnung), Pleuelstangen (Gewicht), Bremsscheiben
für Motorräder oder die Bahn, Sportartikel, wie
etwa der Schlagkopf des Golfschlägers, Tennisschläger,
Fahrradrahmen für Mountainbikes sowie Kühlplatten
für die Elektronik.
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