Verbundwerkstoffe

Einleitung

Elektronenmikroskopaufnahme eines Verbundwerkstoffes

Oftmals sind gewünschte Eigenschaften von Materialien so unterschiedlich, dass es kaum einkomponenten Materialien gibt, die alle diese Eigenschaften besitzen. Um jedoch höchsten Ansprüchen genüge zu tun werden in diesen Bereichen Materialien verwendet die, ähnlich einer Legierung, gewünschte Eigenschaften fördern und zugleich negative Eigenschaften versuchen zu verringern. Im Gegensatz zu Legierungen bilden die Verbundwerkstoffe heterogene Systeme um diese Effekte zu erzielen. Oftmals werden sogar andere Eigenschaften gefördert, da im Verbundmaterial nicht die chemischen, sondern die stofflichen und geometrischen Eigenschaften im Wesentlichen die Werkstoffeigenschaften bestimmen.

Aufbau

Verbundwerkstoffe werden größtenteils nach ihrer Geometrie unterschieden. Einteilen lassen sie sich in:

• Teilchenverbundwerkstoffe
• Faserverbundwerkstoffe
• Schichtverbundwerkstoffe
• Durchdringungsverbundwerkstoffe

Allgemeines

Anwedungsspezifisch bilden die Faserverbundwerkstoffe den größten Anteil. Dabei können alle Stoffklassen (Metalle, Kunststoffe, Glas/Keramik) miteinander gemischt werden. Fasern besitzen den Vorteil, dass sie in Faserrichtung und Form wesentlich höheren Belastungen standhalten können, als dasselbe Material in anderen Formen. Fasern haben somit eine hohe spezifische Festigkeit. Die Fasern werden in einen Grundwerkstoff(Matrix) eingelegt. Der Anteil beträgt selten unter 40 Prozent, da mit abnehmendem Faseranteil, der Matrix, welche geringere Festigkeitswerte aufweist, mehr Kräfteaufnahmen zugeteilt werden.

Beispiele

Als Beispiel kann hier der Stahlbeton angeführt werden. Bei diesem Verbundwerkstoff werden Stahlstreben in Beton eingelegt. Dadurch werden die Festigkeitswerte des Betons um etwa 40% erhöht. Ein Verbundwerkstoff aus Aluminium und einer Bor(Seele)-Siliziumcarbid(Hülle) Faser wird im Raumfahrzeugbau verwendet. Dieses Material besitzt bemerkenswerte Struktureigenschaften bei geringem Gewicht.

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