Servicenavigation

Detailseite

Zurück

Projekt Druckansicht

Herstellung, Charakterisierung und Modellierung interpenetrierender Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe auf Basis hochhomogener Schaumstrukturen

Fachliche Zuordnung Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Förderung Förderung von 2018 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 397372123
 
Erstellungsjahr 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Projekts wurde ein hochhomogener keramischer Schaum und der daraus mittels Gasdruckinfiltration hergestellte Metall-Keramik-Durchdringungverbund untersucht. Durch die geringe geschlossene Restporosität, die dichten keramischen Stege und sehr enge und feine Porengrößenverteilung stellt sich der keramische Schaum als geeignetes Ausgangsmaterial für die Infiltration mit einem Leichtmetall heraus, da sie durch ihre mikrostrukturelle Beschaffenheit eine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Die Mikrostruktur lässt sich mittels CT-Rekonstruktion in ein Modell übertragen, das für die numerischen Simulation der mechanischen und thermischen Eigenschaften sowohl des keramischen Schaumes als auch des Durchdringungsverbunds geeignet ist. Methodische Weiterentwicklungen und die Übertragung von Auswertemethoden auf Metall-Keramik-Durchdringungsverbunde wies sowohl im experimentellen als auch im numerischen Bereich der Materialcharakterisierung Neuheitscharakter auf und führten zu einem tieferen Verständnis der Wirkmechanismen im Materialsystem. Unter quasistatischer Druckbelastung zeigt der Metall-Keramik-Durchdringungsverbund einen dreistufigen Schädigungsprozess, welcher sich in die Phasen der Schädigungsbildung, des Mechanismenwechsels und des makroskopischen Scherversagens unterteilen lässt. Bei der Schädigungsbildung entstehen Risse in intermetallischen Phasen, an der Grenzfläche und vor allem in der keramischen Phase, welche diese Phase dominiert. Während dem Mechanismenwechsel vereinigen sich Risse zu einem Rissnetzwerk und die Neubildung von Rissen nimmt ab. Während des makroskopischen Scherversagens dominiert die metallische Phase das Schädigungsgeschehen, im Rissnetzwerk wird eine Rissebene in 45° zur Belastungsrichtung bevorzugt geschädigt und es kommt zu einer deutlichen Rissvolumenzunahme, welche das Probenversagen einleitet. Unter thermischer und thermo-mechanischer Belastung machen sich im Durchdringungsverbund Phänomene deutlich, die sich auf die komplexe Interaktion der beiden Phasen im Durchdringungsverbund zurückführen lassen. Mikrostrukturelle Untersuchungen, wie auch die Simulation an der Mikrostruktur zeigen, dass zyklische Phänomene (Reduktion und Zunahme von Eigenspannungen, Einsetzen von Kriechen und Plastizität in der metallischen Phase, sowie sich verändernde Porosität) und Schädigungseintritt (an der Phasengrenze und in den intermetallischen Ausscheidungen) dafür verantwortlich sind. Unter thermo-mechanischer Beanspruchung zeigen die Schädigungsuntersuchungen, dass vor allem das Einsetzen von Kriechen den Schädigungswechsel von rissbildungs- zu risswachstumsdominiertem Versagensverhalten bestimmt. Die experimentellen Untersuchungen zeigten die Herausforderung für die (Selbst-)Heilung am Materialsystem AlSi10Mg-Al2O3 durch die Oxidationsneigung und die schlechte Benetzung der Schmelze auf. Durch die Modellierung konnten jedoch wichtige Erkenntnis über das Potential der Selbstheilung gewonnen werden, und sind auf die Werkstofffamilie der Metall-Keramik-Durchdringungsverbunde erweiterbar. Damit zeigt sich neben den mechanischen Eigenschaften das Potential der Nachhaltigkeit dieser Werkstofffamilie.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

Zusatzinformationen

© 2025 DFG Kontakt / Impressum / Datenschutz

Textvergrößerung und Kontrastanpassung