Optimierung von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen durch Grenzschichtdesign
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der im Projektantrag dargestellte Fokus der systematischen Untersuchung zur Herstellung einer Bornitrid-Schicht auf Kohlenstofffasern, deren ortsaufgelöste Bestimmung von Struktur und chemischer Zusammensetzung und dem Einfluß dieser Bornitrid-Schichten auf die Eigenschaften eines daraus gefertigten Leichtmetallverbundes und schließlich dem Beitrag zum allgemeinen Verständnis des Einflusses der Mikrostruktur von Zwischenschichten auf den Verbundwerkstoff, hat sich im Verlauf dieses Projektes stark verändert. Die angestrebten Untersuchungen konnten nur teilweise umgesetzt werden. Dafür wurde der Infiltrationsvorgang eingehend untersucht und ein Modell entwickelt, mit dem es möglich wurde, diesen Vorgang besser zu verstehen und somit in Zukunft deutlich effektiver zu arbeiten. Die ursprüngliche Vorstellung, die Ergebnisse der Hydrolyse und des Einzelfaserzugversuches mit anderen Parametern (mech. Eigenschaften, Mikrostruktur etc.) zu korrelieren, konnte wegen des Fehlens dieser anderen Parameter nicht umgesetzt werden. Die Voruntersuchungen und Betrachtungen zur direkten Erwärmung der Fasern gestatten für die Abscheidung elektrisch leitfähiger Schichten auf elektrisch leitfähigen Fasern die sehr interessante Perspektive einer induktiven Erwärmung im Querfeld. Wenn man eine gleichmäßige Kontaktierung der Faserfilamente im Reaktor durch eine definierte Auffächerung gewährleisten kann, ist es möglich, die Faser sowohl wesentlich schneller und örtlich präziser zu erwärmen als auch innerhalb eines Reaktors sehr große Temperaturunterschiede – auch mit zeitlicher Variabilität – zu ermöglichen. Somit können die Abscheidebedingungen sehr differenziert und flexibel gestaltet werden, woraus ein größeres Spektrum hinsichtlich der abzuscheidenden Schichten resultieren sollte. Für die Herstellung elektrisch nicht leitfähiger Schichten bleibt die Option der Entwicklung eines Mikrowellenreaktors für die direkte Erwärmung der Fasern. Die theoretischen Betrachtungen des Infiltrationsvorganges liefern zum gegenwärtigen Zeitpunkt die umfangreichsten Resultate im Rahmen des Projektes. Sie erlauben ein grundlegendes Verständnis der ablaufenden Vorgänge und ermöglichen es so, den Prozeß künftig besser zu verstehen und damit zu gestalten. Konkret wurde gezeigt, welch großen Einfluß der Anteil der direkt bestrahlten Außenfläche der Kokille für den Erwärmungsvorgang hat. Zum anderen wurde die Bedeutung des Faservolumenanteils auf die Erwärmung des zu infiltrierenden Hohlraumes gezeigt. Hier sollte es im Fall eines hohen Faservolumenanteils möglich sein, durch die Erhöhung des Druckes in der Erwärmungsphase ggf. auch durch die Wahl eines geeigneteren Gases, den hemmenden Einfluß eines hohen Faservolumenanteils zumindest zu kompensieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Interlayer Design in Metal Matrix Composites. EUROMAT 2005, Prag
Stöckel, S.; Marx, G.; Goedel, W.; Reischer, F.; Pippel, E.; Woltersdorf, J.
- Carbon fibre-reinforced magnesium - Improvement of bending strength by nanodesign of boron nitride interlayers. In: Materials Chemistry and Physics 104 (2007) S. 83–87
Reischer, F.; Pippel, E.; Woltersdorf, J.; Stöckel, S.; Marx, G.
- Boron nitride interlayer for the optimization of fiber reinforced light metal. 15. Arbeitstagung – Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA), Soest (15), 8.- 10.9.2008, Programmheft S. 90
König, I.; Stöckel, S.; Marx, G.; Goedel, W. A.; Hufenbach, W.; Langkamp, A.; Richter, H.; Jaschinski, J.
