Poröse Preformen für Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe werden immer dort eingesetzt, wo die Eigenschaften des Einzelwerkstoffes in der Anwendung nicht mehr ausreichend sind. So sind Metalle trotz der breiten Werkstoffpalette hinsichtlich Festigkeit, Steifigkeit oder Verschleißbeständigkeit limitiert. Durch eine Kombination mit keramischen Komponenten lassen sich ihre Einsatzmöglichkeiten erweitern und ihre Lebensdauer verlängern.

Eine interessante Möglichkeit sind poröse Einlagen aus Keramik, sogenannte Preformen, die im Bauteil gezielt an Stellen hoher Beanspruchung positioniert werden. Damit muss nicht das gesamte Werkstück von Keramik durchzogen sein, was zum einen die gute Bearbeitbarkeit sichert und zum anderen auch eine preiswerte Herstellung ermöglicht.

Am Fraunhofer IKTS werden Preformen aus partikelversinterten Keramiken und Schaumkeramiken entwickelt und hergestellt. Dabei kann auf eine hohe Bandbreite an keramischen Werkstoffen zurückgegriffen werden, welche abhängig von der Anwendung ausgewählt und weiterentwickelt werden können. Besonders vorteilhaft ist hier auch die hohe geometrische Variabilität beider Preformvarianten, sodass sich sowohl sehr kleine Formkörper als auch extrem große Bauteile herstellen lassen.

Die versinterten porösen Korn-Preformen werden aus groben Partikeln aufgebaut und verfügen über vergleichsweise hohe Keramikanteile bis über 50 %. Sie eignen sich aufgrund ihrer Struktur speziell für Anwendungen, die hohe Verschleißbeständigkeiten und Lebensdauern fordern. Darüber hinaus sind sie im Schwerkraftguss mit verschiedenen Gussmetallen infiltrierbar.

Bei den Schaumkeramik-Preformen handelt es sich um eine Weiterentwicklung der klassischen Schaumkeramiken, wie sie für die Filtration von Metallschmelzen eingesetzt werden. Sie besitzen im Vergleich zu den Metallschmelzenfiltern deutlich höhere Keramikanteile bis zu 30 % und eine spezielle raue Oberfläche, um eine besonders gute Verzahnung von Preform und Metall zu bewirken. Diese Schaumkeramik-Preformen eignen sich sehr gut zur Verstärkung von Leichtmetalllegierungen, zum Beispiel, um höhere Steifigkeiten zu erzeugen. Sie werden bevorzugt im Druckguss mit Metalllegierungen infiltriert. Alternativ zu Schaumkeramiken kann man auch metallische Schäume, beispielsweise aus Stahl einsetzen, welche ebenfalls am IKTS entwickelt werden.

Überaus wichtig für die Eigenschaften des Metall-Matrix-Verbundwerkstoffes ist die Ausbildung der Kontaktfläche, an der Keramik und Metall aufeinanderstoßen. Diese muss immer an die jeweilige Werkstoffkombination von Metall und Keramik angepasst werden. Durch die am IKTS etablierte Zusammenarbeit mit verschiedenen Gießereien besteht über die Preformherstellung hinaus auch die Möglichkeit, Verbundwerkstoffe im Hinblick auf anwendungsorientierte Materialkombinationen hin weiterzuentwickeln.

Leistungsangebot

 

• Entwicklung von keramischen und metallischen Schaum-Preformen
• Entwicklung von Korn-Preformen
• Entwicklung von Verbundmaterialien in Kooperation mit Gießereien
• Charakterisierung der Verbundwerkstoffe
• Herstellung von Preform-Prototypen bis Preform-Serien

 

Technische Ausstattung
 

• Leistungsfähige Maschinentechnik für die Entwicklung und Herstellung von Preformen aus Schaumkeramik und Metallschaum im Technikumsmaßstab
• Erprobte Prozesstechnik für Preformen vom Miniaturmaßstab bis zu großen Größen

 

Beispiele und Referenzen

 

• Preformen für steife Leichtmetall-Verbundwerkstoffe in der Motorentechnik
• Preformen für verschleißbeständige Komponenten in der Aufbereitungstechnik und im Bergbau