Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in lamellaren Metallmatrix-Verbundwerkstoffen
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Beschreibung
In der vorliegenden Arbeit werden Metallmatrix-Composits (MMCs) aus Al2O3 und AlSi12 untersucht. Diese MMCs wurden hergestellt über keramische Preforms, die im Freeze-Cast-Verfahren am Institut für Keramik im Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie hergestellt wurden. Diese Preforms wurden im Druckguss (an der Gießereitechnik der Hochschule Aalen) und durch Gießpressen (an der Werkstofftechnik der Hochschule Aalen (WTAA)) mit der flüssigen Aluminiumlegierung infiltriert. Der Einfluss verschiedener Modifikationen der Metall-Keramik-Grenzfläche (durchgeführt an der WTAA) auf die Grenzflächenbruchzähigkeit und die Biegefestigkeit wurde experimentell bestimmt. Anhand von Realstrukturen wurden die thermischen und mechanischen Eigenschaften der MMCs auf zwei Größenskalen modelliert. Auf der Mikroskala wurde Grenzflächenablösung als Schädigungsmechanismus berücksichtigt. Dazu wurde das Programm MatInterface geschrieben, das Kohäsivzonenelemente einfügt.
Die Eigenschaften der Mikroskala wurden in ein effektives Materialverhalten übersetzt. Dieses Verhalten wurde für die Modellierung auf der Mesoskala verwendet, um so das gesamten Werkstoffverhalten zu verstehen. Vergleiche der so erzielten Ergebnisse mit Experimenten der Projektpartner ermöglichten ein umfangreiches Verständnis der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen, die für diesen Werkstoff gelten. Dabei spielten insbesonders die Eigenspannungen, die nach der Infiltration auftreten eine große Rolle. Durch die Multiskalenmodellierung konnte gezeigt werden, dass hohe Eigenspannungen strukturbedingt sind und sich bei dieser Struktur nicht vermeiden lassen. So konnte eine Empfehlung gegeben werden für eine günstigere Struktur der Preforms, die potenziell festere Werkstoffe ermöglicht.
Autor*in
Tobias Ziegler
Themen in »Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in lamellaren Metallmatrix-Verbundwerkstoffen«
Finite-Elemente Modellierung Freeze-Cast Materialwissenschaften Metal-Matrix-Composite Verbundwerkstoff