Verbundwerkstoffe
Werkstoffe
Werkstoffe
-
- 1 / 13
-
Flashcards
Was ist ein Verbundwerkstoff?
Kombination verschiedener Werkstoffe um bestimmte Funktion zu erreichen
- gleichartige (Me-Me) oder verschiedenartige Materialien (Glas- Kunststoff)
- riesige Vielfalt von Kombinationen
- typisches Bsp. Autoreifen
- mögliche Werkstoffe: Polymere, Gummi, Metalle, Keramik, Glas
Vorteile von Verbundwerkstoffen?
- einzigartige Eigenschaftskombination: niedrige Dichte hoher E-Modul
- Eigenschaft kontinurierlich über einen gewissen Bereich variiebar
- Eigenschaften erreichbar die für reine Stoffe nicht möglich sind. z.B. Leitfähigkeit Polymer
Definition Verbundwerkstoff
Werkstoff der durch Vereinigung von makroskopischen in ihrer Form oder Zusammensetzung unterschiedlichen Bestandteilen erzeugt wird, um spezifische Anforderungen oder Eigenschaften zu erfüllen
Bestandteile behalten ihre Identität, können physikalisch idenifiziert werden und sind durch Grenzfläche getrennt
Bestandteile chem. verschieden, nicht in einander löslich
MMC, dispersionsverfestigte Werkstoffe, Cermets eher mikroskopisch
Aufbau eines Verbundwerkstoffes
Matrix + Verstärkungskomponete
(auch ohne Matrix Verbundwerkstoffe mgl)
Wie werden Verstärkungskomponnenten unterschieden?
- nach geometrischer Form:
Fasern → 1 Dim
Partikel → 0 Dim,
Flakes, Plättchen, Plateletts → 2 Dim
Laminate → Sonderform 2 Dim Gebilde
Füllstoff → 3 Dim Skeletsystem durchzieht Werkstoff
Was ist der Unterschied zw. Grenzfläche und Grenzschicht?
- Grenzfläche: kontrolliert Wechselwirkung zw. Bestandteilen und damit die Eigenschaften → bewusste Gestaltung
- Grenzschicht: Lastübertragung, Variation von starker chem. Verbindung bis Reibungskräfte
Starke Bindung: steif und spröde
Schwache Bidung: erhöhte Zähigkeit
kritische Schwachstelle im Werkstoffverbund
Verteilung der Bestandteile
- homogen - periodisch wiederkehrende Verteilung der Bestandteile
- bewusst inhomogen- nicht periodisch z.B. Grdientenwerkstoffe, - verbundwerkstoffe
Anordung in Beiden Fällen geordnet (orientiert) oder ungeordnet
Wie können Verbundwerkstoffe klassifiziert werden?
- z.B. nach Bestandteilen, äußerer Form, Verteilung der Komponeten, Funktion ect.
nach Form der Verstärkungskomponete:
1. Faserverbundw. Fasern mit und ohne Matrix
2. Plättchen/Flake VW
3. PartikelVW
4. Füllstoff oder Skelettt VW (kontinoerliches Skelett gefüllt mit zweitem Material
5. Laminate und Schichtverbunde
welche Einflussfaktoren auf die Eigenschaften gib es? Allg.
- Werkstoffe, aus dem die Komponenten bestehen
- Form und strukturelle Anordnung der Komp.
- Wechselwirkung zw. den Komp z.B. Grenzflächenhaftung
Welche Möglichkeiten gibt es, wie sih neue Eigenschaftskombinationen bilden können?
- Addition: nach Mischungsregel, aufsummieren der Eigenschaften, Bedinung: Beiträge von einander unabhängig
- Ergänzung: jede Komp. trägt Spezifik. bei (korrbest, Optik, Festigkeit)
- Wechselwirkung: Eig. einer Komp. nicht unabhängig von der Eigenschaft oder Wirkung der anderen Komp.
Komp. unterstüzen sich: resul. Eigen. irgendwo dazwischen je nach Anteil, aber auch höher mgl.
wichtig ist Grenzfläche oder Grenzschicht
Was ist ein Faser- Matrix- Verbundwerkstoff? (Komponenten)
Kombination aus Faser mit höchster Festigkeit und hohem E-Modul mit leichter Matrix geringerer Festigkeit und Steifigkeit
Faser-Matrix- VW
Welche Einflussfaktoren bestimmen die Gebrauchseigenschaften?
- Orientireung, Länge, Form und Zusammensetzung der Fasern
- mech. Eigenschaften der Matrix
- Gestaltung der Grenzfläche zw. Faser-Matrix
Faser-Matrix- VW
Erklären Sie die Einflussfaktoren Orientierung und Faserlänge im F-M VW genauer!
- Orientierung:
- eindim. (uniaxial) Verstärkung → max. Festigkeit in Faserrichtung
- zweidim Verstärkung z.B. Gelegee → unterschiedliche Festigkeit je nach Orientierung
- dreidim. Verstärkung → isotrop 1/3 der Festigkeit von eindim.
- mechanische Eigenschaften annähernd propotional zu AF / A0
- Faserlänge
- Langfaser (kont. Verstärkung) thero. optimale Kraftübertragung praktisch: unmöglich (stat. verteilte Schwachstellen)
- Kurzfasern (diskont. Verstärkung) Faser- Matrix-Gefüge nicht spannungsfrei (Volumendehnung)
- Fertigungsaspekte:
- Langfaser: leichte Handhabbarkeit, aber Formenbeschränkung, Wickeltechniken
- Kurzfaser: Probleme der Orientierung, Faseranteil, mehr Freiheit in der Formgebung: Flachprodukte, Formteile
- Faserquerschnitt: rund, hexagonal, plygonal, Hohlfasern, unregelmäßige Gestalt Problem: tech. Umsetzung
- Zusammensetzung der Fasern
org. Fasern
- Cellulose: leicht, flexibel, elastisch
- Polypropylen: hitzeempfindlich
- Graphit: dominiert bei org. Fasern
anorg. Fasern
- Wolfram: hochfest, steif, geringe Energieabsorbtion, ermüdungsfest
- Glas: am häufigsten
- Keramik: hochfest
- Metallfasern
