Verbundwerkstoffe - gemeinsam zum Endprodukt
Ein Verbundwerkstoff ist ein Werkstoff, in dem mehreren Materialien verbunden sind.
Dabei müssen mindestens zwei Materialien verwendet werden, welche als Matrixstoff oder
Bindestoff und Verstärkungsstoff bezeichnet werden. Als Matrixstoff kann
prinzipiell jeder Werkstoff genutzt werden. Zwischen dem Matrixstoff und
dem Verstärkungsstoff muss jedoch ausreichende Haftung gegeben sein,
damit der entstehende Verbundwerkstoff seine spätere Aufgabe zuverlässig erfüllen kann.
Bei den Verbundwerkstoffen wird zwischen vier Arten unterschieden: Teilchen-, Faser-,
Schicht- und Durchdringungsverbundwerkstoffe. Beim Teilchenverbundwerkstoff befindet sich
der Verstärkungsstoff in Form von Teilchen in der Matrix. Beim Faserverbundwerkstoff hingegen
ist der Verstärkungsstoff in Form von Fasern, welche verschiedene Längen und Ausrichtungen haben können.
Im Schichtverbundwerkstoff befinden sich die Stoffe schichtweise übereinander,
wobei die dicke der Schichten variabel ist. In der letzten Form der Verbundwerkstoffe,
dem Durchdringungsverbundwerkstoff, wird ein niedrig schmelzendes Metall, wie beispielsweise Kupfer,
von einem höher schmelzenden Metall, wie zum Beispiel Wolfram eingesaugt.
Dadurch entsteht ein gefügeähnlicher Verbund.
Eigenschaften von Verbundwerkstoffen
Der Verbundwerkstoff besitzt andere Eigenschaften als die Werkstoffe, aus denen er besteht,
also seine Einzelkomponenten. Dabei sollen möglichst die positiven Eigenschaften der Einzelkomponenten
im Verbundwerkstoff zusammengeführt werden und negative Eigenschaften kompensiert werden.
Verbundwerkstoffe besitzen eine hohe Steifigkeit, Belastbarkeit und Flexibilität.
Sie sind korrosionsbeständig, aber schwer zu recyceln.
Vor allem Verbundwerkstoffe mit duromere Matrix lassen sich nicht recyclen,
da diese nicht chemisch oder löslich sind. Duromere sind Kunststoffe,
welche nach der Aushärtung, durch unlösliche Polymere, nicht verformt werden können.
Häufig bringen die Ausgangsstoffe ebenfalls bestimmte Eigenschaften mit.
So erhöht das Verstärkungsmaterial beispielsweise die Steifigkeit, Zugfestigkeit und
die Beständigkeit gegenüber Säuren und hohen Temperaturen.
Der Matrixstoff hingegen gewährleistet den Zusammenhalt der Stoffe,
sorgt für eine gewisse Wärmeleitfähigkeit und bietet Korrosionsbeständigkeit.
Gewinnung und Verwendung von Verbundwerkstoffen
Verbundwerkstoffe sind Verbindungen, welche durch Stoff- oder Formschluss entstehen. Es ist aber auch eine Kombination von beiden möglich. Die Herstellung eines Verbundwerkstoffes aus einem Metall-Matrixstoff ist meist komplizierter als aus einem Kunststoff-Matrixstoff.
Um ein Teilchen- oder Faserverbundwerkstoff zu erhalten,
werden Teilchen oder Fasern in die gewählte Matrix eingebettet.
Ein Faserverbundwerkstoff kann auch schichtweise hergestellt werden, wodurch er trotzdem kein Schichtverbundwerkstoff wird, da hier Schichten aus derselben Art geschichtet werden.
Bei einem Schichtverbundwerkstoff werden Schichten unterschiedlicher Art aufeinandergelegt, sodass der typische Schichtverbundwerkstoff entsteht. Ein Durchdringungsverbundwerkstoff wird hergestellt,
indem man einen offenporigen Werkstoff mit einem geschmolzenen Werkstoff tränkt. Verbundwerkstoffe finden häufig Verwendung im Motor- und Radsport oder auch als Tragflächen bei Flugzeugen
oder in der Raumfahrt.
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