Verbundwerkstoffe aus Stahl und Keramik — Hochbelastbare Materialien mit Leichtbaupotential

Kurzfassung

Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMCs) aus Stahl mit keramischen Partikelzusätzen bieten aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften ein großes Potential für verschiedenste Anwendungsgebiete, wie z. B. Crash-Absorber, Maschinenbauelemente und Konstruktionsbauteile. Das Zusammenspiel von duktiler Matrix und keramischen Teilchenverstärkung ermöglicht eine Werkstofffamilie mit ausgezeichneten Festigkeits-, Verformungs- und Energieabsorptionseigenschaften. Durch Kombination der keramischen Extrusionsroute bei Raumtemperatur und pulvermetallurgischer Methoden können Verbundwerkstoffe mit nahezu beliebiger Werkstoffkombination und Geometrie erzeugt werden. Die Halbzeuge sind im Grünzustand leicht bearbeitbar und können nach dem Prinzip des keramischen Fügens kombiniert und somit die Geometrie- und Werkstoffvielfalt zusätzlich erweitert werden. Während der abschließenden konventionellen Sinterung entsteht ein hochbelastbarer und schadenstoleranter Verbundwerkstoff.

Abstract

Metal-matrix composites (MMCs) based on a steel with ceramic particles offer a wide range of high mechanical load applications such as crash-absorber, mechanical engineering, and structural components. The combination of a ductile matrix material with reinforcing ceramic particles such as zirconia enable the formation of composite materials with outstanding ductility, high strength, and reasonably high energy absorption capacity. By combining the ceramics-derived extrusion route with powder metallurgical processing allows the generation of materials with various metal/ceramic-ratios and geometries at ambient temperature. The dried specimens are machinable and can be joined in multiple manners. The consolidation by pressureless sintering generates a highly stressable and failure tolerant composite material.