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Pulvermetallurgische Entwicklungen neuer Hochleistungswerkstoffe auf der Basis Carbonnanomaterial verstärkter Verbundwerkstoffe

Schlussbericht des Fraunhofer Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden (IFAM Dresden) als Teilvorhaben des Teilprojekts 22 des Förderprogramms "CNT-Initiative" (InnoCNT), "Mechanisch hochbelastbare Metalle - (CarboMetal)", Laufzeit: 01.07.2009 - 30.09.2012
 
: Hutsch, T.

Dresden: Fraunhofer IFAM, 2013, 27 S.
Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF
03X0057E
Deutsch
Bericht
Fraunhofer IFAM, Institutsteil Pulvermetallurgie und Verbundwerkstoffe Dresden ()

Abstract
Das Ziel des Einzelvorhabens war die Entwicklung neuer CNX-verstärkter Verbundwerkstoffe (CNX - carbon nanotubes und carbon nanofibres) mittels pulvermetallurgischer Technologien. Derartig neue Hochleistungswerkstoffe auf Aluminium- bzw. Kupferbasis mit CNX-Gehalten bis max. 10vol.-% sollen z.B. der Gewichtsersparnis in der Verkehrstechnik, dem Leichtbau in der Turbinen- und Windradtechnik dienen bzw. als reibungsoptimierte und verschleißarme Bauteile im Bereich von Verbrennungskraftmaschinen und in der Raumfahrt Anwendung finden. Die Entwicklungsarbeiten am IFAM konzentrierten sich auf pulvermetallurgische Methoden der Werkstoffherstellung. Die Pulvermetallurgie erlaubte mit ihren Technologien Flexibilität in der Werkstoffzusammensetzung. Daher ermöglichte sie es für den hier gegebenen Problemfall CNF bzw. CNX mit den angestrebten Volumenanteilen in die metallischen Matrices wie Aluminium, Aluminiumlegierung und Kupfer einzulagern, um damit eine Verstärkung zu bewirken. Des Weiteren konnte die Ausrichtung der Tubes bzw. Fasern als ein wesentliches Kriterium für die Werkstoffeigenschaften gezielt über verschiedene Konsolidierungstechniken beeinflusst und gesteuert werden. Eine wesentliche Entwicklungsaufgabe dieses Projektes bestand in der Realisierung einer homogenen Verteilung der CNX in den metallischen Matrices. Dazu sollte zunächst eine Dispergierung der CNX über ultraschallgestützte bzw. mechanische Verfahren im nassen bzw. trockenen Zustand erfolgen, um anschließend oder simultan homogene CNX-Metallpulvermischungen herstellen zu können. Eine entsprechende homogene Verteilung kann dabei nur erreicht werden, wenn additiv Mischhilfsmittel zur Verringerung der Adhäsion zwischen den CNX verwendet wurden. Bei den zu evaluierenden Kompaktierungstechnologien (hauptsächlich druck- bzw. plasmaunterstützte Sinterverfahren wie Heißpressen, Heißisostatisches Pressen und Spark Plasma Sintern sowie Strangpressen) sollte die Wirkung modifizierter Faserverteilungen in Folge der verschiedenen Kompaktierungsprozesse untersucht werden. Neben der technischen Realisierbarkeit verschiedener Kompaktierungstechnologien zur Erzielung hoher Werkstoffdichten wurde die Auswirkungen auf die interessierenden mechanisch-physikalischen Eigenschaften untersucht, da von konventionellen Cu/C-Fasersystemen und dem CuCNF-System bekannt war, dass eine Faserausrichtung infolge der anisotropen Eigenschaften der C-Fasern zu anisotropen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes führt. Somit bestand als wissenschaftlich-technisches Teilziel, CNX-verstärkte Verbundwerkstoffe auf Aluminium- und Kupferbasis im Labormaßstab herzustellen und umfassend zu charakterisieren. Die Werkstoffmechanismen sollten in Abhängigkeit von den Herstellungsparametern sowie der Zusammenhang zwischen Gefüge und Werkstoffeigenschaften (mechanisch-physikalisch) unter einsatzrelevanten Bedingungen studiert werden, damit eine umfassende Bewertung des Werkstoffverhaltens in späteren Bauteilen ermöglicht wird. Des Weiteren sollten über die erarbeitete pulvermetallurgische Route CNX-Metallpulvermischungen oder Preformen hergestellt werden, die den beteiligten Projektpartnern als Vormaterial bzw. als Referenzwerkstoff für ihre geplanten technologischen Schritte zur Verfügung gestellt werden.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-323833.html