Herstellung und mechanische Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren-Metall-Verbundwerkstoffen

Mit der 'Hightech-Strategie für Deutschland' hat die Bundesregierung das Signal gegeben, die Innovationskraft nachhaltig zu stärken. Im Rahmenprogramm 'WING Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft' wurde die Innovationsallianz Carbon Nanotubes (Inno.CNT) gestartet. Das Verbundprojekt CarboMetal widmet sich dabei dem Einsatz von CNT in Metallmatrizes zur Entwicklung neuer Hochleistungswerkstoffe mit einer Kombination aus höherer Festigkeit, geringer spezifischer Dichte und hoher Steifigkeit im Hinblick auf die technologischen Herausforderungen in der Automobil-, Elektro-, Luft- und Raumfahrtindustrie. CNT-verstärktes Kupfer wird pulvermetallurgisch beginnend mit ultraschallunterstütztem Mischen, Spark Plasma Sintern und Umformung durch Strangpressen hergestellt. Das Gefüge sowie die mechanischen und elektrischen Eigenschaften bei Raumtemperatur werden bis zu einem CNT-Anteil von 10 Vol-% diskutiert. Durch Einlagerung von 3.5 Vol-% CNT in eine Kupfermatrix kann die Streckgrenze Rp02 auf 200 % und die Zugfestigkeit Rm auf 125 % im Vergleich zu reinem Kupfer (Rp02 = 70 MPa, Rm = 210 MPa) gesteigert werden. Gleichzeitig weist die spezifische elektrische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoffes einen Wert von 54 m/Ohm mm2 auf. Vorraussetzung dafür ist die homogene Verteilung der CNT in der Matrix bei gleichzeitiger Ausrichtung.