Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe: das Wichtigste

Verbundwerkstoffe kombinieren Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften, um Eigenschaften zu erzielen, die keiner von ihnen allein erreicht. In faserverstärkten Kunststoffen tragen die festen, steifen Fasern den größten Teil der Last, und die Harzmatrix überträgt die Last auf die Fasern. Der Elastizitätsmodul parallel zu den Fasern wird mit der Mischungsregel für gleiche Dehnung, senkrecht dazu mit der Mischungsregel für gleiche Spannung abgeschätzt, und unidirektionales Material ist je nach Richtung sehr unterschiedlich steif. Deshalb verwendet man es als Laminat aus Lagen mit unterschiedlicher Faserorientierung.

Die Grenzfläche zwischen Faser und Matrix beeinflusst die Leistungsfähigkeit stark. Bei Kurzfasern ist die kritische Faserlänge die Länge, über die die Spannung durch Schub an der Grenzfläche übertragen wird, und bei Glasfasern verbessert man die Haftung mit Haftvermittlern. Bei keramischen Faserverbundwerkstoffen macht man die Grenzfläche dagegen bewusst schwach, damit der Faserauszug (Pull-out) die Zähigkeit erhöht. Metallmatrix-Verbundwerkstoffe werden eingesetzt, um Steifigkeit und Verschleißfestigkeit zu erhöhen und die Wärmeausdehnung zu verringern.