Verbundwerkstoffe

Welche Aussage über einen Metallmatrix-Verbundwerkstoff (MMC) aus einer mit SiC-Partikeln verstärkten Aluminiumlegierung trifft zu?

  1. AGegenüber der Aluminiumlegierung der Matrix sind E-Modul und Verschleißfestigkeit höher und der Längenausdehnungskoeffizient kleiner, Duktilität und Zähigkeit aber geringer
  2. BGegenüber der Aluminiumlegierung der Matrix ist der Längenausdehnungskoeffizient größer, und auch die Duktilität ist deutlich verbessert
  3. CSiC-Partikel reagieren überhaupt nicht mit geschmolzenem Aluminium, sodass bei keiner Herstellungstemperatur Reaktionsprodukte an der Grenzfläche entstehen
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Lösung: A. Gegenüber der Aluminiumlegierung der Matrix sind E-Modul und Verschleißfestigkeit höher und der Längenausdehnungskoeffizient kleiner, Duktilität und Zähigkeit aber geringer

Werden SiC-Partikel mit hohem Elastizitätsmodul (etwa 400 GPa) und kleinem Längenausdehnungskoeffizienten (etwa 4×10⁻⁶ K⁻¹) eingebracht, werden Elastizitätsmodul und Verschleißfestigkeit des Verbundwerkstoffs höher als die der Aluminiumlegierung der Matrix, und der Längenausdehnungskoeffizient wird kleiner. Da er sich dem von Halbleitern und Keramiksubstraten annähern lässt, wird der Werkstoff z. B. für Wärmesenken von Leistungshalbleitern verwendet. Andererseits entstehen um die harten Partikel leicht Risse, und Duktilität und Zähigkeit sinken. Die Aussage, der Längenausdehnungskoeffizient werde größer und die Duktilität verbessert, ist in beiden Punkten umgekehrt. Außerdem kann SiC mit heißem, geschmolzenem Aluminium zu sprödem Al₄C₃ reagieren; die Reaktion wird durch Einstellen der Herstellungstemperatur und des Si-Gehalts der Matrix unterdrückt.

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