Entwicklung eines Infiltrationsverfahrens für Multimetallmatrix-Faserverbundwerkstoffe

Abstract

Titanmatrix-Verbundwerkstoffe kombinieren die Festigkeit, Steifigkeit und Kriechbeständigkeit von Keramikfasern mit der Risszähigkeit und Plastizität von Titan. Gängige erstellungsverfahren sind kostenintensiv und erfordern gewisse Einschränkungen der Werkstückgeometrie. Die Entwicklung alternativer Prozessrouten ist also wünschenswert. Eine Möglichkeit bietet das Infiltrationsverfahren zur Herstellung von Multi-Metallmatrix-Verbundwerkstoffen (Multi-Metal-Matrix-Composites ― Multi-MMCs). Dabei werden titanbeschichtete Siliziumcarbid-Fasern unterhalb der Solidustemperatur ihrer Beschichtung durch Infiltration mit einer niedrigschmelzenden Legierung ohne Druck konsolidiert. Dies führt verglichen mit konventionellen Herstellungsverfahren zu kostengünstigeren und freier zu gestaltenden Bauteilen. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde eine Auswahl passender Infiltrationslegierungen auf ihre Eignung für Multi-MMCs überprüft. Ihr Zusammenwirken mit unterschiedlichen Titanlegierungen als Faserbeschichtung und die Ausbildung der Matrix-Matrix-Interfaces stand dabei im Mittelpunkt der Beobachtung. Hergestellte Proben wurden mikroanalytisch durch Rasterelektronenmikroskopie (REM), Energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX) und Mikrohärteprüfung untersucht. Es wurden MMCs durch Infiltration hergestellt und ihre mechanischen Eigenschaften im Zugversuch getestet. Als Resultat konnten Gestallt und Mechanismus der Interfaceausbildung beschrieben und vielversprechende Infiltrationslegierungen benannt werden.