Metal Matrix Composite (MMC)
Das Einsatzspektrum von hoch beanspruchten Leichtmetall-Komponenten vor allem aus Aluminium, aber auch aus Magnesium oder Titan, erweitert sich stetig. Die Motivation für den Einsatz von Leichtmetallen im Automobilbau besteht in der Gewichtsreduzierung und somit der Senkung des Treibstoffverbrauchs und der Schadstoffemission.
Allerdings stößt der Leichtmetallbau dort an seine Grenzen, wo er hohen tribologischen, mechanischen oder thermischen Belastungen standhalten muss. Die Lösung ist die gezielte Verstärkung leichter Bauteile an den Stellen maximaler Beanspruchung. Solche Verbundwerkstoffe aus Metall und Keramik, so genannte Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (auch: Metal-Matrix-Composite, MMC), bestehen aus einem Metall (Matrix), das mit harten Keramikpartikeln verstärkt ist.
Das Ergebnis ist ein Produkt, das die Vorteile von beider Materialien aufweist, nämlich einerseits das geringe Gewicht von Metall mit der hohen Leistungsfähigkeit von Keramik auf der anderen Seite.
Anwendungsbeispiele für Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe:
- Antennenwellenleiter im Hubble-Weltraumteleskop
- Kommerzielle Satelliten
- Automobilindustrie, z. B. Zylinderlaufbuchsen und Bremsscheiben
- Luft- und Raumfahrt, z. B. Rotorblatthülsen in Hubschraubern
Die jüngsten Innovationen haben eine erhebliche Senkung der Produktions- und Bearbeitungskosten die mit MMCs verbunden sind. Als weltweit führender Anbieter von technischer Keramik hat CeramTec ein Verfahren entwickelt, mit dem Leichtbau-MMC-Bauteile effizient und wirtschaftlich effizient und wirtschaftlich unter Einhaltung höchster Qualitätsstandards hergestellt werden können.
Die hochporösen keramischen Vorformlinge von CeramTec werden während des während des Gießens des MMC-Produkts von der Metallschmelze infiltriert. Dadurch entsteht ein kontinuierlicher Übergang zwischen metall- und keramisch verstärkten Bereichen. Unsere Vorformlingstechnologie eröffnet eine Vielzahl von neuen Anwendungen.
Preform-Technologie
Die MMC-Vorformen von CeramTec sind auf die Bedürfnisse unserer Kunden zugeschnitten und können mit Standard-Aluminium-Legierungen verwendet werden.
CeramTec bietet einen Keramikanteil zwischen 35 und 70% an, wobei Korn- und Porengrößen gleichermaßen einstellbar sind. Für Hochleistungsprodukte kann ein zusätzlicher Härtezusatz Additiv eingesetzt werden, um die Eigenschaften weiter zu verbessern. Vielfältige und komplexe Geometrien sind mit diesem Herstellungsverfahren möglich.
Unser Preform-Konzept bietet in Kombination mit unserem Werkzeug-Know-how eine Verbesserung der Leistung sowie niedrigere Gesamtbetriebskosten. Unser Preform-Portfolio umfasst eine breite Palette von Standardwerkstoffen aus aus Oxid- und Nichtoxidkeramiken.
Siliziumkarbid (SiC) Vorformlinge
Für die tribologische Optimierung ist eine SiC-Vorform perfekt geeignet. Die Verwendung einer SiC-Preform bietet eine höhere Wärmeleitfähigkeit und eine verbesserte Abriebfestigkeit Widerstand. Ein Beispiel für MMC-Bauteile aus Siliziumkarbid sind Bremsscheiben. Aufgrund der verbesserten Abriebfestigkeit erzeugen MMC-Bremsscheiben weniger Bremsstaubemissionen, haben eine deutlich längere Lebensdauer und eine Gewichtsreduzierung von etwa 50 % im Vergleich zu herkömmlichen Graugussscheiben.
Vorformlinge aus Aluminiumoxid (Al2O3)
Für Anwendungen mit hochbelasteten mechanischen Komponenten ist ein MMC aus einem Aluminiumoxid-Vorformling eine ausgezeichnete Wahl. Dieses Werkstoff weist eine hohe Biegefestigkeit, einen erhöhten Elastizitätsmodul und eine gute Bruchzähigkeit.
Ein Beispiel für eine Anwendung von MMC aus Aluminiumoxid-Vorformlingen ist eine Lagerbrücke Brücke in einem Motor. Die lokale Verstärkung des umgebenden Leicht Leichtmetallbereiches durch das MMC ermöglicht komplexere Konstruktionen und ein geringeres Gewicht aufgrund des um 100 % erhöhten Elastizitätsmoduls und 75%ige Erhöhung der Festigkeit.
Da die thermische Ausdehnung des MMC und des umgebenden Materials nahe beieinander liegen, werden weniger thermische Spannungen im Vergleich zu einer Standard-Graugusslagerbrücke.
Bearbeitung
Die Erhöhung des Anteils keramischer Partikel in der MMC-Vorform kann eine Herausforderung für die nachfolgenden Hartbearbeitungsprozesse unserer Kunden darstellen. CeramTecs Expertise in der Hartbearbeitung von keramischen Werkstoffen und der Herstellung von keramischen Schneidwerkzeugen stellt sicher, dass wir das Wissen haben, um unsere Kunden durch den gesamten Fertigungsprozess zu unterstützen.
CeramTec entwickelt auch Schneidwerkzeuge für MMCs und bietet Möglichkeiten mit undefinierten Schneidkanten. Wir bieten Laserschneiden für hohe Präzisionsanforderungen Anforderungen und Wasserstrahlschneiden für einen schnelleren Abtragsraten.
