Verbundwerkstoffe Flashcards
Wahr oder falsch?
Holz und Knochen sind natürliche Verbundwerkstoffe.
Wahr!
Beschreibe den grundsätzlichen Aufbau von Verbundwerkstoffen.
Mindestens zwei Bestandteile = Phasen
Matrix (Primärphase)
verstärkende Komponente (Sekundärphase, Additiv)
Was ist das Ziel bei Verbundwerkstoffen?
Nutzung der jeweils besten Eigenschaften der eingesetzten Materialien
Klassifiziere Verbundwerkstoffe nach Art der Matrix
Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMCs)
Keramik-Matrix-Verbundwerkstoffe (CMCs)
Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffe (PMCs)
Nenne die wichtigsten Eigenschaften von MMC – Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe
Steif
Duktik
Relativ schwer
Nenne die wichtigsten Eigenschaften von PMC - Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffen
leicht
verbesserte Steifigkeit
meist auch Festigkeit
nicht temperaturbeständig
Nenne die wichtigsten Eigenschaften von CMC – Keramik-Matrix-Verbundwerkstoffe
Verbesserung der Risszähigkeit
Verschleißfestigkeit
Worum geht es?
- Massivform (bulk) des Verbundmaterials umhüllt die Verstärkungsphase
- gewährleistet mechanisch tragfähigen Gesamtkörper
- überträgt äußere Kräfte auf die Verstärkungsphase bzw. umgekehrt
- schützt die Verstärkungsphase vor der Umgebung
Matrix (primäre Phase)
Welche Eigenschaften bestimmt die Matrix?
Chemikalienfestigkeit
Alterungsbeständigkeit
Kratzfestigkeit
Elektrische Eigenschaften
Worum geht es?
Dient dazu, die primären Phase zu stärken.
Funktionen der verstärkenden Phase (sekundäre Phase, Additive)
Welche Formen kann die verstärkenden Phase (sekundäre Phase, Additive) haben?
Faser
Partikel
Welche Eigenschaften werden durch die verstärkende Phase (sekundäre Phase, Additive) bestimmt?
Zug- und Biegefestigkeit
Schlagzähigkeit
Fähigkeit zur Wasseraufnahme abhängig von z. B. Art, Gehalt und Orientierung
Worin unterscheidet man beim grundsätzlichen Aufbau?
faserverstärkt
teilchenverstärkt
Durchdringungsverbundwerkstoff
Schichtverbundwerkstoff
vgl. Folie 17
Worin unterscheidet man bei bei Faserorientierung?
Ein-dimensionale (unidirektionale) Verstärkung: maximale Festigkeit und Steifigkeit in Richtung der Faser
Planare (bidirektionale) Verstärkung (ein zwei-dimensionales Gewebe)
Regellose und dreidimensionale Verstärkung: quasiisotrope Eigenschaften
vgl. Folie 22
Festigkeit und andere Eigenschaften von Verbundwerkstoffen mit Partikeln sind üblicherweise “…”
“quasiisotrop”
Was entscheidet über die Qualität der Verbundwerkstoffe bei mechanischer Beanspruchung?
Bindung an der Grenzfläche zwischen den Phasen
Möglichst hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen
vgl. Folie 26
Was ist ist bei der Bindung an den Grenzflächen zwischen den Phasen im Hinblick auf mechanische Beanspruchung zu beachten?
Möglichst hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen
–> Faser besser als Platten
vgl. Folie 28
Nenne die Bedingungen für die Verstärkungswirkung eines Faser-verstärkten Verbundwerkstoffs
Fasermodul wesentlich höher als Matrixmodul Ef > Em
Festigkeit der Fasern muss größer sein als die Festigkeit der Matrix Rf > Rm
Matrixbruchdehnung muss größer sein als Faserbruchdehnung em > ef
Beschreibe das Paradoxon des festen Werkstoffs
Die wirkliche Festigkeit eines festen Stoffes ist sehr viel niedriger als die theoretisch errechnete
Bindungskräfte und –energien, Gitterfehler und Bruchzähigkeit
Beschreibe das Paradoxon des festen Werkstoffs
Ein Werkstoff in Faserform hat eine vielfach größere Festigkeit als das gleiche Material in anderer Form und je dünner die Faser, um so größer ist die Festigkeit
Beschreibe das Paradoxon der Einspannlänge
Je “…” die Einspannlänge, um so größer ist die gemessene Festigkeit einer Probe/Faser.
Fehlerwahrscheinlichkeit um so geringer, je “…” die Fasern und je “…” sie eingespannt sind.
Bei gleichmäßiger Einbettung in einer Matrix geht die Einspannlänge gegen “…”.
“kleiner”
“dünner”
“kürzer”
“Null”
Beschreibe das Paradoxon des Werkstoffverbunds
Ein Verbundwerkstoff kann als Ganzes Spannungen aufnehmen, die die schwächere Komponente zerbrechen würden, während von der stärkeren Komponente im Verbund ein höherer Anteil seiner theoretischen Festigkeit übernommen werden kann, als wenn sie alleine belastet würde.
Bei welcher Orientierung der Verstärkung ist die mögliche Belastung maximal?
Kraft und Orientierung der Verstärkung sind parallel (0°)
–> Isostrain, Modell „Voigt“
Wie verhält sich das Elastizitätsmodul bei einem zweiphasigen Werkstoffzustand: Phase f und Phase m mit Volumenanteil Vf bzw. Vm bei Isostrain Belastung?
Eges = vfEf + vmEm
v: Volumenanteil
Wie verhält sich das Elastizitätsmodul bei einem zweiphasigen Werkstoffzustand: Phase f und Phase m mit Volumenanteil Vf bzw. Vm bei Isostress Belastung?
Beanspruchung senkrecht zur verstärkenden Faser = Isostress, Modell „Reuss“
1/Eges = vm(1/Em) + vf(1/Ef)
Abb. Mechanische Beanstruchung Isostrain vs. Isostress
vgl. Folie 43
Wie verhält sich die Spannung bei einem zweiphasigen Werkstoffzustand: Phase f und Phase m mit Volumenanteil Vf bzw. Vm bei Isostrain Belastung?
simga,ges = sigma,m + sigma,f
Wie verhält sich die Dehnung bei einem zweiphasigen Werkstoffzustand: Phase f und Phase m mit Volumenanteil Vf bzw. Vm bei Isostress Belastung?
e,ges = em + ef
Worin unterscheidet man beim Schädigungsablauf in Faser-VWS?
Riss wird an Faser gestoppt
Debonding
Bruch der Faser
Rückzug der Faserenden
Wahr oder falsch?
Bei Isostrain Belastung ist die Spannung beider Phasen gleich.
Falsch!
Bei Isostrain Belastung ist die Dehnung beider Phasen gleich.
Wahr oder falsch?
Bei Isostress Belastung ist die Spannung beider Phasen gleich.
Wahr!
Je “…” die Fasern desto höher die Festigkeit.
“dünner”