Stofflicher und konstruktiver Leichtbau sind zentrale Herausforderungen im modernen Maschinenbau und in der Produktentwicklung für Anwendungen im Automobilbau. Hochfeste Strukturkeramiken und Bauteile standen im Brennpunkt von Forschung und Entwicklung in der Automobiltechnik seit den 70er Jahren und Ceramic Matrix Composites, keramische Faserverbundwerkstoffe, haben die Werkstofftechnik für Extremanwendungen in der Luft- und Raumfahrttechnik einschließlich Raketendüsen und weiterer militärischer Anwendungen dominiert. Die Marktakzeptanz blieb ansonsten aufgrund der hohen Verfahrens- und Fertigungskosten sehr beschränkt. Die Automobilindustrie fordert hohe technische Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig geringen Gestehungskosten und harten Kostenzielen. Das Marktpotential von Faserverbundwerkstoffen wie CMC kann erhöht werden, wenn neuartige und kostengünstige Fertigungstechniken zum Einsatz kommen. Dies wird für den Anwendungsfall der SiC-Composites (CMC) für high end Scheibenbremsanlagen und für faserverstärkte Leichtmetalle (MMC) im Automobilbau gezeigt. Faserverstärkte Leichtmetalle und Bauteile sind vielversprechende Kandidaten zur Herstellung von sicherheitsrelevanten Leichtbaueiementen, z.B. im Fahrwerksbereich, wegen ihrer hohen spezifischen Festigkeit und Bruchdehnungen, wenn ihre Steiflgkeit und Warmfestigkeit sowie ihr Ermüdungsverhalten den Anforderungen entspricht wie z.B. im Fahrzeug-Antriebsstrang oder in Radaufhängungen. Maßgeschneiderte Faserverstärkungen in Leichtmetalllegierungen als Matrix können diese Anforderungen erfüllen, aber die Integration der hochfesten Fasern in das Werkstück oder Bauteilvolumen mit herkömmlichen metallurgischen Fertigungstechniken sprengt entweder den Kostenrahmen oder schränkt die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten und geometrischen Varianten zu stark ein. Das neu entwickelte Verfahren des schnellen Thixoschmiedens von metallbeschichteten Faserhalbzeugen, sog. MMC Prepregs, hat das Potential diesen Widerspruch zu lösen. Dabei werden metallbeschichtete Faserstränge oder Gewebe laminiert und nach rascher Erwärmung in den teilflüssigen Zustand der metallischen Schicht zu porenfreien Bauteilen der gewünschten Geometrie im geschlossenen Werkzeug abgeformt. Das Thixoschmieden hat sich insbesondere für Al-Si-Legierungen und dto. Faser-Composites bereits bewährt. Faser- und Schichtverbundwerkstoffe sind heutzutage komplementäre Konzepte in der Produktentwicklung mit neuen Werkstoffen und Fertigungsverfahren, einschließlich der Anwendungen in der biomedizinischen Technik bis zum ballistischen Personenschutz. Neue Werkstoffkonzepte, Verbundsysteme und Fertigungsverfahren werden hierzu vorgestellt um den raschen Technologietransfer von Forschung & Entwicklung in die Produktentwicklung mit Composite-Werkstoffen voranzutreiben.

    Light weight engineering by materials and by design are central challenges in advanced mechanical engineering and in modern product development for automotive applications. High strength structural ceramics and components were in the focus of R & D in automobile development since the 1970's and ceramic matrix composites have dominated advanced materials engineering in aerospace applications including rocket nozzles and military applications. The limiting factor for their market acceptance was the high processing and manufacturing cost. The automotive industry requires technical performance and high economic competitiveness with tough cost targets. The potential of ceramic matrix composites can be enhanced, if new fast and cost effective manufacturing technologies are applied. This is demonstrated in the case of SiC composites for high-performance brake rotors and light metal matrix composites for passenger cars. Light metal composites are promising candidates to realize safety relevant lightweight components because of their high specific strength and strain to failure values, if their stiffness and their thermal and fatigue stability is appropriate for the application, i.e. in power train and wheel suspension of cars. Tailor-made fiber reinforcements in light metal matrices can solve this problem, but the integration of fibers with conventional manufacturing techniques like squeeze casting or diffusion bonding leads to restrictions in the component's geometry and results in elevated process cost mainly caused by long cycle times and the need of special tools and additional fiber coatings. A new manufacturing method for metal matrix composites (MMC) made by fast thixoforging is introduced. Thereby, prepregs consisting of laminated fiber woven fabrics and metal sheets or, alternatively, thermally sprayed metal coatings on ceramic fiber fabrics are used as preforms for an advanced thixoforging process for the manufacturing of Al-Si MMC components in mechanical engineering. Fiber and layer composites are complementary on modern product development, including biomedical and personal armour applications. Innovative processing and manufacturing technologies are shown to perform successful transfer of R & D to novel composite products.


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    Titel :

    Composite structures for high technologies and extreme conditions


    Weitere Titelangaben:

    Verbundwerkstoffe für Hochtechnologien und Extrembelastungen


    Beteiligte:
    Gadow, Rainer (Autor:in)


    Erscheinungsdatum :

    2007


    Format / Umfang :

    14 Seiten, 22 Bilder, 3 Tabellen, 44 Quellen


    Medientyp :

    Aufsatz (Konferenz)


    Format :

    Print


    Sprache :

    Englisch




    Europa: Extreme Communication Technologies for Extreme Conditions

    Zimmerman, W. / Bryant, S. / Zitzelberger, J. | NTRS | 1999


    MULTIFUNCTIONAL COMPOSITE STRUCTURE FOR EXTREME CONDITIONS

    DUN TSZYAN / KHUSSEJN NAVID MOAJED | Europäisches Patentamt | 2020

    Freier Zugriff

    Structures and Materials Technologies for Extreme Environments Applied to Reusable Launch Vehicles

    Scotti, S. / Clay, C. / Rezin, M. et al. | British Library Conference Proceedings | 2003


    Extreme Environment Structures

    Noor, Ahmed K. | AIAA | 2000


    Research on high-strength, extreme-temperature structures

    Lytle, A.R. | Engineering Index Backfile | 1959