Beschichtung und Schmelzinfiltration von Keramik Preforms zur Herstellung von interpenetrieten Metallmatrix-Verbundwerkstoffen

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Die selektive Verstärkung von Leichtmetallguss durch poröse keramischen Einlegeteile (Preforms) stellt eine technisch und wirtschaftlich aussichtsreiche Anwendung von Metall-Keramik- Verbundwerkstoffen dar. Für thermisch und mechanisch hochbeanspruchte Leichtmetall-Gussbauteile lassen sich dadurch die Einsatzgrenzen entscheidend erweitern. Der Herstellprozess von Preform-basierten Metallkeramikverbunden (Preform-MMC) mit gezielt eingestelltem Preform-Gefüge durch Gefriergießen und mit definierten Grenzschichten zwischen Metall und Keramik soll erforscht werden. Poröse Formkörper mit spezieller Porenstruktur werden mit verschiedenen metallischen und keramischen Schichten versehen. Dazu ist eine thermodynamische Modellierung zur Vorauswahl von Metall-Keramik-Reaktivsystemen vorgesehen. Die Innenbeschichtung von Preforms ist durch Abscheidung von Schichten mittels elektrochemischer Verfahren (z.B. Nickel, Kupfer) und mittels chemischer Verfahren (z.B. TiO2) geplant. Diese Verfahren sind an eine Innenbeschichtung feiner Porenkanäle anzupassen. Die beschichteten Preforms sollen durch direktes Gießpressen mit Metallschmelzen auf Aluminiumbasis zum MMC mit partikelverstärktem Durchdringungsgefüge weiterverarbeitet werden. Angewandt wird ein instrumentiertes direktes Gießpressen, dass das Studium der Metallinfiltration als Fuktion von Preformstruktur, Reaktiveigenschaften und Prozessparameter ermöglicht. Dynamische Benetzungsuntersuchungen sollen den Einfluss von reaktiven Grenzflächen und Legierungselementen aufklären. Die hergestellten Preform-MMCs werden von den Projektpartnern untersucht, um die Korrelation zwischen Herstellung, Gefüge und Werkstoffeigenschaften gemeinsam aufzuklären.