Metallmatrizen

Metallmatrizen sind die Matrixphasen in Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen (MMC). Sie bindet Verstärkungen wie keramische Partikel oder Fasern, überträgt Last und sorgt für Formstabilität. Typische Matrixmaterialien sind Aluminium- und Magnesiumlegierungen, Kupfer, Titan und Stahl.

Verstärkungen aus keramischen Partikeln (z. B. SiC, Al2O3), Kohlenstofffasern oder Boron-Nitrid erhöhen Steifigkeit, Festigkeit, Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit der Bauteile. MMCs kombinieren ein geringes Gewicht mit hoher Belastbarkeit, was sie attraktiv für Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Werkzeug- und Sportgeräte macht.

Herstellungsverfahren umfassen Schmelzmetallurgie mit Zugabe der Verstärkung, Gießen mit zugesetzter Verstärkung, Pulvermetallurgie, Infiltration von Vorformen und Diffusionsbonding. Die Wahl des Verfahrens beeinflusst Verteilung der Verstärkung, Porengehalt und Grenzflächenverhalten.

Zu den Vorteilen zählen ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, gute Steifigkeit, Abriebfestigkeit und Temperaturbeständigkeit. Nachteile sind höhere Kosten, anspruchsvolle Verarbeitung und potenzielle Spannungen an der Grenzfläche durch Wärmeausdehnungsunterschiede.

Anwendungen finden sich in der Luftfahrt, im Automobilbau, bei Verschleißteilen, Bremsscheiben, Getrieben, Werkzeugen sowie in Sportgeräten wie Golfschlägern und Skiern.

Forschungsthemen umfassen Nanoverstärkungen, funktionale Gradient MMCs, verbesserte Grenzflächenbindungen und Recycling sowie kosteneffiziente Herstellungswege.