Verbundwerkstoffe

Verbundwerkstoffe sind Materialien, die aus mindestens zwei Bausteinen bestehen, deren Eigenschaften sich deutlich unterscheiden. Typisch sind eine Matrix, die die Verbunde zusammenhält, und eine Verstärkung, die Festigkeit und Steifigkeit erhöht. Durch die gezielte Kombination unterschiedlicher Werkstoffe lassen sich Kraft, Gewicht, Wärmeleitfähigkeit oder Schadenstoleranz auf spezifische Anwendungen abstimmen.

Die wichtigsten Klassen sind faserverstärkte Verbundwerkstoffe, keramisch verstärkte Verbundwerkstoffe und metallisch verstärkte Verbundwerkstoffe. Bei faserverstärkten Polymeren dienen Glas- oder Kohlefaser als Verstärkung, die Matrix ist meist Epoxid- oder Polyesterharz. Weitere Varianten verwenden Metall- oder Keramikmatrizen. Teilchen- oder Kurzfaser-Verstärkungen ermöglichen kostengünstige Optionen.

Charakteristisch sind hohe Festigkeit und Steifigkeit bei niedrigem Gewicht sowie die Möglichkeit, Eigenschaften durch Faserorientierung und Materialwahl gezielt zu steuern. Verbundwerkstoffe zeigen meist anisotrope Eigenschaften und erfordern spezialisierte Herstellungs- und Reparaturprozesse. Kosten, Verarbeitung, Umweltbeständigkeit und Recycling sind wichtige Planungsfaktoren.

Herstellung erfolgt durch Laminat- oder Prepreg-Verfahren, Vakuuminfusionsverfahren (RTM), Pultrusion, Filament-Winding oder Guss. Anwendungen finden sich in Luft- und Raumfahrt, Automotive, Windenergie, Sportgeräten, Bauwesen und Elektronik. Die Entwicklung zielt auf kostengünstigere Herstellung, längere Lebensdauer, verbesserte Recyclingoptionen und neue Matrizen- und Verstärkungsmaterialien, einschließlich hybrider Systeme.