Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe sind attraktive Kandidaten für viele Leichtbauanwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie. Einer ihrer Vorteile ist, dass sie die spezifischen Eigenschaften von Al-Legierungen mit den einzigartigen Eigenschaften ihrer Verstärkungen kombiniert.
Die Zugabe von Kohlenstoff-Allotropen wie Polymeren, Graphen oder Kohlenstoff-Nanoröhren als Verstärkungsmittel in Aluminium-Legierungen kann zu einer Verbesserung der mechanischen und thermischen Eigenschaften führen. Der Verstärkungseffekt wird durch das Vorhandensein eines Netzwerks aus Graphen und Aluminiumcarbid-Partikeln erklärt, dass den Orowan-Verfestigungsmechanismus fördert.
Die additive Fertigung, z. B. das selektive Laserschmelzen (SLM), bietet neue Möglichkeiten zur Herstellung solcher fortschrittlichen Verbundwerkstoffe. Eine der grössten Herausforderungen ist die homogene Verteilung sowie die sichere Verarbeitung von solchen Verstärkungspartikeln, welche eine Partikelgrösse im Nanometermassstab aufweisen.
Rene Pfister stellt zwei neue Strategien für die nanosichere Herstellung von kohlenstoffverstärktem Aluminium-Silizium-Pulver vor, um die Kohlenstoff-Allotrope mit dem Aluminium-Pulver zu verbinden. Die eine basiert auf der Abscheidung eines Polymerfilms auf dem Aluminium-Pulver durch Lösungsmittelverdampfung. Dieser Polymerfilm zersetzt sich während dem SLM-Prozess zu Graphene. Die zweite Strategie ist eine chemische Bindung der CNTs an der Aluminium-Oberfläche durch Polymerumhüllung mit einem Linker-Molekül.
Mit diesen beiden Methoden wurde ein Kohlenstoff-Al-Si-Verbundpulver hergestellt, dass mit SLM verarbeitet werden kann. Solche Pulver können neue Perspektiven für das SLM-Verfahren aufzeigen und bieten eine kostengünstige Alternative zur Verbesserung der Eigenschaften von Aluminium-Legierungen. In Kombination mit den speziellen Prozessbedingungen eröffnen sich dadurch neue Möglichkeiten für Aluminium-basierte Verbundwerkstoffe.
Referent:
Rene Pfister, OST – Ostschweizer Fachhochschule, Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Materials Engineering