Innovative Prüftechniken
Die an Bauwerkstoffe gestellten Anforderungen nehmen ständig zu. Dabei besteht das übergeordnete Ziel in der Schaffung von Materialien, die stabiler und zugleich leichter als herkömmliche Materialien wie z.B. Stahl sind. Metallmatrix-Verbundwerkstoffe (Metal Matrix Composites, MMCs) bilden eine Kategorie dieser hoch modernen Materialien. MMCs bestehen aus einer Metallmatrix und einem Verstärkungs- oder Füllmaterial. Die Verstärkungsmaterialien können entweder kontinuierlicher Natur sein, wie dies bei Monofilament- oder Multifilamentfasern der Fall ist, aber auch diskontinuierlich sein und beispielsweise als Partikel, Faserkristalle, Kurzfasern (ein typisches Beispiel ist Glaswolle) oder in anderer Form vorliegen. Als Basismetalle kommen in MMCs meist Aluminium und Aluminiumlegierungen zur Anwendung. Im Vergleich zu traditionellen (also nicht verstärkten) Metallen bieten MMCs neben höherer Festigkeit und Steifigkeit auch ein besseres Dämpfungsverhalten und eine höhere Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit. Hinzu kommt, dass MMCs bedeutend leichter sind als ihre rein metallischen Konkurrenten. Hochkarätige Forschungsarbeiten, die von der Europäischen Kommission mitfinanziert wurde, hat zur Entdeckung neuer MMC-Prozesse und Werkstoffe geführt. Von großer Bedeutung ist dabei die Optimierung verschiedener Techniken zur zerstörungsfreien Prüfung, die zum Aufspüren von Schwachstellen in MMCs angewandt werden. Erfolg verspricht die Kegelstrahl-Tomografie, die jedoch stark von einer exakten Kalibrierung der verwendeten Instrumente abhängig und noch nicht für Einzelfaser-Anwendungen geeignet ist. Bei der Detektion von Materialfehlern mit Ultraschall werden Unterschiede der akustischen Impedanz des MMC-Werkstoffs ausgewertet. Nach diesem Verfahren lassen sich auch sehr kleine Defekte aufspüren, wenn Schallsignale entsprechend hoher Frequenz verwendet werden. Daneben wurden verschiedene andere Methoden gefunden, die ebenfalls in Frage kommen, so z.B. die SPICA-Prüfung (bei der die thermische Ausdehnung herangezogen wird) und die zweidimensionale Röntgenanalyse zur Erkennung von Rissen. In der Arbeit wurden nicht nur Materialprüfverfahren untersucht, sondern auch neue MMCs mit den derzeitigen (Nicht-MMC-) Industriestandard-Werkstoffen wie z.B. Titan verglichen. Als Prüfmuster wurde eine typische Stegstruktur-Komponente ausgewählt. Die Ergebnisse lassen auf ein großes Potenzial schließen, vor allem im Hinblick auf die Einsparung von Produktionskosten (31%) und Komponentengewicht (26%). Gegenwärtig ist das Forschungskonsortium dabei, die Ergebnisse aus dem Projekt aufzubereiten und zu veröffentlichen. Zu den Zielbranchen gehören die Wehrtechnik, die Luft- und Raumfahrttechnik und die Mikrochip-Industrie. Mit diesen neuen Techniken und MMCs könnte Europa in den kommenden Jahrzehnten eine Führungsrolle in der Fortentwicklung der Materialwissenschaften übernehmen.
