Metallische Verbundwerkstoffe

 Klug kombiniert

Metallische Verbundwerkstoffe (englisch: „Metal Matrix Composite“, kurz MMC) bestehen aus einer Metallmatrix und einer Einlagerungsphase, die sich in zumindest einer Charakteristik (Steifigkeit, Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, thermische Ausdehnung, Abbrandverhalten in Kontaktwerkstoffen, o.ä.) deutlich von der Matrix unterscheidet. Auf diese Weise können interessante Kombinationen von typisch metallischen, bzw. keramischen Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit und plastische Verformbarkeit, bzw. Verschleißfestigkeit und Steifigkeit) erzielt werden. Eine der ersten Einsatzbereiche war das Space Shuttle-Programm (1975). Heute sind auch die Automobilindustrie (Bremstrommeln, Antriebswellen, Zylinderauskleidungen in Verbrennungsmotoren) sowie die Hochleistungselektronik (Stichwort „Al/SiC“) ein Anwendungsgebiet.
Die Kombination aus Metallmatrix- und Keramikmatrixwerkstoffen erlaubt neue komplexe Eigenschaftskombinationen wie hohe Zähigkeit, hoher Thermoschockwiderstand oder hoher Verschleiß mit hoher Kriechresistenz etwa im Turbinenbau, wo Metalle oftmals nur bedingt einsetzbar und Keramiken zu spröde sind.
In Zukunft könnten metallische Verbundwerkstoffe in der Automobil- und Raumfahrttechnik zu innovativen Durchbrüchen bei Energieeffizienz und Ressourcenschonung führen. Nischenanwendungen im Maschinenbau, bei Umform- und Gießwerkzeugen oder in der Fertigungs-, bzw. Energietechnik sind ebenfalls denkbar. Der damit für den Wirtschaftsstandort Deutschland einhergehende Wettbewerbsvorsprung wäre nachhaltig.
Der Fachausschuss vereint Fachpersonen vor allem aus der Forschung, aber auch aus der Industrie. Die Forschungsergebnisse seiner Mitglieder sind im internationalen Vergleich absolut konkurrenzfähig und innovativ. Schnittstellen zu angrenzenden Gebieten wie der Pulvermetallurgie, dem Bereich der Hartmetalle oder der Gießereitechnik sollen in Zukunft ausgebaut werden.

Neue Fertigungskonzepte müssen her

Nachdem die Forschung lange Zeit an optimierten Eigenschaften für metallische Verbundwerkstoffe gearbeitet hat, müssen jetzt Konzepte und technische Lösungen entwickelt werden, um MMCs unter Beibehaltung ihrer Vorzüge konkurrenzfähig herzustellen. Dabei sollte die Anwendung innovativer, pulvermetallurgischer Verfahren ebenso im Fokus stehen wie überzeugende Konzepte für die Herstellung und Bearbeitung von MMC-Halbzeugen sowie endkonturnaher Bauteile durch Flüssigphaseninfiltration. Nachhaltige Recyclingtechnologien sind eine ebenfalls wichtige Herausforderung der nächsten Jahrzehnte.
Um diese Ziele zu erreichen wird eine verstärkte Zusammenarbeit von Materialexperten aus Metallkunde, Keramik, Chemie und Physik mit Maschinenbau-, Verfahrens- und Fertigungstechnikern vonnöten sein. Ebenfalls zwingen notwendig sind übergreifende, arbeitsteilige und langfristige Schwerpunktprojekte von Forschungsinstituten mit Patenschaften der industriellen Anwender.