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Flashcards in Verbundwerkstoffe Deck (32):
1

Wahr oder falsch?

Holz und Knochen sind natürliche Verbundwerkstoffe.

Wahr!

2

Beschreibe den grundsätzlichen Aufbau von Verbundwerkstoffen.

Mindestens zwei Bestandteile = Phasen

Matrix (Primärphase)

verstärkende Komponente (Sekundärphase, Additiv)

3

Was ist das Ziel bei Verbundwerkstoffen?

Nutzung der jeweils besten Eigenschaften der eingesetzten Materialien

4

Klassifiziere Verbundwerkstoffe nach Art der Matrix

Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMCs)

Keramik-Matrix-Verbundwerkstoffe (CMCs)

Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffe (PMCs)

5

Nenne die wichtigsten Eigenschaften von MMC – Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe

Steif
Duktik
Relativ schwer

6

Nenne die wichtigsten Eigenschaften von PMC - Polymer-Matrix-Verbundwerkstoffen

leicht
verbesserte Steifigkeit
meist auch Festigkeit
nicht temperaturbeständig

7

Nenne die wichtigsten Eigenschaften von CMC – Keramik-Matrix-Verbundwerkstoffe


Verbesserung der Risszähigkeit
Verschleißfestigkeit

8

Worum geht es?

- Massivform (bulk) des Verbundmaterials umhüllt die Verstärkungsphase
- gewährleistet mechanisch tragfähigen Gesamtkörper
- überträgt äußere Kräfte auf die Verstärkungsphase bzw. umgekehrt
- schützt die Verstärkungsphase vor der Umgebung

Matrix (primäre Phase)

9

Welche Eigenschaften bestimmt die Matrix?

Chemikalienfestigkeit
Alterungsbeständigkeit
Kratzfestigkeit
Elektrische Eigenschaften

10

Worum geht es?

Dient dazu, die primären Phase zu stärken.

Funktionen der verstärkenden Phase (sekundäre Phase, Additive)

11

Welche Formen kann die verstärkenden Phase (sekundäre Phase, Additive) haben?

Faser

Partikel

12

Welche Eigenschaften werden durch die verstärkende Phase (sekundäre Phase, Additive) bestimmt?

Zug- und Biegefestigkeit

Schlagzähigkeit

Fähigkeit zur Wasseraufnahme abhängig von z. B. Art, Gehalt und Orientierung

13

Worin unterscheidet man beim grundsätzlichen Aufbau?

faserverstärkt

teilchenverstärkt

Durchdringungsverbundwerkstoff

Schichtverbundwerkstoff

vgl. Folie 17

14

Worin unterscheidet man bei bei Faserorientierung?

Ein-dimensionale (unidirektionale) Verstärkung: maximale Festigkeit und Steifigkeit in Richtung der Faser

Planare (bidirektionale) Verstärkung (ein zwei-dimensionales Gewebe)

Regellose und dreidimensionale Verstärkung: quasiisotrope Eigenschaften

vgl. Folie 22

15

Festigkeit und andere Eigenschaften von Verbundwerkstoffen mit Partikeln sind üblicherweise "..."

"quasiisotrop"

16

Was entscheidet über die Qualität der Verbundwerkstoffe bei mechanischer Beanspruchung?

Bindung an der Grenzfläche zwischen den Phasen

Möglichst hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen

vgl. Folie 26

17

Was ist ist bei der Bindung an den Grenzflächen zwischen den Phasen im Hinblick auf mechanische Beanspruchung zu beachten?

Möglichst hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen

--> Faser besser als Platten

vgl. Folie 28

18

Nenne die Bedingungen für die Verstärkungswirkung eines Faser-verstärkten Verbundwerkstoffs

Fasermodul wesentlich höher als Matrixmodul Ef > Em

Festigkeit der Fasern muss größer sein als die Festigkeit der Matrix Rf > Rm

Matrixbruchdehnung muss größer sein als Faserbruchdehnung em > ef

19

Beschreibe das Paradoxon des festen Werkstoffs

Die wirkliche Festigkeit eines festen Stoffes ist sehr viel niedriger als die theoretisch errechnete

Bindungskräfte und –energien, Gitterfehler und Bruchzähigkeit

20

Beschreibe das Paradoxon des festen Werkstoffs

Ein Werkstoff in Faserform hat eine vielfach größere Festigkeit als das gleiche Material in anderer Form und je dünner die Faser, um so größer ist die Festigkeit

21

Beschreibe das Paradoxon der Einspannlänge

Je "..." die Einspannlänge, um so größer ist die gemessene Festigkeit einer Probe/Faser.

Fehlerwahrscheinlichkeit um so geringer, je "..." die Fasern und je "..." sie eingespannt sind.

Bei gleichmäßiger Einbettung in einer Matrix geht die Einspannlänge gegen "...".

"kleiner"

"dünner"

"kürzer"

"Null"

22

Beschreibe das Paradoxon des Werkstoffverbunds

Ein Verbundwerkstoff kann als Ganzes Spannungen aufnehmen, die die schwächere Komponente zerbrechen würden, während von der stärkeren Komponente im Verbund ein höherer Anteil seiner theoretischen Festigkeit übernommen werden kann, als wenn sie alleine belastet würde.

23

Bei welcher Orientierung der Verstärkung ist die mögliche Belastung maximal?

Kraft und Orientierung der Verstärkung sind parallel (0°)

--> Isostrain, Modell „Voigt“

24

Wie verhält sich das Elastizitätsmodul bei einem zweiphasigen Werkstoffzustand: Phase f und Phase m mit Volumenanteil Vf bzw. Vm bei Isostrain Belastung?

Eges = vf*Ef + vm*Em

v: Volumenanteil

25

Wie verhält sich das Elastizitätsmodul bei einem zweiphasigen Werkstoffzustand: Phase f und Phase m mit Volumenanteil Vf bzw. Vm bei Isostress Belastung?

Beanspruchung senkrecht zur verstärkenden Faser = Isostress, Modell „Reuss“

1/Eges = vm*(1/Em) + vf*(1/Ef)

26

Abb. Mechanische Beanstruchung Isostrain vs. Isostress

vgl. Folie 43

27

Wie verhält sich die Spannung bei einem zweiphasigen Werkstoffzustand: Phase f und Phase m mit Volumenanteil Vf bzw. Vm bei Isostrain Belastung?

simga,ges = sigma,m + sigma,f

28

Wie verhält sich die Dehnung bei einem zweiphasigen Werkstoffzustand: Phase f und Phase m mit Volumenanteil Vf bzw. Vm bei Isostress Belastung?

e,ges = em + ef

29

Worin unterscheidet man beim Schädigungsablauf in Faser-VWS?

Riss wird an Faser gestoppt

Debonding

Bruch der Faser

Rückzug der Faserenden

30

Wahr oder falsch?

Bei Isostrain Belastung ist die Spannung beider Phasen gleich.

Falsch!

Bei Isostrain Belastung ist die Dehnung beider Phasen gleich.

31

Wahr oder falsch?

Bei Isostress Belastung ist die Spannung beider Phasen gleich.

Wahr!

32

Je "..." die Fasern desto höher die Festigkeit.

"dünner"