Beitrag zur Herstellung langfaserverstärkter Aluminium-Matrix-Verbundwerkstoffe durch Anwendung der Prepregtechnik

In Kenntnis der beschriebenen verfahrenstechnischen Einflussfaktoren auf die Struktur und die Eigenschaften der faserverstärkten MMC geht es darum, ein prepregtechnologisches Verfahren für das Herstellen lang- bzw. endlosfaserverstärkter MMC mit Aluminiummatrix zu erarbeiten und die Machbarkeit im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit und das Erreichen der prinzipiell möglichen mechanischen Eigenschaftskennwerte nachzuweisen. Es geht darum, den Einfluss der Prozessparameter auf die Struktur der Prepregs und der verdichteten MMC`s zu erfassen und zu bewerten. In Kenntnis dieser Zusammenhänge sind die qualitätsrelevanten Kennwerte der Werkstoffstruktur denen der mechanischen Eigenschaften gegenüberzustellen. In Weiterführung der o.g. Darstellungen zwischen Struktur- und Eigenschaften der Verbundwerkstoffe geht es darum, die experimentell bestimmten Kennwerte der Festigkeit und des E-Moduls auf Übereinstimmung mit den entsprechenden Korrelationsmodellen (Shear Lag Modell, Grenzwert- und Modellkonzept, EIAS-Methode) zu überprüfen. Ferner geht es darum, die Zusammenhänge zwischen den im Modell definierten idealen Gefügebedingungen mit den realen im Hinblick auf deren Einfluss auf die Eigenschaftskennwerte kritisch zu diskutieren. Aufbauend auf den definierten Zielstellungen kann nach der erfolgten Bewertung aller Untersuchungsergebnisse gezeigt werden, dass die entworfene Technologie zur Herstellung langfaserverstärkter Metallmatrix-Verbundwerkstoffe dazu geeignet ist, Fasern mit geringem Durchmesser und hoher Flexibilität (am Beispiel der hochfesten Kohlenstofffasern vom Typ HTA 5131) mit dem ausgewählten Matrixmetall (am Beispiel der AlSi5-Legierung) zunächst zu Prepregs und weiterhin in verdichtete Verbundstrukturen zusammenzuführen. Das vergleichende Gegenüberstellen von Simulation und Experiment dienen einerseits dem Verifizieren der Prozessmodelle. Die Prozessmodelle stellen andererseits die wertvolle versuchstechnische Grundlage zur Definition und auch der Einengung des Arbeitsfensters für die Prozessparameter und der Anzahl erforderlicher Verifikationsexperimente im Hinblick auf die Probebeschichtungen und deren Auswertung dar. Derartige Modelle leisten eine wichtige Hilfestellung zum weiteren Erhöhen der Prozessstabilität und damit auch dem Nachweis der Reproduzierbarkeit.The aim of this work is a described prepreg-technological method to create aluminium based MMC reinforced with continuous fibres and the verification of reproducibility to achieve relevant mechanical properties. This aim is based on the knowledge of technological influences on structure and properties of fibre reinforced MMC. And so activities are focussed on the evaluation of the influence of process functions on structure and mechanical properties of prepregs and compacted MMC. The comparison between structure and properties is necessary to describe the correlation function of composite material. Furthermore the application of different correlation models (“Shear Lag”, “Grenzwert- Modellkonzept“, “EIAS”) to describe the influence of composite structures on strength and Young`s modulus is necessary to compare theoretical results with those of relevant experiments. The object is a critical quantification of the influence of real structure parameters compared with those of a model defined structure. In view of the described aim it is shown that the described technology to manufacture long fibre reinforced MMC is applicable for preparation of carbon fibres (HTA 5131) with low diameter and high flexibility and metal matrix (AlSi5) to prepregs and compact composites. The comparison of simulated and experimental results is the base for verification of different process models. So it is possible to describe and optimize the process function and moreover to minimize the number of technological experiments. After optimization specified models are a good base to achieve a high level of stability and reproducibility for all steps in prepreg technology