Matrixmaterial für hochleistungsfähige Verbundstrukturen: Magnesium!

Matrixmaterial für hochleistungsfähige Verbundstrukturen: Magnesium!

Magnesium ist ein faszinierendes Material mit einer Vielzahl von Eigenschaften, die es zu einem idealen Kandidaten für die Herstellung von Verbundwerkstoffen machen. Dieses leichteste strukturelle Metall vereint hohe Festigkeit mit geringem Gewicht – eine Kombination, die in vielen Industriezweigen heiß begehrt ist.

Im Vergleich zu Aluminium bietet Magnesium eine Dichte, die um etwa 33% geringer ist. Gleichzeitig kann es jedoch je nach Legierung beeindruckende Zugfestigkeiten von über 300 MPa erreichen. Diese bemerkenswerte Eigenschaft macht Magnesium zu einem vielversprechenden Material für Anwendungen, in denen Gewichtseinsparungen und gleichzeitig hohe Belastbarkeiten gefordert sind.

Herstellung von Magnesium-Matrix-Verbundwerkstoffen

Die Herstellung von Magnesium-Matrix-Verbundwerkstoffen (MgMMC) erfolgt in der Regel durch zwei Hauptverfahren:

  • Gießen:

Bei diesem Verfahren werden die Verstärkungsfasern, oft aus Kohlenstoff oder Keramik, direkt in geschmolzenes Magnesium eingelegt. Der Vorteil des Gießens liegt in seiner Einfachheit und Kosteneffizienz, insbesondere für komplexe Geometrien. Allerdings können bei diesem Verfahren ungleichmäßige Faserausrichtung und Porenbildung auftreten.

  • Pulvermetallurgie:

Hier werden Magnesiumpulver mit Verstärkungsfasern vermischt und anschließend unter hohem Druck und hoher Temperatur zu kompakten Werkstücken gepresst. Die Pulvermetallurgie ermöglicht eine präzisere Steuerung der Faserorientierung und

führt zu einer gleichmäßigeren Materialstruktur. Allerdings ist dieses Verfahren aufwendiger und kostspieliger als das Gießen.

Anwendungsbereiche von Magnesium-Matrix-Verbundwerkstoffen

Die einzigartige Kombination aus niedrigem Gewicht, hoher Festigkeit und guter Dämpfung macht MgMMC für eine breite Palette von Anwendungen interessant:

  • Automobilindustrie:

Magnesium-Verbundwerkstoffe finden Verwendung in Karosserien, Rädern, Motorblöcken und Getriebegehäusen. Durch den Einsatz von MgMMC können die Fahrzeuggewichte signifikant reduziert werden, was zu verbesserter Kraftstoffökonomie und reduzierten Emissionen führt.

  • Luftfahrtindustrie:

Die Leichtigkeit und Festigkeit von Magnesium-Verbundwerkstoffen machen sie ideal für Flugzeugbauteile wie Tragflächen, Rumpfteile und Landegestelle. Die Gewichtsreduktion in Flugzeugen kann zu erheblichen Treibstoffersparnissen und verbesserter Flugleistung führen.

  • Elektronikindustrie:

MgMMC werden auch in elektronischen Geräten eingesetzt, da sie eine gute Wärmeleitfähigkeit und elektromagnetische Abschirmung aufweisen. Beispiele sind Gehäuse für Laptops, Smartphones und andere mobile Geräte.

  • Sportartikel:

Die hohe Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis von MgMMC macht sie ideal für den Einsatz in Sportartikeln wie Fahrrädern, Golfschlägern und Tennisschlägern.

Herausforderungen und Zukunftsperspektiven

Obwohl Magnesium-Matrix-Verbundwerkstoffe vielversprechend sind, gibt es einige Herausforderungen bei ihrer Verarbeitung:

  • Korrosionsbeständigkeit: Magnesium ist anfällig für Korrosion. Daher müssen MgMMC

mit geeigneten Schutzschichten versehen werden, um ihre Lebensdauer zu erhöhen.

  • Verarbeitbarkeit: Die hohen Temperaturen, die zum Schmelzen von Magnesium erforderlich sind, können die Verarbeitung erschweren und spezielle Werkzeuge erfordern.

Die Forschung und Entwicklung im Bereich der MgMMC konzentriert sich auf die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit,

die Entwicklung neuer Verbundwerkstoffsysteme mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und

die Optimierung der Fertigungsprozesse.

Mit diesen Fortschritten sind MgMMC gut positioniert, um eine Schlüsselrolle in der Zukunft leichter und energieeffizienterer Anwendungen zu spielen.