{"id":3196,"date":"2022-08-04T09:00:00","date_gmt":"2022-08-04T07:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/?p=3196"},"modified":"2022-08-04T09:06:08","modified_gmt":"2022-08-04T07:06:08","slug":"herz-gebrochen-nicht-mit-keramischen-faserverbundwerkstoffen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.uni-bremen.de\/scienceblog\/2022\/08\/04\/herz-gebrochen-nicht-mit-keramischen-faserverbundwerkstoffen\/","title":{"rendered":"Herz gebrochen? – Nicht mit keramischen Faserverbundwerkstoffen!"},"content":{"rendered":"

von Arman Karademir & Mehmet Demir<\/em><\/p>\n

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Abbildung 1: Was, wenn dein Herz widerstandf\u00e4higer gegen Br\u00fcche w\u00e4re? [1]<\/p>\n

Das w\u00e4r\u2019s doch, Werkstoffe, die uns vor Herzbruch bewahren – Spa\u00df beiseite, nat\u00fcrlich k\u00f6nnen keramische Faserverbundwerkstoffe keinen Liebeskummer verhindern. Dennoch versprechen faserverst\u00e4rkte Keramiken im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Keramiken verbesserte Materialeigenschaften, die uns heute, aber auch in Zukunft in vielen Anwendungsgebieten neue M\u00f6glichkeiten verschaffen sollen. Lass uns ein interessantes Beispiel anschauen, um uns besser vorstellen zu k\u00f6nnen inwiefern diese Werkstoffe eingesetzt werden k\u00f6nnen.<\/span><\/strong><\/div>\n
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Wir alle kennen Autos der Oberklasse – teuer und vor allem schnell! Und was muss bei solchen Geschwindigkeiten im Vordergrund stehen? Selbstverst\u00e4ndlich die Sicherheit und dementsprechend best\u00e4ndige Bremsscheiben. An dieser Stelle weisen Bremsscheiben aus faserverst\u00e4rkten Keramiken viel bessere Best\u00e4ndigkeiten und eine \u00fcberdurchschnittlich lange Lebensdauer vor. Im Nachfolgenden wollen wir nun etwas n\u00e4her darauf eingehen, was es mit den keramischen Faserverbundwerkstoffen auf sich hat.<\/span><\/div>\n

Warum konventionelle Keramiken nicht immer zufrieden stellen<\/h3>\n

Keramiken sind nichtmetallische und anorganische Werkstoffe. Zu dieser Werkstoffgruppe geh\u00f6ren beispielsweise Steingut oder Porzellan. Die in der Industrie verwendeten Keramiken werden \u201ctechnische Keramiken\u201d genannt und wurden f\u00fcr den industriellen Einsatz optimiert. Vorteile sind hohe Hitzebest\u00e4ndigkeiten \u00fcber 1000\u00b0C, hohe mechanische Festigkeit und Korrosionsbest\u00e4ndigkeit. Sie sind jedoch auch spr\u00f6de und tolerieren keine Form\u00e4nderungen ohne einen Bruch des Materials, sie sind also weder elastisch noch plastisch verformbar. [2, 3, 4] Ein Werkstoff ist elastisch verformbar, wenn er sich von selbst wieder in die urspr\u00fcngliche Form begibt. Grund daf\u00fcr ist das Nachlassen der Kr\u00e4fte, die diese Verformung verursacht haben. Als Beispiel kann man sich ein Gummiband vorstellen, das man zieht und wieder losl\u00e4sst. Bei der plastischen Verformung hingegen kehrt der Werkstoff nicht in seine urspr\u00fcngliche Form zur\u00fcck und verbleibt stattdessen in seiner neuen Form. [5] Hier kann man sich beispielsweise eine B\u00fcroklammer vorstellen, die man auseinander biegt. Der entscheidende Nachteil bei plastisch verformbaren Werkstoffen liegt also darin, dass der kleinste Fehler oder Kratzer auf der Oberfl\u00e4che des Materials der Startpunkt f\u00fcr einen Riss sein kann, der dann in einem Bruch m\u00fcndet.<\/p>\n

Was uns keramische Faserverbundwerkstoffe versprechen<\/h3>\n

Da man Keramiken aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften weiterhin in industriellen Anwendungen einsetzen m\u00f6chte, liegt es nahe, eine L\u00f6sung f\u00fcr das spr\u00f6de Bruchverhalten der Keramiken zu finden. Hierf\u00fcr wurde mittels verschiedenster Ans\u00e4tze versucht, dieses Verhalten zu verbessern. Ein Beispiel ist das sogenannte \u201eWhiskern\u201c, bei dem sehr feine und feste Fasern in die Keramik eingebettet werden. Das Whiskern hat sich jedoch durch eine zu geringe Erh\u00f6hung des Risswiderstandes, nicht bew\u00e4hren k\u00f6nnen. [6] Einen vielversprechenden Ansatz stellen hingegen keramische Faserverbundwerkstoffe dar. Die Idee dabei ist, \u00e4hnlich wie beim Whiskern, Fasern zur Verst\u00e4rkung in die Keramik einzubetten, allerdings handelt es sich dabei um sogenannte \u201cLangfasern\u201d aus Keramik. Erst der Einsatz dieser keramischen Langfasern hat folgende Eigenschaften hervorgerufen:<\/p>\n