CeramTec: Werkstoffverbund aus Metall und Keramik spart Gewicht

CeramTec: Werkstoffverbund aus Metall und Keramik spart Gewicht von CeramTec GmbH

Von: CeramTec GmbH  21.01.2011
Keywords: Automotive, Hochleistungskeramik, Technische Keramiken

Hochporöse Keramik-Vorformlinge, die sogenannten Preforms, werden beim Gießen an der zu verstärkenden Stelle des Leichtbauteils eingesetzt und von der Metallschmelze infiltriert. So kombiniert das aus Hartstoffpartikeln bestehende Trägermaterial nahtlos die Leichtigkeit des Metalls mit der Beständigkeit der Keramik. Die Funktionsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit von Preform-MMC konnte CeramTec bereits im Serienmaßstab nachweisen.


Am Anfang der Entwicklung des Werkstoffes und der anschließend jahrelangen Zusammenarbeit mit einem Stuttgarter Sportwagen-hersteller und dessen Lieferanten für Gussteile stand die Herausforderung, die Motoren verschiedener Modelle durch den Einsatz von Aluminium deutlich leichter zu machen. Die zu erwartende lokale tribologische Schwäche des Werkstoffes sollte CeramTec mit einer keramischen Lösung, die so zu diesem Zeitpunkt noch nicht existierte, ausgleichen. Daraufhin entwickelten die Ingenieure aus Plochingen den passenden Keramikwerkstoff und das entsprechende Herstellungsverfahren. Der Vorteil für den Hersteller: die entwickelten patentierten keramischen Preforms lassen sich ohne Schwierigkeiten in bereits bestehende Druckgussverfahren einbinden. So konnten die vorgefertigten porösen Bauteile ganz zielgerichtet eingesetzt werden. In diesem speziellen Projekt lokal für die Zylinderlaufflächen, dort wo die entsprechende Verschleißbeständigkeit im Material notwendig war, ohne dass der gesamte Motorblock in einem aufwendigen und teuren Verfahren verstärkt werden musste.


Diese Pionierarbeit war für CeramTec der Einstieg in eine völlig neue Form der Verbundstoffe, der kaum Grenzen gesetzt sind. Voraussetzung ist allerdings, dass die Keramik während des Gießprozesses in der Form fixiert werden kann und die Infiltration unter Druck erfolgt, damit sich Metall und Keramik perfekt und nahtlos verbinden. Außerdem muss die geforderte Geometrie der Preform keramikgerecht sein. Dann ist der keramische Werkstoff in Abstimmung mit dem Kunden auf das eingesetzte Leichtmetall frei wählbar und die keramische Größe kann variiert werden.


Auch auf anderen Anwendungsgebieten, wo zum Beispiel besondere mechanische Eigenschaften oder thermisches Dehnungsverhalten gefordert sind, können lokale MMC ihre technischen und wirtschaftlichen Vorteile ausspielen. Keramische Werkstoffe und damit auch MMC sind Maßanfertigungen. Sie lassen sich individuell zusammenstellen – je nachdem, welche Eigenschaften gefordert sind: gute Tribologie, hohe Verschleißfestigkeit, Zugfestigkeit oder Kriechbeständigkeit, ideale thermische Dehnung oder ein maßgeschneiderter E-Modul. Auch im Geräte- oder Maschinenbau, in der Luftfahrt oder beim Bau von besonders leichten Fahrrädern ist der Einsatz vorstellbar. Generell gilt: der Einsatz von Metal Matrix Composites ist immer dann in Betracht zu ziehen, wenn Gewicht gespart werden soll und ein Leichtmetall eingesetzt wird, das von vornherein lokal Eigenschaftsprobleme erwarten lässt.

Keywords: Automotive, Hochleistungskeramik, Ingenieurkeramik, Keramikwerkstoffe, Technische Keramiken