Techniklexikon

Kompositmaterialien

Verbundmaterialien, Stoffe, die aus einem Matrix- und einem Füllstoffmaterial (Grundbestandteile) bestehen und im Verbund Eigenschaften besitzen, die sich von denen der Grundbestandteile wesentlich unterscheiden. Im Gegensatz zu Legierungen behalten aber beide Grundbestandteile ihre ursprüngliche kristalline oder amorphe Struktur. Die Eigenschaften der Kompositmaterialien werden bestimmt von den Eigenschaften der Grundbestandteile, der geometrischen Anordnung der beiden Komponenten und den zum Teil auftretenden komplexen Grenzflächenreaktionen.

Kompositmaterialien können sowohl nach dem verwendeten Matrixmaterial (Metall-Matrix-Komposite, Keramik-Matrix-Komposite, Polymer-Matrix-Komposite), nach der Art des Füllmaterials (Fasern, Flocken, Partikel) oder auch nach der geometrischen Anordnung der beiden Grundbestandteile (gefüllte Komposite, Laminate) eingeteilt werden.

Den Anteil des Füllmaterials am Gesamtvolumen bzw. an der Gesamtmasse beschreibt der Volumen- bzw. Massenfüllfaktor f. Bei der Einlagerung von leitfähigen Materialien (Russ, Metalle) in isolierende Materialien kommt es nach dem Erreichen eines kritischen Füllfaktors (Perkolationsschwelle f_c) zu einer sprunghaft erhöhten elektrischen Leitfähigkeit, die sich bei weiterer Erhöhung des Füllstoffanteils an die des Füllmaterials annähert. Der Wert für f_c ist dabei von der Geometrie und der räumlichen Anordnung des Füllmaterials abhängig und kann bis etwa 5 % abgesenkt werden (z.B. für russgefüllte Polymere).

Durch die anisotropen mechanischen Eigenschaften besitzen faserverstärkte Kunststoffe (Polymere, Harze) eine grosse technische Bedeutung. Die Fasern können aus verschiedenen Materialien bestehen (Kohle, Polymer, Glas, Bor, Siliciumkarbid, Metalle) sowie zufällig oder gerichtet eingelagert werden. Nach der Faserlänge werden Kurz-, Lang- und Endlosfasern unterschieden.

Faserverstärkte Polymere weisen z.T. wesentlich höhere mechanische Festigkeiten und Steifigkeiten auf als die konventionellen Konstruktionsmaterialien Stahl und Aluminium und sind daher wichtige Konstruktionswerkstoffe im Automobil- und Flugzeugbau sowie bei der Herstellung von Sportgeräten.

Kompositmaterialien: Rasterelektronenmikroskopische Abbildung eines glasfasergefüllten Polyamid-Kunststoffs.