Multifunktionale Metall-C-Faser-Kunststoff-Laminate (MCFK): Modellierung und Eigenschaftscharakterisierung für schadenstolerante, leitfähige und überwachbare Leichtbauanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Balle; Professor Dr.-Ing. Ulf Breuer
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 247753290

An innovative, leistungsfähige Bauteile der Verkehrstechnik werden vielseitige, oftmals konträre Anforderungen gestellt. Sie sollen leicht, aber zugleich hoch beanspruchbar sein und darüber hinaus eine hohe Schadentoleranz besitzen. Im Rahmen des letzten Forschungsvorhabens wurden multifunktionale Laminate mit Metallfaser- und Carbon-Faserverstärkung (MCFK) hergestellt, die mehrere Funktionen in einem Verbundwerkstoff vereinen. So konnte gezeigt werden, dass insbesondere im Laminat lokal konzentrierte Metallfasern die Schadenstoleranz gegenüber reinem CFK bei gleichzeitiger Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit verbessern. Ferner wurde nachgewiesen, dass durch die Integration von metastabilen austenitischen Stahlfasern eine verformungsinduzierte Phasenumwandlung mittels Magnetsensorik zur berührungslosen Zustandsbewertung und -überwachung genutzt werden kann. Darauf aufbauend sollen im Rahmen des beantragten Vorhabens notwendige anwendungsbezogene Grundlagen und Grenzen des Hybridwerkstoffs MCFK untersucht werden. Hierzu müssen geeignete Simulationsmodelle für die relevanten mechanischen und elektrischen Laminateigenschaften aufgebaut und experimentell validiert werden. Außerdem sind Experimente zum Ermüdungs- und Impaktverhalten der Hybridlaminate als Funktion luftfahrtrelevanter Extremtemperaturen vorgesehen. Den Abschluss des Vorhabens bildet die Verifikation der neuen Erkenntnisse und Modelle durch mechanische und elektrische Auslegung eines multifunktionalen generischen Strukturelementes und dessen experimenteller Charakterisierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Tilmann Beck; Dr.-Ing. Sebastian Schmeer
• Kooperationspartner: Professor Dr. Marco Rahm