The introduction of ceramics into the market of wood cutting tools has failed so far due to the generally low toughness of ceramics which is causing brittle failure of the cutting edge. A feasibility study showed that Si3N4/SiC composites with fine elongated β-Si3N4 grains are a promising material for industrial wood machining and outperform commercial standard tungsten carbide tools in terms of lifetime. However, they were produced by hot pressing followed by very costly diamond cutting and grinding. The costs associated with the above production route are too high for an industrial viability. In this thesis Si3N4/SiC composites suitable for industrial wood milling are produced by a near net shape processing route including gas pressure sintering. These newly developed tools show less abrasive wear and consequently twice as long lifecycles than commercial standard tungsten carbide tools. Microscopic properties determine the performance of the Si3N4/SiC cutting tools. Therefore, an adequate selection of sintering additives is crucial. 12 wt% sintering additives are included in the composite as a combination of Al2O3 and the refractory oxides La2O3 and Y2O3. Important for the production of effective Si3N4/SiC wood cutting tools is the formation of a partly crystalline silicate phase within the multiple grain junctions during the final treatment by hot isostatic pressing. The use of MgO as a sintering additive for facilitating the densification of the Si3N4 ceramics inhibits the formation of the favourable silicate phase and must be avoided for the production of these wood cutting tools.

Techn. Universiẗat, Diss., 2002--Darmstadt.

Das in Verbundwerkstoffen auftretende Ablösen des Matrixwerkstoffs vom Füllstoff wird an einer Probe mit einem einzelnen Einschluss unter besonderer Berücksichtigung der Matrix-Füllstoff-Anbindung untersucht. Die verwendete Messtechnik zeichnet sich durch eine direkte, berührungslose, zeit- und ortsaufgelöste (2-D) Erfassung des Ablöseprozesses aus. Des Weiteren ist eine direkte Zuordnung zwischen den makroskopischen Messgrößen (Spannung und Dehnung) und dem lokalen Ablösezustand gegeben. Das Versuchsregime umfasst monotone Zugversuche und Relaxationsexperimente. Darüber hinaus wurde das Zeitverhalten der Ablösung anhand mikroskopischer Aufnahmen ausgewertet. Das Ablösen der Matrix vom Glaskörper wird im Detail analysiert. Das Abklingverhalten der durch den Füllstoff und die Ablösung im Matrixwerkstoff verursachten Störung wird mit dem Verfahren der Grauwertkorrelation untersucht.

Der Beitrag analysiert die Verbindung der Einzelschichten von Holz-Pappe-Sandwichelementen mittels Scherversuch sowie deren Materialeigenschaften im 3- und 4-Punkt-Biegeversuch. Ziel der Analysen ist eine Klassifizierung des Eigenschaftsspektrums für potentielle Anwendungsfelder in tragenden Strukturen des Maschinenbaus.

Das Ziel der Arbeit bestand in der Funktionalisierung eines etablierten Werkstoffsystems, um diesem neben den gewünschten Eigenschaften neue Eigenschaften und damit neue Funktionen und Einsatzmöglichkeiten zu erschließen. Als Basis wurden langfaserverstärkte Gläser gewählt, zu deren Funktionalisierung Grundlagenuntersuchungen in zwei verschiedenen Richtungen unternommen wurden. Auf der einen Seite wurden die elektrischen Eigenschaften der ursprünglich nur zur Verstärkung der Glasmatrix eingesetzten Siliciumcarbidfasern ausgenutzt, um mit deren Hilfe eine Schadensvorhersage des gesamten Verbundwerkstoffs aufgrund einer mechanischen Beanspruchung oder einer thermischen Belastung zu bekommen. Auf der anderen Seite wurde durch eine gezielte Änderung des Verstärkungsmaterials versucht, ein lichtdurchlässiges faserverstärktes Glas zu erhalten. Im Hinblick auf eine Faserverstärkung bei gleichzeitiger Erhaltung der Transluzenz des Matrixglases wurden unterschiedliche Quarzglasfasertypen und Faserbeschichtungen erprobt.

Die Längsbiegefestigkeit von kohlenstofffaserverstärktem Reinmagnesium konnte durch eine geeignete Nanostrukturierung der Bornitridgrenzschichten von 1140 auf 1620 MPa erhöht werden. Diese optimale Nanostrukturierung zeichnet sich dadurch aus, dass die atomaren Basisebenen des hexagonalen Bornitrids an den Grenzflächen zu den C-Faserfilamenten parallel zu deren Oberfläche verlaufen und an der Grenzfläche zur Matrix turbostratisch verknäult sind, wodurch einerseits an der inneren Grenzfläche die Haftung moderat eingestellt wird und andererseits an der äußeren Grenzfläche eine gute mechanische Verzahnung zwischen Schicht und Matrix besteht. Somit lässt diese Texturierung mikromechanische Versagensprozesse zu, wie z. B. energiedispersives Filamentdebonding und Abbau von Spannungskonzentrationen an den Rissspitzen, die eine weitgehende Nutzung der hohen Faserfestigkeit im Verbund ermöglichen.

Zielstellung der Arbeit war es, durch umfangreiche Untersuchungen syntaktischer Metallschäume, allgemeingültige Aussagen zu treffen. Der bearbeitete Untersuchungsplan hat sich auf zwei Hauptbereiche konzentriert: Der erste Teil beinhaltet eine detallierte Untersuchung eines aus AlSi7Mg Aluminiumlegierung und KeraBims Mineralschaumgranulat gefertigten syntaktischen Metallschaums. Hierbei handelt es sich um einen, auf Grund der preiswerten Bestandteile und des unkomplizierten Herstellungsverfahrens, relativ kostengünstig produzierbaren Verbundwerkstoff. Im zweiten Teil wurde das Verformungsverhalten der aus verschiedenen Matrix- und Füllmaterialien hergestellten syntaktischen Metallschäume gegenübergestellt. Da die Anwendung poröser metallischer Werkstoffe vorzugsweise auf Druckbeanspruchung ausgerichtet ist, konzentrieren sich hier die Untersuchungen auf die Druckfestigkeit. Abschließend wurde die Herstellung eines mit Metallschaum-Dauerkern gefertigten Bauteiles beschrieben und sein dynamisches Verhalten mittels experimenteller Modalanalyse charakterisiert.

Für die Behandlung von Knochendefekten unterschiedlicher Defektgeometrien besteht ein zunehmender Bedarf an geeigneten in-situ aushärtbaren Knochenersatzmaterialien, die nach Auffüllung des Defektes formstabil, biokompatibel, mechanisch hinreichend belastbar und biodegradierbar sind. In der vorliegenden Arbeit wurden kompakte und poröse, in-situ härtende Polymer/Apatit-Kompositmaterialien auf Basis eines hydrolytisch degradierbaren Methacrylatmakromers und nanokristallinen Apatiten hergestellt. Die entwickelten Makromer/Apatit-Gemische sind bis zur vollständigen Polymerisation des Makromers von pastöser Konsistenz und können in variable Geometrien verarbeitet werden. Durch Variation der Gemischzusammensetzung können die Verarbeitungszeiten und mechanischen Eigenschaften der Komposite gezielt eingestellt werden. Die In-vitro-Kultivierungen von MC3T3-E1-Zellen auf den Kompositen zeigen, dass die Komposite nach geeigneten Nachbehandlungsschritten cytokompatibel und vielversprechende Materialien zur Auffüllung von Knochendefekten sind.

Hintergrund dieser Arbeit war die Entwicklung keramischer faserverstärkter Hochleistungswerkstoffe auf der Basis von SiC. Es wurden 2D-Faserverstärkungen eingesetzt und verschiedene SiC-Pulverqualitäten (Submicron- und Nanopulver) betrachtet. Die Infiltration der Kohlenstofffasergewebe erfolgte elektrophoretisch aus einer ethanolischen SiC-Suspension und führte im Fall des Submicronpulvers zu einer vollständigen Infiltration. Die Verbunde wurden durch Stapeln der infiltrierten Gewebe erzeugt und sowohl drucklos als auch durch Heißpressen verdichtet. Durch Heißpressen war es möglich, faserverstärkte Verbunde herzustellen, die in Abhängigkeit vom Mischungsverhältnis der SiC-Pulver und von den Herstellungsparametern signifikant unterschiedliche mechanische Eigenschaften besaßen.

Hybrid systems with two or more fiber materials were used to combine the benefits of each fiber into a single composite product. Strength and toughness optimization of hybrid thin sheet composites has been studied extensively using combination of different fiber types with low and high modulus of elasticity. Hybrid reinforcement is more significant when the reinforcing structure is in fabric geometry. Fabric structure provides full control on the exact location of each yarn and its orientation in the composite during production, thus maximizes the reinforcing efficiency. A high-strength, high-modulus fiber primarily tends to increase the composite strength with nominal improvements in toughness. A low-modulus fiber expected to mainly improve toughness and ductility. Combination of two or more types of fiber can produce a composite that is both strong and tough as compared to a mono fiber composite. The purpose of the current work was to study hybrid warp knitted fabrics as reinforcement for cementbased composite, having AR (Alkali Resistance) glass and Polypropylene (PP) as the reinforcing yarns. The examined ratios between the two different yarns were 0:100, 25:75, 50:50, 75:25, 100:0 (glass: PP, by percentage). It was found that in the hybrid system, the fracture mechanism is a superposition of the mono systems, and the tensile behavior is a combination between the two materials.