Modelluntersuchungen zur Faserverstärkung keramischer Werkstoffe

Ein Faserverstärkungsmechanismus für spröde, insbesondere keramische Werkstoffe mit hohem Elastizitätsmodul wird theoretisch und experimentell untersucht. Ein einfache mathematischer Formalismus zur Beschreibung des Rißausbreitungsverhaltens in dementsprechend verstärkten Werkstoffen wird angegeben. Verbundwerkstoffspezifische Kenngrößen werden eingeführt. Als Modellwerkstoff für die experimentellen Untersuchungen dient Aluminiumoxid mit eingelagerten Feindrähten aus 80Ni20Cr. Der beschriebene Mechanismus ermöglicht es, die hohe Rißempfindlichkeit keramischer Werkstoffe herabzusetzen. Die Fasern müssen in der Lage sein, belastete Matrixrisse zu überbrücken. Hierzu dürfen sie nicht zu fest an die Matrix gebunden sein. Duktilität der Fasern ist günstig, aber nicht notwendig. Die Wirksamkeit des Mechanismus hängt ab von – der Grenzflächenergie und ‐reibung zwischen Fasern und Matrix, – dem Verformungs‐ und Bruchverhalten der Fasern, – dem Faserradius, – dem Volumenbruchteil der Fasern, – dem kritischen Spannungsintensitätsfaktor der Matrix, – den Abmessungen der größten Risse.Zur Werkstoffoptimierung läßt sich unter diesen Größen am leichtesten der Faseradius variieren.