DE102004012990A1 - Composite material e.g. for producing ceramic-metallic, made from open-porous metal foam with its pores completely or partly filled out with material and pores of open-porous metal foam are filled of different ceramic materials - Google Patents

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Abstract

The ceramic composite material is made from an open-porous metal foam. The pores of the open-porous metal foam are filled completely or partly of different ceramic materials. The ceramic material in the pores of the open-porous metal foam is present in the form of ceramic(s) pellets. The open-porous metal foam has an arranged structure. The open-porous metal foam has a statistically unordered structure. An independent claim is included for a production method, and a use of composite material.

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Verbundwerkstoffes sowie eine Verwendung des Verbundwerkstoffes.The The invention relates to a composite material, a method of production Such a composite material and a use of the composite material.

Verbundwerkstoffe sind Kombinationen aus mindestens zwei Werkstoffen aus gleichen oder verschiedenen Gruppen. Mittels derartiger Kombinationen können Eigenschaften erreicht werden, die mit einem der Werkstoffe allein nicht oder nur mit einem wesentlichen höheren Aufwand erreicht werden können.Composites are combinations of at least two materials from the same or different groups. By means of such combinations can properties can not be achieved with one of the materials alone or only with a substantial higher Effort can be achieved.

Seit langem sind Verbundwerkstoffe aus Metall und Keramik bekannt. Keramische Werkstoffe verfügen über eine hohe Temperaturstabilität, hohe Verschleißfestigkeit, hohe Härte sowie hervorragende Oxidations- und Korrosionseigenschaften. Diese Eigenschaften sind jedoch mit einer hohen Sprödigkeit verbunden, was deren Anwendung in vielen Fällen, beispielsweise als Konstruktionswerkstoff, erschwert. Demgegenüber verfügen Metalle wie Aluminium, Kupfer, Eisen oder Legierungen dieser Metalle zwar weder über eine besonders hohe Temperaturstabilität, Verschleißfestigkeit und Härte, dafür jedoch vergleichsweise hohe Duktilität, so daß eine Kombination dieser Eigenschaften in vielen Fällen wünschenswert ist.since Composites made of metal and ceramics have long been known. ceramic Materials have one high temperature stability, high wear resistance, high hardness as well as excellent oxidation and corrosion properties. These properties are however with a high brittleness what their application in many cases, for example as a construction material, difficult. In contrast, feature Metals such as aluminum, copper, iron or alloys of these metals though neither over a particularly high temperature stability, wear resistance and hardness, but comparatively high ductility, so that one Combination of these properties is desirable in many cases.

Ein bekanntes Beispiel derartiger Keramik-Metall-Verbundwerkstoffe sind die sogenannten Cermente, die aus einer keramischen Matrix und duktilen metallischen Einlagerungen bestehen. Dabei ist die keramische Phase hauptsächlich in die metallische Phase eingebettet. Der Anteil der metallischen Phase beträgt in der Regel weniger als 20 Gew.-%. Entgegen der damaligen Erwartungen wiesen diese Verbundwerkstoffe zumeist sehr unbefriedigende mechanische Eigenschaften auf. Diese „schlechten" mechanischen Eigenschaften resultieren aus dem Herstel lungsverfahren, bei dem die Keramik durch Sintern hergestellt wurde, was zu einem Ausschwitzen der Metalle aus dem Formkörper führte.One well-known example of such ceramic-metal composites the so-called Cermente, which consists of a ceramic matrix and ductile consist of metallic deposits. Here is the ceramic phase mainly embedded in the metallic phase. The proportion of metallic Phase is usually less than 20 wt .-%. Contrary to the expectations at the time These composites mostly had very unsatisfactory mechanical properties Properties on. These "bad" mechanical properties result from the manufac turing process in which the ceramic by Sintering was produced, causing a sweating of the metals from the molding led.

In der Folgezeit wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um Keramik-Metall-Verbundkörper mit verbesserten mechanischen Eigenschaften herstellen zu können. Zu diesem Verfahren gehört beispielsweise die Infiltration poröser keramischer Vorformen mit flüssigem Metall, die unter Umständen unter Druck erfolgen muß, um die Keramik mit nicht benetzendem Metall infiltrieren zu können. Die so erhaltenen Keramik-Metall-Verbundwerkstoffe bestehen aus einer keramischen Matrix, in die eine durchdringende metallische Phase eingebettet ist, so daß diese Verbundwerkstoffe richtiger als Metall-Keramik-Verbundwerkstoff zu bezeichnen sind.In In the aftermath, various methods have been developed to use ceramic-metal composites to be able to produce improved mechanical properties. To belongs to this method For example, the infiltration of porous ceramic preforms with liquid Metal, under circumstances must be under pressure, to infiltrate the ceramic with non-wetting metal. The Thus obtained ceramic-metal composites consist of a ceramic matrix into which a penetrating metallic phase is embedded so that this Composite materials more accurate than metal-ceramic composites to be designated.

Allerdings sind auch diese Verbundwerkstoffe aufgrund ihres Aufbaus nur beschränkt für Anwendungen geeignet, die eine sehr hohe Elastizität und eine sehr hohe Härte erfordern, wie dies beispielsweise bei Wänden zum Schutz gegen militärische Hohlladungen und Wuchtgeschossen erforderlich ist.Indeed Because of their structure, these composites are also limited to applications suitable, which require a very high elasticity and a very high hardness, as for example with walls for protection against military shaped charges and balancing bullets is required.

Bei einer Hohlladung handelt es sich um eine trichterförmige gegossene Sprengladung, die mit einem Kupfermantel umgeben ist. Beim Zünden der Sprengladung entwickelt sich in sehr kurzer Zeit ein langgestreckter Feuerstachel, der mit seiner hohen Energieübertragung und einem großen Staudruck Panzerstahl, Beton und Mauerwerk ohne weiteres bis zu einer Dicke von 0,5 m durchschlägt.at a hollow charge is a funnel-shaped cast Explosive charge surrounded by a copper mantle. When igniting the explosive charge develops in a very short time an elongated fire spike, the one with its high energy transfer and a big one Back pressure tank steel, concrete and masonry easily up to a thickness of 0.5 m breaks through.

Aus DE 39 24 267 ist eine Anordnung zur Verwendung als Schutz gegen Geschosse bekannt. Diese Anordnung umfaßt ein flächiges Element, das aus einem Keramik-Metall-Verbundwerkstoff hergestellt ist, der durch Infiltration einer porösen keramischen Struktur mit einem schmelzflüssigen Metall erhalten wurde, wobei der keramische Werkstoff eine Porosität von 5 bis 30 % aufweist und das Metall ca. 80 % des Porenvolumens ausfüllt. Der Keramik-Metall-Verbundwerkstoff soll bei geringem Gewicht und hoher Härte eine bessere Zähigkeit als rein keramische Schutzelemente aufweisen. Der offenbarte Werkstoff kann durch wasserstabilisiertes Plasmaspritzen der keramischen Struktur; Einbringen der keramischen Struktur in eine geschlossene Form; Evakuieren der Form; und Infiltrieren einer unter Druck stehenden Metallschmelze hergestellt werden. Besonders gute mechanische Eigenschaften werden bei einem mehrschichtigen Aufbau des Schutzelementes erzielt, wobei dies ferner die Herstellung des Werkstoffes erleichtern soll. Die guten mechanischen Eigenschaften werden also nur dann erreicht, wenn sehr spezielle Bedingungen eingehalten werden, insbesondere die Poren nur teilweise gefüllt werden und ein aufwendiges Herstellungsverfahren angewendet wird.Out DE 39 24 267 An arrangement for use as a projectile protection is known. This arrangement comprises a sheet member made of a ceramic-metal composite obtained by infiltrating a porous ceramic structure with a molten metal, the ceramic material having a porosity of 5 to 30% and the metal about 80% % of the pore volume fills. The ceramic-metal composite material should have a better toughness than pure ceramic protective elements with low weight and high hardness. The disclosed material can be obtained by water-stabilized plasma spraying of the ceramic structure; Introducing the ceramic structure into a closed mold; Evacuation of the mold; and infiltrating a molten metal under pressure. Particularly good mechanical properties are achieved in a multi-layer structure of the protective element, which also should facilitate the production of the material. The good mechanical properties are therefore only achieved if very specific conditions are met, in particular the pores are only partially filled and a complex manufacturing process is used.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff mit vergleichsweise niedrigem Gewicht, hoher Härte und hoher Zähigkeit angegeben werden. Ferner sollen ein Verfahren zu dessen Herstellung sowie eine Verwendung eines derartigen Verbundwerkstoffes angegeben werden.task The invention is therefore the disadvantages of the prior art to eliminate. It is intended in particular a metal-ceramic composite material with comparatively low weight, high hardness and high toughness be specified. Furthermore, a method for its production and a use of such a composite indicated become.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 14, 15 und 20 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13, 16 bis 19 sowie 21.These The object is solved by the features of claims 1, 14, 15 and 20. Advantageous embodiments emerge from the features of claims 2 to 13, 16 to 19 and 21st

Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff aus einem offenporigen Metallschaum vorgesehen, dessen Poren vollständig oder teilweise mit zumindest einem keramischen Werkstoff ausgefüllt sind. Der erfindungsgemäße Werkstoff verfügt über ein niedriges Gewicht, eine hohe Härte und eine hohe Zähigkeit. Außerdem läßt er sich, wie nachstehend erläutert wird, vergleichsweise einfach herstellen.According to the invention, a metal-ceramic composite material of an open-cell metal foam is provided, the pores full constantly or partially filled with at least one ceramic material. The material of the invention has a low weight, high hardness and high toughness. In addition, as explained below, it can be produced comparatively easily.

Der offenporige Metallschaum kann aus jedem geeigneten Metall oder jeder geeigneten Metallegierung gebildet sein, die die Herstellung offenporiger Schaumstrukturen zuläßt. Bevorzugt sind Metalle und Metallegierungen aus Aluminium. Zudem sind besonders Metalle mit hohem Flächengewicht wie Zinn, Stahl, Edelstahllegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen geeignet.Of the open-pored metal foam can be made of any suitable metal or any be formed suitable metal alloy, the production of porous Foam structures allows. Prefers are metals and metal alloys made of aluminum. In addition, special High basis weight metals such as tin, steel, stainless steel alloys, copper and copper alloys suitable.

Die Porengrößen sowie der Anteil der Poren in dem offenporigen Metallschaum beträgt 1 bis 6 mm; besonders bevorzugt sind 20 ppi mit ca. 2 mm Porengröße. Der Porenanteil beträgt ca. 80 bis 90 %.The Pore sizes as well the proportion of pores in the open-pored metal foam is 1 to 6 mm; Particularly preferred are 20 ppi with about 2 mm pore size. Of the Pore content is about 80 to 90%.

Sind die Poren des offenporigen Metallschaums nur teilweise mit keramischem Werkstoff gefüllt, so ist der keramische Werkstoff in dem offenporigen Metallschaum vorzugsweise derart verteilt, daß der keramische Werkstoff aus Hohlkugeln besteht oder geschäumte Keramik eingesetzt wird.are the pores of the open-pored metal foam only partially with ceramic Material filled, such is the ceramic material in the open-cell metal foam preferably distributed such that the ceramic material consists of hollow balls or foamed ceramic is used.

Der keramische Werkstoff wird vorzugsweise aus der Gruppe gewählt, die besonders hohe Härte umfaßt. Besonders bevorzugt ist Al2O3 und SiC.The ceramic material is preferably selected from the group comprising particularly high hardness. Particularly preferred is Al 2 O 3 and SiC.

Die Poren des offenporigen Metallschaums können vollständig oder teilweise mit zwei voneinander verschiedenen keramischen Werkstoffen ausgefüllt sein. Vorzugsweise liegt der keramische Werkstoff in den Poren des offenporigen Metallschaums in Form von Keramikpellets vor. Die Keramikpellets haben einen Durchmesser, der ca. 50 % unter der Porengröße des Metallschaums liegt, um mechanisches Einrütteln zu ermöglichen.The Pores of the open-pore metal foam can be completely or partially with two be filled by different ceramic materials. Preferably, the ceramic material is in the pores of the open-pored Metal foam in the form of ceramic pellets in front. The ceramic pellets have a diameter that is about 50% below the pore size of the metal foam lies to mechanical shaking to enable.

Der offenporige Metallschaum kann eine geordnete Struktur aufweisen. Unter einer geordneten Struktur wird in dieser Erfindung eine geometrisch definierte Struktur verstanden. In diesem Falle sind in dem Metallschaum enthaltene Keramikpellets ausgerichtet angeordnet. Alternativ kann der offenporige Metallschaum eine statistisch ungeordnete Struktur aufweisen, d. h. es liegt kein geometrisches Grundmuster vor. In diesem Falle sind in dem Metallschaum eingebrachte Keramikpellets ebenfalls ungeordnet in dem Metallschaum enthalten. Ferner kann der offenporige Metallschaum Bereiche mit statistisch ungeordneter Struktur und Bereiche mit geordneter Struktur aufweisen.Of the open-pored metal foam may have an ordered structure. Under an ordered structure in this invention is a geometrically defined Structure understood. In this case, contained in the metal foam Ceramic pellets arranged aligned. Alternatively, the open-cell metal foam have a statistically disordered structure, i. H. it lies no geometric basic pattern. In this case are in the Metal foam introduced ceramic pellets also disordered in contained in the metal foam. Furthermore, the open-pored metal foam Areas with a statistically disordered structure and areas with have ordered structure.

In dem Metallschaum kann ein Polymer eingebettet sein. Dieses Polymer kann eine Polymermatrix in dem metallischen Werkstoff bilden. Auf diese Weise wird ein Metall-Polymer-Verbundwerkstoff erhalten, der eine weich-elastische Polymermatrix mit einem harten Kern aus einem metallischen Werkstoff wie Aluminium enthält. Das Polymer kann fest, als Schaumstoff und gradiert, d. h. mit einem Übergang von fest zu Schaum, vorliegen.In the metal foam may be embedded in a polymer. This polymer may form a polymer matrix in the metallic material. On this way, a metal-polymer composite is obtained which a soft-elastic polymer matrix with a hard core of one metallic material such as aluminum. The polymer can as a foam and graded, d. H. with a transition from solid to foam, available.

Das Polymer kann Zusätze aus Glas- und/oder Carbonfasern enthalten. Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß die mechanischen und akustischen Eigenschaften des Verbundes gezielt beeinflußt werden können.The Polymer can additives made of glass and / or carbon fibers. Advantage of this embodiment is that the targeted mechanical and acoustic properties of the composite affected can be.

In dem keramischen Werkstoff können ferner Metallpartikel eingebettet sein. Die Metallpartikel sind vorzugsweise kugelförmig. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die kugelförmigen Metallpartikel als Hohlkörper ausgebildet, um deren Gewicht zu verringern. Die Metallpartikel können beispielsweise Metallpartikel aus Chrom- und/oder Chrom-Nickel-Legierungen umfassen. Die Partikelgröße beträgt ca. 50 % der Porengröße und ist kleiner als die des Metallschaums.In the ceramic material can also be embedded metal particles. The metal particles are preferably spherical. In a particularly preferred embodiment, the spherical metal particles as a hollow body designed to reduce their weight. The metal particles can For example, metal particles of chromium and / or chromium-nickel alloys include. The particle size is about 50 % of the pore size and is smaller than the metal foam.

Ebenso wie die Metallkugeln können die Keramikpellets als Hohlkörper ausgebildet sein. Die Hohlkörper können mit einer Flüssigkeit wie Wasser oder einem Fluid gefüllt sein, das unter Belastung die Viskosität thixotrop verändert.As well how the metal balls can the ceramic pellets as a hollow body be educated. The hollow body can with a liquid like water or a fluid filled be that under load the viscosity changes thixotropic.

Eine bevorzugt Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff, der einen offenporigen Metallschaum mit ungeordneter Struktur umfaßt, in dessen Poren statistisch verteilte Keramikpellets eingebracht sind. Bei den Keramikpellets, deren Durchmesser vorzugsweise 0,5 bis 3 mm beträgt, handelt es sich bevorzugt um SiC oder Al2O3. Der offenporige Metallschaum ist mit einem Porenanteil von ca. 90 % und einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 1 bis 6 mm gebildet.A preferred embodiment of the present invention is a metal-ceramic composite material comprising an open-pored metal foam of disordered structure in the pores randomly distributed ceramic pellets are introduced. The ceramic pellets, whose diameter is preferably 0.5 to 3 mm, are preferably SiC or Al 2 O 3 . The open-pored metal foam is formed with a pore content of about 90% and an average pore diameter of 1 to 6 mm.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist ein Metall-Keramik-Verbundwerkstoff, der einen offenporigen Metallschaum mit geordneter Struktur umfaßt, in dessen Poren ein keramischer Werkstoff eingebracht ist, dem Metallkugeln zugesetzt worden sind. Bei dem keramischen Werkstoff handelt es sich vorzugsweise um oxidische Keramik. Der offenporige Metallschaum ist aus Aluminium oder Stahl mit einem Porenanteil von 80 bis 90 % und einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 1 bis 10 mm gebildet. Die Metallkugeln sind vor zugsweise aus Hartmetall, Chrom- und Wolframlegierungen und weisen einen Durchmesser von 0,5 bis 5 mm auf.A further preferred embodiment is a metal-ceramic composite, comprising an open-cell metal foam with ordered structure, in whose Pores a ceramic material is introduced, the metal balls have been added. The ceramic material is preferably oxidic ceramic. The open-pored metal foam is made of aluminum or steel with a pore content of 80 to 90 % and an average pore diameter of 1 to 10 mm educated. The metal balls are preferably made of hard metal, chrome and tungsten alloys and have a diameter of 0.5 to 5 mm up.

Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Verbundwerkstoffes vorgesehen, das folgende Schritte umfaßt:

  • (a) Bereitstellung einer retikulierten Struktur, die bevorzugt mit Wachs oder organischem Material beschichtet ist;
  • (b) Umhüllung der retikulierten Struktur gemäß (a) und Aufschüttung mit Keramikschlicker oder Keramik-Hohlkugeln mit einer Durchmesserverteilung von 10 ppi (4mm ± 25 %) und ggf. Verklebung (z. B. mittels Wasserglas oder Silikasol);
  • (c) Einbringung der retikulierten Struktur gemäß (b) oder eines Hohlkugelverbundes in eine Küvette;
  • (d) Hinterfüllen der retikulierten Struktur gemäß (c) mit Sand, bei Freihaltung des Gießkanals;
  • (e) Entfernen der Schaum-Vorstruktur durch thermische Umsetzung
  • (f) Keramik verbleibt in der Metallmatrix
  • (g) ggf. Keramik mit Harz verbinden.
In accordance with the invention there is further provided a method of making a metal-ceramic composite comprising the steps of:
  • (a) providing a reticulated structure, preferably coated with wax or organic material;
  • (b) wrapping of the reticulated structure according to (a) and filling with ceramic slip or ceramic hollow spheres with a diameter distribution of 10 ppi (4 mm ± 25%) and possibly bonding (eg using water glass or silica sol);
  • (c) introduction of the reticulated structure according to (b) or of a hollow sphere composite into a cuvette;
  • (d) backfilling the reticulated structure according to (c) with sand, with the casting channel free;
  • (e) removing the foam precursor by thermal reaction
  • (f) Ceramic remains in the metal matrix
  • (g) if necessary, connect ceramic with resin.

In einer Ausführungsform dieses Verfahrens sind folgende Schritte vorgesehen:

  • (a) Metallschaum in einen aufklappbaren Behälter einlegen
  • (b) Infiltrieren der Metallschaumstruktur mit Keramikschlicker, Keramikhohlkörper, Granulat; Ausfüllen oder Ausschäumen mit Polymer
  • (c) Verfestigen durch Trocknen, Sintern, Evakuieren mit den in (b) eingebrachten Materialien
  • (d) Entnehmen des Verbund-Werkstoffes aus dem Behälter
In one embodiment of this method, the following steps are provided:
  • (a) Place metal foam in a hinged container
  • (B) infiltrating the metal foam structure with ceramic slurry, ceramic hollow body, granules; Filling or foaming with polymer
  • (c) solidifying by drying, sintering, evacuating with the materials introduced in (b)
  • (d) removing the composite material from the container

Abgesehen von diesem Verfahren können jedoch auch weitere Verfahren, die zu dem erfindungsgemäßen Werkstoff führen, zu dessen Herstellung eingesetzt werden.apart however, this procedure can Also, other methods that lead to the material according to the invention, too its preparation are used.

Nach Maßgabe der Erfindung ist überdies die Verwendung des erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Verbundwerkstoffes als Schutz gegen Geschosse vorgesehen. Dazu wird der erfindungsgemäße Werkstoff zweckmäßigerweise als plattenförmiges Element ausgebildet. Die Ausbildung als plattenförmiges Element bietet beispielsweise den Vorteil einer leichten Montierbarkeit an metallische Außenflächen wie Panzerungen, insbesondere zwischen solchen Außenflächen und dem metallischen Werkstoff auf einfache Art und Weise (z. B. stoffschlüssig) eine Verbindung hergestellt werden kann.To proviso the invention is also the Use of the metal-ceramic composite material according to the invention intended as protection against projectiles. For this purpose, the material according to the invention expediently as a plate-shaped Element formed. The training as a plate-shaped element provides, for example the advantage of easy mountability to metallic outer surfaces such Armor, in particular between such outer surfaces and the metallic material in a simple manner (eg cohesively) made a connection can be.

Der erfindungsgemäße Werkstoff kann Bestandteil eines Verbundkörpers sein. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Werkstoff einen ersten Körper bilden, der mit zumindest einem zweiten massiven Körper über ihre aneinanderangrenzenden Verbindungsflächen verbunden ist. Der zweite massive Körper kann aus Metall, Keramik oder Kunststoff gebildet sein. Vorzugsweise ist der zweite massive Körper eine Faserverbundplatte.Of the material according to the invention can be part of a composite body be. For example, the material according to the invention can form a first body, which is connected to at least one second solid body via their abutting connecting surfaces is. The second massive body can be made of metal, ceramic or plastic. Preferably is the second massive body a fiber composite panel.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Unterseite und die Oberseite eines aus dem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff gebildeten plattenförmigen Elementes jeweils mit einer Faserverbundplatte verbunden, die an die Unterseite oder Oberseite des plattenförmigen Elementes unmittelbar angrenzt.In a preferred embodiment are the bottom and top of one of the metal-ceramic composite formed plate-shaped Elementes each connected to a fiber composite plate, the the bottom or top of the plate-shaped element immediately borders.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der massive Körper eine Deckschicht aus einem Polymer wie beispielsweise Kevlar; der offenporige Metall schaum besteht aus Aluminium mit einer Porengröße von 2 bis 3 mm und einem Porenanteil von 90 %; der keramische Werkstoff liegt in Form von Keramikpellets vor.In a further preferred embodiment is the massive body a cover layer of a polymer such as Kevlar; of the Open-cell metal foam consists of aluminum with a pore size of 2 up to 3 mm and a pore content of 90%; the ceramic material is in the form of ceramic pellets.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Verwendung als Schutz gegen Geschosse – insbesondere Wucht- oder Hohlladungsgeschosse – mit zumindest einem plattförmigen Element, das aus dem erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Verbundwerkstoff hergestellt worden ist. Vorzugsweise sind die Unterseite und die Oberseite des plattenförmigen Elementes jeweils mit einer Faserverbundplatte verbunden, die an die Unterseite oder Oberseite des plattenförmigen Elementes unmittelbar angrenzt.The The invention further relates to an arrangement for use as protection against projectiles - in particular Balanced or shaped charge projectiles - with at least one plate-shaped element, that of the metal-ceramic composite material according to the invention has been produced. Preferably, the underside and the Top of the plate-shaped element each connected to a fiber composite panel, which is attached to the bottom or top of the plate-shaped Elementes immediately adjacent.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Beispiele (1 – 4) näher erläutert.The invention will be described below with reference to several examples ( 1 - 4 ) explained in more detail.

1 zeigt einen erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff, der aus einer Deckschicht 1 (Kunststoff, Metall), der Metallschaumschicht 2 (Aluminium) und einer Metallschaumschicht 3, die gefüllt ist mit Keramik, Metall oder Kunststoff, besteht. 1 shows a composite material according to the invention, consisting of a cover layer 1 (Plastic, metal), the metal foam layer 2 (Aluminum) and a metal foam layer 3 filled with ceramic, metal or plastic.

Das zweite Beispiel (2) zeigt den Verbundwerkstoff mit einem umschließenden Metallschaum 4 aus einem sehr harten Metall (Stahl), das gefüllt ist mit duktilem Metall 5 (z. B. Bronze).The second example ( 2 ) shows the composite with an enclosing metal foam 4 made of a very hard metal (steel) filled with ductile metal 5 (eg bronze).

Unter anderem kann der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff vorteilhaft als Metallschaum, aus Aluminium mit eingelagerter Keramik (SiC), gefüllt sein. Eine diesbezügliche bevorzugte Variante der Erfindung, z. B. in Form eines Wärmetauschers mit röhrenförmigen Ausbildungen, ist in 3 dargestellt.Among other things, the composite material according to the invention can advantageously be filled as a metal foam, made of aluminum with embedded ceramic (SiC). A related preferred variant of the invention, for. B. in the form of a heat exchanger with tubular formations, is in 3 shown.

Zudem ist die vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes für den Schallvibrationsschutz möglich, wie aus 4 ersichtlich ist. Dabei besteht der strukturierte Verbundwerkstoff aus dem Metallschaum 2, der gefüllt ist mit einem geschäumten Polymer 6 (zwecks Absorption) und einer festen Bodenplatte aus Polymer 7 (zwecks Dämpfung).In addition, the advantageous application of the composite material according to the invention for the sound vibration protection is possible, as from 4 is apparent. The structured composite consists of the metal foam 2 which is filled with a foamed polymer 6 (for the purpose of absorption) and a solid base plate of polymer 7 (for damping).

Der Metallschaum ermöglicht in diesem Beispiel (aber auch sonst) die Verbindung von unterschiedlichen Polymeren. Aufgrund der Porengröße und der Eigenschaften der Bodenplatte können die gedämpfte Frequenz und die Amplitudenreaktion der Frequenz sicher bestimmt werden.The metal foam allows in this example (but otherwise) the connection of different polymers. Due to the pore size and the properties of the bottom plate, the attenuated frequency and the amplitude response of the Frequency can be determined safely.

11
Deckschicht (aus Metall oder Kunststoff)topcoat (made of metal or plastic)
22
Metallschaumschicht (bevorzugt Aluminium)Metal foam layer (preferably aluminum)
33
Metallschaumschicht gefüllt mit Keramik, Metall oder KunststoffMetal foam layer filled with ceramic, metal or plastic
44
Metallschaum aus sehr harten Metal (Stahl)metal foam made of very hard metal (steel)
55
duktiles Metallductile metal
66
geschäumtes Polymerfoamed polymer
77
feste Bodenplatte aus Polymerfirm Base plate made of polymer

Claims (21)

Metall-Keramik-Verbundwerkstoff aus einem offenporigen Metallschaum, dessen Poren vollständig oder teilweise mit zumindest einem keramischen Werkstoff ausgefüllt sind.Metal-ceramic composite material of an open-pore Metal foam whose pores completely or partially with at least a ceramic material are filled. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des offenporigen Metallschaums vollständig oder teilweise mit zwei voneinander verschiedenen keramischen Werkstoffen ausgefüllt sind.Metal-ceramic composite material according to claim 1, characterized in that the Pores of the open-cell metal foam completely or partially with two filled from each other different ceramic materials. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der keramische Werkstoff in den Poren des offenporigen Metallschaums in Form von Keramikpellets vorliegt.Metal-ceramic composite material according to claim 1 or Claim 2, characterized in that the ceramic material in the pores of the open-pored metal foam in the form of ceramic pellets is present. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der offenporige Metallschaum eine geordnete Struktur aufweist.Metal-ceramic composite material according to one of the preceding Claims, characterized in that the open-cell metal foam has an ordered structure. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der offenporige Metallschaum eine statistisch ungeordnete Struktur aufweist.Metal-ceramic composite material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the open-pore metal foam has a randomly disordered structure. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der offenporige Metallschaum Bereiche mit statistisch ungeordneter Struktur und Bereiche mit geordneter Struktur aufweist.Metal-ceramic composite material according to one of claims 1 to 3, characterized in that the open-pored metal foam areas with statistically disordered structure and having ordered structure areas. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem keramischen Werkstoff ein Polymer eingebettet ist.Metal-ceramic composite material according to one of the preceding Claims, characterized in that in the ceramic material is embedded in a polymer. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer in dem keramischen Werkstoff eine Polymermatrix bildet.Metal-ceramic composite material according to claim 7, characterized in that the Polymer forms a polymer matrix in the ceramic material. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Zusätze aus Glas- und/oder Carbonfasern enthält.Metal-ceramic composite material according to claim 7 or Claim 8, characterized in that the polymer additives Contains glass and / or carbon fibers. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem keramischen Werkstoff Metallpartikel eingebettet sind.Metal-ceramic composite material according to one of the preceding Claims, characterized in that in the ceramic material metal particles are embedded. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpartikel aus Chrom- und/oder Chrom-Nickel-Legierungen umfassen.Metal-ceramic composite material according to claim 10, characterized in that the Metal particles of chromium and / or chromium-nickel alloys include. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikpellets Hohlkörper sind.Metal-ceramic composite material according to one of claims 3 to 11, characterized in that the Ceramic pellets hollow body are. Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Hohlkörper mit einer Flüssigkeit wie Wasser oder Fluid gefüllt sind.Metal-ceramic composite material according to claim 12, characterized in that hollow body with a liquid as water or fluid are filled. Verfahren zur Herstellung eines Metall-Keramik-Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassen die Schritte (a) Bereitstellen einer retikulierten Schaum-Vorstruktur; (b) Infiltrieren der retikulierten Schaum-Vorstruktur mit dem keramischen Werkstoff; (c) Verfestigen des keramischen Werkstoffes; (d) Entfernen der Schaum-Vorstruktur aus dem keramischen Werkstoff; und (e) Infiltrieren des Körpers mit einer Metallschmelze.Method of making a metal-ceramic composite according to one of claims 1 to 13, include the steps (a) Provide a reticulated Foam pre-structure; (b) infiltrating the reticulated foam precursor with the ceramic material; (c) solidifying the ceramic Material; (d) removing the foam porosity from the ceramic Material; and (e) infiltrating the body with a molten metal. Verwendung eines Metall-Keramik-Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 13 als Schutz gegen Geschosse.Use of a metal-ceramic composite material according to one of the claims 1 to 13 as protection against projectiles. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall-Keramik-Verbundwerkstoff als plattenförmiges Element ausgebildet ist.Use according to claim 15, characterized that the Metal-ceramic composite material as a plate-shaped Element is formed. Verwendung nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Metall-Keramik-Verbundwerkstoff einen ersten Körper bildet, der mit zumindest einem zweiten massiven Körper über ihre aneinanderangrenzenden Verbindungsflächen verbunden ist.Use according to claim 15 or claim 16, characterized characterized in that Metal-ceramic composite forms a first body, with at least a second massive body over her adjoining connecting surfaces is connected. Verwendung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite massive Körper eine Faserverbundplatte ist.Use according to claim 17, characterized that the second massive body a fiber composite plate is. Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite und die Oberseite eines aus dem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff gebildeten plattenförmigen Elementes jeweils mit einer Faserverbundplatte verbunden sind, die an die Unterseite oder Oberseite des plattenförmigen Elementes unmittelbar angrenzt.Use according to claim 15, characterized that the Bottom and top of one of the metal-ceramic composite formed plate-shaped Elementes are each connected to a fiber composite plate, the to the bottom or top of the plate-shaped element immediately borders. Anordnung zur Verwendung als Schutz gegen Geschosse – insbesondere Wucht- oder Hohlladungsgeschosse – mit zumindest einem plattenförmigen Element, hergestellt aus einem Metall-Keramik-Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13.Arrangement for use as protection against projectiles - in particular Balanced or shaped charge projectiles - with at least one plate-shaped element, made of a metal-ceramic composite material according to one the claims 1 to 13. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite und die Oberseite des plattenförmigen Elementes jeweils mit einer Faserverbundplatte verbunden sind, die an die Unterseite oder Oberseite des plattenförmigen Elementes unmittelbar angrenzt.Arrangement according to claim 20, characterized that the Bottom and the top of the plate-shaped element with each a fiber composite plate are connected to the bottom or Top of the plate-shaped Elementes immediately adjacent.
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