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Syntaktische Magnesiumschäume sind neuartige zellulare Verbundwerkstoffe aus keramischen Mikrohohlkugeln, eingebettet in eine Matrix aus Magnesiumlegierungen. Sie weisen ein hohes Leichtbaupotenzial auf. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit durchgeführte Werkstoff- und Prozessentwicklung umfasst ihre schmelzmetallurgische Herstellung, die Aufklärung ihrer zellularen Struktur sowie ihre Charakterisierung im einachsigen Druckversuch. Prozessparameterstudien und Berechnungen zu den thermischen Prozessgrenzen sowie zum Infiltrationsdruck dienen einem besseren Verständnis des entwickelten Infiltrationsgießprozesses. Im Mittelpunkt der Werkstoffcharakterisierung steht der Einfluss der Komponenten auf den Versagensmechanismus bzw. die Verbundeigenschaften wie Dichte, Porosität, Druckfestigkeit oder Energieabsorptionsvermögen. Darauf aufbauend wird ein neues Materialmodell zur analytischen Beschreibung der Druckfestigkeit syntaktischer Schäume vorgestellt. Syntactic magnesium foams are cellular composite materials made of thin-walled hollow ceramic microspheres embedded in a matrix of magnesium alloys. They offer a high potential for lightweight construction. The material and process development carried out within the framework of this thesis involved the fabrication of these innovative cellular composites using an infiltration casting technique, the determination of their cellular structure as well as their mechanical characterization in uniaxial compression tests. Process parameter studies as well as calculations concerning thermal process limits and infiltration pressure conduced to a better understanding of the casting process. The material characterization focused on the contribution of the individual components to the observed failure mechanism and composite properties like density, porosity, compressive strength or energy absorption capacity. On this basis, a new material model for the analytical description of the compressive strength of syntactic foams is presented. |
