Infiltration in der Werkstoffherstellung und -modifikation

Infiltration bezeichnet das gezielte Eindringen eines flüssigen oder gasförmigen Stoffes in ein poröses Festkörpergerüst, um dessen Mikrostruktur, Zusammensetzung und Eigenschaften zu modifizieren. Treibende Mechanismen sind Kapillarkräfte, äußere Druckdifferenzen sowie chemische Reaktionen zwischen Infiltrat und Substrat.

In der Metallerzeugung und -verarbeitung wird Druckinfiltration (inkl. Gasdruckinfiltration und lokaler Druckinfiltration) eingesetzt, um poröse Preforms, z. B. keramische Faservorstufen oder metallische Schäume, mit Metallschmelzen zu füllen. Dies ermöglicht hochbelastbare Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe. Laserassistierte Metall-Mikroinfiltration erlaubt eine lokal hochaufgelöste Befüllung feinster Poren und Kanäle.

In der Keramiktechnologie ist die flüssige Siliziuminfiltration (Flüssigsilizierverfahren, Flüssig-Silizierverfahren) zentral für die Herstellung von SiC-basierten Verbundkeramiken: Flüssiges Si reagiert mit einem kohlenstoffhaltigen Preform zu SiC, wobei das ursprüngliche Porennetzwerk weitgehend geschlossen wird. Das Infiltrationsverhalten wird hierbei durch Porengrößenverteilung, Benetzbarkeit und Reaktionskinetik bestimmt.

Bei der Polymerinfiltration werden Polymerschmelzen oder -lösungen in poröse Substrate (z. B. Nanoporen, Faserverbunde) eingebracht, um mechanische, elektrische oder Barriereeigenschaften zu steuern. Die chemische Gasphaseninfiltration (CVI) nutzt reaktive Gase, die in das Porennetz diffundieren und dort unter definierten Bedingungen zu einer Festphase zersetzen; so entstehen dichte C/C- oder CMC-Verbundwerkstoffe mit kontrollierter Porosität.

Insgesamt ist die Infiltration eine Schlüsselmethode zur gezielten Einstellung von Dichte, Phasenverteilung, Grenzflächen und Funktionalität poröser Werkstoffe.

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