Morphologie-Zähigkeits-Korrelationen von modifizierten Epoxidharzsystemen mittels bruchmechanischer Prüfmethoden an Miniaturprüfkörpern

Epoxidharze werden aufgrund der großen Eigenschaftsvielfalt und des günstigen Preis-Leistungs-Verhältnisses für eine Vielzahl von Anwendungen u.a. in der Raumfahrt und Automobilindustrie verwendet. Weiterhin erschließen sie sich infolge ihrer sehr guten elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften immer häufiger Bereiche der Elektrotechnik und Elektronik. Eine dominante, die technische Anwendung der Epoxidharze begrenzende Eigenschaft ist die geringe Zähigkeit. So kommt es bei einer Vielzahl von technischen Einsätzen, z. B. bei thermischen Wechselbelastungen, zum vorzeitigen Versagen. Deshalb wird eine Verbesserung der Zähigkeitseigenschaften angestrebt, wofür unter wissenschaftlich-ingenieurtechnischen Gesichtspunkten die Kenntnis festigkeits- und zähigkeitsbestimmender Deformations- und Bruchmechanismen erforderlich ist. Die Bestimmung der Werkstoffeigenschaften mittels Miniaturprüfkörper erlaubt eine exaktere Wiedergabe des realen Festigkeits- und Verformungsverhaltens für kleine Bauteildimensionen, wie sie beispielsweise in der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik zum Einsatz kommen. Auch sind für die Entwicklung neuer, angepasster Werkstoffsysteme kleine Prüfkörper weniger materialintensiv. Dadurch kann eine Bewertung von Schadensfällen vorgenommen werden, auch wenn für die Herstellung von entsprechenden Prüfkörpern nur sehr geringe Werkstoffmengen zur Verfügung stehen. Das Projekt verfolgt als Hauptziel die Aufstellung von Korrelationen zwischen Struktur und dem Zähigkeitsverhalten von modifizierten Epoxidharzen. Die umfassende Bewertung der Zähigkeitseigenschaften der unterschiedlich chemisch modifizierten und mit anorganischen Teilchen gefüllten Epoxidharzsysteme erfolgt mittels miniaturisierter Kompaktzug-Prüfkörper. An einem konkreten Anwendungsfall aus dem mikroelektronischen Bereich wird an ausgewählten hochgefüllten Epoxidharz-Verbundwerkstoffen der Einfluss des Feuchtgehaltes auf das gesamte mechanisch-thermische Eigenschaftsniveau untersucht. Die experimentelle Ermittlung der bruchmechanischen Kennwerte erfolgte vorwiegend auf der Basis des LEBM-Konzeptes bei statischer Beanspruchung. Für die Registrierung der Kraft-Kraftangriffspunkt-Verschiebung und der Rissöffnung wurde ein neuartiges berührungsloses Lasermesssystem (Laser-Doppelscanner) eingesetzt. Da die präzise Vorhersage der Einsatz- und Anwendungsgrenzen von Epoxidharz-Verbundwerkstoffen wird maßgeblich durch die Verbundeigenschaften mitbestimmt. Theoretischer Ansätze können hierbei einen wesentlichen Beitrag zur Verringerung des experimentellen Aufwandes leisten.