Keramischer Faserverbundwerkstoff mit nitridgebundener Siliciumnitrid-Matrix auf Basis von Schlickern

Projektbeschreibung:

Keramische Faserverbundwerkstoffe verfügen im Gegensatz zu monolithischen Keramiken über ein schadenstolerantes Bruchverhalten. Eines der Konzepte, dass zur Erreichung dieses Bruchverhaltens führt, ist das weak matrix concept, welches auf eine zeit- und kostenintensive Faserbeschichtung verzichtet. Auftretende Risse werden in einer schwachen, d.h. porösen Matrix umgelenkt, verzweigt und entlang der Faser/Matrix-Grenzfläche abgeleitet. Während dieses Konzept im Bereich der oxidischen Faserverbundwerkstoffe weit verbreitet ist, kommt es bei nicht-oxidischen Faserverbundwerkstoffen bisher nur äußerst selten zum Einsatz. In diesem Forschungsvorhaben soll ein neuartiger nicht-oxidischer Faserverbundwerkstoff für den Einsatz in sauerstofffreien Atmosphären bis 1600 °C entwickelt werden, dessen Schadenstoleranz durch das weak matrix concept erzielt wird. Als Verstärkungsfasern kommen Pech-basierte Kohlenstofffasern zum Einsatz, die schlickerbasierte Matrix besteht aus nitridgebundenem Siliciumnitrid. Das Vorhaben umfasst die ganzheitliche Betrachtung des Herstellungsprozesses von der Reaktivität der eingesetzten Pulver im Schlicker über die resultierende Grünkörperdichte, die Reaktivität bei der Nitridierung, die Faser/Matrix-Anbindung bzw. den Einfluss der Fasern auf die Nitridierung bis hin zu den Eigenschaften des Faserverbundwerkstoffs. Zudem soll in diesem Vorhaben untersucht werden, inwiefern die von oxidischen Faserverbundwerkstoffen nach dem weak matrix concept bekannten Mechanismen auf den neuartigen nicht-oxidischen Faserverbundwerkstoff übertragen werden können.

Mögliche Anwendungen des neuartigen, korrosionsbeständigen Faserverbundwerkstoffs sind Tiegel für die Silicium-Kristallzüchtung, für die Aluminium-Metallurgie, für Phasenwechselmaterial (bspw. Fe-Si-B-Schmelzen), oder für weitere Hochleistungsanwendungen wie Blei-Bismuth-Schmelzen in neuartigen Nuklearreaktoren.

Laufzeit: 08/2025 – 07/2028

Fördergeber: DFG

Ansprechpartner: Dipl. Ing. Georg Puchas