SiC/SiC-Verbundwerkstoff - Entwicklung mittels mehrlagig beschichteten SiC-Fasern und wasserbasiertem Schlicker

Projektbeschreibung: SiC/SiC-Verbunderkstoffe eignen sich, aufgrund ihrer Hochtemperaturstabilität, ihrer geringen Dichte sowie aufgrund der höheren Bruchzähigkeit im Vergleich zu monolithischen Keramiken, besonders für den Langzeiteinsatz von Hochtemperatur-Leichtbauteilen. Eingesetzt wird dieser Werkstoff meist in Anwendungen mit hohen-thermomechanischen und abrasiven Belastungen, in denen Metalllegierungen oder andere Materialien nicht mehr standhalten (z. B. Luft- und Raumfahrt, Triebwerkskomponenten, Bremsscheiben, Bremsen für Aufzugsysteme). Die hohe Bruchzähigkeit und daraus resultierende Schadenstoleranz sowie die Schädigung der Fasern durch Mikrorisse kann durch zwei unterschiedliche Strategien verhindert werden: a) dem Konzept der schwachen Matrix („weak matrix composite / WMC“) und b) dem Konzept der schwachen Faser/Matrix-Grenzfläche („weak interface composit / WIC“) mittels Beschichtung.

Bei diesem Projekt soll ein neukonzipierter, dichter, siliziumfreier, oxidations- und korrosionsbeständiger SiC/SiC-Verbundwerkstoff entwickelt werden, der bei Temperaturen von über 1200 °C dauerhaft eingesetzt werden kann. Das Verfahren besteht aus drei Stufen: dem Aufbringen einer Beschichtung, der kolloidalen Herstellung eines ungesinterten Grünkörpers mittels Prepregtechnologie durch Infiltration der beschichteten Faserhalbzeuge mit einem wässrigen SiC-Schlicker und der anschließenden Flüssigphaseninfiltration mit Silizium. Durch die Flüssigphaseninfiltration reagiert das Silizium mit dem Kohlenstoff, wodurch eine dichte und homogene SiC-Matrix gebildet wird. Die Beschichtung kann die Risseinleitung in die Faser unterdrücken und durch die dichte Matrix die Faser vor Oxidation und Korrosion geschützt werden.

Laufzeit: 07/2017 – 12/2020

Fördergeber: DFG

Projektpartner: TU-Chemnitz – Professur für Physikalische Chemie

Ansprechpartner: Georg Puchas