Der Arbeitskreis Verstärkung keramischer Werkstoffe (AK Verstärkung) traf sich am 3. März bei Schunk Kohlenstofftechnik GmbH. Am 1. März hatten sich bereits 25 Doktorandinnen und Doktoranden aus ganz Deutschland zum internen Meinungsaustausch getroffen. Neue Leiterin des Doktoranden-Arbeitskreises ist Katrin Bock vom Lehrstuhl Materials Engineering am Institut für Materials Resource Management der Universität Augsburg (MRM). Sie ist Nachfolgerin von Tobias Schneider (MRM), der den Doktoranden-AK in den letzten Jahren sehr erfolgreich geleitet hat. An dieser Stelle herzlichen Dank an Katrin Bock und Tobias Schneider für ihr großes Engagement.
Beim AK Verstärkung wurden dieses Mal drei Projekte vorgestellt, die im Rahmen des Calls „Hochleistungsmaterialien für effiziente umweltfreundliche Antriebssysteme – HoMAS“ vom BMBF gefördert und vom Projektträger in Jülich (PtJ) koordiniert wurden. Die über 65 Teilnehmerinnen und Teilnehmer vor Ort und die knapp 40 online Zugeschalteten beteiligten sich rege an Diskussionen über die Vortragsthemen.
Nach der Begrüßung durch Dietmar Koch berichteten Gilvan Barroso (Rauschert Heinersdorf-Pressig GmbH), Tobias Neuwald (Fraunhofer IPK) und Arne Rüdinger (Fraunhofer ISC/HTL) über das Projekt doMiGat (Dense oxide ceramic CMC components for micro gas turbine applications). Hier wurden neue oxidische Faserverbundwerkstoffe mit dichter Matrix entwickelt. Die Matrixverdichtung erfolgte durch den Einsatz von RBAO (Reaction Bonded Aluminum Oxide) sowie durch die Nachinfiltration mit Glasfritten und SiOC-basierten Harzsystemen. Zudem wurden Yttriumsilikat und AlPO4 zur Faserbeschichtung eingesetzt, um trotz dichter Matrix ein bruchzähes Verhalten zu gewährleisten. Da die so hergestellten CMC-Bauteile nicht über eine ausreichende Konturgenauigkeit verfügen, wurde zusätzlich eine Yttrium-basierte Bauteilbeschichtung über thermisches Spritzen entwickelt. Ziel war es, diese Pufferschicht im Nachgang mechanisch zu bearbeiten, um damit ein endkonturgetreues Zielbauteil herzustellen.
Jörg Hohe (Fraunhofer IWM), Johanna Schmidt (Schunk Kohlenstofftechnik GmbH) und Fabia Süß (DLR-BT) stellten das Projekt CMC TraTurb (CMC-Tragstrukturen im Heissgasbereich von Gasturbinen) vor. In diesem Projekt wurde ein Schädigungsmodell entwickelt, um das nichtlineare anisotrope Spannungs-Dehnungs-Verhalten von keramischen Faserverbundwerkstoffen zu beschreiben. Mit Hilfe einer statistischen Schädigungssimulation auf Faser-Matrix-Level wurde der Einfluss von Faservolumengehalt und Inhomogenitäten simuliert und für die Vorhersage makroskopischer Eigenschaften genutzt. Ein weiterer Schwerpunkt im Projekt war die Entwicklung von SiC/SiC über die Prepreg-Route. Dazu wurden Faserrovings mit Schlickern infiltriert und über Wickeln zu unidirektionalen Prepregs verarbeitet. Die generischen Bauteile wurden im Autoklav vernetzt und anschließend pyrolysiert und siliziert. Durch Schlickeroptimierung konnte der Si-Gehalt nach der Silizierung minimiert werden. Am DLR wurden SiC/SiC-Werkstoffe über die Kombination der Herstellverfahren Polymerinfiltration und Pyrolyse (PIP) sowie Flüssigsilizierung (LSI) hergestellt. Durch Variation der Phenolharz-Precursoren und der Si-Legierungen konnte eine nahezu vollständige Konvertierung der Matrix zu SiC erreicht werden. Die erzielten Werkstoffe zeigten zudem ein verbessertes linear-elastisches Verhalten mit höherem Proportional Limit.
Kay Jäger (BJS Ceramic GmbH), Fabia Süß (DLR-BT), Johanna Schmidt (Schunk Kohlenstofftechnik GmbH), Arne Rüdinger (Fraunhofer ISC/HTL) und Lukas Zulauf (Schunk Kohlenstofftechnik GmbH) stellten abschließend das Projekt CMC TurbAn (CMC optimization for turbine applications) vor. Dieses Projekt hatte zum einen das Ziel, die SiC-Matrix durch die Kombination der Herstellverfahren chemische Gasphaseninfiltration (CVI) mit PIP bzw. LSI zu verbessern. Dazu wurden die Fasern mit BN und SiC in unterschiedlicher Dicke beschichtet, um eine Faserschädigung in den einzelnen Herstellschritten zu vermeiden und gleichzeitig die mechanischen Zieleigenschaften der Verbundwerkstoffe zu erreichen. Zudem wurden Korrosionsschutzschichten auf Basis von HfO2 und Si bzw. Yb-Silikat entwickelt, um die SiC/SiC-Werkstoffe gegen Oxidation und Korrosion zu schützen.
Die nächsten Treffen des Doktoranden-Arbeitskreises und des Arbeitskreises Verstärkung finden traditionell donnerstags und freitags am 12. und 13. Oktober 2023 beim DLR in Köln statt. Die Organisation für den Herbst-AK übernimmt dankenswerterweise die DGM. Falls der Wunsch besteht, die Treffen im Jahr 2024 an anderen Wochentagen stattfinden zu lassen, kontaktieren Sie gerne Dietmar Koch (dietmar.koch@uni-a.de).
Zum Arbeitskreis Verstärkung keramischer Werkstoffe
Der Arbeitskreis Verstärkung keramischer Werkstoffe (AK Verstärkung) ist ein Gemeinschaftsar-beitskreis der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM), der Deutschen Keramischen Gesellschaft (DKG) und des Ceramic Composites des Composites United. In seiner jetzigen Form findet der AK Verstärkung seit 1994 regelmäßig statt und wird seit 2007 von Prof. Dr.-Ing. Dietmar Koch, Institut für Materials Resource Management (MRM), Universität Augsburg, geleitet. Der AK Verstärkung verfolgt das Ziel, die Firmen, Forschungseinrichtungen und Universitäten zusammenzubringen, die auf dem Gebiet der keramischen Faserverbundwerkstoffe aktiv sind. Bei den Treffen werden wissenschaftliche Vorträge gehalten und im Plenum intensiv diskutiert. Gleichzeitig dienen die Veranstaltungen auch der Anbahnung von Projekten und Kooperationen. Der AK Verstärkung trifft sich in der Regel zwei Mal im Jahr, Anfang März und Anfang Oktober.
Die nächsten Treffen des Doktoranden-Arbeitskreises und des Arbeitskreises Verstärkung finden am 12. und 13. Oktober 2023 beim DLR in Köln statt. Des Weiteren plant der Doktorandenarbeitskreis des Ceramic Composites in den nächsten Monaten einen mehrtägigen Workshop zur weiteren Vernetzung.
Kontakt
Arbeitskreis Verstärkung: Prof. Dr.-Ing. Dietmar Koch (dietmar.koch@uni-a.de)
Doktorandenarbeitskreis: Katrin Bock (katrin.bock@uni-a.de)
