Im monatlichen „Jour Fixe“ des Clusters CU West und Ceramic Composites des Composites United e. V. stellen sich Unternehmen und Einrichtungen aus einem Technologiefeld vor. Experten*innen führen in ein zentrales Thema aus diesem Technologiefeld ein und diskutiert das Thema mit den Teilnehmenden. In der Veranstaltung am 15. Mai 2023 wurde die Materialcharakterisierung von CMC und anderen Verbundwerkstoffen für hohen Temperaturen erörtert.
Im Rahmen des 18. Jour Fixe stellte sich folgende Unternehmen vor:
Wärmetechnische Anlagen sind aus der Industrie nicht wegzudenken. Von der thermischen Bearbeitung von Kunststoffen über die Lacktrocknung bis hin zur Lebensmittelverarbeitung gibt es unzählige Produktionsverfahren, die den Gebrauch von Industrieöfen oder Infrarotsystemen erfordern. Als Produzent von wärmetechnischen Anlagen und Dienstleister für Thermoprozesstechnik steht die IBT GmbH für höchste Qualität (Zertifizierung Qualitätsmanagement DIN EN ISO 9001:2015) und einen erstklassigen Service.
Innovativ, kompetent und serviceorientiert beschreiben das Selbstverständnis des führenden Komplettdienstleister für Wärme-, Strahlungs- und Thermoprozesstechnik. Die IBT GmbH steht für einen rundum professionellen Service – von der Erstberatung bis hin zu Dienstleistungen im After Sale.
(Referent: Dr. Robert Eder, Geschäftsführer der IBT GmbH)
WPX Faserkeramik GmbH entwickelt, fertigt und vertreibt Lösungen für industrielle Wärmebehandlung und Hochtemperaturprozesse. Das Unternehmen bietet sowohl standardisierte Halbzeuge (Platten, Gitter, Rohre) als auch kundenspezifische Lösungen an (Bauteile und Systeme), die aus Oxid-Faserverbundkeramik bestehen.
WPX verbindet die positiven Eigenschaften von Metallen und Keramik:
- thermowechselbeständig
- hochtemperaturstabil bis über 1.300 °C
- oxidations- und korrosionsbeständig
- beständig gegen metallische Schmelzen
- hohe Zug- und Biegefestigkeit
- geringes Bauteilgewicht
- duktiles, nicht-sprödes Bruchverhalten
- elektromagnetische Transparenzelektrischer Isolator
- niedrige Wärmeleitfähigkeit
- geringe Wärmekapazität
(Referent: Dr. Jürgen Göring, Entwicklung der WPX Faserkeramik)
Diskussion unter der Leitung von drei Expertinnen und Experten:
Der Bereich Hochtemperaturtechnologie bei Schunk entwickelt, fertigt und vertreibt Graphit und CFC-Faserverbundwerkstoffe für den Ofenbau. Ob Chargenträger, Heizer oder Isolationsmaterialien die Schunk Kohlenstofftechnik spezialisiert sich auf die Entwicklung von Materialien mit hoher Stabilität, hohem Widerstand in extremen Temperaturen und spezifisch designten Eigenschaften. Da sich diese bei den hohen Temperaturanwendungen der Anwender verändern, bietet Schunk nicht nur die Werkstoffe, sondern auch die Expertise in der Materialcharakterisierung im internen Zentrallabor an. Dieses umfasst neben zahlreichen Analysemethoden bei Raumtemperaturen auch Charakterisierungen bei erhöhten Temperaturen. So können neben Thermoanalysen, thermischen Untersuchungen zur Oxidationsbeständigkeit und Thermoschock auch die Veränderungen der Eigenschaften der CFC-Materialien, wie der spezifische elektrische Widerstand und der Wärmeleitfähigkeit, bis Temperaturen über 2000 °C charakterisiert werden.
(Johanna Schmidt, Entwicklung Composites der Schunk Kohlenstofftechnik)
Typische Hochtemperaturbereiche bei strukturell eingesetzten Faser-Kunststoff-Verbunden sind maßgeblich durch die Einsatzgebiete der Bauteile beeinflusst. Als obere Grenze kann dabei in der Regel die Temperatureinsatzgrenze der Matrix angesehen werden. Diese Temperaturbereiche liegen um Größenordnungen unter den Hochtemperaturbereichen der CMC. Die Prüfung typischer Faser-Kunststoff-Verbunde bei Hoch- oder Tieftemperaturen ist aufwändiger (hinsichtlich Zeit, Komplexität und Equipment) als die Prüfung bei Raumtemperatur, aber in den meisten Fällen durchführbar.
Dr. Sebastian Schmeer, Stellvertretender Leiter Bauteilentwicklung & Kompetenzfeldleiter Mechanische Charakterisierung & Modellierung am Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe
Zusammenfassung der Diskussion:
In der Diskussion wurde von Dr. Stephan Schmidt-Wimmer, Leiter Temperaturmaterialien der Ariane Group herausgestellt, dass insbesondere für die Prüfung bei hohen Temperaturen ein sehr hoher Entwicklungsbedarf besteht. Zurzeit werden oft Hochtemperaturkomponenten in anwendungsrelevanten Tests charakterisiert, die eine qualitative Eignung dieser Bauteile unter Einsatzbedingungen beschreibt (Schunk KT). Um Hochtemperaturbauteile exakt auslegen zu können, sind jedoch standardisierte Prüfungen (Zugtests) bei Temperaturen bis 1600 °C notwendig (Ariane). In einigen Forschungseinrichtungen (FhG IWM Freiburg, Uni Bremen, DLR Köln, FhG ISC-HTL Bayreuth, Uni Bayreuth) können Hochtemperaturzugtests durchgeführt werden, jedoch sind normgerechte und statistisch abgesicherte Prüfungen sehr zeit- und kostenaufwendig. Darüber hinaus sind hier noch umfangreiche methodische Entwicklungen notwendig (kalte/heiße Einspannung, Probengeometrie). Bezüglich des Standes der Technik bei internationalen Wettbewerbern konnten nur wenig konkrete Aussagen gemacht werden. In Frankreich (Uni Bordeaux, Ariane, Safran) gibt es Hochtemperaturzugtests. Eine Kooperation könnte die aktuelle Lücke schließen.
Ähnliche Probleme gibt es auch bei Tests von CFK bei tiefen Temperaturen. Auch hier sind standardisierte Prüfungen mit statistischer Absicherung notwendig. Zurzeit können hauptsächlich Druckprüfungen bis zu -150 °C realisiert werden. Wie bei den Hochtemperaturcharakterisierung besteht auch hier in der Zukunft ein erheblicher Entwicklungsbedarf.
(Dr. Hagen Klemm, Ceramic Composites)
Die Vorträge finden Sie auf unserer Plattform Carbon Connected unter: https://www.carbon-connected.de/Group/CU.West/uebersicht
Ansprechpartner für Ihre Anliegen und die Veranstaltungsreihe sind Dr. Heinz Kolz, Clustergeschäftsführer CU West: heinz.kolz@composites-united.com und Denny Schüppel, Netzwerkgeschäftsführer Ceramic Composites: denny.schueppel@composites-united.com.
