Entwicklung von Technologien für die kosteneffiziente Fertigung von HT-Komponenten und Systemen

Aufgrund der hohen Korrosions-, Temperatur- und Kriechbeständigkeit sind monolithische Keramiken und faserverstärkte Keramiken (CMC) sehr gut für den Einsatz in Hochtemperaturprozessen geeignet. Für Hochtemperatursysteme, wie z. B. Wärmeübertrager, Wärmespeicher oder Handlingwerkzeuge, werden Bauteile mit komplexer Geometrie benötigt. Komponenten aus Hochtemperaturmaterialien können hingegen meist nur in einfacher Geometrie, wie z. B. Platten oder Rohren, zu vertretbaren Kosten gefertigt werden.

Durch die Entwicklung von Fügetechniken sollen Einzelbauteile aus Hochtemperatur-Werkstoffen zu Komponenten mit komplexer Geometrie stoffschlüssig verbunden werden. Dabei liegt der Fokus auf der Verbindung von monolithischen Keramiken und CMC (Keramik-Keramik-Verbund) sowie Metall-Keramik-Verbunden. Ebenso wie die ausgewählten Werkstoffe muss die Fügung hohen Temperaturen standhalten.

Die Fügeverbindungen werden mittels FE-Simulationen ausgelegt. Für den Fügeprozess werden lokale Erwärmungsverfahren (Laser- und  Induktionsheizung) sowie Hochtemperaturöfen eingesetzt. Die Fügeparameter werden mittels Computersimulationen der Temperaturverteilung ermittelt.

Die Fügung wird an Musterbauteilen optimiert:

• Monolithische Keramiken z.B. Al₂0₃, SiSiC
• Verbundkeramiken (CMC) z.B. SiC/SiC, O-CMC
• Leichtmetalle z. B. Titan, Aluminium

Die Fügeverbindungen werden folgenden Qualitätsprüfungen unterzogen:

• Untersuchung der mechanischen und thermischen Eigenschaften
• Zerstörungsfreie Prüfung
• Mikrostrukturanalyse und Fraktographie

Mittels Fügetechniken wird ein Demonstrator hergestellt, der zur Energieeffizienz von Wärmebehandlungsanlagen beiträgt.