Abgeschlossenes Förderprojekt

Entwicklung einer Beschichtung von keramischen Kurzfasern (FRG-3D)

Motivation

Process-Flow für die Herstellung von SiC-Kurzfasern
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Process-Flow für die Herstellung von SiC-Kurzfasern sowie für die anschließende Beschichtung der Fasern

Gesamtziel des Verbundprojektes ist die additive Fertigung von faserverstärkten SiC/SiC und C/SiC Bauteilen mit deutlichen Eigenschafts- und Umweltvorteilen gegenüber konventionell prozessierten Keramiken. Dafür werden fasergefüllte Granulate zur additiven Fertigung von Kurzfaser-verstärkten Preformen entwickelt, welche durch reaktive Infiltration mit schmelz-flüssigem Silizium zu komplexen CMC (Ceramic Matrix Composites)-Strukturen weiterprozessiert werden. Kurzfaser- bzw. partikelverstärkte CMC mit isotropen Eigenschaften eignen sich insbesondere zur Herstellung von geometrisch komplizierten, aber kompakten Bauteilen, die hohen Belastungen in unterschiedlichen Lastkombinationen und Lastrichtungen sowie zusätzlich sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind Beschläge aller Art sowie Düsen, Brennkammern, Turbinenteile, Bremsscheiben, Hochtemperaturventilatoren oder Strukturteile für Optiken.

Zielsetzung

Mantelfläche einer SiC-Kurzfaser mit 2-facher Bornitrid-Beschichtung
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Mantelfläche einer SiC-Kurzfaser mit 2-facher Bornitrid-Beschichtung: Das Diagramm zeigt eine EDX-Analyse der Mantelfläche zum Nachweis der Bornitrid-Beschichtung

Im Rahmen des Einzelvorhabens des Fraunhofer-Zentrum HTL soll eine Beschichtung von keramischen Kurzfasern über ein nass-chemisches Beschichtungsverfahren entwickelt werden. Die Kurzfasern sollen mit einer Bornitrid-Beschichtung im Idealfall komplett ummantelt werden, sodass auch die Stirnflächen beschichtet sind. Durch die Beschichtung soll die Anbindung der Fasern an die Matrix so eingestellt werden, dass eine Verbesserung der mechanischen und thermischen Kennwerte der additiv gefertigten Kurzfaser-verstärkten CMC erreicht wird. Die beschichteten Kurzfasern werden von den Projektpartnern über additive Fertigungsverfahren zu CMC verarbeitet.

Ergebnisse

Demonstratorbauteil: 3D-gedrucktes Gasleitrohr
© (Foto: ArianeGroup GmbH)
Demonstratorbauteil: 3D-gedrucktes Gasleitrohr
  • Mahlprozess zur Herstellung von SiC-Kurzfasern mit definierten mittleren Längen erfolgreich entwickelt
  • Skalierbares, kostengünstige Tauchbeschichtungsverfahren erfolgreich entwickelt
  • Vollständige Ummantelung von SiC-Kurzfasern mit Bornitrid-Beschichtung
  • Bornitrid-Beschichtungen sind kristallin mit gewünschter hexagonaler Modifikation
  • Bornitrid-Beschichtungen ohne Verunreinigungen von Sauerstoff
    → verbesserte thermische Stabilität der Beschichtungen

Projektdaten

Projektlaufzeit 01.04.2019 - 31.12.2022
Zuwendungsgeber Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie
Fördersumme HTL 50.000 Euro
Projektpartner Fraunhofer-Zentrum HTL
Ariane Group GmbH
Kyocera FineCeramics GmbH
Projektkoordination Ariane Group GmbH
Projektleitung am HTL Dr. Andreas Nöth