Abgeschlossenes Förderprojekt

Rohrstrukturen aus Verbundwerkstoffen mit keramischer Matrix (Ceramic Matrix Composites = CMCs) werden in der Luft- und Raumfahrt insbesondere aufgrund ihrer hohen Verwindungssteife und Temperaturbeständigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht eingesetzt. Die Faservorkörper der Strukturen werden aktuell meist über Wickel- oder Flechtverfahren erstellt. Hierbei entstehen jedoch Nachteile in Hinsicht auf die mechanischen Eigenschaften in Form von Delaminationen, geringen Torsionssteifigkeiten oder Zugfestigkeiten. Zudem limitieren hohe Kosten den Einsatz von CMCs.

Durch Rundvernadelung textiler Halbzeuge sollen Rohrstrukturen mit erhöhtem Faseranteil in Z-Richtung hergestellt werden. Dadurch sollen verbesserte Eigenschaften in Form einer erhöhten interlaminaren Scherfestigkeit erzielt werden. Verkürzte Fertigungszeiten im Vergleich zu Wickel- oder Flechttechniken ermöglichen außerdem eine Verringerung der Herstellungskosten. Die Infiltrations-, Carbonisierungs- und Silizierprozesse führt der Projektpartner ECM durch. Das Institut für Materialwissenschaften (IFM) in Münchberg übernimmt die Entwicklung der Vernadelungstechnologie und des Aufbaus der Strukturen, während die Tenowo GmbH für den Vliesherstellungsprozess zur Realisierung eines funktionalisierten Mischfaservlieses zuständig ist. Am Fraunhofer-Zentrum HTL wird die Vliesstruktur für ein optimales Infiltrationsverhalten definiert.

• Erfolgreiche Herstellung textiler Halbzeuge aus Carbonfasern mittels Rundvernadelung zu endkonturnahen Preforms
• Wärmeausdehnung von 3,5 bis 4,0 x 10^-6K^-1 im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 1100°C
• Übereinstimmung der gemessenen Werte bei Raumtemperatur bis 500°C mit den in der Simulation berechneten Werten
• Wärmeleitfähigkeit von 18 bis 26 W/mK erreicht; weitere Optimierung wäre durch Senkung des Porenanteils innerhalb der Rohrstrukturen möglich
• Faservolumengehalt mit 35% im Zielbereich (< 50%)
• Angestrebter Außendurchmesser von 40 bis 45 mm nach der Endbearbeitung der C/C-SiC-Rohrstrukturen erreicht
• Angestrebte Zugfestigkeiten von 200 MPa noch nicht erreicht / Potenzial für Standardverfahren zur Festigkeitsbestimmung von rohrförmigen Keramikverbundwerkstoffen
• Entwicklung eines Verfahrens zur Rohrzugprüfung, das noch die Bewertung der Dehnung erfordert