Abgeschlossenes Förderprojekt

Für Gasturbinen der nächsten Generation sind die Steigerung des Wirkungsgrades, die Reduktion von Emissionen und die Senkung des Treibstoffverbrauchs erforderlich. Der Einsatz von Metalllegierungen ist mit Kühlkonzepten und Beschichtungen technisch ausgereizt. Ceramic Matrix Composites (CMC) auf Basis von hochsteifen SiC-Keramikfasern sind als alternative Konstruktionswerkstoffe prinzipiell geeignet, da sie hochtemperaturfest, leicht, schadenstolerant und thermoschockresistent sind. Die Herstellprozesse für SiC/SiC-CMC sind jedoch noch nicht stabil und derzeit teuer, und Produkte sind am Markt nicht frei verfügbar. Aus diesen Gründen soll von der Fraunhofer Allianz ADVANCER ein Gesamtprozess entwickelt werden, der zu reproduzierbaren Werkstoffeigenschaften und prototypischen Bauteilen führt.

Hauptziel war die Entwicklung von SiC/SiC-CMC für den Einsatz an Gasturbinen, Thermoprozessanlagen und Reaktortechnik mit Potenzial für ein Up-scaling der gesamten Fertigungskette. Durch das Projekt sollte Fraunhofer die Alleinstellung beim Bauteil- und Mikrostrukturdesign sowie bei der Hochtemperaturprüfung erreichen.

• Simulation eines spannungsarmen Bauteildesigns für SiC/SiC-CMC durch Variation des Laminataufbaus
• Funktionelle nasschemische Faserbeschichtung als BN/SiC-Doppelschicht führt zu Faser- Pull-Out und Festigkeitssteigerung von PIP-CMC (Polymer Infiltration Pyrolysis)
• Lastgerechte Faserpreformen in Form von UD-Prepregs für Multilagenaufbau
• Hochfestes, schadenstolerantes PIP-CMC mit Festigkeit > 400 MPa und Dehnung > 0,5 %
• Effiziente Bearbeitungstechnologie für PIP-CMC: hohe Qualität von Oberflächen und Kanten sowie ausgezeichnete Formtreue
• Korrosionsbeständige Bauteilbeschichtung durch Bondcoat auf Basis von Zirkontitanat und Zirkonoxid (ZT-ZO)
• Aufbau von Prüfständen für normgerechte Zug- und Biegeprüfungen sowie Ultraschallprüfung von CMC