Abgeschlossenes Förderprojekt

Der Wirkungsgrad thermischer Prozesse steigt mit dem zur Verfügung stehenden Temperaturintervall. Der Temperaturbereich wird bei den heute eingesetzten metallischen Superlegierungen durch deren maximale Einsatztemperatur begrenzt. Damit Keramiken in thermomechanisch hochbeanspruchten Bereichen, wie z. B. in Gasturbinen, genutzt werden können, müssen die von Natur aus spröden Keramiken mit hochtemperaturbeständigen Keramikfasern verstärkt werden. Die Fasern werden dabei in eine keramische Matrix eingebettet. Bestehen Fasern und Matrix aus Oxidkeramiken, so spricht man von O-CMC (Oxide Ceramic Matrix Composites). Bisher besitzen O-CMC eine offenporige Matrix. Ihre maximale Einsatztemperatur ist auf ca. 1100 °C begrenzt.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines O-CMC, das bei deutlich höheren Temperaturen bis ca. 1250 °C eingesetzt werden kann. Darüber hinaus soll ein Demonstratorbauteil aus diesem neuartigen Material entstehen: ein Stator für Mikrogasturbinen. Die offenporige Matrix des O-CMC soll dazu durch eine dichte oxidkeramische Matrix ersetzt werden. Außerdem sollen Faserbeschichtungen für die Anbindung der Fasern an die Matrix entwickelt werden. Es soll gezeigt werden, dass mit dem neuartigen Material der Wirkungsgrad von Mikrogasturbinen deutlich erhöht werden kann.

• Entwicklung einer multilagen Faserbeschichtung mit YDS (Yttriumdisilikat), YMS (Yttriummonolilikat), AlP (Aluminiumphosphat), Aluminiumoxid und Kohlenstoff für die duktile Anbindung der Matrix-Faser im oxidischen dichten CMC
• Beschichtung von Roving und Gewebe
• Entwicklung einer dichten oxidkeramischen Matrix mit Prozesstemperaturen < 1250 °C
  • Verdichtung der Matrix über Infiltration mit SiOC-bildenden Harzen oder mit kristallinen Gläsern als Glasschmelze
• Oberflächliche Abdichtung / Versiegelung von O-CMC Bauteilen mittels glaskeramischen Beschichtungen
• Herstellung von prototypischen Bauteilen – Stator – für eine Mikrogasturbine aus Silika-Gewebe mit niedrig sinternder Al₂O₃-SiO₂ Matrix und Abdichtung mittels Glasur