Abgeschlossenes Förderprojekt

Siliziumcarbid-basierte Werkstoffe stehen neben wenigen, deutlich teureren Materialien an der Spitze der Werkstoffskala. Technisch interessant sind sie aufgrund ihrer guten Hochtemperatureigenschaften, hohen chemischen Beständigkeit, guten mechanischen Eigenschaften und hohen Wärme-leitfähigkeit. Sie werden in der Fluidik, Wärmetechnik und Friktionstechnik eingesetzt, insbesondere wenn ungünstige Umgebungsbedingungen vorhanden sind. Bei maximaler Härteanforderung, Einsatztemperatur und Wärmeleitfähigkeit gehört SiC jedoch zu den Keramiken mit einer sehr ungünstigen CO2-Bilanz. Der LSI-Prozess (Liquid Silicon Infiltration) nutzt die Infiltration einer Si-Schmelze in eine poröse Preform, um weitgehend dichte SiC-Komposite bei moderaten Temperaturen herzustellen, z. B. SiSiC oder C/SiC.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines LSI-Prozesses, der gleichzeitig inhärent sicher und energieeffizent ist. Das Prozessverständnis soll grundlegend verbessert, der Energiebedarf deutlich reduziert werden. Mit dem verbesserten Prozess sollen neue SiSiC und C/SiC-Bauteile konzipiert werden.

Der LSI-Prozess wird an den Thermooptischen Messanlagen (TOM) des HTL in situ untersucht. Wesentliche Messgrößen sind:

• Gewichtsaufnahme während der Siliziuminfiltration
• Bewegung der Infiltrationsfront
• Wärmeentwicklung durch SiC-Bildung
• Benetzungseigenschaften der Siliziumschmelze
• Formänderungen der Preform aufgrund von inneren Spannungen

Die Messdaten werden als Eingangsdaten für eine Computersimulation des LSI-Prozesses genutzt, mit der die Prozessparameter optimiert werden. Parallel dazu werden die Mikrostrukturen der Keramiken analysiert, im Computer generiert und Anwendungseigenschaften simuliert. Diese Simulation dient dazu, das Potenzial der SiC-Keramiken auszutesten.