Abgeschlossenes Förderprojekt

CMC-Optimierung für Turbinenanwendungen (CMC-TurbAn)

Motivation

CMC-Mixer
© NASA Technical Reports Server
CMC-Mixer

Keramische Verbundkeramiken (Ceramic Matrix Composites = CMC) sollen metallische Werkstoffe in hochbelasteten Teilen von Gasturbinen ersetzen. Durch den Einsatz von CMC werden Steigerungen beim Wirkungsgrad der Turbine bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung erwartet. Damit können CMC in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der Umweltbelastung durch den Flugverkehr leisten. Auf Basis der Entwicklungen im Bereich der oxidischen CMC werden Demonstratoren – sog. Blütenmischer – gefertigt und anwendungsbezogen geprüft. Zudem soll der Aufbau nationaler Prüfkapazitäten für CMC, auch im Hinblick auf eine spätere Luftfahrt-Zertifizierung der Werkstoffe, unterstützt werden.

Zielsetzung

Vier-Punkt-Biegeversuch nach ASTM C1341
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Vier-Punkt-Biegeversuch nach ASTM C1341

Es sollen Suspensionen für oxidkeramische Matrizes entwickelt werden, die mit 2D-Fasergeweben zu Ox/Ox-CMC verarbeitet werden können. Dafür müssen die rheologischen Eigenschaften, die Partikelgrößen und das Trocknungsverhalten der Suspensionen so eingestellt werden, dass die Suspensionen homogen in das Gewebe eingebracht werden können, ohne Schädigungen am Gewebe zu verursachen. Das HTL soll die Materialcharakterisierung der CMC und die Validierung von Designelementen gemäß internationalen Standards durchführen. Dadurch wird die Vergleichbarkeit der von den Projektpartnern während des Projekts entwickelten Werkstoffe und Bauteile gewährleistet. Durch Materialprüfungen gemäß internationaler luftfahrtrelevanter Normen soll die Eignung der Materialien für Turbinenanwendungen sichergestellt werden.

Ergebnisse

Gefügebilder von O-CMC-Werkstoffe
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Gefügebilder von O-CMC-Werkstoffen mit Fehlstellen (links) und ohne Fehlstellen (rechts)
  • Entwicklung eines O-CMC Werkstoffes gemäß Lastenheft der Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co. KG
  • Bestimmung der Prozesstabilität (Fasertyp, Matrixtyp, Faservolumengehalt, Sintertemperatur) und deren Auswirkung auf mechanische Eigenschaften
  • Prozess-Stabilitäts-DoE mit statistischer Versuchsplanung und statistischer Auswertung
  • Fertigung von zwei Merkmalsmustern / einer Blütenmischerstudie inkl. Formenbau, Ply-book-Entwicklung, Faserzuschnitt und Bauteilendbearbeitung

Projektdaten

Projektlaufzeit 01.11.2018 - 30.11.2022
Zuwendungsgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung
Fördersumme HTL 371.000 Euro
Projektpartner Fraunhofer-Zentrum HTL
ArianeGroup GmbH
MTU Aero Engines AG
BJS Composites GmbH
Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co. KG
Projektkoordination Fraunhofer-Zentrum HTL
Projektleitung am HTL Arne Rüdinger, Wolfgang Bernstein