Aktuelles Förderprojekt

Entwicklung einer Beschichtung von Kurzfasern über das Wirbelbeschichtungsverfahren (3D-FRG)

Motivation

Wirbelbeschichtungsanlage keramischen Kurzfasern
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Wirbelbeschichtungsanlage zur Beschichtung von keramischen Kurzfasern

Gesamtziel des Projektes ist die additive Fertigung von faserverstärkten SiC/SiC- und C/SiC-Bauteilen mit deutlichen Eigenschafts- und Umweltvorteilen gegenüber konventionell prozessierten Keramiken. Der erste Schritt hierfür ist die Entwicklung fasergefüllter Granulate zur additiven Fertigung von kurzfaserverstärkten Preformen, welche durch reaktive Infiltration mit schmelzflüssigem Silizium zu komplexen Ceramic Matrix Composites (CMC)-Strukturen weiterprozessiert werden. Kurzfaser- bzw. partikelverstärkte CMC mit isotropen Eigenschaften eignen sich insbesondere zur Herstellung von geometrisch komplizierten, aber kompakten Bauteilen, die hohen Belastungen in unterschiedlichen Lastkombinationen und Lastrichtungen sowie zusätzlich sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind Beschläge aller Art sowie Düsen, Brennkammern, Turbinenteile, Bremsscheiben, Hochtemperatur-Ventilatoren oder Strukturteile für Optiken.

Zielsetzung

Wirbelbeschichtungsverfahren Pyrolyse keramische Beschichtungen
© Fa. Glatt Ingenieurkeramik GmbH, Process Technology, Food, Feed & Fine chemicals
Prinzip des Wirbelbeschichtungsverfahrens inklusive Pyrolyse zum Einbrennen von keramischen Beschichtungen

Im Rahmen des Einzelvorhabens des Fraunhofer-Zentrums HTL soll eine Beschichtung von keramischen Kurzfasern über ein Wirbelbeschichtungsverfahren entwickelt werden. Die Kurzfasern sollen mit einer Bornitrid-Beschichtung im Idealfall komplett ummantelt werden, sodass auch die Stirnflächen beschichtet sind. Durch die Beschichtung soll die Anbindung der Fasern an die Matrix so eingestellt werden, dass eine Verbesserung der mechanischen Kennwerte der additiv gefertigten kurzfaserverstärkten CMC erreicht wird. Die beschichteten Kurzfasern werden von den Projektpartnern über additive Fertigungsverfahren zu CMC verarbeitet.

Lösungsweg

BN/Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub>-Beschichtung SiC-Endlosfaser Tauchbeschichtungsverfahren
© Fraunhofer-Zentrum HTL
REM-Aufnahme einer BN/Si3N4-Beschichtung auf einer SiC-Endlosfaser hergestellt über ein Tauchbeschichtungsverfahren
  • Synthese von luftstabilem Precursor für Bornitrid-Beschichtungen
  • Anpassung der rheologischen Eigenschaften und des Benetzungsverhaltens der Beschichtungslösungen für den Schichtauftrag
  • Prozessentwicklung zur Beschichtung von Kurzfasern über Wirbelbeschichtungsverfahren und Tauchbeschichtungsverfahren
  • Trocknung der applizierten Beschichtungen mit Vermeidung von Agglomeratbildung
  • Entwicklung Pyrolyseprozess zum Einbrennen der Beschichtungen mit dem Ziel, möglichst stöchiometrische und kristalline Bornitrid-Beschichtungen zu erzielen

Projektdaten

Projektlaufzeit 01.04.2019 - 31.03.2022
Zuwendungsgeber Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie
Fördersumme HTL 50.000 Euro
Projektpartner Fraunhofer-Zentrum HTL
Fraunhofer ISC
Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie
Projektkoordination Verbundprojekt
Projektleitung am HTL Dr. Andreas Nöth