Aktuelles Förderprojekt

Entwicklung einer faserverstärkten endkonturnahen Airfoil aus hochsteifer Oxidkeramik (AirfOx)

Motivation

Nanokristalline Mikrostruktur einer oxidkeramischen Faser (REM-Bild, 1200-fache Vergrößerung)
© Fraunhofer Zentrum HTL
Nanokristalline Mikrostruktur einer oxidkeramischen Faser (REM-Bild, 1200-fache Vergrößerung)
Zweilagiges Gewebe mit sinusförmig ausgewölbten Lagen aus oxidkeramischen Fasern
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Zweilagiges Gewebe mit sinusförmig ausgewölbten Lagen aus oxidkeramischen Fasern
Planare Struktur mit gegenläufigen tubularen Halbschalen auf Warenober- und -unterseite aus oxidkeramischen Fasern
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Planare Struktur mit gegenläufigen tubularen Halbschalen auf Warenober- und -unterseite aus oxidkeramischen Fasern

Im Bereich der Luftfahrt stehen die Aspekte Gewichtsreduzierung und Energieeffizienz ganz oben auf der Anforderungsliste von F&E-Programmen. Keramische Faserverbundwerkstoffe (CMC) bieten im Hinblick auf den Einsatz in Fluggasturbinen dabei folgende Vorteile:

  • Die Dichte ist um 2/3 niedriger als bei konventionellen Nickelbasislegierungen
  • Die Hochtemperaturbeständigkeit ist um bis zu 300 K höher als bei Metallen
  • Die Oxidationsbeständigkeit von O-CMC ist natürgemäß hoch
  • Die Korrosionsneigung in der Verbrennungsatmosphäre ist gering

Im Heißbereich von Gasturbinen ermöglichen CMC-Bauteile deshalb eine effizientere und vollständigere Verbrennung und erhöhen somit das Potential der eingesetzten Kraftstoffe. Über das Projekt AirfOx sollen in Bayern die Kompetenzen im Bereich der Herstellung von 3D-Bauteilen aus CMC ausgebaut werden.


Zielsetzung

Gefügestruktur Oxidkeramik: Faserdurchmesser (ein Filament) = 8 bis 12 μm
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Gefügestruktur Oxidkeramik: Faserdurchmesser (ein Filament) = 8 bis 12 μm

Im Rahmen des Projekts soll eine Technologie entwickelt werden, mit der eine endkonturnahe 3D-Preform von Triebwerksschaufeln für Fluggasturbinen (Airfoils) aus oxidischen Keramikfasern integral und serientauglich gewebt werden kann. Diese soll zu einem energieeffizienten Hochtemperatur-O-CMC-Bauteil weiterverarbeitet werden. Die Material- und Bauteilentwicklung wird durch Multiskalensimulation der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen unterstützt.

 

Lösungsweg

Geplante Airfoil-Geometrie, die in eine textile Keramikfaserpreform übersetzt werden soll
© Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG
Geplante Airfoil-Geometrie, die in eine textile Keramikfaserpreform übersetzt werden soll
  • Entwicklung von oxidkeramischen Fasern mit verbesserter Kriechbeständigkeit um mind. 100 K (im Labormaßstab) und mit mechanischen Eigenschaften vergleichbar zum Benchmark oder besser
  • Entwicklung einer endkonturnahen 3D-Faserpreform für Leit- und Laufschaufeln in Flugzeugtriebwerken aus Oxidkeramikfasern
  • Entwicklung einer Schlicker-Infiltrationsmethode für 3D-Keramikfaserpreformen

 

Projektdaten

Projektlaufzeit 01.01.2021 - 31.12.2022
Zuwendungsgeber Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie
Fördersumme HTL 280.000 Euro
Projektpartner Fraunhofer-Anwendungszentrum TFK
Projektkoordination Fraunhofer-Anwendungszentrum TFK
Projektleitung am HTL Daniela Albert