Fraunhofer ISC, Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL, BayreuthAktuelles Förderprojekt
Motivation
Nanokristalline Mikrostruktur einer oxidkeramischen Faser (REM-Bild, 1200-fache Vergrößerung)
Zweilagiges Gewebe mit sinusförmig ausgewölbten Lagen aus oxidkeramischen Fasern
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
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
- 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 |
