Aktuelles Förderprojekt

Dichte oxidkeramische CMC-Bauteile für Mikrogasturbinenanwendungen (DoMiGat)

Motivation

Mikrogasturbine
© Euro-K
Mikrogasturbine

Der Wirkungsgrad thermischer Prozesse steigt mit dem zur Verfügung stehenden Temperaturintervall. Der Temperaturbereich wird bei den heute eingesetzten metallischen Superlegierungen durch deren maximale Einsatztemperatur begrenzt. Damit Keramiken in thermomechanisch hochbeanspruchten Bereichen, wie z. B. in Gasturbinen, genutzt werden können, müssen die von Natur aus spröden Keramiken mit hochtemperaturbeständigen Keramikfasern verstärkt werden. Die Fasern werden dabei in eine keramische Matrix eingebettet. Bestehen Fasern und Matrix aus Oxidkeramiken, so spricht man von O-CMC (Oxide Ceramic Matrix Composites). Bisher besitzen O-CMC eine offenporige Matrix. Ihre maximale Einsatztemperatur ist auf ca. 1100 °C begrenzt.

Zielsetzung

Ringsegment aus O-CMC der MTU Aero Engines
© MTU Aero Engines Flug Revue
Ringsegment aus O-CMC der MTU Aero Engines

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines O-CMC, das bei deutlich höheren Temperaturen bis ca. 1250 °C eingesetzt werden kann. Darüber hinaus soll ein Demonstratorbauteils aus diesem neuartigen Material entstehen: ein Stator für Mikrogasturbinen. Die offenporige Matrix des O-CMC soll dazu durch eine dichte oxidkeramische Matrix ersetzt werden. Außerdem sollen Faserbeschichtungen für die Anbindung der Fasern an die Matrix entwickelt werden. Es soll gezeigt werden, dass mit dem neuartigen Material der Wirkungsgrad von Mikrogasturbinen deutlich erhöht werden kann.

Lösungsweg

BN/SiC-Doppelschicht SiC-Faser HiNicalon nasschemisch
© Fraunhofer-Zentrum HTL
BN/SiC-Doppelschicht auf einer SiC-Faser vom Typ HiNicalon Beschichtung über ein nasschemisches Verfahren

Das Projekt wird in 8 Teilprojekten bearbeitet:

  • Teilprojekt 1000: Bauteildesign und Bauteilauslegung
  • Teilprojekt 3000: Faserbeschichtung
  • Teilprojekt 4000: Faserverarbeitung
  • Teilprojekt 5000: Matrixentwicklung
  • Teilprojekt 6000: Bauteilherstellung
  • Teilprojekt 7000: EBC-TBC Entwicklung und Beschichtung
  • Teilprojekt 8000: Mechanische Endbearbeitung und Integration
  • Teilprojekt 9000: Bauteiltest in Mikrogasturbine
Bauteildesign und Bauteilauslegung für den Stator einer Mikrogasturbine aus dichtem O-CMC Werkstoff mit EBC–TBC Beschichtung
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Bauteildesign und Bauteilauslegung für den Stator einer Mikrogasturbine aus dichtem O-CMC Werkstoff mit EBC–TBC Beschichtung

Projektdaten

Projektlaufzeit 01.07.2019 - 30.06.2022
Zuwendungsgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung
Fördersumme HTL 485.000 Euro
Projektpartner Fraunhofer-Zentrum HTL
Paul Rauschert GmbH & Co. KG
Gerster TechTex
Fraunhofer IPK
Euro-K GmbH
Projektkoordination BMBF-Ausschreibung „Hochleistungsmaterialien für effiziente und umweltfreundliche Antriebssysteme“ (HoMAS)
Projektleitung am HTL Arne Rüdinger