Abgeschlossenes Förderprojekt

Für ein umweltfreundlicheres Luftfahrtsystem ist es erforderlich, die Effizienz von Fluggastriebwerken weiter zu steigern. Dies kann durch eine Verbesserung des Wirkungsgrades und durch die Verringerung des Turbinengewichts gelingen. Gegenwärtig werden metallische Superlegierungen eingesetzt, deren technische Möglichkeiten jedoch ausgereizt sind. Keramische Verbundwerkstoffe (Ceramic Matrix Composites = CMC) besitzen nicht nur ein geringeres Gewicht, sondern haben auch das Potenzial, bei höheren Temperaturen eingesetzt werden zu können, was zu höheren Wirkungsgraden führt.

Im Projekt soll ein mit Siliziumcarbidfasern verstärkter Siliziumcarbidwerkstoff (SiC/SiC) entwickelt werden, der den Anforderungen für den Einsatz in einer Fluggasturbine gerecht wird. Aus diesem neuartigen Werkstoff soll ein Demonstratorbauteil gefertigt werden, das alle erforderlichen Merkmale im Hinblick auf Festigkeit, Bauteilkomplexität und Heißgasbeständigkeit aufweist. In Kooperation mit der Fraunhofer-Allianz ADVANCER soll schwerpunktmäßig ein reproduzierbares Herstellverfahren in einer geschlossenen Prozesskette entwickelt werden, mit welchem sich CMC-Bauteile für den Endanwender MTU produzieren lassen.

Im Verlauf der Projektbearbeitung stellte sich heraus, dass das Beherrschen der Faserbeschichtung und Silizierung der Schlüssel für eine erfolgreiche Entwicklung sind, sodass dem HTL eine Schlüsselrolle im Projekt zukam. Zu den wesentlichen Ergebnissen am HTL zählen die Weiterentwicklung der Schlicker LSI-Route – einem schonenden Silizierverfahren von beschichteten SiC-Fasern. Über Minikomposituntersuchungen konnte dabei gleichzeitig eine drastische Einsparung von Entwicklungszeiten und -kosten erreicht werden. Auch durch den Einsatz der ThermoOptischen Messanlage TOM_ac, in der u. a. eine dynamische Tauchsilizierung getestet wurde, zeigte sich, dass niedrige Siliziertemperaturen, eine reduzierte Haltezeit und die Verwendung von mit Bor dotiertem Silizium (eutektische Schmelze) eine verbesserte LSI-Prozessierung ermöglichen. Durch ein Bündel an Maßnahmen können Beschichtungen und SiC-Fasern nun besser vor dem Siliziumangriff geschützt werden. Im Bereich der nasschemischen Beschichtung wurden kristalline BN-Schichten abgeschieden, die in Proben, die nach der PIP-Route hergestellt wurden, zur einer erhöhten Schadenstoleranz führen und wesentlich kostengünstiger hergestellt werden können als entsprechende CVD-Beschichtungen.