Aktuelles Förderprojekt

CMC-Optimierung für Turbinenanwendungen (CMC-TurbAn)

Motivation

CMC-Mixer
© NASA Technical Reports Server
CMC-Mixer

Keramische Verbundkeramiken (Ceramic Matrix Composites = CMC) sollen metallische Werkstoffe in hochbelasteten Teilen von Gasturbinen ersetzen. Durch den Einsatz von CMC werden Steigerungen beim Wirkungsgrad der Turbine bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung erwartet. Damit können CMC in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der Umweltbelastung durch den Flugverkehr leisten. Auf Basis der Entwicklungen im Bereich der oxidischen CMC werden Demonstratoren – sog. Blütenmischer – gefertigt und anwendungsbezogen geprüft. Zudem soll der Aufbau nationaler Prüfkapazitäten für CMC, auch im Hinblick auf eine spätere Luftfahrt-Zertifizierung der Werkstoffe, unterstützt werden.

Zielsetzung

Vier-Punkt-Biegeversuch nach ASTM C1341
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Vier-Punkt-Biegeversuch nach ASTM C1341

Es sollen Suspensionen für oxidkeramische Matrizes entwickelt werden, die mit 2D-Fasergeweben zu Ox/Ox-CMC verarbeitet werden können. Dafür müssen die rheologischen Eigenschaften, die Partikelgrößen und das Trocknungsverhalten der Suspensionen so eingestellt werden, dass die Suspensionen homogen in das Gewebe eingebracht werden können, ohne Schädigungen am Gewebe zu verursachen. Das HTL soll die Materialcharakterisierung der CMC und die Validierung von Designelementen gemäß internationalen Standards durchführen. Dadurch wird die Vergleichbarkeit der von den Projektpartnern während des Projekts entwickelten Werkstoffe und Bauteile gewährleistet. Durch Materialprüfungen gemäß internationaler luftfahrtrelevanter Normen soll die Eignung der Materialien für Turbinenanwendungen sichergestellt werden.

Lösungsweg

Gefügebilder von O-CMC-Werkstoffe
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Gefügebilder von O-CMC-Werkstoffen mit Fehlstellen (links) und ohne Fehlstellen (rechts)

Materialdaten und Designvalidierung:

  • Entwicklung einer oxidkeramischen Matrix im Stoffsystem Al2O3-SiO2 und Al2O3-ZrO2 mit Sintertemperaturen < 1100 °C

Entwicklung von oxidischen CMC-Werkstoffen und Merkmalsmustern:

  • Erweiterung von Prüfmaschinen zur Bestimmung von Materialdaten gemäß internationaler luftfahrtrelevanter Normen

Projektdaten

Projektlaufzeit 01.11.2018 - 31.10.2021
Zuwendungsgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung
Fördersumme HTL 371.000 Euro
Projektpartner Fraunhofer-Zentrum HTL
ArianeGroup
MTU Aero Engines AG
BJS Ceramics GmbH
Schunk GmbH & Co. KG
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
Rolls-Royce Motor Cars Ltd.
Projektkoordination Fraunhofer-Zentrum HTL
Projektleitung am HTL Arne Rüdinger, Wolfgang Bernstein