Abgeschlossenes Förderprojekt

Anforderungsgerechte hochdrapierbare Carbon-Gelege-Faser-Preformen für effiziente Faserverbundkeramiken (CaGeFa)

Motivation

Forschung entlang der gesamten Prozesskette zur Herstellung von CMC
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Forschung entlang der gesamten Prozesskette zur Herstellung von CMC

An keramische Bauteile werden im Speziellen bei Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Sicherheits- und Energietechnik sehr hohe Funktionsanforderungen an Temperaturbeständigkeit, Korrosionsresistenz und Duktilität gestellt. Um dabei die Einsatzmöglichkeiten dieser Werkstoffe auszubauen, gilt es insbesondere, die Stoß- und Bruchempfindlichkeit durch eine gezielte Faserverstärkung in allen Raumdimensionen zu optimieren. Eine geringe kommerzielle Verfügbarkeit dreidimensional verstärkter Strukturen motiviert, anforderungsgerechte Carbon-Preformen zu entwickeln, welche in keramischen Bauteilen zum Einsatz kommen können.

Zielsetzung

Textile Struktur einer durch Vernadeln in Z-Richtung verstärkten Preform  (CT Schnittbild mit 5 µm Voxelauflösung)
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Textile Struktur einer durch Vernadeln in Z-Richtung verstärkten Preform (CT-Schnittbild mit 5 µm Voxelauflösung)

Im Rahmen der Initiative des Bundesministeriums für Bildung und Forschung "Technische Textilien für innovative Anwendungen und Produkte - NanoMatTextil" wurden textile Cabonfaser-Preformen mit einer definierten Z-Verstärkung durch Vernadeln sowie mittels Tufting textiler Halbzeuge entwickelt. Hierzu zählten u. a. hochdrapierbare Non-Crimp-Fabrics und Gewebe sowie gechoppte Krempel-Vliese mit definierter Faserorientierung. Mit einer Be-
schichtung sollte die Faser-Matrixbindung eingestellt werden. Über eine Vernadelung und ein Tuften der textilen Halbzeuge sollte eine definierte Z-Verstärkung durch Umorientierung der Fasern erreicht werden, sodass u. a. Imprägnierverhalten, Lagenhaftung etc. von Vliesstoffen und Sandwichverbunden gezielt einstellbar sind.

Ergebnisse

Interlaminare Scherfestigkeit ILSS vs. 3-Pkt.-Lang-Biegefestigkeiten von unterschiedlichen Faserverbundkeramiken auf der Basis einer getufteten Z-verstärkten Preform
© Fraunhofer-Zentrum HTL
Interlaminare Scherfestigkeit ILSS vs. 3-Pkt.-Lang-Biegefestigkeiten von unterschiedlichen Faserverbundkeramiken auf Basis einer getufteten Z-verstärkten Preform

Die Resultate belegen, dass sich auf der Basis Z-verstärkter textiler Preformen hochfeste Faserverbundwerkstoffe mit bis zu 300 MPa herstellen lassen. Gleichzeitig zeigte sich, dass Z-verstärkte Preformen nicht für alle Keramisierungsverfahren gleichermaßen gut geeignet sind und sie zur Herstellung von Hochleistungsverbundkeramiken daher ein hohes Maß an struktureller Anpassungsfähigkeit – wie Handlingfähigkeit, eine gezielt einstellbare Porengrößenverteilung und Faserdichte sowie eine Faservorzugsorientierung – mitbringen müssen.

Projektdaten

Projektlaufzeit 01.10.2014 - 30.09.2017
Zuwendungsgeber Bundesministerium für Bildung und Forschung
Fördersumme 2.360.000 Euro
Projektpartner Fraunhofer-Zentrum HTL
Airbus SE
Universität Bayreuth
Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hof
Gustav Gerster GmbH & Co. KG
Tenowo GmbH
CVT GmbH & Co
Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
ECM Engineered Ceramic Materials GmbH
Forschungsgesellschaft für Textiltechnik Albstadt mbH
Technische Universtität Dresden - Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik
Projektkoordination Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hof
Projektleitung am HTL Dr. Alexander Konschak