Herstellung und Optimierung von porösen, langfaserverstärkten Mullitmatrix-Verbundwerkstoffen durch Wickeln matrixinfiltrierter Faserbündel

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Oxidkeramische Werkstoffe haben aufgrund ihrer thermischen Stabilität in oxidierender Umgebung ein großes Anwendungspotential als thermische Schutzssysteme und als heißgasleitende Komponenten in Gasturbinen. Ein aussichtsreicher Weg zur einfachen und preisgünstigen Herstellung schadenstoleranter und thermoschockbeständiger oxidkeramischer Komponenten ist die Verstärkung poröser Mullitmatrices mit aluminium-silikatischen Langfasern (NextelTM 720). Zusätzliche Faser/Matrix-Zwischenschichten und aufwendige Heißpreßtechniken sind hierbei nicht erforderlich. Der Schwerpunkt der vorgesehenen Arbeiten liegt im Bereich der Herstellung: Hierzu wird eine Anlage zur Grünkörper("Prepreg")-Herstellung aufgebaut, in der die Faserbündel in einem kontinuierlichen Arbeitsgang durch einen Mullitprecursorschlicker geführt, angetrocknet und in definierter Weise unidirektional oder kreuzweise auf eine Walze gewickelt werden. Dabei sollen der Fasergehalt, die Faserorientierung, die Sinterbedingungen, und die Matrixporosität systematisch variiert werden. Nachfolgend werden die matrixinfiltrierten, gegebenenfalls nachgeformten Fasermatten drucklos gesintert. Nach dem Sinterprozeß werden die Festigkeit, das quasiplastische Verhalten ("Schadenstoleranz"), die Thermoschockbeständigkeit und das Kriechverhalten erfaßt. Außerdem wird die Wärmeleitfähigkeit der Verbundkeramiken bestimmt. Die Zusammenhänge zwischen der Mikrostruktur der keramischen Verbunde und den resultierenden mechanischen und thermischen Eigenschaften werden untersucht, so daß gezielte Optimierungschritte vorgenommen werden können.