Einsatz von Carbon- und SiC-Fasern in keramischen Verbundwerkstoffen (CMC)

Kurzfassung

Keramische Werkstoffe bieten einzigartige Eigenschaften wie hohe Temperatur- und chemische Beständigkeit, sowie hohe Härte und Verschleißfestigkeit. Wesentliche Nachteile von monolithischen Keramiken sind ihre hohe Sprödigkeit und geringe Thermoschockbeständigkeit, sowie das katastrophale Versagensverhalten, wodurch die Einsatzmöglichkeiten in Strukturbauteilen mit hohen mechanischen und thermischen Lasten stark eingeschränkt sind. Erste Untersuchungen Ende der 1970er Jahre zeigten, dass durch die Integration von C- bzw. SiC-Fasern das Bruchverhalten von Keramiken deutlich verbessert werden kann. Durch eine schwache Einbindung der Fasern in die keramische Matrix, können die, im Vergleich zur keramischen Matrix, deutlich höheren zulässigen Bruchdehnungen der Fasern zur Überbrückung von Rissen genutzt werden. Im Gegensatz zu monolithischen Keramiken, in denen durch lokale Überlastung auftretende Risse nicht gestoppt werden können und zur Zerstörung des kompletten Bauteils führen, können Schäden in keramischen Verbundwerkstoffen (CMC = Ceramic Matrix Composites) lokal begrenzt werden. Dies macht den Weg frei für die Realisierung zuverlässiger, keramischer Strukturbauteile in Leichtbauweise. Der Vortrag gibt eine Übersicht zu den derzeit in CMC eingesetzten C- bzw. SiC-Fasern, sowie deren Einfluss auf die Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten der resultierenden Verbundwerkstoffe.