Schutzsysteme basierend auf Faserverbundwerkstoffen und daraus abgeleiteten MiCaSiC®-Keramiken

Abstract

Am Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie werden seit vielen Jahren Faserverbundwerk¬stoffe als Strukturwerkstoffe entwickelt und untersucht. Aufgrund der günstigen Energieabsorptionsei¬gen-schaften finden sie auch Anwendung im Bereich der Schutzsysteme, dies sowohl im ballistischen Be-reich als auch im Bereich des für die Luftfahrt typischen Hochgeschwindigkeitsaufpralls von Fremdkör-pern. Eine Weiterentwicklung von kerbschlagempfindlichen Faserverbundwerkstoffen hinsichtlich der Abwehr vor ballistischem Impact von Hartgeschossen bietet die adaptierte keramische Materialvariante Mi¬CaSiC®. Diese monolithische SiC Keramik wird über das kostengünstige LSI-Verfahren hergestellt. Dazu werden am DLR hochporöse C-Preformen gefertigt die anschließend mittels flüssigen Siliciums infiltriert und zu SiC-Keramik konvertiert werden. Dieses Herstellungsprinzip erlaubt eine kostengünstigere Her¬stellung von SiC-Keramiken im Vergleich zu kommerziell eingesetzten Sinterwerkstoffen. Auf Basis der MiCaSiC®-Keramiken wurden Schutzsysteme als ballistische Verbundpanzerung entwickelt und hergestellt. Diese Panzerungssysteme wurden zudem auf ihre ballistische Performance (Single- so¬wie Multi-Hit) über Versuche bei internationalen Partnern überprüft. Dabei wiesen die Systeme mit Flä¬chengewichten zwischen 30-40 kg/m² (Single-Hit) und 40-50 kg/m² (Multi-Hit) einen Grenzgeschwindig¬keitsbereich zwischen 850-1100 m/s bei Einzelbeschuss bzw. 700-900 m/s bei Mehr-fachbeschuss auf. Daneben werden am Institut Luftfahrt- und Fahrzeugstrukturen zur Erhöhung der Sicherheit gegenüber Sonderbelastungen wie Crash und High Velocity Impact (HVI) entwickelt. Diese können unter realitätsna¬hen Bedingungen in institutseigenen Einrichtungen getestet sowie numerisch simuliert werden. Als typi¬scher Fall wird hier eine Belastung durch Vogelschlag auf Windschutzscheiben in Verbindung mit Faser¬verbundwerkstoffen dargestellt. Der Geschwindigkeitsbereich für Vogelschlag in der Luftfahrt liegt typi¬scherweise zwischen ca. 70 und ca. 250 m/s.