Entwicklung von dichten SiC-Keramiken basierend auf Holzwerkstoffen

Abstract

Die Entwicklung von dichten SiC-Keramiken basierend auf Holzwerkstoffen ist Untersuchungsgegenstand eines laufenden DFG-Projektes zwischen der TU München und dem DLR in Stuttgart. Zunächst wurden kommerzielle Holzwerkstoffe bestehend aus Fasern, Spänen oder Furnierlagen verschiedener Hart- oder Weichhölzer, die zusammen mit Bindemitteln verpresst werden, pyrolysiert und anschließend siliciert. Derartige Holzwerkstoffe führten zu inhomogenen SiC-Keramiken mit mäßigen mechanischen und physikalischen Eigenschaften. In einem zweiten Step wurden dichte SiC-Keramiken auf der Basis von speziell für die nachfolgende Keramisierung hergestellte Span- und Faserplatten (ca. 140 x 140 mm_) entwickelt, dabei wurden Bindemittelart und Holzart als Konstanten festgelegt, Bindemittelanteil und Dichte waren variabel. Parallel zur Holzwerkstoffentwicklung wurde auch das Liquid Silicon Infiltration-(LSI) Verfahren weiter dem Ausgangsmaterial angepasst. So wurden die Holzwerkstoffe zunächst getrocknet, um die Holzfeuchte zu reduzieren. Mittels anschließendem Hochtemperatur-Prozess, bestehend aus Pyrolyse (bis 1650 °C, inert Gas) und Silicierung (1650 °C, Vakuum), wurden biomorphe SiC-Keramiken entwickelt, die ein deutlich homogeneres Gefüge als die kommerziellen Platten aufweisen. Das wiederum hatte verbesserte Werkstoffeigenschaften zur Folge. Die Dichte der Keramik verbesserte sich auf ca. 3 g/cm_ und die Biegefestigkeit - je nach Ausgangsmaterial (Holzart, Bindemittelanteil, Dichte) - auf 403 MPa.