Vom Holzwerkstoff zur SiSiC-Keramik

Abstract

Der Einsatz von Holzwerkstoffen bei der Herstellung technischer Keramiken bietet aufgrund ihrer größeren Homogenität, Isotropie und Reproduzierbarkeit einen ent-scheidenden Vorteil gegenüber natürlichem Holz. Des Weiteren kann über Partikelform und -größe sowie über die gewählte Dichte gezielt Einfluss auf eine gewünschte Struktur im Keramikwerkstoff genommen werden. In Voruntersuchungen zeigte es sich, dass sich mit kommerziell erhältlichen Holz-werkstoffen zwar biomorphe SiC-Keramiken herstellen lassen, deren mechanische und physikalische Eigenschaften aber nicht den gewünschten Anforderungen ge-recht werden. Gegenstand der Untersuchungen in dem Projekt ist unter anderem die Anpassung der Holzwerkstoff-Struktur über die Variation verschiedener Parameter wie Bindemittelmenge, Zugabe von Additiven (C-Pulver, C-Fasern) sowie Dichte, Form und Größe der Holzpartikel. Aus den Rohstoffen werden - speziell für die nachfolgende Keramisierung - verschiedene Span- und Faserplatten (ca. 140 x 140 mm²) entwickelt. Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung geeigneter Pyrolyse- und Siliciertechniken für die Konvertierung dieser Holzwerkstoffe in monolithische SiC-Keramiken. So wurden die Holzwerkstoffe zunächst bei 110 °C getrocknet, um die Holzfeuchte zu reduzieren. Mittels anschließendem Hochtemperatur-Prozess, beste-hend 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 hat verbesserte Werkstoffeigenschaften zur Folge. Die Dichte der Keramik verbessert sich auf ca. 3 g/cm³ und die Biegefestigkeit - je nach Ausgangsmaterial (Holzart, Bindemittelanteil, Dichte) - auf 403 MPa. Des Weiteren wurden Bruchzähigkeit KIC, thermischer Ausdehnungskoeffizient CTE, E-Modul sowie Härte nach Rockwell HRA bestimmt und mit den Daten von kommerziell erhältlichen SiSiC-Keramiken verglichen. Die Anwendung dieser neuen SiSiC-Keramiken ist im Bereich der Friktionswerkstoffe wie auch der Konstruktionswerkstoffe zu sehen.