Entwicklung und Untersuchung von C/C-SiC Sandwichstrukturen mit Gitter- und Wabenkernen (Bachelorarbeit)

Kurzfassung

Eine stabile Struktur zur Befestigung optischer Messeinrichtungen ist die Hauptaufgabe einer optischen Messbank. Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) oder Keramiken, welche gerne in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden, kommen dabei leider an ihre Grenzen. FKVs neigen zum Entgasen, was zu einer Kontaminierung der Messeinrichtung, sowie eine Verformung der Struktur führen kann. Keramiken weisen zwar eine hohe Steifigkeit aus, sind jedoch sehr brüchig. Faserverstärkte Keramiken (CMC, engl.: „Ceramic Matrix Composites“) nutzen die Vorteile beider Werkstoffe aus. Aus diesem Grund wird mit dieser Arbeit untersucht, ob sich Sandwichstrukturen aus C/C-SiC (kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff und Siliciumcarbid) als optische Messbank eignen. Die vorliegende Arbeit zeigt die Fertigung dieser Sandwichstrukturen mit Gitter- und Wabenkernen. Anschließend folgt die Untersuchung dieser in einem 4-Punkt-Biegeversuch und einem Schubversuch. Parallel dazu wird der 4-Punkt-Biegeversuch in der FEM-Software Ansys mit dem Ziel abgebildet, dass dieser mit dem Realversuch korreliert. Die mechanischen Eigenschaften der Sandwichstrukturen konnten im Rahmen dieser Arbeit bestimmt werden. Außerdem konnte die Stabilität der Proben mit einer zyklischen Versuchsdurchführung gezeigt werden. Creating a stable structure for mounting optical equipment is the main task for an optical bench. Fibre-reinforced plastics (FRP) or ceramics, which are commonly used for aerospace application reach their limits in that case. FRPs tend to outgas in space applications which can lead to a contamination of the measuring equipment, as well as causing a deformation of the structure. Ceramics are very stiff, but also brittle. Ceramic Matrix Composites (CMC) use the advantages of both materials. For this reason, the viability of sandwich structures made from C/C-SiC as an optical bench will be studied in this thesis. This thesis shows the manufacturing of sandwich structures with different types of core geometry. This is followed by testing the sandwich structures in a 4-point-bending test and a shear test. In parallel, a Finite-Element-analysis of the 4-point-bending test has been performed, to see, if a correlating model can be created. It was possible to determine the mechanical properties, as well as showing a structurally stable structure during cycled loading.