Prozessentwicklung und Qualitätssicherung von biomorphen SiSiC-Strukturkeramiken

Abstract

Für den Einsatz von Strukturbauteilen in der Halbleiterindustrie werden zukünftig Leichtbauwerkstoffe benötigt, die eine geringe thermische Ausdehnung und eine hohe Steifigkeit aufweisen. Keramiken auf der Basis von Siliciumcarbid erfüllen dieses Eigenschaftsprofil. Eine Alternative zu Pulverkeramiken stellt die Verwendung von biomorphen SiSiC-Keramiken dar. Im Hinblick auf die Bereitstellung von Kohlenstoff-Preformen für die Flüssigsilicierung werden im Rahmen eines BMBF-Projekts erfolgreiche Versuche unternommen, cellulosehaltige Rohstoffe zu verpressen, durch Pyrolyse in offenporöse Kohlenstoffmatrices zu konvertieren und abschließend mittels Si-Schmelzinfiltration in dichte und hochfeste SiSiC-Keramikbauteile umzuwandeln. Die Herstellung von neuartigen Holzwerkstoff (HWS)-Platten in Abmessungen bis 330 mm² erfolgt durch axiale Warmpresstechnik von speziellen Rohstoffmischungen Unter Verwendung von Füllstoffen auf C-Basis gelingt eine Reduzierung der Volumenschrumpfung auf < 40 % und des Massenverlusts auf < 45 %, so dass verzugsfreie Platten als C-Preformen gewonnen werden können. Um möglichst passgenaue Si-Aufnahmen zu erreichen, muss die Flüssigsilicierung an die Preformabmessungen angepasst werden. Mittels NDT-Methoden wie Luftultraschallverfahren lässt sich die Homogenität der HWS- und pyrolysierten Platten nach dem Pressen überprüfen. Röntgendurchstrahlungsverfahren und Thermografie erlauben die Prüfung von endkonturnahen Bauteilen im silicierten Keramikzustand. Mit diesen Methoden lassen sich Dichteunterschiede aufgrund unterschiedlicher Silicierbedingungen nachweisen und stellen somit ein geeignetes Werkzeug zur Qualitätssicherung des Prozesses und der Werkstoffe dar.