Schlickerentwicklung und Untersuchung der Hochtemperatureigenschaften von oxidischen CMCs im System Al2O3 und Mullit

Kurzfassung

Oxidkeramische Verbundwerkstoffe (Ox-CMCs) auf Basis von Aluminiumoxid zeichnen sich durch hohe Festigkeiten aus, wobei sie oberhalb von 1100 °C eine ausgeprägte Kriechneigung infolge thermisch induzierten Kornwachstums zeigen. Mullit bietet demgegenüber eine höhere Kriechbeständigkeit und hemmt das Kornwachstum innerhalb der Faser, geht jedoch mit einer geringeren Festigkeit bei Raumtemperatur einher. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von Schlickersystemen auf Basis von Aluminiumoxid und Mullit für die Infiltration keramischer Fasergewebe mittels VASI-Verfahren (vacuumassisted slurry infusion) sowie die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften der resultierenden CMCs unter Hochtemperaturbedingungen. Im Fokus stand dabei einerseits die gezielte Feinvermahlung von Mullit zur Herstellung eines für das VASI-Verfahren geeigneten Schlickers und andererseits die Bewertung des Einflusses von Mullit auf die Hochtemperatureigenschaften. Hierzu wurden neben reinen Al₂O₃- und Mullit-Schlickern auch Mischsysteme mit variierender Zusammensetzung eingesetzt. Die Infiltration erfolgte in keramische Fasergewebe auf Basis von Nextel™ 610 (Al₂O₃) und Nextel™ 720 (Mullit), gefolgt von Sinterung und mechanischer Charakterisierung. Die Ergebnisse zeigen, dass feinkörnige Schlicker eine homogene Infiltration ermöglichen. Mullit-haltige Matrizes wiesen im Vergleich zu reinen Al₂O₃-Systemen eine verbesserte Hochtemperaturstabilität auf. Zudem konnte nachgewiesen werden, dass der Mullitanteil in der Matrix das temperaturinduzierte Kornwachstum wirksam hemmt. Insgesamt konnte durch die gezielte Kombination beider Oxidphasen ein vorteilhaftes Eigenschaftsprofil erreicht werden. Die Erkenntnisse dieser Arbeit leisten einen Beitrag zur Entwicklung kriechbeständiger, mechanisch belastbarer Ox-CMCs für Hochtemperaturanwendungen.