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Leicht, beständig, innovativ: Oxidfaserverstärkte Oxidkeramik

Der Werkstoff für extreme Bedingungen in Luft- und Raumfahrt

  • Der Werkstoff für extreme Bedingungen in Luft- und Raumfahrt
  • Der Werkstoff für extreme Bedingungen in Luft- und Raumfahrt
    Ox/Ox-Chargenträger für Wärmebehandlung
  • Der Werkstoff für extreme Bedingungen in Luft- und Raumfahrt
    Rohre und Platten aus Ox/Ox

Hitzeeinwirkung unter korrosiven Umgebungsbedingungen kann technischen Bauteilen stark zusetzen. Die Lösung heißt Keramik. Der Werkstoff ist besonders beständig gegenüber Verschleiß, Hitze sowie Druck und verfügt über eine sehr gute elektrische Isolierung. Schunk Carbon Technology ist weltweit führend in der Entwicklung, Fertigung und Anwendung von Kohlenstoff- und Keramiklösungen. Um die Lebensdauer von Anlagenteilen und Hilfsmitteln deutlich zu erhöhen, verwendet Schunk innovative Herstelltechniken für Materialsysteme auf der Basis von Keramikfasern. Die oxidfaserverstärkte Oxidkeramik bringt alle Vorteile von Keramik mit, ist zudem schlag- und bruchfest und überlebt auch schnellste Temperaturwechsel.


Temperaturen über 1.000 Grad unter extremen Umgebungsbedingungen sind keine Seltenheit. Sie kommen in der Luft- und Raumfahrt, etwa bei Flug- und stationären Gasturbinen, der chemischen Verfahrenstechnik oder bei Flamm- und Brennerrohren vor. Aber auch Türen, Klappen und Transportkomponenten von Ofenanlagen sowie Chargenträger für die Wärmebehandlung sind extremer Hitze oder Thermoschock ausgesetzt. Hier kommen Oxidkeramische Verbundwerkstoffe, kurz Ox/Ox oder O-CMC (Oxide Ceramic Matrix Composite), zum Einsatz. Diese Werkstoffe halten dank ihres Werkstoffkonzepts aus oxidkeramischen Hochleistungsfaser-Rovings und nanoporöser Matrix auch extremsten Bedingungen stand. Sie bestehen thermomechanische Belastungen in stark korrosiver oder oxidierender Atmosphäre. Bisher scheiterte der industrielle Einsatz dieser Werkstoffklasse allerdings größtenteils daran, dass industrielle Fertigungstechnologien fehlten.

High-Tech aus Erfahrung
Schunk Carbon Technology hat es aufgrund seines Know-hows und langjähriger Erfahrung in Zusammenarbeit mit international führenden Forschungsinstituten geschafft, neue Herstellungskonzepte zu entwickeln und kann nun den Markt mit wirtschaftlichen Ox/Ox-Produkten bedienen. Mit innovativen und industriell skalierbaren Produktionstechniken stellt das Unternehmen oxidische Faserverbundwerkstoffe her, die eine wesentlich höhere Lebensdauer haben als die bisher eingesetzten Werkstoffe. Da oxidkeramische Verbundwerkstoffe extrem hitze- und thermoschockbeständig sind, ist schnelles Aufheizen ebenso unproblematisch wie rasche Abkühlung. Das verkürzt nicht nur die Prozessdauer, sondern sorgt auch für verbesserte Werkstoffeigenschaften durch die Wärmebehandlung. Oxidkeramische Verbundwerkstoffe sind beispielsweise besonders bewährt als Trägersysteme für die Wärmebehandlung von Metallkomponenten. Ein weiterer Vorteil gegenüber traditionell eingesetzten Werkstoffen: Die Kundenprodukte werden nicht mehr durch Materialdiffusion aus den Trägermaterialien verunreinigt.

Vielseitig, widerstandsfähig, wirtschaftlich
Die hergestellten Verbundwerkstoffe bestehen standardmäßig aus Aluminiumoxidfasern, die von einer Matrix aus Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid umgeben sind. Am Anfang der Herstellungskette stehen wie bei jedem Keramikprodukt sogenannte Schlicker. Die Pulverzusammensetzung ist so abgestimmt, dass die Bauteile nach dem Sintern besonders bruchsicher sind: Eine Platte aus Ox/Ox-Material könnte problemlos mit einem Nagel durchschlagen werden, ohne dass das Bauteil als Ganzes versagt.

Schunk bietet ein breites Spektrum an Fertigungstechniken an. So können auch ausgefallene Kundenwünsche umgesetzt werden. Sind komplizierte Formteile gefragt, wird ein Prozessierung mittels Autoklav ausgehend von oxidkeramischen Prepregs (= vorimprägnierte Fasergebe) favorisiert. Durch den Einsatz von Wickeltechnik sind insbesondere rotationssymmetrische Geometrien herstellbar. Das breite Spektrum an fertigungstechnologischen Ansätzen erlaubt Komponenten für Anwendungen, die vorher nicht realisierbar waren – bei gleichzeitig wirtschaftlichen Kosten. Heute können bereits Platten mit Größen von einem Quadratmeter, gewickelte Rohre mit einem Durchmesser von über einem Meter im industriellen Maßstab, sowie 3D-Formbauteile mittels Laminier- und Vakuumtechnik, gefertigt werden.

 

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