WHIPOX™ (Wound highly porous oxide composite)



Ein innovativer oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff für Hochtemperatur-Anwendungen in Luftfahrt, Raumfahrt und Energietechnik

Ein bedeutendes Arbeitsgebiet des DLR ist die Entwicklung energieeffizienter und schadstoffreduzierter Gasturbinen. Ein wichtiger Beitrag dazu sind innovative Werkstoff-Konzepte. Die Brennkammer zukünftiger Gasturbinen soll mit versagenstoleranten und umgebungsstabilen oxidkeramischen Faserverbundwerkstoffen ausgekleidet werden, die bei geringerem Kühlluftverbrauch eine deutlich höhere Verbrennungstemperatur ermöglichen. Dieses Konzept wird sowohl für Flugzeugturbinen als auch für stationäre Gasturbinen zur Energieerzeugung verfolgt.

Für die Raumfahrt bzw. den Hyperschallflug werden Leichtbaustrukturen aus oxidkeramischen Faserverbundwerkstoffen als Teil neuartiger Thermalschutzsysteme entwickelt und getestet. Ein besonderer Vorteil ist hierbei die hohe elektromagnetische Transparenz von Oxiden , so dass für Radarstrahlung bzw. Telemetriedaten durchlässige Thermalschutzsysteme realisierbar sind.

Herstellung von WHIPOX™

Die Komponenten aus WHIPOX werden auf Wickelanlagen hergestellt, die im Institut für Werkstoff-Forschung konzipiert und gebaut wurden. Es können Wickelkörper mit innerem Durchmesser bis zu 500 mm und einer Breite bis zu 800 mm hergestellt werden. Das Wickelmuster und die Belegungsdichte der Wickelkörper sind in weitem Maße variabel. Die typische Wandstärke der Komponenten reicht von unter 0,5 bis zu mehr als 5 mm. Nach dem Wickelprozess werden die Wickelkörper getrocknet und gesintert oder alternativ vor dem Trocknen im feuchten Zustand als flexible Matte ("Tape") abgenommen. Durch Laminieren dieser Tapes können auch Komponenten mit wesentlich größeren Wandstärken gefertigt werden. Durch Umformen und Fügen sowie anschließendem Trocknen, Sintern und ggf. Nachbearbeiten mit konventionellen Methoden (Bohren, Fräsen, Sägen, Schleifen, etc) ergeben sich die gewünschten WHIPOX-Endprodukte. Durch Variation der Fasertypen, des Wickelmusters, des Fasergehalts und der Zusammensetzung der Matrix lassen sich die Eigenschaften von WHIPOX gezielt auf spezielle Anwendungen einstellen.

Potentielle Anwendungen von WHIPOX™ außerhalb der Luft- und Raumfahrt

Aufgrund der exzellenten Thermowechselbeständigkeit und einer niedrigen Wärmekapazität eignen sich WHIPOX-Bauteile ausgezeichnet als Brennhilfsmittel (im Industrieofenbau, Chargiergestelle, Brennerdüsen) besonders für Komponenten mit extrem schnellen Aufheiz- bzw. Abkühlraten. Die elektromagnetische Transparenz des Verbundwerkstoffs ermöglicht neuartige Prozesstechnologien in der Schmelzmetallurgie, wie z.B. induktives Aufheizen oder induktiv gesteuerte Krafteinleitungssysteme bei flüssigen metallischen Schmelzen. Für elektrotechnische Anwendungen steht mit WHIPOX ein elektrischer Isolator zur Verfügung der bei Temperaturen bis oberhalb 1000°C eingesetzt werden kann und dabei ein nicht-sprödes Bruchverhalten zeigt. Die in weitem Maße variable Permeabilität macht WHIPOX zu einem attraktiven Material für hochtemperatur- und korrosionsbeständige Filter. Auch für solarthermische und thermochemische Prozesse stellen WHIPOX-Tragstrukturen attraktive Alternativen zu monolithischen Keramiken dar.

WPX Faserkeramik GmbH

Zur Vermarktung der im DLR entwickelten Prototypen steht seit2007 die WPX-Faserkeramik GmbH zur Verfügung. Das Portfolio der Ausgründung umfasst Produktentwicklung, Serienfertigung, Vertrieb und Service.


Kontakt
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Stefan Reh
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Werkstoff-Forschung

Tel: +49 2203 601-3573

Fax: +49 2203 68936

E-Mail: Stefan.Reh@dlr.de
Prof. Dr. Martin Schmücker
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Werkstoff-Forschung
, Keramische Struktur- und Funktionswerkstoffe
Tel: +49 2203 601-2462

Fax: +49 2203 696480

E-Mail: Martin.Schmuecker@dlr.de
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Texte zu diesem Artikel
Funktionelle Beschichtungen für keramische Strukturwerkstoffe (http://www.dlr.de/wf/desktopdefault.aspx/tabid-2742/4142_read-6149/usetemplate-print/)