Umfangreiche Erfahrungen liegen im Bereich der kohlenstofffaserverstärkten Faserverbundkeramiken vor. Diese sogenannten C/C-SiC Werkstoffe, wurden Ende der 1980er Jahre entwickelt. Durch eine zielgerichtete Anpassung an unterschiedliche Anwendungsbereiche entstand eine Vielzahl von standardisierten Werkstoffvarianten mit deutlich unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften. C/C-SiC Werkstoffe bestehen primär aus lasttragenden Kohlenstofffasern, bzw. C/C-Bündeln, die in einer Matrix aus kristallinem Siliciumcarbid eingebettet sind.
Wesentliche Eigenschaften sind:
Für Langzeitanwendungen in oxidierenden Atmosphären und Temperaturen oberhalb ca. 450 °C sind kohlenstoffbasierte CMC-Werkstoffe nicht einsetzbar. Im Rahmen eines aktuellen, nationalen Forschungsprogramms wird die Entwicklung von hochtemperaturstabilen, nichtoxidischen CMC auf der Basis neuer, keramischer Fasern weiter vorangetrieben. Zielapplikationen sind Heißgasführungen für Flugzeugtriebwerke und stationäre Gasturbinen.
Neben den nichtoxidischen CMC-Werkstoffen werden hochtemperatur- und oxidationsbeständige CMC-Werkstoffe auf der Basis von oxidischen Fasern und Matrices entwickelt. Die Herstellung dieser sogenannten OXIPOL-Werkstoffe (Oxidic CMC based on Polymers) erfolgt über den PIP-Prozess (Polymer Infiltration and Pyrolysis). Dabei werden zunächst polymere Vorkörper auf der Basis von 2D Fasergeweben und Polysiloxan-Precursoren via RTM-Verfahren hergestellt. Bei der anschließenden Pyrolyse wird das Polymer zu einer SiOC-Matrix umgewandelt. Durch mehrere Nachinfiltrations- und Pyrolyseschritte können geringe CMC-Porositäten unter 10 Vol.-% erzielt werden. Im Gegensatz zu anderen, oxidischen CMC Werkstoffen wird die Duktilität des CMC-Werkstoffs daher nicht durch eine hochporöse Matrix sondern durch eine sogenannte „verlorene Beschichtung“ der Fasern eingestellt.
Für hochtemperaturbeständige oder hochsteife Strukturen stehen biomorphe SiSiC-Werkstoffe zur Verfügung. Durch die Verwendung von kostengünstigen Holzwerkstoffen als Ausgangsmaterial und durch die endkonturnahe Herstellbarkeit selbst großvolumiger, komplex geformter Bauteile via LSI, bieten biomorphe SiC Keramiken neue, technologische Entwicklungsmöglichkeiten sowie ein hohes Einsatzpotenzial in kostensensitiven Bereichen, wie z.B. bei Leichtbaupanzerungen und bei Hochtemperaturwärmeübertragern. Ziel der Werkstoffentwicklung ist die Anpassung der Werkstoffzusammensetzung und -eigenschaften (z.B. Härte, Schadenstoleranz, Duktilität) auf spezielle Anforderungen in unterschiedlichen Anwendungsgebieten.
Derzeitige Entwicklungsschwerpunkte