Bei den CMC-Strukturen des Instituts wurden je nach Anwendungsprofil, Funktion und Schichtmaterial einzelne Beschichtungstechniken gezielt ausgewählt und angepasst. Bei mehrlagigen Schichtsystemen (sog. Multilayer-Schichten) kamen auch kombinierte Verfahrensweisen zum Einsatz.
SiCralee-Beschichtungen
Der Vorteil der DLR-intern entwickelten SiCralee-Schutzschicht ist die prozessintegrierte Beschichtung der Verbundwerkstoffe, die ohne Zusatzaufwand durchgeführt werden kann. Die SiCralee-Beschichtung entsteht während des Siliciervorgangs durch Reaktionsbindung von überschüssigem Silicium mit Kohlenstoff zu einer aus Silicium (ca. 80 %) und Siliciumcarbid (ca. 20%) bestehenden Schicht. Die thermische Ausdehnung dieser SiSiC-Schichten ist größer als die des C/C-SiC Substratmaterials, was dazu führt, dass sich beim Abkühlvorgang durch die entstehenden Zugspannungen ein ausgeprägtes Rissmuster in der Schicht ausbildet. Wegen ihrer guten tribologischen Eigenschaften werden SiCralee-Schutzschichten für die Reibflächen von C/C-SiC Bremsscheiben eingestetzt.
Charakteristisch für SiCralee-Schutzschichten sind:
CVD-SiC-Beschichtungen
SiC-Beschichtungen erweisen sich unter den extremen Bedingungen, wie sie Raumfahrzeuge beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre erfahren, als thermisch äußerst stabil und widerstandsfähig. Zugleich zeigen sie ein hohe chemische Kompatibilität und Haftfestigkeit zu den im Institut entwickelten C/C-SiC Werkstoff. Deshalb wurden alle C/C-SiC Bauteile, die für neuartige Thermalschutzsysteme zukünftiger Wiedereintrittsfahrzeuge entwickelt wurden, mit einer CVD-SiC Schutzschicht gegen Oxidation versehen, so dass sie mehrfach einsetzbar sind. Die CVD-SiC-Beschichtung auf C/C-SiC Strukturen wird in Kooperation mit der Firma Schunk-Kohlenstofftechnik durchgeführt und stellt einen Basisschutz für thermisch belastete C/C-SiC Bauteile dar.
BORASiC®-Beschichtungen
Dieses Schichtsystem stellt eine Weiterentwicklung der CVD-SiC-Beschichtung mit Selbstheilungseigenschaften dar. Der Schichtaufbau besteht aus CVD-SiC, bei dem eine dünne Zwischenschicht aus CVD-B4C enthalten ist. Bei Rissbildungen in der Deckschicht kann Sauerstoff bis an die B4C-Zwischenschicht vordringen, die sich daraufhin lokal in viskoses B2O3-Glas umwandelt und die feinen Risse an diesen Stellen wieder versiegelt. Die Beschichtung ist ebenfalls ein Produkt der Firma Schunk-Kohlenstofftechnik und wurde vom DLR bei der Weiterentwicklung von Wärmetauschern zusammen mit plasmagespritzten Cordierit-Deckschichten eingesetzt.
Yttriumsilkat-Beschichtungen
Yttriumsilkat (Y2SiO5/Y2Si2O7) wird als Oxidationsschutz für Thermalschutzsysteme aus C/C-SiC eingesetzt, weil es thermisch sehr widerstandsfähig und extrem thermoschockbeständig ist. Das Schichtsystem ist eine DLR-eigene Entwicklung und wurde mit Foton-M2 bereits erfolgreich im Wiedereintrittsflug getestet, wo es sich bestens bewährt hat. Die Beschichtung setzt sich aus einer 40 µm dünnen CVD-SiC-Haftschicht und einer darüber liegenden, ca. 140 µm dicken, Yttriumsilikatschicht zusammen, die mit dem Niederdruck-Plasmaspritzverfahren (LPPS) aufgebracht wird. Mit diesem Schichtsystem sind Einsatztemperaturen bis ca. 1650 °C möglich.