Oxidische Faserverbundwerkstoffe für Hochtemperatur-anwendungen 

Die in der Energietechnik angestrebte Erhöhung des Wirkungsgrades bei gleichzeitiger Verminderung der Emissionen erfordert Steigerung der Heißgastemperatur und Reduktion der Kühlung. Oxidische keramische Faserverbundwerkstoffe sind eine Erfolg versprechende Materialvariante zur Realisierung der höheren Temperaturbelastbarkeit der Komponenten. 

Das Hauptkriterium für die materialwissenschaftliche Realisierung dieser Zielstellung ist die Entwicklung von neuen keramischen Werkstoffen, die hohe Schadenstoleranz, hohe mechanische Stabilität bis zu Temperaturen von 1500°C (Kriechverhalten) und ausreichende chemische Stabilität unter Heißgasbedingungen in sich vereinen. 

Im Rahmen der Vorlaufsforschung an den Fraunhofer-Instituten IKTS, ISC und IWM wurden oxidische Faserverbundwerkstoffe aus kommerziellen oxidischen Langfasern mit einem sehr hohen Potenzial entwickelt. 

Rohrförmiger Demonstrator, rekristallisiert aus Faserbündel (kommerzieller Hersteller)Durchmesser: 40mm x 70mm (© Fraunhofer IKTS)

Das grundlegende Konzept bei der Entwicklung dieser Werkstoffe war ein neuartiges Grenzflächendesign mit fester Faser-Matrix-Anbindung, mit welchem eine verbesserte Kriechresistenz (hoher Anteil von kriechstabilen einkristallinen Fasern durch gezielte Rekristallisation) sowie eine hohe Schadenstoleranz durch ein im Mikrobereich relaxationsfähiges Faser/Matrix-Interface realisiert werden sollen.