Hoch dichte polymerabgeleitete Keramiken mit Kohlenstoffnanoröhren-Verstärkung

• Antragsteller: Professor Dr. Michael J. Hoffmann; Professor Dr. Michael Scheffler
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 268257930

Ziel des Vorhabens ist es, das Konzept der polymerabgeleiteten Keramiken, PDCs, um die Möglichkeit der Verstärkung mit Kohlenstoffnanoröhren, CNTs, die in-situ bei der thermischen Umwandlung präkeramischer Polymere ohne den Einsatz einer explosiven Kohlenwasserstoffatmosphäre gebildet werden können, zu erweitern. Die Herstellung der PDCs wird mittels zweistufigem Prozess durchgeführt: in der ersten Stufe erfolgt die thermische Umwandlung des präkeramischen Polymers in Gegenwart eines Übergangsmetallkatalysators, der die entweichenden Kohlenwasserstoffe in CNTs umwandelt. In der zweiten Stufe wird die CNT-haltige Keramik mittels eines feldunterstützten Sinterprozesses, FAST, verdichtet. Um die Zusammenhänge zwischen Prozessparametern der Teilprozesse, der Mikrostruktur und den resultierenden Eigenschaften der FAST-verdichteten Keramik zu verstehen, werden Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften und relevante Funktionseigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit) dieser neuartigen Werkstoffe charakterisiert und aus den Ergebnissen Modellvorstellungen abgeleitet.Aus den Zusammenhängen zwischen CNT-Gehalt und resultierender Verstärkung sollen grundlegende Erkenntnisse zum Einfluss des Zustands der Matrix (von amorph bis kristallin) auf des Verdichtungsverhalten beim Sintern und auf vor allem den Verstärkungseffekt abgeleitet werden, die auch auf andere Werkstoffsysteme übertragbar sind. Darüber hinaus wäre ein keramischer Werkstoff mit hoher Bruchzähigkeit verfügbar, der in vergleichsweise einfachen Teilprozessen hergestellt werden kann und dessen Eigenschaften sich durch Wahl der Prozessparameter sowie partikulärer Zusätze in weiten Bereichen einstellen lassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen