Keramische Temperatur- und Drucksensoren auf der Basis molekular abgeleiteter nano/mikrostrukturierter SiOC-Keramik

• Antragsteller: Dr.-Ing. Rainer Oberacker; Professor Ralf Riedel
• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 157969653

In den beiden zurückliegenden Antragsphasen wurden die materialrelevanten Fragestellungen zur Synthese polymerabgeleiteter und nanostrukturierter SiOC-basierter Keramiken für den Einsatz als Werkstoff für Glühkerzen in der Kaltstarttechnik für Dieselmotoren erarbeitet. Ausgehend von Polysiloxanen und borhaltigen Füllstoffen sowie nanoskaligen aluminiumhaltigen Füllerpartikeln wurden SiOC-Matrixmaterialien erhalten, deren Hochtemperaturverhalten im Hinblick auf thermische Zersetzung und Phasenausbildung gegenüber dem reinen SiOC-Material deutlich verbessert ist. Neben dem Einsatz als Temperatursensor können die SiOC-Komposite aufgrund des im Rahmen unserer Arbeiten erstmals nachgewiesenen piezoresistiven Verhaltens auch direkt als Drucksensor verwendet werden.Im vorliegenden Fortsetzungsantrag sollen die erarbeiteten hochtemperaturstabilen Materialsysteme zusätzlich mit MoSi2 beaufschlagt werden, um elektrisch leitende SiOC-Massen für die Anwendung als Heizleiter zu realisieren. Hierzu müssen die entsprechenden SiOC/MoSi2-Zusammensetzungen optimiert werden, um eine Korrelation zwischen der Precursor-Füllstoff-Mischung, deren Verarbeitung zum Bauteil und den nach der Keramisierung ausgebildeten Eigenschaften zu erarbeiten. Dazu gehören auch die Hochtemperatur- und die Langzeitstabilität der mechanischen und sensorischen Eigenschaften im Hinblick auf die Zuverlässigkeit des späteren Bauteils. Als Formgebungstechnik zur Herstellung eines funktionsfähigen Heizleiters mit elektrisch leitendem und elektrisch isolierendem Bereich soll das Transfer-Molding-Verfahren angewandt werden. An möglichst vollständig verdichteten SiOC-Keramiken (z.B. durch Spark-Plasma-Sintern (FAST)) unterschiedlicher Zusammensetzungen werden die mechanischen Eigenschaften nach verschiedenen Auslagerungszuständen ermittelt, um ein umfassendes Verständnis der Gefüge-Eigenschaften-Korrelation von Si-O-C-Werkstoffen zu erhalten. Insbesondere das Verhältnis amorpher zu kristalliner Phasen soll variiert und mit ihren Eigenschaften verknüpft werden. Langfristiges Ziel ist die Bereitstellung eines Methodenbaukastens zur Herstellung einfach zu prozessierender SiOC-basierter Massen mit speziell einstellbaren Materialeigenschaften. Eine erste Technologiedemonstration am Ende des Projektes soll aufzeigen, dass die neuartigen nanostrukturierten SiOC-Keramikkomposite im realitätsnahen Einsatz sowohl die Funktion des Glühens als auch simultan die Funktion des Temperatur- und Drucksensors bereitstellen können und der Abgriff der Signale auch technisch unter erhöhten Temperaturen möglich ist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1181: Nanoskalige anorganische Materialien durch molekulares Design: Neue Werkstoffe für zukunftsweisende Technologien
• Beteiligte Person: Dr. Jürgen Nuffer