Neue funktionelle Siliziumcarbonitrid Keramikfasern auf Basis von metallorganisch modifizierten Polysilazanen

• Antragsteller: Dr. Günter Motz
• 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 2015 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 284004736

Nichtoxidische Keramikfasern werden in vielen Bereichen als Verstärkung von faserverstärkten Keramiken (CMCs) eingesetzt. Trotz großer Fortschritte bei der Entwicklung dieser Fasern in den letzten Jahren werden ausschließlich Siliziumkarbidfasern (SiC) industriell eingesetzt. Nachteilig ist ihr hoher Preis (von 1.5 bis 10 kEuro/kg) abhängig von der Faserqualität. Außerdem wird die Herstellung von japanischen Firmen dominiert und es gibt keine alternativen Produkte aus anderen Ländern. Um die Kosten zu reduzieren und wettbewerbsfähig zu werden, ist es notwendig, die Aktivitäten und Ressourcen europäischer Forscher, insbesondere aus Frankreich und Deutschland, zu bündeln. Das vorliegende Projekt befasst sich daher mit der Entwicklung, Synthese und Untersuchung polymerabgeleiteter nichtoxidischer Keramikfasern mit zusätzlichen funktionellen Eigenschaften. Die zu entwickelnden Fasern sollen als Verstärkung für thermostrukturelle Anwendungen mit elektrischen und magnetischen Eigenschaften dienen. Um die genannten Anforderungen zu erfüllen, müssen die Fasern nicht nur beständig in aggressiven Umgebungen sein, sondern ihre funktionellen (elektrisch, magnetisch) Eigenschaften erhalten. Diese sollen über die Modifizierung von (Si-(B/Al)-C-N) Polymeren mit metallorganischen Verbindungen eingebracht werden. Während der Keramisierung zu SiCN(B/Al) kommt es dann gleichzeitig zur in-situ Bildung der funktionellen Nanophase. Um die Projektziele zu erreichen, ist das Projekt in 5 Arbeitspakete gegliedert. Ta1 beinhaltet die Synthese und Charakterisierung (NMR, FTIR, MW-bestimmung, Elementaranalyse) der metallmodifizierten Polymere. Ta2 befasst sich mit dem Schmelzspinnen und dem Härten dieser Polymere. In Ta3 werden die in Ta2 synthetisierten Polymerfasern zu den metallmodifizierten Keramikfasern pyrolysiert und dieser Prozess mittels FTIR, TG-GC/MS und FK- NMR untersucht. Ta4 befasst sich mit der mechanischen, (nano)strukturellen und funktionellen Charakterisierung der metallmodifizierten SiCN(B/Al) Fasern insbesondere deren elektrischen und magnetischen Eigenschaften. Ta5 beinhaltet Versuche zur Modellierung des Keramisierungsprozesses der Fasern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Samuel Bernard