Prozess-Struktur-Eigenschafts-Korrelation (PSE) von C/C-SiC-Verbunden, hergestellt durch Duroplastspritzgießen in der 1. Prozessstufe (IM-CMC)

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Daisy Nestler
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 501805773

Ziel des Projektvorhabens ist die Analyse der prozessbedingten Mikrostrukturänderung und der daraus resultierenden Versagensmechanismen von C/C-SiC-Keramikmatrix-Verbundwerkstoffen. Die Besonderheit dieses Vorhabens ist die Nutzung des Duroplastspritzgießverfahrens als erste Prozessstufe in der dreistufigen LSI-Route (liquid silicon infiltration – Flüssigsilicierverfahren). Dieses sog. IM-LSI-Verfahren (injection moulding and liquid silicon infiltration) ermöglicht die Großserienherstellung der CFK-Vorkörper, verändert allerdings die Mikrostruktur durch Vereinzelung von Faserstrukturen, deren Kürzung und Umorientierung während des Einspritzens. Dadurch wird eine Evaluierung der Wirkungsweise der Energiedissipationsmechanismen zur Generierung der Quasiduktilität erforderlich. Im Vordergrund stehen dabei die Auswirkungen der drei Hauptprozessschritte (Spritzgießen, Pyrolyse, Siliciuminfiltration) auf die Mikrostruktur. Im Kurzfaser-Compound liegen die Kohlenstofffasern überwiegend vereinzelt vor, werden aber im Duroplastspritzgießen reproduzierbar angeordnet. Die entstehende Mikrostruktur, die Einstellung der Faserorientierung durch Angussgestaltung sowie der Einfluss von Bindenähten auf Struktur und Eigenschaften sind Gegenstand der Untersuchungen. Zusätzlich soll bereits während der Compoundierung Siliciumpulver in das Granulat eingemischt werden. Dies ermöglicht eine intrinsische Silicierung mit dem Vorteil, den SiC-Anteil in der Matrix exakt zu steuern. Die Direktimprägnierung von textilen Halbzeu-gen als Einleger im Duroplastspritzgießen dient zum Ausgleich der geringen Faserlänge des Compounds und soll zur deutlichen Erhöhung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Quasiduktilität, führen. Die Änderung der Mikrostruktur durch die Entstehung des Rissnetzwerkes während der Pyrolyse unterscheidet sich vom Stand der Technik. Die vereinzelten Verstärkungsfasern bedingen die Entstehung eines feinen Rissnetzwerkes, welches anschließend mit Silicium infiltriert wird. Die Untersuchungen der Wirkungsweise dieser Mikrostruktur im Gegensatz zu einer groben Gewebe-basierten Mikrostruktur auf die energiedissipierenden Mechanismen und damit auf die Quasiduktilität sind ein Schwerpunkt dieses Vorhabens. Die Zusammenhänge zwischen Prozess, Mikrostruktur und Eigenschaften sollen untersucht, dargestellt und optimiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen