Geometrieabhängige numerische und experimentelle Untersuchungen bei der Herstellung von C/C-SiC-Verbundwerkstoffen via LSI-Route und Spritzgießen als Formgebungsverfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Seefried, seit 3/2024; Professor Dr.-Ing. Guntram Wagner
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 522184191

Gesamtziel des Vorhabens ist es, ein grundlegendes Verständnis der komplexen Wirkzusammenhänge des 3-stufigen LSI-Prozesses bei der Herstellung von kurzfaserverstärkten C/C-SiC-Verbundwerkstoffen mit dem Fokus auf die Formgebung durch das Duroplastspritzgießen zu erarbeiten. Experimentelle Untersuchungen des Formfüllverhaltens von Platten unterschiedlicher Dicke sowie eines komplexen Bauteils mit kohlenstofffaserverstärkter duroplastischer Trägermatrix im Spritzguss dienen der Erforschung der Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehung sowie dessen simulativer Abbildung. Ein Teilziel des Projektes stellt die Vorhersage der sich, in Abhängigkeit von Bauteilgeometrie und Verarbeitungsparametern, einstellende Faserorientierung dar. Anhand dieser werden Rückschlüsse auf die Vorhersagegenauigkeit der mechanischen Eigenschaften der hergestellten Bauteile gezogen. Die sich im Spritzguss einstellende Faserorientierung führt derzeit im Keramisierungsprozess zu einem unvorhersagbaren Materialverhalten und lässt daher keine Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Endverbundes zu. Insbesondere für die Einzelprozesse Tempern, Pyrolyse und Flüssigphasensilizierung sind systematische Wirkzusammenhänge zwischen der Formteilgeometrie, der Faserorientierung im CFK-Verbund in Kombination mit Prozessparametern und den Eigenschaften der C/C- sowie C/C-SiC-Verbunde zu untersuchen und in neue Modelle zu übertragen. Ein weiteres Teilziel besteht darin, die mikrostrukturellen sowie die mechanischen Eigenschaften der faserverstärkten Verbundwerkstoffe zuverlässig vorherzusagen und zu verbessern. Die gewonnenen Erkenntnisse der Schwerpunktgebiete Verarbeitung, Simulation und Keramisierung werden zusammengeführt, Wirkzusammenhänge abgeleitet und wissenschaftlich dargestellt. Darauf aufbauend werden die Auswirkungen der Bauteilgeometrie und Faserorientierung auf die Schrumpf- und Verzugseigenschaften über die gesamte Herstellungskette analysiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Gehde, bis 3/2024 (†)