Sprüh-Wickeln: Einschrittverfahren zur Herstellung von keramischen Faserverbundwerkstoffen durch simultanes Wickeln, Sprüh-Matrizieren und in-situ Pyrolyse
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Untersuchungen im Rahmen dieses Forschungsprojekts konnten zeigen, dass das Einschrittverfahren zur Herstellung von Faser-Komposit-Werkstoffen geeignet ist. Eine Vielzahl von Verfahrensparametern konnte im Hinblick auf einen kontinuierlichen Betrieb unter Berücksichtigung von Zeit- und Kostenaspekten optimiert werden. Für die Herstellung von nahezu dichten Kompositen ist das lagenweise Aufbringen von sehr dünnen Matrixschichten erforderlich, um die immanente Schwindung während der Pyrolysephase so zu gestalten, dass Rissbildung vermieden wird. Die Weiterentwicklung der Anlagenprozesstechnik war somit Hauptziel im zweiten Förderabschnitt. Schrittweise wurde das Ausgangskonzept erweitert und deutlich verbessert. Möglichkeiten der Optimierung bestehen trotz allem. Aus den bisherigen Erfahrungen mit diversen IR-Strahlerkonzepten und Sprühgeometrien ergibt sich vor allem, dass ein deutliches scaling-up der Anlage erfolgen muss. Ausschlaggebend dafür ist die feinste Verteilung des Sprühnebels nicht nur auf den Wickeldorn, sondern auch auf nahe liegende Anlagenteile wie Strahler. Dies führt unvermeidlich zu Strahlungsverlusten, einer nur teil-pyrolysierten Matrixphase, dem Verkleben der Anlage und letztlich zum Stillstand. Im Falle größerer Geometrien bei beibehaltenem Sprühkegel sind längere Pyrolysezeiten bis zum Aufsprühen der nächsten Schicht möglich, so dass eine vollständige Pyrolyse bei anisotroper Schwindung erzielt werden kann. Die Umbauten hätten ein finanzielles Volumen erfordert, das im Rahmen des Forschungsprojekts nicht gegeben war. Potentielle Anwendungen der kostengünstig herzustellenden Komposite mit geringer Porosität ergeben sich im Wesentlichen durch die Eigenschaften der jeweils verwendeten Faser. Bei dem Kontakt zu einem Stromversorger waren die elektrischen Eigenschaften der Graphit-Faser und die maßgeschneiderten Dimensionen der Rohre von Bedeutung. Das Einsatzgebiet von dichten Verbundkeramischen Rohren u.a. zur Leitung von heißen Prozessgasen ist deutlich größer. Da das Verfahrensprinzip durch den lagenweisen Aufbau des Bauteils grundsätzlich die Herstellung dichter keramischer Verbundwerkstoffe und somit die Erschließung breiter Anwendungsfelder ermöglicht, sollte ein scalling-up erwogen werden. Poröse Faserrohre zeigen ein großes Anwendungspotenzial im Bereich der Katalyse. Hier besteht noch Entwicklungsbedarf hinsichtlich der Homogenität der gefertigten Rohrkatalysatoren. Auch sind in der Katalyse als optimale Träger geltende Oxide in Faserform noch zu untersuchen. Die prinzipielle Eignung konnte jedoch gezeigt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Cost effective process for CMC tubes based on polymer spray winding: process and properties. Proceedings of the 30th Intemational Conference on Advanced Ceramics and Composites
A. Glueck, O. Goerke, and H. Schubert
- Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines keramischen Verbundkörpers. DE 103 29 786 B3
O. Goerke. E. Feike, H. Schubert
- Sprüh-Wickel-Technik zur CMC-Herstellung. DKG-Symposium Hochleistungskeramik 2006
- Continuous manufacturing of fiber reinforced ceramic composites. European Congress and Exhibitions on Advanced materials and Processes, Euromat 2007, Nürnberg
A. Glueck, O. Goerke, H. Schubert
- Fabrication of CMC by Polymer Spray Winding. 10th International Conference and Exhibition of the European Ceramic Society 2007, Berlin
