Hochtemperatur-Zug- und Ermüdungsprüfstand für keramische Faserverbundwerkstoffe

• Fachliche Zuordnung: Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 555004326

Der beantragte Hochtemperatur-Zug- und Ermüdungsprüfstand für keramische Faserverbundmaterialien besteht aus einem servohydraulischen Prüfrahmen mit geeigneten hydraulischen Spannzeugen für keramische Faserverbundwerkstoffe (Ceramic Matrix Composites - CMC) mit üblicherweise flacher rechteckförmiger oder knochenförmiger Probengeometrie. Die Materialprüfung kann bei Temperaturen von bis zu 1500 °C erfolgen, wobei die Probenerwärmung durch einen kurzen Spaltofen mit hoher Aufheiz- und Abkühlrate erfolgt, der den Messbereich der Probe umgibt. Die Einspannung der Probe erfolgt außerhalb des Ofens. Es besteht die Möglichkeit, die beheizte Zone mit Inertgas zu spülen, um eine Oxidation der Probe zu verhindern, oder alternativ die Hochtemperaturprüfung unter Luftatmosphäre durchzuführen. Die Prüfmaschine erlaubt eine einachsige Zugprüfung sowie eine Prüfung der mechanischen Ermüdung von CMCs bei Frequenzen von bis zu 100 Hz und mit bis zu einer Grenzlastspielzahl von einer Million Zyklen. Bei der dynamischen Prüfung ist sowohl eine Zug/Zug- als auch Zug/Druck-Prüfung möglich. Die Steuerung kann weg- oder kraftgesteuert erfolgen. Die maximale Last beträgt 100 kN. Die Dehnungsmessung wird mittels berührungsloser, optischer Messsysteme und digitaler Bildkorrelation (Digital Image Correlation - DIC) durchgeführt. Mit Hilfe des Prüfstandes soll das Ermüdungs- und Versagensverhalten von CMCs bei hohen Temperaturen und unter inerten oder oxidativen Bedingungen untersucht wer-den. Von Interesse sind hauptsächliche nicht-oxidische Faserverbundwerkstoffe, insbesondere Carbon- und Siliziumkarbidfaser-verstärktes Siliziumkarbid (C/SiC und SiC/SiC). Es sollen z.B. die Zyklenzahl bis zum Versagen der Probe unter dynamischer Belastung bei definierter Spannung oder die maximal mögliche Spannung für eine bestimmte Zyklenzahl bestimmt werden. Auch die verbleibende Festigkeit der Probe nach dynamischer Belastung, unter hohen Temperaturen und/oder unter oxidativer Atmosphäre ist von Interesse. Zudem sollen die Versagensmechanismen im CMC anhand der einzelnen Belastungs-Entlastungs-Zyklen untersucht werden, z.B. mittels Bestimmung der von den Hysteresekurven eingeschlossenen Fläche oder des Moduls. In Kombination mit mikroskopischen Methoden können so die Ablösung von Faser und Matrix oder die Ausbreitung von Ermüdungsrissen bei zyklischer Belastung untersucht werden. Hier ist auch der Einfluss von keramischen Faserbeschichtungen von Interesse. Ziel der materialwissenschaftlichen Untersuchungen ist eine detaillierte Lebensdauerbewertung von keramischen Faserverbundwerkstoffen unter anwendungsnahen Umgebungsbedingungen, z.B. hohen Temperaturen und oxidativer Atmosphäre.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochtemperatur-Zug- und Ermüdungsprüfstand für keramische Faserverbundmaterialien
• Gerätegruppe: 2910 Dynamische Prüfmaschinen und -anlagen, Pulser
• Antragstellende Institution: Universität Augsburg
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Dietmar Koch