DE19826792A1 - Faserverbundmaterialien aus oxidationsbeständigem Fasermaterial und einer hochporösen oxidkeramischen Matrix - Google Patents
Faserverbundmaterialien aus oxidationsbeständigem Fasermaterial und einer hochporösen oxidkeramischen MatrixInfo
- Publication number
- DE19826792A1 DE19826792A1 DE19826792A DE19826792A DE19826792A1 DE 19826792 A1 DE19826792 A1 DE 19826792A1 DE 19826792 A DE19826792 A DE 19826792A DE 19826792 A DE19826792 A DE 19826792A DE 19826792 A1 DE19826792 A1 DE 19826792A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fiber
- fibers
- fiber composite
- composite material
- mullite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
- C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
- C04B35/185—Mullite 3Al2O3-2SiO2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B38/00—Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
- C04B2111/28—Fire resistance, i.e. materials resistant to accidental fires or high temperatures
Abstract
Gegenstand der Erfindung sind hochtemperaturbeständige Faserverbundmaterialien oxidationsbeständigen keramischen Fasern sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. DOLLAR A Die hochtemeperaturbeständigen Faserverbundmaterialien bestehen aus oxidationsbeständigen keramischen Fasern und eine diese umgebende Mullitmatrix, deren Porosität 40 bis 60 Vol.-% beträgt.
Description
Gegenstand der Erfindung sind hochtemperaturbeständige Faserverbundmateria
lien aus oxidationsbeständigem Fasermaterial sowie ein Verfahren zu ihrer Her
stellung.
Aus der DE 196 23 425 A ist bekannt, daß langfaserverstärkte keramische Ver
bundwerkstoffe als thermischer Schutz in Brennkammern von mobilen und statio
nären Turbinen eingesetzt werden, um eine Steigerung der Verbrennungstempe
ratur und damit eine Verringerung des Schadstoffausstoßes zu erreichen. Von ent
scheidender Bedeutung, insbesondere bei Flugzeugtriebwerks-Turbinen ist dabei
die Schadenstoleranz dieses Schutzsystems im Langzeiteinsatz. Ein nicht katastro
phales Versagensverhalten der eingesetzten Werkstoffe, beispielsweise bedingt
durch Sprödbruch ist unabdingbar. Dies soll durch Einsatz eines keramischen Fa
serverbundwerkstoffs auf Oxidbasis ermöglicht werden. Die physikalisch-chemi
schen Eigenschaften von Mullit (Al6Si2O13 bzw. 3Al2O3.2SiO2) machen ihn zu ei
nem geeigneten Matrix-Material für Verbundwerkstoffe für den Einsatz bei hohen
Temperaturen in oxidierender Atmosphäre.
Dies sind insbesondere:
- - Eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit
- - Eine hohe Kriechbeständigkeit, auch bei hohen Temperaturen
- - Eine hohe chemische Resistenz, insbesondere gegenüber Oxidation
- - Eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit.
Konventionelle Herstellungsverfahren für Verbundwerkstoffe auf Mullitbasis, wie
das Sintern von Mullitpulvern oder das Reaktionssintern von Aluminiumoxiden
und Siliciumoxiden, erfordern Prozeßtemperaturen von mehr als 1650°C und sind
mit hohen Volumenabnahmen von mehr als 20 Vol.-% verbunden. Dies würde zu
Schädigungen des Keramikverbundes während der Herstellung führen, da diese
Prozeßtemperaturen weit über der Grenze der thermischen Stabilität aller bislang
kommerziell erhältlichen Verstärkungsfasern führen.
Eine Möglichkeit der Herstellung von faserverstärkten, keramischen Ver
bundwerkstoffen ist das Heißpressen. Durch dieses Verfahren, das
Prozeßtemperaturen < 1300°C ermöglicht, wurden bereits Mullitmatrix-Ver
bundwerkstoffe hergestellt, wobei die Endprodukte auf einfache Formen, wie z. B.
Platten, beschränkt blieben.
In der DE 196 23 425 A wird die Verwendung von Siliciummetall als Siliciumquelle
und Korund (α-Al2O3)-Keramikpulver als Aluminiumquelle beschrieben. Zur Steige
rung der Reaktivität und der Verdichtung werden Elemente der dritten Nebengruppe
(Sc, Y, La) sowie der Seltenen Erden (Ce . . . Lu) zugegeben, welche nach dem
Prozeß in einem Temperaturbereich von weniger als 1400°C die kristallinen
Phasen Thortveitit bzw. analoge Silikatstruktur bilden (allgemein Me2Si2O7), oder
wie im Falle des Ce als Cerianit CeO2 in der Keramik verbleiben. Um die
Mullitisierung zu beschleunigen werden ggf. hochreaktive Mullit-Precursorpulver
verschiedener Korngrößen (bevorzugt etwa 0,1 µm) als homogene
Kristallisationskeime beigemischt.
Die EP 0 410 601 A2 beschreibt ein keramisches Verbundmaterial, daß durch den
Einbau von keramischen Fasern verstärkt ist sowie ein Verfahren zu seiner Her
stellung. Das keramische Verbundmaterial besteht aus einer Aluminiumoxid-Matrix,
die Mullitbereiche enthält, die aus einem kolloidalen Siliciumdioxid-Füllstoff und
Aluminiumoxidfasern gebildet werden, wobei ein Teil des Mullits auf der Oberfläche
der Faser wächst. Das Verbundmaterial wird hergestellt durch Bilden einer wäßri
gen Aufschlämmung, d. h. eine Dispersion der Fasern, Füllstoffe, kolloidales Silici
umdioxid und die Rheologie beeinflußenden Mitteln hergestellt wird. Anschließend
wird die Aufschlämmung in die gewünschte Form gebracht und das Produkt ge
brannt. Das keramische Matrix-Material soll insbesondere geeignet sein für die Her
stellung von keramischem Schaumfiltern.
Aus Patent Abstracts of Japan C-702, 15 März 1990, Vol. 14/No. 137 (Anmeldenr.
63-49169) ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter keramischer
Verbundmaterialien bekannt, bei dem die Bildung von Brüchen und Rissen durch
Herstellung einer keramischen Aufschlämmung vermieden werden soll und in die
faserförmige Keramik gleichförmig dispergiert ist. Die Aufschlämmung wird in eine
Form eingebracht, entwässert und zu dem geformten Körper getrocknet.
Nach wie vor besteht ein Bedarf für eine einfache Herstellung eines oxidkerami
schen Werkstoffverbundes mit exzellenten mechanischen Eigenschaften.
Beispielsweise im Triebwerksbau ist der Einsatz von thermischen Isoliermaterialien
geplant, die uns erlauben, trotz erhöhter Brennkammertemperaturen die Kühlluft
menge zu reduzieren und damit bei verbessertem Wirkungsgrad die Schadstoff
emission (NOX-Werte) zu minimieren. Das Anforderungsprofil unter Berücksichti
gung einer Einsatztemperatur von mehr als 1300°C sieht dabei wie folgt aus:
- 1. Langzeitbeständigkeit bei zyklischer Beanspruchung hinsichtlich des Oxidations verhaltens;
- 2. schadenstolerantes Verhalten, d. h. partielle Schädigung des Materials dürfen nicht zum Versagen des kompletten Bauteils führen;
- 3. ausreichende mechanische Stabilität (insbesondere Biegefestigkeit < 100 MPa);
- 4. geringe Wärmeleitfähigkeit und geringe Dichte.
Sämtliche der vorgenannten Anforderungen können ausschließlich von oxida
tionsbeständigen, insbesondere oxidkeramischen Faserverbundmaterialien erfüllt
werden. Die Herstellung dieser Faserverbundmaterialien setzt voraus, daß die
Herstellungstemperatur nicht zur Schädigung der Fasern führt und die Fasern nicht
zu fest in die Matrix eingebunden werden. Kommerziell erhältliche
oxidationsbeständige, insbesondere oxidkeramische Fasern zeigen üblicherweise
bei etwa 1250°C einen starken Festigkeitsverlust, so daß konventionelle Her
stellungsverfahren für Oxidkeramiken mit Sintertemperaturen oberhalb von 1650°C,
wie oben beschrieben, nicht geeignet sind. Ein weiteres gravierendes technisches
Problem ist die üblicherweise starke Schrumpfung der Keramik, die eine Rißbildung
im Verbund zur Folge hat.
In der Vergangenheit wurden daher, je nach Zielsetzung, nichtoxidische bzw. oxi
dische Faserverbundmaterialien entwickelt und in einigen Bereichen bereits erfolg
reich eingesetzt. Insbesondere handelt es sich hierbei um Langfaser-verstärkte
Keramiken.
So stellen die eingangs genannten Druckschriften nur eine kleine Auswahl aus der
Fülle der Veröffentlichungen und Patente dar. Zahlreiche Publikationen beinhalten
die Beschichtung oxidischer Fasern mit Bornitrid (BN), Siliciumcarbid (SiC) oder
Kohlenstoff mit dem Ziel einer schwachen Einbindung der Faser und einer damit
verbesserten Schadenstoleranz des Materials aufgrund von "pull-out" Effekten oder
Rißumleitungen (siehe beispielsweise JUNG-SOO HA, K. K. CHAWLA: Effect of
SiC/Bn double coating on fiber pullout in mullite fibre/mullite matrix composites. J. of
Mat. Sci. Letters 12 (1993) S. 84-86).
Die keramischen Verbundwerkstoffe des Standes der Technik haben folgende
Nachteile:
- 1. nichtoxidische Keramikverbunde wie beispielsweise C-C; C-SiC; SiC-SiC oder RBSN/SiC sind unter den genannten Temperaturbedingungen nicht oxidations beständig;
- 2. Keramikverbunde auf oxidischer Basis sind nur nach entsprechend aufwendiger und kostenintensiver Beschichtung, in der Regel über CVD der Fasern zu reali sieren, da sonst die Fasern zu stark in die Matrix eingebunden sind und der Werkstoff spröde versagt;
- 3. geometrisch komplexere Bauteile können unter Berücksichtigung des oben auf geführten Anforderungsprofils bisher nicht aus oxidkeramischen Verbunden ge fertigt werden, da ein Heißpreßprozeß unumgänglich erscheint;
- 4. jüngste Entwicklungen, keramische Verbundwerkstoffe herzustellen, zielen dar auf ab, eine möglichst dichte Matrix zu erreichen, was jedoch bei unbeschichteten Fasern oder ungeeigneter Beschichtung ein sprödartiges Bruch verhalten zur Folge hat; weiterhin sind derzeit noch keine wirksamen Beschichtungen für den Einsatz in oxidierender Atmosphäre erhältlich bzw. absehbar.
Der Kern der vorliegenden Erfindung besteht somit in der einfachen Herstellung ei
nes oxidkeramischen Faserverbundmaterials mit exzellenten mechanischen Eigen
schaften, das vornehmlich auf einem hohen Faseranteil und einer hochporösen
Matrix basiert.
Die vorgenannte Aufgabe der Erfindung wurde in einer ersten Ausführungsform
gelöst durch hochtemperaturbeständige Faserverbundmaterialien aus oxidations
beständigem Fasermaterial und einer, diese umgebenden Mullitmatrix, deren Po
rosität 40 bis 60 Vol.-% beträgt.
Erfindungsgemäß konnte die Aufgabe gelöst werden, in dem eine hohe Restporo
sität des Materials eingestellt wurde. Diese hohe Restporosität war besonders vor
teilhaft erhältlich bei Verwendung eines sehr sinteraktiven Mullitprecursorpulvers,
das beispielsweise unter der Bezeichnung Siral®28M der Firma Condea, Hamburg
erhältlich ist. Dieses Pulver ist insbesondere als Matrixmaterial geeignet, da es bei
relativ niedriger Temperatur (≧ 1300°C) dicht genug sintert, um partiell höhere
Spannungen im Verbund zu übertragen. Die Restporosität (40 bis 60 Vol.-%) der
Matrix beträgt. Damit geht einher ein niedriger E-Modul (58 bis 76 GPa), so daß auf
tretende Spannungen in einem Verbund mit kontinuierlichen keramischen Fasern
hauptsächlich vom Faseranteil, der üblicherweise einen wesentlich höheren E-Mo
dul hat, getragen werden. Der Sinterprozeß ist mit Hilfe der vorliegenden Erfindung
so gewählt, daß keine Faserschädigung und nur eine schwache Faser-/Matrix-Re
aktion vorliegt. Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung beträgt
die Oberfläche des sinteraktiven Pulvers < 150 m2/g.
Besonders bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung beträgt der Faseranteil
in den Faserverbundmaterialien 50 bis 70 Gew.-%.
Die erfindungsgemäßen Faserverbundmaterialien aus oxidationsbeständigem,
insbesondere oxidkeramischem Fasermaterial können in einer weiteren Ausfüh
rungsform der Erfindung durch Schlickergießen hergestellt werden. Das so zu
realisierende Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Fasermaterial
direkt mit dem Schlicker eines Mullitprecursors in Kontakt bringt, antrocknet,
aufwickelt und nach Trocknung des Wickelkörpers bei einer Temperatur von 1250
bis 1350°C sintert. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
gegenüber Verfahren des Standes der Technik ist, daß neben einer hohen
Festigkeit, beispielsweise mehr als 200 MPa im 3-Punkt-Biegeversuch die extrem
hohe Schadenstoleranz des neuen Faserverbundmaterials ohne Beschichtung der
Fasern realisiert werden. Biegeproben mit einer Höhe von 1,6 mm, einer Breite von
ca. 4 mm und einer Prüflänge von 40 mm halten nach einer Durchbiegung von ca.
0,2 bis 0,3 mm noch eine Biegespannung von ca. 50% der maximalen
Biegespannung. Bei weiterer Durchbiegung fällt die Biegespannung nur auf 25 bis
30% der maximalen Biegespannung. Besonders bemerkenswert in diesem
Zusammenhang ist, daß bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
keine Schrumpfrisse auftraten.
Die Basis des erfindungsgemäßen Faserverbundmaterials ist eine hochporöse und
mechanisch stabile Matrix, die insbesondere durch einen hochsinteraktiven
Mullitprecursor bei Sintertemperaturen von ≧ 1300°C realisiert werden kann. Die
Formgebung erfolgt über die Schlickergußroute. Zur Optimierung des Schlickers
hinsichtlich des maximalen Feststoffgehalts bei minimaler Viskosität und
ausreichender Sinteraktivität wird das sehr feine Pulver zunächst calciniert, wie
beispielsweise in der DE 196 23 425 A beschrieben. Anschließend wird in einem
Misch-/Mahlprozeß unter Zugabe von Wachsen, Emulgatoren, Bindemitteln,
Netzmitteln und/oder Verflüssigern aufbereitet. Durch Zugabe eines Verflüssigers
kann wesentlich Einfluß auf die Viskosität genommen werden. Eine rheologische
Untersuchung zeigt ein von der Schergeschwindigkeit unabhängiges
Viskositätsminimum bei der in den Ausführungsbeispielen angegebenen Menge.
Als oxidationsbeständiges, insbesondere oxidkeramisches Fasermaterial im Sinne
der vorliegenden Erfindung wurde besonders bevorzugt das Material Nextel®720-
Fasern der Firma 3M (USA) eingesetzt. Diese Aluminiumsilikatfaser (Al2O3.SiO2 =
85/15) hat im Vergleich zu anderen Faserqualitäten, die zur Zeit besten
mechanischen Eigenschaften im Hochtemperaturbereich in oxidierender Atmo
sphäre. Die Zugfestigkeit dieser Faser liegt bei einer Prüflänge von 25 mm, etwa bei
2100 MPa, der E-Modul beträgt 260 GPa.
Die Fasern werden, wie vom Hersteller geliefert, zunächst durch einen Rohrofen mit
einer Temperatur im Bereich von 900 bis 1100°C gezogen, um das Sizing
(epoxidartige Verklebung des Rovings, um eine schadlose Bearbeitung der Fasern
zu gewährleisten) auszubrennen. Anschließend erfolgt die Tränkung der kontinuier
lichen Fasern mit dem oben beschriebenen Schlicker eines Mullit-Precursors mit
vorzugsweise 25 bis 50 Gew.-% Feststoffgehalt über ein Rollensystem. Durch eine
nachgeschaltete (An)Trocknung der benetzten Faserbündel in einem
Mikrowellenofen für kontinuierliche Trocknung kann direkt Einfluß auf den Faserge
halt des Verbundes genommen werden.
Die angetrockneten Fasern werden beispielsweise auf eine, in einer klimatisierten
Kammer befindlichen und mit einer "Mylarfolie" belegten Trommel aufgewickelt.
Eine über ein Hebelsystem angepreßte Walze sorgt für eine Homogenisierung des
Grünkörpers während des Wickelprozesses.
Zur Herstellung von Rohren erfolgt die Trocknung direkt auf der Trommel. Zur Ferti
gung anderer geometrischer Formen werden beispielsweise die noch feuchten
Fasergelege nach Einschneiden mit einem Skalpell von der Trommel entfernt und
durch Unterlegen entsprechender Formen die gewünschte Geometrie nach voll
ständiger Trocknung realisiert. Dabei können auch mehrere dünne Lagen im noch
feuchten Zustand gestapelt und durch Pressen zusammengefügt werden. Somit ist
auch die Herstellung von 1D- bis 2D-Verbunden durchführbar. Anschließend wird
der so hergestellte Grünkörper in einem Luftofen bei einer Temperatur von 1250 bis
1350°C gesintert. Somit konnten beispielsweise auch keramische Federn
hergestellt werden. Die Grünkörper ließen sich nach der vollständigen Trocknung
leicht mechanisch bearbeiten - z. B. durch Bohren, Schleifen, Fräsen oder Sägen
mit herkömmlichem Werkzeug.
Ein Mullit-Precursor (Siral®28M, Condea Chemie, Hamburg), der im Anlieferungs
zustand aus amorphem SiO2 (71,6%) und Al2O3 (28,4%) bestand, wurde bei einer
Temperatur von 1150°C vorcalciniert - hier entstand ein Gewichtsverlust von ca. 20
Gew.-% und eine Abnahme der spezifischen Oberfläche von 400 m2/g auf 146
m2/g. Die Mullitbildungstemperatur wurde durch eine DSC-Messung bestimmt und
beträgt 1185°C.
Der entsprechende vorbehandelte Presursor wurde mit einer Mischung aus deioni
siertem Wasser als Lösungsmittel und organischen Zusätzen (Hilfsmittelkombina
tion) verrührt, um einen möglichst hohen Feststoffgehalt bei minimaler Viskosität
des Schlickers zu erhalten. Der Feststoffanteil lag bei 45 Gew.-%. Zur Optimierung
der Eigenschaften des Schlickers und des Grünkörpers wurden folgende Hilfsmittel
verwendet:
Bindemittel: Hydroxypropylcellulose | 0,1 bis 0,2 Gew.-% |
Plastifizierer: Esterwachs und Palmitinsäure | 0,5 bis 1,0 Gew.-% |
Benetzungsmittel: Alkansulfonat und Fettalkoholpolyglycolether | 0,5 bis 1,0 Gew.-% |
AL=L<Emulgator: Molekular-destilliertes Monoglycerid | |
Verflüssiger: Polyoxycarbonsäure | 7 bis 16 Gew.-%. |
Der Roving wurde zunächst im Anlieferungszustand mit einer Geschwindigkeit von
3 m/min durch einen 1100°C heißen Rohrofen mit einer beheizbaren Länge von
500 mm gezogen. Die Tränkung mit Schlicker erfolgte in einer Nut, die ständig mit
Schlicker gefüllt war - die Einstellung der Matrixmenge erfolgte durch Abstreifen mit
einem Spatel. Danach wurde der vom Roving mittransportierte Schlicker in einer
Mikrowellen-Durchlaufkammer (Firma Linn High Therm Typ MEK 2,45/1,2 - Länge =
500 mm) mit einer Leistung von ca. 1.0 kW angetrocknet und auf eine Spule gewickelt
- dabei sorgte eine mit ca. 10 N belastete Walze für eine ständige Homogeni
sierung des Wickelkörpers. Die Aufwicklung der Fasern wurde dabei zwischen parallel
(0°) entsprechend 1D bis 45° entsprechend 2D eingestellt. Die Wickelzeit für
einen 30 mm breiten Abschnitt mit einer Höhe von ca. 2.0 mm betrug ca. 40 min bei
Verwendung einer Trommel mit einem Durchmesser von 150 mm. Nach Ein
schneiden des Wickelkörpers mit einem Skalpell konnte dieser durch die vorher
aufgebrachte Mylarfolie leicht entnommen werden. Die Trocknung erfolgte zwischen
Papierstreifen bei einer Belastung von 10 bis 20 N - 24 h. Der Fasergehalt betrug
70 Gew.-% - die Gründichte ca. 1,2 g/cm3.
Die Sinterung erfolgte in einem Luftofen bei einer Temperatur von 1300°C und ei
ner Haltezeit von 60 min. Die Auf- bzw. Abheizrate betrug 10°C/min.
Der gesinterte Verbund hatte eine Dichte von ca. 1,8 g/cm3 - einen E-Modul von ca.
90 GPa und eine 3P-Biegefestigkeit von < 200 MPa. Goniometeraufnahmen be
legten eine 100%ige Mullitisierung der Matrix. Die Porosität der Matrix betrug ca.
50 Vol.-%.
Die Herstellung von Rohren erfolgte analog dem 1. Ausführungsbeispiel - mit dem
Unterschied, daß der Wickelkörper bis zur vollständigen Trocknung auf der Trom
mel blieb, um dann nach Einschneiden der Trommel den Wickelkörper zu entneh
men.
Die Herstellung von komplexen Bauteilen erfolgte analog dem 1. Ausführungsbei
spiel - mit dem Unterschied, daß der Wickelkörper nicht auf einer ebenen Unterlage
getrocknet wurde, sondern zwischen zwei dem entsprechenden Bauteil angepaßten
Werkzeugen (z. B. aus Aluminium oder PVC).
Claims (7)
1. Hochtemperaturbeständige Faserverbundmaterialien aus oxidationsbeständigem
Fasermaterial und eine diese umgebende Mullitmatrix, deren Porosität 40 bis 60
Vol.-% beträgt.
2. Faserverbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Fasermaterial aus oxidationsbeständigen keramischen Fasern, insbesondere
Aluminium-oxidreichen Mullitfasern, besteht.
3. Faserverbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Faseranteil 50 bis 70 Gew.-% beträgt.
4. Faserverbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich
net, daß der E-Modul der Matrix, bestimmt im 3-Punkt-Biegeversuch, 58 bis 76
Gpa, der E-Modul der Fasern, bestimmt im Zugversuch, < 200 MPa beträgt.
5. Verfahren zur Herstellung von Faserverbundmaterialien nach einem der Ansprü
che 1 bis 4 durch Schlickergießen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Fa
sermaterial direkt mit Schlicker eines Mullitprecursors in Kontakt bringt, in einem
Mikrowellenofen antrocknet, auf eine Trommel wickelt und den getrockneten
Wickelkörper bei einer Temperatur im Bereich von 1250 bis 1350°C sintert.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Schlicker
mit einem Feststoffgehalt von 25 bis 50 Gew.-% auf Basis eines hoch
sinteraktiven Pulvers (Oberfläche nach B.E.T. ≧ 150 m2/g) einsetzt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen
Schlicker einsetzt, der weiterhin Wachse, Emulgatoren, Bindemittel, Netzmittel
und/oder Verflüssiger enthält.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19826792A DE19826792C2 (de) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Hochtemperaturbeständige Faserverbundmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19826792A DE19826792C2 (de) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Hochtemperaturbeständige Faserverbundmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19826792A1 true DE19826792A1 (de) | 1999-12-23 |
DE19826792C2 DE19826792C2 (de) | 2002-02-07 |
Family
ID=7871040
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19826792A Expired - Lifetime DE19826792C2 (de) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Hochtemperaturbeständige Faserverbundmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19826792C2 (de) |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1538134A1 (de) * | 2003-12-04 | 2005-06-08 | Ceramtec AG | Poröser Faser-Keramik-Verbundwerkstoff |
DE102004049406A1 (de) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Formteil aus langfaser- und kurzfaserhaltigen Keramiken |
EP1734024A1 (de) * | 2005-06-14 | 2006-12-20 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Oxidkeramischer Faser-Verbundwerkstoff und ein Verfahren zur Herstellung derselbe |
DE102005027561A1 (de) * | 2005-06-14 | 2006-12-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Einstellung des Faservolumengehaltes in oxidkeramischen Faser-Verbundwerkstoffen |
EP2015039A2 (de) | 2007-07-13 | 2009-01-14 | Dieter Kutzner | Schutzhülle für ein Temperaturmesselement |
US7919039B2 (en) | 2005-06-14 | 2011-04-05 | Deutsches Zentrum Fur Luft Und Raumfahrt E.V. | Ceramic fiber composite material |
DE102015221837A1 (de) | 2015-11-06 | 2015-12-24 | Aross 3D Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Keramikgussteils |
EP3012240A1 (de) | 2014-10-22 | 2016-04-27 | WPX Faserkeramik GmbH | Grünling für einen oxidkeramischen faserverbundwerkstoff, oxidkeramischer faserverbundwerkstoff incl. verwendung sowie verfahren und vorrichtung zu deren jeweiliger herstellung |
DE102014019777A1 (de) | 2014-10-22 | 2016-09-29 | Wpx Faserkeramik Gmbh | Oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung |
US11220462B2 (en) | 2018-01-22 | 2022-01-11 | 3M Innovative Properties Company | Method of making ceramic matrix slurry infused ceramic tows and ceramic matrix composites |
DE102022200652A1 (de) | 2022-01-20 | 2023-07-20 | Universität Stuttgart, Körperschaft Des Öffentlichen Rechts | Mehrschichtverbundrohr, Verwendung des Mehrschichtverbundrohres und Verfahren zu dessen Herstellung |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10314271A1 (de) * | 2003-03-29 | 2004-10-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Kriech- und thermoschockresistenter Faserverbundwerkstoff |
DE202009010307U1 (de) | 2009-07-29 | 2010-04-08 | Fbb Engineering Gmbh | Ofenabgasklappe |
DE102013016735A1 (de) | 2013-10-08 | 2015-04-09 | Anja Glisovic | Temperaturbeständige Faserverbundwerkstoffe mit anpassbaren thermischen Eigenschaften und ihre Anwendung |
WO2017063911A1 (de) | 2015-10-14 | 2017-04-20 | Basf Se | Wärmedurchlässiges rohr beinhaltend faserverbundkeramik |
DE102018107630A1 (de) | 2018-03-29 | 2019-10-02 | Wpx Faserkeramik Gmbh | Oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0410601A2 (de) * | 1989-07-28 | 1991-01-30 | Foseco International Limited | Keramischer Verbundwerkstoff |
JPH06349169A (ja) * | 1993-06-04 | 1994-12-22 | Sanyo Electric Co Ltd | カセットホルダロック機構 |
DE4303016C2 (de) * | 1993-02-03 | 1995-07-27 | Dornier Gmbh | Keramischer Faserverbundwerkstoff |
DE19623425A1 (de) * | 1996-06-12 | 1997-12-18 | Dlr Deutsche Forschungsanstalt | Reaktionsgebundene Keramik für keramische Verbundwerkstoffe mit Mullit als Hauptbestandteil sowie Korund und Thortveitit oder Cerianit als Nebenbestandteile |
-
1998
- 1998-06-16 DE DE19826792A patent/DE19826792C2/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0410601A2 (de) * | 1989-07-28 | 1991-01-30 | Foseco International Limited | Keramischer Verbundwerkstoff |
DE4303016C2 (de) * | 1993-02-03 | 1995-07-27 | Dornier Gmbh | Keramischer Faserverbundwerkstoff |
JPH06349169A (ja) * | 1993-06-04 | 1994-12-22 | Sanyo Electric Co Ltd | カセットホルダロック機構 |
DE19623425A1 (de) * | 1996-06-12 | 1997-12-18 | Dlr Deutsche Forschungsanstalt | Reaktionsgebundene Keramik für keramische Verbundwerkstoffe mit Mullit als Hauptbestandteil sowie Korund und Thortveitit oder Cerianit als Nebenbestandteile |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US-Z.: J. Mat. Sci. Letters 12 (1993) 84-86 * |
Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1538134A1 (de) * | 2003-12-04 | 2005-06-08 | Ceramtec AG | Poröser Faser-Keramik-Verbundwerkstoff |
US7459110B2 (en) | 2003-12-04 | 2008-12-02 | Ceramtec Ag | Porous fiber-ceramic composite |
DE102004049406A1 (de) * | 2004-10-08 | 2006-04-20 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Formteil aus langfaser- und kurzfaserhaltigen Keramiken |
EP1734024A1 (de) * | 2005-06-14 | 2006-12-20 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Oxidkeramischer Faser-Verbundwerkstoff und ein Verfahren zur Herstellung derselbe |
DE102005027560A1 (de) * | 2005-06-14 | 2006-12-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Herstellung eines keramischen Faser-Verbundwerkstoffs |
DE102005027561A1 (de) * | 2005-06-14 | 2006-12-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Einstellung des Faservolumengehaltes in oxidkeramischen Faser-Verbundwerkstoffen |
DE102005027561B4 (de) * | 2005-06-14 | 2017-03-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Einstellung des Faservolumengehaltes in oxidkeramischen Faser-Verbundwerkstoffen |
US7919039B2 (en) | 2005-06-14 | 2011-04-05 | Deutsches Zentrum Fur Luft Und Raumfahrt E.V. | Ceramic fiber composite material |
EP2015039A3 (de) * | 2007-07-13 | 2011-03-30 | Dieter Kutzner | Schutzhülle für ein Temperaturmesselement |
DE102007032694A1 (de) | 2007-07-13 | 2009-01-22 | Kutzner, Dieter, Dipl.-Ing. | Schutzhülle für ein Temperaturmesselement |
EP2015039A2 (de) | 2007-07-13 | 2009-01-14 | Dieter Kutzner | Schutzhülle für ein Temperaturmesselement |
EP3012240A1 (de) | 2014-10-22 | 2016-04-27 | WPX Faserkeramik GmbH | Grünling für einen oxidkeramischen faserverbundwerkstoff, oxidkeramischer faserverbundwerkstoff incl. verwendung sowie verfahren und vorrichtung zu deren jeweiliger herstellung |
DE102014115414A1 (de) | 2014-10-22 | 2016-04-28 | Wpx Faserkeramik Gmbh | oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung |
DE102014019777A1 (de) | 2014-10-22 | 2016-09-29 | Wpx Faserkeramik Gmbh | Oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung |
DE102014115414B4 (de) | 2014-10-22 | 2019-10-02 | Wpx Faserkeramik Gmbh | oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff sowie Verfahren und Vorrichtung zu dessen Herstellung |
DE102015221837A1 (de) | 2015-11-06 | 2015-12-24 | Aross 3D Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Keramikgussteils |
DE102015221837B4 (de) | 2015-11-06 | 2023-10-12 | Aross 3D Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Keramikgussteils |
US11220462B2 (en) | 2018-01-22 | 2022-01-11 | 3M Innovative Properties Company | Method of making ceramic matrix slurry infused ceramic tows and ceramic matrix composites |
DE102022200652A1 (de) | 2022-01-20 | 2023-07-20 | Universität Stuttgart, Körperschaft Des Öffentlichen Rechts | Mehrschichtverbundrohr, Verwendung des Mehrschichtverbundrohres und Verfahren zu dessen Herstellung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19826792C2 (de) | 2002-02-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19826792C2 (de) | Hochtemperaturbeständige Faserverbundmaterialien und Verfahren zu deren Herstellung | |
EP1734024B1 (de) | Oxidkeramischer Faser-Verbundwerkstoff und ein Verfahren zur Herstellung desselben | |
EP3475245B1 (de) | Prepregs und verfahren zu deren herstellung | |
DE60125798T2 (de) | Verbundwerkstoffe mit keramischer matrix auf borcarbidbasis | |
US4772524A (en) | Fibrous monolithic ceramic and method for production | |
DE4012230A1 (de) | Verdichteter bauteil und verfahren und vorform zur herstellung | |
DE102005027561B4 (de) | Einstellung des Faservolumengehaltes in oxidkeramischen Faser-Verbundwerkstoffen | |
EP1338583B1 (de) | Faserverbundkeramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit | |
EP2661344B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines bauteils aus faserverstärktem verbundwerkstoff | |
DE19623425B4 (de) | Verfahren zur Herstellung reaktionsgebundener Mullit-haltiger Keramikformkörper und deren Verwendung | |
EP0826651B1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Oxidationsschutzes für poröse Keramiken auf der Basis von SiC und Si3N4 | |
EP1645410A2 (de) | Formteil aus langfaser- und kurzfaserhaltigen Keramiken | |
DE102016007652A1 (de) | Keramische Verbundwerkstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
WO2012101285A1 (de) | Keramischer körper aus einer aluminiumtitanatmischung | |
EP0890559B1 (de) | Verfahren zur Beschichtung oxidischer Fasermaterialien mit Metallaluminaten zur Herstellung versagenstoleranter hochtemperaturfester oxidationsbeständiger Verbundwerkstoffe | |
DE4012229A1 (de) | Faserverstaerktes keramisches grundmaterial-verbundstoff-bauteil und verfahren zu seiner herstellung | |
DE3620178C2 (de) | ||
DE102004053959B4 (de) | Keramikmaterial und seine Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen mit dem Keramikmaterial | |
Chakrabarty et al. | Zirconia fibre mats prepared by a sol-gel spinning technique | |
CN113354434B (zh) | 低孔隙率陶瓷基复合材料用陶瓷浆料、预浸料及其制造方法 | |
DE102015212290B4 (de) | Wärmedämmstoff | |
DE102019206940A1 (de) | Keramik mit Korrosionsschutzschicht, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung | |
EP3640022A1 (de) | Verfahren zur herstellung von prepregs für die herstellung faserverstärkter keramikbauteile | |
Hsu et al. | Fabrication and properties of SiC fibre-reinforced Li 2 O· Al 2 O 3· 6SiO 2 glass-ceramic composites | |
DE102006011224B4 (de) | Schlicker sowie damit hergestellter keramischer Verbundwerkstoff |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT-UND RAUMFAHRT E.V., 51 |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V. |
|
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V. |
|
R071 | Expiry of right |