Ceramic Matrix Composites (CMC)

Am Fraunhofer HTL werden Prozesse und Verfahren zur reproduzierbaren Herstellung von Ceramic Matrix Composites (CMC) in einer geschlossenen Prozesskette entwickelt. Die angebotene CMC-Werkstoffklasse umfasst carbon- und siliziumcarbidfaserverstärktes SiC (C/SiC und SiC/SiC) sowie oxidfaserverstärktes Aluminiumoxid bzw. Zirkonoxid (OFC). Für die Herstellung von CMC-Bauteilen stehen Technikumsanlagen zur Verfügung, die ein Hochskalieren vom Probenmaßstab auf große Bauteilabmessungen bis ca. 700 mm erlauben. Für die Grünfertigung stehen mehrere Warmpressen, eine CNC gesteuerte Wickelanlage (4 Achsen, Dornlänge 1200 mm) sowie eine Harzinfusionsanlage (RTM) zur Verfügung.

Durch das Design von Formwerkzeugen wie z.B. spezifische Pressgesenke und Wickelkerne, lassen sich auch komplexe Formen mit Krümmungsradien und unterschiedlichen Wandstärken realisieren. Durch Hochtemperaturschritte werden diese Grünkörper in Keramiken umgewandelt. Hierbei kommen Öfen bis 2400°C und unterschiedliche Gasatmosphären zum Pyrolysieren, Sintern und Infiltrieren von Siliziumschmelzen zum Einsatz. Das HTL besitzt Erfahrungen mit der Serienreifmachung von Bauteilen aus CMC und bietet diese Expertise interessierten Firmen an. Die Herstellung von Bauteilen im Kleinserienmaßstab kann kundenspezifisch um zahlreiche qualitätssichernde Maßnahmen und um das Erstellen von Handbüchern ergänzt werden.

Prozessbegleitend werden am HTL zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Aufklärung von Materialveränderungen angewendet. Bauteile können nach den einzelnen Prozessschritten, z.B. mittels Computertomographie, geometrisch vermessen und das Gefüge bis zu einer Auflösung von wenigen Mikrometern analysiert werden. Die mit zerstörungsfreien Prüfmethoden analysierten Materialfehler wie Lunker, Einschlüsse, Delaminationen oder Risse werden zur gezielten Weiterentwicklung der Werkstoffe benutzt.

 

Das Leistungsangebot des Fraunhofer HTL umfasst:

  • Entwicklung kosten- und zeitsparender Herstellverfahren für CMC-Bauteile
  • Design von Formwerkzeugen für die Grünfertigung und von Brennhilfsmitteln
  • Herstellung prototypischer CMC-Bauteile bis hin zu Kleinserien
  • Aufbau komplexer, großformatiger Bauteile durch Fügetechniken
  • Engineering und fertigungstechnische Umsetzung von Metall-Keramik-Hybridlösungen
  • Kleinserienentwicklung mit Handbucherstellung und Technologietransfer in die Industrie
  • Erstellen von Konzepten für die Serienfertigung von CMC-Bauteilen inklusive Kostenkalkulation
  • Prozessbegleitende Qualitätsprüfung und Schadensanalytik mit zerstörungsfreien Verfahren