F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K E R A M I S C H E T E C H N O L O G I E N U N D S Y S T E M E I K T S

SIC/SIC-VERBUNDMATERIAL FÜR HÖCHSTE ANSPRÜCHE

Motivation

CMC (Ceramic Matrix Composites) sind

Verbundwerkstoffe aus keramischen Fasern

umgeben von einer keramischen Matrix. Im

Gegensatz zu metallischen oder polymeren

Verbundwerkstoffen dienen die Fasern in

CMC nicht der Erhöhung der Festigkeit

oder Steifigkeit, sondern führen zu Quasi-

duktilität oder auch Schadenstoleranz.

In Kombination mit herausragenden Hoch-

temperatureigenschaften ermöglicht dieses

für Keramik völlig untypische Verhalten den

Einsatz in sicherheitsrelevanten Anwendun-

gen wie beispielsweise Flugzeugturbinen.

Weiterhin ergeben sich durch die Fasern

besondere Möglichkeiten der Formgebung.

Mittels Wickeltechnologie, Weben oder

Laminieren von Fasergelegen lassen sich

große und dünnwandige Bauteile fertigen.

Schutzrohre in der Gießereitechnik oder

Chargiergestelle zur Wärmebehandlung

von Stahl und anderen Metallen bilden da-

bei ein Hauptanwendungsfeld.

Ergebnisse

Über Wickeltechnologie und nachfolgende

Precursor-Infiltration und Pyrolyse (PiP)

konnten hochtemperaturbeständige Form-

teile hergestellt werden, welche sich durch

Biegefestigkeiten bis zu 500 MPa und eine

gute Schadenstoleranz (Bruchdehnung

> 0,4 %) auszeichnen.

Bei Beschichtung mit einer dichten EBC-

Schutzschicht zeigen die Materialien eine

gute Korrosionsbeständigkeit an Luft und

Brenngasatmosphären bis über 1200 °C,

so dass sie für einen Einsatz in Flugzeug-

triebwerken der nächsten Generation ge-

eignet sind.

Leistungs- und Kooperationsangebot

- Verfahrens- und Materialentwicklung für

CMC-Werkstoffe

- Herstellung von SiC/SiC-Testmaterial

- Anmusterung von Faserbeschichtungen

Fraunhofer-Institut für Keramische

Technologien und Systeme IKTS

Winterbergstraße 28

01277 Dresden

Ansprechpartner

Katrin Schönfeld

Telefon 0351 2553-7531

katrin.schoenfeld@ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

1 Gewickelte Geometrien aus SiC-Fasern mit

SiCN-Matrix.

2 Gebogene Kachel aus SiC/SiC-Material.

3 Bruchfläche nach Biegeprüfung.

4 Gebogene Kachel aus SiC/SiC-Material.

5 SiC-Rohr mit SiC/SiC armiert.

6 Gefügebild.

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F R A U N H O F E R I N S T I T U T E F O R C E R A M I C T E C H N O L O G I E S A N D S Y S T E M S I K T S

SIC/SIC CMC MATERIAL FOR THE HIGHEST DEMANDS

Motivation

CMC (ceramic matrix composites) are com-

posites of ceramic fibers surrounded by a

ceramic matrix. In contrast to metal or poly-

mer composites, the fibers in CMC do not

serve to increase the strength or rigidity,

but lead to quasi-ductility or even damage

tolerance. In combination with outstanding

high-temperature properties, this behavior,

which is completely atypical for ceramics,

enables use in safety-relevant applications

such as aircraft turbines. Furthermore, spe-

cial possibilities for shaping arise due to the

fibers as well. By means of winding tech-

nology, weaving, or lamination of fiber lay-

ers, large- and thin-walled components can

be manufactured. Thermowells in foundry

technology or charging stands for the heat

treatment of steel and other metals are a

major field of application.

Results

By means of winding technology and sub-

sequent precursor infiltration and pyrolysis

(PiP), high-temperature-resistant molded

parts were produced, which are character-

ized by flexural strengths of up to 500 MPa

and good damage tolerance (elongation at

break > 0.4 %).

When coated with a dense EBC protective

coating, the materials exhibit good corro-

sion resistance in air and fuel gas atmos-

pheres up to over 1200 °C, making them

suitable for use in next generation aircraft

engines. Treatment of steel and other met-

als forms main application field.

Services offered

- Process and material development for

CMC materials

- Preparation of SiC/SiC test material

- Investigation of the behavior of fiber

coatings in the composite

1 Wound geometries made of SiC fibers

with SiCN matrix.

2 Curved tile made of SiC/SiC material.

3 Fracture surface after bending test.

4 Curved tile made of SiC/SiC material.

5 SiC pipe reinforced with SiC/SiC.

6 Microstructure.

Fraunhofer Institute for Ceramic

Technologies and Systems IKTS

Winterbergstrasse 28

01277 Dresden, Germany

Contact

Katrin Schönfeld

Phone +49 351 2553-7531

katrin.schoenfeld@ikts.fraunhofer.de

www.ikts.fraunhofer.de

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