Forschungsberichte

Langfaserverstärkte Keramiken für Bauteilkomponenten in NE-Metallgießereien

Michael Oechsle

111 Seiten 57 Abbildungen Hieronymus Buchreproduktions GmbH, München, 1999 ISBN 3-89791-001-2

Am Beispiel der langfaserverstärkten Hochleistungskeramiken, die im letzten Jahrzehnt für extreme thermische und mechanische Beanspruchungen in der Raumfahrt entwickelt wurden, werden Untersuchungen bezüglich des Einsatzverhaltens angestellt. Im Gegensatz zu den monolithischen Keramiken besitzen diese Composite-Werkstoffe, aufgrund der Integration hochfester keramischer Endlosfasern in einer keramischen Matrix eine entscheidend verbesserte Bruchzähigkeit. Dadurch ist eine höhere Belastung durch thermische und/oder mechanische Spannungen möglich. Erfahrungen über chemische Wechselreaktionen bei Composite-Werkstoffen, wie sie beim Angriff metallischer Schmelzen auftreten, sind bisher in der Literatur nicht bekannt geworden.

Deshalb werden zunächst an rechteckigen Tauchproben die Grenzen des Einsatzbereichs siliciumcarbidfaserverstärkter Composite-Werkstoffe (SiC/-) mit einer Siliciumcarbid Matrix (-/SiC) in induktiv bewegten Schmelzen aus Kupfer-Zinn (CuSn6) und Kupfer-Nickel (CuNi25) bestimmt. Ferner werden der Einfluß der chemischen Beanspruchung sowie der thermischen Belastung (Temperaturwechsel, Thermoschock) auf das zeitliche Materialverhalten (Festigkeit, Korrosion) untersucht.

Durch die Wahl unterschiedlicher Beschichtungssysteme und Beschichtungswerkstoffe werden Rückschlüsse auf das Festigkeitsverhalten sowie die Reaktionen bei Angriffen aggressiver Schmelzen erhalten.

Mit den Laboruntersuchungen an Modellkörpern wird, wenn möglich, eine begrenzte Übertragbarkeit auf das Betriebsverhalten von Systemkomponenten erreicht, da das Wissen über die Standzeit wichtiger Funktionselemente für den Prozeß und damit für die Qualität der Produkte von entscheidender Bedeutung ist.

Im Anschluß an diese grundlagenorientierten Versuchsreihen werden am Beispiel des diskontinuierlichen horizontalen Kupferbandgießens mit ofenabhängiger Kokille Bauteile unter anwendungsnahen Betriebsbedingungen (thermische, mechanische und chemische Beanspruchung) untersucht.

Alle Bauteiluntersuchungen werden auf der am Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der TU München vorhandenen Produktionsanlage durchgeführt. Damit wird gewährleistet, daß die Prozesse praxisnahe ablaufen.

Neben Betriebserkenntnissen, die bei der Substitution vorhandener Systemkomponenten gewonnen werden, wird der Einfluß der veränderten Randbedingungen auf den Produktionsprozeß beschrieben.

Eine vergleichende Betrachtung der Prozeßkontrolle zwischen konventioneller Ausführung aus Graphit und neu entwickelter Konstruktion mit langfaserverstärkten keramischen Werkstoffen schließt die Arbeit ab.