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Wellenlängenabhängige Herstellung keramischer Werkstoffe für Luft- und Raumfahrtanwendungen mittels Lasertechnologie

Wavelength dependent laser processing of ceramic materials for aerospace and space applications
 
: Polenz, Stefan; Kunz, Willy; Rößler, Marco; Lopez, Elena; Brückner, Frank; Leyens, Christoph

:

Kynast, M.:
Rapid.Tech + FabCon 3.D. International Hub for Additive Manufacturing : Exhibition + Conference + Networking; Proceedings of the 16th Rapid.Tech Conference, Erfurt, Germany, 25 - 27 June 2019
München: Hanser, 2019
ISBN: 978-3-446-46223-6
ISBN: 3-446-46223-6
ISBN: 978-3-446-46244-1
pp.418-429
Rapid.Tech Conference <16, 2019, Erfurt>
FabCon 3.D Conference <2019, Erfurt>
German
Conference Paper
Fraunhofer IWS ()
Fraunhofer IKTS ()
Verarbeitungsverfahren; Labormaßstab; technische Entwicklung; Prozesszeit; Funktionsmaterial; Machbarkeit; Metallabschneidung; Wellenlänge; Laserstrahlbearbeitung; Aluminiumoxid; Yttriumoxid; Siliciumdioxid; keramischer Werkstoff

Abstract
In diesem Paper wurde ein neues Verarbeitungsverfahren für keramische Materialien auf Basis der Lasermetallabscheidung als Alternative zu den drei konventionellen Routen (PIP, LSI und CVI) vorgestellt. Hauptmotivation für dieses neue additive Verarbeitungsverfahren (CMC mit Lasertechnologie) sind schnellere Prozesszeiten, keine Größenbeschränkungen, hohe Flexibilität in der Formenvielfalt, die Möglichkeit der Implementierung von Funktionsmaterialien oder -komponenten und die Verbindung von CMC-Teilen. Um die wellenlängenabhängige Lasermaterialbearbeitung von keramischen Werkstoffen nachzuweisen, wurden zwei Arten von Tabletten aus Y2O3, SiO2, Al2O3, SiO2, MgO und SiC-Pulvern gepresst und mit zwei verschiedenen Wellenlängen geschmolzen. Die SiC-Partikel simulieren die verstärkende Faser und die verbleibenden Werkstoffe bilden die Matrix. Die längere Wellenlänge (λ = 10,6 µm) wird besser vom verwendeten Werkstoff absorbiert als die kürzere (λ = 1,03 µm). Außerdem zeigte sich in den Querschnitten, dass einzelne SiC-Partikel in der Y-Silikatmatrix unter λ = 10,6 µm nahezu ohne Diffusionszone eingebettet werden. Dies kann als Beweis für die Machbarkeit des neuen Bearbeitungsverfahrens angesehen werden. Zusätzlich dazu wurde ein erster Versuch im Labormaßstab mit einem SiC-Faserbündel durchgeführt. Dieses wurde mit Suspension aus Y2O3, SiO2, und SiC imprägniert, getrocknet, auf einen Dorn gewickelt und mit λ = 10,6 µm geschmolzen zur Demonstration der neuen Verarbeitungsmethode für CMC mit Lasertechnologie. Im Laufe der technologischen Entwicklung wurde dieses Experiment genutzt, um Level 3 zu erreichen, den Nachweis der Funktionalität dieser Technologie. Weiter folgende Experimente werden sich mit der Optimierung des Imprägnierungsprozesses und der Suche nach einem optimalen Prozessfenster zum Schmelzen der Matrix ohne Diffusionszonen auf der Faseroberfläche befassen. Die mechanischen Eigenschaften des CMC müssen mit Hilfe von Prüfkörpern bestimmt und mit den Werten konventioneller Verfahren verglichen werden.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-599604.html