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Poröses Hybridbauteil bestehend aus oxidkeramischen Verbundwerkstoffen und papierabgeleiteter Keramik für Hochtemperaturisolation im Kraftfluss

Porous hybrid component consisting of oxide fiber composites and paper derived ceramic for high temperature insulation in force flow
 
: Demuth, Rico; Domes, Benedikt; Krenkel, Walter; Wamser, Thomas; Puchas, Georg; Knohl, Stefan

:
Volltext urn:nbn:de:0011-n-5752834 (2.4 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 83f28672995ea2ca7e7471383dc566b1
Erstellt am: 7.2.2020


Chemnitz: Fraunhofer IWU, 2020, 9 S.
Deutsch
Studie, Elektronische Publikation
Fraunhofer IWU ()
oxidkeramische Faserverbundwerkstoff; oxide fiber composites; OFC; papierabgeleitete Keramik; druckstabile Hochtemperaturisolation; all-ox CMC; paper-derived ceramics; high temperature insulation; pressure stable high temperature insulation; hybrid insulation

Abstract
Bei hohen Temperaturen bis 1000 °C existieren bisher keine Isolationsmaterialien, die sowohl niedrige Wärmeleitfähigkeiten < 1,5 W/mK, als auch hohe Warmdruckfestigkeiten von über 150 MPa und ein schadenstolerantes, quasiduktiles Bruchverhalten vereinen und somit für den Einsatz im Kraftfluss bspw. in Werkzeugen für die Warmumformung geeignet sind . Durch die Funktionstrennung zwischen oxidkeramischem Faserverbundwerkstoff (Druckstabilität, Quasiduktilität) und papierabgeleiteter Keramik (niedrige Wärmeleitfähigkeit) in der beschriebenen Hybridisolation steht nun erstmals ein Isolationsmaterial zur Verfügung, welches diese Anforderungen erfüllt. Aufgrund der hohen Porosität der oxidkeramischen Faserverbundwerkstoffe weisen diese, bei entsprechender Rohstoffauswahl, bereits relative niedrige Wärmeleitfähigkeiten im Bereich von 2 - 6 W/mK auf, was aber für die genannten Anwendungen nicht ausreichend ist. Erst durch die Kombination mit papierabgeleiteter Keramik kann die mittlere Bauteilwärmeleitfähigkeit auf unter 1,5 W/mK gesenkt werden, wobei die papierabgeleitete Keramik nicht zur Druckfestigkeit beitragen kann. Die ausschließliche Verwendung von oxidkeramischen Faserverbundwerkstoffen wäre zudem zu kostenintensiv. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Hybridisolation ist deren großer Einsatzbereich von < -200 °C bis 1000 °C und darüber, unter oxidativen sowie korrosiven Bedingungen.

 

At high temperatures up to 1000 °C, there are no insulation materials that combine low thermal conductivities < 1.5 W/mK, high hot compressive strengths of over 150 MPa and a damage-tolerant, quasiductile fracture behavior and are therefore suitable for use in force flow, e.g. in tools for hot forming. Due to the functional separation between the oxide fiber composites (pressure stability, quasi ductility) and the paper-derived ceramic (low thermal conductivity) in the hybrid insulation described above, an insulation material that meets these requirements is now available for the first time. Due to the high porosity of the oxide fiber composites and depending on the used raw materials, they already have relatively low thermal conductivities in the range of 2 - 6 W/mK, but still not sufficient for the mentioned applications. Only in combination with paper-derived ceramics can the average thermal conductivity of the component be reduced to below 1.5 W/mK, whereby the paper-derived ceramics does not contribute to the compressive strength The exclusive use of oxide fiber composites would also be too cost-intensive. A further advantage of the hybrid insulation according to the invention is its wide application range from < -200 °C to 1000 °C and above, under oxidative as well as corrosive conditions.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-575283.html