Pyro-C-Beschichtung von C-Fasern mit Laser CVD zur Grenzflächenoptimierung von CFC

Faserverstärkte Keramiken stellen eine zukunftsträchtige Materialklasse für Hochtemperaturanwendungen und hochfeste Leichtbauwerkstoffe dar. Dabei zu lösende Probleme sind der Schutz der Fasern vor chemischen Reaktionen mit dem Matrixmaterial und vor korrosiven Komponenten aus der Einsatzumgebung sowie die Optimierung der Grenzschicht zwischen Faser und Matrix zur Einstellung eines quasi-duktilen Verhaltens. Der Vorteil des Laser-CVD-Verfahrens gegenüber dem konventionellen thermischen CVD ist die wesentlich größere Abscheiderate (0,2 ... 2,0 µm/s) sowie die Flexibilität des Verfahrens hinsichtlich der abzuscheidenden Schichtsysteme und der Reaktionstemperaturen [1]. Basierend auf einem 5-kW-cw-CO2-Industrielaser wurde im IWS eine Anlage zur kontinuierlichen Laser-CVD-Beschichtung von Faserbündeln aufgebaut. Im Mittelpunkt steht die Skalierung des Verfahrens hinsichtlich des Faserdurchsatzes. Bisher erfolgte eine pyro-C-Beschichtung der C-Fasern in einem Schichtdickenbereich von 20nm b is 1 µm. Beschichtungen mit anderen Schichtsystemen (SiC, BN) sind weiterhin vorgesehen. Zur Charakterisierung der laserbestrahlten und beschichteten Fasern werden Strukturuntersuchungsmethoden (REM, Röntgenbeugungsanalyse, Ramanspektroskopie), gravimetrische Schichtdickenbestimmung sowie Prüfung der Festigkeit im Faserbündel durchgeführt.