Pyrolysis and EBC-Coating of pultruded CFRP-Profiles

Kohlenstofffaserverstärkte Kohlenstoffe gehören zu den Hochleistungswerkstoffen, die in besonders anspruchsvollen Anwendungsbereichen eingesetzt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen metallischen und keramischen Werkstoffen behalten C/C-Verbundwerkstoffe ihre Eigenschaften auch bei Temperaturen oberhalb von 2000 °C und zeigen eine hohe Resistenz gegenüber thermischen Schocks. Der kosten- und energieintensive Herstellungsprozess beschränkt jedoch einen breitgefächerten Einsatz. Darüber hinaus zeigen sie eine starke Neigung zur Oxidation ab 400 °C in Luftatmosphäre. Im Beitrag werden beide Schwerpunkte adressiert und neue Forschungsansätze präsentiert. Die Basis der C/C-Herstellung über das PIP-Verfahren (Polymer Infiltration and Pyrolysis) ist ein CFK-Grünkörper, der mittels Handlaminieren, Wickeltechnik oder Warmpressen produziert und in einem Pyrolyseprozess zu einem C/C-Verbundwerkstoff umgewandelt wird. Eine Serienproduktion endkonturnaher CFK- und somit C/C-Geometrien kann zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit des PIP-Verfahrens maßgeblich beitragen. Dies kann durch die Anwendung von Pultrusion zur Herstellung der CFK-Grünkörper gelingen. Der Beitrag befasst sich daher mit der Pyrolyse pultrudierter CFK-Profile zu C/C-Profilen. Das faserstrukturabhängige Schrumpfungsverhalten, die Drei-Punkt-Biegeeigenschaften sowie verschiedene Aspekte der infolge der Pyrolyse auftretenden Mikrostrukturänderungen, wie z. B. Porosität, Rissbildung und Faser/Matrix-Grenzflächen, werden betrachtet und analysiert. Darüber hinaus werden Yb₂Si₂O₇-Environmental Barrier Coatings (EBC) mittels atmosphärischem Plasmaspritzen auf die pyrolysierten Pultrusionsprofile aufgetragen und thermozyklischen Tests unterzogen. Die Schichten werden hinsichtlich ihrer Mikrostruktur und Haftfestigkeit charakterisiert. Zudem wird überprüft, inwiefern die Oxidationsbeständigkeit der pyrolysierten Pultrusionsprofile durch die Beschichtung erhöht werden kann.