Die Entwicklung oxidkeramischer Faserverbundwerkstoffe am Fraunhofer ISC / Zentrum HTL in Zusammenarbeit mit W.E.C. Pritzkow Spezialkeramik

In den vergangenen zehn Jahren entwickelte das Fraunhofer ISC / Zentrum HTL zusammen mit W.E.C Pritzkow Spezialkeramik verschiedene Generationen von oxidkeramischen Faserverbundwerkstoffen, kurz O-CMC (oxide ceramic matrics composites). Ausgehend von wässrigen Suspensionen aus oxidkeramischen Partikeln (Aluminium und Zirkonoxid) mit Korngrößen im Bereich 10-100 nm und 0,1-2 ?m und Gewebe aus Aluminiumoxid-Verstärkungsfasern vom Typ NextelTM 610, wurde der Werkstoff Keramikblech® FW12 und FW30 hinsichtlich seiner Matrixzusammensetzung - Mischungsverhältnis Al2O3 : ZrO2 - und Herstellung - Laminierverfahren, Trocknung, Sinterung - optimiert, so dass nun ein Material mit excellenten Eigenschaften zur Verfügung steht. Die mechanischen Kennwerte liegen bei >400 MPa 3-Punkt-Bie gespannung bei Raumtemperatur, einer interlaminaren Scherfestigkeit >20 GPa, einer Bruchdehnung >0,3 % und einem schadentoleranten Bruchverhalten. Grundlagen für diesen Werkstoff sind eine bimodale Korngrößenverteilung der verwendeten Keramkpulver, eine optimales Mischungsverhältnis von Aluminium- und Zirkonoxidpulvern, das Weak-Matrix-Konzept von faserverstärkten Keramiken und eine an die Suspensionen angepaßte Verarbeitungstechnologie.

In the past ten years, the Fraunhofer ISC/center HTL developed together with WEC Pritzkow different generations of special oxide ceramic fiber composites, short O-CMC (oxide ceramic matrics composites). Based on aqueous suspensions of ceramic oxide particles (aluminum and zirconium) with particle sizes in the range of 10-100 nm and 0.1 to 2 microns and fabrics of alumina reinforcing fibers of the type Nextel 610, was the material ceramic sheet® FW12 and FW30 was optimized respect be matrix composition - mixing ratio Al2O3: ZrO2 - and production techniques - laminating, drying, sintering -, so that now a material with excellent properties is available. The mechanical properties are >400 MPa 3-point bending stress at room temperature, an interlaminar shear strength >20 GPa, an elongation of >0.3 % and a damage tolerant fracture behavior. Foundations for this material are a bimodal grain size distribution of the used ceramic powder, a optimal ratio of alumina and zirconia powder, the weak-matrics concept of fiber-reinforced ceramics and a rheological adapted suspensions to the processing technology.