Höchsttemperatur- und korrosionsbeständige hochporöse (Faser)-Keramiken für energieeffiziente Verbrennungsprozesse (HÖCKER). Abschlussbericht

Das Kernziel des Projekts war die Entwicklung verbesserter hochporöser (Faser)- Keramikmaterialien bzw. -Strukturen mit erhöhter Temperaturwechselfestigkeit Zuverlässigkeit und Lebensdauer zum Einsatz in energieeffizienten Gasverbrennungsanlagen, z. B. für Porenbrenner und Brennkammerauskleidungen für adiabatische Verbrennungstemperaturen bis 2200 °C. Durch den Einsatz der neu entwickelten Hochleistungswerkstoffe sollen Energieverbrauch und Schadstoffabgabe reduziert werden können und durch Erschließung neuer Anwendungsfelder für diese Technologien der Wirtschaftsstandort Deutschland gestärkt werden. Für Einsatztemperaturen bis 1600 °C in oxidierender und reduzierender Atmosphäre waren im beantragten Vorhaben folgende Materialentwicklungen vorgesehen: Weiterentwicklung von porösen Keramiken (ZrO2, SiC), Erprobung und Anpassung von Papierbasierten Keramik-Strukturen (Al2O3, ZrO2, SiC) sowie die Entwicklung von filzbasierten und faserverstärkten Keramiken (SiSiC, C/SiC, SiC/SiC, Al2O3/Al2O3, Al2O3/Mullit, Al2O3/ZrO2). Durch den Einsatz von nanostrukturierten keramischen Partikeln sollten bei den verschiedenen Materialmodifikationen entweder die Bruchzähigkeit erhöht oder bei der Entwicklung des Oxidationsschutzes die Infiltrierbarkeit verbessert sowie ein gradierter Schichtaufbau ermöglicht werden. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Anforderungen für die einzelnen Komponenten in den Gasverbrennungsanlagen wurden unterschiedliche Werkstoffvarianten benötigt, um das Gesamtsystem zu verbessern. Deshalb sollten innerhalb des Projekts möglichst viele potenzielle (Faser)-Keramikmaterialien evaluiert und ausgehend davon verschiedene, aussichtsreiche Varianten für den jeweiligen Einsatzzweck optimiert werden. Der Entwicklungsaufwand sollte insbesondere durch die Einbeziehung von Werkstoff- und Bauteilsimulation zur Beschreibung und Verbesserung des Schädigungs- und Versagensverhaltens der keramischen Strukturen reduziert werden. Auf der Basis der Modellierungsergebnisse sollten die aussichtsreichsten Materialvarianten identifiziert und deren Herstellungstechnologien hinsichtlich einer zielorientierten Anpassung der Mikro- und Mesostruktur modifiziert, erprobt und umgesetzt werden.