Metallische Werkstoffe können mit keramischen Fasern – wie z.B. SiC-Monofilamenten – verstärkt werden und dadurch neue Anwendungsgebiete erschließen. Deren Herstellung ist jedoch aufwendig und teuer. Im Vorhaben sollten SiC-Monofilamente über eine kostengünstigere Polymerroute hergestellt werden.
Die Verstärkung von metallischen Werkstoffen und Legierungen mit keramischen Fasern kann die mechanischen und thermomechanischen Eigenschaften der metallischen Werkstoffe deutlich verbessern. Dadurch ergeben sich neue Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen, die primär auf die Einsparung von Energie (Wirkungsgraderhöhung, Leichtbau) abzielen. Derzeit werden für die Metallverstärkung unter anderem SiC-Monofilamente eingesetzt, die aber aufgrund ihres Herstellungsverfahrens mittels chemischer Gasphasenabscheidung zu hochpreisig und zudem nur in begrenzten Mengen verfügbar sind.
rechts: Spule mit SiC-Monofilament mit einer Länge > 5 m
In dem bearbeiteten Vorhaben sollten SiC-Monofilamente über eine potenziell kostengünstigere Polymerroute hergestellt werden. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung von SiC-Monofilamenten mit einem Durchmesser von circa 100 µm und Längen bis zu 5 m, welche auf Spulen gewickelt werden können. Die Filamente wurden aus Lösungen auf Basis eines Polysilan-Polycarbosilan-Copolymers im Trockenspinnverfahren hergestellt. Zuerst wurde dabei der Zusammenhang zwischen rheologischen Eigenschaften der Vorstufen, Spinnparameter und Ausbildung der Filamente (Durchmesser, Filamentquerschnitt) erarbeitet. Nach der Trocknung der Filamente wurden diese in einer kontinuierlichen Pyrolyse bei Temperaturen bis 1550 °C in eine SiC-Keramik überführt. In dem nun abgeschlossen Projekt konnten die anvisierten Projektziele erreicht bzw. übertroffen werden. Es wurden kreisrunde SiC-Monofilamente mit einem Durchmesser von 100 µm und Längen bis zu 15 m auf Spulen gewickelt hergestellt. Damit sind die grundlegenden Voraussetzungen für das Upscaling des Herstellungsverfahrens auf den Technikumsmaßstab gegeben.
