Prepreg-basierte oxidkeramische Verbundwerkstoffe

Die vorliegende Arbeit untersucht und optimiert ein Prepregverfahren zur Herstellung oxidkeramischer Faserverbundwerkstoffe (OFC). Im Mittelpunkt steht die Analyse materialseitiger Einflussfaktoren auf die Prozessrobustheit sowie die Weiterentwicklung eines bereits empirisch etablierten Herstellungsverfahrens. Als Modellwerkstoff wurde ein Nextel™ 610/Al₂O₃-ZrO₂-Verbundsystem verwendet. Die Ergebnisse zeigen, dass insbesondere der Glyceringehalt des Schlickers einen entscheidenden Einfluss auf die Verarbeitbarkeit, Lagerfähigkeit und Reproduzierbarkeit besitzt. Ein erhöhter Glycerinanteil von 26 Gew.% führte zu einem deutlich größeren Verarbeitungsfenster, verbesserten Konditionierungseigenschaften sowie hoher Alterungsbeständigkeit der Prepregs. Gleichzeitig konnten hohe Faservolumengehalte und Biegefestigkeiten erzielt werden. Auch unterschiedliche Kombinationen keramischer Pulver erwiesen sich als robust gegenüber Prozessschwankungen. Darüber hinaus wurden Porosität, mechanische Eigenschaften sowie Hochtemperaturverhalten des Werkstoffs untersucht. Die entwickelten OFC zeigten hohe Biegefestigkeiten und eine gute thermische Stabilität, allerdings auch eine ausgeprägte Kriechneigung unter Last bei hohen Temperaturen. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Bewertung von Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit des Verfahrens. Dabei bestätigte sich die hohe Prozessstabilität des weiterentwickelten Prepregprozesses, dessen Ergebnisse insbesondere durch eine zukünftige Automatisierung weiter verbessert werden können. Das Verfahren wurde patentiert und bereits an die Industrie lizenziert. Die Arbeit liefert damit einen wichtigen Beitrag zum Verständnis und zur industriellen Weiterentwicklung oxidkeramischer Faserverbundwerkstoffe und zeigt Perspektiven für zukünftige kosteneffiziente Hochleistungswerkstoffe auf.