Team Keramische Nanolaminate

Keramische Verbundwerkstoffe
Das Team entwickelt neuartige Keramik-Matrix-Verbundwerkstoffe (CMCs) für Systeme, die bei hohen Temperaturen und rauen Umgebungsbedingungen arbeiten, wie z. B. Gasturbinenkomponenten oder Concentrated Solar Power (CSP)-Anlagen. Die Verbundwerkstoffe basieren auf MAX-Phasen als Matrizen, einer neuartigen Materialfamilie, die die Lücke zwischen Keramiken und Metallen schließt. Unter allen MAX-Phasen konzentrieren wir uns hauptsächlich auf Cr2AlC, Ti3SiC2, Ti2AlC und Ti2AlN aufgrund ihrer hervorragenden Oxidations-/Korrosionsbeständigkeit und ihrer guten mechanischen Eigenschaften. Was die Verstärkungsphase betrifft, werden hauptsächlich SiC- und Al2O3-Fasern verwendet.

Verarbeitung Der Verbundwerkstoffe
Der Aufgabenbereich des Teams umfasst die Synthese von MAX-Phasenpulvern, die Verarbeitung verschiedener Strukturen und deren Verdichtung. Reine MAX-Phasen-Pulver werden durch zwei verschiedene Syntheserouten gewonnen: ein neuartiger Prozess, der als Molten Salt Shielded Synthesis (MS3) bezeichnet wird, und durch Fest-Flüssig-Zustand-Reaktion. Das Aufskalieren dieser Prozesse führt zu kiloweise hochwertigem Pulver pro Charge, was sowohl für die Entwicklung komplexer und großer Bauteile als auch für den Transfer dieser neuen Materialien in die Industrie erforderlich ist. Basierend auf unserer Expertise in der keramischen Verarbeitung sind wir in der Lage, unterschiedliche Strukturen zu entwickeln, von dichten Bauteilen und Beschichtungen durch thermische Spritztechnologien wie Cold Spray (CS) und High Velocity-Atmospheric Plasma Spray (HV-APS) bis hin zu porösen Schäumen und endkonturnahen Formen durch Ceramic Injection Molding (CIM) und Additive Manufacturing (AM).

Hochtemperaturverhalten
Die entwickelten CMCs werden unter realistischen und aggressiven Umgebungsbedingungen getestet, die denen ähnlich sind, denen die endgültigen Komponenten standhalten werden. Aufgrund der Neuartigkeit der MAX-Phasen ist ihre Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit unter verschiedenen Umweltbedingungen noch nicht ausreichend erforscht worden. Langzeitexperimente bei hohen Temperaturen (1000 °C - 1300 °C) unter Verwendung von Brenneranlagen, Thermoschocktests, Charakterisierung der Wechselwirkung der CMCs mit thermischen Barriereschichten (TBCs) und mechanische Charakterisierung - Biegefestigkeit, Zug- und Druckkriechen - gehören daher zu den Interessen des Teams.