OCMC bestehen im Wesentlichen aus zwei charakteristischen Hauptbestandteilen: einer in der Regel porösen oxidkeramischen Matrix und darin eingebetteten oxidkeramischen Fasern. Die gezielte Einstellung der Faser-Matrix-Anbindung ermöglicht verschiedene Verstärkungsmechanismen, wodurch eine Keramik mit einem nicht-spröden, schadenstolerantem Bruchverhalten erzeugt werden kann. Typische Zusammensetzungen von Fasern als auch Matrix sind Aluminiumoxid (Al2O3) und Mullit sowie Mischungen hieraus oder mit weiteren Oxidkeramiken wie z.B. Zirkonoxid (ZrO2) und Siliciumoxid (SiO2). Die Kombinationsmöglichkeiten von OCMC sind vielfältig und ermöglichen eine große Breite an Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten.

Haupteigenschaften von OCMC

thermische Stabilität

Oxidische Faserverbundkeramiken behalten ihre Werkstoffeigenschaften auch bei hohen Temperaturen über lange Zeiträume weitgehend bei. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen in thermisch stark belasteten Umgebungen.

mechanische Festigkeit und Schadenstoleranz

Die keramischen Fasern die in einer keramischen Matrix eingebettet werden verleihen dem Werkstoff hohe Festigkeiten und hemmen die Ausbreitung von Rissen. Dadurch versagen oxidische Faserverbundkeramiken weniger spröde als monolithische Keramiken und können lokale Schäden besser tolerieren.

Thermoschockbeständigkeit

Der Werkstoff widersteht schnellen Temperaturwechseln, ohne unmittelbar zu zerspringen oder seine Funktion zu verlieren. Dies wird durch die faserverstärkte Struktur begünstigt, die thermisch induzierte Spannungen teilweise abbauen kann.

Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit

Da sowohl Matrix als auch Fasern aus oxidischen Materialien bestehen, sind sie gegenüber Sauerstoff bei hohen Temperaturen besonders beständig. Zudem weisen sie eine hohe Resistenz gegenüber vielen korrosiven Medien auf.

geringe Dichte im Vergleich zu dichten Oxidkeramiken und Metallen

Oxidische Faserverbundkeramiken sind deutlich leichter als viele metallische Hochtemperaturwerkstoffe. Dies ermöglicht gewichtssparende Konstruktionen bei gleichzeitig hoher Leistungsfähigkeit.

Wärmedämmeigenschaften

Aufgrund ihrer geringen Wärmeleitfähigkeit wirken sie als effektive thermische Barriere. Dadurch können sie Bauteile vor hohen Temperaturen schützen und Wärmeverluste reduzieren.

elektrisch isolierend

Der Werkstoff besitzt eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit und wirkt daher als Isolator.

elektromagnetisch transparent

Oxidische Faserverbundkeramiken sind gegenüber elektromagnetischen Wellen im Bereich Radar transparent. Dadurch eignen sie sich beispielsweise für Radome oder andere Bauteile, die Funk- und Radarsignale passieren lassen müssen.

formstabil im Dauerbetrieb

Auch unter langfristiger thermischer und mechanischer Belastung behalten oxidische Faserverbundkeramiken ihre Geometrie weitgehend bei. Ihre hohe Kriechbeständigkeit trägt dazu bei, Verformungen im Dauerbetrieb zu minimieren.

Herstellung

Die Herstellung von OCMCs kann über verschiedene Fertigungstechnologien mit unterschiedlichem Industrialisierungs- und Flexibilitätsgrad erfolgen. Die gängigsten Herstellungsverfahren für OCMC sind: Wet-Layup / Handlaminieren, Nasswickeln, Prepreg / Tape-Legen und Druck- / Vakuuminfusion.

Die Auswahl des geeignetsten Verfahrens ist unter anderem abhängig von Design, Eigenschaftsanforderungen und Stückzahl des Endbauteils. Je nach Verfahren werden verschiedene Arten von Faser-Preformen eingesetzt, z.B. endlos Faserbündel, Gewebe, Geflechte, Kurzfaservlies, etc. Die grundsätzlichen Prozessschritte sind dabei ähnlich und lassen sich wie folgt gliedern:

1) Infiltration der Rovings bzw. der Faserbündel mit der Matrix,

2) Auflegen (alternativ laminieren) der infiltrierten Rovings, Faserbündeln oder Textilien auf eine Form,

3) Trocknen oder Aushärten der Matrix und

4) Sintern des getrockneten OCMC-Grünkörpers.

Als Matrix kommen dabei vorrangig keramische Schlicker oder geeignete Sol-Gel Systeme zum Einsatz.

Anwendungsgebiete

OCMC-Werkstoffe haben ein breites Anwendungsfeld, insbesondere dort wo hohe Temperaturen und geringes Gewicht eine wesentliche Rolle spielt. Luft- und Raumfahrtindustrie, Verteidigung, chemische Industrie (Fachbegriff Chemische Verfahrenstechnik), Ofen- und Anlagenbau, Brennertechnik (Flammrohr, Brennerdüsen, Brennerlanzen), Wärmebehandlung, Energie- und Mobilitätstechnik, …

Player im Ceramic Composites

Walter E.C. Pritzkow Spezialkeramik

Walter E. C. Pritzkow Spezialkeramik was founded in 1994. Since then, plates, tubes and complex 3-D components made of OCMC with the brand name „Keramikblech“ have been manufactured according to customer requirements. The focus of the company’s work is on the development and design of lightweight ceramic structures that are used in the high-temperature range under extreme conditions.

Materialkarten:

Schunk Kohlenstofftechnik

The Schunk Group is an international technology group and leading supplier of products made of high-tech materials such as carbon, technical ceramics and sintered metals, as well as machines and systems.

Components made of Schunk Durafox® OCMC are the safe solution thanks to the outstanding material properties. Our customers benefit from a large selection of materials and production methods.

Materialkarten:

Materiealkarten und weitere Informationen von Schunk Kohlenstofftechnik können nach Kontaktaufnahme zur Verfügung gestellt werden. Mehr Informationen finden sie hier.