FORCARBON

BAYERISCHER FORSCHUNGSVERBUND FüR WERKSTOFFE AUF DER BASIS VON KOHLENSTOFF

II. 2 Optimierung des Interfaces in kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen durch CVD-Beschichtungen von C-Kurzfasern

Arbeitsfeld:

Kohlenstofffaserverstärkte Verbundwerkstoffe mit keramischer (CMC), Kohlenstoff- (CFC) oder Metall-Matrix (MMC) finden zunehmend neue Einsatzmöglichkeiten, so zum Beispiel in der Automobilindustrie. Hauptgrund dafür ist eine mögliche, bis zu 50%-ige Gewichtsreduzierung bestimmter Bauteile unter Ausnutzung der sehr guten mechanischen Eigenschaften von Strukturverbunden.
Vorteil der C-Kurzfasern als Verstärkungskomponente ist zum einen deren kostengünstige Beschaffung im Gegensatz zu keramischen Fasern, zum anderen ist die Verarbeitung dieser Fasern im Vergleich zu Langfasern wirtschaftlicher, da entsprechende Verbundwerkstoffe durch konventionelle Fabrikationsverfahren wie z.B. Warmpressen, Spritzgießen oder Extrudieren, als Massenprodukte hergestellt werden können.
Kohlenstofffasern können als Verstärkungsmaterialien nur dann optimal wirken, wenn bei der Herstellung der Verbunde und während des Betriebes sogenannte Faser-Matrix-Reaktionen an der Grenzfläche unterdrückt werden. Schutz gegen diese Reaktionen bieten dünne keramische Schichten auf der Faseroberfläche, die durch CVD-Technik aufgebracht werden können. Durch geeignete Faserbeschichtung wird das Faser/Matrix-Interfaces so optimiert, dass schadenstolerante Werkstoffe durch Erzeugung von Faser-pull-out hergestellt werden.
Im Rahmen dieses Projektes werden Kohlenstoffkurzfasern (C-Kurzfasern) in unterschiedlicher Länge (3 - 12 mm) mit einer dünnen keramischen Schutzschicht aus pyrolytischem Kohlenstoff (pyC), Bornitrid (BN), Titannitrid (TiN) sowie pyC/TiN- und pyC/BN-Doppelschicht mittels CVD-Technik beschichtet. Diese werden als Verstärkungskomponente in Verbundwerkstoffen mit metallischer (MMC), keramischer (CMC) oder Kohlenstoff-Matrix (CFC) eingesetzt. Potentielle Anwendungen dieser Materialien sind in der Hochtemperaturanlagentechnik (C/SiC), bei Hochleistungsbremsscheiben (CMC) im Pumpen- und Kompressorbereich (CMC) und bei Motorteilen (MMC) etc zu finden.