Faserspitzen von oxidkeramischen Verbundwerkstoffen (Volume 21) (English shop)

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Kurzfaserbündelverstärkte oxidkeramische Verbundwerkstoffe (KF-OFC), die mittels Faserspritzprozess hergestellt werden, stellen eine kostengünstige Alternative zu herkömmlichen, gewebeverstärkten OFC dar. Bei diesem Verfahren werden keramische Kurzfaserbündel zusammen mit einem Schlicker auf eine Form gespritzt, wodurch ein isotropes Material ohne Vorzugsrichtung entsteht. Die mechanischen Eigenschaften sind moderat, jedoch für viele Anwendungen ausreichend und hängen maßgeblich von Parametern wie Faserlänge, Faservolumengehalt und Prozessführung ab.

Für gute Materialeigenschaften sind insbesondere eine homogene Verteilung der Fasern sowie eine vollständige Infiltration der Faserbündel entscheidend. Erste Untersuchungen zeigen Biegefestigkeiten im Bereich von etwa 130 bis 177 MPa, wobei längere Fasern zu einer Steigerung von Festigkeit und Dehnung führen. Der Prozess wurde bislang grundlegend analysiert, bietet jedoch noch erhebliches Optimierungspotenzial.

Ein wesentlicher Vorteil des Verfahrens liegt in der Möglichkeit, komplexe Bauteilgeometrien herzustellen. Durch die Fließfähigkeit der Kurzfasern lassen sich auch anspruchsvolle Formen gut abbilden. Dennoch treten aktuell noch Herausforderungen wie inhomogene Materialverteilung, Porosität sowie begrenzte interlaminare Scherfestigkeit auf, insbesondere bei größeren Wandstärken.

Insgesamt zeichnet sich der Faserspritzprozess durch hohe Flexibilität, vergleichsweise einfache Herstellung und ein großes Kostensenkungspotenzial von bis zu über 70 % aus. Dadurch gelten KF-OFC als vielversprechender Werkstoff für Hochtemperaturanwendungen und könnten konventionelle Gewebeverstärkungen in vielen Bereichen teilweise oder vollständig ersetzen.