Das Projekt
Das IGF-Projekt "Kurzfaserverstärkte oxidkeramische Faserverbundwerkstoffe" zielt zwar auf einen Nischenmarkt; die Werkstoffentwicklung "dahinter" hält jedoch für spätere Anwender eine Art frohe Botschaft parat: Durch Verstärkung mit Keramikfasern können jetzt schadenstolerante Keramiken hergestellt werden, die bei mechanischen oder thermischen Schock nicht springen.
Allerdings sind die Keramikfasern mit bis zu 1000 €/kg sehr hochpreisig und können nur in angepassten Webprozessen auf modifizierten Anlagen verwebt werden. Die im Projekt untersuchten Verfahren zur Herstellung kurzfaserverstärkter Keramiken eröffnen Wege zur Kostenreduktion gegen über den bisher gewebeverstärkten Systemen.
Kurzfaserverstärkte Oxidkeramikfasern wurden bisher kaum untersucht, so dass hier gänzlich neue Prozesse erarbeitet werden mussten. Zusammen mit Experten am Lehrstuhl für Keramische Werkstoffe der Uni Bayreuth wurde im Projekt ein Faserspritzprozess entwickelt, bei dem mittels Faserspritzpistole Keramikendlosfasern zusammen mit den Schlicker (Wasser-Mineralgemisch zur Herstellung von Keramikerzeugnissen) versprüht werden. Auf diese Weise entstehen flächige Prepregs, aus denen durch Laminieren keramische Körper hergestellt oder endkonturnah Bauteile gefertigt werden.
Der Prozess ist sowohl händisch als auch vollautomatisiert möglich und daher flexibel. Im Projekt wurde zudem die Herstellung von Keramikfaservliesen im Nassvliesverfahren untersucht . Es zeigte sich, dass diese an handelsüblichen Nassvliesanlagen ohne Modifizierungen hergestellt werden können. Damit können gegenüber Webprozessen schneller und kostengünstiger Flächen hergestellt werden. Zudem ist denkbar, auch Faserreste und Verschnitt der sehr teuren Keramikfasern einer Verwendung zuzuführen. Verfestigung und Infiltration der Keramikfaservliese sind zum jetzigen Stand jedoch noch unbefriedigend und bedürfen weiterer Entwicklungen.
Bei Keramikfasern handelt es sich um hochwertige Nischenprodukte, die beispielsweise auch in sensiblen Bereichen wie den Hitzeschutz und der Wärmeisolation in der Luft- und Raumfahrt, in Turbinen, Industrieöfen, Fahrzeugbremsen oder in Schutzanzügen eingesetzt werden.
Der Nutzen für den Mittelstand
Keramiken versprechen eine Kostenreduktion und können für mechanische gering belastete Anwendungen das Produktportfolio der Unternehmen ergänzen. So können im Faserspritzprozess endkonturnah Bauteile gefertigt werden, wobei gegenüber der bisher üblichen Verarbeitung von Textilien der Verschnitt reduziert wird.
Bei der Vliesherstellung können zum einen vergleichsweise kostengünstig und recht schnell Flächen hergestellt werden, zum anderen ist auch eine Verarbeitung von Faserresten und Verschnitt denkbar. Neben den hohen Kosten der Keramikfaser und deren Geweben ist für KMUs auch die unsichere Liefersituation dieser Produkte problematisch, da es weltweit nur wenig Quellen gibt.
Unternehmen, die aufgrund ihrer Größe nicht als Großabnehmer auftreten können, sind hier besonders benachteiligt. Eine effiziente Nutzung des vorhandenen Materials ist daher von größter Bedeutung.
Ansprechpartner
Elisabeth Giebel
elisabeth.giebel@ditf.de
+49 711 9340 102
Fördergeber
Finanzielle Förderung über das Forschungskuratorium Textil als Mitglied der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungseinrichtungen (AiF) aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Programms zur Förderung der "Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)" mit der Projektnummer 18396 N.