Neuartige Materialien für Hochtemperaturanwendungen
Die Raumfahrt-, Automobil- und Energiesektoren brauchen immer mehr funktionelle Hochleistungsmaterialien, die rauen Umgebungen standhalten können, und dies zu vertretbaren Kosten. Ein europäisches Konsortium von Forschungsinstituten, Universitäten und Industriepartnern aus fünf Ländern hat diese Nachfrage erfüllt. Die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts SILTRANS (Micro and nanocrystalline silicide - Refractory metals FGM for materials innovation in transport applications) entwickelten neuartige in-situ geformte HT-Verbundstoffe, die dem Konzept der funktional gradierten Materialien (FGM) entsprechen. Poröse Skelette von hochschmelzendem Metall (Molybdän oder Niob) wurden per druckunterstützter reaktiver Infiltration in eine Silizid-Matrix eingebettet. Die Gradierung entsteht, weil Silizid bildende Reaktionen zwischen Si-Schmelze und Feuerfestmetall überwiegend an der Oberfläche auftreten und so eine oxidationsbeständige Haut bilden. Die innovative reaktive Infiltrationstechnik zur Herstellung von komplexen, endkonturnahen Formteilen mit einem selbstformenden Oxidüberzug stellt ein neuartiges proprietäres Verfahren dar. Das neuartige FGM wies eine wesentlich bessere Oxidationsbeständigkeit bei HT auf als eine herkömmliche Molybdän-Legierung und eine viel höhere Bruchzähigkeit bei niedrigen Temperaturen im Vergleich zu herkömmlichen Siliziden. Die gewünschte Synergie liefern die verbesserten Eigenschaften des neuen HT-Verbundstoffes im Vergleich mit den derzeit am weitesten verbreiteten Nickelbasis-Superlegierungen. Die Technologie wurde an drei verschiedenen Teilen erfolgreich demonstriert, zum Beispiel an einer Raumstruktur für die Montage von Wärmeschutzblechen. Das Verbundmaterial überlebte Tests zur Thermoschockbeständigkeit zur Simulation von Wiedereintrittsbedingungen für Raumsonden. Abgesehen von den Materialien und Herstellungstechniken stellen die Modelle für die Reaktionskinetik im Molybdän-Silizid-System einen wichtigen Beitrag für die Hersteller dar. Sie simulierten erfolgreich sowohl Flüssig- als auch Festkörperreaktionen und die Auswirkungen von Barrierebeschichtungen auf die Kinetik. Die einzigartigen FGM von SILTRANS sind den derzeit verwendeten Superlegierungen funktionell überlegen und werden mit einer industriell eingesetzten Fertigungstechnik hergestellt. Sie versprechen wichtige Vorteile sowohl für die Luftfahrt als auch für den Bodenverkehr. Leichtere und haltbarere Komponenten, die härtere Bedingungen aushalten, werden zu weniger Verbrauch und weniger Emissionen führen. Die Beteiligung von Industriepartnern sorgt für eine schnelle Markteinführung der neuen Materialien und Technologien.
Schlüsselbegriffe
Verkehr, Verbundstoffe, Silizid, hochschmelzende Metalle, Gradientenwerkstoffe
