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Werkstoffverbunde aus Verbundwerkstoffen für Anwendungen unter extremen Bedingungen

Das Ziel des Graduiertenkollegs GRK 2561 ist die Entwicklung, Charakterisierung und Modellierung von neuartigen Verbundwerkstoffen, die eine revolutionäre Erhöhung der Betriebstemperaturen von Verbrennungsmaschinen und –prozessen unter extremen Umgebungsbedingungen (z. B. Oxidation, Korrosion, Erosion) jenseits von 1300 °C erlauben. Dies wird durch eine Kombination unterschiedlicher Werkstoffsysteme, bestehend aus Refraktärmetall basierten metallischen/intermetallischen Werkstoffen (z.B. Mo-Si-B-X, mit X = Nb, Fe, Ti, Hf…) als Substratmaterialien sowie Polymer abgeleitete keramische Nanokomposite auf Si(M)CY (M = B, Zr, Hf and Y = O, N) Basis als gradierte Schutzschichten erreicht. Die zentrale Idee ist, dass die beiden Werkstoffsysteme diejenigen Funktionen übernehmen sollen, für die sie aufgrund ihrer intrinsischen Eigenschaften prädestiniert erscheinen: der metallische/intermetallische Verbundwerkstoff zeichnet sich durch exzellente Mikrostrukturstabilität und Kriecheigenschaften bei ultrahohen Temperaturen bei gleichzeitig adäquaten Zähigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur aus. Unter vergleichbaren Bedingungen besitzt der keramische Nanokomposit neben einer ausgezeichneten thermischen Stabilität insbesondere Selbstheilungsfähigkeiten sowie extrem niedrige intrinsische Wärmeleitung. Neben diesen positiven Eigenschaften soll es die Kombination geeigneter chemischer Zusammensetzungen in beiden Materialklassen ermöglichen, einen perfekt aneinander angepassten thermischen Ausdehnungskoeffizienten einzustellen. Dies reduziert thermisch induzierte Spannungen bei im Anwendungsfall vorkommenden Temperaturwechseln auf ein Minimum und soll lebensdauerverlängernd wirken.