Institut für Angewandte Materialien – Werkstoffkunde

Projekt 1

Ultrahochtemperatur-Keramiken (UHTCs) sind Verbindungen, welche einen Schmelzpunkt von 3000°C und höher besitzen. Sie werden hauptsächlich für Hochtemperaturanwendungen (T > 2000°C) wie z.B. in Wärmedämmschichten eingesetzt. Für Anwendungen in diesem Temperaturbereich sind besonders die Boride, Carbide und Nitride der frühen Übergangsmetalle (Zr, Hf, Nb, Ta) geeignet.  In verschiedenen Arbeiten wurde jedoch gezeigt, dass einphasige UHTCs schlechte Oxidationsbeständigkeit unter extremen und aggressiven Umgebungen aufweisen. Keramikverbundwerkstoffe (composites) stellen hierfür eine alternative Lösung dar.

Für die Synthese von Keramikverbund-Systemen eignet sich vor allem die PDC (Polymer derived ceramics) Methode. Präkeramische Polymer-Präkursoren werden dabei thermisch zersetzt und bieten so einen einfachen und kostengünstigen Zugang zu verschiedenen keramischen Systemen. Projekt 1 des GRK 2561 beschäftigt sich mit der Synthese von Keramikverbund-Systemen für den Hochtemperatur-Einsatz. Hierbei wird die Polymer-Präkursor-Route genutzt. Um geeignete Präkursoren herzustellen, werden in diesem Projekt verschiedene Polysilazane [-R1R2Si-NR3-]n eingesetzt. Durch thermische Behandlung sollen das ternäre System SiCN, sowie modifizierte Systeme der Zusammensetzung Si(M,B)CN (M = Ti, Zr, Hf) dargestellt werden. Für die Modifikation der Polysilazane werden metallorganischen Verbindungen verwendet. Spektroskopische sowie thermogravimetrische Analysen werden zur intensiven Untersuchung der Präkursoren, sowie des Keramisierungsschritts angewandt.

Im Anschluss werden verschiedene Prozesse eingesetzt, um Monolithe des ternären sowie des multinären Systems darzustellen: Warmpressen gefolgt von thermischer Behandlung, Heißpressen bei Temperaturen von 1600°C bis 1800°C, sowie FAST/SPS Techniken (Field Assisted Sintering Technology/ Spark Plasma Sintering) bei 1600°C bis 1800°C. Die so erzeugten Monolithe werden mit den gängigen Methoden strukturell charakterisiert.