Faktoren der Hochtemperaturstabilität keramischer Faserverbundwerkstoffe unter oxidierenden Bedingungen
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Düsseldorf
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Autor: Rausch, Gerald
Jahr: 1997
‘SCHRITT- m BERICHTE my Dipl.-Ing. Gerald Rausch, Bremen Faktoren der Hochtemperaturstabilität keramischer Faserverbundwerkstöffe unter oxidierenden Bedingungen I Reihe 5 : Grund- und Werkstoffe Nr. 501
INHALT V Inhalt Formelzeichen VIII Zusammenfassung X 1 Einleitung 1 2 Aufgabenstellung und Zielsetzung 3 3 Hochtemperatureinsatz keramischer Faserverbundwerkstoffe an Luft — Literaturüberblick 4 3.1 Eigenschaften keramischer Fasern.............. 4 3.2 Hochtemperatureigenschaften keramischer Faserverbundwerkstoffe an Luft ...................... 13 3.2.1 Werkstoffe ohne Oxidationsschutz ......... 13 3.2.2 Werkstoffe mit Oxidationsschutz.......... 16 4 Werkstoffherstellung und Gefügeentwicklung 18 4.1 Herstellung keramischer Verbundwerkstoffe durch Pyrolyse Silizium-organischer Polymere.............. 18 4.2 Schrumpfung und Porositätsentwicklung während der Pyrolyse von Polymer/Füller-Gemischen........... 21 5 Verbundwerkstoffe für den Hochtemperatureinsatz in oxidierender Atmosphäre 31 5.1 Werkstoffkonzepte...................... 31 5.2 Untersuchte Werkstoffe............... 32 6 Prüfmethoden und Versuchsprogramm 39 6.1 Zugversuch.......................... 39 6.2 Biegeversuch......................... 40 6.3 Scherversuch ..................... 41 6.4 SENB-Versuch........................ 42 6.5 Indenterversuch........................ 43 6.6 Versuchsprogramm und Probenabmessungen ....... 44 7 Tyranno/Si-C-O ohne äußeren Oxidationsschutz 46 7.1 Oxidation der Grenzschicht................. 46
VI INHALT 7.1.1 Charakterisierung der Grenzfläche im Ausgangszustand ......................... 46 7.1.2 Oxidation der C-Grenzschicht und Auswirkungen auf die spezifische Grenzflächenenergie ...... 48 7.2 Oxidation der Matrix..................... 54 7.2.1 Charakterisierung der Matrixkomponenten .... 54 7.2.2 Thermogravimetrische Analyse der Oxidation der Matrixkomponenten................. 57 7.3 Auswirkungen der Grenzschicht- und Matrixoxidation auf die mechanischen Verbundeigenschaften.......... 63 7.4 Zusammenfassung ...................... 76 8 Oxid/Oxid-Verbundwerkstoffe am Beispiel Nextel/Mul- lit 77 8.1 Einfluß der Faserfestigkeit auf die mechanischen Verbundeigenschaften ......................... 77 8.1.1 Festigkeit der Nextel-Faser ............. 77 8.1.2 Korrelation Faserfestigkeit - Verbundfestigkeit . . 81 8.1.3 Quantitative Beschreibung des Einflusses der Faserfestigkeit auf die Verbundfestigkeit........ 84 8.2 Grenzflächeneigenschaften .................. 90 8.3 Kriechen............................100 8.4 Zusammenfassung ......................110 9 Hi-Nicalon/SiC mit Oxidationsschutz 112 9.1 Prinzipielle Funktionsweise des Oxidationsschutzes .... 112 9.2 Hochtemperatur-Kurzzeiteigenschaften und Kriecheigenschaften von Hi-Nicalon/SiC.................115 9.3 Berechnung der Spannungsumlagerung zwischen Faser und Matrix im Zugkriechversuch.................118 9.4 Zusammenfassung ......................126 10 Diskussion 128 10.1 Oxidationsmechanismen in einem bedingt oxidationsstabilen 0°/90°-Verbundwerkstoff am Beispiel von Tyran- no/Si-C-0............. 128 10.2 Zur Problematik der Spannungsumlagerung im Zugkriechversuch an Faserverbundwerkstoffen............134
INHALT VII 11 Schlußfolgerungen 139 A Zusammensetzung des Tyranno/Si-C-O Werkstoffs 141 B Berechnung des Last-Verschiebungs-Diagramms im SENB-Versuch 143 Literatur 146
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