Entwicklung von UHTCMC-Werkstoffen

Ein aktueller Forschungsschwerpunkt im Bereich CMC-Technologie liegt auf der Entwicklung sogenannter Ultra High Temperature Ceramic Matrix Composites (UHTCMCs) – einer Werkstoffklasse, die speziell für extreme thermische Belastungen ausgelegt ist. Ziel ist es, die Temperaturgrenzen konventioneller Faserkeramiken deutlich zu überschreiten und den Einsatzbereich auf über 2000 °C auszudehnen.

Erreicht wird dies durch die Kombination hochfester Kohlenstofffasern mit neuartigen keramischen Matrixsystemen auf Basis von Boriden und Carbiden refraktärer Metalle – etwa Zirkoniumdiborid. Die so entstehenden Werkstoffe zeichnen sich durch hohe Temperaturbeständigkeit und mechanische Belastbarkeit aus.

UHTCMCs eignen sich besonders für thermisch hoch beanspruchte Raumfahrtkomponenten, etwa in thermischen Schutzsystemen oder in Strukturbauteilen fortschrittlicher Antriebssysteme wie Ram- und Scramjets.

Für die Herstellung wird ein Verfahren der reaktiven Schmelzinfiltration eingesetzt, das eine schnelle, effiziente und wirtschaftliche Fertigung dieser Hochleistungswerkstoffe ermöglicht.

Das folgende Video zeigt eindrucksvoll die Bedingungen, denen solche Materialien im Einsatz standhalten müssen – exemplarisch dargestellt anhand eines Windkanaltests unter extremen Strömungs- und Temperaturbedingungen.