Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Volltext zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-1027974
Ahmad, Husam
Wagner, Guntram (Univ.-Prof. Dr.-Ing.) ; Konegger, Thomas (Associate Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn.) (Gutachter)
Entwicklung von kohlenstoffkurzfaserverstärkten C/C-SiC-Verbundwerkstoffen über Spritzgießen
Development of carbon short-fiber-reinforced C/C-SiC composites via injection molding
Kurzfassung in deutsch
Kohlenstofffaserverstärkte C/C-SiC-Verbundwerkstoffe sind Hochtemperaturwerkstoffe mit geringer Dichte (< 2 g/cm³) und hohen spezifischen mechanischen Eigenschaften. Nach dem aktuellen Stand der Technik werden kohlenstoffkurzfaserverstärkte C/C-SiC-Verbundwerkstoffe (KF-C/C-SiC) über das dreistufige Flüssigsilizierverfahren (Liquid Silicon Infiltration, LSI) hergestellt. Ausgangspunkt dieser Fertigungsroute ist ein kohlenstoffkurzfaserverstärkter Kunststoff (CFK), der über Warmpressen produziert wird. Anschließend wird der CFK durch Pyrolyse zu kurzfaserverstärktem Kohlenstoff (C/C) umgewandelt, der im letzten Fertigungsschritt mit flüssigem Silizium zu C/C-SiC infiltriert wird. Das zeit- und energieaufwendige Fertigungsverfahren der C/C-SiC-Verbundwerkstoffe beschränkt jedoch deren breiten industriellen Einsatz. Vor diesem Hintergrund werden in der vorliegenden Arbeit zwei Forschungsansätze zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und Effizienz der C/C-SiC-Herstellung betrachtet. Im ersten Ansatz wird zur Kostenreduktion bei der CFK-Formgebung das großserientaugliche Spritzgießverfahren anstatt des Warmpressens eingesetzt. Dabei werden verschiedene Spritzgießvarianten zur Beeinflussung der offenen Porosität, der Infiltrierbarkeit und des mechanischen Verhaltens der C/C- und C/C-SiC-Verbundwerkstoffe untersucht und evaluiert. Im zweiten Ansatz wird nanoskaliges Siliziumpulver bei der CFK-Formgebung in die Polymermatrix eingearbeitet. Anschließend wird die Silizium-Kohlenstoff-Reaktion zu Siliziumcarbid durch eine Wärmebehandlung oberhalb der Siliziumschmelztemperatur intrinsisch ausgelöst. Dies zielt auf die Vereinfachung des Keramisierungsprozesses (CFK → C/C-SiC) sowie auf die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit durch den Verzicht auf den aufwendigen Infiltrationsprozess ab. Beide Ansätze zeigen vielversprechende Ergebnisse und können im Vergleich zum Stand der Technik konkurrenzfähige KF-C/C-SiC-Eigenschaften erzielen.
Kurzfassung in englisch
Carbon fiber-reinforced C/C-SiC composites are high-temperature materials with low density (< 2 g/cm³) and high specific mechanical properties. According to the current state of the art, carbon short-fiber-reinforced C/C-SiC composites (SF-C/C-SiC) are manufactured via a three-stage liquid silicon infiltration process (LSI). The starting point of the LSI-Process is a short carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) produced through warm pressing. Subsequently, the CFRP composite is converted into short-fiber-reinforced carbon (C/C) by means of pyrolysis. In the final production step, the C/C composite is infiltrated with liquid silicon to form the final C/C-SiC composite. However, the time- and energy-consuming production process of C/C-SiC composites significantly restricts their industrial use. Against this background, the present thesis explores two research approaches to enhance the cost-effectiveness and efficiency of the C/C-SiC production. In the first approach, large-scale injection molding technology is considered instead of warm pressing to reduce the CFRP manufacturing costs. Various injection molding techniques and their effects on the open porosity, infiltration, and mechanical behavior of the C/C and C/C-SiC composites are investigated and evaluated. In the second approach, nanoscale silicon powder is incorporated into the polymer matrix during CFRP shaping. Subsequent heat treatment above the silicon melting point triggers the in-situ reaction of silicon and carbon to form silicon carbide. This aims to simplify the CFRP → C/C-SiC conversion process and enhance its economic efficiency by eliminating the elaborate infiltration process. Both approaches yield promising results and can achieve competitive SF-C/C-SiC properties compared to the state-of-the-art C/C-SiC composites.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde | |
| Fakultät: | Fakultät für Maschinenbau | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Wagner, Guntram (Univ.-Prof. Dr.-Ing.) | |
| ISBN/ISSN: | ISSN 1439-1597 | |
| DOI: | doi:10.60687/2026-0062 | |
| Quelle: | Schriftenreihe Werkstoffe und werkstofftechnische Anwendungen ; 107 | |
| SWD-Schlagwörter: | Faserverstärkung , Kurzfaser , Pyrolyse | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Phenolharz , Polymer , Glaskohlenstoff , Faserverstärkung , Kurzfasern , keramischer Verbundwerkstoff , CMC , C/C , C/C-SiC , LSI , Flüssigphasensilizierung , Intrinsische Silizierung , Pyrolyse | |
| DDC-Sachgruppe: | Ingenieurwissenschaften | |
| Sprache: | deutsch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 16.12.2025 | |
| OA-Lizenz | CC BY-SA 4.0 |
