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Keramische Faserverbundwerkstoffe (Ceramic Matrix Composites – CMC) zeichnen sich durch ihre Hochtemperatur- und Korrosionsbest?ndigkeit, ihr schadenstolerantes Verhalten und ihre geringe Dichte aus. Sie eignen sich damit für Anwendungen in extremen Umgebungen und werden vor allem in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt, z. B. in Satellitenstrukturen. Weitere Anwendungsbereiche finden sich in der Automobilindustrie, z.B. in Brems- oder Kupplungsscheiben, oder im Maschinenbau, z.B. in Schutzhülsen für Pumpenanwendungen.
Am Institut für Materials Resource Management haben Forschende nun erstmals eine Methode entwickelt, wie sich lokale Sch?den in CMC-Bauteilen reparieren lassen.?

Bauteile reparieren, Ausschuss vermeiden

Gerade in sensiblen Anwendungsfeldern ist die volle Funktionstüchtigkeit der CMC-Werkstoffe unabdingbar. Allerdings sind lokale Materialfehler oder Sch?digungen w?hrend der Produktions- und Nutzungsphase der Komponenten oft nicht zu vermeiden. Eine Reparatur von lokal gesch?digten CMC-Komponenten und der weitere Einsatz der reparierten Komponente waren bisher nicht m?glich. CMC-Bauteile, die w?hrend der Produktion gesch?digt wurden, werden bislang direkt als Ausschuss entsorgt. W?hrend der Nutzungsphase auftretende Sch?digungen führen zu einem Ausfall des Bauteils, dessen Austausch und Entsorgung.
?Mit dem neuen Verfahren zeigen wir jetzt eine realistische M?glichkeit auf, Ausschussbauteile, die w?hrend des Produktionsprozesses gesch?digt wurden, so zu reparieren, dass sie dennoch eingesetzt werden k?nnen, und das sogar für hochanspruchsvolle Anwendungen in der Raumfahrt“, sagt Prof. Dr.-Ing. Dietmar Koch. Der Professor für Materials Engineering leitet das Projekt “Repair Concepts for Reduced Reject Rates of virgin and overhauled CMC” (R4CMC).

Reparaturverfahren entwickelt

R4CMC wurde vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gef?rdert mit dem Ziel diese signifikante Lücke in der CMC-Materialforschung und der CMC-Produktion zu schlie?en. Zusammen mit einem Konsortium aus Wirtschaft und Wissenschaft und eingebettet in das KI-Produktionsnetzwerk Augsburg arbeitete der Lehrstuhl Materials Engineering am Institut für Materials Resource Management an der Entwicklung von Reparaturkonzepten für lokal gesch?digte keramische Faserverbundwerkstoffe aus carbonfaserverst?rktem Siliziumkarbid (C/SiC) und siliziumkarbidfaserverst?rktem Siliziumkarbid (SiC/SiC).
Der Fokus lag auf CMC-Materialien, die in der industriellen Produktionsphase gesch?digt wurden. In der dreij?hrigen Projektlaufzeit, die mit Ablauf des Jahres 2024 endete, konnten durch das Konsortium erfolgreich Reparaturverfahren entwickelt werden, welche durch einen Abtrag allein des gesch?digten Bereichs und eine Verfüllung z.B. mit keramischen Inlays die Funktionsf?higkeit des gesch?digten CMC-Materials wieder herstellen.
?Das Projekt tr?gt durch die Entwicklung neuer werkstoffbezogener Prozesstechnologien dazu bei, Ressourcen in der Produktionsphase einzusparen und die Materialeffizienz von keramischen Faserverbundmaterialien zu erh?hen, was ?kologische und wirtschaftliche Vorteile für die Nutzung von CMC mit sich bringt“, sagt Koch weiter. Diese Aspekte werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Lehrstuhl Materials Engineering in einem Anschlussprojekt weiter vertiefen.