Thermomechanisch hochbelastete Strukturen aus Faserkeramikwerkstoffen, wie C/C, C/C-SiC, C/SiC und SiC/SiC stellen insbesondere für zukünftige, wiederverwendbare Raumtransportsysteme und Hyperschallflugzeuge eine Schlüsseltechnologie dar, da es für die hierbei auftretenden Temperaturbereiche keine Werkstoffalternativen gibt. Abgeleitet von den charakteristischen Eigenschaften faserkeramischer Werkstoffe werden zehn Richtlinien für die Bauteilkonzeption mit Faserkeramik erläutert und anhand ausgewählter Bauweisen bespielhaft dargestellt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf Fügestellen und Krafteinleitungsbereiche gelegt. 1. Bei faserkeramischen Werkstoffen müssen, mehr als bei anderen Verbundwerkstoffen, die Fasern das Materialverhalten dominieren. 2. Krafteinleitungskonzepte sollten Formschlusseffekte nutzen. 3. Die Fertigungstoleranzen unbearbeiteter Faserkeramikbauteile liegen im 'Bereich der Blechverarbeitung'. 4. Auf Dehnverträglichkeit bei Ankopplung an eine Unterstruktur muß sorgfältig geachtet werden. 5. Die Qualitätssicherheit eines schadenstoleranten Faserkeramikbauteils ist zurzeit mit Hilfe zerstörungsfreier Prüfmethoden schwerlich zu garantieren. 6. Das Eigenspannungsniveau in faserkeramischen Werkstoffen ist niedrig. 7. Nur bei einem sehr fein ausgeprägten Mikrorissmuster - möglichst im Bereich der Einzelfasern - zeigt ein schadenstoleranter Faserwerkstoff auch ein gutes dynamisches Verhalten. 8. Höchste Festigkeiten und niedrige Herstellkosten sind als tendenziell gegenläufige Forderungen bei Faserkeramiken schwer zu realisieren. 9. Höchstemperaturbeständigkeit und Langzeiteinsatzfähigkeit an Luft sind als tendenziell gegenläufige Forderungen bei Faserkeramiken schwer zu realisieren. 10. Ist ein Oxidationsschutzsystem erforderlich, verringert sich in der Regel die maximal zulässige Bauteildehnung. Exemplarisch werden folgende Bauteile aus C/C-SiC beschrieben: Schubdüse, Keramikkachel, Thermalschutzsystem für einen Raumtransporter und eine Nasenkappe. Am Beispiel dieser Raumfahrzeug-Nasenkappe wird das eingesetzte Berechnungsverfahren erläutert.
Gestaltungsrichtlinien für CMC-Bauteile
2003
24 Seiten, 30 Bilder, 16 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
faserverstärkter Werkstoff , Raumfahrttechnik , Temperaturbeständigkeit , Konstruktionsmethodik , Richtlinie , Verbinden (Fügen) , Krafteinleitung , formschlüssige Kraftübertragung , Eigenspannung , dynamisches Verhalten , Festigkeit , Dehnung , Siliciumcarbid , Langzeitverhalten , Keramikmatrix-Verbundwerkstoff
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