Die Leistungsfähigkeit und einsatzdauer künftiger Raketentriebwerke sollen unter anderem durch den Einsatz faserverstärkter Keramiken erhöht werden. Dazu ist eine geeignete Verbindungstechnik zwischen der Keramik und den tragenden Metallkomponenten zu entwickeln. Hierzu ist die mechanische Festigkeit von C/SiC-Metall-Verbindungen quantitativ zu bewerten, um ein objektives Kriterium zur Verbindungsoptimierung zur Verfügung zu haben. aufbauend auf auf vorangegangene erste Untersuchungen wurden zur Verbesserung der Haftung die Verbindungsflächen der Keramik mittels Laser perforiert, wobei verschiedene Perforationsvarianten erprobt wurden. Nachfolgend wurde die C/SiC-Keramik metallisiert und mittels Löttechnik mit Metallplättchen verbunden. Zusätzlich erfolgte zu Vergleichszwecken auch die Herstellung einiger Proben ohne vorherige Perforation der C/SiC-Keramik. Zur Ermittlung der Scherfestigkeit der hergestellten C/SiC-Metall-Verbindung wurde eine spezielle Prüfvorrichtung entwickelt und gefertigt. Mit dieser Prüfvorrichtung konnte an den gefertigten C/SiC-Metall-Verbundproben die Scherfestigkeit der Verbindung in einer konventionellen Zug-Druck-Prüfmaschine bestimmt werden. Im Vergleich zu den unperforierten C/SiC-Metall-Verbundproben wird durch geeignete Laserperforation der C/SiC-Oberfläche eine Steigerung der Scherfestigkeit um den Faktor 3 bis 4 erreicht. Die Analyse der Bruchflächen zeigt, dass bei den perforierten Proben der Bruch nicht unmittelbar innerhalb der Verbindungsfläche erfolgt, sondern durch die metallisierten Spikes die Belastung auch in die tieferen Lagen der C/SiC-Keramik übertragen wird. Da die Bruchfläche innerhalb der C/SiC-Keramik oftmals bis zum Probenrand verläuft, ist zu erwarten, dass der Abstand der Verbindungsstelle zum Rand der Keramik die maximal übertragbaren Scherkräfte mitbestimmt. dieser Einfluss des Abstandes wird in weiterführenden Untersuchungen bewertet. Die Konzeption für das Fügen rotationssymmetrischer Körper wurde in Anlehnung an die Ergebnisse aus den vorangegangenen Untersuchungen erstellt. Die Probenkörpergeometrie sowie die Prüfvorrichtung sind festgelegt und zum Teil konstruktiv umgesetzt. Die Verlötung einer Modellbrennkammer nach den in vorherigen Untersuchungen ermittelten Perforations- und Lötparametern mit einem Niobflansch zur festen anbindung an einen metallischen Einspritzkopf wurde erfolgreich abgeschlossen. Dies konnte in zerstörungsfreier und zerstörender Prüfung nachgewiesen werden. Das gesamte beschriebene Verfahren dieser Fügetechnik mit vorangegangener Oberflächenbearbeitung ist im Patent angemeldet.
High performance ceramic components for space propulsion systems have to fulfill their function in the combine with metallic components. For the realization of a permanent connection zone between a CMC component and associated metallic component as well as for the suitable load transmission special metal/ceramic joining techniques have to be developed. The durable compound of ceramic and metallic materials in thermomechanical strain is prerequisite for this. The reason for appearing loads has to be found in the significant different of thermal expansion coefficients between ceramic composites and metallic materials. Due to these partly strongly differing CTEs at high temperatures tensions are induced which would drive the connection zone of ceramic and metal to the failure. To counteract this problem, several approaches are examined for durable, efficient connections able to work between ceramic and metal at EADS-ST Propulsion & Equipment. The active brazing technique with preperations suitable for joints regarding to the component geometry represents a base solution. To this plumb line systems have to be developed and modified permanently for customization purposes. The combination of high performance materials with adapted joint technologies shows a great potential in the context of research and development in the aerospace and non-aerospace area.
Metall-Keramik-Verbindungstechniken im Bereich Raumfahrt-Antriebe
Metal ceramic joining technology for space propulsion equipment
2004
8 Seiten, 24 Bilder, 6 Quellen
Conference paper
German
Automotive engineering | 2002
|Elektrische Antriebe fuer die Raumfahrt in Deutschland
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|Leichtbaustrukturen in Mischbauweise : Verbindungstechniken
Automotive engineering | 2004
|Metall- statt Keramik-Monolith
Automotive engineering | 1988
Das Metall/Keramik-Turbinenrad
Automotive engineering | 1978
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