Ziel des von der FFG geförderten Projekts war die Weiterentwicklung der Gasdruck-Infiltrationstechnologie für faserverstärkte Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe (MMC). Diese Technologie wird bereits seit einigen Jahren am LKR erforscht. Gemeinsam mit den Projektpartnern RHP-Technology GmbH und Aerospace & Advanced Composites GmbH sollte nun die Komplexität des Lagenaufbaus und die Vielfalt der fertigbaren Geometrien erhöht werden. In den vorherigen Projekten war der Prozess bereits für Platten mit unidirektionalem Lagenaufbau erfolgreich etabliert worden. In Space Al-MMC wurden nun Proben mit Kreuzlaminaten sowie quasi-isotropem Lagenaufbau hergestellt. Zusätzlich wurden erste Profile wie L-Profile und Hohlprofile gefertigt. Durch diese Erweiterungen wird die Anwendung der Gasdruck-Infiltrationstechnologie auf eine breitere Palette von Werkstückgeometrien ermöglicht.
Ablauf
Die Verbundwerkstoffe wurden durch Gasdruck-Infiltration hergestellt, wobei ein Faserpreform mittels Druck und Temperatur mit einer flüssigen Metallmatrix infiltriert wurde. Um das Ziel einer erhöhten Komplexität des Lagenaufbaus zu erreichen, wurden verschiedene Prozessparameter wie Temperatur, Druck und Zykluszeiten angepasst. Bei der Produktion von Profilen wurden die vorhandenen Werkzeuge entsprechend den neuen Geometrien angepasst. Hohlprofile erforderten Anpassungen sowohl im Preforming-Schritt als auch bei der Nachbearbeitung der infiltrierten Geometrie. Im Gegensatz zu Platten und einfachen Profilen wurde hierbei ein Kern verwendet, der nach der Fertigung entfernt werden musste. Das Faserlegen erfolgte nicht manuell, sondern maschinell durch Wickeln. Es war von besonderer Bedeutung, bei allen Änderungen im Vergleich zur Ausgangsbasis (flache Platte mit unidirektionaler Verstärkung) eine Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften zu vermeiden. Daher wurden Proben zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften und Mikrostruktur entnommen, wobei das Faser-Matrix-Interface besonders beachtet wurde. Die gewonnenen Ergebnisse ermöglichten Rückschlüsse auf Prozessänderungen und ihre Auswirkungen.
Projektergebnisse
Alle Projektziele wurden erfolgreich erreicht. Es konnte nachgewiesen werden, dass Proben mit komplexeren Faserlagenaufbauten [0,90] und quasiisotroper Ausrichtung hergestellt werden können. Die mechanischen Eigenschaften der Proben zeigen vielversprechende Ergebnisse, und eine vollständige Infiltrierung der Fasern wurde erreicht. Die Proben wurden unter Bedingungen getestet, die denen im Weltraum ähneln, und es wurden keinerlei Leistungseinbußen festgestellt. Darüber hinaus wurde die erfolgreiche Herstellung von L-Profilen und Hohlprofilen demonstriert.
Projektleiter Stephan Ucsnik vom LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen führt aus: „Bauteile, die aus dem von uns entwickelten Material gefertigt werden, sollen den im Weltraum herrschenden Bedingungen standhalten. Das beinhaltet hohe thermische Fluktuation, geringe thermische Ausdehnung, keine Degradation unter Strahlenbelastung sowie geringe Masse. Erfreulicherweise konnten wir im Rahmen von Space-Al-MMC die Herstellung entsprechender Proben demonstrieren – ein voller Erfolg.“