Hochtemperaturoxidationsschutz von C/C-Werkstoffen auf Mullitbasis

Zusammenfassung

Kohlenstoffaserverstärkter Kohlenstoff (C/C) eignet sich wegen der guten mechanischen Eigenschaften und der geringen Dichte hervorragend als Konstruktionswerkstoff bei hohen Temperaturen. Die unzureichende Oxidationsbeständigkeit ungeschützter C/C-Werkstoffe genügt jedoch den Anforderungen im praktischen Hochtemperaturbetrieb nicht. Bei den komplexen thermischen, chemischen und mechanischen Belastungen, wie sie in verfahrenstechnischen Maschinen und in der Luft- und Raumfahrt auftreten, ist nur die Verwendung beschichteter C/C-Werkstoffe denkbar. Die bisher eingesetzten Schutzschichten bestehen vor allem aus Siliziumkarbid (SiC) in Kombination mit Borkarbid (B₄C). Es bildet sich eine äußere SiO₂-Schicht mit einem hohen B₂O₃-Gehalt aus, welche die Risse in der SiC-Schicht schließen soll. In gleicher Weise werden Hf-, Zr- und/oder Ti-Kar-bide als Beschichtungsmaterialien verwendet, die ebenfalls zu oxidischen Schichten weiterreagieren. Auch die zusätzliche Beschichtung der Bauteile mit „Verglasungsschichten“ (z.B. SiO₂- B₂O₃-Gläser) hat keine wesentlichen Verbesserungen ergeben. Probleme bereiteten hier jedoch der hohe Dampfdruck (B₂O₃), die Empfindlichkeit gegen H₂O (vor allem B₂O₃ und ZrO₂) sowie die mit Phasenumwandlungen einhergehenden Volumenänderungen (HfO₂, SiO₂, ZrO₂).