Synthese von Cr$_{2}$AIC MAX-Phasen Kompositen und Bestimmung ihrer oxidativen Eigenschaften

Go, Teresa; Gonzalez-Julian, Jesus (Thesis advisor); Schneider, Jochen M. (Thesis advisor)

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH, Zentralbibliothek, Verlag (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriften des Forschungszentrums Jülich. Reihe Energie & Umwelt = energy & environment 558
Seite(n)/Artikel-Nr.: ii, 119 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Drei verschiedene Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe (CMCs) wurden unter Verwendung der MAX-Phase Cr2AlC als Matrix und Kohlenstoff-, SiC- und Al2O3-Kurzfasern als Sekundär-phase hergestellt. Cr2AlC-Pulver wurden synthetisiert, gefolgt vom Mischen mit den Fasern und vollständiger Verdichtung unter Verwendung einer feldunterstützten Sintertechnik (FAST/SPS). Kohlenstofffasern reagieren stark mit Cr2AlC, was bedeutet, dass diese Ver-bundstoffe nicht zur Verwendung geeignet sind, während die Reaktion von SiC-Fasern weni-ger stark ist. Die Verbundwerkstoffe, die Aluminiumoxidfasern enthalten, zeigen nach dem Sintern keine Reaktion. Oxidationstests des monolithischen Cr2AlC und der Verbundstoffe wurden durch thermogravimetrische Analyse durchgeführt. Von allen ausgewählten CMCs führten 10 Gew .-% SiC-Fasern zu der geringsten Massenzunahme. Die parabolischen und kubischen Oxidationsraten wurden bestimmt, um die beste Beschreibung des Oxidationsver-haltens zu finden. Die allgemeine Oxidationsreaktion ist parabolisch, jedoch im Vergleich mit der Literatur um einiges höher. Die bei 1000 °C gebildete Aluminiumoxidschicht haftet fest an der Probe und die Oxidationsreaktion ist gut. Bei 1200 °C löste sich diese Schicht jedoch für monolithisches Material und 10 gew.-% Al2O3-Fasern ab. Bei Langzeitoxidationsversuchen bei 1200 °C für 4 Wochen wird eine starke Reaktion der CMCs im Gegensatz zu dem mono-lithischen Material beobachtet. Die Oxidationsreaktion der CMCs mit Aluminiumoxidfasern ist unter realistischen Bedingungen unter Verwendung eines Brenners für die zyklische Oxidati-on gut, da kaum Defekte oder Verschlechterungen sichtbar sind und die Aluminiumoxid-schicht sehr gut haftet. Die mechanische Verstärkungswirkung der Fasern wurde durch Mes-sung der Druckfestigkeit bei Raumtemperatur und 900 °C umgesetzt. Hierbei zeigt sich diese Verstärkung deutlich. CMCs mit Al2O3-Fasern widerstehen höheren Druckspannungen als monolithisches Material. Die höchsten Druckspannungen werden bei CMCs mit SiC-Fasern gemessen, wobei hier der Grund dieser Steigerung auch in den beim Sintern entstandenen Zweitphasen liegen kann.

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