Dipl.-Ing. Anja Dwars
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30.09.2001

Naturfaser-Rohstoffe unterschiedlicher Art und Provenienz wurden analysiert und deren werkstofftechnische und produktionstechnische Potenziale bei der Konversion zu Kohlenstoff- und Siliciumcarbid-Werkstoffen aufgezeigt. Am Modellsystem Flachs wurden Grundlagen der Konversion und der Gefügegestaltung biogener Si-SiC-C-Werkstoffe erarbeitet und hinsichtlich ihrer Eignung für Lagerwerkstoffe getestet. Die entwickelten biogenen Keramikwerkstoffe sind durch spezielle Verbundstrukturen ausgezeichnet und erreichen das Eigenschaftsniveau kommerziell verfügbarer Vergleichswerkstoffe. Eine vollständige Prozesskette vom nachwachsenden Rohstoff bis zum mechanisch, thermisch und korrosiv hoch belastbaren Gleit- und Friktionswerkstoff wurde erarbeitet. Die Fertigungslinie wurde für spezielle Einsatzmuster bis zum prototypischen Bauteil (prototypische Elemente für pumpenspezifische Radial- und Axiallager) geführt. Positiv zu bewertende Ergebnisse von Eigenschaftsprüfungen und Anwendungstests liegen aus den Untersuchungen im Verbund vor. Auslagerungstest und Einsatzuntersuchungen für Anwendungen in keramischen Lagern bestätigen neben einer Stabilität in sauren Umgebungsmedien die für Si-SiC-Werkstoffe typische Anfälligkeit unter alkalischen und hydrothermalen Bedingungen. Werkstofftechnische Verbundstrukturen zur Vermeidung dieser korrosiven Schädigungen wurden angearbeitet. Die Übertragbarkeit auf großtechnische Prozesse wurde im Teilvorhaben 2 nachgewiesen. Mit dem erreichten Entwicklungsstand werden Grundaussagen zu den werkstofftechnischen und technologischen Möglichkeiten dieser neuen biogenen Werkstoffe bereit gestellt sowie Ansatzpunkte für eine mikrostrukturelle Nutzung der hierarchischen pflanzlichen Verbundstrukturen aufgezeigt. Neben den pulvertechnologischen Herstellungsrouten wurde die prozessökonomisch besonders interessante Veredelung von organisch gebundenen Faserverbundplatten in großformatige Carbonisat-Produkte zu ersten Pilotmustern geführt.

Im Verbundprojekt sollen neue Siliciumcarbidwerkstoffe, hergestellt aus einheimischen nachwachsenden Rohstoffen wie Flachs- und Hanffasern, für mediengeschmierte Lager in Pumpen mit einem Leistungsbereich von 30 kW - 5000 kW entwickelt, hergestellt und erprobt werden. Aufgrund der mechanisch sehr effizienten Strukturen der Pflanzenfasern wird von den zu entwickelnden SiSiC-Werkstoffen eine erhöhte Versagenssicherheit durch Faserverstärkung bei gleichzeitig verbesserten Gleiteigenschaften erwartet. Das Korrosions-, Erosions- und Kavitationsverhalten sowie das tribologische Verhalten der neu entwickelten SiSiC-Keramiken wird unter pumpenspezifischen Bedingungen untersucht. Die prototypischen Bauteile werden in Prüffeld- und Praxistests auf ihre Serientauglichkeit hin erprobt und optimiert.