Keramikfasern mit breitem Einsatzspektrum in der Brenner- und Ofentechnik

Zu den jungen wie aussichtsreichen Hochleistungsfasern zum Einsatz gerade auch in der Industrie gehören keramische Endlosfasern. Daraus hergestellte keramikfaserverstärkte Keramiken (CMC – Ceramic Matrix Composites) begründen eine neue Werkstoffklasse. Sie eröffnen mit Eigenschaften, die die von herkömmlicher Keramik noch in den Schatten stellen, interessante Anwendungen nicht nur in der Raum- und Luftfahrt bzw. in der Medizin. Speziell für die Brenner- und Ofentechnik interessant sind die besonders hohen Festigkeitswerte bei Dauerbelastungen auch jenseits von 1000 Grad Celsius. Zudem sind CMC-Bauteile extrem temperaturwechselbeständig und weisen eine hohe Schadenstoleranz auf.

Die Hochleistungswerkstoffe werden auf der Techtextil vom Institut für Textilchemie- und Chemiefasern (ITCF) der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung in Denkendorf bei Stuttgart vorgestellt. Das ITCF als einziges europäisches Forschungsinstitut mit jahrzehntelanger Werkstoff- und Technologieerfahrung auf diesem Gebiet arbeitet an der gezielten Verbesserung keramischer Fasern. Die erforderlichen Eigenschaftsparameter werden durch die chemische Zusammensetzung der Spinnmasse bestimmt und können zudem im Spinnprozess eingestellt werden. Ziel der Materialforscher ist es, Strukturänderungen in Keramikfasern gezielt und reproduzierbar beeinflussen zu können.

Keramikfasern durchlaufen einen zweistufigen Prozess. Im Trockenspinnverfahren wird die zähflüssige Spinnmasse (Foto) zunächst zur sogenannten Grünfaser versponnen. Nach dem Sintern des Materials entsteht die eigentliche Keramikfaser der Typen Korund und Mullit. Das Eigenschaftsbild solcher Materialien aus oxidischen bzw. nicht-oxidischen Keramikfasern – bei ersterem wird Aluminiumoxid anstelle von Siliciumcarbonitrid verwendet – empfiehlt sich beispielsweise dann, wenn es beim Hochtemperatureinsatz von Faserstoffen um den Lückenschluss zwischen Glasfaser, Basalt und nichtoxidischen Fasern aus Kohlenstoff oder Siliciumcarbid geht.

Denkbare Industrieanwendungen: Bauteile in Abgasleitungen, Heißgasfiltern oder Wärmetauschern. Allein für den Ofenbau, um nur eines der Anwendungsfelder zu benennen, sind besonders langlebige Brennerdüsen für den diskontinuierlichen Betrieb ebenso gefragt wie dünnwandige Isolierungen, Trägerstrukturen oder Heißgasführungen aus diesem Material.

Marc Chalupsky

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