Kohlenstofffaserverstärkte Polymere (CFK) sind aufgrund ihrer hohen spezifischen Steifigkeit und Festigkeit einige der bevorzugtesten Leichtbaumaterialien in der heutigen Technik. Jedoch weisen die CFK-Verbundwerkstoffe keine effektive thermische oder tribologische Beständigkeit auf, was zu einem vollständigen Versagen führen kann wenn sie solchen Umgebungen ausgesetzt werden. Um diese Nachteile effektiv zu kompensieren ist es entscheidend, ein Schutzschichtsystem aufzubringen. Eines der vielversprechendsten Beschichtungslösungen für diese Herausforderung ist die Verwendung von thermischen Spritzverfahren. Dadurch können leistungsfähige metallische und/oder keramische Schutzschichten auf CFK-Komponenten zuverlässig aufgetragen werden. Die präzise Prozessführung von der Substrataktivierung über die Brennerkinematik bis hin zum Thermomanagement während des Prozesses sowie das für die Anwendung maßgeschneiderte Schichtsysteme gehören zum langjährigen Knowhow unseres Institutes.
Die neusten Entwicklungen im Bereich Wärmedämmschichtsysteme für polymerbasierte Werkstoffe zeichnen sich durch einen mehrlagigen Schichtaufbau aus. Durch hochgefüllte und hochtemperaturbeständige Lacksysteme an der Bauteiloberfläche wird die eintretende Wärmestrahlung reflektiert und gleichzeitig auf der gesamten Oberfläche verteilt. Die Reflexionsleistung und –richtung können hierbei gezielt eingestellt werden, um so die Bauteiltemperatur maßgeschneidert nach den jeweiligen Bedürfnissen einstellen zu können. Eine keramische Wärmedämmschicht mit einer sehr geringen Wärmeleitfähigkeit von unter 1,1 W/mK reduziert die thermische Belastung des CFK-Grundwerkstoffs. Durch die Einstellung einer geeigneter Mikrostruktur und hoher Schichtporosität kann die Wärmeleitfähigkeit noch weiter reduziert werden. Die Applikation von keramischen Wärmedämmschichten im Bereich bis etwa 1000 µm ohne signifikanten Bauteilverzug ist realisierbar, um die polymeren Grundwerkstoffe effektiv zu schützen.
Die Beschichtung von polymerbasierten Werkstoffen stellt aufgrund der thermischen Belastung während der Schichtapplikation eine Herausforderung dar. Durch fehlende werkstoffliche Affinität zwischen Polymer und Metall bzw. Keramik ist eine gezielte Entwicklung des Interfaces CFK zu thermischer Spritzschicht daher unabdingbar. Durch werkstoffliche und mechanische Charakterisierung werden Zusammenhänge sichtbar gemacht und die Schichthaftung dadurch deutlich gesteigert gegenüber dem Stand der Technik.
Gerne entwickeln wir mit Ihnen zusammen ein passendes Wärmeschutzkonzept für Ihre CFK- und FVK-Bauteile. Sprechen Sie uns an.
Tags: WDS, TBC, CFRP coating, heat shielding, plasma spray, APS, Carbon
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Christian Semmler
M.Sc.wissenschaftlicher Mitarbeiter