Faser-Matrix-Anbindung in keramischen Faserverbundwerkstoffen: Einzelfaser-Push-out Untersuchungen und Entwicklung einer Siliziumoxycarbid- Faserbeschichtung

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird eine Modifizierung der Einzelfaser-Pushout Methode vorgestellt, bei der die Energiedissipation während der Rissausbreitung entlang der Faser-Matrix-Grenzfläche berücksichtigt wird. Dieser Ansatz ermöglicht die Auswertung der Bruchzähigkeit der Faser-Matrix-Grenzfläche in keramischen Faserverbundwerkstoffen und erfordert keine Kenntnis der Spannungsverteilung entlang der Grenzfläche. Zur Entwicklung des Verfahrens ist eine eingehende mikroskopische Analyse von Einzelfaser-Push-out Proben erforderlich. Aus diesem Grund wird in der vorliegenden Arbeit erstmals eine rasterelektronen- und rasterkraftmikroskopische Analyse von Push-out Proben, deren jeweilige Messung in unterschiedlichen Versuchsstadien abgebrochen wurde, vorgestellt. Durch eine Korrelation der mikroskopischen Untersuchungsergebnisse mit dem Kraft-Weg-Signal der Einzelfaser-Push-out Versuche können die Kraft-Weg-Messkurven interpretiert und ein mikroskopisches Modell des Push-out Versuchs entwickelt werden.
Die modifizierte Push-out Methode wird im Rahmen dieser Arbeit anhand von SiC/SiC-Kompositproben mit Pyrokohlenstoff-Faserbeschichtung, die nach industriellem Standard in einem CVI-Prozess hergestellt wurden, entwickelt. Durch die Anwendung auf SiC/SiC-Proben mit unterschiedlicher Pyrokohlenstoff-Beschichtungsdicke kann der mikrostrukturelle Einfluss auf die Grenzflächeneigenschaften untersucht sowie eine Korrelation zwischen mikro- und makromechanischen Kennwerten diskutiert werden.
Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Arbeit ist die Entwicklung einer oxidischen Faserbeschichtung von SiC-Fasern durch einen Flüssigphasenprozess. Dabei werden kommerzielle SiC-Fasern in einem diskontinuierlichen Laborverfahren über einen Tauchprozess (engl. Dip-Coating) mit einer Siloxanlösung benetzt und die Beschichtung in einem anschließenden thermischen Prozess in eine keramische Siliziumoxycarbid- Schicht überführt. Der Einsatz eines Flüssigphasenverfahrens verspricht ökonomische Vorteile gegenüber der etablierten Technologie der Gasphasenabscheidung. Die Oxidationsbeständigkeit der neuen, oxidischen Beschichtung in keramischen Kompositproben bei hohen Temperaturen wird in der vorliegenden Arbeit durch Auslagerungsversuche untersucht.
Die mikromechanischen Eigenschaften der Faser-Matrix-Grenzfläche in Kompositproben mit einer Siliziumoxycarbid-Faserbeschichtung werden mit Hilfe des Einzelfaser- Push-out Verfahrens charakterisiert. Auf dieseWeise erfolgt erstmals eine mikromechanische Untersuchung einer oxidischen Faserbeschichtung in SiC/SiC-Werkstoffen. Die vorliegende Arbeit kann somit einen Beitrag dazu liefern, das Potential einer oxidischen Faserbeschichtung in SiC/SiC-Werkstoffen für eine Langzeitanwendung unter oxidierender Atmosphäre zu ergründen.