Kontrolle des Herstellungsprozesses eines warmfesten
SiC-Faser/Ti-Matrix - Verbundwerkstoffes durch Untersuchung
des Gefiiges und der Faser/Matrix - Grenzflicheneigenschaften
J. Hemptenmacher, R. Leucht, H.J. Dudek
Deutsche Forschungsanstalt fiir Luft- und Raumfahrt (DLR)
Institut fiir Werkstoff-Forschung, Kéln-Porz
Kurzfassung
Fir den Hochtemperatur-Einsatz wurden SiC-langfaserverstirkte Verbundwerkstoffe mit
einer warmfesten Titan-Matrix hergestellt. Als Matrix wurde die sogenannte Super o,-
Titanlegierung gewdhit, eine Ti,Al - Basislegierung. Zur Beurteilung und Optimierung
der Herstellungsparameter wurden sowohl metallographische Untersuchungen als auch
Scherfestigkeitsmessungen an der Faser/Matrix-Grenzfliche mit Hilfe von Ausdriick-
Versuchen an einzelnen Fasern durchgeführt. Glühungen einzelner Proben bei 800 °C
mit unterschiedlichen Glühzeiten bis über 1000 h unter Vakuum (107° bar) weisen auf
eine gute Hochtemperaturbeständigkeit dieser Verbundwerkstoffe hin.
Abstract: Control of the production of a high temperature SiC-fibre / Ti-matrix
composite by investigations of the microstructure and the fibre/matrix interface
For the high temperature application continuous SiC-fibre reinforced composites were
produced. The Ti;Al base alloy, called Super x,, was used as the matrix. Metallographic
investigations and shear strength measurements were performed at the fibre/matrix
interface by push out tests of single fibres in order to examine and to optimize the
processing parameters. Some specimens were heat treated for more than 1000 h at
800 °C under vacuum of 107° bar. The results indicate a good high temperature resi-
stance of these composites.
1. Einleitung und Problemstellung
Die Bereitstellung neuer, leistungsfähiger Hochtemperaturwerkstoffe ist eine Voraus-
setzung für die Entwicklung moderner Flugtriebwerke mit größerem Wirkungsgrad bei
gleichzeitig vermindertem SchadstoffausstoB. Als kurzfristiges Ziel wird die Substitution
der schwereren Nickelbasis-Legierungen in der zweiten Kompressorstufe mit Tempe-
raturen zwischen 550 °C und 650 °C durch warmfeste Titan-Legierungen bzw. SiC-
langfaserverstirkte Verbundwerkstoffe mit warmfester Titan-Matrix angestrebt. Mittel-
fristig werden auch Titan-Werkstoffe fiir einen Hochtemperatureinsatz iiber 800 °C ent-
wickelt, deren Einsatz in der zweiten Turbinenstufe angestrebt wird.
In den vergangenen zehn Jahren wurden mehrere warmfeste Titan-Legierungen zum
Einsatz bei Temperaturen bis zu 600 °C und höheren Temperaturen entwickelt. Das
Entwicklungspotential für hohe Einsatztemperaturen ist nach wie vor groß [1, 2]. Einen
Überblick über warmfeste Titanlegierungen, geordnet nach typischen Gefügemerkma-
len, gibt die Tabelle 1 wieder. Zum Vergleich ist die konventionelle (0 + PP) - Legierung
Ti-6Al-4V vorangestellt, die von allen Titanlegierungen die größte Verbreitung hat, je-
doch nur für niedrige Temperaturen bis 300 °C geeignet ist.
Prakt. Met. Sonderbd. 26 (1995) 657
