Neuartige Kohlenstoff/Keramik-Hybridfasern mit verbesserter Oxidationsbeständigkeit

15.11.2024

Die Entwicklung neuer Technologien erfordert Werkstoffe mit sehr ungewöhnlichen und maßgeschneiderten Eigenschaften. In der Vergangenheit wurden Kohlenstoff- und Keramikfasern für extreme Bedingungen entwickelt, die aber spezifische Vor- und Nachteile hinsichtlich der Oxidationsstabilität und Kosten aufweisen. 

In den letzten Jahren konnte der Lehrstuhl Keramische Werkstoffe (Ceramic Materials Engineering, CME) der Universität Bayreuth zeigen, dass ein Hybridpolymer aus Silazanen und Polyacrylnitril nach der Pyrolyse zu einem kohlenstoffreichen Material mit homogen verteilten keramischen Nanoeinschlüssen führt, das im Vergleich zu Kohlenstofffasern eine deutlich verbesserte Oxidationsstabilität aufweist. Durch Nassspinnen des Hybridpolymers wurden Fasern mit einem Durchmesser von 20 µm, hohen Zugfestigkeiten von 2,0 GPa und E-modul von 175 GPa hergestellt. Das Elektrospinnen des Hybridpolymers führte zu einem neuartigen multifibrillären C/SiCON-Fasertyp mit einem Durchmesser von ca. 20 µm, bestehend aus tausenden von Nano-Einzelfasern. Die Zugfestigkeit von ca. 700 MPa lässt sich noch deutlich steigern, wenn das Verkleben der Nanofasern vermieden wird.