BioC4HiTech: Entwicklung von biobasierten Kohlenstoff-Halbzeugen zur Herstellung von MMCs, CMCs und CFCs

Im Rahmen des Forschungsprojektes sollen durch Carbonisierung von biobasierten Grünkörpern, die mittels Spritzguss, 3D-Granulatdruck und Pressen geformt werden, poröse Kohlenstoff-Halbzeuge hergestellt werden. Die porösen Formkörper sollen mit (Halb-)Metall-Schmelzen und kohlenstoffhaltigen Bindemitteln zu MMCs (Metal Matrix Composites), CMCs (Ceramic Matrix Composites) und CFCs (Carbon-Fiber reinforced Carbons) umgesetzt werden.

Kurzbeschreibung

Ausgangssituation

Klimaerwärmung und rückläufige Ölfunde erzwingen einen Umstieg auf erneuerbare Energien und Ressourcen. Das erfordert auch auf dem Gebiet der Werkstoffentwicklung eine Neuorientierung. Carbon-Verbundwerkstoffe spielen dabei eine zentrale Rolle, da sie aufgrund ihrer Eigenschaften wie hohe mechanische Festigkeit, geringes spezifisches Gewicht, Hochtemperaturbeständigkeit und exzellente chemische Resistenz Schlüsselkomponenten in der Werkstoffentwicklung sind. Carbonfaser verstärkte Keramiken (CMCs), -Kohlenstoffe (CFCs) und -Metalllegierungen (MMCs) sind im Bereich der elektrischen, thermischen, tribologischen und Verschleißschutz-Anwendungen, auch unter abrasiven und oxidativen Bedingungen und hohen Prozesstemperaturen, Hightech-Werkstoffe der Zukunft. Biobasierte Rohstoffe kommen dabei derzeit jedoch nicht zum Einsatz.

Ziele/Herausforderung

Im gegenständlichen Projekt sollen aus biobasierten Rohstoffen Carbon-Halbzeuge zur Herstellung von MMCs (Metal Matrix Composites), CMCs (Ceramic Matrix Composites) und CFCs (Carbon-Fiber reinforced Composites) entwickelt werden. Fossile Rohstoffe wie Graphit- und Kohlefilze, PAN/Pech-basierte C-Faser-Gewebe/Gelege, sowie hochreine Metalle und Halbmetalle sollen durch Naturfasern und Lignin bzw. Recyclingmaterialien ersetzt werden.
Aus neuartigen Duromer-gebundenen Naturfasercompositen (NFCs) sollen mit Spritzguss, 3D-Granulatdruck und Presstechniken Grünkörper geformt und anschließend durch Carbonisierung zu porösen Kohlenstoff Pre-Formen transformiert werden. Diese werden durch Infiltration mit Metallen, Halbmetallen und kohlenstoffhaltigen Bindemitteln zu MMCs, CMCs und CFCs weiterverarbeitet.

(geplante) Ergebnisse/Nutzen

Bei dieser Prozess- und Materialentwicklung erfolgt eine Charakterisierung der Eigenschaften entlang der Prozesskette, wobei Materialdaten als Basis für Folgeentwicklungen gewonnen werden. Über die Optimierung der duromeren NFC-Formulierungen für neue Verarbeitungsmethoden wie Spritzguss und 3D-Druck wird ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung und Optimierung von biobasierten Werkstoffen geliefert, wobei durch den Einsatz in Hochleistungsanwendungen eine sehr hohe Wertschöpfung generiert wird.

Eckdaten

Förderprogramm: FFG, Produktion der Zukunft
Projektlaufzeit: 04/2021 - 06/2023

Foto: Grünkörper, poröse Kohlenstoff-Formkörper und biobasierte Siliziumcarbid Keramiken — Grünkörper, poröse Kohlenstoff-Formkörper und biobasierte Siliziumcarbid Keramiken (© Wood K plus, Fotograf: Unterweger)

Projektbeteiligte

Projektleitung

Wood K plus

Projektpartner:innen

RHP-Technology GmbH

Kontaktadresse

Dr. Christoph Unterweger
Tel.: +43 732 2468-6758
c.unterweger@wood-kplus.at