Polymerabgeleitete Keramiken mit niedriger und negativer Wärmeausdehnung

Moderne Hochleistungskeramiken zeichnen sich durch hohe Dimensionsstabilität aus. Für einige Anwendungen ist eine sehr niedrige thermische Ausdehnung, eine thermische Nullausdehnung oder eine negative thermische Ausdehnung unverzichtbar. Um Bauteile mit diesen Eigenschaften auszustatten, werden Verbundwerkstoffe mit negativ wärmedehnenden Komponenten versehen, wobei die resultierende Gesamt-Wärmeausdehnung über deren Volumenanteile einstellbar ist.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein disperser Verbundwerkstoff mit niedriger oder negativer Wärmeausdehnung entwickelt und ein grundlegendes Verständnis des Zusammenspiels seiner Matrix und negativ wärmedehnender Füllstoff erarbeitet. Der Verbundwerkstoff wurde auf Basis eines präkeramischen Polymers vom Polysiloxan-Typ, das mit Füllstoffen mit negativem thermischen Ausdehnungskoeffizienten – β-Eukryptit und Zirkoniumwolframat – beladen wurde, entwickelt und in einer nachgelagerten Wärmebehandlung in eine polymerabgeleitete Keramik umgewandelt. Zur Formgebung der Proben wurden ein Warmpressverfahren, ein Foliengießverfahren und ein Beschichtungsverfahren eingesetzt. Die Charakterisierung des neuartigen Werkstoffs erfolgte hinsichtlich seiner Mikrostruktur, ausgewählter mechanischer und thermisch-mechanischer Eigenschaften. Die Ergebnisse der mechanischen und thermisch-mechanischen Untersuchungen wurden für eine computerunterstützte Ermittlung von Eigenspannungen im Werkstoff als Funktion von Temperatur und Füllstoffbeladung herangezogen.
Im Ergebnis der Untersuchungen konnte die Phasen- und Gefügeausbildung beschrieben, Wechselwirkungen zwischen Matrix und Füllstoff identifiziert sowie die mechanischer Eigenschaften des Werkstoffs im Kontext von Gefüge und Eigen-spannungen beurteilt werden. Es wurde ein neuartiger Werkstoff erhalten, dessen Wärmeausdehnungskoeffizienten sich bei moderaten bis guten mecha¬ni¬schen Eigenschaften im Temperaturbereich bis 1000 °C im Bereich von etwa gezielt einstellen lassen.