Untersuchung der Eigenschaften von MoSi2-Kompositen in korrosiven und oxidativen Atmosphären

Während das Oxidationsverhalten von monolithischem MoSi₂ zumindest bis 1500°C untersucht worden ist, liegen nur wenige Daten zur Oxidation von Kompositwerkstoffen auf dieser Werkstoffbasis und des Einflusses der Zweitphasen vor. Ziel des Vorhabens ist es, die Kinetik und die Vorgänge bei der Oxidation und Korrosion zu ermitteln und die Eignung der untersuchten Komposite für Hochtemperaturanwendungen festzustellen. In Zusammenarbeit mit der GfE, Nürnberg, dem Fraunhofer Institut IFAM, Außenstelle Dresden, und Nabertherm, Lilienthal, werden Komposite auf der Basis von MoSi₂ entwickelt. Die DECHEMA übernimmt dabei die Untersuchung und Bewertung der Oxidationseigenschaften der ausgewählten und von der GfE und dem IFAM hergestellten Komposite. Aus einer Reihe von Kompositen mit Oxid-, Carbid- und Boridpartikeln (stets 15 Vol.-%) wurden die Komposite mit ZrO₂, SiC und HfO₂ ausgewählt, da diese sich am besten zur Oxidation bei 1600°C und darüber eignen. Negativ auf das Oxidationsverhalten wirkten sich die Eisenverunreinigungen aus, die bei der pulvermetallurgischen Herstellung der Materialien eingetragen wurden. Ziel des Herstellers GfE ist es zunächst, großtechnisch und kostengünstig Pulver mit einem geringen Kontaminationsgrad herzustellen. An labortechnisch hergestellten MoSi₂ mit HfO₂-Partikeln wurde das Pestverhalten (katastrophale Oxidation zwischen 400 und 600°C) und die Hochtemperaturoxidation in trockener Luft bis 1600°C untersucht. Bei 1500°C weist das Material wie reines MoSi₂ eine parabolische Oxidationskinetik auf. Da die Partikel im Werkstoff zu einer Erhöhung des Sauerstoffdiffusionskoeffizienten führen, sind die erhaltenen Oxidschichten etwas dicker als bei reinem MoSi₂. Bei Vorlage von großtechnisch hergestellten Kompositen mit geringer Kontamination sollen auch Versuche in wasserdampfhaltigen Atmosphären durchgeführt werden. In einer Erweiterung des Projektes sollen Wärmedämmschichten auf die Komposite aufgetragen werden, um die Anwendungstemperaturen der Werkstoffe weiter zu erhöhen. Als Wärmedämmaterial wird dabei ZrO₂ oder HfO₂ gewählt, das mit einem precurserabgeleitetem Siliziumoxicarbid gebunden wird. Diese Beschichtung soll durch ein einfaches Verfahren - wie z. B. Tauchen der Bauteile - aufgebracht werden.