C/SiC Faserverbundkeramiken im simulierten Wiedereintrittstest von Raumtransportern

Der Schutz von wiederverwendbaren Raumtransportern gegen extreme Umgebungseinflüsse, insbesondere während der Wiedereintrittsphase, stellt höchste Anforderungen an einen Hitzeschutzschild. Faserverbundkeramiken (CMCs) mit hochfesten C‐Fasern können diesen mechanischen und thermalen Schutz gewährleisten, da sie hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bis zu Temperaturen von 2000 °C aufweisen. Ein zusätzlich aufgebrachtes Oxidationsschutzsystem (OPS) ist zwingend erforderlich, um die C‐Fasern vor oxidativer Degradation zu schützen. Die Funktionsfähigkeit des OPS hat damit entscheidenden Einfluss auf die Einsetzbarkeit des Hitzeschutzschildsystems. Um die Eignung eines solchen Systems für mehrfach verwendbare Wiedereintrittskörper zu untersuchen, werden an Materialproben mit äußerem OPS thermomechanische Zugversuche durchgeführt, bei denen thermische Zyklen zwischen 400 °C und 1450 °C unter statischer Last von etwa 20 % der RT‐Zugfestigkeit aufgebracht werden. Die Funktion des OPS wird im Ausgangszustand sowie nach Vorschädigung durch Impact und Regenerosion untersucht, um die Leistungsfähigkeit des OPS und somit des Verbundwerkstoffes zu bewerten. Es zeigt sich, dass durch Impact‐Vorschädigung induzierte Risse aufgrund von Selbstheilungseffekten der funktionalen Schicht verschlossen werden, so dass bei Langzeitversuchen kein Unterschied zu nicht vorgeschädigten Proben auftritt. Ferner zeigt sich, dass sich durch hohe Temperaturgradienten im OPS Risse bilden, die in einem Temperaturbereich unterhalb von 800 °C nicht mehr durch Selbstheilung geschlossen werden, so dass es zu einem vorzeitigen Versagen durch Abbrand der C‐Fasern kommt.