Herstellung und Eigenschaften von polymerabgeleiteten Ingenieurkeramiken

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden Ferrolegierungen, die in der Industrie im großen Maßstab zur Stahlveredelung eingesetzt werden, als Füller zur Herstellung von polymer abgeleiteten keramischen Bauteilen erfolgreich eingesetzt. Für die Herstellung von Grünkörpern wurde ein Polymethylsilsesqui-oxan mit der entsprechenden Ferrolegierung in Kombination mit anderen Füllern vermischt. Die Mischung wurde verpresst und unter Temperatur nachvernetzt oder direkt durch Warmpressen zu einem Grünkörper gepresst. Die Formgebung des füllerhaltigen Polymers erfolgte durch Schneiden und Drehen. Der gefertigte Grünkörper wurde anschließend einer Pyrolyse unterworfen, in der es zur einer Umwandlung des gefüllten Polymers über einen glasartigen Zustand in eine Verbundkeramik kam. Die Füller reagierten dabei mit dem Kohlenstoff des Polymers oder mit Stickstoff aus der Reaktivgasatmosphäre unter Ausbildung neuer (Oxy)carbid- oder (Oxy)nitridphasen. Die selektive Volumsausdehnung der Füller wurde genutzt um die starke Schrumpfung der Polymerphase zu kompensieren. Diese sogenannte "active-filler-controlled pyrolysis" (AFCOP) wurde 1995 von Greil beschrieben. Lineare Schwindungen zwischen 1 und 6.4 % je nach Pyrolyseatmosphäre wurden dabei gefunden. Nach der Pyrolyse unter Inertgas wurden im Inneren der Poren von bestimmten gefüllten Polymethylsilsequioxanen Kristallite und Siliziumcarbid Nanofasern gebildet.

Preparation of low cost polymer-derived bulk ceramic components was possible by using ferroalloys, a mass product from steel industry, as fillers. These ferroalloys and other fillers were used for preparation of green compacts using a polymethylsilsequioxane polymer.<br />Green compacts were prepared by pressing and curing afterwards or by compression moulding. Shaping was done by cutting and turning. During pyrolysis of the powder-loaded preceramic polymethylsilsequi-oxane polymer the conversion to a glass ceramic composite was realized. The filler particles reacted with carbon from the polymer or nitrogen from the reaction gas atmosphere to form new (oxy)carbide or (oxy)nitride phases. A selective expansion of the filler phase was used to compensate for the polymer shrinkage upon pyrolytic conversion. This active-filler-controlled pyrolysis (AFCOP) was described by Greil in 1995. Linear shrinkages of 1- 6.4 % were found depending on the pyrolysis atmosphere. Crystals and SiC nanowires were formed inside the pores of some filled polymethylsilsequioxanes after pyrolysis under inert gas atmosphere.