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Hochtemperaturschutzschichten für die Raumfahrt

Bei Betriebstemperaturen von mehr als 1700 °C stehen Forschende vor großen Herausforderungen Bauteile für Luft- und Raumfahrtanwendungen zu entwickeln. Dr. Christian Reimann und Kevin Schuck vom Fraunhofer IISB fanden einen Weg solche Bauteile mit kostengünstigen ultrahochtemperaturbeständigen Schutzschichten zu versehen. Mit ihrer Idee gewannen die jungen Wissenschaftler den 3. Platz bei der DLR-Challenge der »INNOspace Masters« 2020.

© Fraunhofer IISB / Anja Grabinger
Dr. Christian Reimann und Kevin Schuck bei der Übergabe der Urkunden während der »INNOspace Masters« 2020.
© Fraunhofer IISB / Anja Grabinger
Graphitplatte versehen mit einer Hochtemperaturschutzschicht.

Insbesondere in Triebwerken, Antrieben und Thermalschutzstrukturen für die Luft- und Raumfahrt ist eine derartig hohe Hitzeentwicklung problematisch. Bei üblichen Kohlenstofffaser-Kompositbauteilen kommt es zur aktiven Oxidation und zwangsläufig zur Zerstörung der Werkstoffe durch Partikelablation sowie Abplatzungen. Dies hat zur Folge, dass der bisherige Einsatz auf Anwendungen mit niedrigeren Temperaturen limitiert ist und Triebwerke sowie Antriebe ihr Potenzial nicht erreichen.

Herr Reimann, Herr Schuck, erzählen Sie uns bitte von Ihrem Ansatz. 

Das Herzstück unseres Ansatzes ist die bei uns am Fraunhofer IISB entwickelte Sprühbeschichtungstechnologie, die dabei hilft Bauteile für Luft- und Raumfahrtanwendungen mit ultrahochtemperaturbeständigen Schutzschichten zu versehen. Durch die Symbiose aus unserer Idee und der am Institut entwickelten Sprühbeschichtungstechnologie ist es nun möglich, die betroffenen Kohlenstofffaser-Kompositbauteile mit den temperaturbeständigen Oxidationsschutzschichten zu versehen. Dies führt dazu, dass Triebwerke und Antriebe auch bei höheren Temperaturen arbeiten und einen besseren Wirkungsgrad erreichen können. 

Woran arbeiten Sie und Ihr Team gerade?

Der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) initiierte Wettbewerb »INNOspace Masters« zeichnet jährlich innovative Ideen und Konzepte für den Transfer von Technologien, Diensten und Anwendungen von der Raumfahrt in andere Branchen und umgekehrt aus. Durch die Prämierung erhielten wir als Forscher Zugang zu weltweiten Wissenschaftsnetzwerken. Auch bekamen wir eine Förderung für die Durchführung unseres zweijährigen Forschungsprojektes »HOSSA«. Hierbei geht es darum, unsere Idee für die Hochtemperaturschutzschichten gemeinsam mit Firmen aus der Luft- und Raumfahrtindustrie in die praktische Anwendung zu bringen

Von der Theorie in die Praxis. Wie weit sind Sie mit Ihrem Forschungsprojekt?

Nach der Prüfung der Projektunterlagen durch das DLR wollen wir Anfang Mai 2021 mit unserem Vorhaben starten. Durch die direkte Einbindung eines Industriebeirats aus Zulieferfirmen und Anwendern der Luft-und Raumfahrtindustrie sind wir sehr zuversichtlich, dass es zu weiteren Anschlussvorhaben und Technologieverwertungen kommen wird. Ein wesentlicher Punkt ist es auch, möglichst viele Anwendungsszenarien für die neuartige Technologie zu generieren. Hierbei ist unsere Expertise im Bereich der Halbleitermaterialherstellung und Prozessierung sehr nützlich. Es ist uns bereits gelungen, Unternehmen aus diesem Bereich für unseren Ansatz zu interessieren und die ersten Lizenzverhandlungen zu führen.

 

Christian Reimann studierte Mineralogie an der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und an der Universität zu Köln. Seit 2005 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IISB und erhielt seinen Doktortitel von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg im Jahr 2010. Im selben Jahr wurde er Gruppenleiter für das Themenfeld Silizium und 2016 stellvertretender Leiter der Abteilung Materialien am Fraunhofer IISB. 

Kevin Schuck hat im Jahr 2019 sein Studium an der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg im Bereich der Materialwissenschaft und Werkstofftechnik erfolgreich mit dem Titel Master of Science abgeschlossen. Seit seinem Studienabschluss ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IISB in der Abteilung Materialien und beschäftigt sich mit Schutzschichten für Hochtemperaturanwendungen.