ISBN 9783843908313

978-3-8439-0831-3, Reihe Werkstoffwissenschaften

Friedrich Wolff
Physikalisches Schäumen von präkeramischem Silikonharz mit Kohlenstoffdioxid

229 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde das Schäumverhalten eines präkeramischen Silikonharzes mit CO2 als physikalischem Treibmittel vor dem Hintergrund einer Nutzung als Präkursor für Keramikschäume untersucht. Die Motivation bestand darin, die für organische Polymere bereits etablierte Schaumextrusion auf präkeramische Polymere zu übertragen und somit einen neuen Prozess zur kontinuierlichen Herstellung von Präkursoren für Keramikschäume zu entwickeln. Als Material wurde ein Methylsilikonharz gewählt, das in großen Mengen kommerziell verfügbar ist.

Ein erster Schwerpunkt lag auf der Charakterisierung der Viskoelastizität und der Vernetzungseigenschaften des Silikonharzes mit rheologischen Methoden, da hierüber in der Literatur kaum Informationen verfügbar sind. Jedoch ist deren Kenntnis wichtig für die Entwicklung des Schäumprozesses und die Interpretation der Ergebnisse. Erste Untersuchungen zum physikalischen Schäumen des Silikonharzes und zu dem Einfluss von Prozess- und Materialparametern auf das Schäumverhalten wurden im Labormaßstab in einem Batchprozess mit überkritischem Kohlenstoffdioxid (s.c. CO2) durchgeführt. Um präkeramische Schäume im Technikumsmaßstab kontinuierlich herzustellen, wurde eine Schaumextrusionsanlage aufgebaut, bei der CO2 als physikalisches Treibmittel eingesetzt wird. Mit dieser Anlage können pro Stunde mehrere Kilogramm Silikonharzschaum hergestellt werden, der nach der Vernetzung zu SiOC-Keramikschaum pyrolysiert werden kann. Durch Variation von Prozess- und Materialparametern wurden Schäume mit unterschiedlichen Profilen und Morphologien hergestellt.

Die vernetzten Silikonharzschäume konnten bei 1000°C in Stickstoffatmosphäre erfolgreich zu SiOC-Keramikschäumen pyrolysiert werden. Dabei bleibt, abgesehen von einer linearen Schwindung um etwa 20%, die Schaummorphologie inklusive des Zellgrößengradienten erhalten. Die Herstellung geschäumter keramischer Rundstäbe, Bänder, Platten und Röhrchen demonstriert das Potential der Schaumextrusion von präkeramischen Polymeren für die Produktion von Keramikschäumen.