CMC-Endbearbeitung: Bearbeitung komplexer Freiflächen an Ceramic Matrix Composites

Faserverstärkte Keramikverbundwerkstoffe (Englisch: Ceramic Matrix Composites – CMC) erfahren in der jüngsten Zeit in Zusammenhang mit ihrer Anwendung als Werkstoff für Brems- und Kupplungsscheiben einen bemerkenswerten Aufschwung. Neben dem Rennsportsektor befinden sich derartige keramische Komponenten immer häufiger auch in hochpreisigen Sport- und Oberklassefahrzeugen im Serieneinsatz. Zudem ist ein klarer Trend zur Verwendung dieses Hochleistungswerkstoffs in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Energietechnikindustrie zu erwarten.

Darüber hinaus existiert eine Vielzahl von Anwendungen, für die das vorteilhafte Eigenschaftsspektrum dieser Werkstoffe von großer Bedeutung ist. Dazu zählen geringes Gewicht, sehr hohe Lebensdauer, extrem hohe Thermoschock- und Temperaturbeständigkeit sowie konstantes Bremsverhalten. Allerdings stehen diesen werkstoffseitigen Vorteilen hohe Kosten und fehlendes technologisches Wissen in der Bauteilherstellung gegenüber, was eine rasche industrielle Umsetzung in den genannten oder neu zu erschließenden Segmenten behindert.

Um die Anforderungen in diesen Anwendungsgebieten optimal zu erfüllen, ist es notwendig die Materialeigenschaften, die Endkonturen, die Toleranzen, die Oberflächenqualität, die Maschinenkosten und die Bearbeitungstechnologie mit einzubeziehen. Die Bearbeitung von CMC ist besonders herausfordernd, da bei dem Prozess mit einem schnellen Verschleiß des Werkzeuges zu rechnen ist.

Ziel am Fraunhofer IPK ist die Weiterentwicklung und Bereitstellung von kosten- und qualitätsoptimierten Technologien zur Bearbeitung von 2½D- und 3D-Komponenten aus kohlenstofffaserverstärkten Keramikwerkstoffen auf SiC-Basis. Aus Sicht der Fertigungstechnik sollen durch die optimierte Abstimmung der Elemente Maschine, Werkzeug, Werkstück und Prozess die Fertigungskosten deutlich reduziert werden.