In-situ-Messung und Simulation der Flüssigphasensilicierung

Die Infiltration von porösen Kohlenstoffvorformen mit flüssigem Silicium ist eine der wirtschaftlichsten Technologien zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärktem Siliciumcarbid. Trotz jahrzehntelanger Forschung sind die physikalischen Phänomene an der Infiltrationsfront noch nicht hinreichend verstanden worden. Die vorliegende Arbeit dient dazu, diese Forschungslücken zu schließen. Hierzu befasst sie sich zunächst mit den bisher bekannten Infiltrationsmodellen. Anschließend wird ein neuartiger Versuchsaufbau vorgestellt, der eine In-situ-Beobachtung einer Spaltkapillare aus Glaskohlenstoff während der Siliciuminfiltration ermöglicht. Die Versuche zeigten, dass sich die Infiltrationskinetik grundlegend von den Vorhersagen der bekannten Infiltrationsmodelle unterscheidet. Abschließend wird der Aufbau eines numerischen Modells erläutert, das erstmals die reaktive Infiltration der Kohlenstoffvorformen im Dreidimensionalen simuliert. Dabei führen eine neue Infiltrationsgleichung und ein zeitabhängiger Diffusionskoeffizient zu einer guten Übereinstimmung von Simulations- und Messergebnisse.