Bauteile aus faserverstärktem Polymermatrix-Verbundwerkstoff mit metallischer, keramischer und cermetischer Beschichtung
Kurzfassung
Dieses Beschichtungsverfahren nutzt gezielt die flexiblen Produktions- und Formgebungsverfahren von FVK-Werkstoffen und entkoppelt die thermische Belastung des Beschichtungsverfahrens vom Substratherstellungsprozess. Dadurch werden hohe Haftfestigkeiten der funktionalen Schichten auf unterschiedlichen FVK-Systemen erreicht.
Hintergrund
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind vielversprechende Leichtbauwerkstoffe. Die Rohmaterialien und Fertigungstechnologien sind verhältnismäßig günstig und in allen Industrieländern flächendeckend erhältlich.
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Problemstellung
Im aktuellen Stand der Technik wird versucht, die Oberflächen von FVK-Bauteilen mittels verschiedenen Beschichtungsverfahren zu funktionalisieren. Dieses Vorgehen erfüllt jedoch häufig zentrale Ansprüche nicht, z. B. hinsichtlich einer ausreichend hohen Haftfestigkeit der Schicht am FVK-Substrakt. Daher sind FVK-Bauteile durch konventionelle Verfahren nicht oder nur mit erheblichen Mehrkosten realisierbar.
Lösung
Am Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB) der Universität Stuttgart wurde ein neues Beschichtungsverfahren entwickelt, welches die flexiblen Produktions- und Formgebungsverfahren von FVK-Werkstoffen gezielt ausnutzt und die Belastungen der thermischen Beschichtungsverfahren vom FVK-Substrat prozesstechnisch entkoppelt.
Eine metallische, keramische oder cermetische Funktionsschicht wird durch thermisches Spritzen auf einer Form oder einem Kern (komplex geformte Geometrien sind möglich) aus Metall, Kunststoff, Keramik oder Salzen aufgetragen, gefolgt von einer Haftvermittlerschicht. Im darauffolgenden Schritt wird der beschichtete Kern mit in Harz getränkten Fasern umwickelt (z. B. Kohlenstofffaser mit Epoxidharz). Nach dem Aushärten des Polymers folgt die Entformung vom Trägerkern mit der impliziten Übertragung des Schichtsystems auf das FVK-Bauteil, wodurch glatte, „net-shaped“-Oberflächen ohne kostenintensive Nachbearbeitungsschritte erreicht werden können.
Der FVK-Verbund wird unabhängig vom Schichtmaterial oder Beschichtungsprozess: Es können beliebige Matrixwerkstoffsysteme und Fasersysteme verarbeitet werden. Außerdem können die beschichteten Formen als Halbzeuge geliefert werden und ermöglichen somit eine flexible Integration in der Fertigungsprozesskette.
Vorteile
- Hohe Haftfestigkeit wird gewährleistet
- Hohe Oberflächengüten der Schicht erzielbar durch Transplantation von Mikro- und Makrostrukturen vom Kern auf die Beschichtung
- Interessant für mediengeschmierte Tribo-Paarungen oder dekorative Oberflächen etc.
- Keine zeitintensive mechanische Nachbearbeitung
- Keine schädlichen Temperatureinflüsse
- Verschiedene Polymermatrix-Werkstoffe und Fasersysteme verwendbar
Anwendungsbereiche
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine neue Prozessroute zur Herstellung von verschleiß- und korrosionsbeständigen hybriden FVK-Bauteilen. Insbesondere interessant für Bereiche in denen eine leichte Bauweise mit hoher Funktionalität und Robustheit der Oberfläche kombiniert werden soll.
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.
Anbieter

Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH
Dr. Dirk Windisch
+ 49 721 790 040
windisch@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe
Entwicklungsstand
Prototyp
Patentsituation
- EP - WO 2018/115124 A1 erteilt
- US - WO 2018/115124 A1 erteilt
Stichworte
Verbundwerkstoffe, FVK, Beschichtung, funktionelle Beschichtung, Haftfestigkeit, metallisch, keramisch, cermetisch, verschleißfest, Korrosionsbeständigkeit, Leichtbau Anwendungen, Tribologische Anwendungen, Verschleißschutz, Wärmedämmschicht, Thermisch gespritzte Schichtsysteme, Keramik - FVK Verbundstuktur