Bohren und Fräsen Faserverstärkte Keramik mit angepassten Werkzeugen effizient bearbeiten

Autor / Redakteur: Dirk Biermann, Tim Jansen und Markus Feldhoff / Bernhard Kuttkat

Für eine wirtschaftliche Komplettbearbeitung von Bauteilen aus faserverstärkter Keramik wie C/C-SiC sind ein angepasster Werkzeugaufbau und eine geeignete Prozessführung unumgänglich. Eine Alternative, insbesondere für die übrigen Bearbeitungsverfahren, sind aufgrund ihrer hohen Formtreue galvanisch belegte Werkzeuge.

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Konventionelle Hartmetall-Bohrwerkzeuge und auch PKD-Werkzeuge haben sich für die Bearbeitung von Faserkeramiken als ungeeignet erwiesen. Bohrungen werden deshalb mit Diamantschleifstiften in Hohlbohrausführung im Quer-Seiten-Schleifprozess eingebracht.
Konventionelle Hartmetall-Bohrwerkzeuge und auch PKD-Werkzeuge haben sich für die Bearbeitung von Faserkeramiken als ungeeignet erwiesen. Bohrungen werden deshalb mit Diamantschleifstiften in Hohlbohrausführung im Quer-Seiten-Schleifprozess eingebracht.
( Archiv: Vogel Business Media )

Monolithische Keramiken weisen außer ihrer sehr guten thermischen Beständigkeit, hohen mechanischen Festigkeit und hohen Verschleißwiderstand häufig ein katastrophales Bruchverhalten auf. Letztere Eigenschaft wird mit der Einbringung von Fasern verbessert, wodurch auftretende Risse aufgehalten oder umgelenkt werden. Dadurch entsteht – makroskopisch betrachtet – ein quasi-duktiles Verhalten von Bauteilen aus Faserkeramik.

Diese wurden zunächst vor allem im Hochtemperaturbereich als Hitzeschutz beim Wiedereintritt in der Raumfahrt eingesetzt. Weitere Anwendungen, die vor allem die hohe Temperatur- und Thermoschockbeständigkeit nutzen, sind Brennkammern und Stellklappen von Triebwerken in der Luft- und Raumfahrt sowie thermische Isolatoren in der Reaktortechnik.

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Faserkeramiken werden als Friktionswerkstoff für Bremsscheiben eingesetzt

Aufgrund kontinuierlich günstigerer Herstellungsverfahren werden Faserkeramiken auch als Friktionswerkstoff für Bremsscheiben von Pkw sowie für Reibbeläge von Magnetschwebebahnen und Aufzügen verwendet [1]. Trotz einer kontinuierlichen Ausdehnung der Anwendungsbereiche existieren bislang nur wenige Informationen über die Zerspanbarkeit faserverstärkter Keramiken bei der Herstellung von Innenkonturen. Dieser Beitrag stellt einige Ergebnisse der Fertigung von Bohrungen, Nuten, Taschen sowie grundlegende Untersuchungen an Freiformflächen vor.

Bei dem untersuchten Werkstoff stellt Siliziumkarbid den größten Phasenanteil und ist durch die hohe Härte in Bezug auf die entstehenden Prozesskräfte dominierend. Einzelne Bearbeitungsoperationen sind in Bild 1 dargestellt. Sämtliche Untersuchungen fanden ohne Ultraschallunterstützung auf konventionellen Bearbeitungszentren statt.

Hohle Diamantschleifstifte sind fürs Bohren geeignet

Der Materialabtrag erfolgt bei sprödharten Werkstoffen im Allgemeinen und bei dieser Faserkeramik im Speziellen durch eine Initiierung von Mikrorissen und einer spannungsinduzierten Ausbreitung dieser Risse. Zusätzlich wird beim Spanbildungsprozess eine plastische Verformung wirksam, die abhängig von der Einzelkorn-Spanungsdicke ist [2]. Die geringe Schneidstoffhärte schließt die Bearbeitung mit konventionellen Hartmetall-Bohrwerkzeugen aus.

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