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Dokumentenidentifikation DE69403364T2 02.01.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0614808
Titel Verfahren zum Herstellen von Wärmeschutzelementen, insbesondere für Raumfahrzeuge
Anmelder Société Européenne de Propulsion, Suresnes, FR
Erfinder Lacombe, Alain, F-33600 Pessac, FR;
Rouges, Jean-Michel, F-33700 Merignac, FR
Vertreter Klunker und Kollegen, 80797 München
DE-Aktenzeichen 69403364
Vertragsstaaten DE, GB, IT
Sprache des Dokument Fr
EP-Anmeldetag 08.03.1994
EP-Aktenzeichen 944004902
EP-Offenlegungsdatum 14.09.1994
EP date of grant 28.05.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.01.1998
IPC-Hauptklasse B64G 1/58
IPC-Nebenklasse C04B 35/82   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft die Fertigung von Wärmeschutzelementen, insbesondere bestimmt für Bauteile, die sehr hohen Oberflächentemperaturen von typischerweise mehr als 1000ºC ausgesetzt sind und bis zu 1800ºC erreichen können.

Ein (nicht ausschließliches) Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Ausbildung von Wärmeschutzelementen für Raumfahrzeuge. Diese werden beim Wiedereintritt in die Atmosphäre einer beträchtlichen Oberflächenerhitzung ausgesetzt, wobei die Oberflächentemperatur gewisser Teile, beispielsweise des Bugs und der Angriffsränder der Flügel, 1300 bis 1400ºC erreichen kann.

Die bekannten Wärmeschutzeinrichtungen stellen grundsätzlich zwei Typen dar: Die ablativen Schutzeinrichtungen, die Wärmeenergie durch fortschreitende Zerstörung ihres Baumaterials absorbieren, und strahlende Schutzeinrichtungen, welche die Wärmeenergie durch Abstrahlung ableiten.

Die ablativen Schutzeinrichtungen weisen Unzulänglichkeiten wie z.B. den Umstand auf, daß sie nicht wiederverwendbar sind und im Verlauf ihres Einsatzes einer Formänderung unterliegen. Dies ist der Grund dafür, daß bei Anwendungen wie beispielsweise Raumfahrzeugen auf Strahlungs-Schutzeinrichtungen zurückgegriffen wird, die erhöhten Temperaturen standhalten können.

Es ist bekannt, die zu schützende Oberfläche eines Raumfahrzeuges mit Ziegeln oder Kacheln aus keramischem Isolierstoff auszustatten. Die Kacheln werden unter Zwischeniegung einer Materialschicht angeklebt, welche Verformungen zwischen den Kacheln und der zu schützenden kalten Struktur ausgleicht. Diese Lösung weist zahlreiche Unzulänglichkeiten auf.

Die Keramikkacheln sind empfindlich gegenüber Schlägen bei beiträchtlichem Risiko des Platzens. Darüber hinaus nehmen sie nicht immer die Verformungen der kalten Struktur auf, welche sie trägt, wenn nicht ein Ausgleichsmaterial für die Verformungen vorhanden ist. Die Methode des Klebens der Kacheln ist empfindlich und besitzt kein hohes Maß an Zuverlässigkeit, dazu kommt der Umstand, daß das Abnehmen und Ersetzen von beschädigten Kacheln zeitraubend und schwierig ist. Darüber hinaus ist es notwendig, der kalten Trägerstruktur eine Form zu verleihen, die sich in der gewünschten aerodynamischen Form wiederspiegelt, wobei letztere definiert wird durch die auf die kalte Struktur aufgeklebten Kacheln und die doppelte Funktion einer Verkleidung und einer Isolierung hat.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist in der FR-A-2 657 675 vorgeschlagen, ein Wärmeschutzelement zu verwenden, welches eine Formplatte aus Thermostruktur-Verbundstoff in Form einer mit einem Wärmeisoliermaterial gefüllten Schale aufweist, die an einer kalten Trägerstruktur mit mechanischen Befestigungsmitteln befestigbar ist. Die Formplatten sind nebeneinander liegend unter Eingabe von Fugenfüllungen angeordnet, um eine im wesentlichen durchgehende Außenoberfläche zu bilden, wobei der Zugang zu den mechanischen Fixiereinrichtungen durch Verformung der Fugenfüllungen von außen her möglich ist.

Mit diesem Konzept sind die Funktionen der Verkleidung, der Isolierung und des mechanischen Erhalts der Trägerstruktur entkoppelt. Die Verkleidung wird durch die Formplatten gebildet, ohne daß es notwendig wäre, daß sich die Trägerstruktur reproduziert, während die Isolation zumindest teilweise von dem Isolierstoff übernommen wird, der sich zwischen den Formplatten und der Trägerstruktur befindet.

Darüber hinaus ermöglichen die mechanischen Fixierorgane eine Verbindung durch Verschrauben, was wiederum die Möglichkeit bietet, auf die Verklebung zu verzichten, und was die Abnahme und den Austausch einer Formplatte erheblich erleichtert.

Schließlich besitzen die Formplatten aus Thermostruktur-Verbundstoff, beispielsweise aus Verbundmaterial mit keramischer Matrix, einen besseren Widerstand gegenüber Schlagbeanspruchung als massive Keramikstoffe. Insbesondere ist das Risiko eines Berstens praktisch ausgeschlossen.

Dennoch ist die Fertigung der Formplatten aus Thermostruktur- Verbundstoff langwierig, empfindlich und teuer.

Die Thermostruktur-Verbundstoffe, d.h. die Verbundstoffe, deren mechanische Eigenschaften sie geeignet machen für Strukturelemente, und die diese Eigenschaften bis zu erhöhten Temperaturen hin beibehalten, sind typischerweise Kohlenstoff-Kohlenstoff-(C- C)Verbundstoffe, bestehend aus einer Verstärkungsstruktur oder einem Vorformling aus Kohlenstoffasern, verdichtet mittels einer Kohlenstoffmatrix, ferner Verbundstoffe mit keramischer Matrix (CMC), bestehend aus einer Verstärkungsstruktur oder einem Vorformling aus Refraktärfasern (Fasern aus Kohlenstoff oder Keramik), die mit einer keramischen Matrix verdichtet sind.

Um eine Formplatte aus Thermostruktur-Verbundstoff anzufertigen, stellt man zunächst einen fasrigen Vorformling her, beispielsweise, indem man Stofflagen auflegt, wobei die Anzahl übereinanderliegender Lagen in Abhängigkeit der gewünschten Dichte der Formplatte gewählt wird. Die Lagen werden auf ein Werkzeugelement auflegt, dessen Form diejenige der herzustellenden Formplatte reproduziert.

Die Verdichtung der Formplatte erfolgt mittels Flüssigkeit (Imprägnierung) oder mittels Gas (chemisches Infiltrieren aus der Glasphase). In ersterem Fall wird der fasrige Vorformling mit einem flüssigen Vorläufermaterial des Matrixmaterials imprägniert, wobei die Umwandlung des Vorläufermaterials im allgemeinen im Anschluß daran durch Wärmebehandlung stattfindet. Im zweiten Fall wird der fasrige Vorformling in eine Umhüllung eingebracht, in die eine Gasphase eingespeist wird, die auf den Fasern im Kern des Vorformlings einen Niederschlag durch Zersetzung oder durch Reaktion zwischen den Bestandteilen der Gasphase bildet, und zwar unter vorbestimmte Bedingungen fur Temperatur und Druck. Diese Methoden der Verdichtung durch Flüssigkeit oder Gas zur Bildung der Kohlenstoffmatrix oder der Keramikmatrix sind bekannt.

Während der Verdichtungsphase ist es häufig notwendig, den fasrigen Vorformling in der gewünschten Form zu halten, was den Einsatz von Werkzeugen erfordert. Wenn die Form des herzustellenden Produkts kompliziert ist, wie es der Fall bei den oben angesprochenen Formplatten in Form einer Schale ist, die Verbindungsteile für Fixierorgane besitzen, muß man spezielle Werkzeuge einsetzen. Diese müssen übrigens aus einem Werkstoff bestehen, der den während des Verdichtungsprozesses erreichten Temperaturen standzuhalten vermag, und der gegenüber den Materialkomponenten des Vorformlings, der Matrix und deren Vorläufermaterialien neutral ist. Zur Verdichtung mittels chemischer Filtration aus der Dampfphase hat man typischerweise auf Werkzeuge aus Graphit zurückgegriffen, die schwer, platzraubend und teuer sind.

Außerdem ist es nach der Ausbildung der Formplatten notwendig, den sie ausfüllenden Wärmeisolierstoff unterzubringen. Folglich ist der Wärmeisolierstoff, der in der vorgenannten FR-A-2 657 675 angegeben ist, ein Isolierstoff vom Typ mit mehreren Schichten, gebildet aus einem Stapel Keramikblättern mit Metallkaschierung. Ein solcher Isolierstoff ist fragil, schwierig einzusetzen in Ausnehmungen mit komplizierten Formen und feuchtigkeitsempfindlich.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Ausbilden eines Wärmeschutzelements nach Art einer hohlen, starren Formplatte aus Thermostruktur-Verbundstoff und ausgefüllt mit einem Wärmeisolierstoff, ohne daß die oben erwähnten Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, das Fertigungsverfahren eines derartigen Wärmeschutzelements zu vereinfachen, indem ein Wärmeisoliermaterial verwendet wird, welches weniger brüchig ist als die Stoffe aus reflektierenden Mehrfachschichten.

Erreicht wird dieses Ziel erfindungsgemäß durch ein Verfahren, welches folgende Schritte beinhaltet:

-- Ausbilden eines starren Blocks aus Wärmeisoliermaterial geringer Dichte, wobei der Block eine Außenfläche aufweist, deren Form derjenigen einer Innenfläche der Formplatte entspricht, und

-- Ausbilden der Formplatte aus Thermostruktur-Verbundstoff direkt auf dem Block.

Eine Besonderheit der Erfindung besteht folglich darin, daß der Wärmeisolierstoff gebildet wird durch einen starren Block, der sich in einfacher Weise formen oder maschinell in der gewünschten Form anfertigen läßt, und der ein Werkzeugelement zur Ausbildung der Verbundstoff-Formplatte darstellt. Dieses Fertigungsverfahren für das Wärmeschutzelement aus der Formplatte und dem Isolierstoff ist also beträchtlich vereinfacht.

Die Ausbildung der Formplatte aus Verbundstoff beinhaltet die Methode des chemischen Infiltrierens aus der Dampfphase oder die Flüssigimprägnier-Methode.

In ersterem Fall bildet man auf dem Isolierstoffblock einen fasrigen Vorformling, der die Verstärkung des Verbundstoffs darstellt, beispielsweise, indem man zweidimensionale Faserlagen auflegt, und man verdichtet den Vorformling durch Komponentenmaterial der Matrix.

Die Verdichtung erfolgt, während der Vorformling in der gewünschten Form entsprechend derjenigen der herzustellenden Formplatte gehalten wird. Zu diesem Zweck wird der Vorformling zwischen dem Wärmeisolierstoffblock und einem komplementären Werkzeugelement gehalten. In einer Abwandlung kann das Halten des Vorformlings gewährleistet werden, indem dieser auf dem Wärmeisolierstoffblock fixiert wird, beispielsweise mit Hilfe einer Formgebungslage, die mit dem Block verbunden wird.

In dem zweiten Fall legt man auf den Wärmeisolierstoffblock zweidimensionale Faserlagen auf, die mit einem Vorläufermaterial der Matrix des Verbundstoff vorimprägniert sind, und man wandelt das Vorläufermaterial um, um die Materialkomponente der Matrix zu erhalten, wobei die Umwandlung im allgemeinen durch Wärmebehandlung erreicht wird.

Der Wärmeisolierstoffblock wird aus einem Material geringer Dichte gebildet, vorzugsweise einem Material, dessen Volumenmasse unterhalb von 50 kg/m³ liegt. Man kann einen Block aus poröser Keramik verwenden, beispielsweise einen Block aus poröser Aluminiumsilikat- Keramik, gegebenenfalls mit kurzen Keramikfasern (aus Silicium- oder Aluminiumoxid) verstärkt. Wegen der Porosität des Isolierstoffblocks ist es vorzuziehen, die äußere Oberfläche zu schützen, um eine Verdichtung des Blocks durch die Materialkomponente der Matrix des Verbundmaterials der Formplatte zu vermeiden. Dieser Schutz wird erreicht durch Ausbildung einer dichten Abschirmungsschicht auf der Außenfläche des Blocks, beispielsweise einer Keramikzementschicht oder eines nicht-porösen Zwischenblatts.

Die Erfindung läßt sich besser durch die Lektüre der beigefügten Beschreibung verstehen, die beispielhaft ohne Beschrähkung zu verstehen ist, und ferner durch Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Wärmeschutzsystems, wie es für ein Raumfahrzeug bekannt ist;

Figur 2 eine Schnittansicht, die die Befestigungselemente des Wärmeschutzsystems nach Fig. 1 veranschaulicht;

Figuren 3A bis 3D die aufeinanderfolgenden Stadien der Herstellung eines Wärmeschschutzelements, wie es in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 4 eine Abwandlung einer Stufe des in den Fig. 3A bis 3D dargestellten Verfahrens; und

Figuren 5A bis 5C aufeinanderfolgende Stufen der Fertigung eines Wärmeschutzelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Figuren 1 und 2 zeigen schematisch ein Wärmeschutzsystem, wie es insbesondere in der FR-A-2 657 675 beschrieben ist, und welches zum Schutz der Struktur eines Raumfahrzeugs vorgesehen ist.

Der Wärmeschutz wird gebildet durch nebeneinanderliegende Elemente, die eine starre, hohle Formplatte 10 in Form einer Schale bilden, ausgefüllt mit einem Wärmeisolierstoff 20. Die Formplatte 10 hat etwa die Form eines Parallelepipeds mit einer Außenfläche 12 und Seitenwänden 14, die in Randleisten 16 auslaufen. Die Befestigung an der zu schützenden Struktur erfolgt durch Träger 30, an die sich die Randleisten 16 anlegen. Die Verbindungen zwischen den Randleisten 16 und den Trägern 30 sowie zwischen den Trägern 30 und den Hauptträgern 32 der zu schützenden Struktur wird in konventioneller Weise durch Verschraubung bewerkstelligt. Zu diesem Zweck sind in den Randleisten 16 in der Mitte Löcher 17 ausgebildet. Die Seitenwände 14 weisen Hohlräume oder Ausnehmungen 18 in der Höhe der Löcher 17 auf, um den Zugang zu den durch die Löcher eingesetzten Schrauben zu erleichtern. Eine Zusatzwärmeisolierschicht 22 befindet sich zwischen den mit Isolierstoff gefüllten Formplatten 20 und der zu schützenden Struktur.

Die Außenflächen 12 der nebeneinander liegenden Formplatten 10 bilden die Außenverkleidung des Raumfahrzeugs. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, sind die Seitenwände 14 der Formplatten 10 etwas gegenüber der Senkrechten auf den Flächen 12 geneigt, um zwischen benachbarten Formplatten Lücken zu bilden, deren Breite ausgehend von den Außenflächen 12 in Richtung der zu schützenden Struktur zunimmt. Diese Lücken sind mit Fugenfüllungen 24 ausgestattet, die vermöge ihrer Verformbarkeit das Durchdringen eines Werkzeug gestatten, damit Zugang zu den Schrauben der Verbindung zwischen den Randleisten 16 und den Trägern 30 besteht.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Wärmeschutzelements, das durch die Formplatte 10 aus Thermostruktur- Verbundmaterial und einem die Formplatte 10 ausfüllenden Wärmeisolierstoff 20 besteht, wird im folgenden anhand der Fig. 3A bis 3D beschrieben.

Nach diesem Verfahren wird zunächst ein starrer Block 20 aus Isolierstoff hergestellt, und direkt auf dem Block 20, der dann zur Ausbildung der Formplatte ein Werkzeugelement darstellt, wird die Formplatte 10 aus Verbundstoff ausgebildet.

Der Block 20 wird gebildet durch maschinelles Arbeiten oder durch Formen in der Weise, daß eine Außenfläche gebildet wird, deren Form derjenigen der Formplatte mit den Seitenwänden und den Randleisten entsprechend denen der Formplatte entspricht (Fig. 3A). Bezüglich Fig. 1 ersetzt der Block den Isolierstoff im Inneren der Formplatte und zumindest einen Teil der Isolierschicht 22 unterhalb der Formplatte. Der Block 20 besteht vorzugsweise aus poröser Keramik, beispielsweise vom Aluminiumsilikat-Typ. Die Herstellung dieser porösen Keramikstoffe geringer Dichte ist bekannt. Vorzugsweise verwendet man für den Block 20 eine poröse Keramik, deren Volumenmasse unterhalb von 50 kg/m³ liegt.

Hergestellt werden kann der Block 20 durch Ausschneiden und maschinelles Bearbeiten eines vorgefertigten Blocks größerer Abmessung. Alternativ wird der Block 20 gegossen, beispielsweise, indem eine Zusammensetzung wie ein Vorläufer-Gel der Keramik gegossen und im Vakuum gesintert wird. In die poröse Keramik können im Vorläuter-Stadium kurze Verstärkungsfasern eingebracht werden, beispielsweise Fasern aus Silicium- oder Aluminiumoxid.

Vorzugsweise verschließt man die Porosität der Blockoberfläche, um ein Verdichten des Blocks durch das Matrix-Material der Formplatte im Zuge der Herstellung der Platte direkt auf den Block zu vermeiden. Erreicht werden kann dies dadurch, daß man auf der Oberfläche des Blocks 20 eine dichte Abschirmungsschicht 20a aus Keramikzemenet durch Beschichten oder Pulverisieren ausbildet. Alternativ kann man die Verdichtung des Blocks dadurch erreichen, daß man eine nicht-poröse Lage aufbringt, beispielsweise ein aufgeklebtes Keramikblatt.

Das nachfolgende Stadium besteht darin, auf dem Block 20 einen faserförmigen Vorformling zu bilden, der dazu bestimmt ist, die fasrige Verstärkung des Verbundmaterials der Formplatte 10 zu bilden. Der Vorformling besteht aus Refraktärfasern, beispielsweise Kohlenstoffasern oder Keramikfasern (z.B. Siliciumcarbid-Fasern). Der Vorformling wird dadurch gebildet, daß man zweidünensionale Faserlagen 11, beispielsweise übereinanderliegende Stoffschichten, auflegt (Fig. 38). In gewissen Bereichen des Vorformlings können Zusatzlagen geringerer Abmessungen hinzugefügt werden, um die Dicke der Formplatte in diesen Bereichen zu erhöhen, insbesondere in den Bereichen, die die Befestigungszonen der Formplatte bilden.

Nach diesem Drapieren wird der Vorformling in der gewünschten Form gehalten, wobei er zwischen dem Isolierstoffblock 20 und einem komplementären Werkzeugteil 28 festgesetzt und gegebenenfalls komprimiert wird, wobei das Werkzeug z.B. aus mehreren Graphitteilen besteht (Fig. 3C).

Das Verdichten des Vorformlings mit dem Matrix-Material des Verbundmaterials der Formplatte erfolgt durch chemisches Infiltrieren aus der Dampfphase. Die Matrix besteht aus Refraktärmaterial, beispielsweise Kohlenstoff, vorzugsweise aus Keramik. Die Methoden des chemischen Infutrierens aus der Dampfphase mit Kohlenstoff oder Keramikmaterial, insbesondere mit Siliciumcarbid, sind bekannt. Der Vorformling, der zwischen dem Block 20 und dem Werkzeugelement 28 gehalten wird, wird in einen Hohlraum eingebracht. In den Hohlraum wird eine Gasphase eingespeist, die in den Vorformling eindringt, um auf den Fasern einen Niederschlag aus dem Matrixmaterial zu bilden. Dieser Niederschlag bildet sich durch Zersetzung der Gasphase oder durch Reaktion zwischen den Bestandteilen unter bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen. Man sieht, daß das Werkzeugelement 28 von Löchern 29 durchsetzt ist, die den Zugang der Gasphase zu dem Vorformling erleichtert.

Nach dem Verdichten erfolgt eine Endbearbeitung zur Oberflächenverbesserung der Flächen der Formplatte 10 und zur Ausgestaltung der Befestigungszonen. Schließlich erhält man ein montagefertiges Wärmeschutzelement (Fig. 3D).

Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht die Ausbildung von Wärmeschutzelementen, deren beispielsweise aus C-SiC-Verbundstoff (Faserverstärkung aus Kohlenstoff und Siliciumcarbid-Matrix) bestehende Formplatte eine Außenseite in Form eines Rechtecks oder Quadrats aufweist, dessen Seiten eine Kantenlänge von einigen 100 mm, beispielsweise etwa 300 mm bei einer Dicke in der Größenordnung von mm, sogar unterhalb von 1 mm haben, wobei die Höhe der Seitenwände einige zehn mm beträgt, beispielsweise 50 bis 100 mm, entsprechend der gewünschten Isolierstärke.

Bei einer Abwandlung des Verfahrens erfolgt das Halten des Vorformlings in der gewünschten Form zum Zweck seiner Verdichtung mit Hilfe einer Formgebungsschicht 27 (Fig. 4). Die Schicht 27 ist beispielsweise eine Gewebeschicht, die über den Vorformling gespannt und an dem starren Block 20 befestigt wird. Das Halten der Schicht 20 wird erreicht durch Festbinden mit Hilfe eines Bindungsstrangs 27a an der unteren Seite 20b des Blocks 20, während eine Bindung 27b auf der Höhe der Basis der Seitenwände des Blocks 20 den Vorformling gegen die Seitenwände hält. Keilstücke 27c drücken die Schichten in die Hohlbereiche des Blocks, die den Ausnehmungen 18 der Seitenwände entsprechen. Die Formgebungsschicht 27 besteht aus einem Material, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient von demjenigen des Materials des Vorformlings verschieden ist. Auf diese Weise äußert sich, weil die Verdichtung durch chemisches Infiltrieren aus der Dampfphase bei einer relativ hohen Temperatur abläuft, der Ausdehnungsunterschied zwischen der Formgebungsschicht 27 und dem fasrigen Vorformling während der auf das Infiltrieren folgenden Abkühlung in Form von Rissen in der Höhe der Gremzonen zwischen Vorformling und Formgebungsschicht. Demzufolge läßt sich die Schicht 27 von der verdichteten Formplatte leicht abtrennen. Der Einsatz einer Formgebungsschicht, der den Einsatz eines kostspieligen und sperrigen Werkzeugelements aus Graphit erübrigt, ist in der FR-A 2 659 949 beschrieben.

Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß eine Verbundformplatte 10 durch chemisches Infiltrieren aus der Dampfphase hergestellt wird. Dennoch läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren auch dadurch realisieren, daß man von der bekannten Imprägniertecchnik Gebrauch macht.

Ausgehend von einem Block 20 (Fig. 5A), der demjenigen nach Fig. 3A ähnelt, bildet man die Formplatte, indem man auf dem Block Schichten 13 drapiert, die mit einem flüssigen Vorläufermaterial der Matrix des Verbundstoffs vorimprägniert sind (Fig. 5B). Für eine Kohlenstoff- Matrix ist das Vorläufermaterial ein Harz mit hohem Kohlenstoffanteil, möglicherweise in einem Lösungsmittel gelöst, oder Pech. Bei einer Keramik-Matrix kann der Vorläufer eine intermetallische flüssige Verbindung sein, beispielsweise ein Polycarbosilan-Vorläufer aus Siliciumcarbid. Die Umwandlung des Vorläufermaterials zur Bildung des Matrix-Materials erfolgt durch Thermolyse. Diese läßt sich ausführen, ohne daß die Notwendigkeit besteht, die Schichten 13 mit Hilfe eines komplementären Werkzeugelements oder einer Formgebungsschicht zu halten. Die dichte Abschirmungsschicht 20a kann auf solche Bereiche der äußeren Oberfläche des Blocks 20 beschränkt werden, die mit den Schichten 30 in Berührung stehen.

Nach der Thermolyse erfährt die Formplatte eine Endbearbeitung, und man erhält ein Wärmeschutzelement (Fig. 5C), welches mit dem nach Fig. 3D identisch ist.

Wie oben bereits erwähnt, kann die Anzahl der aufgelegten Schichten in gewissen Teilen der Formplatte erhöht sein, um diesen Teilen eine größere Dicke und bessere mechanische Festigkeit zu verleihen.


Anspruch[de]

1. Verfahren zum Herstellen eines Wärmeschutzelements, welches eine starre, hohle Formplatte in Gestalt einer Schale, hergestellt aus einem Thermostruktur-Verbundstoff, der eine durch eine Matrix verdichtete fasrige Verstärkung enthält, und einen die Formplatte ausfüllenden Wärmeisolierstoff aufweist, gekennzeichnet durch folgende schritte:

Ausbilden eines starren Blocks aus Wärmeisoliermaterial geringer Dichte, wobei der Block eine Außenfläche aufweist, deren Form derjenigen einer Innenfläche der Formplatte entspricht, und

Ausbilden der Formplatte aus Wärmestruktur-Verbundmaterial direkt auf dem Block.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Formplatte aus Thermostruktur- Verbundmaterial folgende Schritte beinhaltet:

auf dem Isoliermaterialblock wird ein fasriger Vorformling gebildet, der die Verstärkung des Verbundstoffs bildet, und

der fasrige Vorformling wird mit dem Matrixkomponentenmaterial des Verbundstoffs verdichtet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung des fasrigen Vorformlings durchgeführt wird, während der Vorformling in einer Form gehalten wird, die derjenigen der zu bildenden Formplatte entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling zwischen dem Block aus Wärmeisolierstoff und einem komplentären Werkzeugelement gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling dadurch gehalten wird, daß er mit Hilfe einer Formgebungsschicht auf den Block aus Isolierstoff aufgedrückt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling dadurch gebildet wird, daß zweidimensionale Faserlagen auf die Außenfläche des Isolierstoffblocks aufgelegt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbildung der Formplatte aus Thermostruktur-Verbundstoff folgende Schritte beinhaltet:

auf den Wärmeisolierstoffblock werden zweidimensionale Faserlagen aufgelegt, die mit einem Vorläufermaterial der Matrix des Verbundstoffs vorimprägniert sind, und

das Vorläufermaterial wird umgewandelt, um das Matrixkomponentenmaterial zu erhalten.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von aufgelegten Lagen variiert, um eine Formplatte zu bilden, die Bereiche enthält, deren Dicke größer ist als die der übrigen Formplatte.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolierstoffblock porös ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Wärmeisolierstoffblocks geschützt wird, um die Verdichtung des Blocks durch das Matrixkomponentenmaterial des Verbundstoffs der Formplatte zu vermeiden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutz der Oberfläche des Blocks realisiert wird durch Niederschlagen einer dichten Siegelschicht.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutz der Oberfläche des Blocks realisiert wird durch Aufbringen einer nicht-porösen Lage auf den Block.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolierstoffblock aus poröser Keramik besteht.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolierstoffblock ausgebildet wird durch Formen einer Keramik-Vorläuferzusammensetzung und durch Umwandeln des Vorläufermaterials.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeisolierstoffblock ausgebildet wird aus einer porösen Keramik, die mit Fasern verstärkt ist.







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