Experimentelle Untersuchungen zur Hochtemperaturdegradation von Kupfer-Silber-Zirkonium Legierung unter Raketenbrennkammerbedingungen

Durch den zunehmenden Kostendruck, der mit dem vermehrten Eintritt privatwirtschaftlicher Unternehmen in die Raumfahrt einhergeht, müssen traditionelle Raumfahrtunternehmen eine Kostenoptimierung durchzuführen. Hierbei wird verstärkt an der Wiederverwendbarkeit der Raumfahrtantriebe geforscht. Im Rahmen dieser Forschung ist die Reduzierung der Entwicklungskosten ein vielversprechender Punkt und hier besonders die Untersuchung von Brennkammermaterialien. Weiterentwicklungen, seien es neue Brennkammermaterialien oder spezielle Schutzsysteme, müssen in aufwendigen und kostspieligen Raketenantriebstests untersucht und auf ihren Nutzen geprüft werden. Ein wichtiger Bewertungspunkt für die Weiterentwicklungen von Brennkammern aus Kupferlegierungen ist die Widerstandsfähigkeit gegen den vorherrschenden Schädigungsmechanismus, den „Blanching-Effekt“. Im Rahmen dieser Arbeit wurden im ersten Schritt verschiedene Parameterstudien an Flachproben zum Verhalten des aktuell im VULCAIN 2 Raketenantrieb eingesetzten Brennkammermaterials, Kupfer-Silber-Zirkonium (Cu-Ag-Zr), bei hohen Temperaturen in oxidativen Umgebungen mit und ohne Gasströmung durchgeführt, sowie das Verhalten bei wechselnder Beanspruchung zwischen ox. und red. Atmosphäre untersucht. Hierbei wurden erste Einflussfaktoren auf das Oxidations-, Reduktions- und Schädigungsverhalten festgestellt. In einem zweiten Schritt wurde unter Verwendung einer speziell entwickelten Prüfeinrichtung, genannt ERBURIG-H (engl. Environmental Relevant Burner Rig - Hydrogen) in einer realen Wasserstoff/Sauerstoff-Verbrennung (H2/O2) die Atmosphäre im wandnahen Bereich zwischen oxidativer und reduktiver Bedingung im relevanten Temperaturbereich zykliert. Basierend auf den Ergebnissen wurden Rückschlüsse auf den „Blanching-Effekt“ gezogen.