AT413704B - Kohlenstofffaserverstärktes leichtmetallteil und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteilen mit einem Kohlenstoffanteil von mehr als 50 Volumenprozent durch Infiltration einer Fa-servorform aus Kohlenstofffasern mit einer Leichtmetallschmelze. 5 Weiter umfasst die Erfindung Verwendungen eines kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteils mit einem Kohlenstoffanteil von mehr als 50 Volumenprozent.

In den letzten Jahrzehnten haben bei der Entwicklung neuer Konstruktions- und Funktionselemente Verbundwerkstoffe herkömmliche Werkstoffe wie Metalle, Keramiken oder Kunststoffe in io vielen Bereichen verdrängt. Vor allem gilt dies für Funktionselemente, die für eine spezielle Applikationen ein gezielt ausgerichtetes Eigenschaftsprofil aufweisen müssen, welches bei einem Einsatz herkömmlicher Werkstoffe nicht wie gewünscht oder nur in unwirtschaftlicher Weise erreicht werden kann. 15 Eine für viele Anwendungen besonders viel versprechende Kombination von Werkstoffen stellt die Paarung von Leichtmetallen mit Kohlenstofffasern dar. Leichtmetalle einerseits weisen eine geringe Dichte auf und sind an sich leicht verarbeitbar, so dass leichtgewichtige Komponenten daraus einfach und kostengünstig herstellbar sind; die mechanischen Eigenschaften von Leichtmetallen sind aber vor allem hinsichtlich eines Elastizitätsmoduls und eines Zugfestig-20 keitswertes begrenzt. Andererseits weisen Kohlenstofffasern bei ebenfalls geringer Dichte eine hohe Zugfestigkeit und hohe Elastizitätsmodule auf. Wird nun ein Leichtmetall mit Kohlenstofffasern kombiniert, so kann dies zu leichtgewichtigen Verbundteilen führen, welche gegenüber einem Leichtmetall alleine merklich bessere mechanische Eigenschaften aufweisen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von einer Verstärkung eines Leichtmetalls durch Koh-25 lenstofffasern. Für spezielle Anwendungen von kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteilen ist es erforderlich, dass ihre Eigenschaftsprofile gezielt ausgerichtet sind und mehrere Kriterien,Joeispielswel· se Mindestwerte von mechanischen-KennwertenTgleichzeitigerreichtwerdenr So wird z.B. für so ' Spiegel oder andere Komponenten, welche in der Raumfahrttechnik eingesetzt werden sollen, gefordert, dass sie eine möglichst geringe Dichte bei möglichst hohem Elastizitätsmodul und einen möglichst geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten bei guter Wärmeleitfähigkeit aufweisen sollen. 35 Um derartige Eigenschaftsprofile von kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteilen realisieren zu können, sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen: Einerseits ist es notwendig, einen Gewichtsanteil bzw. Volumenanteil von Kohlenstofffasern im Verbundteil einzustellen, weil über diesen Anteil die mechanischen Eigenschaften wesentlich beeinflussbar sind. Andererseits ist es dem Fachmann bekannt, dass es bei einer Herstellung von Verbundteilen möglich ist, durch 40 eine Variation der Herstellungsmethoden, der Verarbeitung und Nachbehandlung sowie die Form der Verstärkungskomponenten extrem unterschiedliche Eigenschaftsprofile zu erzielen, obwohl makroskopisch eine gleiche Zusammensetzung und ein gleicher Anteil der beteiligten Komponenten vorliegt (K.U. Kainer, Grundlagen der Metallmatrix-Verbundwerkstoffe, Seite 1 ff. in „Metallische Verbundwerkstoffe“, Wiley-VCH, 2003, ISBN 3-527-30532-7). 45

Eine Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteilen, welche mit Langfasern, worunter hier Fasern verstanden werden, die eine Länge von mehr als 1000 pm aufweisen, oder mit zweidimensionalem Gewebe verstärkt werden sollen, erfolgt, indem aus den Fasern eine Faservorform bestehend aus Fasern und dazwischen liegenden Freiräumen gefertigt wird so und die Faservorform anschließend mit einer Leichtmetallschmelze infiltriert wird. Um die Freiräume in einer Faservorform mit einer Leichtmetallschmelze möglichst vollständig auszufüllen, ist es erforderlich, das Eindringen der Schmelze zu unterstützen. So ist es gemäß dem Stand der Technik bekannt, in einer Gussform eine Leichtmetallschmelze in eine Faservorform mittels eines Stempels mit einem Druck von etwa 1000 bar einzupressen, welcher Prozess fachmän-55 nisch als Squeeze-casting bzw. Pressgießen bezeichnet wird. Allerdings können die bei dieser 3

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Herstellung erforderlichen hohen Drücke in einer Schädigung der festen Faservorform resultieren, beispielsweise im Bruch einzelner Fasern.

In einem zum Squeeze-casting alternativen Verfahren wird eine Leichtmetallsschmelze bereit-5 gestellt und danach eine Faservorform in die Leichtmetallschmelze eingetaucht. Anschließend wird auf die Oberfläche der Leichtmetallschmelze mittels eines Gases ein Druck aufgebracht, welcher eine Infiltration der Faservorform bewirkt. Die bei derartigen Verfahren angewendeten Drücke sind geringer als jene im Squeeze-casting, weshalb eine Integrität der Faservorform nach Infiltration erreichbar scheint. Die vergleichsweise zum Pressgiessen geringeren Drücke io sollen eine Schonung der Faservorform während einer Infiltration ermöglichen, jedoch kann dabei gleichzeitig eine Infiltration oftmals unvollständig sein, so dass im verstärkten Leichtmetallteil Poren auftreten.

Poreneinschlüsse verschlechtern nicht nur die mechanischen Eigenschaften und stellen beim 15 Gebrauch eines faserverstärkten Leichtmetallteils Schwachstellen dar, sondern verursachen auch Probleme, wenn zusätzlich eine Wärmebehandlung des faserverstärkten Leichtmetallteiles gewünscht wird, wie dies für Hochleistungswerkstoffe der Fall sein kann. In den Poren befindliches Gas dehnt sich bei einer Wärmebehandlung wie beispielsweise einem Lösungsglühen aus, wodurch bei der Wärmebehandlung unerwünschte innere Spannungen verursacht werden. 20 Diese können zu Materialschädigungen führen und folglich ein Eigenschaftsprofil nachteilig beeinflussen.

Dieses Problem ist vor allem dann besonders ausgeprägt, wenn Leichtmetalle mit einem hohen Anteil an Kohlenstofffasern verstärkt werden sollen, weil mit zunehmendem Faseranteil eine 25 Benetzbarkeit der Fasern bei einer Infiltration abnimmt und eine Tendenz zur Porenbildung bzw. zum Auftreten von Lunkern zunimmt.

Insbesondere im Hinblick auf eine Entwicklung von Spiegel für die Raumfahrttechnik wurden weitere aufwändige und komplizierte Verfahren zur Herstellung kohlenstofffasefverstarkter 30 Lejchtmetallteile entwickelt--(Rr-Wendf,”-M. Misra, Fabrication of near-net shape graphi-te/magnesium composites for large mirrors, SPIE Vol. 1303 Advances in Optical Structure Systems (1990) S. 554 ff.), jedoch wurden mit diesen Verfahren lediglich ein Faseranteil von etwa 38 Volumenprozent erreicht. Diese Verbundteile erreichen ein aus heutiger Sicht für Spiegel in der Raumfahrt gewünschtes Eigenschaftsprofil nicht. 35

Gemäß dem vorgenannten Stand der Technik ist noch keine befriedigende Antwort auf die Frage gegeben worden, wie kohlenstofffaserverstärkte Leichtmetallteile mit hohem Anteil an Kohlenstofffasern unter geringer Belastung der Faservorform während der Infiltration porenfrei bzw. lunkerfrei herstellbar sind, so dass Verbundteile mit guten mechanischen Eigenschaften 40 erhalten werden. Die Erfindung setzt sich nun zum Ziel, eine Lösung hierfür zu finden.

Das verfahrensmäßige Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, dass bei einem gattungsgemäßen Verfahren die Faservorform und festes Leichtmetallmaterial einem Vakuum ausgesetzt und auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der das Leichtmetallmaterial geschmolzen ist, wo-45 nach auf die Leichtmetallschmelze mittels eines Gases ein Druck ausgeübt wird und die Faservorform mit Leichtmetallschmelze infiltriert wird, woraufhin die infiltrierte Faservorform unter Aufrechterhaltung des Druckes abkühlen gelassen wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass durch die vor-50 gesehene Kombination von Verfahrensschritten kohlenstofffaserverstärkte Leichtmetallteile mit einem hohen Gewichtsanteil an Kohlenstofffasem porenfrei bzw. lunkerfrei bei geringer mechanischer Belastung der Faservorform während der Infiltration herstellbar sind.

Durch ein vorgesehenes Evakuieren wird aus den Freiräumen der Faservorform Gas entfernt, 55 wodurch ein nachfolgendes Infiltrieren der Vorform mit Leichtmetallsschmelze erheblich erleich- 4

AT 413 704 B tert ist. Da das Vakuum aufrecht erhalten wird, bis das Leichtmetall als Schmelze vorliegt, kann durch das Vakuum gleichzeitig die Leichtmetallschmelze entgast werden. Eine mit einem Erschmelzen eines Leichtmetalls einhergehende Erwärmung der Faservorform bewirkt neben einer erhöhten Benetzbarkeit der Fasern, dass sich die Leichtmetallschmelze bei der Infiltration 5 vollständig an die Oberfläche der Fasern anlegen können ohne dabei sofort zu erstarren. Da eine Erstarrung von Schmelze bei Kontakt mit Faseroberflächen vermieden ist, kann die Faservorform druckunterstützt vollständig mit Leichtmetallschmelze gefüllt werden. Ein Druck wird auch beim Erstarren der Leichtmetallschmelze aufrecht erhalten; dies ermöglicht ein Nachpressen von Schmelze in allenfalls vorhandene Poren bzw. in durch Schrumpfung bedingte Löcher io und trägt so zu einer lunker- bzw. porenfreien Ausbildung eines kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteils bei.

Im Hinblick eine Druckbeaufschlagung der Leichtmetallschmelze ist es günstig, wenn auf diese ein Druck von 50 bis 220 bar, insbesondere 70 bis 170 bar, ausgeübt wird. Ein Mindestdruck 15 von 50 bar, insbesondere 70 bar, erweist sich bei einem hohen Volumenanteil von Kohlenstofffasern als günstig, um flüssiges Leichtmetall in die nicht von Kohlenstofffasern gefüllten Freiräume der Faservorform einzubringen. Um die dabei eingesetzte Faservorform bestmöglich zu schonen, ist es zweckmäßig, einen Druck weiter mit 220 bar, besser 170 bar zu begrenzen. 20 Ist das Gas ein Inertgas, insbesondere Helium oder Argon, so kann eine Druckbeaufschlagung der Leichtmetallschmelze durchgeführt werden, ohne dass es zu einer Reaktion des eingesetzten Gases mit der Leichtmetallschmelze kommt.

In einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung wird das kohlenstofffaserverstärkte 25 Leichtmetallteil zusätzlich einer Wärmebehandlung unterworfen. Durch eine Wärmebehandlung kann eine durch zyklische thermische Belastung zwischen -100 °C und 100 °C bedingte Längenänderung des verstärkten Leichtmetallteils minimiert werden.

Der vorstehende Effekt ist besonders wirksam. wenn die -Wärmebeharidlirng aus einem Lö- 30___sungsglühen-des-kohlenstöfffäserverstärkten Leichtmetallteils für zumindest zwei Stunden, einem anschließenden Abschrecken desselben in Luft, einer darauf folgenden Warmauslagerung des Leichtmetallteils für zumindest 2 Stunden bei zumindest 100 °C und einem Abkühlen des Leichtmetallteils auf Umgebungstemperatur besteht. 35 Temperaturinduzierten Längenänderungen eines Verbundteiles kann auch entgegengewirkt werden, wenn das kohlenstofffaserverstärkte Leichtmetallteil nach Herstellen und Abkühlen auf Umgebungstemperatur (ca. 25 °C) weiter für zumindest eine Minute in flüssigem Stickstoff gehalten wird. Noch wirksamer ist es jedoch, wenn das kohlenstofffaserverstärkte Leichtmetallteil nach einer Wärmebehandlung für zumindest eine Minute in flüssigem Stickstoff gehalten 40 wird. Dies ermöglicht eine Steigerung der bereits mit einer Wärmebehandlung erzielten Effekte.

Im Hinblick auf eine möglichst geringe Dichte eines kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteils ist es von Vorteil, wenn das Leichtmetall Magnesium oder eine Magnesiumlegierung ist. Überdies hat flüssiges Magnesium eine sehr geringe Tendenz mit Kohlenstoff der Fasern zu Metall-45 carbiden zu reagieren.

Je nach geplantem Einsatzzweck eines erfindungsgemäß hergestellten Leichtmetallteils können unterschiedliche Faservorformen Anwendung finden. Sind unidirektional verstärkte Leichtmetallteile gewünscht, so weist die Faservorform zweckmäßigerweise parallel ausgerichtete Kohlen-50 stofffasern auf. Alternativ kann es gefordert sein, ein Leichtmetall in zwei Raumrichtungen mit hoher Zugfestigkeit und hohem Elastizitätsmodul auszubilden. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn die Faservorform ein oder mehreren Gewebe aus Kohlenstofffasern aufweist.

Erfindungsgemäß hergestellte kohlenstofffaserverstärkte Leichtmetallteile haben ein breites 55 Applikationsspektrum. Auf Grund ihres Eigenschaftsprofils eignen sie sich als optische Kompo- 5

AT 413 704 B nenten, insbesondere Spiegel für die Raumfahrttechnik. Wegen ihrer hohen mechanischen Kennwerte bei gleichzeitig geringer Dichte eignen sich erfindungsgemäße Leichtmetallteile außerdem besonders zur Verwendung in Bauteilen für die Luft- oder Raumfahrt. 5 Die Vorteile bei einer Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Leichtmetallteils gemäß Anspruch 10 oder 11 sind insbesondere darin zu sehen, dass das Leichtmetallteil hohe mechanische Kennwerte, vor allem hohe Zugfestigkeit und hohe(n) Elastizitätsmodul(n) bei geringer Dichte aufweist. Gleichzeitig ist eine Wärmeleitfähigkeit gut und ein Wärmeausde-hungskoeffizient äußerst gering. 10

Ein anderer Vorteil eines erfindungsgemäß hergestellten Leichtmetallteils liegt darin, dass es zwischen Raum- bzw. Umgebungstemperatur (ca. 25 °C) und 100 °C thermisch stabil sind. Anders ausgedrückt: Zwischen ca. 25 °C und 100 °C, also in einem insbesondere für in der Raumfahrttechnik verwendete Spiegel wichtigen Temperaturbereich, ändern sich bei wiederhol-15 tem Erwärmen und Abkühlen die Dimensionen eines wärmebehandelten Leichtmetallteils nicht wesentlich.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand von Beispielen und Figuren noch weitergehend dargestellt. 20

Es zeigen:

Figur 1a: Eine schematische Darstellung eines undirektional faserverstärkten Leichtmetallteils; Figur 1b: Eine fotografische Aufnahme des Querschnittes eines unidirektional kohlenstofffaser-25 verstärkten Leichtmetallteils quer zur Faserrichtung;

Figur 1c: Einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1b;

Figur 2a: Eine fotografische Aufnahme eines Gewebes aus Kohlenstofffasern;

Figur 2b: Eine fotografische Aufnahme des Querschnittes eines mit Gewebe aus Kohlenstofffasern verstärkten Leichtmetallteils;_______________________________________________ 30---Figur-2c: Einen vergröße'rteh~ÄLJSschnitt aus Bereich R der Figur 2b;

Figur 3: Ein Diagramm der Brüche von Dichte zu Elastizitätsmodul aufgetragen gegen die Brüche von Wärmeausdehungungskoeffizient zu Wärmeleitfähigkeit für verschiedene Werkstoffe; Figur 4: Änderung der Länge eines nicht wärmebehandelten Werkstückes bei mehrmaligem Aufheizen und Abkühlen; 35 Figur 5: Änderung der Länge eines nach einer Wärmebehandlung A behandelten Werkstückes bei mehrmaligem Aufheizen und Abkühlen;

Figur 6: Änderung der Länge eines nach einer Wärmebehandlung B behandelten Werkstückes bei mehrmaligem Aufheizen und Abkühlen;

Figur 7: Änderung der Länge eines nach einer Wärmebehandlung C behandelten Werkstückes 40 bei mehrmaligem Aufheizen und Abkühlen.

Beispiel 1

Langfasern aus Kohlenstoff (Handelsname: P 100, Thornel carbon fibers, beziehbar bei BP 45 Amoco Chemicls) wurden über einem Rahmen gewickelt. Bei der Wicklung wurde berücksichtigt, dass die Fasern im zu erstellenden Verbundteil einen Volumenanteil von 60 Volumenprozent aufweisen sollten bzw. dass die zwischen den Fasern liegenden Freiräume Platz für 40 Volumenprozent Leichtmetall, bezogen auf die Gesamtmasse, bieten sollten. Nach dem Wickeln der Fasern wurde der Rahmen entzwei geteilt und so eine Faservorform mit undirektio-50 nal ausgerichteten Fasern erhalten.

Die so erstellte Faservorform wurde in ein evakuierbares Behältnis bzw. einen Autoklaven eingebracht. Danach wurde eine Leichtmetalllegierung AZ91 auf der Faservorform abgelegt; die Zusammensetzung dieser Legierung ist in Tabelle I angeführt. Das Gewicht der Legierung war 55 in Bezug auf die Freiräume der Faservorform so bemessen, dass eine vollständige Ausfüllung 6

AT 413 704 B dieser Freiräume ermöglicht war.

Tabelle I: Chemische Zusammensetzung der Legierung AZ91

Element AI Cu Fe Mn Mg Ni Si Zn Gewichtprozent [%] 8.3-9.7 Max. 0.03 Max. 0.005 Min. 0.13 90 Max. 0.002 Max. 0.1 0.35-1 io Anschließend wurde der Autoklav evakuiert und die Faservorform und die Legierung unter Vakuum auf eine Temperatur von 638 °C erwärmt, so dass die Legierung als Schmelze vorlag. Danach wurde die Schmelze durch Helium mit einem Druck von 83 bar beaufschlagt, die Faservorform infiltriert und schließlich der Autoklav bzw. die infiltrierte Faservorform unter Aufrechterhaltung des Drucks abkühlen gelassen. 15

Das so erstellte kohlenstofffaserverstärkte Verbundteil wurde näher untersucht. Das Verbundteil weist eine Struktur auf, wie sie schematisch in Figur 1a gezeigt ist: Parallel ausgerichtete Kohlstofffasern 1 sind in einer Leichtmetallmatrix 2 eingebettet. Wie aus Figur 1b anhand eines Querschnittbildes ersichtlich, sind die Fasern makroskopisch über weite Bereiche gleichmäßig 20 verteilt: Risse im Verbundteil sind nicht erkennbar. Aus Figur 1c, welche einen vergrößerten Ausschnitt etwa von Bereich K der Figur 1 b darstellt, ist deutlich ersichtlich, dass Kohlenstofffasern 1 und Leichtmetall 2 zusammen einen dichten Körper bilden, welcher frei von Poren bzw. Lunkern ist. 25 Das kohlenstofffaserverstärkte Leichtmetallteil hatte anteilig 60 Volumenprozent Kohlenstoff und 40 Volumenprozent AZ91. Die Dichte betrug 2.02 gern'3. Ein Elastizitätsmodul des Verbundteils betrug in Richtung der Fasern 450 GPa. Für die Zugfestigkeit wurde in Faserrichtung ein Wert von 1200 MPa gemessen. Der gemittelte Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) betrug in Faserrichtung für den Temperaturbereich von 20JLC_bisJ 00-C im-Mittel O.4 ppm/K. Quer zur 30 Faserrichtung-betrug ein Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) im gleichen Temperaturbereich ca. 30 ppm/K. Die Wärmeleitfähigkeit κ wurde zu 340 W/mK bestimmt.

Zur Ermittlung einer dimensionalen Stabilität bei mehrfacher zyklischer thermischer Belastung wurde das erstellte Verbundteil einem fünffachen Aufheizen/Abkühlen zwischen -100 °C und 35 100 °C unterworfen. Es zeigte sich, dass eine Hysterese auftritt und eine Probe sich bleibend ausdehnt (Figur 4). Um eine solche Probenausdehnung zu reduzieren, wurden kohlenstofffaserverstärkte Leichtmetallteile, die wie vorstehend beschrieben herstellt wurden, verschiedenen Wärmebehandlungen A, B oder C unterworfen. Die Wärmehandlungen wurden wie folgt vorgenommen: 40 Wärmebehandlung A: Lösungsglühen bei 410 °C für 12 Stunden, Abschrecken in Luft auf Umgebungstemperatur, dann Warmauslagern bei 200 °C für 15 Stunden, schließlich Abkühlen in Luft; Wärmebehandlung B: Nach Herstellen des Leichtmetallteils Abkühlung in Luft auf Umgebungs-45 temperatur und anschließend Halten des Leichtmetallteil für 5 Minuten in flüssigem Stickstoff (Temperatur: -196 °C); Wärmebehandlung C: Lösungsglühen des Leichtmetallteils bei 410 °C für 12 Stunden, anschließend Abschrecken in Luft auf Umgebungstemperatur, dann Warmauslagern bei 200 °C für 15 Stunden und nach Abkühlen in Luft auf Umgebungstemperatur schließlich Halten für fünf so Minuten in flüssigem Stickstoff.

Wie die einzelnen Figuren für die Wärmebehandlungen A (Figur 5), B (Figur 6) und C (Figur 7) im Vergleich mit Figur 4 zeigen, bewirken alle Wärmebehandlungen eine wesentliche Reduktion einer Ausdehnung von kohlenstofffaserverstärkten Verbundteilen bei zyklischer thermischer 55 Belastung zwischen -100 °C und 100 °C. Dieser Effekt ist bei Wärmebehandlung C am stärks-

Claims (10)

1. 5 5 7 AT 413 704 B ten ausgeprägt. Die Figuren 4 bis 7 zeigen auch, dass sich ein erfindungsgemäßer Leichtmetallteil zwischen Umgebungstemperatur und 100 °C nicht wesentlich ausdehnt. Die Mikrostruktur der wärmebehandelten Leichtmetallteile entsprach jener der unbehandelten Leichtmetallteile (Figur 1b bzw. Figur 1c). Beispiel 2 10 Analog zu Beispiel 1 wurde ein kohlenstofffaserverstärktes Leichtmetallteil hergestellt, wobei die Faservorform durch mehrere übereinander gelegte Gewebe, wie sie in Figur 2b gezeigt sind, gebildet wurde. Das gezeigte Gewebe ist im Handel unter der Bezeichnung K13C2U von Mitsubishi Chemical America beziehbar. Die einzelnen Gewebe wurden jeweils um 90 °C zueinander 15 verdreht (so genannte 0,90 Architektur). Wiederum wurde ein kohlenstofffaserverstärktes Leichtmetallteil mit einem Faseranteil von 60 Volumenprozent, Rest AZ91 erstellt. Bei ansonsten gleichen Herstellungsbedingungen wurde die Infiltration bei einer Temperatur von 670 °C und einem Druck von 83 bar vorgenommen, wobei Argon als Gas verwendet wurde. 20 Für das so erstellte Leichtmetallteil wurde ein im Temperaturbereich von 20 °C bis 100 °C ein mittlerer Wärmeausdehnungskoeffizient (in der Gewebeebene) von 0.4 ppm/K ermittelt. Bei einer Dichte von 2.0 gern'1 2 betrug ein Elastizitätsmodul in einer Gewebeebene 140 GPa. Die erstellten Verbundteile sind frei von makroskopischen Rissen und mikroskopischen Poren, wie die Figuren 2b und 2c zeigen. 25 Auf Grund ihrer Eigenschaftsprofile, wie sie vorstehend anhand der Beispiele 1 und 2 dargelegt sind, eigenen sich erfindungsgemäße Werkstoffe vorzüglich für Bauteile, welche in der Luftoder Raumfahrt verwendet werden. Im Besondern eignen sich erfindungsgemäße Verbundteile wegen eines ausgewogener^ Eigenschaftsprofils und hoher thermischer Stabilität vorzüglich-zur -so—Herstellung vorTin "deFRaumfahrtechnik verwendeten Spiegeln. Von solchen Spiegeln wird gefordert, dass ein Quotient von Dichte (p) zu Elastizitätsmodul (E) ebenso wie ein der Quotient von Wärmeausdehungskoeffizient (CTE) zu Wärmeleitfähigkeit (k) möglichst gering ist. Figur 3 zeigt, dass Verbundteile gemäß Beispiel 1 und 2 diese Forderungen im Vergleich zu bekannten Materialien wie Silicium oder Beryllium in überragender Weise erfüllen. Ebenso ist evident, dass 35 erfindungsgemäße Verbundteile bekannte kohlenstofffaserverstärkte Leichtmetallteile hinsichtlich dieser Eigenschaften übertreffen (die Wert 3, 3' entsprechen einem kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteil und stammen aus: R. Wendt, M. Misra, Fabrication of near-net shape graphite/magnesium composites for large mirrors, SPIE Vol. 1303 Advances in Optical Structure Systems (1990) S. 554 ff.). 40 Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteilen mit einem 45 Kohlenstoffanteil von mehr als 50 Volumenprozent durch Infiltration einer Faservorform aus Kohlenstofffasern mit einer Leichtmetallschmelze, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservorform und festes Leichtmetallmaterial einem Vakuum ausgesetzt und auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der das Leichtmetallmaterial geschmolzen ist, wonach auf die Leichtmetallschmelze mittels eines Gases ein Druck ausgeübt wird und die Faservorform 50 mit Leichtmetallschmelze infiltriert wird, woraufhin die infiltrierte Faservorform unter Auf rechterhaltung des Druckes abkühlen gelassen wird. 55 1 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Leichtmetallschmelze 2 ein Druck von 50 bis 220 bar, insbesondere 70 bis 170 bar, ausgeübt wird. 8 AT 413 704 B
2. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein Inertgas, insbesondere Helium oder Argon, ist.
3. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlen- 5 stofffaserverstärkte Leichtmetallteil zusätzlich einer Wärmebehandlung unterworfen wird.
4. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung aus einem Lösungsglühen des kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteils für zumindest zwei Stunden, einem anschließenden Abschrecken desselben in Luft, einer darauf folgenden io Warmauslagerung des Leichtmetallteils für zumindest 2 Stunden bei zumindest 100 °C und einem Abkühlen des Leichtmetallteils auf Umgebungstemperatur besteht.
5. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das kohlenstofffaserverstärkte Leichtmetallteil nach der Herstellung und Abkühlen bzw. Wärmebe- 15 handlung für zumindest eine Minute in flüssigem Stickstoff gehalten wird.
6. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Leichtmetall Magnesium oder eine Magnesiumlegierung ist.
7. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservor- form parallel ausgerichtete Kohlenstofffasern aufweist.
8. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservor-form ein oder mehreren Gewebe aus Kohlenstofffasern aufweist. 25
9. 10. Verwendung eines kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteils erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als optische Komponente, insbesondere Spiegel.
10. 11. Verwendung eines kohlenstofffaserverstärkten Leichtmetallteils erhältlich nach einemder - - 30^ Ansprüche 1-bis 9 jn-Bauteilen für die Luft-oder Räumfährtr Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 35 40 45 50 55