DE10020655A1

DE10020655A1 - Ceramic material, used for e.g. brake disk, bearing, sealing ring, cylinder bore, exterior cladding for buildings and vehicle floor pan, containing carbon, silicon carbide and silicon, is produced by carbonization and infiltration

Info

Publication number: DE10020655A1
Application number: DE10020655A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Freundorfer
Original assignee: FREUNDORFER FENSTERBAU
Current assignee: FREUNDORFER FENSTERBAU
Priority date: 2000-04-27
Filing date: 2000-04-27
Publication date: 2001-11-08
Also published as: AU7049601A; WO2001081270A2; WO2001081270A3

Abstract

A ceramic material contains 10-70 vol.% carbon (C) plus silicon carbide (SiC), and balance silicon (Si). An independent claim is also included for the production of a ceramic material by: (1) carbonizing a carbonizable substance under non-oxidizing conditions; (2) infiltrating the product with Si above the melting point of Si and cooled to room temperature; and (3) machining the product to the final shape.

Description

Die Erfindung betrifft einen neuartigen keramischen Werkstoff, der in außer ordentlich günstiger Weise die Eigenschaften verschiedener Werkstoffe, wie z. B. die Zähigkeit, von z. B. Holz, von verschiedenen Keramiken usw., auf einzigartige und überraschende Weise verbindet.The invention relates to a novel ceramic material, which in addition neatly favorable way the properties of different materials, such as. B. the Toughness, e.g. B. wood, of various ceramics, etc., unique and surprisingly connects.

Werkstoffe werden durch ihre Festkörpereigenschaften charakterisiert, die je nach der Art des Aufbaus des Werkstoffmaterials die verschiedensten physikalischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften aufweisen können. Von ihrer chemischen und physikalischen Beschaffenheit her können sie eine weiten Eigenschaftsbereich um fassen, ausgehend von dem reiner Metalle bis zu dem von natürlichen und synthetischen Produkten, wie z. B. synthetischen Polymeren, Holz, Cellulose usw.Materials are characterized by their solid properties, which depend on the type of construction of the material, the most diverse physical, can have chemical and mechanical properties. From their chemical and physical nature, they can cover a wide range of properties from pure metals to natural and synthetic Products such as B. synthetic polymers, wood, cellulose, etc.

Die Auswahl der entsprechenden Werkstoffe richtet sich nach der beabsichtigten Anwendung; dabei ist es aber sehr oft erwünscht und je nach Anwendungszweck auch erforderlich, Werkstoffe bereitzustellen, die eine Kombination von Eigenschaften einzelner Werkstoffe aufweisen.The selection of the appropriate materials depends on the intended Application; but it is very often desired and depending on the application required to provide materials that have a combination of properties individual materials.

Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist es, einen Werkstoff bereitzu stellen, der eine derartige gewünschte Kombination von Eigenschaften aufweist, ins besondere im Hinblick auf eine gute Verarbeitbarkeit (Formgebung), Abriebfestigkeit, mechanische Festigkeit, Zähigkeit (Duktilität) und Formstabilität, chemische Beständigkeit uns insbesondere zur Verwendung in einem weiten Applikationsbereich.The object of the present invention is to prepare a material provide such a desired combination of properties, ins especially with regard to good workability (shaping), abrasion resistance, mechanical strength, toughness (ductility) and dimensional stability, chemical Resistance and especially for use in a wide range of applications.

Diese Aufgabenstellung wird mit einem neuen keramischen Werkstoff gelöst, der im wesentlichen aus den Komponenten Kohlenstoff oder Kohlenstoffvorprodukten, Silicium und/oder Siliciumcarbid (SiC, SiSiC) hergestellt wird und daraus besteht. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ein derartiger keramischer Werkstoff nach einem bestimmten Verfahren erhältlich ist, nach dem man die Ausgangsstoffe Kohlenstoff/Kohlenstoffvorprodukte, wie z. B. Holz oder Holzwerkstoffe, sowie gegebenenfalls natürliche oder künstliche kohlenstoffhaltige makromolekulare Stoffe, auf bestimmte Weise mit Silicium-Ausgangsstoffen (wie z. B. durch Metallothermie (dazu ist auch ein Zusatz von Quarz, Sand und ähnlichen Produkten in bestimmten Mengen möglich) erhaltene, als hochreines Ferrosilicium vorliegende und insbesondere als Silicium mit einer Reinheit von < 99% vorliegendes Silicium) auf bestimmte Weise verarbeitet.This task is solved with a new ceramic material, the essentially from the components carbon or carbon precursors, Silicon and / or silicon carbide (SiC, SiSiC) is produced and consists of it. It has surprisingly been found that such a ceramic material after a certain method is available, according to which the starting materials Carbon / carbon intermediates, such as. B. wood or wood materials, and optionally natural or artificial carbon-containing macromolecular substances, in certain ways with silicon raw materials (such as by metallothermal energy (There is also an addition of quartz, sand and similar products in certain Quantities possible) obtained, present as high-purity ferrosilicon and in particular as silicon with a purity of <99% silicon present) in a certain way processed.

Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikwerkstoffes, der die folgenden Verfahrensschritte umfaßt:
The invention therefore relates to a method for producing a ceramic material, which comprises the following method steps:

1. a made from at least partial charring of a wood-like substance Charcoal or a charrable substance is sealed off from the air under non- coking oxidizing conditions at a suitable temperature;
2. The product formed after step (1) is above the melting point of Silicon under non-oxidizing (inert conditions) with liquefied Silicon infiltrated and cooled to room temperature; and
3. The product formed after stage (2) is then a mechanical post processing subjected.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch das nach dem vor stehend beschriebenen Verfahren erhältliche Produkt (Werkstoff).Another object of the present invention is that before available product (material).

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß nach diesem Verfahren ein Produkt erhältlich ist, das als Werkstoff mit einer hervorragenden Kombination von Eigen schaften verwendet werden kann. Derartige Eigenschaften sind, ohne darauf beschränkt zu sein, die folgenden: Surprisingly, it has been shown that a product by this process is available as a material with an excellent combination of Eigen can be used. Such properties are not limited to them to be the following:

Es werden erhalten: eine hohe Abriebfestigkeit; eine hohe Schlagfestigkeit, Zähig keit und Bruchsicherheit (hervorragende Beständigkeit im Izod-Test auf Kerbschlag festigkeit; eine hohe Temperaturbeständigkeit bis ca. 1380°C; eine hohe chemische Be ständigkeit gegenüber Oxidation, Säuren und anderen nicht-alkalischen korrodierenden Einwirkungen; eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, ins besondere eine hohe Beständigkeit gegenüber schädlichen Einflüssen in industriellen und kommunalen Umgebungen; ein geringer elektrischer Widerstand (dotierungs gabhängig), eine praktisch vernachlässigbare statische Aufladung, was den Werkstoff insbesondere in Umgebungen, die leicht entzündliche Gase oder Gasgemische enthalten, brauchbar macht; eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit; eine praktisch porenfreie Struktur und damit hervorragende Gasdichteeigenschaften; eine sehr hohe Härte; eine sehr hohe Formstabilität; ein geringer Schrumpf und eine geringe Wärmedehnung; und dessen Kombinationen durch Variation der Verhältnisse der Ausgangsmaterialien schwerpunktmäßig in die eine oder andere Richtung zu steuern sind.The following are obtained: high abrasion resistance; high impact resistance, tough strength and resistance to breakage (excellent resistance in the Izod test to notched impact strength; high temperature resistance up to approx. 1380 ° C; a high chemical loading resistance to oxidation, acids and other non-alkaline corrosive Actions; high corrosion resistance to environmental influences, ins special high resistance to harmful influences in industrial and community environments; a low electrical resistance (doping gdepending), a practically negligible static charge, what the material especially in environments that contain flammable gases or gas mixtures, makes usable; a very high thermal conductivity; a practically non-porous structure and therefore excellent gas-tight properties; a very high hardness; a very high one Dimensional stability; low shrinkage and low thermal expansion; and its Combinations by varying the proportions of the starting materials focus in one direction or the other.

Aufgrund seiner Herstellung und seines durch diese Herstellung verbundenen Aufbaus vereinigt der erfindungsgemäß hergestellte Werkstoff z. B. die Grundeigen schaften des Holzes (die dem Holz inhärente Porenstruktur) mit denen herkömmlicher keramischer Werkstoffe, d. h. die im Zusammenhang mit dem Werkstoff Holz ge wünschte Elastizität, Sprödigkeit, Zähigkeit, Zugfestigkeit, Druckfestigkeit, usw. können mit den Eigenschaften herkömmlicher Keramiken kombiniert werden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen keramischen Werkstoffes ist auch seine kostengünstige Herstellung: Der erfindungsgemäße Werkstoff ist z. B. wesentlich kostengünstiger und außerdem auch nach einem einfacheren Verfahren als z. B., bei vergleichbaren Eigenschaften, aus kohlefaserverstärkten Verbundkörpern, herstellbar, und außerdem mit bereits bekannten und üblichen Maschinen und Anlagen herstellbar und bearbeitbar.Because of its manufacture and its associated with this manufacture Construction combines the material produced according to the invention z. B. the basic ones properties of the wood (the pore structure inherent in the wood) with those of conventional ones ceramic materials, d. H. the ge in connection with the material wood desired elasticity, brittleness, toughness, tensile strength, compressive strength, etc. can be combined with the properties of conventional ceramics. On Another advantage of the ceramic material according to the invention is its Cost-effective production: The material according to the invention is e.g. B. essential less expensive and also by a simpler method than z. B., at comparable properties, can be produced from carbon fiber reinforced composite bodies, and can also be produced with already known and customary machines and systems and editable.

Unter teilweise verkokbaren und verkohlbaren Stoffen, wie sie im Verfahrens schritt 1 verwendet werde, werden erfindungsgemäß insbesondere verstanden: Holz, zur Stabilisierung der Zellstruktur vergütetes Holz, holzartige Produkte, sowie holzähnliche nachwachsende Rohstoffe, z. B. Bambus, Hanf, Baumwolle, Naturfasern oder Derivate solcher Stoffe, wie. z. B. teilweise oder ganz verkohlte Produkte, natürliche und synthetische Kohlenstofffasern verstanden; das Holz und die holzartigen Produkte werden vorzugsweise möglichst trocken (also mit einer Holzfeuchtigkeit in der Nähe des Darrpunkts oder am Darrpunkt). Als Silicium wird vorzugsweise ein Silicium mit einem Reinheitsgrad von mindestens 95%, und vorzugsweise von 99% eingesetzt; das Silicium ist im Handel erhältlich, z. B. in entsprechender Granulatform, in der es leicht apparativ gehandhabt und mit den üblichen Vorrichtungen geschmolzen und mit dem verkohlten Produkt gemischt werden kann.Among coking and charring substances, such as those used in the process step 1 are used, according to the invention are understood in particular: wood, to stabilize the cell structure of tempered wood, wood-like products, as well wood-like renewable raw materials, e.g. B. bamboo, hemp, cotton, natural fibers or derivatives of such substances, such as. e.g. B. partially or completely charred products, understood natural and synthetic carbon fibers; the wood and the wood-like Products should preferably be as dry as possible (i.e. with a wood moisture content in near the Darr point or at the Darr point). A is preferably used as silicon Silicon with a purity of at least 95%, and preferably 99% used; the silicon is commercially available, e.g. B. in appropriate granular form, in which it is easily handled by equipment and melted with the usual devices and can be mixed with the charred product.

Die Verkohlung (Verkokung) und Mischung mit dem flüssigen Silicium erfolgt auf an sich übliche Weise und unter Verwendung der dafür üblichen Vorrichtungen und Gerätschaften, weshalb darauf nicht ausführlich Bezug genommen zu werden braucht.Charring (coking) and mixing with the liquid silicon takes place in a conventional manner and using the usual devices and Equipment, which is why there is no need to refer to it in detail.

Zwischen der Verfahrensstufe (1) und der Verfahrensstufe (2) können gegebenen falls weitere Verfahrensstufen zwischengeschaltet werden, nämlich die nachstehend beschriebenen Stufen (1a) und (1b). Nach Stufe (1a) wird das aus Stufe (1) erhaltene verkokte Produkt mit einer natürlichen oder synthetischen makromolekularen Verbindung getränkt (imprägniert).Between process stage (1) and process stage (2) can be given if further procedural stages are interposed, namely those below described stages (1a) and (1b). After stage (1a), that obtained from stage (1) is obtained coked product with a natural or synthetic macromolecular Soaked compound (impregnated).

Als natürliche oder synthetische kohlenstoffhaltige makromolekulare Verbindun gen sind erfindungsgemäß insbesondere geeignet: lösbare oder schmelzbare syn thetische Polymere und Harze mit einem Kohlenstoff-Grundgerüst; unter den natür lichen Harzen sind z. B. zu nennen: Cellulosederivate, Zucker, halbsynthetische Pro dukte, wie z. B. modifizierte Cellulose und Stärke, synthetische, durch Kondensation oder Polymerisation erhaltene Harze und Polymere, wie z. B. Phenolharze (Phenol formaldehydharze), Melaminharze, aber auch durch Polymerisation erhältliche Elasto mere oder Duroplaste, wie z. B. Polyester, Polyether, Polyurethane, usw., sowie auch monomolekulare Stoffe, die unter den im vorliegenden Verfahren herrschenden Reaktionsbedingungen unter Harzbildung polymerisieren (wie z. B. Furfurylalkohol.) As a natural or synthetic carbon-based macromolecular compound according to the invention are particularly suitable: soluble or fusible syn synthetic polymers and resins with a carbon backbone; among the natural Lichen resins are e.g. B. To name: cellulose derivatives, sugar, semi-synthetic pro products such as B. modified cellulose and starch, synthetic, by condensation or polymerization obtained resins and polymers, such as. B. phenolic resins (phenol formaldehyde resins), melamine resins, but also elasto obtainable by polymerization mere or thermosets, such as. B. polyester, polyether, polyurethane, etc., and also monomolecular substances that are among those in the present process Polymerize reaction conditions with resin formation (such as furfuryl alcohol.)

Voraussetzung für die vorstehend genannten natürlichen oder synthetischen kohlenstoff haltigen makromolekularen Verbindungen ist ihre Löslichkeit in einem Lösungsmittel (vorzugsweise Wasser, einem organischen Lösungsmittel, wie z. B. Ketonen, insbesondere Aceton, Alkoholen, Estern usw.), oder ihre Schmelzbarkeit unter den Verfahrensbedingungen.Prerequisite for the aforementioned natural or synthetic carbon containing macromolecular compounds is their solubility in a solvent (preferably water, an organic solvent such as ketones, especially acetone, alcohols, esters, etc.), or their meltability among the Procedural conditions.

Die nach Stufe (1a) erhaltene Mischung wird in Stufe (1b) mindestens noch ein mal verkokt. Tränkung nach Stufe (1a) und das anschließende Verkoken nach Stufe (1b) sind beliebig oft wiederholbar, und werden in der Regel so lange wiederholt, bis das Kohlenstoffgerüst des Ausgangsmaterials die gewünschte Dichte aufweist; dabei bleibt die Grundstruktur erhalten.The mixture obtained after stage (1a) is at least one more in stage (1b) times coked. Impregnation after stage (1a) and the subsequent coking after stage (1b) can be repeated any number of times, and are usually repeated until the Carbon skeleton of the starting material has the desired density; stays with it maintain the basic structure.

Die nach Stufe (1b) erhaltene verkokte kohlenstoffhaltige Matrix kann in einer weiteren Stufe (1c) einer mechanischen Formgebung unterworfen werden. Das in Stufe (1) erhaltene Produkt oder der einer mechanischen Formgebung unterworfene Formkörper (Rohformling) wird dann nach Stufe (2) oberhalb des Schmelzpunktes des Siliciums mit verflüssigtem Silicium infiltriert und dann nach einer bestimmten Zeitdauer, die für eine angemessene Infiltration (Porendurchdringung) in den Formkörper und eine teilweise Reaktion des Kohlenstoffes mit Si zu SiC ausreicht, unter weiterhin inerten Bedingungen unter im wesentlichen nicht oxidierenden Bedingungen auf Raumtemperatur abgekühlt.The coked carbonaceous matrix obtained after step (1b) can be in a a further stage (1c) can be subjected to mechanical shaping. That in stage (1) product obtained or the one subjected to mechanical shaping Shaped body (blank) is then after stage (2) above the melting point of Silicon infiltrated with liquefied silicon and then after a certain one Time required for adequate infiltration (pore penetration) in the Shaped body and a partial reaction of the carbon with Si to SiC is sufficient under still inert conditions under essentially non-oxidizing Conditions cooled to room temperature.

Der nach Stufe (2) erhaltene Formkörper wird dann auf übliche Weise einer mechanischen Nachbearbeitung zur endgültig gewünschten Form unterworfen.The shaped body obtained after stage (2) then becomes one in the usual way subjected to mechanical post-processing to the final desired shape.

Eine solche Nachbearbeitung kann sich z. B. nach dem beabsichtigten Einsatz zweck des Formkörpers richten, und wird normalerweise unter den dafür üblichen Ver arbeitungsbedingungen (Oberflächenbehandlung), Polierung, spanabhebende Behand lung, Drehen, Tempern, Oberflächenbehandlung durch Beschichten, insbesondere wenn der Formkörper als Substrat, z. B. für gedruckte Schaltungen oder als Substrat für eine Herstellung von gedruckten Schaltungen unter Anwendung von Positiv- oder Negativ- Resists, verwendet werden soll, bearbeitet. Auch die endgültige Behandlung, z. B. Oberflächenbehandlung für ein Substrat zur Herstellung gedruckter Schaltungen unter Verwendung eines Photoresistverfahrens, wird vorzugsweise im Vakuum oder unter inerten Bedingungen und/oder unter den sonst dafür üblichen Bedingungen durchgeführt.Such post-processing can e.g. B. after the intended use aim of the shaped body, and is usually under the usual Ver working conditions (surface treatment), polishing, machining treatment, turning, annealing, surface treatment by coating, especially if the molded body as a substrate, for. B. for printed circuits or as a substrate for a Manufacture of printed circuits using positive or negative Resists to be used are edited. The final treatment, e.g. B. Surface treatment for a substrate for the production of printed circuits under Using a photoresist process, is preferably done in vacuum or under inert conditions and / or under the otherwise usual conditions carried out.

Neben den vorstehend genannten Verwendungsmöglichkeiten kommt für den keramischen Werkstoff aufgrund seiner einzigartigen und hervorragenden Eigenschafts kombination auch die Verwendung als tragender Werkstoff für Konstruktionsteile, ins besondere in stark korrodierenden Umgebungen ausgesetzten Konstruktionen, die Ver wendung als Bremsscheiben, für Gleitlager, Dichtungsringe, Zylinderlaufflächen, Teile für Außenverkleidungen für Gebäude mit harten Bedingungen ausgesetzten Um gebungen, z. B. als Feuerfestausrüstung, als Unterbodenplatten für selbststragende Karosserien, in Frage.In addition to the uses mentioned above, the ceramic material due to its unique and excellent properties combination also the use as a load-bearing material for construction parts, ins special constructions exposed in strongly corrosive environments, the Ver Use as brake discs, for plain bearings, sealing rings, cylinder running surfaces, parts for exterior cladding for buildings exposed to harsh conditions given, e.g. B. as refractory equipment, as underbody panels for self-supporting Bodies, in question.

Aufgrund der speziellen Herstellungsbedingungen des erfindungsgemäßen kera mischen Werkstoffes kann während der Herstellung auch eine Epitaxie-Erscheinung auftreten, was den keramischen Werkstoff außer z. B. zur Anwendung in Heizstäben (Infrarotstrahler), Hochtemperaturtransistoren und Überspannungsableitern auch die Eignung für Halbleiter und als Material für Leuchtdioden verleihen kann (Photo-Volta- Effekt).Due to the special manufacturing conditions of the kera according to the invention Mixing material can also have an epitaxial appearance during manufacture occur what the ceramic material except z. B. for use in heating elements (Infrared emitters), high temperature transistors and surge arresters also the Suitability for semiconductors and as a material for light-emitting diodes (Photo-Volta- Effect).

Die Verfahrensstufe (1) wird unter im wesentlichen nicht oxidierenden Bedingungen durchgeführt, also insbesondere unter Sauerstoffausschluß, z. B. im Vakuum, unter einem geeigneten Inertgas, z. B. Stickstoff, Edelgasen und/oder einer Kombination davon.Process step (1) is essentially non-oxidizing Conditions carried out, in particular in the absence of oxygen, for. B. in Vacuum, under a suitable inert gas, e.g. B. nitrogen, noble gases and / or one Combination of them.

Das Verfahren der Stufe (1) wird vorzugsweise in einem Zeitraum durchgeführt, der zu der entsprechenden Verkohlung (Verkokung) führt, und, abhängig von den einge setzten Ausgangsmaterialien, den üblichen Verkokungstemperaturen, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der verwendeten Schutzgasatmosphäre, entspricht, üblicherweise liegt die Behandlungszeit der Stufe (1) im Bereich von 1 bis 100 Stunden, und vorzugsweise von 5 bis 80 Stunden, insbesondere im Bereich von 10 bis 50 Stunden.The process of step (1) is preferably carried out in a period of time which leads to the corresponding charring (coking), and, depending on the one set starting materials, the usual coking temperatures, if necessary taking into account the protective gas atmosphere used, usually corresponds the treatment time of stage (1) is in the range of 1 to 100 hours, and preferably from 5 to 80 hours, in particular in the range from 10 to 50 hours.

Die nach den an die Stufe 1 anschließenden Gegebenenfallsmaßnahmen (Stufen (1a) und (1b)) werden insbesondere dann durchgeführt, wenn das verkokte Produkt noch mit einer zusätzlichen der natürlichen oder synthetischen makromolekularen Ver bindung in verkohlter Form entsprechenden Struktur ausgestattet werden soll, z. B. in Form von Kohlefasern usw. Üblicherweise liegt die Verkokungszeit im gleichen Zeit raum wie die Verkokungszeit der Stufe (1), kann aber, insbesondere bei wiederholter Anwendung, auch wesentlich verkürzt sein. Die Art, Menge, Verkokungszeit und die Anzahl der Wiederholungen richtet sich dabei insbesondere nach den eingesetzten natürlichen oder synthetischen makromelekularen Verbindungen, und/oder den ge wünschten Eigenschaften des Endproduktes; wenn man von fertigen oder halbfertigen Kohlefasern ausgeht, wie sie üblicherweise zur Verstärkung von Verbundkörpern, z. B. aus Naturfasern, verwendet werden, kann die Gesamtverkokungszeit wesentlich verkürzt werden; solche halbfertige oder fertige Kohlenstofffasern können auch in Stufe (1) als verkohlbarer Stoff eingesetzt werden.The measures taken after stage 1 (stage (1a) and (1b)) are carried out especially when the coked product is still with an additional of the natural or synthetic macromolecular ver Binding to be equipped in charred form corresponding structure, for. B. in Form of carbon fibers, etc. Usually the coking time is at the same time space like the coking time of stage (1), but can, especially with repeated Application, also be significantly shortened. The type, quantity, coking time and the The number of repetitions depends in particular on the ones used natural or synthetic macromelecular compounds, and / or the ge desired properties of the end product; if you're from finished or semi-finished Carbon fibers, as is usually the case for reinforcing composite bodies, e.g. B. made of natural fibers, the total coking time can be significant be shortened; Such semi-finished or finished carbon fibers can also be used in stages (1) can be used as a char.

Die Verfahrensstufe (2) wird vorzugsweise unter Sauerstoffausschluß und ins besondere unter Sauerstoffausschluß im Vakuum durchgeführt, oder gegebenenfalls unter nicht oxidierenden inerten Bedingungen, wobei auch hier vorzugsweise im Vakuum gearbeitet wird. Durch die Verwendung von Vakuum wird insbesondere auch eine Infiltration des geschmolzenen Siliciums in den verkohlten Körper gefördert; auf der anderen Seite kann man für eine ausreichende, gesteuerte oder möglichst vollständige Infiltration auch mit einem Überdruck an einem inerten Gas, z. B. einem Edelgas oder Stickstoff in nicht-oxidierender Atmosphäre in einem Autoklaven arbeiten.Process stage (2) is preferably carried out with the exclusion of oxygen and ins especially carried out in the absence of oxygen in a vacuum, or if appropriate under non-oxidizing inert conditions, here also preferably in Vacuum is worked. The use of vacuum in particular also promoting infiltration of the molten silicon into the charred body; on the other hand one can be sufficient, controlled or possible complete infiltration even with an overpressure on an inert gas, e.g. B. one Noble gas or nitrogen in a non-oxidizing atmosphere in an autoclave work.

Der nach Stufe (1) oder nach Stufe (1) in Kombination mit den Stufen (1a), (1b) und/oder (1c) ausgebildete Formkörper wird oberhalb des Schmelzpunktes des Siliciums unter inerten Bedingungen, d. h. im wesentlichen unter nicht-oxidierenden Bedingungen mit dem flüssigen Silicium infiltriert; die Infiltrationszeit richtet sich dabei insbesondere nach der Art des aus den vorhergehenden Stufen erhaltenen Formkörpers (Porengröße, Dichtigkeit, Struktur); üblicherweise wird zur Infiltration eine Zeitspanne durchgeführt, die eine weitgehende und vorzugsweise vollständige Durchdringung der Poren ermöglicht; die Zeit liegt, abhängig von dem aus dem vorhergehenden Verfahrensstufen erhaltenen Produkt, in der Regel zwischen 0,1 und 10 Stunden, insbesondere zwischen 1 und 3 Stunden, und in erster Linie zwischen 1 und 2 Stunden, wobei aber auch Abweichungen nach unten und oben möglich sind.The after step (1) or after step (1) in combination with the steps (1a), (1b) and / or (1c) formed body is above the melting point of the Silicon under inert conditions, i. H. essentially under non-oxidizing Conditions infiltrated with the liquid silicon; the infiltration time is determined in particular according to the type obtained from the previous stages Molded body (pore size, tightness, structure); usually for infiltration performed a period of time that is largely and preferably complete Penetration of the pores enables; the time is dependent on that from the product obtained in previous process stages, generally between 0.1 and 10 Hours, especially between 1 and 3 hours, and primarily between 1 and 2 Hours, although deviations down and up are also possible.

Die weitere mechanische Bearbeitung nach Stufe (3) erfolgt, wie bereits vor stehend erwähnt, unter üblichen Bedingungen, die sich insbesondere nach dem be absichtigten Verwendungszweck richten.The further mechanical processing after stage (3) is carried out as before standing mentioned, under usual conditions, which are particularly after the be direct intended use.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein nach dem vorstehend be schriebenen Verfahren bzw. unter Berücksichtigung des nach den Verfahrensbedingun gen durchgeführten Verfahrens erhältlicher Werkstoff.The present invention is also a be according to the above written procedure or taking into account that according to the procedural conditions available material.

Dieser Werkstoff enthält nach den dafür üblichen Analysen (insbesondere unter Verwendung der Röntgenstrukturanalyse), die folgenden Bestandteile:
C + SiC 10 bis 70 Vol.-%
Rest auf 100% Silicium
wobei die Angaben 10 bis 70 Vol.-% C bzw. 10 bis 70 Vol.-% SiC sich darauf be ziehen, daß die Menge der anderen der beiden Komponenten Si und C der Restmenge auf 10 bis 70% (im Bereich von 10 bis 70%) entspricht, und der Rest auf 100% freies Silicium ist.According to the usual analyzes (especially using X-ray structure analysis), this material contains the following components:
C + SiC 10 to 70 vol .-%
Rest on 100% silicon
the data 10 to 70 vol .-% C and 10 to 70 vol .-% SiC refer to be that the amount of the other of the two components Si and C of the remaining amount to 10 to 70% (in the range of 10 to 70%) and the rest is 100% free silicon.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird überraschenderweise ein kerami scher Werkstoff mit einer SiC-Struktur und einer Restkohlenstoff-Struktur erhalten, die weitgehend der Struktur der Ausgangsmaterialien (z. B. Holz oder, wenn als Ausgangs material Holzfaserplatten und dergleichen verwendet werden) entspricht.The process according to the invention surprisingly turns into a kerami obtained with a SiC structure and a residual carbon structure, the largely the structure of the starting materials (e.g. wood or, if as a starting material material fibreboard and the like are used) corresponds.

Auf dieser Struktur beruhen auch die spezifischen Eigenschaften und Eigen schaftskombinationen des erfindungsgemäßen keramischen Werkstoffs.The specific properties and properties are based on this structure shaft combinations of the ceramic material according to the invention.

Erfindungsgemäß werden die guten Eigenschaften der SiC (SiSiC)-Keramik (das sind insbesondere Härte, Formstabilität, Oxidationsbeständigkeit, gute Gleitfähigkeit) und die von Kohlenstoff bzw. Kohlefasern (das sind insbesondere Zugfestigkeit, Zähigkeit) kombiniert. Der besondere Vorteil der Verwendung von zellulosehaltigen Ausgangsmaterialien ist es dabei, daß der Kohlenstoff und das SiC in der Keramik die einzigartige dreidimensionale verwendete, wabenartige Struktur der Ausgangsmaterialien beibehält.According to the invention, the good properties of the SiC (SiSiC) ceramic (the are in particular hardness, dimensional stability, oxidation resistance, good lubricity) and that of carbon or carbon fibers (these are in particular tensile strength, Toughness) combined. The particular advantage of using cellulosic The starting material is that the carbon and the SiC in the ceramic unique three-dimensional honeycomb structure used Maintains raw materials.

Claims

1. Ceramic material containing:
10-70 vol.% C + SiC,
Balance silicon to 100 vol .-%

2. Process for producing a ceramic material with the following process steps:

1. a carbonizable substance is coked under non-oxidizing conditions;
2. the body formed according to step (1) is infiltrated with silicon above the melting point of the silicon and cooled to room temperature;
3. The body obtained after stage (2) is then subjected to a customary mechanical post-processing for the final shaping.

3. The method according to claim 2, characterized in that it is between the Stages (1) and (2) contain stages (1a) and (1b), after which in stage (1a) the ver Kokte product after step (1) with a natural or synthetic macro molecular compound is impregnated in solution or molten form, and thereafter at least the mixture obtained in stage (1b) and the stage (1a) is subjected to further coking.

4. The method according to claim 3, characterized in that after steps 1 (a) and (1b) step (1c) is carried out, after steps (1a) and (1b) and (1b) mechanically obtained coked carbon-containing product Shaping is subjected.

5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that as a natural or synthetic carbon-containing macromolecular compounds in step (1a) are used: soluble or meltable synthetic polymers and resins with a carbon backbone, such as. B. cellulose derivatives, sugar, semi-synthetic products such as B. modified cellulose and starch, syn resins and polymers obtained by condensation or polymerization, such as B. phenolic resins, melamine resins, but also obtainable by polymerization Elastomers or thermosets, such as. B. polyester, polyether, polyurethane, etc., as well as monomolecular substances that are under the prevailing reaction polymerize conditions under resin formation, such as. B. furfuryl alcohol.

6. The method according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the in Step (1b) obtained coked carbonaceous matrix preferably at least again, and in particular at least 2 to 6 times, or more often, is coked.

7. Ceramic material according to claim 1, obtainable by a method according to one of claims 2 to 6.

8. The ceramic molded body obtainable according to one of claims 2 to 6.

9. Use of a ceramic molded body according to claim 1 or one after the claims 2 to 6 available ceramic material for load-bearing work materials for construction parts, especially in highly corrosive environments, for use as brake discs, for plain bearings, sealing rings, cylinders treads, parts for external cladding for buildings with harsh conditions exposed environments, as underbody panels for self-supporting bodies, and due to epitaxial phenomena also for heating elements, high temperature transistors and surge arresters, as well as for semiconductors and as Material for light emitting diodes.