DE10126865A1

DE10126865A1 - Kohlenstoffkörper und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE10126865A1
Application number: DE2001126865
Authority: DE
Inventors: Raino Petricevic; Martin Gurka; Gudrun Reichenauer
Original assignee: NEUE MATERIALIEN WUERZBURG GmbH; NEUE MATERIALIEN WUERZBURG GMB; Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV; ZAE Bayern Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Current assignee: Bayerisches Zentrum fuer Angewandte Energieforschung eV
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2021-06-02
Also published as: DE10126865B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kohlenstoffkörper, hergestellt aus einem porösen Kohlenstoffelement (1) mit einer aus einem keramikartigen Material (2) hergestellten Oxidationsschutzschicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kohlenstoffkörper, ein Substrat mit einem Kohlenstoffkörper, ein Verfahren zur Herstellung des Kohlenstoffkörpers sowie eine Verwendung.

Nach dem Stand der Technik sind Kohlenstoffschäume bekannt. Dabei handelt es sich allgemein um höchporöse leichtgewichti ge Materialien mit geringer Dichte. In der Literatur werden offenporige nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellte Schäume auch unter den Begriffen "Aerogel" oder "Xenogel" beschrie ben. Daneben können ähnliche Schäume auch durch Pyrolyse ex pandierter Kunststoffe, z. B. Polyäthylen, hergestellt werden.

Aus der US 4,873,218 ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffschaums bekannt. Dabei wird aus einer Mischung von Polyhydroxybenzen und Formaldehyd in Anwe senheit eines basischen Katalysators ein Gel hergestellt. Das Gel wird anschließend getrocknet und, dann auf Temperaturen von 600 bis 1200°C aufgeheizt, so daß ein Kohlenstoffschaum sich bildet.

Die DE 199 39 062 A1 beschreibt die Verwendung von nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellten offenporigen Kohlenstoff schäume als Kernwerkstoff für den Formguß. Die DE 199 11 847 A1 offenbart in ähnlicher Weise einen aus einem hochporösen Kohlenstoffschaum hergestellten Formstoff.

Die DE 198 47 352 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines oligosilazanhaltigen Kondensationsprodukts als Vorstufe bzw. Precursor für ein keramisches Material. Aus diesem Doku ment ist es ferner bekannt, daß der Precursor zur Beschich tung und Infiltration von aus Kohlenstoff hergestellten Sub straten geeignet ist.

Die US 5,636,437 beschreibt die Herstellung von Kohlenstoff elektroden aus einem aus Phenolharz gebildeten Precursor.

Die US 5,626,977 offenbart eine aus einem Kohlenstoffschaum hergestellte Elektrode. Der Kohlenstoffschaum ist dabei durch Pyrolyse eines organischen aus Polyhydroxybenzen-Verbindungen hergestellten Percursors gebildet.

Die US 5,945,084 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung ei nes organischen Schaums mit niedriger Dichte. Auch dabei wird von einem Gel ausgegangen, welches aus hydroxylisierten Ben zen-Verbindungen, Aldehyden und in Anwesenheit eines Kataly sators hergestellt worden ist.

Die EP 0 585 016 beschreibt die Herstellung eines porösen Kohlenstoffkörpers unter Verwendung eines aus Phenolharz ge stellten Precursors.

Die nach dem Stand der Technik bekannten Kohlenstoffschäume eignen sich wegen ihrer feinen Porenstruktur insbesondere zur thermischen Isolierung. Auch ihre elektrische Leitfähigkeit, ihre optischen Eigenschaften sowie ihre Benetzungseigenschaf ten lassen sie für ein weites Einsatzfeld interessant er scheinen.

Insbesondere bei Beaufschlagung von porösen Kohlenstoffele menten oder Kohlenstoffschäumen mit höheren Temperaturen, insbesondere mit Temperaturen von mehr als 400°C, wird das Material oxidiert. Infolge der Oxidation geht dessen mechani sche Stabilität verloren.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfach und kostengünstig herstellbarer Kohlenstoffkörper an gegeben werden, welcher insbesondere bei höheren Temperaturen eine verbesserte mechanische Stabilität aufweist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und die Verwen dung geeigneter Maßnahmen zur Herstellung solcher Kohlen stoffkörper anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 14 und 15 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2-13 und 16-21.

Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Kohlenstoffkörper vorgese hen, hergestellt aus einem porösen Kohlenstoffelement mit ei ner aus einem keramikartigen Material hergestellten Oxida tions-Schutzschicht. Das Vorsehen einer derartigen Oxida tions-Schutzschicht bewirkt eine erhebliche Verbesserung der thermischen Stabilität und der mechanischen Eigenschaften des Kohlenstoffkörpers insbesondere bei hohen Temperaturen. Der Kohlenstoffkörper kann im wesentlichen aus einem Kohlenstoff gerüst bestehen, dessen Oberfläche ganz oder teilweise mit dem keramikartigen Material beschichtet ist.

Vorliegend wird unter dem Begriff "keramikartiges Material" ein Material verstanden, daß ähnliche Eigenschaften (z. B. Härte, Abriebfestigkeit, Temperatur- und Korrosionsbeständig keit) wie keramische Materialien aufweist. Andererseits um faßt der Begriff "keramikartiges Material" nicht nur kerami sche Materialien, die in technischen Lexika (z. B. Römpp Che mie-Lexikon, 9. Auflage, Thieme-Verlag) gegebene Definition erfüllen. Dort sind Keramiken als aus anorganischen und über wiegend nichtmetallischen Verbindungen oder Elementen aufge baute und mehr als 30 Vol.% kristalline Materialien defi niert. Das nach der vorliegenden Erfindung beanspruchte kera mikartige Material kann auch weniger als 30 Vol.% kristalline Anteile enthalten oder vollständig aus amorphen Phasen beste hen. Ferner kann das keramikartige Material einen höheren An teil an organischen Verbindungen enthalten.

Das Kohlenstoffelement kann aus einem hochporösen Kohlen stoffschaum, einem Kohlenstoffaerogel, Ruß, Fullerenen, Nano tubes, Kohlefasern, Kohlevliesen, Kohlegeweben, Kohlepapier oder aus einem Verbund mehrerer der vorgenannten Stoffe her gestellt sein. Das Kohlenstoffelement kann auch mit Fasern verstärkt sein. Bei den Fasern kann es sich beispielsweise auch um aus Metalloxid, z. B. Aluminumoxid, hergestellte Fa sern oder um Fasern organischen Ursprungs handeln.

Die Porosität des Kohlenstoffelements kann < 30%, vorzugswei se < 70%, sein. Derartige Kohlenstoffelemente sind besonders leicht. Sie eignen sich insbesondere für thermische Isolati onszwecke.

Das Kohlenstoffelement ist zweckmäßigerweise durch Pyrolyse eines ersten Precursors hergestellt. Bei dem ersten Precursor kann es sich um ein Phenolharz, ein Resorzinharz, Polyacrcyl nitril oder einen anderen geeigneten Precursor handeln. Der erste Precursor kann in Form eines Schaums, einer Faser, ei nes Vlieses, Gewebes, Pulvers oder eines Verbunds daraus vor liegen. Es wird in diesem Zusammenhang Bezug genommen auf den in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik, der soweit er Herstellungsverfahren von Kohlenstoffelementen unter Verwendung von Precursorn betrifft, hiermit einbezogen wird.

Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal kann ein den Koh lenstoffschaum bildendes Kohlenstoffgerüst mit der keramikar tigen Oxidations-Schutzschicht so überzogen sein, daß die of fenporige Struktur im wesentlichen erhalten bleibt. Solche Kohlenstoffkörper eigenen sich insbesondere zur Hochtempera tur-Isolation, zur Unterdrückung des Strahlungstransports in Dämmschichten, als Antihaftbeschichtung in der Metallgieß technik und als Anti-Reflexionsschichten in optischen Gerä ten. Ferner eignen sie sich als elektrisch leitfähige Be schichtung in elektromagnetischen Abschirmungen oder für den Bau poröser Elektroden zum Einsatz in chemisch aggressiven Medien.

Es ist auch möglich, daß eine äußere Oberfläche des Kohlen stoffelements mit der keramikartigen Oxidations-Schutzschicht versiegelt ist. Ein solcher Kohlenstoffkörper ist besonders kostengünstig herzustellen. Es muß nur eine relativ geringe Menge an keramikartiger Oxidations-Schutzschicht aufgewendet werden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann der Kohlenstoffkörper auf einem Substrat aufgebracht sein. Der Kohlenstoffkörper kann mittels des keramikartigen Materials auf dem Substrat aufgeklebt sein. Der vorgeschlagene Verbundwerkstoff zeichnet sich durch hervorragende thermische Isolationseigenschaften und eine bemerkenswerte mechanische Stabilität aus. Er eignet sich insbesondere zur Herstellung von Formen und Tiegeln in der Gießereitechnik.

Das keramikartige Material ist zweckmäßigerweise aus einem flüssigen zweiten Precursor hergestellt. Der zweite Precursor kann auch löslich, viskos oder geschmolzen sein oder in Lö sung vorliegen. Dabei kann es sich um eine oligosilazanhalti ge Verbindung handeln. Die keramikartige Verbindung enthält zweckmäßigerweise im wesentlichen Metalloxid, -carbid oder - nitrid. Bei dem Metall im Metalloxid kann es sich um Alumini um, Silizium, Titan, Zirkon, Chrom usw. handeln. Wegen der Herstellung der keramikartigen Verbindung unter Verwendung oligosilazanhaltiger Verbindungen wird auf die DE 198 47 352 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit einbezogen wird.

Nach weiterer Maßgabe der Erfindung ist ein Substrat be schichtet mit einem erfindungsgemäßen Kohlenstoffkörper vor gesehen.

Ferner ist vorgesehen ein Verfahren zur Herstellung eines er findungsgemäßen Kohlenstoffkörpers mit folgenden Schritten:

a) Bereitstellen des porösen Kohlenstoffelements,
b) Aufbringen des flüssigen zweiten Precursors auf die vor Oxidation zu schützenden Abschnitte der Oberfläche des Koh lenstoffelements und
c) Pyrolyse des Precursors, so daß auf der Oberfläche eine keramikartige Schicht gebildet wird.

Unter dem Begriff "flüssiger Precursor" wird hier auch ein viskoser oder durch Schmelzen verflüssigter oder ein in Lö sung vorliegender Precursor verstanden. Das Kohlenstoffele ment kann insbesondere ein Kohlenstoffschaum sein, welcher nach herkömmlichen Verfahren unter Verwendung eines ersten Precursors hergestellt worden ist. Das Aufbringen des flüssi gen zweiten Precursors kann erfolgen durch Aufspritzen, Tau chen, Infiltrieren, Spin-Coating usw.. Durch die Einstellung einer geeigneten Viskosität kann z. B. die Tiefe der Infiltra tion vorgegeben werden. Sofern das Kohlenstoffelement ledig lich an seiner äußeren Oberfläche mit einer dichten Oxida tions-Schutzschicht zu versehen ist, kann z. B. ein hochvisko ser zweiter Precursor aufgebracht werden.

Die Pyrolyse bzw. das Tempern des Precursors erfolgt übli cherweise nach einer Trocknung desselben bei Temperaturen von etwa 150°C. Zur Pyrolyse werden Temperaturen von üblicher weise mehr als 300°C aufgebracht. Dabei entweichen im we sentlichen organische Reste. Zurück bleiben keramikartige im wesentlichen anorganische Verbindungen, wie z. B. Aluminium oxid, Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid. Solche Verbindungen bilden eine dünne Schicht, welche fest auf der Oberfläche des Kohlenstoffs haftet. Sie schützt den Kohlenstoff vor Oxidati on und Abrieb. Ferner ist der zweite flüssige Precursor auch dazu geeignet, poröse Kohlenstoffelemente auf ein Substrat aufzukleben. Die bei der Pyrolyse ausgebildete keramikartige Schicht eignet sich überraschenderweise zur Herstellung einer besonders festen Verbindung mit dem Substrat.

Erfindungsgemäß wird weiter die Verwendung eines Kohlenstoff körpers, hergestellt aus einem porösen Kohlenstoffelement mit einer keramikartigen Oxidations-Schutzschicht zur thermischen Isolation, als Anti-Haftbeschichtung, Anti-Reflexions beschichtung oder als elektrisch leitfähiger Werkstoff bean sprucht. In diesem Zusammenhang eignen sich als poröse Kera mikelemente insbesondere hochporöse Kohlenstoffschäume. Auch geeignet zur thermischen Isolation, insbesondere zur Herstel lung dünner selbsttragender thermischer Isolationsschichten, sind erfindungsgemäße Kohlenstoffelemente verstärkt mit Fa sern.

Weiter beansprucht wird die Verwendung eines aus einem flüs sigen Precursor hergestellten keramikartigen Materials als Schicht zum Schutz von Kohlenstoffpulvern oder von porösen Kohlenstoffelementen vor Oxidation. Es ist in diesem Zusam menhang auch denkbar, z. B. zur Herstellung leitfähiger Mate rialien den zweiten flüssigen Precursor mit einem Kohlen stoffpulver zu versetzen, und einen mit dem keramikartigen Material gebundenen Kohlenstoffkörper herzustellen.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Kohlenstoffkörpers,

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Kohlenstoffkörpers,

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht eines dritten Kohlenstoffkörpers,

Fig. 4 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Verbundwerkstoffs,

Fig. 5 eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Verbundwerkstoffs,

Fig. 6 eine schematische Querschnittsansicht eines dritten Verbundwerkstoffs,

Fig. 7 eine schematische Querschnittsansicht eines vierten Verbundwerkstoffs und

Fig. 8 eine schematische Querschnittsansicht eines fünften Verbundwerkstoffs.

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines aus einem porösen Kohlenstoffelement 1 gebildeten ersten Kohlen stoffkörpers. Das Kohlenstoffelement 1 weist eine Porosität von mehr als 30% auf. Es kann z. B. durch Pyrolyse aus einem Phenolharz hergestellt sein. Mit 2 ist eine die Kohlenstoff- Partikel bzw. das Kohlenstoffgerüst umgebende keramikartige Schicht bezeichnet. Die keramikartige Schicht 2 umgibt das Kohlenstoffelement 1 sowohl an seiner äußeren Oberfläche als auch das Kohlenstoffgerüst im Inneren. Eine solche Beschich tung des Kohlenstoffelements 1 kann z. B. durch Infiltration mit einem flüssigen Precurser auf der Basis einer oligosili zanhaltigen Verbindung hergestellt werden. Aus dem Precurser kann nach Trocknung und Pyrolyse die keramikartige Schicht gebildet werden. Sie kann z. B. im wesentlichen aus Silizium carbid bestehen. Ein derartiger Kohlenstoffkörper eignet sich wegen seiner homogenen Beschichtung mit keramikartigem Mate rial insbesondere zum Einsatz in der Gießereitechnik. Selbst bei einem Abrieb der oberen Schichten des Kohlenstoffkörpers ändern sich dessen durch die Oberfläche gegebenen Eigenschaf ten nicht.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform handelt es sich wiederum um einen monolithisch ausgebildeten Kohlenstoffkör per. Das z. B. aus einem hochporösen Kohlenstoffschaum herge stellte Kohlenstoffelement 1 ist hier lediglich an seiner äu ßeren Oberfläche mit dem keramikartigen Material 2 versie gelt. Diese Variante läßt sich relativ kostengünstig herstel len. Sie eignet sich insbesondere für die thermische Isolati on bei hohen Temperaturen.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten dritten Kohlenstoffkörper sind Kohlenstoffpartikel aufgenommen in einer aus dem keramikarti gen Material gebildeten Matrix. Die Kohlenstoffpartikel kön nen nach bekannten Verfahren, z. B. aus einem Aerogel, herge stellt sein. Sie sind in der Matrix derart dicht gepackt, daß über den Körper durchgehende Kontaktwege gebildet sind. Die gezeigte Variante eignet sich insbesondere zur Herstellung von Elektroden oder Schaltelementen. Sie weist eine hervorra gende mechanische Stabilität auf.

Die Fig. 4 bis 8 zeigen Verbundwerkstoffe. Mit 3 ist jeweils ein Substrat bezeichnet. Das Substrat 3 kann aus Metall, Gra phit, Keramik, Glas, Kunststoff oder dgl. hergestellt sein. Es kann sich auch um einen halbleitenden Werkstoff handeln. Bei den in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Koh lenstoffkörper gemäß Fig. 1 mittels des keramikartigen Mate rials 2 auf das Substrat 3 geklebt. Eine solche Ausführungs form eignet sich besonders zur Herstellung einer Gießform. Das Substrat 3 kann hier aus Metall hergestellt sein.

Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist ein Kohlen stoffkörper gemäß Fig. 2 auf einem Substrat 3 mittels des ke ramischen Materials 2 aufgeklebt. Die gezeigte Ausführungs form eignet sich z. B. zur thermischen Isolation. Das Substrat 3 kann z. B. aus einer Keramik hergestellt sein.

Fig. 6 zeigt einen Verbundwerkstoff, bei dem ein Kohlenstoff körper gemäß Fig. 1 zusätzlich an seiner äußeren Oberfläche mit dem keramischen Material 2 versiegelt ist. Diese Variante weist eine besonders hohe mechanische Stabilität auf.

Bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist ein Kohlen stoffelement 1 mittels des keramikartigen Materials 2 auf ein Substrat 3 aufgeklebt. Diese Variante eignet sich besonders für optische Anwendungen. Das poröse Kohlenstoffelement 1 zeichnet sich durch ein besonders hohes Lichtabsorbtionsver mögen aus.

Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbespiel für elektrische Anwendun gen. Ein Kohlenstoffkörper gemäß Fig. 4 ist hier auf einem z. B. aus Metall hergestellten Substrat 3 aufgebracht.

Beispiel 1 a) Herstellung einer porösen Kohlenstoffaerogel-Schicht

Es werden 100 g Formaldehyd (F), 75 g Resorcin (R) und 10 g Natriumcarbonat bei Raumtemperatur unter Rühren in 200 g Was ser gelöst. Anschließend wird ein Kohlefaservlies (z. B. SPC 7011 der Fa. SGL Carbon) mit dem Ansatz solange getränkt bis das Kohlefaservlies vollständig benetzt ist. Das getränkte Kohlefaservlies wird zwischen zwei Glasplatten (Spiegelglas) gepreßt und mit Frischhaltefolie luftdicht eingepackt. In ei ner Sandwichbauweise können auch mehrere Schichten übereinan der hergestellt werden. Dieses "Sandwich" wird zuerst 24 Stunden bei Raumtemperatur, dann 24 Stunden bei 50°C und an schließend noch 24 Stunden bei 90°C gelagert. Dabei polymeri siert bzw. geliert der Ansatz zwischen den Glasplatten zu ei nem porösen, organischen Resorcin-Formaldehyd (RF)-Naßgel aus. Nach Entfernen der Frischhaltefolie und der Glasplatten und einem 24-stündigen Lösungsmitteltausch in Aceton, wird das RF-Naßgel bei Umgebungsdruck und Raumtemperatur an Luft getrocknet. Als Resultat erhält man das sogenannte RF-Aerogel mit Porendurchmessern von 0.1-1.0 µm und einer Porosität von etwa 80%. Bei Temperaturen von etwa 800°C wird dieses orga nischen Aerogel unter Schutzgas (z. B. Argon) zu einem Kohlen stoffaerogel pyrolysiert. Die Morphologie und Porosität des organischen Vorläufers bleibt dabei im wesentlichen erhalten. Der durch die Pyrolyse bewirkte Massenverlust beträgt etwas mehr als 50%.

b) Beschichtung mit Polymerkeramik

Ein offenporiges Kohlenstoffaerogel wird mit einer in Aceton im Verhältnis 1 : 20 verdünnten Lösung eines Polysilazans (z. B. das Polysilazan ABSE/IMA Bayreuth) durch Aufsprühen mit ei nem Air-Brush beschichtet. Durch das Eindringen des gelösten Polysilazans in die Poren kommt es zu einer teilweise Bedec kung der inneren Oberfläche des Kohlenstoffaerogels. Durch anschließende Pyrolyse bei etwa 1300°C unter Stickstoffatmo sphäre zersetzt sich das Polysilazan. Es bildet sich keramik artiges Siliziumnitrid bzw. Siliziumcarbid. Ab etwa 1450°C verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Siliziumcarbid. Durch eine Beschichtung mit etwa 10 Gew.% Polysilazan wird bereits eine deutliche Verbesserung der Oxidationsstabilität des Kohlenstoffaerogels erzielt.

c) Aufkleben auf ein Substrat

In Aceton gelöstes Polysilazan wird mittels Sprühen auf die Oberfläche eines auf etwa 50°C erwärmten Kohlenstoff- Aerogelplättchens mit einem Air-Brush aufgebracht. Die Ober fläche des Aerogels kann bereits mit einer erfindungsgemäßen Oxidations-Schutzschicht versehen sein. Das aufgesprühte Po lysiazan wird anschließend getrocknet. Auf diese Weise läßt sich ein kristalliner Film aus aufschmelzbarem Polysilazan mit einer Dicke von 10-20 µm auf dem Kohlenstoff- Aerogelplättchen herstellen. Durch das Erwärmen auf 50°C wird eine weitere Infiltration in das Aerogel verhindert, da Ace ton bei erhöhter Temperatur sehr rasch verdunstet und die Eindringtiefe somit nur gering ist. Der auf diese Weise auf gebrachte Film hat eine Schmelztemperatur von etwa 80°C. Da mit kann das Kohlenstoff-Aerogelplättchen durch Erhitzen über diese Schmelztemperatur hinaus und gleichzeitiges Anpressen in einfacher Weise auf ein beliebiges Substrat, wie z. B. Alu minium, aufgeklebt werden. Bei Temperaturen von über 100°C wandelt sich das schmelzbare ABSE-Polysilazan in eine un schmelzbare Form um, welche für eine sehr gute Haftung zwi schen der Aerogelschicht und dem Substrat sorgt. Diese Haft schicht kann ebenfalls ab einer Temperatur von 400°C weiter keramisiert werden. Die Verklebung besitzt auf Keramik- oder Kohlenstoffsubstraten eine Temperaturstabilität bis weit über 1000°C. Bei Metallsubstraten wird die Stabilität des Verbunds durch den Ausdehnungskoeffizienten des Metalls begrenzt. Die Wärmeleitfähigkeit der auf diese Weise aufgeklebten Kohlen stoffaerogel-Schicht beträgt etwa 0.2 W/m K.

Beispiel 2 Herstellung eines oxidationsstabilisierten offenporigen Koh lenstoffschaumes aus Phenolharz

1 kg Phenolharz (Bakelite 1240 V) wird mit 30 g Bakelite- Zusatzmittel Z179 und 100 g 65%ige Phenol-4-Sulfonsäure sowie 100 g n-Pentan homogen vermischt. Anschließend wird die Mi schung in einen Hohlkörper mit der gewünschten Zielform und etwa dem 30-fachen Volumen des Ansatzes gegossen. Bei etwa 50-90°C beginnt der Ansatz zu schäumen und es entsteht ein offenporiger Phenolharzschaum mit einer Porosität von etwa 98 %. Die Form wird bei diesem Schäumungsprozeß vollständig aus gefüllt. Das überschüssige Phenolharz schäumt aus dem Speiser der Form heraus. Anschließend wird der hergestellte Schaum block entformt.

Der Schaumblock wird gemäß Beispiel 1 unter Schutzgas pyroly siert. Die Form und Struktur des Schaumblocks bleibt dabei im wesentlichen erhalten. Der gebildete Kohlenstoffschaum be sitzt eine Dichte von etwa 50 kg/m³ und eine thermische Leit fähigkeit von weniger als 0.2 W/m K. Unter Schutzgas erfolgt das Aufbringen einer Oxidations-Schutzschicht auf der äußeren Oberfläche des Kohlenstoffschaums entweder mit dem in Bei spiel 1 erwähnten Polysilazan oder mit einem kommerziellen gasdichten Keramikleber (z. B. Autostick™/Carton Brown &. Partners Ltd., Temperaturbeständigkeit bis 1100°C). Die auf diese Weise hergestellten an ihrer äußern Oberfläche versie gelten Kohlenstoffkörper lassen sich zur Hochtemperaturwärme dämmung in Ofen-Muffeln oder in Vakuum-Paneelen einsetzen.

Beispiel 3

Das in Beispiel 1 beschriebene genannte Polysilazan ABSE wird in einem Massenverhältnis von 1 : 10 mit einem gängigen Lö sungsmittel, wie z. B. Aceton, aufgelöst und verdünnt. In ei nem Massenverhältnis 4 : 1 bezüglich Polysilazan ABSE wird ein hochporöses Kohlenstoffpulver (z. B. Ruß oder Nanofasern) bei gemengt und durch Rühren oder mittels Ultraschall homogen dispergiert. Anschließend wird diese Dispersion auf Substrate durch Tauchen oder Sprühen aufgetragen. Nachdem das Lösungs mittel verdunstet ist bildet sich eine homogene und stabile Kohlenstoffschicht in der Polysilazan-Matrix auf der Oberflä che. Durch anschließende Temperaturbehandlung mit Temperatu ren von mehr als 300°C beginnt das Polysilazan zu keramisie ren. Abhängig von der Technik und der Anzahl der Beschichtun gen lassen sich auf diese Weise Schichtdicken von einigen µm bis hin zu einigen hundert µm und Dichten von etwa 700 kg/m³ realisieren. Die Wärmeleitfähigkeit der Schicht beträgt je Füllgrad des Kohlenstoffs zwischen 2 W/m K und 0.5 W/m K. Die Porosität des hergestellten Kohlenstoffkörpers liegt bei etwa 50%.

Claims

1. Kohlenstoffkörper hergestellt aus einem porösen Kohlen stoffelement (1) mit einer aus einem keramikartigen Material hergestellten Oxidations-Schutzschicht (2).

2. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kohlenstoffelement (1) aus einem hochporösen Koh lenstoffschaum, einem Kohlenstoffaerogel, Ruß, Fullerenen, Nanotubes, Kohlefasern, Kohlevliesen, Kohlegeweben, Kohlepa pier oder aus einem Verbund mehrerer der vorgenannten Stoffe hergestellt ist.

3. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kohlenstoffelement (1) mit Fasern verstärkt ist.

4. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Porosität der Kohlenstoffelements (1) < 30%, vor zugsweise < 70%, ist.

5. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kohlenstoffelement (1) durch Pyrolyse eines ersten Precursors hergestellt ist.

6. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein den Kohlenstoffschaum bildendes Kohlenstoffgerüst mit der keramikartigen Oxidations-Schutzschicht (2) so über zogen ist, daß die offenporige Struktur im wesentlichen er halten bleibt.

7. Kohlenstoffkörper nach Anspruch 1, wobei eine äußere Ober fläche des Kohlenstoffelements (1) mit der keramikartigen Oxidations-Schutzschicht (2) versiegelt ist.

8. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kohlenstoffkörper auf einem Substrat (3) aufge bracht ist.

9. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kohlenstoffkörper mittels des keramikartigen Mate rials auf das Substrat (3) aufgeklebt ist.

10. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei das keramikartige Material aus einem flüssigen, viskosen, geschmolzenen oder in Lösung vorliegenden zweiten Precursor hergestellt ist.

11. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei der zweite Precursor eine oligosilazanhaltige Ver bindung ist.

12. Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei das keramikartige Material im wesentlichen Metall oxid, -carbid oder -nitrid enthält.

13. Substrat beschichtet mit einem Kohlenstoffkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

14. Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstoffkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit folgenden Schritten:

a) Bereitstellen des porösen Kohlenstoffelements (1),
b) Aufbringen des flüssigen zweiten Precursors auf die vor Oxidation zu schützenden Abschnitte der Oberfläche des Koh lenstoffelements (1) und
c) Pyrolyse des Precursors, so daß auf der Oberfläche eine keramikartige Schicht (2) gebildet wird.

15. Verwendung eines Kohlenstoffkörpers hergestellt aus ei nem porösen Kohlenstoffelement (1) mit einer keramikartigen Oxidations-Schutzschicht (2) zur thermischen Isolation, als Anti-Haftbeschichtung, Anti-Reflexionsbeschichtung oder als elektrisch leitfähiger Werkstoff.

16. Verwendung eines aus einem flüssigen Precursor herge stellten keramikartigen Materials (2) als Schicht zum Schutz von Kohlenstoffpulvern oder von porösen Kohlenstoffelementen (1) vor Oxidation.

17. Verwendung nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei das Kohlenstoffelement (1) aus einem hochporösen Kohlenstoff schaum, einem Kohlenstoffaerogel, Ruß, Fullerenen, Nanotubes, Kohlefasern, Kohlevliesen, Kohlegeweben, Kohlepapier oder aus einem Verbund mehrerer der vorgenannten Stoffe hergestellt ist.

18. Verwendung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das Kohlenstoffelement (1) mit Fasern verstärkt ist.

19. Verwendung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Porosität der Kohlenstoffelements (1) < 30%, vorzugsweise < 70%, ist.

20. Verwendung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Kohlenstoffelement (1) durch Pyrolyse eines ersten Precursor hergestellt ist.

21. Verwendung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei ein den Kohlenstoffschaum bildendes Kohlenstoffgerüst mit der ke ramikartigen Oxidations-Schutzschicht so überzogen ist, daß die offenporige Struktur im wesentlichen erhalten bleibt.