DE10126865B4

DE10126865B4 - Substrat und Verwendung des Substrats

Info

Publication number: DE10126865B4
Application number: DE2001126865
Authority: DE
Inventors: Raino Petričević; Martin Gurka; Gudrun Reichenauer
Original assignee: NEUE MATERIALIEN WUERZBURG GmbH; NEUE MATERIALIEN WUERZBURG GMB; Neue Materialien Wuerzburg GmbH; 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: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2021-06-02
Also published as: DE10126865A1

Abstract

Substrat, beschichtet mit einem hochporösen Kohlenstoffkörper (1), wobei ein den Kohlenstoffkörper (1) bildendes Kohlenstoffgerüst mit einer aus einem Precursor hergestellten, keramikartigen auf das Kohlenstoffgerüst aufgebrachten Oxidations-Schutzschicht (2) so überzogen ist, dass eine poröse Struktur erhalten bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Substrat mit einem Kohlenstoffkörper sowie eine Verwendung.
Nach dem Stand der Technik sind Kohlenstoffschäume bekannt. Dabei handelt es sich allgemein um höchporöse leichtgewichtige Materialien mit geringer Dichte. In der Literatur werden offenporige nach dem Sol-Gel-Verfahren hergestellte Schäume auch unter den Begriffen "Aerogel" oder "Xenogel" beschrieben. Daneben können ähnliche Schäume auch durch Pyrolyse expandierter 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 Anwesenheit 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 Kohlenstoffschäume 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 Dokument ist es ferner bekannt, daß der Precursor zur Beschich tung und Infiltration von aus Kohlenstoff hergestellten Substraten geeignet ist.
Die US 5,636,437 beschreibt die Herstellung von Kohlenstoffelektroden 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 eines organischen Schaums mit niedriger Dichte. Auch dabei wird von einem Gel ausgegangen, welches aus hydroxylisierten Benzen-Verbindungen, Aldehyden und in Anwesenheit eines Katalysators hergestellt worden ist.
Die EP 0 585 016 beschreibt die Herstellung eines porösen Kohlenstoffkörpers unter Verwendung eines aus Phenolharz gestellten 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 Benetzungseigenschaften lassen sie für ein weites Einsatzfeld interessant erscheinen.
Insbesondere bei Beaufschlagung von porösen Kohlenstoffelementen oder Kohlenstoffschäumen mit höheren Temperaturen, insbesondere mit Temperaturen von mehr als 400° C, wird das Material oxidiert. Infolge der Oxidation geht dessen mechanische Stabilität verloren.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein möglichst einfach und kostengünstig herstellbares Substrat angegeben werden, welches insbesondere bei höheren Temperaturen eine verbesserte mechanische Stabilität aufweist. Weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und die Verwendung geeigneter Maßnahmen zur Herstellung solcher Substrate anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2–10.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Substrat, beschichtet mit einem hochporösen Kohlenstoffkörper, vorgesehen, wobei ein den Kohlenstoffkörper bildendes Kohlenstoffgerüst mit einer aus einem Precursor hergestellten, keramikartigen, auf das Kohlenstoffgerüst aufgebrachten Oxidations-Schutzschicht so überzogen ist, dass eine poröse Struktur erhalten bleibt. Das Vorsehen einer derartigen Oxidations-Schutzschicht bewirkt eine erhebliche Verbesserung der thermischen Stabilität und der mechanischen Eigenschaften des Kohlenstoffkörpers insbesondere bei hohen Temperaturen. Der Kohlenstoffkörper besteht im wesentlichen aus einem Kohlenstoffgerüst, 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 Korrosionsbeständigkeit) wie keramische Materialien aufweist. Andererseits umfaßt der Begriff "keramikartiges Material" nicht nur keramische 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 überwiegend nichtmetallischen Verbindungen oder Elementen aufgebaute und mehr als 30 Vol.% kristalline Materialien definiert. Das nach der vorliegenden Erfindung beanspruchte keramikartige Material kann auch weniger als 30 Vol.% kristalline Anteile enthalten oder vollständig aus amorphen Phasen bestehen. Ferner kann das keramikartige Material einen höheren Anteil an organischen Verbindungen enthalten.
Der Kohlenstoffkörper kann aus einem hochporösen Kohlenstoffschaum, einem Kohlenstoffaerogel, Ruß, Fullerenen, Nanotubes, Kohlefasern, Kohlevliesen, Kohlegeweben, Kohlepapier oder aus einem Verbund mehrerer der vorgenannten Stoffe hergestellt sein. Der Kohlenstoffkörper kann auch mit Fasern verstärkt sein. Bei den Fasern kann es sich beispielsweise auch um aus Metalloxid, z.B. Aluminumoxid, hergestellte Fasern oder um Fasern organischen Ursprungs handeln.
Die Porosität des Kohlenstoffkörpers kann > 30%, vorzugsweise > 70%, sein. Derartige Kohlenstoffkörper sind besonders leicht. Sie eignen sich insbesondere für thermische Isolationszwecke.
Der Kohlenstoffkörper ist zweckmäßigerweise durch Pyrolyse eines weiteren Precursors hergestellt. Bei dem weiteren Precursor kann es sich um ein Phenolharz, ein Resorzinharz, Polyacrcylnitril oder einen anderen geeigneten Precursor handeln. Der weitere Precursor kann in Form eines Schaums, einer Faser, eines Vlieses, Gewebes, Pulvers oder eines Verbunds daraus vorliegen. Es wird in diesem Zusammenhang Bezug genommen auf den in der Beschreibungseinleitung genannten Stand der Technik, der soweit er Herstellungsverfahren von Kohlen stoffkörpern unter Verwendung von Precursorn betrifft, hiermit einbezogen wird.
Nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal kann ein den Kohlenstoffschaum bildendes Kohlenstoffgerüst mit der keramikartigen Oxidations-Schutzschicht so überzogen sein, daß die offenporige Struktur im wesentlichen erhalten bleibt. Solche Kohlenstoffkörper eigenen sich insbesondere zur Hochtemperatur-Isolation, zur Unterdrückung des Strahlungstransports in Dämmschichten, als Antihaftbeschichtung in der Metallgießtechnik und als Anti-Reflexionsschichten in optischen Geräten. Ferner eignen sie sich als elektrisch leitfähige Beschichtung in elektromagnetischen Abschirmungen oder für den Bau poröser Elektroden zum Einsatz in chemisch aggressiven Medien.
Es ist auch möglich, daß eine äußere Oberfläche des Kohlenstoffkörpers 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 Maßgabe der Erfindung ist der Kohlenstoffkörper auf ein Substrat aufgebracht. 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 Precursor hergestellt. Der Precursor kann viskos oder geschmolzen sein oder in Lösung vorliegen. Dabei kann es sich um eine oligosilazanhaltige Verbindung handeln. Die keramikartige Verbindung enthält zweckmäßiger- weise im wesentlichen Metalloxid, -carbid oder -nitrid. Bei dem Metall im Metalloxid kann es sich um Aluminium, 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.
Ein Verfahren zur Herstellung des Kohlenstoffkörpers kann folgende Schritte aufweisen:

a) Bereitstellen eines porösen Kohlenstoffelements,
b) Aufbringen des flüssigen Precursors auf die vor Oxidation zu schützenden Abschnitte der Oberfläche des Kohlenstoffelements 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 Lösung vorliegender Precursor verstanden. Das Kohlenstoffelement kann insbesondere ein Kohlenstoffschaum sein, welcher nach herkömmlichen Verfahren unter Verwendung eines weiteren Precursors hergestellt worden ist. Das Aufbringen des flüssigen Precursors kann erfolgen durch Aufspritzen, Tauchen, Infiltrieren, Spin-Coating usw.. Durch die Einstellung einer geeigneten Viskosität kann z.B. die Tiefe der Infiltration vorgegeben werden. Sofern das Kohlenstoffelement lediglich an seiner äußeren Oberfläche mit einer dichten Oxidations-Schutzschicht zu versehen ist, kann z.B. ein hochviskoser Precursor aufgebracht werden.
Die Pyrolyse bzw. das Tempern des Precursors erfolgt üblicherweise nach einer Trocknung desselben bei Temperaturen von etwa 150° C. Zur Pyrolyse werden Temperaturen von üblicherweise mehr als 300° C aufgebracht. Dabei entweichen im wesentlichen organische Reste. Zurück bleiben keramikartige im wesentlichen anorganische Verbindungen, wie z.B. Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid. Solche Verbindungen bilden eine dünne Schicht, welche fest auf der Oberfläche des Kohlenstoffs haftet. Sie schützt den Kohlenstoff vor Oxidation und Abrieb. Ferner ist der 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 des erfindungsgemäßen Substrats zur thermischen Isolation, als Anti-Haftbeschichtung, Anti-Reflexions-beschichtung oder als elektrisch leitfähiger Werkstoff beansprucht. In diesem Zusammenhang eignen sich als Kohlenstoffkörper insbesondere hochporöse Kohlenstoffschäume. Auch geeignet zur thermischen Isolation, insbesondere zur Herstellung dünner selbsttragender thermischer Isolationsschichten, sind Kohlenstoffkörper verstärkt mit Fasern.
Ein aus einem flüssigen Precursor hergestelltes keramikartiges Material kann als Schicht zum Schutz von Kohlenstoffpulvern oder von porösen Kohlenstoffelementen vor Oxidation ver wendet werden. Es ist in diesem Zusammenhang auch denkbar, z.B. zur Herstellung leitfähiger Materialien den flüssigen Precursor mit einem Kohlenstoffpulver zu versetzen, und einen mit dem keramikartigen Material gebundenen Kohlenstoffkörper herzustellen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Kohlenstoffkörpers,
2 eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Kohlenstoffkörpers,
3 eine schematische Querschnittsansicht eines dritten Kohlenstoffkörpers,
4 eine schematische Querschnittsansicht eines ersten Verbundwerkstoffs,
5 eine schematische Querschnittsansicht eines zweiten Verbundwerkstoffs,
6 eine schematische Querschnittsansicht eines dritten Verbundwerkstoffs,
7 eine schematische Querschnittsansicht eines vierten Verbundwerkstoffs und
8 eine schematische Querschnittsansicht eines fünften Verbundwerkstoffs.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines aus einem porösen Kohlenstoffelement 1 gebildeten ersten Kohlenstoffkörpers. 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 Beschichtung des Kohlenstoffelements 1 kann z.B. durch Infiltration mit einem flüssigen Precursor auf der Basis einer oligosilizanhaltigen Verbindung hergestellt werden. Aus dem Precurser kann nach Trocknung und Pyrolyse die keramikartige Schicht gebildet werden. Sie kann z.B. im wesentlichen aus Siliziumcarbid bestehen. Ein derartiger Kohlenstoffkörper eignet sich wegen seiner homogenen Beschichtung mit keramikartigem Material insbesondere zum Einsatz in der Gießereitechnik. Selbst bei einem Abrieb der oberen Schichten des Kohlenstoffkörpers ändern sich dessen durch die Oberfläche gegebenen Eigenschaften nicht.
Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform handelt es sich wiederum um einen monolithisch ausgebildeten Kohlenstoffkörper. Das z.B. aus einem hochporösen Kohlenstoffschaum hergestellte Kohlenstoffelement 1 ist hier lediglich an seiner äußeren Oberfläche mit dem keramikartigen Material 2 versiegelt. Diese Variante läßt sich relativ kostengünstig herstel len. Sie eignet sich insbesondere für die thermische Isolation bei hohen Temperaturen.
Bei dem in 3 gezeigten dritten Kohlenstoffkörper sind Kohlenstoffpartikel aufgenommen in einer aus dem keramikartigen Material gebildeten Matrix. Die Kohlenstoffpartikel können nach bekannten Verfahren, z.B. aus einem Aerogel, hergestellt 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 hervorragende mechanische Stabilität auf.
Die 4 bis 8 zeigen Verbundwerkstoffe. Mit 3 ist jeweils ein Substrat bezeichnet. Das Substrat 3 kann aus Metall, Graphit, Keramik, Glas, Kunststoff oder dgl. hergestellt sein. Es kann sich auch um einen halbleitenden Werkstoff handeln. Bei den in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Kohlenstoffkörper gemäß 1 mittels des keramikartigen Materials 2 auf das Substrat 3 geklebt. Eine solche Ausführungsform eignet sich besonders zur Herstellung einer Gießform. Das Substrat 3 kann hier aus Metall hergestellt sein.
Bei der in 5 gezeigten Ausführungsform ist ein Kohlenstoffkörper gemäß 2 auf einem Substrat 3 mittels des keramischen Materials 2 aufgeklebt. Die gezeigte Ausführungsform eignet sich z.B. zur thermischen Isolation. Das Substrat 3 kann z.B. aus einer Keramik hergestellt sein.
6 zeigt einen Verbundwerkstoff, bei dem ein Kohlenstoffkörper gemäß 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 7 gezeigten Ausführungsform ist ein Kohlenstoffelement 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 Lichtabsorbtionsvermögen aus.
8 zeigt ein Ausführungsbespiel für elektrische Anwendungen. Ein Kohlenstoffkörper gemäß 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 Wasser 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 einer Sandwichbauweise können auch mehrere Schichten übereinander hergestellt werden. Dieses "Sandwich" wird zuerst 24 Stunden bei Raumtemperatur, dann 24 Stunden bei 50°C und anschließend noch 24 Stunden bei 90°C gelagert. Dabei polymerisiert bzw. geliert der Ansatz zwischen den Glasplatten zu einem 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 organischen Aerogel unter Schutzgas (z.B. Argon) zu einem Kohlenstoffaerogel 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 einem Air-Brush beschichtet. Durch das Eindringen des gelösten Polysilazans in die Poren kommt es zu einer teilweise Bedeckung der inneren Oberfläche des Kohlenstoffaerogels. Durch anschließende Pyrolyse bei etwa 1300°C unter Stickstoffatmosphäre zersetzt sich das Polysilazan. Es bildet sich keramikartiges 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 Oberfläche des Aerogels kann bereits mit einer erfindungsgemäßen Oxidations-Schutzschicht versehen sein. Das aufgesprühte Polysiazan 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 Aceton bei erhöhter Temperatur sehr rasch verdunstet und die Eindringtiefe somit nur gering ist. Der auf diese Weise aufgebrachte Film hat eine Schmelztemperatur von etwa 80°C. Damit kann das Kohlenstoff-Aerogelplättchen durch Erhitzen über diese Schmelztemperatur hinaus und gleichzeitiges Anpressen in einfacher Weise auf ein beliebiges Substrat, wie z.B. Aluminium, aufgeklebt werden. Bei Temperaturen von über 100°C wandelt sich das schmelzbare ABSE-Polysilazan in eine unschmelzbare Form um, welche für eine sehr gute Haftung zwischen der Aerogelschicht und dem Substrat sorgt. Diese Haftschicht 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 Kohlenstoffaerogel-Schicht beträgt etwa 0.2 W/m K.
Beispiel 2
Herstellung eines oxidationsstabilisierten offenporigen Kohlenstoffschaumes aus Phenolharz:
1 kg Phenolharz (Bakelite 1240V) 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 Mischung 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 Schaumblock entformt.
Der Schaumblock wird gemäß Beispiel 1 unter Schutzgas pyrolysiert. Die Form und Struktur des Schaumblocks bleibt dabei im wesentlichen erhalten. Der gebildete Kohlenstoffschaum besitzt eine Dichte von etwa 50 kg/m³ und eine thermische Leitfähigkeit 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 Beispiel 1 erwähnten Polysilazan oder mit einem kommerziellen gasdichten Keramikleber (z.B. Autostick ^TM/Carton Brown & Partners Ltd., Temperaturbeständigkeit bis 1100°C). Die auf diese Weise hergestellten an ihrer äußern Oberfläche versiegelten Kohlenstoffkörper lassen sich zur Hochtemperaturwärmedämmung 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 Lösungsmittel, wie z.B. Aceton, aufgelöst und verdünnt. In einem Massenverhältnis 4:1 bezüglich Polysilazan ABSE wird ein hochporöses Kohlenstoffpulver (z.B. Ruß oder Nanofasern) beigemengt und durch Rühren oder mittels Ultraschall homogen dispergiert. Anschließend wird diese Dispersion auf Substrate durch Tauchen oder Sprühen aufgetragen. Nachdem das Lösungsmittel verdunstet ist bildet sich eine homogene und stabile Kohlenstoffschicht in der Polysilazan-Matrix auf der Oberfläche. Durch anschließende Temperaturbehandlung mit Temperaturen von mehr als 300°C beginnt das Polysilazan zu keramisieren. 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

Substrat, beschichtet mit einem hochporösen Kohlenstoffkörper (1), wobei ein den Kohlenstoffkörper (1) bildendes Kohlenstoffgerüst mit einer aus einem Precursor hergestellten, keramikartigen auf das Kohlenstoffgerüst aufgebrachten Oxidations-Schutzschicht (2) so überzogen ist, dass eine poröse Struktur erhalten bleibt.
Substrat nach Anspruch 1, wobei der Kohlenstoffkörper (1) aus einem hochporösen Kohlenstoffschaum, einem Kohlenstoffaerogel, Ruß, Fullerenen, Nanotubes, Kohlefasern, Kohlevliesen, Kohlegeweben, Kohlepapier oder aus einem Verbund mehrerer der vorgenannten Stoffe hergestellt ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kohlenstoffkörper (1) mit Fasern verstärkt ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Porosität des Kohlenstoffkörpers (1) > 30%, vorzugsweise > 70%, ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kohlenstoffkörper (1) durch Pyrolyse eines weiteren Precursors hergestellt ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kohlenstoffkörper (1) mittels des keramikartigen Materials aufgeklebt ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das keramikartige Material aus einem flüssigen, viskosen, ge schmolzenen oder in Lösung vorliegenden Precursor hergestellt ist.
Substrat nach Anspruch 7, wobei der Precursor eine oligosilazanhaltige Verbindung ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die keramikartige Oxidations-Schutzschicht (2) durch Pyrolyse des auf das Kohlenstoffgerüst aufgebrachten Precursors hergestellt ist.
Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das keramikartige Material im wesentlichen Metalloxid, -carbid oder -nitrid enthält.
Verwendung des Substrats nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur thermischen Isolation, als Anti-Haftbeschichtung, Anti-Reflexionsbeschichtung oder als elektrisch leitfähiger Werkstoff.