DE10143015A1 - Method of making composite from porous fiber-reinforced carbon preform and metal alloy forming carbides involves forming silicon carbide layer on the capillaries, holding metal alloy above melting point and detaching silicon carbide layers - Google Patents

Method of making composite from porous fiber-reinforced carbon preform and metal alloy forming carbides involves forming silicon carbide layer on the capillaries, holding metal alloy above melting point and detaching silicon carbide layers

Info

Publication number
DE10143015A1
DE10143015A1 DE10143015A DE10143015A DE10143015A1 DE 10143015 A1 DE10143015 A1 DE 10143015A1 DE 10143015 A DE10143015 A DE 10143015A DE 10143015 A DE10143015 A DE 10143015A DE 10143015 A1 DE10143015 A1 DE 10143015A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
preform
metal alloy
fibers
alloy
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10143015A
Other languages
German (de)
Other versions
DE10143015C2 (en
Inventor
Jens Schmidt
Martin Fries
Walter Krenkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV filed Critical Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority to DE10143015A priority Critical patent/DE10143015C2/en
Publication of DE10143015A1 publication Critical patent/DE10143015A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10143015C2 publication Critical patent/DE10143015C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B30/00Compositions for artificial stone, not containing binders
    • C04B30/02Compositions for artificial stone, not containing binders containing fibrous materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/52Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbon, e.g. graphite
    • C04B35/522Graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/6269Curing of mixtures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62844Coating fibres
    • C04B35/62857Coating fibres with non-oxide ceramics
    • C04B35/6286Carbides
    • C04B35/62863Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62884Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents by gas phase techniques
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62897Coatings characterised by their thickness
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C04B35/83Carbon fibres in a carbon matrix
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/89Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/04Pretreatment of the fibres or filaments by coating, e.g. with a protective or activated covering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C49/00Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00905Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms
    • C04B2111/00913Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms as ceramic preforms for the fabrication of metal matrix comp, e.g. cermets
    • C04B2111/00922Preforms as such
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817Carbides
    • C04B2235/3826Silicon carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/402Aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/404Refractory metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/407Copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/408Noble metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428Silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5216Inorganic
    • C04B2235/524Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5244Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/614Gas infiltration of green bodies or pre-forms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/616Liquid infiltration of green bodies or pre-forms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74Physical characteristics
    • C04B2235/77Density
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase

Abstract

Method of making composite from porous fiber-reinforced carbon preform and metal alloy forming carbides involves exposing preform to silicon or silicon compounds, forming silicon carbide layer with carbon from the preform on the capillaries, holding metal alloy above melting point and detaching silicon carbide layers. Preform porosity is adjusted to 10 vol% - 60 vol%, with capillary structure. Infiltration exploits capillary effect. The body is supplied with silicon and/or silicon compounds in a liquid or gaseous phase. A silicon carbide (SiC) layer is formed with carbon from the preform, to a thickness exceeding 10 mu m, on the capillaries. Preform carbon content is sufficient to leave free carbon available for metal carbide formation. Metal alloy is held above its melting point and the silicon carbide layers detach. Alloying components form metal carbide from the free carbon. Together with SiC and residual metal alloy, these fill out the matrix of the composite.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, bei dem eine poröse Preform aus faserverstärktem Kohlenstoff bereitgestellt wird, in die eine Metalllegierung mit einem ein Metallkarbid bildenden Legierungsbestandteil in flüssiger Phase zugeführt wird. The present invention relates to a method for producing a composite material, in which a porous preform made of fiber-reinforced carbon is provided in the a metal alloy with an alloy component forming a metal carbide in liquid phase is supplied.

Mit dem Ziel, neuartige Verbundwerktstoffe herzustellen, wurden Versuche unternommen, Kohlenstofffasern (C-Fasern) mit Metallen zu mischen, zu pressen oder Metalle in eine poröse Kohlenstoffmatrix zu infiltrieren. Hierbei werden zwei Gruppen von keramischen Verbundwerkstoffen unterschieden: zum einen Metall-Matrix-Composite (MMC) und Ceramic-Matrix-Composite (CMC). Ein MMC ist ein Verbundwerkstoff mit einer Metallmatrix, während ein CMC eine Matrix aus keramischen Bestandteilen aufweist. With the aim of producing novel composite materials, attempts have been made Mix carbon fibers (C fibers) with metals, press them or metals into one infiltrate porous carbon matrix. Here two groups of ceramic Composites differentiated: on the one hand metal matrix composite (MMC) and Ceramic matrix composite (CMC). An MMC is a composite with one Metal matrix, while a CMC has a matrix of ceramic components.

Ein Verfahren mit den eingangs angegebenen Merkmalen ist aus der EP 1 041 056 A2 bekannt. Darin wird ein Titan und Kupfer enthaltendes Kohlenstoffverbundmaterial sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben. Der Verbundwerkstoff enthält Cu-Ti- Legierungen verschiedener Zusammensetzung und wird zur Herstellung von Stromabnehmern für Schienenfahrzeuge eingesetzt. Es werden darin verschiedene Verfahren zur Herstellung von C/C-Preforms und deren Infiltration beschrieben: Herstellung von C/C- Preforms ohne Metallanteil; Herstellung einer C-Preform aus C/C mit unterschiedlichen Cu- und Ti-Anteilen; Herstellung einer C/C-Preform mit Ti-Anteilen. Verfahrenstechnisch werden unter anderem die C/C-Preforms mit reinen Cu-Ti-Legierungen infiltriert. Der Ti- Anteil in der Legierung dient dabei für eine bessere Benetzung der Kohlenstofffasern. A method with the features specified at the outset is known from EP 1 041 056 A2 known. It contains a carbon and composite material containing titanium and copper described a process for its production. The composite material contains Cu-Ti Alloys of various compositions and is used to manufacture Pantographs used for rail vehicles. There are different procedures for Production of C / C preforms and their infiltration described: Production of C / C Preforms without metal content; Production of a C preform from C / C with different Cu and Ti proportions; Production of a C / C preform with Ti components. process engineering Among other things, the C / C preforms are infiltrated with pure Cu-Ti alloys. The Ti The proportion in the alloy serves for better wetting of the carbon fibers.

Die bekannten Verfahren erfordern lange Prozessdauern und die danach hergestellten Verbundkörper neigen zu lokalen Lunkerbildungen und Delaminationen. Außerdem sind nur relativ einfache Geometrien zu infiltrieren. The known methods require long process times and those produced afterwards Composite bodies tend to form local voids and delaminations. Also are infiltrate only relatively simple geometries.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes anzugeben, mit dem Körper/Bauteile beliebiger Geometrie ohne die vorstehend angegebenen Nachteile hergestellt werden können. The present invention is based on the object of a method for the production of a composite material with which the body / components of any geometry without the disadvantages indicated above can be produced.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, bei dem eine poröse Preform aus faserverstärktem Kohlenstoff bereitgestellt wird, in die eine Metalllegierung mit einem ein Metallkarbid bildenden Legierungsbestandteil in flüssiger Phase zugeführt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Porosität der Preform auf 10 bis 60 Vol.-% mit einer Kapillarstruktur eingestellt wird, dass die Infiltration unter Ausnutzung der Kapillarwirkung der Kapillarstruktur der Preform erfolgt, dass anschließend diesem Körper Silizium und/oder Siliziumverbindung(en) in der flüssigen oder in der gasförmigen Phase zugeführt wird (werden) derart, dass die Kapillaren der Preform eine mit Kohlenstoff der Preform gebildete SiC-Schicht mit einer Dicke der Schicht < 10 µm aufweisen, wobei der Gehalt an Matrix-Kohlenstoff der Preform derart eingestellt wird, dass nach der Bildung von SiC ausreichend freier Kohlenstoff für die Metallkarbid-Bildung zur Verfügung steht, dass danach die Metalllegierung derart oberhalb deren Schmelztemperatur gehalten wird, dass sich die SiC-Schichten ablösen und der Metallkarbid bildende Legierungsbestandteil mit freiem Kohlenstoff Metallkarbid bildet, und zusammen mit dem abgelösten SiC und dem verbleibenden Metalllegierungsbestandteil und Kohlenstoff die Matrix des Verbundwerkstoffes ausfüllen. This problem is solved with a method for producing a composite material, in which a porous preform made of fiber-reinforced carbon is provided in the a metal alloy with an alloy component forming a metal carbide in Liquid phase is supplied, which is characterized in that the porosity of the preform is set to 10 to 60 vol .-% with a capillary structure that the infiltration under Exploitation of the capillary action of the capillary structure of the preform takes place in that then this body silicon and / or silicon compound (s) in the liquid or in the Gaseous phase is (are) such that the capillaries of the preform a SiC layer formed with carbon of the preform with a thickness of the layer <10 μm have, the content of matrix carbon of the preform being set in such a way that after the formation of SiC, sufficient free carbon for metal carbide formation is available that afterwards the metal alloy above them Melting temperature is maintained that the SiC layers detach and the metal carbide forming Alloy component with free carbon forms metal carbide, and together with the detached SiC and the remaining metal alloy component and carbon the Fill in the matrix of the composite material.

Der nach diesem Verfahren hergestellte Verbundwerkstoff zeigt, je nach Metalllegierung, ausgezeichnete funktionelle Eigenschaften, wie eine hohe Leitfähigkeit durch die metallischen Phasen, sowie strukturelle Eigenschaften, wie geringer Ausdehnungskoeffizient, hohe Bruchzähigkeit, Hochtemperaturfestigkeit durch die Fasern sowie niedrige Dichte. Die die Matrix des Verbundwerkstoffes kennzeichnenden Phasen sind hierbei Metallkarbide, Kohlenstoff sowie reine Metalle und Metalllegierungsbestandteile. Ein wesentlicher Aspekt des Verfahrens ist derjenige, dass Preforms, vorzugsweise C/C-Preforms, mit hoher Kapillarwirkung verwendet werden und dass sich dünne SiC-Schichten als Zwischenprodukt vor der eigentlichen Herstellung des Verbundwerkstoffes bilden. The composite material produced by this process shows, depending on the metal alloy, excellent functional properties, such as high conductivity due to the metallic phases, as well as structural properties, such as low expansion coefficient, high fracture toughness, high temperature strength due to the fibers and low density. The phases that characterize the matrix of the composite material are here Metal carbides, carbon and pure metals and metal alloy components. An essential one Aspect of the method is that preforms, preferably C / C preforms, with high capillary action can be used and that thin SiC layers as Form the intermediate product before the actual production of the composite material.

Die Zuführung bzw. Infiltration der Metalllegierung, die einen Metallkarbid bildenden Legierungsbestandteil enthält, in flüssiger Phase wird wesentlich durch die Porosität und die Kapillarität der Preform bestimmt, die durch die Anzahl und Orientierung der Fasern, durch den Fasertyp und die Modifikation des Kohlenstoffs der Preform eingestellt wird. Hierzu soll die Preform in optimierter Weise eine offene Porosität von > 10 Vol.-%, einen Durchmesser der Kapillaren im Bereich von 20 bis 100 µm und eine Gefügestruktur haben, bei der die Faserbündel durch Mikrorisse, die als Kapillaren wirken, getrennt sind. The supply or infiltration of the metal alloy that forms a metal carbide Contains alloy component, in the liquid phase is essential by the porosity and the Capillarity of the preform is determined by the number and orientation of the fibers, by the fiber type and the modification of the carbon of the preform is set. For this the preform should have an open porosity of> 10 vol Capillaries have diameters in the range from 20 to 100 µm and have a microstructure which the fiber bundles are separated by micro cracks that act as capillaries.

Ein anisotroper Gefügeaufbau bei Verwendung von Kohlenstoffgewebe und ein quasiisotroper Aufbau durch Verwendung von C-Fasern soll zu eben solchen Eigenschaften im Verbundwerkstoff führen. Ein anisotroper Aufbau wird beispielsweise gewählt, wenn schnelle Infiltrationen oder ausgeprägte Richtungsabhängigkeiten der Eigenschaft des Verbundwerkstoffes notwendig sind. An anisotropic structure using carbon tissue and a quasi-isotropic structure by using C-fibers is said to have just such properties in Lead composite material. An anisotropic structure is chosen, for example, if rapid infiltrations or pronounced directional dependencies of the property of the Composite are necessary.

Die Porosität der Preform sollte im Bereich von 10 bis 60% bezogen auf das Volumen der Preform betragen; bei dieser Porosität wird sichergestellt, dass diese über Kapillarkräfte infiltriert werden kann, und dass die Preform noch eine ausreichende Stabilität aufweist. The porosity of the preform should be in the range of 10 to 60% based on the volume of the Preform; this porosity ensures that this is due to capillary forces can be infiltrated, and that the preform still has sufficient stability.

Die Beschichtung der Fasern des Fasergerüsts bzw. der Kapillaren der als Ausgangsprodukt verwendeten Preform erfolgt mittels SiC, das über eine Gas- oder Flüssigphasenreaktion erzeugt wird. Für die Beschichtung können flüssige, silizium-organische Prekursoren, wie beispielsweise Polycarbosilane oder Silazane, verwendet werden, die in die Poren der Preform infiltriert und anschließend einer Temperaturbehandlung unterworfen werden, bis sich eine SiC-haltige Schicht bildet. Alternativ können Silizium oder Siliziumverbindungen über die Gasphase, wie beispielsweise durch ein CVD-Verfahren, abgeschieden werden. Die Benetzbarkeit und die Infiltrierbarkeit der porösen Preform, vorzugsweise der porösen C/C-Preform, wird durch diese Vorbehandlung gesteigert, so dass sich die Preform anschließend drucklos, d. h. nur durch die Kapillarkräfte, und vollständig mit der Metalllegierung, die einen Metallkarbid bildenden Legierungsbestandteil besitzt, wie beispielsweise eine Cu-Ti-Legierung, infiltrieren läßt. Es hat sich gezeigt, dass ohne eine solche SiC-Beschichtung die Schmelze nicht oder nur sehr unvollständig infiltrierbar ist. Außerdem können nicht beschichtete Preform stark delaminiert werden, was zu einer Zerstörung des gesamten Körpers führen kann. Die Infiltration der Metalllegierungsschmelze erfolgt vorzugsweise nach einer schnellen Aufheizung mit Aufheizraten > 10 K/min der Legierung unter Vakuum oder Schutzgas. Solche schnellen Aufheizraten sind zu bevorzugen, da damit eine Kontamination der Metalle durch Lösen von Restgasen in der Schmelze bzw. eine Gasphasenreaktion weitgehend vermieden wird. The coating of the fibers of the fiber structure or the capillaries as The preform used is made by means of SiC, which is a gas or Liquid phase reaction is generated. Liquid, silicon-organic can be used for the coating Precursors such as polycarbosilanes or silazanes can be used, which are in the Pores of the preform infiltrated and then subjected to a temperature treatment until an SiC-containing layer is formed. Alternatively, silicon or Silicon compounds via the gas phase, such as by a CVD process, be deposited. The wettability and infiltrability of the porous preform, preferably the porous C / C preform is increased by this pretreatment, so that the Preform then depressurized, d. H. only by the capillary forces, and completely with the Metal alloy which has a metal carbide-forming alloy component, such as for example, a Cu-Ti alloy can be infiltrated. It has been shown that without one such SiC coating the melt is infiltrable or only very incompletely. In addition, uncoated preforms can be severely delaminated, resulting in a Destruction of the entire body can result. The infiltration of the metal alloy melt preferably takes place after a rapid heating with heating rates> 10 K / min Alloy under vacuum or protective gas. Such rapid heating rates are too prefer, because it contaminates the metals by dissolving residual gases in the Melt or a gas phase reaction is largely avoided.

Bei der Abscheidung des Siliziums und/oder von Siliziumverbindungen als Si-Dampf erfolgt die in-situ Bildung des Siliziumkarbids auf der Oberfläche der C-haltigen Preform. In the deposition of silicon and / or silicon compounds as Si vapor the silicon carbide is formed in-situ on the surface of the C-containing preform.

Durch die Haltezeit oberhalb des Schmelzpunkts der jeweiligen, eingesetzten Legierungszusammensetzung kann die Schmelze den porösen, faserverstärkten Kohlenstoff vollständig benetzen und infiltrieren. An der Grenzfläche des abgeschiedenen Siliziumkarbids bzw. des Kohlenstoffes findet die Entmischung der Legierungsbestandteile statt. By the holding time above the melting point of the particular one used Alloy composition can melt the porous, fiber reinforced carbon completely wet and infiltrate. At the interface of the deposited silicon carbide or the carbon, the alloy components are separated.

Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass die SiC-Beschichtung in Form einer SiC-Bildung auf der Preform, vorzugsweise einer C/C-Preform, für die Metallkarbidbildung verantwortlich ist. Während der Infiltration wird das gebildete Siliziumkarbid von der Preform abgelöst und in der Restschmelze gelöst. Die Bildung des Metalllkarbids mit dem restlichen, freien Kohlenstoff der Preform ist angestrebt, da sich die eingesetzte Metallschmelze hierbei entmischt. Unter optimierten Verfahrensbedingungen sollte für eine gute Entmischung eine Haltezeit von > 30 Minuten eingesetzt werden. Es wird davon ausgegangen, dass Siliziumkarbid als Inhibitor wirkt, der die Bildungsgeschwindigkeit von weiteren Karbiden steuert, wenn diese Karbid bildenden Metalle mit Kohlenstoff in Kontakt kommen. Die SiC-Beschichtung verhindert beispielsweise eine sofortige Reaktion von Ti mit dem Kohlenstoff, und damit einen Porenverschluss, der ein Nachfließen der Schmelze verhindern würde. Da die Reaktion zwischen Ti und C stark exotherm verläuft, kann durch die SiC-Schicht die Energiefreisetzung gesteuert werden. Investigations by the inventors have shown that the SiC coating in the form of a SiC formation on the preform, preferably a C / C preform, for the metal carbide formation responsible for. During the infiltration, the silicon carbide formed is removed from the Preform removed and dissolved in the residual melt. The formation of the metal carbide with the remaining free carbon of the preform is aimed at since the one used Metal melt segregated. Under optimized process conditions should be good Segregation a holding time of> 30 minutes can be used. It will assumed that silicon carbide acts as an inhibitor that inhibits the rate of formation of other carbides controls when these carbide-forming metals come into contact with carbon come. The SiC coating prevents, for example, an immediate reaction of Ti with the carbon, and therefore a pore seal that prevents the melt from flowing would prevent. Since the reaction between Ti and C is highly exothermic, the SiC layer can be controlled to release energy.

Untersuchungen haben gezeigt, dass sich beim Einsetzen einer Titan enthaltenden Metalllegierung sofort Titankarbid an der Grenzfläche zu Kohlenstoff bildet, wenn die Preform nicht beschichtet ist. Allerdings sind hierbei drei große Nachteile aufzuführen, die gerade mit der Beschichtung, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt wird, vermieden werden:

  • - Die Benetzung der Preform durch die Legierungsschmelze ist nicht homogen und findet nur oberflächlich statt, d. h. nur im äußeren Randbereich der Preform.
  • - Die Eindringtiefe der Legierungsschmelze ist gering und kann mit maximal 1 bis 3 mm Eindringtiefe in die Preform angegeben werden, da die Kapillarität der offenen Porosität für eine vollständige Infiltration nicht ausreicht. An der äußeren Oberfläche der Preform bleibt demzufolge die Legierung als erstarrte Schmelze zurück.
  • - Eine gewebe-verstärkte C/C-Preform neigt zu einer starken Delaminierung der Gewebelagen, was zum Zerstören des gesamten Bauteils während der Infiltration führen kann.
Investigations have shown that when a metal alloy containing titanium is inserted, titanium carbide immediately forms at the interface with carbon if the preform is not coated. However, there are three major disadvantages that are to be avoided with the coating as used according to the invention:
  • - The wetting of the preform by the alloy melt is not homogeneous and takes place only superficially, ie only in the outer edge area of the preform.
  • - The penetration depth of the alloy melt is small and can be specified with a maximum penetration depth of 1 to 3 mm into the preform, since the capillarity of the open porosity is not sufficient for complete infiltration. As a result, the alloy remains on the outer surface of the preform as a solidified melt.
  • - A fabric-reinforced C / C preform tends to delaminate the fabric layers, which can destroy the entire component during infiltration.

Wie bereits erwähnt ist, wird die äußere und insbesondere innere Oberfläche der Preform, vorzugsweise der C/C-Preform, zunächst mit einer Karbidschicht, in Form von Siliziumkarbid, ummantelt. Die innere Oberfläche der Preform kann durch Mikrorisse oder Poren in der Kohlenstoffmatrix oder durch Fasern oder Faserbündeln gebildet sein und stellt in ihrer Gesamtheit die Kapillaren dar. Beim Infiltrationsprozess wird das primäre SiC von der Preform abgelöst und von der eindringenden Schmelze resorbiert. Gleichzeitig findet an den Stellen der Ablösung der primären Beschichtung die sekundäre Karbidbildung, beispielsweise eine TiC-Bildung, falls Titan als Metalllegierungsbestandteil eingesetzt wird, statt. Aus diesem Grund ist für die erfolgreiche Durchführung eine primäre SiC-Beschichtung nötig, die sich zum einen gut von der Oberfläche der Preform, d. h. der C/C- Oberfläche, ablöst, und sich zweitens in der Schmelze gut lösen kann. An die Stelle der primären SiC-Beschichtung tritt dann die sekundäre Metallkarbidbeschichtung, vorzugsweise eine TiC-Beschichtung. As already mentioned, the outer and in particular inner surface of the preform, preferably the C / C preform, initially with a carbide layer, in the form of Silicon carbide, coated. The inner surface of the preform can be caused by microcracks or pores the carbon matrix or be formed by fibers or fiber bundles and represents in their Entire capillaries. In the infiltration process, the primary SiC is from the Preform detached and absorbed by the penetrating melt. At the same time takes place the places of detachment of the primary coating secondary carbide formation, for example a TiC formation if titanium is used as a metal alloy component, instead of. For this reason it is a primary one for successful implementation SiC coating necessary, which is well on the one hand from the surface of the preform, d. H. the C / C- Surface, peels off, and secondly can dissolve well in the melt. Instead of primary SiC coating then occurs the secondary metal carbide coating, preferably a TiC coating.

Für die Infiltration ist eine Haltezeit von mindestens 30 Minuten oberhalb der Schmelztemperatur der Legierung vorteilhafterweise vorzusehen, damit eine vollständige, homogene Infiltration erreicht werden kann. Bei der Reaktionsinfiltration werden > 100 Masse-% der Metalllegierungsschmelze, vorzugsweise einer Cu-Ti-Schmelze, in Bezug auf das Ausgangsgewicht der Preform (C/C-Körper), die bevorzugt eine Porosität > 10 Vol.-% aufweist, verwendet und umgesetzt. Durch diese Haltezeit von mindestens 30 Minuten oberhalb des Schmelzpunkts kann sichergestellt werden, dass die Schmelze der jeweiligen Legierungszusammensetzung die poröse Vorform (C/C-Werkstoff) vollständig benetzen und infiltrieren Kann. An der Grenzfläche zum abgeschiedenen Metallkarbid bzw. Kohlenstoff findet die Entmischung der Legierungsbestandteile der Legierungsschmelze statt. Hierbei ist die Triebkraft der Entmischung die Reaktion des vorhandenen Kohlenstoffs mit dem einen Legierungsbestandteil, beispielsweise Titan, zu TiC. Die verbleibende Restporosität wird dann mit Kupfer gefüllt. A holding time of at least 30 minutes is above the for infiltration Melting temperature of the alloy advantageously to provide a complete, homogeneous Infiltration can be achieved. During the reaction infiltration,> 100% by mass of the Metal alloy melt, preferably a Cu-Ti melt, in relation to the Initial weight of the preform (C / C body), which preferably has a porosity> 10% by volume, used and implemented. Through this holding time of at least 30 minutes above the Melting point can be ensured that the melt of each Alloy composition completely wet the porous preform (C / C material) and can infiltrate. At the interface to the deposited metal carbide or carbon the segregation of the alloy components of the alloy melt takes place. Here is the The driving force of segregation is the reaction of the existing carbon with one Alloy component, for example titanium, to TiC. The remaining porosity will then filled with copper.

Die Infiltration der Metalllegierung findet vorzugsweise im Vakuum, bevorzugt bei einem Druck < 10 mbar statt. Gegebenenfalls kann auch mit leichtem Überdruck infiltriert werden, wenn mit Argon als Atmosphäre gearbeitet wird, wobei dann der Druck auf etwa 1000 bis 1100 mbar eingestellt wird. The metal alloy is preferably infiltrated in a vacuum, preferably in a vacuum Pressure <10 mbar instead. If necessary, it can also be infiltrated with a slight excess pressure, when working with argon as the atmosphere, then the pressure to about 1000 to 1100 mbar is set.

Neben dem vorstehend erwähnten Titan können als Karbid bildende Metalle darüberhinaus bevorzugt Chrom und Vanadium, Zirkonium, Hafnium, Molybdän, Wolfram, Niob und Tantal eingesetzt werden. Der andere Legierungsbestandteil der Metalllegierung sollte eine hohe thermische und/oder elektrische Leitfähigkeit haben, wie beispielsweise Kupfer, so dass beispielsweise neben Kupfer auch Ag, Au und Al als Legierungsbestandteile eingesetzt werden können. In addition to the above-mentioned titanium, carbide-forming metals moreover, chromium and vanadium, zirconium, hafnium, molybdenum, tungsten, niobium and Tantalum can be used. The other alloy component of the metal alloy should have a high thermal and / or electrical conductivity, such as copper, so that, for example, besides copper also Ag, Au and Al as alloy components can be used.

Als bevorzugte Metalle mit hoher Leitfähigkeit der eingesetzten Legierungen sind neben Kupfer auch Silber, Gold und Aluminium zu benennen, die einen niedrigen Schmelzpunkt (ca. 1100°C bzw. 660°C) und eine hohe Leitfähigkeit, weiterhin eine hohe Duktilität, d. h. hohe Verformbarkeit bei mechanischer Belastung haben. Es zeigt sich, dass der erhaltene Verbundwerkstoff eine höhere Bruchdehnung aufweist als beispielsweise C/SiC- Verbundwerkstoffe (C/SiC bedeutet C-faserverstärktes SiC), da zusätzlich zum SiC, das spröde ist, duktiles Kupfer die Porosität ausfüllt. The preferred metals with high conductivity of the alloys used are besides Copper also name silver, gold and aluminum, which have a low melting point (approx. 1100 ° C or 660 ° C) and a high conductivity, furthermore a high ductility, i. H. have high deformability under mechanical stress. It turns out that the received Composite material has a higher elongation at break than, for example, C / SiC Composites (C / SiC means C-fiber reinforced SiC), because in addition to the SiC, the is brittle, ductile copper fills the porosity.

Aluminium mit einem niedrigen Schmelzpunkt von 660°C, einer Dichte von 2,7 g/cm3 und einer hohen Wärmeleitfähigkeit von 220 W/mK ist dann von Vorteil, wenn eine geringe spezifische Dichte erwünscht ist. Aluminum with a low melting point of 660 ° C, a density of 2.7 g / cm 3 and a high thermal conductivity of 220 W / mK is advantageous when a low specific density is desired.

Es hat sich auch gezeigt, dass durch den Zusatz eines oder weiterer Metalle zu den binären Metalllegierungen anstelle von beispielsweise reinem Kupfer, Legierungen herstellbar sind, die eine hohe Leitfähigkeit aufweisen; solche Zusätze wären beispielsweise Zink und Kupfer, was zu einer Messingbildung führt, Zinn und Kupfer, was zu einer Bronzebildung führt. Weiterhin können Nickel, Blei, Antimon, Wismut zudotiert werden, um die Eigenschaften von Kupfer zu modifizieren, beispielsweise zur Ausbildung von Mischkristallphasen. It has also been shown that by adding one or more metals to the binary metal alloys instead of, for example, pure copper, alloys can be produced are that have high conductivity; such additives would be zinc and Copper, which leads to brass formation, tin and copper, which leads to bronze formation leads. Nickel, lead, antimony, bismuth can also be added to the Modify properties of copper, for example to form Mixed crystal phases.

Der fertiggestellte Verbundwerkstoff ist durch eine Matrix aus Metallkarbid, SiC, und der erstarrten Restschmelze aus dem anderen Metalllegierungspartner in den Zwischenräumen gekennzeichnet. Die Faserstruktur der Preform, vorzugsweise der C/C-Vorform, bleibt weitgehend erhalten. Das SiC, d. h. die Beschichtung, die ursprünglich die innere und äußere Oberfläche der Preform beschichtete, findet sich in den Kapillaren wieder. Es kann als dispergierte Phase sowohl in der Metallkarbidgrenzschicht als auch in der erstarrten Schmelze des anderen Legierungsbestandteils, d. h. bei einer TiCu-Legierung der erstarrten Kuperschmelze, identifiziert werden. Mit dem zunehmenden Anteil des das Metallkarbid bildenden Legierungsbestandteils in der Ausgangsschmelze läßt sich der Volumenanteil des sich bildenden Metallkarbids erhöhen. Das bedeutet, dass die Metallkarbidschicht an der Grenzfläche zum C/C-Gerüst in der Dicke anwächst. The finished composite is a matrix of metal carbide, SiC, and solidified residual melt from the other metal alloy partner in the Spaces marked. The fiber structure of the preform, preferably the C / C preform, remains largely intact. The SiC, i.e. H. the coating that was originally the inner and the outer surface of the preform coated can be found in the capillaries. It can be used as a dispersed phase in both the metal carbide boundary layer and in the solidified melt of the other alloy component, d. H. for a TiCu alloy solidified copper melt, can be identified. With the increasing proportion of that Metal carbide-forming alloy constituent in the starting melt can be the Increase the volume fraction of the metal carbide that forms. That means the Metal carbide layer increases in thickness at the interface to the C / C framework.

In einem Versuch wurde das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt mit einer porösen C/C-Preform als Ausgangskörper unter Verwendung einer Cu73Ti27-Legierung mit 5 Atom-% Zinn. Es bildet sich dann TiC und Zinnbronze. Eine Bildung von reinem Kupfer unterbleibt hierbei. In an experiment, the method according to the invention was carried out with a porous one C / C preform as starting body using a Cu73Ti27 alloy with 5 atom% Tin. TiC and tin bronze are then formed. A formation of pure copper is omitted here.

Zu den Fasern der Preform ist folgendes anzumerken:
Bevorzugt werden Kohlenstofffasern in sogenannten Carbon-Carbon-Preformen eingesetzt. Außerdem kommen keramische, insbesondere karbidische Fasern, wie z. B. SiC- Fasern in Frage, die allerdings sehr spröde sind. Vorteilhaft wirken sich im Verbundwerkstoff deren hohe Oxidationsbeständigkeit und deren hohe Leitfähigkeit aus. Daher sollten solche karbidischen Fasern zugesetzt werden, falls eine höhere Oxidationsbeständigkeit erforderlich ist. Auch C-Fasern können hochleitfähig sein. Dazu muß ein Graphitierungsschrift ausgeführt werden (bei Temperaturen von ungefähr 2000 bis 3000°C), um aus dem amorphen Kohlenstoff der Fasern ein leitfähiges Graphit ber bereitzustellen. Im Hinblick auf eine gute Leitfähigkeit sind besonders UHM-Fasern (Fasern mit einem ultrahohen Modulus) geeignet, die nach der Graphitierung Leitfähigkeiten um 600 W/mK aufweisen. Hierbei handelt es sich um hochsteife, allerdings auch spröde, Pechfasern.
The following should be noted about the fibers of the preform:
Carbon fibers are preferably used in so-called carbon-carbon preforms. In addition, there are ceramic, in particular carbide fibers, such as. B. SiC fibers in question, but they are very brittle. The high oxidation resistance and high conductivity of the composite material have an advantageous effect. Such carbide fibers should therefore be added if higher resistance to oxidation is required. C fibers can also be highly conductive. For this purpose, a graphitization must be carried out (at temperatures of approximately 2000 to 3000 ° C) in order to provide a conductive graphite from the amorphous carbon of the fibers. With a view to good conductivity, UHM fibers (fibers with an ultra-high modulus) are particularly suitable which, after graphitization, have conductivities of around 600 W / mK. These are highly rigid, but also brittle, pitch fibers.

Eine andere Gruppe von Fasern, die eingesetzt werden können, sind PAN-Fasern, die allerdings eine vergleichsweise geringe Leitfähigkeit von 15-100 W/mK, je nach Typ, zeigen. Diese Fasern sind vorteilhaft aufgrund ihres geringen Preises, im Gegensatz zu UHM-Fasern, die ein Vielfaches kosten. Another group of fibers that can be used are PAN fibers that however a comparatively low conductivity of 15-100 W / mK, depending on the type, demonstrate. These fibers are advantageous because of their low price, as opposed to UHM fibers that cost many times over.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Die sich aus den Merkmalen der Unteransprüche ergebenden Vorteile sind bereits in den vorstehenden Ausführungen erläutert. Advantageous embodiments of the method according to the invention are in the Subclaims specified. The resulting from the characteristics of the subclaims Advantages have already been explained in the above explanations.

Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Various exemplary embodiments of the invention are described below Procedure explained.

Beispiel 1example 1 Schritt 1Step 1 Herstellung eines CFK-KörpersManufacture of a CFRP body

Als Ausgangswerkstoff wurde zunächst eine CFK-Platte durch RTM-Technik in einem Metallgesenk hergestellt. Das Gesenk besteht aus einer Harzkammer und Gewebekammer, in der sich Harz und Kohlenstoffgewebe getrennt befinden. Für die Herstellung des CFK wird eine Gewebe-Aufbau (HT-Fasern, Legerichtung abwechselnd unter 0°/90°, Leinwandgewebe), bestehend aus 14 Gewebelagen (Dicke 0,25 mm), unter Stickstoffdruck (von 0,1-5 bar ansteigend) und einer Temperatur von 100°C mit Phenolharz infiltriert. Das Harzgranulat erweicht in der Harzkammer und wird unter dem Gasdruck in die Gewebekammer gepresst und infiltriert dort das Gewebe. Die Infiltration dauerte ca. 30 min. Das infiltrierte Gewebe wird anschliessend unter Druck (20 bar) und Temperatur von 200°C im Gesenk ausgehärtet. Der auf diese Weise hergestellte CFK-Körper hatte einen Faservolumenanteil von ca. 60 Vol.%. Der Prozess der CFK-Fertigung dauert insgesamt ca. 3 h. A CFRP panel was first used as the raw material by RTM technology in one Metal die made. The die consists of a resin chamber and Tissue chamber in which resin and carbon fabric are separated. For the production of the CFRP becomes a fabric structure (HT fibers, laying direction alternately below 0 ° / 90 °, Canvas fabric), consisting of 14 fabric layers (thickness 0.25 mm), under Nitrogen pressure (increasing from 0.1-5 bar) and a temperature of 100 ° C with phenolic resin infiltrated. The resin granulate softens in the resin chamber and is placed under the gas pressure in the Tissue chamber pressed and infiltrates the tissue there. The infiltration took about 30 minutes. The infiltrated tissue is then under pressure (20 bar) and temperature of 200 ° C hardened in the die. The CFRP body produced in this way had one Fiber volume fraction of approx. 60 vol.%. The CFRP manufacturing process takes a total about 3 h.

Schritt 2step 2 Herstellung der C/C-PreformProduction of the C / C preform

Die ausgehärtete Preform wurde anschließend bis 1650°C pyrolysiert. Hierzu wurde der CFK-Körper in einen Graphittiegel gelegt und mit einer Graphitplatte beschwert (Flächenbeschwerung ca. 10 g/cm2), um Delaminationen zu vermeiden. Die Prozessdauer betrug ca. 140 h, unter Stickstoffatmosphäre. Während der Pyrolyse bildete sich die notwendige Porosität (ca. 15 Vol.-%) und Kapillarstruktur der Preform aus. Das Ergebnis war eine delaminationsfreie C/C-Platte als Preform, bestehend aus C-Fasern und Matrixkohlenstoff (ehemals Phenolharz). The cured preform was then pyrolyzed up to 1650 ° C. For this purpose, the CFRP body was placed in a graphite crucible and weighted with a graphite plate (surface weight approx. 10 g / cm 2 ) in order to avoid delamination. The process lasted approximately 140 hours under a nitrogen atmosphere. The necessary porosity (approx. 15 vol.%) And capillary structure of the preform formed during the pyrolysis. The result was a delamination-free C / C plate as a preform, consisting of C fibers and matrix carbon (formerly phenolic resin).

Schritt 3step 3 Beschichtung der C/C-Preform durch DampfsilizierungCoating of the C / C preform by steam siliciding

Diese C/C-Preform (Abmessung 210 × 150 × 3,1 mm3), mit einer offenen Porosität von 15 Vol.-%, wurde für die Dampfsilizierung bereitgestellt. Die C/C-Preform wurde senkrecht in einen Graphittiegel gestellt und das Si-Pulver räumlich davon getrennt auf den Tiegelboden positioniert. Wichtig hierbei war die räumliche Trennung, damit kein Silizium kapillar in die Preform infiltriert wird und die Poren verschließt. Beim Versuch wurden ca. 1 kg Siliziumpulver im Vakuum bei 1600°C erhitzt (Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit 150 K/h, Vakuum, Haltezeit 40 min) und somit Si-Dampf erzeugt. In den Kapillaren der Preform bildet sich an den Grenzflächen zum Kohlenstoff SiC. SiC wurde somit auf der äußeren und inneren Oberfläche der C/C-Preform abgeschieden und es bildet sich eine homogene SiC- Beschichtung auf den zugänglichen C-Oberflächen mit einer Dicke von wenigen µm. Lokal kam es zum Wachstum einiger SiC-Einkristalle auf dem Kohlenstoff. Die Massenaufnahme der C/C-Preform durch die Dampf-Silizierung und Bildung von SiC betrug 2,5 Massen-%. This C / C preform (dimension 210 × 150 × 3.1 mm 3 ), with an open porosity of 15% by volume, was provided for the steam siliconization. The C / C preform was placed vertically in a graphite crucible and the Si powder was positioned separately on the crucible bottom. The spatial separation was important here, so that no silicon is infiltrated capillary into the preform and closes the pores. In the experiment, approx. 1 kg of silicon powder was heated in a vacuum at 1600 ° C (heating and cooling rate 150 K / h, vacuum, holding time 40 min) and thus Si steam was generated. SiC forms at the interfaces to the carbon in the capillaries of the preform. SiC was thus deposited on the outer and inner surface of the C / C preform and a homogeneous SiC coating is formed on the accessible C surfaces with a thickness of a few µm. Some SiC single crystals grew locally on the carbon. The mass uptake of the C / C preform by the steam siliconization and formation of SiC was 2.5 mass%.

Schritt 4Step 4 Infiltration einer Cu-Ti-LegierungInfiltration of a Cu-Ti alloy

Die Infiltration der Cu-Ti-Legierung mit der atomaren Zusammensetzung Cu73Ti27 erfolgte in Argonatmosphäre in einem widerstandsbeheizten HT-Ofen oberhalb des eutektischen Schmelzpunktes, bei einer Temperatur von 1100°C. Die Aufheizrate betrug 600 K/h, es wurde Argon als Spülgas verwendet (Durchfluss < 2 l/min). Der Druck im Versuchsraum betrug zwischen 1000-1050 mbar. Für den Versuch wurde die beschichtete C/C-Preform in einen Graphittiegel gelegt und mit dem Pulver der Metalllegierung bedeckt. Der Tiegel wurde mit einer Graphitplatte verschlossen. Die Pulver wurden vorher innig gemischt, um ein homogenes Aufschmelzen zu ermöglichen. Es wurde Kupferpulver 78 Masse-%, entsprechend 104 g (Korngröße < 44 µm, Schmelzpunkt 1083°C, Reinheit 99%, Fa. Alfa Aesar, Karlsruhe) und Titanpulver 22 Masse-%, entsprechend 29 g (Typ S, Korngröße < 45 µm, Schmelzpunkt 1727°C, Reinheit 98,5 +/- 0.5%, Fa. Chemetall GmbH, Frankfurt), eingesetzt. Für die Infiltration wurde eine Haltezeit am Temperaturmaximum von 1 h eingelegt. Es wurden 100 Masse-% Legierung (133 g) in Bezug auf die C/C- Masse verwendet, um die Porosität zu schließen. Die Abkühlrate von der Haltetemperatur betrug ebenfalls 600 K/h. Es konnte ein nahezu dichter Verbundwerkstoff (Porosität < 2 Vol.-%) erzielt werden. Der infiltrierte Körper zeigte keine Delaminationen der einzelnen Gewebelagen. The infiltration of the Cu-Ti alloy with the atomic composition Cu73Ti27 was carried out in an argon atmosphere in a resistance-heated HT furnace above the eutectic melting point, at a temperature of 1100 ° C. The heating rate was 600 K / h, argon was used as the purge gas (flow rate <2 l / min). The pressure in Test room was between 1000-1050 mbar. For the experiment, the was coated C / C preform placed in a graphite crucible and covered with the powder of the metal alloy. The crucible was closed with a graphite plate. The powders were intimate beforehand mixed to allow a homogeneous melting. It became copper powder 78% by mass, corresponding to 104 g (grain size <44 µm, melting point 1083 ° C, purity 99%, Alfa Aesar, Karlsruhe) and titanium powder 22 mass%, corresponding to 29 g (type S, Grain size <45 µm, melting point 1727 ° C, purity 98.5 +/- 0.5%, from Chemetall GmbH, Frankfurt). A holding time at the maximum temperature was used for the infiltration inserted from 1 h. 100 mass% alloy (133 g) with respect to the C / C Mass used to close the porosity. The cooling rate from the holding temperature was also 600 K / h. An almost dense composite material (porosity <2 vol .-%) can be achieved. The infiltrated body showed no delaminations of the individual fabric layers.

Der Verbundwerkstoff besteht aus Kohlenstoff (Fasern und Restmatrixkohlenstoff), reinem Kupfer, TiC und SiC. The composite material consists of carbon (fibers and residual matrix carbon), pure Copper, TiC and SiC.

Vergleichsbeispiel 1Comparative Example 1

Es wurde, abweichend von Beispiel 1, eine unbeschichtete C/C-Preform verwendet, die analog gefertigt wurde, wie in Schritt 1 und 2 beschrieben. Die Infiltration mit der Legierung Cu73Ti27 erfolgte nach dem gleichen Ablauf wie in Schritt 3 beschrieben. Nach der Entnahme der C/C-Preform aus dem Graphittiegel zeigte sich eine unvollständige Benetzung der erstarrten Schmelze auf der Preformoberfläche. Die Schmelze konnte auch nur oberflächennah in die Porosität der Preform eindringen (Eindringtiefe < 1 mm). Die Preform zeigte starke Delaminationserscheinungen. Einzelne Gewebelagen waren innerhalb des Verbundwerkstoffes abgelöst. In contrast to Example 1, an uncoated C / C preform was used, which was manufactured analogously, as described in steps 1 and 2. Infiltration with the Alloy Cu73Ti27 was carried out according to the same procedure as described in step 3. After Removing the C / C preform from the graphite crucible showed an incomplete Wetting of the solidified melt on the preform surface. The melt could only Penetrate the porosity of the preform near the surface (penetration depth <1 mm). The Preform showed strong signs of delamination. Individual layers of fabric were inside of the composite material.

Beispiel 2Example 2

Es wurde, analog zu Beispiel 1, eine beschichtete C/C-Preform verwendet. Als Legierung wurde ebenfalls eine Mischung von Kupfer (73 at.-%) und Titan (27 at.-%) eingesetzt. Dieser Mischung wurden 5 Atom-% Zinn (Korngröße < 44 µm, Schmelzpunkt 232°C, Reinheit 99,8%, Fa. Alfa Aesar, Karlsruhe) hinzugegeben. Das Aufschmelzen erfolgte ebenfalls unter Argongas wie in Beispiel 1 beschrieben. Als Maximaltemperatur wurde 1200°C gewählt, als Haltezeit 30 min. Die Platte wurde röntgenographisch untersucht. Im Diffraktogramm konnte kein reines Kupfer nachgewiesen werden. Es bildete sich TiC und eine CuSn-Legierung (Bronze) aus. Der Verbundwerkstoff bestand aus Kohlenstoff (Fasern und Restmatrixkohlenstoff), Bronze, TiC und SiC. Analogously to Example 1, a coated C / C preform was used. As an alloy a mixture of copper (73 at%) and titanium (27 at%) was also used. This mixture was 5 atom% tin (grain size <44 microns, melting point 232 ° C, purity 99.8%, Alfa Aesar, Karlsruhe) added. The melting also took place under argon gas as described in Example 1. The maximum temperature was 1200 ° C selected, 30 min as hold time. The plate was examined by X-ray. in the Pure copper could not be detected by diffractogram. TiC and one formed CuSn alloy (bronze). The composite material consisted of carbon (fibers and residual matrix carbon), bronze, TiC and SiC.

Die beigefügten Figuren dienen zur weiteren Erläuterung des Verfahrensablaufes sowie der erhaltenen Ergebnisse. In den Figuren: The attached figures serve to further explain the process sequence and of the results obtained. In the figures:

Fig. 1 zeigt ein Ablaufschema der einzelnen Verfahrensschritte sowie der Werkstoffe zur Herstellung von Verbundwerkstoffen gemäß der Erfindung, umfassend eine Preform aus faserverstärktem Kohlenstoff (Faser/C), die zunächst mit SiC beschichtet wird und abschließend mit einer Metalllegierung (MeMe') infiltriert wird. Hierbei bedeutet Me karbibildendes Metall und Me' bedeutet Cu, Ag, Au, Al sowie Legierungen auf der Basis von Me'. Auf der linken Seite sind die jeweiligen Werkstoffe angegeben, während auf der rechten Seite die einzelnen Prozessschritte zu entnehmen sind. Die Prozessschritte sind unmittelbar in Fig. 1 erläutert, so dass unmittelbar auf die Angaben in Fig. 1 verwiesen wird. Fig. 1 shows a flow scheme of the individual process steps, as well as the materials for producing composite materials according to the invention comprising a preform made of fiber-reinforced carbon (fiber / C), which is first coated with SiC and is finally infiltrated with a metal alloy (MeMe '). Here Me means carbi-forming metal and Me 'means Cu, Ag, Au, Al and alloys based on Me'. The respective materials are shown on the left, while the individual process steps are shown on the right. The process steps are explained directly in FIG. 1, so that reference is made directly to the information in FIG. 1.

Fig. 2 zeigt ein Röntendiffraktogramm des Verbundwerkstoffes mit den identifizierten Phasen Cu, TiC, SiC und Graphit aus dem Beispiel 1; es treten keine Mischkristallphasen auf, d. h. die Cu-Ti-Legierung entmischt sich vollständig unter Bildung von Reinkupfer und TiC. Fig. 2 shows a Röntendiffraktogramm of the composite with the phases identified Cu, TiC, SiC and graphite of Example 1; there are no mixed crystal phases, ie the Cu-Ti alloy completely segregates to form pure copper and TiC.

Fig. 3 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme im Bereich einer beschichteten C- Faser mit einer SiC-Beschichtung, die über eine Si-Dampfsilizierung aufgebracht wurde, mit deutlich sichtbaren SiC-Einkristallen auf der Faseroberfläche; die Dicke der Beschichtung beträgt < 10 µm. Fig. 3 shows an electron micrograph in the range of a coated C- fiber having a SiC coating, which was applied via an Si-Dampfsilizierung, with clearly visible SiC single crystals on the fiber surface; the thickness of the coating is <10 µm.

Fig. 4 zeigt eine Elektronenmikroskopaufnahme des Werkstoffgefüges des Verbundwerkstoffes im Bereich einer infiltrierten Kapillare, wobei der dunkle Saum TiC ist und die schwarze Phase der C/C-Anteil ist. SiC ist sowohl dispergiert im Kupfer als auch im TiC vorhanden, eine diskrete Phasentrennung ist erkennbar; TiC ist nur an der Grenzfläche zum Kohlenstoff erkennbar. Fig. 4 shows an electron micrograph of the material structure of the composite material in the area of an infiltrated capillary, wherein the dark hem is TiC and the black phase of the C / C content. SiC is both dispersed in the copper and in the TiC, a discrete phase separation can be seen; TiC can only be recognized at the interface with carbon.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, bei dem eine poröse Preform aus faserverstärktem Kohlenstoff bereitgestellt wird, in die eine Metalllegierung mit einem ein Metallkarbid bildenden Legierungsbestandteil in flüssiger Phase zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Preform auf 10 bis 60 Vol.-% mit einer Kapillarstruktur eingestellt wird, dass die Infiltration unter Ausnutzung der Kapillarwirkung der Kapillarstruktur der Preform erfolgt, dass anschließend diesem Körper Silizium und/oder Siliziumverbindung(en) in der flüssigen oder in der gasförmigen Phase zugeführt wird (werden) derart, dass die Kapillaren der Preform eine mit Kohlenstoff der Preform gebildete SiC-Schicht mit einer Dicke der Schicht < 10 µm aufweisen, wobei der Gehalt an Matrix-Kohlenstoff der Preform derart eingestellt wird, dass nach der Bildung von SiC ausreichend freier Kohlenstoff für die Metallkarbid-Bildung zur Verfügung steht, dass danach die Metalllegierung derart oberhalb deren Schmelztemperatur gehalten wird, dass sich die SiC-Schichten ablösen und der Metallkarbid bildende Legierungsbestandteil mit freiem Kohlenstoff Metallkarbid bildet, und zusammen mit dem abgelösten SiC und dem verbleibenden Metalllegierungsbestandteil und Kohlenstoff die Matrix des Verbundwerkstoffes ausfüllen. 1. A method for producing a composite material, in which a porous preform made of fiber-reinforced carbon is provided, into which a metal alloy with an alloy component forming a metal carbide is fed in the liquid phase, characterized in that the porosity of the preform is reduced to 10 to 60 vol. % is set with a capillary structure, that the infiltration takes place using the capillary action of the capillary structure of the preform, that silicon and / or silicon compound (s) in the liquid or in the gaseous phase are then fed to this body in such a way that the capillaries of the preform have an SiC layer formed with carbon of the preform with a thickness of the layer <10 μm, the content of matrix carbon of the preform being set such that after the formation of SiC, sufficient free carbon is available for the metal carbide formation stands that after that the metal alloy is kept above their melting temperature in such a way that the SiC layers detach and the metal carbide-forming alloy constituent forms free metal carbide, and together with the detached SiC and the remaining metal alloy constituent and carbon fill the matrix of the composite material. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff mindestens 50 Masse-% Fasern und Metalllegierungsbestandteile aufweist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the composite material has at least 50% by mass of fibers and metal alloy components. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundwerkstoff mindestens 80 Masse-% Fasern und Metalllegierungsbestandteile aufweist. 3. The method according to claim 2, characterized in that the composite material has at least 80% by mass of fibers and metal alloy components. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verbleibende Legierungsbestandteil Cu, Al, Ag und/oder Au ist. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the remaining alloy component is Cu, Al, Ag and / or Au. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der porösen Preform zunächst ein Grünkörper durch Pressen, Wickeln oder Laminieren von Fasern und/oder Geweben unter Zugabe von Bindemittel hergestellt wird, der unter Schutzgas zur Pyrolyse des Bindemittels einer Temperatur von 800-1600°C ausgesetzt wird. 5. The method according to claim 1, characterized in that for the production of porous preform is first a green body by pressing, winding or laminating of fibers and / or fabrics is produced with the addition of binder, the under protective gas for pyrolysis of the binder at a temperature of 800-1600 ° C is exposed. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern hochtemperaturfeste und/oder hochwärmeleitfähige Kohlenstofffasern eingesetzt werden. 6. The method according to claim 1, characterized in that as fibers High temperature resistant and / or highly heat conductive carbon fibers are used. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Preform vorzugweise bei einer Temperatur von 1600 bis 3000°C graphitiert wird. 7. The method according to claim 6, characterized in that the preform is preferably graphitized at a temperature of 1600 to 3000 ° C. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern keramische Fasern eingesetzt werden. 8. The method according to claim 1, characterized in that ceramic as fibers Fibers are used. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fasern karbidische Fasern eingesetzt werden. 9. The method according to claim 1, characterized in that the fibers are carbide Fibers are used. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als karbidische Fasern SiC-Fasern eingesetzt werden. 10. The method according to claim 9, characterized in that as carbide fibers SiC fibers are used. 11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Restporosität des Verbundwerkstoffes kleiner 5%, vorzugsweise kleiner 2%, beträgt. 11. The method according to claim 1, characterized in that the residual porosity of the Composite is less than 5%, preferably less than 2%. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalllegierung zur Infiltration auf einer Temperatur oberhalb deren Schmelztemperatur für mindestens 30 Minuten gehalten wird. 12. The method according to claim 1, characterized in that the metal alloy for Infiltration at a temperature above their melting temperature for at least Is held for 30 minutes. 13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der SiC- Schicht 1 bis 5 µm beträgt. 13. The method according to claim 1, characterized in that the thickness of the SiC Layer is 1 to 5 microns. 14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalllegierung eine Cu-Ti-Legierung infiltriert wird. 14. The method according to claim 1, characterized in that as a metal alloy Cu-Ti alloy is infiltrated. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Cu-Ti-Legierung mit einer Aufheizrate von > 10 K/min aufgeheizt wird. 15. The method according to claim 14, characterized in that the Cu-Ti alloy is heated at a heating rate of> 10 K / min. 16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssige Cu-Ti- Legierung durch die Kapillaritätskräfte der Kapillaren in eine mit Siliziumkarbid beschichtete C/C-Preform infiltriert wird. 16. The method according to claim 14, characterized in that the liquid Cu-Ti Alloy by the capillary forces of the capillaries in a with silicon carbide coated C / C preform is infiltrated. 17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der TiC-Gehalt des Verbundwerkstoffes durch den Ti-Gehalt der Cu-Ti-Legierung eingestellt wird. 17. The method according to claim 14, characterized in that the TiC content of the Composite material is set by the Ti content of the Cu-Ti alloy. 18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Metalllegierung eine mehrphasige, Kupfer enthaltende Metalllegierung infiltriert wird. 18. The method according to claim 1, characterized in that as a metal alloy multiphase, copper-containing metal alloy is infiltrated.
DE10143015A 2001-09-03 2001-09-03 Process for the production of a composite material Expired - Fee Related DE10143015C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10143015A DE10143015C2 (en) 2001-09-03 2001-09-03 Process for the production of a composite material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10143015A DE10143015C2 (en) 2001-09-03 2001-09-03 Process for the production of a composite material

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10143015A1 true DE10143015A1 (en) 2003-03-27
DE10143015C2 DE10143015C2 (en) 2003-11-13

Family

ID=7697480

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10143015A Expired - Fee Related DE10143015C2 (en) 2001-09-03 2001-09-03 Process for the production of a composite material

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10143015C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005042439A1 (en) * 2003-10-27 2005-05-12 Robert Bosch Gmbh Method for producing a composite part and metal/ceramic part
WO2006004999A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-12 Poco Graphite, Inc. A process for the manufacturing of dense silicon carbide
EP1818319A2 (en) 2006-02-09 2007-08-15 DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Decorative structure
US8268438B2 (en) 2009-03-06 2012-09-18 Deutsches Zentrum fuer Luft—und Raumfahrt e.V. Component for use in streams of hot gas
CN114685179A (en) * 2020-12-29 2022-07-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 Preparation method of silicon carbide ceramic matrix composite based on infiltration preform pore structure regulation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2556679C2 (en) * 1975-09-15 1985-06-20 Fiber Materials, Inc., Biddeford, Me. Composite material and process for its manufacture
JPH0570866A (en) * 1991-09-18 1993-03-23 Nippon Oil Co Ltd Production of composite material
EP1041056A2 (en) * 1999-03-30 2000-10-04 Railway Technical Research Institute Titanium- and copper-containing carbon composite material and process for the production thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2556679C2 (en) * 1975-09-15 1985-06-20 Fiber Materials, Inc., Biddeford, Me. Composite material and process for its manufacture
JPH0570866A (en) * 1991-09-18 1993-03-23 Nippon Oil Co Ltd Production of composite material
EP1041056A2 (en) * 1999-03-30 2000-10-04 Railway Technical Research Institute Titanium- and copper-containing carbon composite material and process for the production thereof

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005042439A1 (en) * 2003-10-27 2005-05-12 Robert Bosch Gmbh Method for producing a composite part and metal/ceramic part
CN100410211C (en) * 2003-10-27 2008-08-13 罗伯特·博世有限公司 Method for producing a composite part and metal/ceramic part
WO2006004999A1 (en) * 2004-06-30 2006-01-12 Poco Graphite, Inc. A process for the manufacturing of dense silicon carbide
US8142845B2 (en) 2004-06-30 2012-03-27 Poco Graphite, Inc. Process for the manufacturing of dense silicon carbide
EP1818319A2 (en) 2006-02-09 2007-08-15 DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Decorative structure
US8268438B2 (en) 2009-03-06 2012-09-18 Deutsches Zentrum fuer Luft—und Raumfahrt e.V. Component for use in streams of hot gas
CN114685179A (en) * 2020-12-29 2022-07-01 中国科学院上海硅酸盐研究所 Preparation method of silicon carbide ceramic matrix composite based on infiltration preform pore structure regulation

Also Published As

Publication number Publication date
DE10143015C2 (en) 2003-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1273817B1 (en) Process for the manufacture of a fibre reinforced material consisting at least on the peripheral area of a metal-ceramic composite material
EP0976698B1 (en) Method of producing a protective coating containing silicon carbide
DE10008686B4 (en) Process for producing a fiber-reinforced silicon carbide composite
DE60004899T2 (en) SiC-C / C composite and its uses
DE602004003345T2 (en) PROCESS FOR THE SILICATION OF THERMOSTRUCTURAL COMPOSITES AND PARTS MANUFACTURED THEREFOR
EP0899251B1 (en) Method of making a body having a porous matrix of at least one recrystallized material
DE102007063517B3 (en) Manufacturing wear-resistant silicon carbide- or carbon component, coats substrate with diamond crystals and binder, fires and infiltrates with silicon at high temperature
DE2556679C2 (en) Composite material and process for its manufacture
DE102015223236A1 (en) Ceramic component
EP1685081B1 (en) Method for producing a composite part and metal/ceramic part
EP0864548A2 (en) Graphite short fibre reinforced silicon carbide body
DE10157483C2 (en) Shaped body made of fiber-reinforced composite materials with a segmented cover layer, its manufacture and its use
EP1008569A1 (en) Method of making a short carbon fibre-reinforced silicon carbide composite material
DE69837677T2 (en) FIBER COMPOSITE AND METHOD OF MANUFACTURING
EP1319640A2 (en) Process for the oxidation protection of fibre reinforced composites
DE10014418C5 (en) Process for the production of a fiber-reinforced structural component and brake disk manufactured therefrom
DE102006047394A1 (en) Process for producing a composite component and metal-ceramic composite component
EP1323686A2 (en) Method of production of hollow bodies out of fibre reinforced ceramic materials
EP1323685A2 (en) Method of production of shaped bodies out of fibre reinforced ceramic materials
DE10143015C2 (en) Process for the production of a composite material
EP3431459A1 (en) Fibrous composite material and method for its production
EP3856700B1 (en) Method of producing a carbon-ceramic shaped body
DE19706925C2 (en) Process for producing ceramic-metal composite bodies, ceramic-metal composite bodies and their use
DE10130395A1 (en) Friction material used in the production of friction elements for brakes and couplings in vehicles comprises a structural component and an infiltration component formed as a penetrating network
EP0111080B1 (en) Method of making a fibre-reinforced composite ceramic material

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8304 Grant after examination procedure
8364 No opposition during term of opposition
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V.

8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: DEUTSCHES ZENTRUM FUER LUFT- UND RAUMFAHRT E.V.

R084 Declaration of willingness to licence
R082 Change of representative
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee