DE10143015C2 - Process for the production of a composite material - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, bei dem eine poröse Preform aus faserverstärktem Kohlenstoff bereitgestellt 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.
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 Metallma trix, 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 material with a metal dimension trix, while a CMC has a matrix of ceramic components.
Die DE 25 56 679 C2 beschreibt einen Verbundwerkstoff und ein Verfahren zu seiner Her stellung. Der Verbundwerkstoff besteht aus in einer Metallmatrix angeordneten Kohlen stofffasern, wobei die Matrix aus einem karbidbildenden Metall besteht oder ein solches enthält, insbesondere aus der Gruppe Aluminium, Magnesium, Titan, Nickel, Legierungen dieser Elemente sowie Legierungen, welche eines dieser Elemente in einem größeren Anteil enthalten. Die Kohlenstofffasern sind mit einem dünnen, karbidhaltigen Überzug als Schutz und gegebenenfalls als Benetzungsschicht überzogen. Der Oberflächenüberzug der Kohlenstofffasern soll aus Siliziumoxid und Siliziumkarbid bestehen. Die Schicht be steht aus Siliziumkarbid und Siliziumoxid im Verhältnis 1 : 1 und wird bewußt zur Erzeugung eines Siliziumoxids in sauerstoffreicher Atmosphäre abgeschieden.DE 25 56 679 C2 describes a composite material and a method for its manufacture position. The composite material consists of coals arranged in a metal matrix fabric fibers, wherein the matrix consists of a carbide-forming metal or such contains, especially from the group aluminum, magnesium, titanium, nickel, alloys of these elements as well as alloys, which one of these elements in a larger Share included. The carbon fibers are covered with a thin, carbide-containing coating Protection and possibly coated as a wetting layer. The surface coating the carbon fibers are said to consist of silicon oxide and silicon carbide. The layer be is made of silicon carbide and silicon oxide in a ratio of 1: 1 and is deliberately used for production of a silicon oxide deposited in an oxygen-rich atmosphere.
Die JP 0507866 A. In: Patent Abstracts of Japan [CD-ROM], beschreibt die Herstellung einer Preform für ein kohlenstofffaserverstärktes Komposit-Material. Auf der Oberfläche des Kohlenstofffaser/Kohlenstoff-Komposit-Materials wird ein Karbid gebildet. Die Preform und/oder das kohlenstofffaserverstärkte, metallische Komposit-Material werden an dem Kohlenstofffaser/Kohlenstoff-Komposit-Material angebondet.JP 0507866 A. In: Patent Abstracts of Japan [CD-ROM], describes the production a preform for a carbon fiber reinforced composite material. On the surface a carbide is formed of the carbon fiber / carbon composite material. The preform and / or the carbon fiber reinforced metallic composite material are on the Carbon fiber / carbon composite material bonded.
Die EP 1 041 056 A2 betrifft ein Titan und Kupfer enthaltendes Kohlenstoffkompositmate rial und ein Verfahren zum Herstellen davon. Nach dieser Druckschrift wird ein Titan und Kupfer enthaltendes Kohlenstoffverbundmaterial sowie ein Verfahren zu dessen Herstel lung beschrieben. Der Verbundwerkstoff enthält Cu-Ti-Legierungen verschiedener Zu sammensetzung 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; Her stellung 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.EP 1 041 056 A2 relates to a carbon and composite material containing titanium and copper rial and a method of manufacturing the same. According to this document, a titanium and Carbon-containing carbon composite material and a process for its production described. The composite material contains Cu-Ti alloys of various types composition and is used to manufacture pantographs for rail vehicles used. It describes various processes for the production of C / C preforms and their infiltration described: production of C / C preforms without metal content; here provision of a C preform made of C / C with different Cu and Ti contents; manufacturing a C / C preform with Ti components. In terms of process engineering, the C / C Preforms infiltrated with pure Cu-Ti alloys. The Ti content in the alloy is used 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, deren
Porosität auf 10 bis 60 Vol.-% mit einer Kapillarstruktur eingestellt wird,
dass 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 von < 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 anschließend eine Metalllegierung mit einem ein Metallkarbid bildenden Legierungs
bestandteil mit einer Aufheizrate von < 10 K/min unter Vakuum oder Schutzgas erhitzt und
als flüssige Phase der Preform zugeführt wird, wobei die Infiltration unter Ausnutzung der
Kapillarwirkung der Kapillarstruktur der Preform erfolgt,
dass danach die Metalllegierung derart oberhalb deren Schmelztemperatur mindestens 30
Minuten gehalten wird, dass sich die SiC-Schichten ablösen und der Metallkarbid bildende
Legierungsbestandteil mit freiem Kohlenstoff Metallkarbid bildet, und dieses Metallkarbid
zusammen mit dem abgelösten SiC und dem verbleibenden Metalllegierungsbestandteil
und nicht-reagiertem Rest-Kohlenstoff die Matrix des Verbundwerkstoffes ausfüllt.This problem is solved with a method for producing a composite material,
in which a porous preform made of fiber-reinforced carbon is provided, the porosity of which is adjusted to 10 to 60% by volume with a capillary structure,
that silicon and / or silicon compound (s) are (are) supplied to this body in the liquid or in the gaseous phase 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 of <10 μm .
the content of matrix carbon of the preform being adjusted such that sufficient Si is available for metal carbide formation after the formation of SiC,
that a metal alloy with an alloy constituent forming a metal carbide is then heated at a heating rate of <10 K / min under vacuum or protective gas and fed to the preform as a liquid phase, the infiltration taking place using the capillary action of the capillary structure of the preform,
that the metal alloy is then held above its melting temperature for at least 30 minutes in such a way that the SiC layers detach and the metal carbide-forming alloy constituent forms free metal carbide with free carbon, and this metal carbide together with the detached SiC and the remaining metal alloy constituent and unreacted residual Carbon fills the matrix of the composite.
Der nach diesem Verfahren hergestellte Verbundwerkstoff zeigt, je nach Metalllegierung, ausgezeichnete funktionelle Eigenschaften, wie eine hohe Leitfähigkeit durch die metalli schen 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 Metallkarbi de, Kohlenstoff sowie reine Metalle und Metalllegierungsbestandteile. Ein wesentlicher Aspekt des Verfahrens ist derjenige, dass Preforms, vorzugsweise C/C-Preforms, mit ho her Kapillarwirkung verwendet werden und dass sich dünne SiC-Schichten als Zwischen produkt 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 metal 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 metal carbons de, carbon and pure metals and metal alloy components. An essential one Aspect of the method is that preforms, preferably C / C preforms, with ho fro capillary action and that thin SiC layers are used as an intermediate form the product before the actual production of the composite material.
Die Zuführung bzw. Infiltration der Metalllegierung, die einen Metallkarbid bildenden Legie rungsbestandteil 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 Durch messer 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, the alloy forming a metal carbide contains in the liquid phase is essentially due to the porosity and 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 .-%, a through diameter of the capillaries 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 quasi isotroper 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 through the use of C-fibers is said to have 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 Ausgangspro dukt verwendeten Preform erfolgt mittels SiC, das über eine Gas- oder Flüssigphasenre aktion erzeugt wird. Für die Beschichtung können flüssige, silizium-organische Prekurso ren, wie beispielsweise Polycarbosilane oder Silazane, verwendet werden, die in die Po ren der Preform infiltriert und anschließend einer Temperaturbehandlung unterworfen wer den, bis sich eine SiC-haltige Schicht bildet. Alternativ können Silizium oder Siliziumver bindungen über die Gasphase, wie beispielsweise durch ein CVD-Verfahren, abgeschie den 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 bei spielsweise eine Cu-Ti-Legierung, infiltrieren läßt. Es hat sich gezeigt, dass ohne eine sol che SiC-Beschichtung die Schmelze nicht oder nur sehr unvollständig infiltrierbar ist. Au ßerdem können nicht beschichtete Preformen stark delaminiert werden, was zu einer Zer störung des gesamten Körpers führen kann.The coating of the fibers of the fiber structure or the capillaries as the initial pro The preform used is made by means of SiC using a gas or liquid phase action is generated. Liquid, silicon-organic precursors can be used for the coating ren, such as polycarbosilanes or silazanes, used in the Po Ren infiltrated the preform and then subjected to a temperature treatment until an SiC-containing layer is formed. Alternatively, silicon or silicon ver Connections via the gas phase, such as by a CVD process, are fired that will. 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, as in for example, a Cu-Ti alloy, can infiltrate. It has been shown that without a sol che SiC coating the melt is not or only very incompletely infiltrable. Au In addition, non-coated preforms can be severely delaminated, resulting in a disintegration whole body disorder.
Die Infiltration der Metalllegierungsschmelze erfolgt nach einer schnellen Aufheizung mit Aufheizraten < 10 K/min der Legierung unter Vakuum oder Schutzgas. Durch solche schnellen Aufheizraten wird eine Kontamination der Metalle durch Lösen von Restgasen in der Schmelze bzw. eine Gasphasenreaktion weitgehend vermieden.After rapid heating, the metal alloy melt is infiltrated with Heating rates <10 K / min of the alloy under vacuum or protective gas. Through such Rapid heating rates will contaminate the metals by dissolving residual gases in the melt or a gas phase reaction largely avoided.
Bei der Abscheidung des Siliziums und/oder von Siliziumverbindungen als Si-Dampf er folgt 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 he this is followed by the in-situ formation of silicon carbide on the surface of the C-containing preform.
Durch die Haltezeit oberhalb des Schmelzpunkts der jeweiligen, eingesetzten Legierungs zusammensetzung kann die Schmelze den porösen, faserverstärkten Kohlenstoff voll ständig benetzen und infiltrieren. An der Grenzfläche des abgeschiedenen Siliziumkarbids bzw. des Kohlenstoffes findet die Entmischung der Legierungsbestandteile statt.Due to the holding time above the melting point of the respective alloy used composition, the melt can fully contain the porous, fiber-reinforced carbon constantly wetting and infiltrating. 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 Pre form abgelöst und in der Restschmelze gelöst. Die Bildung des Metallkarbids mit dem restlichen, freien Kohlenstoff der Preform ist angestrebt, da sich die eingesetzte Metall schmelze hierbei entmischt.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 pre Detached form 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 metal used melt segregated.
Für eine gute Entmischung wird eine Haltezeit von < 30 Minuten eingesetzt. 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.A holding time of <30 minutes is used for good segregation. 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 Me
talllegierung 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:
Studies have shown that when a titanium-containing metal alloy 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:
- - Die Benetzung der Preform durch die Legierungsschmelze ist nicht homogen und findet nur oberflächlich statt, d. h. nur im äußeren Randbereich der Preform.- The wetting of the preform by the alloy melt is not homogeneous and takes place only superficially, d. H. only in the outer edge area of the 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.- The depth of penetration of the alloy melt is small and can be a maximum of 1 to 3 mm Depth of penetration can be given in the preform as the capillarity of the open Porosity is not sufficient for complete infiltration. On the outer surface the preform therefore remains the alloy as a solidified melt.
- - Eine gewebe-verstärkte C/C-Preform neigt zu einer starken Delaminierung der Ge webelagen, was zum Zerstören des gesamten Bauteils während der Infiltration füh ren kann.- A tissue-reinforced C / C preform tends to strongly delaminate the Ge woven layers, which leads to the destruction of the entire component during the infiltration can.
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 Siliziumkar bid, ummantelt. Die innere Oberfläche der Preform kann durch Mikrorisse oder Poren in der Kohlenstoffmatrix oder durch Fasern oder Faserbündel 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, bei spielsweise eine TiC-Bildung, falls Titan als Metalllegierungsbestandteil eingesetzt wird, statt. Aus diesem Grund ist für die erfolgreiche Durchführung eine primäre SiC-Beschich tung 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, vorzugs weise 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 car bid, 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, the secondary carbide formation for example a TiC formation, if titanium is used as a metal alloy component, instead of. For this reason, a primary SiC coating is necessary for the successful implementation tion 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 Schmelztem peratur 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 Aus gangsgewicht 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 Legierungs zusammensetzung 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 melting point for the infiltration 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, with respect to the out 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 the respective alloy composition completely wet and infiltrate the porous preform (C / C material) can. 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 < 1.103 Pa (10 mbar), statt. Gegebenenfalls kann auch mit leichtem Überdruck infil triert werden, wenn mit Argon als Atmosphäre gearbeitet wird, wobei dann der Druck auf etwa 1.105 Pa-1,1.105 Pa (1000 bis 1100 mbar) eingestellt wird.The metal alloy is preferably infiltrated in a vacuum, preferably at a pressure of <1.10 3 Pa (10 mbar). If necessary, it can also be infiltrated with a slight excess pressure when working with argon as the atmosphere, the pressure then being set to about 1.10 5 Pa-1.1.10 5 Pa (1000 to 1100 mbar).
Neben dem vorstehend erwähnten Titan können als Karbid bildende Metalle darüberhin aus 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 ein gesetzt werden können.In addition to the titanium mentioned above, carbide-forming metals can also be used from preferably 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, in addition to copper, Ag, Au and Al are also used as alloy components can be placed.
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 erhalte ne 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 receive ne 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 binä ren 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 Eigen schaften von Kupfer zu modifizieren, beispielsweise zur Ausbildung von Mischkristallpha sen.It has also been shown that by adding one or more metals to the binary Ren metal alloys instead of pure copper, for example, 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. Furthermore, nickel, lead, antimony, bismuth can be added to the own Modify copper properties, for example to form mixed crystal sen.
Der fertiggestellte Verbundwerkstoff ist durch eine Matrix aus Metallkarbid, SiC, und der erstarrten Restschmelze aus dem anderen Metalllegierungspartner in den Zwischenräu men 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 er starrten Schmelze des anderen Legierungsbestandteils, d. h. bei einer TiCu-Legierung der erstarrten Kuperschmelze, identifiziert werden. Mit dem zunehmenden Anteil des das Me tallkarbid bildenden Legierungsbestandteils in der Ausgangsschmelze läßt sich der Volu menanteil des sich bildenden Metallkarbids erhöhen. Das bedeutet, dass die Metallkarbid schicht 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 space men 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 stared at melt of the other alloy component, i.e. H. for a TiCu alloy solidified copper melt, can be identified. With the increasing proportion of the Me The alloying constituent of tall carbide in the starting melt is volu Increase the proportion of 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 Atomic% 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 einge
setzt. Außerdem kommen keramische, insbesondere karbidische Fasern, wie z. B. SiC-
Fasern in Frage, die allerdings sehr spröde sind. Vorteilhaft wirken sich im Verbundwerk
stoff 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 Graphitierungs
schritt ausgeführt werden (bei Temperaturen von ungefähr 2000 bis 3000°C), um aus dem
amorphen Kohlenstoff der Fasern ein leitfähiges Graphit bereitzustellen. Im Hinblick auf
eine gute Leitfähigkeit sind besonders UHM-Fasern (Fasern mit einem ultrahohen Modu
lus) geeignet, die nach der Graphitierung Leitfähigkeiten um 600 W/mK aufweisen. Hierbei
handelt es sich um hoch steife, 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. To do this, a graphitization step 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 Unteran sprüchen angegeben. Die sich aus den Merkmalen der Unteransprüche ergebenden Vor teile sind bereits in den vorstehenden Ausführungen erläutert.Advantageous embodiments of the method according to the invention are in the Unteran sayings. The result from the characteristics of the subclaims parts have already been explained in the foregoing.
Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Ver fahren erläutert.Various exemplary embodiments of the inventive method are described below driving explained.
Als Ausgangswerkstoff wurde zunächst eine CFK-Platte durch RTM-Technik in einem Metallgesenk hergestellt. Das Gesenk besteht aus einer Harzkammer und Gewebekam mer, 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 Stickstoff druck (von 0,01-0,5 MPa (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 (2 MPa (20 bar)) und Temperatur von 200°C im Gesenk ausgehärtet. Der auf diese Weise herge stellte 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 fabric came 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 0.01-0.5 MPa (0.1-5 bar)) and a temperature of 100 ° C with Phenolic resin infiltrates. The resin granulate softens in the resin chamber and is under the Gas pressure is pressed into the tissue chamber and infiltrates the tissue there. The infiltration took about 30 min. The infiltrated tissue is then under pressure (2 MPa (20 bar)) and temperature of 200 ° C hardened in the die. The herge in this way The CFRP body had a fiber volume fraction of approx. 60 vol.%. The process of CFRP production takes a total of about 3 hours.
Die ausgehärtete Preform wurde anschließend bis 1650°C pyrolysiert. Hierzu wurde der CFK-Körper in einen Graphittiegel gelegt und mit einer Graphitplatte beschwert (Flächen beschwerung 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).
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 Tiegel boden 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 Sili ziumpulver 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 bil det 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 Massenaufnah me 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, about 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%.
Die Infiltration der Cu-Ti-Legierung mit der atomaren Zusammensetzung Cu73Ti27 er folgte in Argonatmosphäre in einem widerstandsbeheizten HT-Ofen oberhalb des eutekti schen 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 Ver suchsraum 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 einzel nen Gewebelagen.The infiltration of the Cu-Ti alloy with the atomic composition Cu73Ti27 er followed in an argon atmosphere in a resistance-heated HT furnace above the eutecti 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 the ver search space 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 delamination 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.
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 Legie rung Cu73Ti27 erfolgte nach dem gleichen Ablauf wie in Schritt 4 beschrieben. Nach der Entnahme der C/C-Preform aus dem Graphittiegel zeigte sich eine unvollständige Benet zung der erstarrten Schmelze auf der Preformoberfläche. Die Schmelze konnte auch nur oberflächennah in die Porosität der Preform eindringen (Eindringtiefe < 1 mm). Die Pre form 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 Legie Cu73Ti27 was carried out according to the same procedure as described in step 4. After Removing the C / C preform from the graphite crucible showed an incomplete benet 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 Pre form showed strong signs of delamination. Individual layers of fabric were inside of the composite material.
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. Die ser 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 ge wählt, als Haltezeit 30 min. Die Platte wurde röntgenographisch untersucht. Im Diffrakto gramm 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. the 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 selects, 30 min as hold time. The plate was examined by X-ray. In the diffracto no pure copper could be detected. 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 Werk stoffe zur Herstellung von Verbundwerkstoffen gemäß der Erfindung, umfas send 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 un mittelbar in Fig. 1 erläutert, so dass unmittelbar auf die Angaben in Fig. 1 verwiesen wird. Fig. 1 shows a flow diagram of the individual process steps and the materials for the production of composite materials according to the invention, comprising a preform made of fiber-reinforced carbon (fiber / C), which is first coated with SiC and then infiltrated with a metal alloy (MeMe ') becomes. 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 identifizier ten 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 X-ray diffractogram of the composite material with the identified phases Cu, TiC, SiC and graphite from 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 aufge bracht wurde, mit deutlich sichtbaren SiC-Einkristallen auf der Faseroberflä che; die Dicke der Beschichtung beträgt < 10 µm. Fig. 3 shows an electron micrograph in the area of a coated C-fiber with an SiC coating, which was brought up via Si steam silication, 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 Ver bundwerkstoffes im Bereich einer infiltrierten Kapillare, wobei der dunkle Saum TiC ist und die schwarze Phase der C/C-Anteil ist. SiC ist sowohl dis pergiert 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, the dark border being TiC and the black phase being the C / C portion. 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)
bei dem eine poröse Preform aus faserverstärktem Kohlenstoff bereitgestellt wird, deren Porosität auf 10 bis 60 Vol.-% mit einer Kapillarstruktur eingestellt wird,
dass 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 von < 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 anschließend eine Metalllegierung mit einem ein Metallkarbid bildenden Legie rungsbestandteil mit einer Aufheizrate von < 10 K/min unter Vakuum oder Schutz gas erhitzt und als flüssige Phase der Preform zugeführt wird, wobei die Infiltration unter Ausnutzung der Kapillarwirkung der Kapillarstruktur der Preform erfolgt,
dass danach die Metalllegierung derart oberhalb deren Schmelztemperatur minde stens 30 Minuten gehalten wird, dass sich die SiC-Schichten ablösen und der Me tallkarbid bildende Legierungsbestandteil mit freiem Kohlenstoff Metallkarbid bildet, und dieses Metallkarbid zusammen mit dem abgelösten SiC und dem verbleiben den Metalllegierungsbestandteil und nicht-reagiertem Rest-Kohlenstoff die Matrix des Verbundwerkstoffes ausfüllt.1. Process for the production of a composite material,
in which a porous preform made of fiber-reinforced carbon is provided, the porosity of which is adjusted to 10 to 60% by volume with a capillary structure,
that silicon and / or silicon compound (s) are (are) supplied in the liquid or in the gaseous phase 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 of <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 formation of metal carbide,
that a metal alloy with an alloying constituent forming a metal carbide is then heated at a heating rate of <10 K / min under vacuum or protective gas and fed to the preform as a liquid phase, the infiltration taking place using the capillary action of the capillary structure of the preform,
that the metal alloy is then held above its melting temperature for at least 30 minutes in such a way that the SiC layers detach and the metal carbide-forming alloy component forms metal carbide with free carbon, and this metal carbide together with the detached SiC and the metal alloy component remains and non- reacted residual carbon fills the matrix of the composite.
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