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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Beschichten eines Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffes
mit Sauerstoffschutzschichten.
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Das
Verfahren zeichnet sich durch zwei oder mehrere Lagen der Beschichtung
aus, die auf dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff unter
Verwendung von Silizium ausgebildet werden, wobei die Gesamtdicke
der Beschichtungslagen geregelt ist und in einem Bereich von 10 μm bis 2000 μm, abhängig von
der Menge an Silicium für
die Beschichtung, variiert.
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Aus
der
DE 39 20 450 C2 ist
ein Verfahren zum Ausbilden von Oxidationsschichten aus SiC auf Kohlenstoffkörpern durch
Umwandlung einer anisotropen Kohlenstoffmatrix im Oberflächenbereich
zumindest teilweise in SiC durch Packsilizierung mit Silicium und
Umwandeln von Kohlenstoff in SiC bekannt, wobei drei oder mehr Schichten
aus SiC oder Si
3N
4 durch
chemische Ablagerung aus der Gasphase und Pyrolyse von Alkylsilanen,
Alkylhalogensilanen aufgebracht werden und anschließend eine Deckschicht
und Umwandeln derselben durch Tempern in verglastes SiO
2 oder
eine Mischung aus verglastem SiO
2/Si aufgebracht
wird. Das Aufbringen der Deckschicht erfolgt durch Plasma CVD (Sputtern)
bei Temperaturen von beispielsweise 3000 °C unter Verbrennung eines SiH
4-N
2O-Gemisches bei Unterdruck
von 0,1 bis 3,0 mbar und anschließendem Tempern bei 1200 °C. Dadurch
wird die Deckschicht aus verglastem SiO
2 oder
SiO
2/Si erhalten.
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In
der Fachwelt ist es bekannt, dass ein Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
hohe Wärmeleitfähigkeit
und einen niedrigen thermischen Expansionskoeffizienten besitzt,
sowie ausgezeichnete Stärke
und Steifigkeit bei hohen Temperaturen. Wird jedoch der Verbundwerkstoff
in einer allgemeinen Atmosphäre
auf 400 °C
und höher
erhitzt, reagieren die Kohlen-stoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe
mit dem Luftsauerstoff und werden zu Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid
oxidiert und die Eigenschaften des Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffes werden
dabei unvermeidlich verschlechtert. Daher sind Kohlenstoff/-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe
in der Anwendung auf eine Inertatmosphäre begrenzt und somit sind
ihre Anwendungsfelder sehr eng. Die zur Zeit bekannten Beschichtungstechniken,
die die Oxidation von Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen verhindern, umfassen
Verfahren wie Packung-Zementation, CVD-Beschichtungstechnik oder Aufschlämmungsbeschichtung.
Um die Anzahl von Sprüngen
bzw. Rissen, die durch den Beschichtungsprozess verursacht werden,
abzusenken, wurden Techniken entwickelt, die zumindest zwei Lagen der
Beschichtung an Stelle einer Einzellage umfassen. Unter Berücksichtigung
der Reaktivität
und der Fugazität
sind keramische Materialien wie SiC, SiO2, B2O3 und ZrO2 die häufigsten
Beschichtungsmaterialien. Seit Mitte der 1960er Jahre wird das Zementationsverfahren
für die
Schutzbeschichtung einer Superlegierung angewandt, die in Heißgas-Turbinen eingesetzt
wird. Die Verwendung einer Vielzahl von Zementationsverbindungen
bei der Ausbildung von SiC-Beschichtungen
auf Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen ist in den US-Patenten
4 544 412, 4 425 407, 4 976 889 und 3 095 316 offenbart. In Bezug
auf das Zementationsverfahren erzeugen die Zementationsverbindungen
basierend auf Al2O3,
Si und SiC jeweils SiO-Gas;
das SiO-Gas bewirkt folgende Reaktion in den Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen:
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Reaktion 1
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SiO(g) + 2C(s) → SiC(s)
+ CO(g)
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Bor
wird gleichfalls den Zementationsverbindungen hinzugefügt und es
verstärkt
den Sauerstoffschutz des Verbundwerkstoffes, wie dies in den US-Patenten
2 992 960, 3 374 102, 3 672 936 und 4 119 189 offenbart ist. Gemäß dem US-Patent
3 935 034 verstärkt
Bor, wenn es in einer größeren Menge eingesetzt
wird, den Sauerstoffschutz des Verbundwerkstoffes. Werden jedoch
1,5 Gew.-% oder mehr Bor angewandt, wird die Packung aus dem Zementationsmaterial
gesintert, wodurch die Reaktivität
zwischen der Packung und dem Verbundwerkstoff abgesenkt wird. Des
Weiteren gilt, dass in Folge der gesinterten Packung die beschichteten
Produkte schwierig recyclebar sind. Die ideale Menge an Bor liegt
daher im Bereich von 0,2 bis 1,5 Gew.-%.
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Gemäß den US-Patenten
4 976 899 und 4 425 407 wird die CVD-Beschichtungstechnik angewandt,
um das SiO-Gas in der Reaktion 1 zu erzeugen. Bei dieser Reaktion
hängen
die optimalen Reaktionsbedingungen von den Verhältnisse von
H2/CH3SiCl3 und C4H10/CH3SiCl3 in den Gasen H2, CH3SiCl3 und C4H10 ab.
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Die
Aufschlämmungsbeschichtung
wird angewandt, um den Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
mit flüssigem
Silicium und Bor zu beschichten. In dem US-Patent 3 936 574 ist
das Hinzufügen von
10 bis 35 Gew.-% Bor beschrieben, um den Oxidationsschutz des Verbundwerkstoffes
zu verstärken.
Des Weiteren offenbart das US-Patent 4 148 894 die Verwendung einer
Gussform, um den Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff mit flüssigem Silicium
zu imprägnieren,
während
die Ofentemperatur auf 1600 °C
oder höher
gehalten ist, wobei sich Silicium- und SiC-Beschichtungslagen ausbilden
und den Oxidationswiderstand verbessern.
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Die
voranstehend beschriebenen Techniken können miteinander kombiniert
werden oder unabhängig
voneinander angewandt werden. Eine Kombination kann beispielsweise
ein Packung-Zementationsverfahren und CVD-Beschichtungstechnik oder Packung-Zementationsverfahren
und eine Aufschlämmungsbeschichtung
umfassen. Die US-Patente 4 425 407 und 4 976 899 offenbaren Mehrfachbeschichtungsverfahren,
welche die Anzahl der Risse während
des Beschichtungsprozesses reduzieren. Herkömmliche Beschichtungsmethoden
sind wegen ihrer komplizierten Beschichtungsprozesse nachteilig,
da sie beispielsweise ein anorganisches Material zum Fixieren der
Beschichtungslage oder eine Gussform während der Imprägnierung
anwenden. Hinzu kommt noch, dass zumindest zwei Beschichtungsmaterialien
erforderlich sind, um zwei oder mehr Beschichtungslagen auszubilden.
Ebenso ist ein Wärmebehandlungsprozess
erforderlich, der bei einer Temperatur von 1600 °C oder höher abläuft, wodurch wirtschaftliche
Vorteile verschlechtert werden.
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Die
Beschichtungslagen, die für
einen Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff erforderlich sind,
sollen eine niedrigere Volatilität
oder Fugazität aufweisen,
um eine übermäßige Oxidation
im rasch strömenden
Gas zu verhindern; die Lagen sollen gleichförmig und dicht sein, um eine
Sauerstoffreaktion mit dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
zu vermeiden. Des Weiteren soll der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff,
der in Hochtemperaturbereichen, wie in Vorrichtungen für Hitzebehandlung
oder in Raketenturbinen angewandt wird, nicht mit dem Kontaktmaterial
bei hohen Temperaturen reagieren. Wegen der niedrigen Volatilität und Reaktivität wurden
Keramikmaterialien konsequenterweise als Beschichtungsmaterialien vorgeschlagen,
die den Anforderungen für
die Beschichtungslagen genügen.
Jedoch gilt allgemein, dass Keramikmaterialien thermische Expansionskoeffizienten (CTE
= Coefficient of Thermal Expansion) im Bereich von 10 ppm und höher aufweisen,
während
Kohlenstoff/-Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
einen niedrigen CTE im Bereich von -1 ppm bis 2 ppm besitzen. Deswegen
reduzieren Keramikmaterialien in beachtlicher Weise den Widerstand
gegen Hitzeschock. Es gilt dementsprechend, um den Oxidationswiderstand
der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
bei hohen Temperaturen zu steigern, dass gleichförmige und dichte Beschichtungslagen
mit niedriger Volatilität und
einem niedrigen CTE auf dem Verbundwerkstoff ausgebildet werden
sollen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die Probleme im Stand der Technik zu überwinden
und ein Sauerstoffschutz-Beschichtungsverfahren zu schaffen. Das
Beschichtungsverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zwei oder
mehr Beschichtungslagen unter Verwendung von Si allein auf dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
ausgebildet werden. Die Gesamtdicke der zwei oder mehr Schichten
wird geregelt und variiert im Bereich von 10 μm bis 2000 μm.
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Ein
wirtschaftlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der zusätzliche
Beschichtungsprozess für
den Oxidationsschutz bei einer Temperatur von 1600 °C oder niedriger
ausgeführt
werden kann. Die Einfachheit des Verfahrens wird durch die Tatsache
beleuchtet, dass der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff mit
Silicium auch ohne eine Gussform imprägniert werden kann.
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Im
Rahmen der Aufgabe der Erfindung soll auch ein Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff geschaffen
werden, der zwei oder mehrere gleichmäßige und dichte Beschichtungslagen
mit geringer Volitilität
und einer niedrigem thermischen Expansionskoeffizienten CTE aufweist.
Derartige Schichten erhöhen
den Oxidationswiderstand und ermöglichen den
Verbundwerkstoff nicht nur in einer herkömmlichen Atmosphäre sondern
auch in einer Oxidationsatmosphäre
einzusetzen. Diese Aufgabe wird durch das eingangs beschriebene
Verfahren zum Sauerstoffschutz-Beschichten eines Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffes
gelöst,
wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte umfasst:
- a) Aufsprühen
von in einer Trägerflüssigkeit
aus bei Raumtemperatur hoch flüchtigem
Alkohol befindlichem pulverförmigem
Silicium auf einen Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff,
- b) nachfolgendes Trocknen bei Raumtemperatur, so dass nur das
Silicium auf dem Verbundwerkstoff verbleibt.
- c) Bildung einer SiC-Schicht und einer auf dieser befindlichen
Si-Schicht durch eine imprägnierende
Wärmebehandlung
des Verbundwerkstoffes mit dem aufgeschichteten Silicium bei einer
Temperatur von 1400 bis 1600 °C
und einem Druck von 1,3332 bis 133,32 Pa und
- d) Oxidieren der im Verfahrensschritt c) gebildeten Si-Schicht,
um einen SiO2-Film auf der Si-Schicht zu
erhalten.
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Die
Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden an Hand der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung und der Zeichnungen besser verstanden.
Es zeigen die Zeichnungen:
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1 eine
Elektronenabtastmikrofotografie von einem Abschnitt eines Kohlenstoff/-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffes,
der in der nachstehend beschriebenen Weise gemäß dem Beispiel 1 der Erfindung
(zwei Beschichtungslagen) beschichtet ist; und
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2 eine
Elektronenabtastmikrofotografie von einem Abschnitt eines Kohlenstoff/-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffes,
beschichtet in der nachstehend beschriebenen Weise gemäß dem Beispiel
9 der Erfindung, nachdem der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
einem Oxidationstest unterzogen wurde (drei Beschichtungslagen).
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Ein
Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff, beschichtet nach der Beschichtungsmethode gemäß der Erfindung,
kann in Vorrichtungen für
die Hitzebehandlung eingesetzt werden, in hitzebeständigen Strukturen
und in Befestigungsmitteln wie Aufschraubmuttern und Bolzen, die
zum Fixieren von Auftreffzielen wie Kathoden, Anoden oder Aufnehmern
bei hohen Temperaturen verwendet werden.
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Zum
Aufbringen der Beschichtung wird eine bekannte Sprühkanone
verwendet, um pulverförmiges
Silizium aufzusprühen.
Die einzige Anforderung an das Siliciumpulver, neben seinem mittleren
Partikeldurchmesser von 0,044 bis 0,25 mm (325 bis 60 mesh) besteht
darin, dass es für
eine gleichförmige Beschichtung
und für
die Imprägnierung
des Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
geeignet sein muss.
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Zum
Aufsprühen
wird eine Bindemittelflüssigkeit
bzw. Trägerflüssigkeit
verwendet, um Silizium auf dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff aufzuschichten.
Die Flüssigkeit
soll eine hohe Flüchtigkeit
bei Raumtemperatur aufweisen wie sie beispielsweise bei verschiedenen
Alkoholarten wie Ethanol oder Methanol gegeben ist. Nach dem Trocknen
bei Raumtemperaturen für
24 Stunden ist die Flüssigkeit
ausreichend weggetrocknet und es verbleibt nur das Silizium auf
dem Verbundwerkstoff.
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Die
Imprägnierung
des Verbundwerkstoffes mit Silizium beinhaltet einen Schmelzprozess
des Siliziums. Der Verflüssigungsprozess
wird durch eine Hitzebehandlung des Siliciums, das auf dem Verbundwerkstoff
aufgeschichtet ist, bei einer Temperatur von 1400 bis 1600 °C ausgeführt. Zu
diesem Zeitpunkt beträgt
der Druck bevorzugt 1,3332 Pa bis 133,32 Pa um die Oxidation des
Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffes bei den hohen Temperaturen
zu verhindern. Als ein Ergebnis liefert die Beschichtungsmethode
wirtschaftliche Vorteile, da Hochtemperaturverfahren, die herkömmlicher
Weise bei 1600 °C
oder höheren
Temperaturen ausgeführt werden,
bei der Erfindung nicht erforderlich sind. Eine SiC-Schicht wird
durch thermische Diffusion während
der Wärmebehandlung
erhalten.
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Nach
der Wärmebehandlung
umfasst der auf diese Weise beschichtete Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
zwei Beschichtungslagen, zusammengesetzt aus den aufeinander folgenden
Lagen SiC und Si. Die beiden Beschichtungslagen werden üblicherweise
zur Verbesserung des Oxidationswiderstandes des Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffes
verwendet, ausgenommen hiervon sind spezielle Fälle, nämlich, wenn der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
für Vorrichtungen
oder Erhitzern für Öfen für die Wärmebehandlung
bei Temperaturen von 1700 °C
oder höher
eingesetzt wird, kann die Siliciumreaktion Probleme mit sich bringen. Aus
diesem Grund wird dann ein SiO2-Film auf
der Siliciumbeschichtungslage ausgebildet.
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Die
Ausbildung des SiO2-Films schließt einen
Prozess für
die Wärmebehandlung
des siliciumbeschichteten Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffes
mit ein. Durch die Wärmebehandlung
fließt Sauerstoff
in einer allgemeinen Atmosphäre
sehr leicht und reagiert mit Silicium bei hohen Temperaturen. Dementsprechend
sind keine Begrenzungen für die
Reaktionstemperatur einzuhalten. Die Reaktion schreitet heftig bei
höheren
Temperaturen voran. Nach dem Abkühlvorgang
jedoch tritt eine größere Anzahl
von Sprüngen
in Folge des Schrumpfes des Verbundwerkstoffes auf. Die Reaktionstemperatur wird
daher auf einen Bereich von 400 bis 800 °C beschränkt, um die Anzahl der Sprünge möglichst
klein zu halten. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die
resultierenden Beschichtungslagen auf dem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
gleichförmig
und dicht. Die Gesamtdicke der Beschichtungslagen kann durch die
Steuerung der Siliciummenge, die bei der Beschichtung eingesetzt
wird, frei eingestellt werden, entsprechend den erforderlichen Eigenschaften für den Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff.
In der Praxis bedeutet dies, dass die Dicke der Beschichtungslagen
im Bereich von 10 μm
bis 2000 μm variiert,
abhängig
von der Siliciummenge, die für
die Beschichtung eingesetzt wird.
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Zum
besseren Verständnis
der Erfindung wird im Folgenden Bezug genommen auf spezifische Ausführungsbeispiele.
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Beispiel 1
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Präparation
von zwei Beschichtungslagen
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Um
den Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff zu beschichten wurde
eine Beschichtungslösung
durch Mischung von 20 g Siliciumartikel mit einem mittleren Durchmesser
von 0,25 mm und 200 ml Ethanol vorbereitet. Die Mischlösung wurde
in eine Sprühkanone
eingefüllt
und gleichmäßig versprüht, um den
Verbundwerkstoff zu beschichten. Der Verbundwerkstoff wurde dann
bei Raumtemperatur 24 Stunden getrocknet, so dass sich Ethanol verflüchtigte.
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Der
siliziumbeschichtete Verbundwerkstoff wurde bei 1400 °C erhitzt,
um Silizium zu schmelzen, so dass die Kohlenstoffmatrix mit Silicium
imprägniert wurde.
Anschließend
wurde bei der gleichen Temperatur 1 Stunde lang erhitzt, um eine
SiC-Schicht und dann eine Si-Schicht zu erzeugen. Die Gesamtbeschichtungsdicke
betrug 50 μm.
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Beispiel 2
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Präparation von zwei Beschichtungslagen
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Zwei
Beschichtungslagen wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel
1 vorbereitet, mit der Ausnahme, dass das Siliciumpulver einen mittleren Durchmesser
von 0,044 mm hatte. Die Gesamtbeschichtungsdicke betrug 50 μm.
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Beispiel 3
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Präparation
von zwei Beschichtungslagen
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Zwei
Beschichtungslagen wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel
1 präpariert,
mit der Ausnahme, dass der siliciumbeschichtete Verbundwerkstoff
auf 1600 °C
erhitzt wurde. Die Gesamtbeschichtungsdicke war 40 μm.
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Beispiel 4
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Präparation
von zwei Beschichtungslagen
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Zwei
Beschichtungslagen wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel
2 vorbereitet, mit der Ausnahme, dass der siliciumbeschichtete Verbundwerkstoff
auf 1600 °C
erhitzt wurde. Die Gesamtbeschichtungsdicke war 40 μm.
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Beispiel 5
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Präparation
von drei Beschichtungslagen
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Um
den Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff neuerlich zu beschichten
wurde eine Beschichtungslösung
durch Mischung von 20 g Siliziumpartikel mit einem mittleren Durchmesser
von 0,25 mm und 200 ml Ethanol vorbereitet. Die Mischlösung wurde
in eine Sprühkanone
eingefüllt
und gleichmäßig versprüht, um den
Verbundwerkstoff zu beschichten. Der Verbundwerkstoff wurde dann
bei Raumtemperatur 24 Stunden getrocknet, so dass sich Ethanol verflüchtigte.
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Der
siliciumbeschichtete Verbundwerkstoff wurde auf 1400 °C erhitzt,
um Silicium zu verflüssigen,
so dass die Kohlenstoffmatrix mit Silicium imprägniert wurde. Anschließend wurde
bei der gleichen Temperatur 1 Stunde lang erhitzt, um eine SiC-Schicht
durch thermische Diffusion und dann eine Si-Schicht zu erzeugen.
Der Verbundwerkstoff mit der doppellagigen Beschichtung wurde dann
bei 400 °C
drei Stunden lang wärmebehandelt,
wodurch ein SiO2-Oxidationsfilm auf der Siliciumschicht
erzeugt wurde. Die Gesamtbeschichtungsdicke betrug 200 μm.
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Beispiel 6
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Präparation
von drei Beschichtungslagen
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Drei
Beschichtungslagen wurden in der gleichen Weise wie gemäß Beispiel
5 vorbereitet, mit der Ausnahme, dass Siliciumpulver mit einem mittleren Durchmesser
von 0,044 mm verwendet wurde. Die Gesamtbeschichtungsdicke betrug
200 μm.
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Beispiel 7
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Präparation
von drei Beschichtungslagen
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Drei
Beschichtungslagen wurden in der gleichen Weise wie gemäß Beispiel
5 vorbereitet, mit der Ausnahme, dass der siliciumbeschichtete Verbundwerkstoff
auf eine Temperatur von 1600 °C
erhitzt wurde. Die Gesamtbeschichtungsdicke war 150 μm.
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Beispiel 8
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Präparation
von drei Beschichtungslagen
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Drei
Beschichtungslagen wurde in der gleichen Weise wie gemäß Beispiel
6 präpariert,
mit der Ausnahme, dass der siliciumbeschichtete Verbundwerkstoff
auf 1600 °C
erhitzt wurde. Die Gesamtbeschichtungsdicke betrug 150 μm.
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Beispiel 9
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Präparation
von drei Beschichtungslagen
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Drei
Beschichtungslagen wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel
5 präpariert,
mit der Ausnahme, dass der Verbundwerkstoff mit der doppellagigen
Beschichtung bei 800 °C
für eine
Stunde lang wärmebehandelt
wurde, um einen SiO2 Film auf der Siliciumbeschichtungslage
auszubilden. Wie in 2 gezeigt ist, betrug die Gesamtbeschichtungsdicke
200 μm.
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Beispiel 10
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Präparation
von drei Beschichtungslagen
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Drei
Beschichtungslagen den in der gleichen Weise wie im Beispiel 9 präpariert,
mit der Ausnahme, dass das Siliciumpulver einen mittleren Durchmesser
von 0,044 mm hatte. Die Gesamtbeschichtungsdicke war 200 μm.
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Beispiel 11
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Präparation
von drei Beschichtungslagen
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Drei
Beschichtungslagen den in der gleichen Weise wie im Beispiel 9 vorbereitet,
mit der Ausnahme, dass der siliciumbeschichtete Verbundwerkstoff auf
1600 °C
erhitzt wurde. Die Gesamtbeschichtungsdicke war 180 μm.
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Beispiel 12
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Präparation
von drei Beschichtungslagen
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Drei
Beschichtungslagen wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel
10 hergestellt, mit der Ausnahme, dass der siliciumbeschichtete
Verbundwerkstoff auf 1600 °C
erhitzt wurde. Die Gesamtbeschichtungsdicke war 180 μm.
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Versuchsbeispiel
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Oxidationstest
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Eine
Kontrollgruppe bestehend aus einem nicht beschichteten Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
und eine Versuchsgruppe bestehend aus einem Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff,
beschichtet wie im Beispiel 9 beschrieben, wurden einem Oxidationstest
bei 700 °C
ausgesetzt. Daraus resultierte ein Gewichtsverlust von 84 % für die Kontrollgruppe
und von 2,2 % für
die Versuchsgruppe. Der Sauerstoffschutz des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffes
ist daher 40-fach höher
als der des nicht beschichteten Verbundwerkstoffes (2).
Weiterhin gilt, da der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
der Erfindung Beschichtungslagen aus Keramiklagen aufweist, dass
der Verbundwerkstoff in einer oxidativen Atmosphäre und in Anwendungen eingesetzt
werden kann, die eine Nichtreaktion mit Kontaktmaterialien erforderlich
machen.
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Wie
voranstehend beschrieben ist, wird durch die Erfindung eine Sauerstoffschutzmethode für einen
Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff geschaffen. Zwei oder mehr
Beschichtungslagen bestehen exklusiv aus Silicium und können auf
dem Verbundwerkstoff ausgebildet werden und die Gesamtdicke der
Beschichtungslagen wird im Bereich von 10 μm bis 2000 μm geregelt, abhängig von
der Siliciummenge, die für
die Beschichtung verwendet wird. Des Weiteren kann der Beschichtungsvorgang bei
1600 °C
oder einer geringeren Temperatur ausgeführt werden, wodurch wirtschaftliche
Vorteile generiert werden. Der Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff
kann auch mit Silicium, ohne eine Gussform, imprägniert werden, wodurch der
Gesamtbeschichtungsprozess vereinfacht wird.
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Oxidationswiderstand
verstärkt
den beschichteten Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff, wodurch
ermöglicht
wird, diesen auch in einer oxidativen Atmosphäre und nicht nur in einer Allgemeinatmosphäre einzusetzen.