DE102015104943A1

DE102015104943A1 - Verfahren zum Herstellen eines nano- oder mikrostrukturierten Schaumstoffs

Info

Publication number: DE102015104943A1
Application number: DE102015104943.0A
Authority: DE
Inventors: Siegmund Greulich-Weber
Original assignee: Universitaet Paderborn
Current assignee: Universitaet Paderborn
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-10-06
Also published as: WO2016156384A1; EP3277646A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines nano- oder mikrostrukturierten Schaumstoffs, wobei der Schaumstoff aufgebaut ist aus einer Vielzahl miteinander verbundener insbesondere nano- oder mikrostrukturierter Siliziumcarbidfasern, dadurch gekennzeichnet, das Verfahren die Verfahrensschritte aufweist: a) Bereitstellen eines Gemisches mit einer Siliziumquelle und einer Kohlenstoffquelle, wobei die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen; b) Behandeln des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Gemisches mit einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 1400°C bis ≤ 1500°C. Ein derartiges Verfahren erlaubt ein einfaches und kostengünstiges Erzeugen eines Schaumstoffes, der aus Siliziumcarbidfasern ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines nano- oder mikrostrukturierten Schaumstoffs. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Schaumstoff, der durch ein derartiges Verfahren hergestellt sein kann und aus Siliziumcarbidfasern aufgebaut ist.
Schaumstoffe sind auf verschiedensten technischen Gebieten aus dem Stand der Technik bekannt. Schaumstoffe können charakterisiert sein durch eine insbesondere reversible Kompressionsfähigkeit und somit durch elastische Eigenschaften. Herkömmlicher Weise werden Schaumstoffe hergestellt unter Verwendung von Kunststoffen, wie etwa Polyurethan-Kunststoffen, welche beispielsweise bei der Herstellung zur Erzeugung der Schaumstruktur geschäumt werden können.
Für spezielle Anwendungen können jedoch auch weitere Materialien von Vorteil sein, um Schaumstoffe zu erzeugen. Aus dem Dokument CN 102140030 A ist es beispielsweise bekannt, nanokristalline Schäume aus Siliziumcarbid (SiC) zu erzeugen. Ein derartiges Herstellungsverfahren basiert auf Silizium und Kohlenstoff, wie insbesondere Ruß, als Ausgangsmaterialien, welche zunächst vermischt, anschließend unter Verwendung von Zusätzen geschäumt und einer Temperaturbehandlung und einer Druckbehandlung unterzogen werden.
Aus der Veröffentlichung von H. Konishi, Department of Metallurgy and Materials Science, Graduate School of Engieering, Osaka Prefecture University, abrufbar unter www.lmfoundation.or.jp/English/abstract/62.html, ist ferner das Herstellen von eindimensionalen Siliziumcarbidstrukturen bekannt. Bei einem derartigen Verfahren werden Siliziumoxid und Kohlenmonoxid als Reaktanden miteinander umgesetzt.
Die in diesen Dokumenten beschriebenen Verfahren beschreiben somit entweder eine zweidimensionale Struktur, und damit keinen Schaumstoff, oder ein recht aufwändig und damit kostenintensives Verfahren. Ferner kann der erzeugte Schaumstoff noch Verbesserungspotential bieten.
Es besteht daher noch weiterhin Verbesserungspotential bei der Herstellung Schaumstoffen insbesondere auf anorganischer Basis. Insbesondere besteht weiteres Verbesserungspotential hinsichtlich der Einfachheit und Kostengünstigkeit des Herstellungsverfahrens.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung zu schaffen, durch welche auf einfache und kostengünstige Weise ein nano- oder mikrostrukturierter Schaumstoff auf anorganischer Basis, insbesondere auf Basis von Siliziumcarbid, hergestellt werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen eines nano- oder mikrostrukturierten Schaumstoffs mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Lösung der Aufgabe erfolgt ferner durch einen insbesondere nano- oder mikrostrukturierten Schaumstoff mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9. Die Lösung der Aufgabe erfolgt ferner durch eine Verwendung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14 beziehungsweise mit den Merkmalen gemäß Anspruch 15. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung, in der Figur und dem Beispiel offenbart, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder der Figur oder dem Beispiel beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, wenn sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines nano- oder mikrostrukturierten Schaumstoffs vorgeschlagen, wobei der Schaumstoff aufgebaut ist aus einer Vielzahl miteinander verbundener nano- oder mikrostrukturierter Siliziumcarbidfasern. Das Verfahren weist die Verfahrensschritte auf:

a) Bereitstellen eines Gemisches mit einer Siliziumquelle und einer Kohlenstoffquelle, wobei die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen;
b) Behandeln des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Gemisches mit einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 1400°C bis ≤ 1500°C.

Durch ein vorbeschriebenes Verfahren lässt sich ein Schaumstoff auf besonders einfache und kostengünstige Weise darstellen, wobei der Schaumstoff durch seine Ausbildung aus Siliziumcarbid und dabei insbesondere aus Siliziumcarbidfasern besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweist.
Dabei kann das hier beschriebene Verfahren vollständig oder einzelne der Verfahrensschritte a) und b) und insbesondere b) vorzugsweise unter Schutzgas, wie insbesondere Argon, ablaufen.
Im Detail umfasst das Verfahren zunächst gemäß Verfahrensschritt a) das Bereitstellen eines Gemisches mit einer Siliziumquelle und einer Kohlenstoffquelle, wobei die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen.
Insbesondere kann es somit bevorzugt sein, dass jedes der Partikel des Feststoffgranulats eine Kohlenstoffquelle und eine Siliziumquelle aufweist. Die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle dienen dazu, in dem weiteren Verfahren durch eine Reaktion der Kohlenstoffquelle mit der Siliziumquelle Siliziumcarbid herstellen zu können. Das gebildete Siliziumcarbid liegt dabei insbesondere in Form nano- oder mikrokristalliner Fasern vor, welche den Schaumstoff ausbilden und somit miteinander über vorzugsweise eine Vielzahl von Verbindungspunkten mit einander verbunden sind.
Mit Bezug auf Fasern können dies insbesondere Gebilde sein, bei denen das Verhältnis von Länge zu Durchmesser mindestens größer oder gleich 3:1 ist, wohingegen in Abgrenzung zu Fasern bei Partikeln das Verhältnis von Länge zu Durchmesser kleiner als 3:1 ist. Beispielsweise kann in der vorliegenden Anmeldung bei den Fasern das Verhältnis von Länge zu Durchmesser auch bei größer oder gleich 10:1, insbesondere größer oder gleich 100:1, beispielsweise größer oder gleich 1000:1 liegen.
Ferner können die geformten Siliziumcarbidfasern insbesondere als 3C-SiC oder in hexagonaler Form vorliegen.
Die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle sollten vorteilhaft derart gewählt werden, dass diese bei den nachfolgend beschriebenen Bedingungen, insbesondere bei den folgenden Temperaturen, etwa bei Normaldruck (1 bar), durch das vorbeschriebene Verfahren Siliziumcarbid in Form von einen Schaumstoff ausbildenden Fasern ausbilden können.
Insbesondere kann in dem Feststoff die Siliziumquelle reines Silizium oder Siliziumdioxid sein und kann in dem Feststoff die Kohlenstoffquelle reiner Kohlenstoff sein, wobei die Feststoffpartikel beispielsweise durch einen Sol-/Gel-Prozess ausbildbar sind, wie dies nachstehend im Detail beschrieben ist. Beispielsweis können die Feststoffpartikel aus Silizium, Kohlenstoff und gegebenenfalls einem Dotierstoff oder mehreren Dotierstoffen, wie dies nachfolgend beschrieben ist, bestehen, oder zumindest den größten Teil, etwa in einem Bereich von ≥ 90 Gew.-% ausmachen.
Gemäß Verfahrensschritt b) umfasst das Verfahren weiterhin das Behandeln des bei Verfahrensschritt a) bereitgestellten Gemisches mit einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 1400°C bis ≤ 1500°C. In diesem Verfahrensschritt wird es ermöglicht, dass sich Siliziumcarbid aus der Kohlenstoffquelle und aus der Siliziumquelle des Feststoffgranulats bildet.
In Abhängigkeit der exakten gewählten Temperatur kann dabei die konkrete Form des erzeugten Siliziumcarbids gesteuert werden. Im Detail können bei einer Einstellung der Temperatur in Verfahrensschritt b) auf einen Bereich von ≥ 1400°C bis ≤ 1500°C insbesondere bei Normaldruck (1 bar) in besonders vorteilhafter Weise nanostrukturierte Fasern des Siliziumcarbids geformt werden, wobei sich das Siliziumcarbid insbesondere in Form von einkristallinem 3C-SiC ausbilden kann. Durch die gewählte Temperatur kann es dabei ermöglicht werden, dass die entstehenden Fasern nicht als voneinander getrennte Fasern vorliegen sondern vielmehr als ein Schaumstoff. Unter einem Schaumstoff ist dabei insbesondere im Sinne der vorliegenden Erfindung zu verstehen ein Körper, der eine Vielzahl von einzelnen Fasern beziehungsweise Fasersträngen aufweist, wobei jede der Fasern beziehungsweise der Faserstränge wenigstens einen, insbesondere eine Mehrzahl von wenigstens zwei, insbesondere von wenigstens drei, Verbindungspukten aufweist, welcher beziehungsweise welche jeweils mit wenigstens einem Verbindungspunkt einer weiteren Faser verbunden ist. Auf diese Weise bildet sich ein Netzwerk aus einzelnen Fasern aus, welche zu einer stabilen und elastischen Struktur miteinander verbunden sind und so den Schaumstoff ausbilden.
Bei dem vorbeschriebenen Verfahren kann das Ausbilden eines Temperaturgradienten von Vorteil sein, so dass das Material des Feststoffgranulats in die Gasphase übergehen kann an einer Position, die eine vergleichsweise höhere Temperatur aufweist und sich Siliziumcarbid-Fasern beziehungsweise ein Siliziumcarbid-Schaumstoff an der vergleichsweise geringeren Temperatur abscheiden kann, wie etwa an einer Abscheideoberfläche. Somit kann insbesondere, um einen aus Siliziumcarbidfasern ausgebildeten Schaumstoff herzustellen, eine Abscheideoberfläche vorgesehen sein, welche verglichen zu der vorgenannten Temperatur eine verringerte Temperatur aufweist. Beispielsweise kann die Temperatur der Abscheideoberfläche um eine Temperatur verringert sein, die in einem Bereich von ≥ 30°C bis ≤ 100°C liegt, beispielsweise von 50°, verglichen zu der grundsätzlich in dem Reaktor eingestellten Temperatur in dem vorgenannten Bereich von ≥ 1400°C bis ≤ 1500°C.
Mit Bezug auf die vorbeschriebene Faserbildung kann es von Vorteil sein, dass durch das innige Gemisch etwa auf atomarer Ebene von Silizium und Kohlenstoff in dem Feststoffgranulat bereits in der Gasphase unter Umständen Si₂C und SiC₂ vorliegen kann, was zu einer leichteren Bildung von SiC an einem anderen Ort im Temperaturgradienten führt. Es kann also direkt ein Si-C-Gas vorliegen, wobei in für den Fachmann verständlicher Weise auch andere Gaskomponenten vorliegen können.
Dabei kann es ferner durch die Einstellung der Temperatur und die Bereitstellung des Gemisches nach Verfahrensschritt a) ermöglicht werden, dass das erzeugte Siliziumcarbid einkristallin und dabei nano- oder mikrokristallin ist und im Detail eine kubische 3C-Struktur des Siliziumcarbids ermöglicht wird. Insbesondere, wenn das Siliziumkarbid (SiC) als Siliziumkarbid-Einkristall, vorzugsweise als monokristallines kubisches 3C-SIC vorliegt, vereinen die einkristallinen Siliziumkarbidfasern eine hohe thermische Leitfähigkeit, was vorteilhaft sein kann für bestimmte Anwendungen, wie dies nachfolgend im Detail beschrieben ist, sowie chemische und thermische Haltbarkeit, was für eine Langzeitstabilität von Vorteil ist, mit guten Eigenschaften eines Schaumstoffs.
Denkbar im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind jedoch auch hexagonale Formen des Siliziumkarbids. Hierzu könnte das geformte Produkt durch eine Temperaturbehandlung, beispielsweise auf einen Bereich von ungefähr 2000°C, in die hexagonale Form umgewandelt werden.
Durch das vorbeschriebene Verfahren ist dabei ein Schaumstoff erzeugbar, der durch seinen Aufbau aus einer Faserstruktur offenporig ist. Dadurch lässt sich eine Vielzahl von Anwendungen realisieren. Darüber hinaus zeichnet einen Schaumstoff grundsätzlich und auch den durch ein vorbeschriebenes Verfahren erzeugter Schaumstoff ferner ein elastisches Verhalten aus. Somit weist der Schaumstoff nach einer Krafteinwirkung eine gewisse Rückstellkraft aus und kann so in seine Ursprungsform zurückkehren. Trotz seiner grundsätzlichen Stabilität kann somit ein elastisches Verhalten erreicht werden, was das Anwendungsgebiet des Schaumstoffs weiter vergrößern kann. Dabei kann der Schaumstoff auch nach einer großen Anzahl von Komprimierungen und Entlastungen stabil bleiben und insbesondere keinen Faserbruch erleiden, seine Eigenschaften somit beibehalten, was für eine große Langlebigkeit spricht.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird aus den Einzelfasern durch die Verbindung im Bereich der Berührungspunkte einzelner oder einer Vielzahl von Fasern ein fester und gleichwohl flexibler Verbund der Fasern beziehungsweise ein Faser-Netzwerk gebildet, ohne dass mittels textiler Bearbeitungsschritte die Fasern miteinander verbunden werden müssen. Dies spricht weiter für die Einfachheit des hier beschriebenen Verfahrens.
Ein wichtiger Punkt bei dem vorbeschriebenen Verfahren kann dabei die Nano- beziehungsweise Mikroskaligkeit der erzeugten Siliziumcarbid-Fasern sein. Dabei kann unter einem nanostrukturierten Siliziumcarbid insbesondere verstanden werden ein Siliziumcarbid, welches in wenigstens einer Dimension eine maximale räumliche Ausdehnung im Nanometerbereich, insbesondere von kleiner oder gleich 100 nm, beispielsweise ≥ 100 pm, aufweist, wobei die untere Grenze durch das Herstellungsverfahren begrenzt sein kann. Entsprechend kann eine mikrostrukturierte Faser insbesondere eine Faser sein, welche in wenigstens einer Dimension eine maximale räumliche Ausdehnung im Mikrometerbereich, insbesondere von kleiner oder gleich 100 μm, beispielsweise > 100 nm, aufweist. Insbesondere kann die Skaligkeit und insbesondere der Durchmesser und die Länge bei den Fasern bestimmt werden durch die Temperatur am Wachstumsort, den eingestellten Temperaturgradienten und die Zeit zum Wachsen der Fasern.
Grundsätzlich bieten Siliziumcarbidfasern dabei den Vorteil einer hohen Robustheit und Beständigkeit gegenüber einer Vielzahl von Chemikalien und Bedingungen, wie etwa gegenüber aggressiven Medien, beispielsweise Azeton, Säuren oder Laugen. Das hier beschriebene Verfahren bietet den Vorteil, dass der hier hergestellte Schaumstoff höchst resistent ist und ferner auch bei hohen Temperaturen gegebenenfalls auch unter Sauerstoffzugabe von weit über 1000°C, wie etwa bis über 1100°C an Sauerstoff und 1300°C im Vakuum, oder sogar gegebenenfalls darüber stabil ist. Ferner ist ein durch dieses Verfahren ausbildbarer Schaumstoff auch gegen mechanische Beeinflussungen sehr robust, so dass auch bei einer vielmaligen Kompression keine Faserbrüche zu erwarten sind.
Es ist ferner vorteilhaft, dass ein Ausbilden einer Siliziumoxidschicht (SiO₂) auf der Oberfläche des Siliziumcarbids verhindert werden kann. Somit bildet sich kein Material durch Oxidationsvorgänge aus, welches die Eigenschaften des Schaumstoffs in ungewollter Weise herabsetzen könnte. Deren gezielte Entfernung ist durch eine unmittelbare Anwendbarkeit gerade nicht notwendig, Auf einen derartigen zusätzlichen Schritt kann gemäß der vorliegenden Erfindung gerade verzichtet werden, was das Verfahren besonders kostengünstig machen kann.
Gegenüber den den erfindungsgemäß hergestellten Schaumstoff ausbildenden Fasern besitzen herkömmliche, etwa amorphe, SiC-Fasern meist nur eine begrenzte Reinheit, wie etwa Reste an Kohlenstoff. Durch das vorbeschriebene Verfahren wird es dagegen möglich, hoch reine Siliziumcarbidfasern zu erzeugen, was die Eigenschaften des Schaumstoffs weiter verbessern und sehr definiert einstallbar erlauben kann.
Dadurch, dass die bei einem vorbeschriebenen Verfahren erzeugten Fasern insbesondere kristallin sind, wobei vorteilhaft eine 3C-SiC-Struktur vorliegt, können die Eigenschaften mit Bezug auf Stabilität und Inertheit gegenüber Chemikalien und Bedingungen weiter verbessert werden.
Das vorbeschriebene Verfahren erlaubt es ferner schon aufgrund seiner Einfachheit, eine große Menge an Schaumstoff in vergleichsweise geringer Zeit herstellen zu können.
Zusammenfassend wird es durch das vorbeschriebene Verfahren somit ermöglicht, auf einfache und damit kostengünstige Weise einen höchst robusten Schaumstoff zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des vorbeschriebenen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass das in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Gemisch bereitgestellt wird unter Verwendung eines Sol-Gel-Prozesses. Unter einem Sol-Gel-Prozess ist dabei in an sich bekannter Weise ein derartiger Prozess zu verstehen, bei dem Ausgangsstoffe der zu erzeugenden Verbindung, die sogenannten Präkursoren, in einem Lösungsmittel vorliegen, wobei dieses Gemisch als Sol bezeichnet wird. Im Verlaufe des Verfahrens bildet sich durch Trocknung beziehungsweise Alterung ein sogenanntes Gel aus, woraus durch weitere Behandlung, insbesondere Temperaturbehandlung, ein Feststoff entstehen kann. Dieser Feststoff kann somit durch die Auswahl der Präkursoren definiert werden und enthält die Kohlenstoffquelle und die Siliziumquelle für die Siliziumcarbidbildung und kann ferner gegebenenfalls einen Dotierstoff zum Dotieren des Siliziumcarbids enthalten, welcher bereits bei der Zubereitung des Sols zugegeben werden kann.
Auch der Sol-Gel-Prozess kann dabei vollständig oder zumindest teilweise in einer Schutzatmosphäre, wie insbesondere in einer Argonatmosphäre, ablaufen.
Insbesondere mit Bezug auf eine Ausgestaltung des vorbeschriebenen Verfahrens durch einen Sol-Gel-Prozesses kann es vorgesehen sein, dass der Sol-Gel-Prozess zumindest die folgenden Verfahrensschritte aufweist:

c) Bereitstellen eines Präkursorgemisches mit einem Siliziumpräkursor, einem Kohlenstoffpräkursor und gegebenenfalls einem Dotierstoff, wobei das Präkursorgemisch in einem Lösungsmittel vorliegt;
d) Behandeln des Präkursorgemisches bei insbesondere zu der Raumtemperatur (22°C) erhöhter Temperatur unter Trocknung des Präkursorgemisches; und
e) gegebenenfalls Erhitzen des getrockneten Präkursorgemisches auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 800°C bis ≤ 1200°C, insbesondere in einem Bereich von ≥ 900°C bis ≤ 1100°C.

Gemäß Verfahrensschritt c) können somit zunächst die Präkursoren bereitgestellt werden, welche zu einem Feststoff verarbeitet werden und anschließend als Kohlenstoffquelle beziehungsweise als Siliziumquelle dienen können, die in Verfahrensschritt a) bereitgestellt beziehungsweise verwendet werden. Die Wahl der Siliziumquelle beziehungsweise der Kohlenstoffquelle beziehungsweise des Silizium-Präkursors und des Kohlenstoff-Präkursors ist somit nicht grundsätzlich beschränkt. Bevorzugte Siliziumpräkursoren können beispielsweise Silikate, wie etwa Tetraethylorthosilikat (TEOS), umfassen, wohingegen bevorzugte Kohlenstoffpräkursoren Zucker, wie etwa Saccharose, umfassen können, um die Feststoffpartikel auszubilden, welche als Kohlstoffquelle und Siliziumquelle in Verfahrensschritt a) bereitgestellt beziehungsweise verwendet werden. Beispielsweise kann ein Gemisch aus Flüssigzucker und Tetraethylorthosilikat, gelöst in Ethanol, als Gemisch von Kohlenstoffpräkursor und Siliziumpräkursor bei Verfahrensschritt c) bereitgestellt werden, wobei die Erfindung in verständlicher Weise nicht auf die vorgenannten Beispiele beschränkt ist.
Dieses kann gemäß Verfahrensschritt d) beispielsweise in einem Temperaturbereich nahe dem Siedepunkt des Lösungsmittels, bei der Verwendung von Ethanol etwa in einem Bereich von 60–70°C, unter Luftabschluss zum Gelieren gebracht beziehungsweise gealtert werden, wobei es ferner bei einer Temperatur oberhalb des Siedepunkts getrocknet werden kann. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn beim Trocknen des Feststoffes Partikel entstehen, die einen maximalen Durchmesser in einem Bereich von etwa ≥ 1 μm bis ≤ 2 mm aufweisen, wobei Partikel in einem Größenbereich von ≥ 10 μm bis ≤ 2 mm für nanokristalline Siliziumcarbid-Fasern beziehungsweise einen hieraus gebildeten Schaumstoff besonders bevorzugt sind. Die vorbenannten Größenbereiche haben dabei insbesondere prozesstechnische Vorteile, wie etwa ein Verhindern des Aufsteigens feinerer Partikel bei einer Faserherstellung. Eine derartige Partikelgröße kann beispielsweise ermöglicht werden durch einen Rührvorgang während des Trocknens, wobei die Partikelgröße etwa einstellbar sein kann durch das verwendete Rührwerk, eine Umdrehungsgeschwindigkeit und die Dauer beziehungsweise Stärke des Rührens, wie dies dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist.
Gemäß Verfahrensschritt e) erfolgt anschließend gegebenenfalls ein Erhitzen des getrockneten Präkursorgemisches auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 800°C bis ≤ 1200°C, insbesondere in einem Bereich von ≥ 900°C bis ≤ 1100°C, beispielsweise von 1000°C. Durch diesen Verfahrensschritt kann der erzeugte Feststoff insbesondere von Verunreinigungen befreit werden, was das erzeugte Siliziumcarbid besonders rein gestalten kann. Dadurch kann die Qualität einer erzeugten Faser beziehungsweise eines Schaumstoffes besonders hoch und ferner definiert einstellbar sein. Darüber hinaus kann eine Kristallisierung des Siliziumcarbids aus der Gasphase so verbessert werden.
Durch Verfahrensschritt d) beziehungsweise gegebenenfalls e) wird dabei das Gemisch gemäß Verfahrensschritt a) bereitgestellt beziehungsweise fertiggestellt, wobei durch den vorbeschriebenen Sol-Gel-Prozess Partikel entstehen können, die jeweils eine Siliziumquelle, wie beispielsweise reines Silizium oder Siliziumdioxid, und eine Kohlenstoffquelle, wie etwa reinen Kohlenstoff, enthalten können. Bei Zusetzung eines Dotierstoffes während des Sol-Gel-Prozesses kann auch dieser in den Partikeln vorliegen, wie dies nachstehend im Detail beschrieben ist. Somit kann durch den Sol-Gel-Prozess ein Gemisch auf quasi atomarer Ebene ermöglicht werden, was die Herstellung von Siliziumcarbid deutlich vereinfacht.
Zusammenfassend kann somit in einer Ausgestaltung ein Sol-Gel-Verfahren Anwendung finden, bei dem die zu verarbeitenden Materialien miteinander eine Mischung in Form eines Gels bilden und anschließend getrocknet werden, und in einem weiteren Schritt in einer carbothermalen Reduktion das Auskristallisieren des Siliziumcarbids, wie etwa das Wachsen der Fasern, abläuft. Der als Prozess an sich bekannte Sol-Gel-Prozess bietet eine gut beherrschbare und weit variierbare Möglichkeit der Herstellung unterschiedlichster Ausgangsmaterialien für die Herstellung des erfindungsgemäßen Fasermaterials oder von deren Vormaterialien.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass Verfahrensschritt b) in einem Reaktor abläuft, der eine Abscheideoberfläche aufweist, dessen Temperatur relativ zu wenigstens einer weiteren inneren Reaktoroberfläche reduziert ist. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann auf besonders einfache Weise und ohne das Benötigen eines hohen apparativen Aufbaus es ermöglicht werden, dass sich Siliziumcarbid aus der Gasphase in der gewünschten Weise insbesondere als einen Schaumstoff ausbildende Fasern durch das Vorsehen eines Temperaturgradienten abscheidet. Denn durch den Kontakt mit der Abscheideoberfläche kann sich aus der Gasphase unmittelbar Siliziumcarbid abscheiden, ohne das es weiterer Mittel bedarf. Beispielsweise kann der Reaktor durch ein beispielsweise nach oben offenes Gefäß, wie etwa durch einen nach oben offenen Zylinder, ausgestaltet sein, in welchem das Gemisch gemäß Verfahrensschritt a) auf die vorbeschriebene Temperatur erhitzt wird. Oberhalb der beispielsweise nach oben gerichteten Öffnung kann die beispielsweise kreisförmige und etwa rotierbare Abscheideoberfläche etwa in dem Innenraum des Gefäßes angeordnet oder zu diesem ausgerichtet sein, so dass die Gasphase mit der Abscheideoberfläche in Kontakt kommen kann, wodurch sich hier das Siliziumcarbid, beispielsweise in Form von nanoskaligen Fasern beziehungsweise einem hieraus geformten Schaumstoff, abscheiden kann.
Insbesondere mit Bezug auf den vorbeschriebenen Schritt kann es je nach der gewünschten Form des zu erzeugenden Siliziumcarbids vorteilhaft sein, dass, beispielsweise bei einem Trockenvorgang während des Sol-Gel-Prozesses, etwa durch ein Rühren, eine geeignete Partikelgröße des Feststoffs eingestellt wird, wie dies vorstehend mit Bezug auf Verfahrensschritt e) beschrieben ist. Beispielsweise kann es bevorzugt sein, wenn eine Partikelgröße entsteht, welche in einem Bereich von > 10 μm bis ≤ 2 mm beispielsweise in einem Bereich von ≥ 25 μm bis ≤ 70 μm liegt, um Siliziumcarbid-Fasern beziehungsweise einen hieraus ausgebildeten Schaumstoff zu erzeugen.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Abscheideoberfläche eine Temperatur aufweist, die relativ zu wenigstens einer weiteren inneren Reaktoroberfläche eine Temperatur aufweist, die um einen Betrag in einem Bereich von ≥ 30°C bis ≤ 200°C, vorzugsweise in einem Bereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C, verringert ist. In dieser Ausgestaltung kann das Abscheiden insbesondere eines Schaumstoffes besonders effektiv ablaufen, wobei eine derartige Temperaturdifferenz ferner prozesstechnisch einfach einstellbar ist.
Die weitere innere Reaktoroberfläche kann grundsätzlich jede sich innerhalb des Reaktors befindliche Fläche sein, wie etwa eine Innenwandung oder insbesondere eine Vorlagefläche zum Aufnehmen des Gemisches.
Mit Bezug auf eine weitere bevorzugte Ausgestaltung kann es ferner vorgesehen sein, dass Die Siliziumcarbidfasern dotiert werden. Dies ist möglich unter Einbringen eines gewünschten Dotierstoffes in die Fasern, um so eine elektrische Leitfähigkeit ermöglichen zu können.
Beispielsweise aber in keiner Weise beschränkend kann in Verfahrensschritt a) ein Gemisch mit einer Siliziumquelle, einer Kohlenstoffquelle und einem Dotierstoff bereitgestellt werden, wobei die Siliziumquelle, die Kohlenstoffquelle und der Dotierstoff gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen. Mit Bezug auf den Dotierstoff kann dieser ausgewählt werden auf Basis der gewünschten Dotierung. Der oder die Dotierstoffe können hierbei in grundsätzlich frei wählbarer Form, etwa in einem Herstellungsprozess des Feststoffgranulats als lösliche Verbindung beigegeben werden oder etwa elementar, beispielsweise metallisch, addiert werden. Somit kann der Dotierstoff ebenfalls Bestandteil sein des Feststoffgranulats gemäß Verfahrensschritt a).
Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Dotierung des sich bildenden Siliziumcarbids, etwa als sich bildende Fasern als 3C-Siliziumcarbid-Nanokristalle, wie dies nachstehend im Detail beschrieben ist, während der thermischen Behandlung über die Gasphase vorgenommen wird, insbesondere dann, wenn die Dotierung erfolgt unter Verwendung eines gasförmigen Dotierstoffes bei Verfahrensschritt b). Als Dotierungsmaterialien können für eine n-Dotierung bevorzugt Phosphor (P) oder Stickstoff (N) verwendet werden, oder können für eine p-Dotierung Bor (B) oder Aluminium (Al) verwendet werden. Durch die Dotierung kann dabei eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit der Fasern beziehungsweise des Schaumstoffes eingestellt werden.
Beispielsweise kann, insoweit der Dotierstoff nicht in dem Feststoffgranulat aufweisend die Kohlenstoffquelle und die Siliziumquelle vorhanden ist und das Feststoffgranulat gemäß Verfahrensschritt a) in den Reaktor überführt wird, in welchem die Temperaturbehandlung gemäß Verfahrensschritt b) stattfindet, der Dotierstoff etwa als Gas in den Reaktor gegeben werden, wobei sich die Mischung gemäß Verfahrensschritt b) unmittelbar in dem Reaktor vor der Temperaturbehandlung ausbilden kann. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn der Dotierstoff als Gas vorliegen kann. Beispielsweise kann in diesem Fall gasförmiger Stickstoff als Dotierstoff dienen.
Von Vorteil ist es insbesondere bei Bereitstellung des Dotierstoffes in den Partikeln des Gemisches gemäß Verfahrensschritt a), wenn die Dotierungsmaterialien im nasschemischen Teil der Sol-Gel-Synthese eingebracht werden, wodurch die Dotierungsmaterialien während der thermischen Behandlung in die wachsenden Fasern oder die Partikel eingebaut werden. Die Dotierungsmaterialien können hierbei entweder als lösliche Verbindung beigegeben werden oder metallisch addiert werden. Alternativ ist es wie vorstehend beschrieben aber auch denkbar, dass die Dotierung der sich bildenden Fasern während der thermischen Behandlung über die Gasphase vorgenommen wird. Als Dotierungsmaterialien können wiederum bevorzugt Phosphor (P) oder Stickstoff (N) beziehungsweise Bor (B) oder Aluminium (Al) verwendet werden.
Insbesondere durch das Zusetzen eines Dotierstoffes kann es ermöglicht werden, dass die Siliziumcarbidfasern beziehungsweise der erzeugte Schaumstoff eine äußert gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen. Dies kann das Anwendungsgebiet des erzeugten Schaumstoffs beziehungsweise des daraus erzeugten Bauteile noch weiter erweitern.
Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wenn Verfahrensschritt b) ausgeführt wird für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 30 s bis ≤ 10 min. Durch das Einhalten eines vorbestimmten Zeitraums bei der Bildung des Schaumstoffs kann es besonders bevorzugt ermöglicht werden, dass sämtliche sich bildende Siliziumcarbidfasern sich zu einem hochverzweigten Netzwerk verbinden und so einen Schaumstoff mit im Wesentlichen keinen freien oder geringverzweigten Siliziumcarbidfasern ausbilden. Dabei ist die verwendete Zeitdauer in für den Fachmann ersichtlicher Weise wählbar in Abhängigkeit weiterer Reaktionsparameter, wie etwa der exakten Temperatur.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des vorbeschriebenen Verfahrens zum Herstellen eines Schaumstoffs wird hiermit explizit auf die Beschreibung des Schaumstoffs, der Verwendung sowie auf die Figur und das Beispiel Bezug genommen, und umgekehrt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Schaumstoff, wobei der Schaumstoff eine Vielzahl an insbesondere nano- oder mikrostrukturierten Fasern aufweist, wobei die Fasern Siliziumcarbid umfassen, und wobei die Fasern zumindest teilweise eine Mehrzahl von wenigstens zwei, insbesondere von wenigstens drei, Verbindungspunkten aufweisen, wobei die Verbindungspunkte einer ersten Faser jeweils mit wenigstens einem Verbindungspunkt einer weiteren Faser verbunden sind. Somit ist der Schaumstoff aufgebaut aus einem Netzwerk an Siliziumcarbidfasern, also auf Siliziumcarbid aufweisenden Fasern, welche jeweils mit anderen Siliziumcarbidfasern über wenigstens zwei, insbesondere wenigstens, drei Verbindungspunkte verbunden sind. Beispielsweise kann der Schaumstoff aus Siliuziumcarbidfasern beziehungsweise Siliziumcarbidfasersträngen bestehen und/oder können die Fasern aus Siliziumcarbid bestehen. Beispielsweise kann das Siliziumcarbid 3C-SiC sein. Weiterhin kann das Siliziumcarbid in hexagonaler Form vorliegen.
Ein vorbeschriebener Schaumstoff kann insbesondere durch die Ausgestaltung aus insbesondere einkristallinen Fasern der Kristallstruktur 3C-SiC auf besonders vorteilhafter Weise die Eigenschaften eines Schaumstoffs, nämlich eine geeignete Elastizität beziehungsweise Flexibilität, vereinen mit einer hohen Stabilität, insbesondere Resistenz gegen harsche Bedingungen, etwa umfassend hohe Temperaturen, aggressive Medien und hohe mechanische Beeinflussungen. Dadurch kann der Schaumstoff besonders langlebig sein für eine große Anzahl von Anwendungsgebieten geeignet sein.
Die vorgenannten Vorteile lassen sich dabei insbesondere dadurch erzielen, dass der Schaumstoff hergestellt ist nach einem Verfahren, das wie vorstehend im Detail beschrieben aus- und weitergebildet ist.
Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Siliziumcarbidfasern eine Länge von mehreren Millimetern aufweisen und eine Dicke beziehungsweise einen Durchmesser im Nanometerbreich bis Mikrometerbereich. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Siliziumcarbidfasern eine Länge in einem Bereich von ≥ 5 mm bis ≤ 20 mm aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Siliziumcarbidfasern eine Dicke in einem Bereich von ≥ 10 nm bis ≤ 2 μm aufweisen. Es wurde festgestellt, dass insbesondere Siliziumcarbidfasern mit den vorbeschriebenen Parametern es erlauben können, dass der gebildete Schaumstoff eine geeignete Elastizität vereinen kann mit einer hohen Robustheit.
Es kann ferner vorteilhaft sein, dass der Schaumstoff eine Porosität in einem Bereich von ≥ 30% bis ≤ 80% aufweist, wobei die vorbeschriebenen Werte sich auf das freie, also nicht von einer Siliziumcarbidfaser belegte, Volumen mit Bezug auf das Gesamtvolumen beziehen. Auch derartige Porositäten des Schaumstoffs können dazu führen, dass der Schaumstoff mit Bezug auf seine Elastizität beziehungsweise Robustheit besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweist. Darüber hinaus kann das Anwendungsgebiet vergrößert werden.
Mit Bezug auf die Dicke und/oder Länge der Siliziumcarbidfasern und ferner mit Bezug auf die Porosität beziehungsweise Dichte des Schaumstoffs können diese Parameter einstellbar sein insbesondere durch die gewählten Parameter des Herstellungsverfahrens. Beispielsweise können durch Einstellung der Temperatur bei dem Verfahrensschritt b) des vorbeschriebenen Verfahrens oder durch eine Verweildauer des Faserverbunds an einer Abscheideoberfläche die Ausbildung des Schaumstoffs diese Eigenschaften der den Schaumstoff ausbildenden Fasern beeinflusst werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann es ferner vorgesehen sein, dass der Schaumstoff elektrisch leitfähig ist. Insbesondere durch das Vorsehen eines elektrisch leitfähigen Schaumstoffs, der aufgebaut ist aus elektrisch leitenden Siliziumcarbidfasern, lässt sich das Anwendungsgebiet des Schaumstoffs signifikant vergrößern in Vergleich zu einem nicht dotierten Schaumstoff. Beispielhaft und in keiner Weise beschränkend können die elektrisch leitfähigen Fasern eine Leitfähigkeit von 0,0005 Ω^–1 cm^–1 bis ≤ 1 Ω^–1 cm^–1, beispielsweise von ≥ 0,005 Ω^–1 cm^–1 bis ≤ 0,2 Ω^–1 cm^–1, aufweisen. Dabei können die Siliziumcarbidfasern des Schaumstoffs durch eine Dotierung, wie dies vorstehend mit Bezug auf das Verfahren im Detail beschrieben ist, auf besonders einfache Weise mit einer gewünschten elektrischen Leitfähigkeit versehen etwa durch Auswahl oder Menge des verwendeten Dotierstoffes.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des vorbeschriebenen Schaumstoffs wird hiermit explizit auf die Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen eines Schaumstoffs, der Verwendung sowie auf die Figur und das Beispiel Bezug genommen, und umgekehrt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Verwendung eines wie vorstehend beschriebenen Schaumstoffs zum Herstellen eines wärmeleitenden Elements, einer Elektrode, einer Dichtung, etwa elektrisch leitfähig oder elektrisch isolierend, eines Filters, wie insbesondere eines elektrostatischen Filters, eines Absorbers, insbesondere für die Hochfrequenztechnik, eines Flammschutz-Materials, eines Katalysators, oder eines Bauteils zur Flammregulierung, etwa für einen Gasbrenner, wie etwa ein Bauteil im Gasausströmbereich, wie etwa für Gasbrenner. Die Weiterverarbeitung von dem reinen Schaumstoff zu einem vorbeschriebenen Bauteil kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Werkstoff etwa durch Zerschneiden in eine gewünschte Form gebracht wird und/oder in eine geeignete Peripherie eingebracht wird. Ferner kann die Weiterverarbeitung grundsätzlich jeden geeigneten Schritt umfassen, welcher in für den Fachmann an sich bekannter Weise das Bauteil fertigstellen kann, wie etwa das Vorsehen geeigneter Strukturen, elektrischer Anbindungen oder ähnliches. Dies ist in für den Fachmann ohne weiteres verständlicher Weise abhängig von dem konkret geformten Bauteil.
Insbesondere bei den vorgenannten Bauteilen kann der vorbeschriebene Schaumstoff aufweisend Siliziumcarbidfasern aus Siliziumcarbid beispielsweise der Kristallstruktur 3C-SiC Vorteile mit sich bringen. So können beispielsweise Dichtungen auch für extreme Bedingungen, wie etwa für hohe Temperaturen und aggressive Medien kostengünstig herstellbar sein und dabei eine hohe Langlebigkeit aufweisen. Gleiches gilt für wärmeleitende Elemente beziehungsweise Wärmeleitträger, welcher je nach Dotierung elektrisch isolierend oder elektrisch leitfähig sein kann. Beispielsweise kann ein derartiges Element dienen zur Verbindung einer Wärmequelle, etwa eines elektronischen Hochleistungselements, mit einem Kühlkörper. Bezüglich der Elektrode kann diese insbesondere dotiert sein und dabei auch bei aggressiven Medien beständig sein. Auch Flammschutzmaterialien, Flammregulierungsmaterialien, Katalysatoren oder Absorber können durch das vorbeschriebene Verfahren besonders vorteilhaft erzeugt werden.
Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der vorbeschriebenen Verwendung wird hiermit explizit auf die Beschreibung des Verfahrens zum Herstellen eines Schaumstoffs, des Schaumstoffs sowie auf die Figur und das Beispiel Bezug genommen, und umgekehrt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Figur und eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können, und wobei die Erfindung nicht auf das nachfolgende Beispiel beschränkt ist.
Es zeigt:
1 Eine SEM-Aufnahme eines Schaumstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der 1 ist eine Elektronenmikroskop(SEM-)-Aufnahme eines erfindungsgemäßen Schaumstoffs gezeigt. Dabei zeigt 1 eine Vielzahl von Siliziumcarbidfasern, die an einer Vielzahl von Verbindungspunkten miteinander verbunden sind. Ein derartiges Netzwerk aus Siliziumcarbidfasern bildet einen Schaumstoff mit besonders vorteilhaften Eigenschaften aus.
Ein beispielhaftes Verfahren zum Erzeugen eines derartigen Schaumstoffs ist in dem folgenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Ausführungsbeispiel
Das nachstehend beschriebene Beispiel bezieht sich auf das Herstellen eines Schaumstoffes, der ausgestaltet ist aus Siliziumcarbidfasern unter Verwendung eines Sol-Gel-Prozesses zum Ausbilden des Ausgangsgemisches.
Herstellung des Sol-Gel-Si-C-Präkursors: Im Folgenden wird die chemische Zusammensetzung, Sol-Gel-Aufbereitung mit verschiedenen Trocknungsschritten bei 70°C bis 200°C, sowie abschließende Gewinnung des Si-C-Feststoffgranulates bei 1000°C beschrieben.
Flüssigzucker, Tetraethylorthosilikat und Ethanol werden zu einem Sol vermischt und bei 60–70°C unter Luftabschluss zum Gelieren gebracht. Die Zusammensetzung für einen Ansatz betrug (a) eine kolloidale Suspension aus 135 g Tetraethylorthosilikat (TEOS) in 168,7 g Ethanol gelöst als Siliziumquelle und (b) eine Lösung aus 68 g Sacharose als Kohlenstoffquelle, in 75 g destilliertem Wasser, der 37,15 g Salzsäure (HCl) als Katalysator zum Ausbilden von Invertzucker hinzugefügt wird. Anschließend wurde Lösung (a) mit dem Flüssigzucker (b) unter Rühren miteinander vermischt. Alternativ kann anstatt der Lösung (b) auch direkt Flüssigzucker (Invertzucker, 122 g 70%ig) verwendet werden. Dann wird kein Wasser zugesetzt und nur sehr wenig Salzsäure (5.2 g), da diese nur noch zum Start des Gelierprozesses benötigt wird. Dieses Sol wird bei 50°C gealtert und anschließend bei 150–200°C getrocknet.
Um vergleichsweise gröberes Granulat im Bereich einiger einige 10 μm zu erhalten, erfolgt bei dem Altern und/oder bei dem Trocknen zeitweises Rühren. Dieses Granulat beziehungsweise Pulver wird von verbliebenen ungewünschten Reaktionsprodukten bei 1000°C im Stickstoff- oder Argon-Gasstrom befreit und abschließend ggf. gemahlen.
Es kann eine Modifikation des SiC-Präkursors zum Zweck der Dotierung von SiC-Nanofasern erfolgen. Eine n-Dotierung kann etwa mit Stickstoff (beispielhafte Additive: Salpetersäure, Ammoniumchlorid, Kaliumnitrat oder Melamin), oder mit Phosphor (beispielhafte Additive: Kaliumdihydrogenphosphat oder Di-Natrium-hydrogenphosphat) erfolgen. Eine p-Dotierung kann beispielhaft mit Bor (beispielhafte Additive: Di-Natriumtetraborat) oder mit Aluminium (Add.: Aluminiumpulver) erfolgen. Die Dotierstoffe werden dem Sol beigegeben, die Mengen sind abhängig von dem konkreten Additiv und der gewünschten Dotierkonzentration.
Betreffend die Siliziumcarbid-Faser-Herstellung wird der entstandene Feststoff in einem Hochtemperaturreaktor geheizt, wobei das Granulat in einem Temperaturbereich von ≥ 1400°C bis ≤ 1500°C in die Gasphase übergeht und sich einkristalline Siliziumkarbid-Fasern in einem Temperaturgradienten auf einem rotierenden Substrat beziehungsweise auf einer um ca. 50–100°C kühleren Abscheideoberfläche abscheiden, wobei die Fasern zum Ausbilden eines Schaumstoffes miteinander verbunden sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 102140030 A [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

H. Konishi, Department of Metallurgy and Materials Science, Graduate School of Engieering, Osaka Prefecture University, abrufbar unter www.lmfoundation.or.jp/English/abstract/62.html [0004]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines nano- oder mikrostrukturierten Schaumstoffs, wobei der Schaumstoff aufgebaut ist aus einer Vielzahl miteinander verbundener insbesondere nano- oder mikrostrukturierter Siliziumcarbidfasern, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Verfahrensschritte aufweist: a) Bereitstellen eines Gemisches mit einer Siliziumquelle und einer Kohlenstoffquelle, wobei die Siliziumquelle und die Kohlenstoffquelle gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen; b) Behandeln des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Gemisches mit einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 1400°C bis ≤ 1500°C.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Gemisch bereitgestellt wird unter Verwendung eines Sol-Gel-Prozesses.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sol-Gel-Prozess zumindest die folgenden Verfahrensschritte aufweist: c) Bereitstellen eines Präkursorgemisches mit einem Siliziumpräkursor, einem Kohlenstoffpräkursor und gegebenenfalls einem Dotierstoff, wobei das Präkursorgemisch in einem Lösungsmittel vorliegt; d) Behandeln des Präkursorgemisches bei erhöhter Temperatur unter Trocknung des Präkursorgemisches; und e) gegebenenfalls Erhitzen des getrockneten Präkursorgemisches auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 800°C bis ≤ 1200°C, insbesondere in einem Bereich von ≥ 900°C bis ≤ 1100°C.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt b) in einem Reaktor abläuft, der eine Abscheideoberfläche aufweist, dessen Temperatur relativ zu wenigstens einer weiteren inneren Reaktoroberfläche reduziert ist, insbesondere wobei die Abscheideoberfläche eine Temperatur aufweist, die relativ zu wenigstens einer weiteren inneren Reaktoroberfläche eine Temperatur aufweist, die um einen Betrag in einem Bereich von ≥ 30°C bis ≤ 200°C, vorzugsweise in einem Bereich von ≥ 50°C bis ≤ 100°C, verringert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumcarbidfasern dotiert werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierung erfolgt unter Verwendung eines gasförmigem Dotierstoffes bei Verfahrensschritt b).
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt a) ein Gemisch mit einer Siliziumquelle, einer Kohlenstoffquelle und einem Dotierstoff bereitgestellt wird, wobei die Siliziumquelle, die Kohlenstoffquelle und der Dotierstoff gemeinsam in Partikeln eines Feststoffgranulats vorliegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Verfahrensschritt b) ausgeführt wird für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 30 s bis ≤ 10 min.
Schaumstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff eine Vielzahl an insbesondere nano- oder mikrostrukturierten Fasern aufweist, wobei die Fasern Siliziumcarbid umfassen, und wobei die Fasern zumindest teilweise eine Mehrzahl von wenigstens zwei, insbesondere von wenigstens drei, Verbindungspunkten aufweisen, wobei die Verbindungspunkte einer ersten Faser jeweils mit wenigstens einem Verbindungspunkt einer weiteren Faser verbunden sind.
Schaumstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumcarbidfasern eine Länge in einem Bereich von ≥ 5 mm bis ≤ 20 mm aufweisen.
Schaumstoff nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumcarbidfasern eine Dicke in einem Bereich von ≥ 10 nm bis ≤ 2 μm aufweisen.
Schaumstoff nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff eine Porosiät in einem Bereich von ≥ 30% bis ≤ 80% aufweist.
Schaumstoff nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumstoff elektrisch leitfähig ist.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zum Herstellen eines Schaumstoffs.
Verwendung eines Schaumstoffs nach einem der Ansprüche 9 bis 13 zum Herstellen eines wärmeleitenden Elements, einer Elektrode, einer Dichtung, eines Filters, eines Absorbers, eines Flammschutz-Materials, eines Flammregulierungsmaterials, oder eines Katalysators.