DE19743723A1 - Coating reinforcing material for ceramic composites - Google Patents

Coating reinforcing material for ceramic composites

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Abstract

A process for coating reinforcing components for ceramic composites comprises treating fibers, woven fabric or mats with a sol by means of a liquid coating method and then compacting the coating by thermal treatment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Beschichtungen auf Verstärkungskomponenten für Verbundkeramiken, insbesondere nichtoxidische Ver­ bundkeramiken. Die verschiedenen Verstärkungskompo­ nenten können dabei Fasern, daraus hergestellte Mat­ ten, Gewebe, Kurzfasern oder ähnliche Komponenten, aus Kohlenstoff, Siliciumcarbid, Silicium(oxy)carbid, Siliciumnitrid oder Silicium(carbo)nitrid sein.The invention relates to a method for manufacturing of coatings on reinforcement components for Composite ceramics, especially non-oxide Ver bundle ceramics. The different reinforcement compo fibers, mat made from them ten, fabric, short fibers or similar components, made of carbon, silicon carbide, silicon (oxy) carbide, Silicon nitride or silicon (carbo) nitride.

Bei der Herstellung von Verbundkeramiken können diese Stoffe auch als Matrixelemente eingesetzt werden. Da­ bei erfolgt eine Einbettung der jeweils zu verwenden­ den Verstärkungskomponente in eine Vorstufenmatrix, die dann pyrolytisch in die keramische Form überführt wird. So hergestellte keramische Stoffe weisen dann von Hause aus eine gewisse Porösität auf.These can be used in the production of composite ceramics Fabrics can also be used as matrix elements. There at an embedding is to be used in each case the gain component in a pre-stage matrix, which is then pyrolytically converted into the ceramic form becomes. Ceramic materials produced in this way then have inherently a certain porosity.

Im Gegensatz zur Verwendung von metallischen oder auf Kunststoff basierenden Matrizes muß beachtet werden, daß die Einbindung der Fasern oder der anderen Ver­ stärkungskomponenten nicht in fester Form erfolgen darf. Die Einbindung sollte über ein sogenanntes In­ terface erfolgen. Dabei hat das zu verwendende Inter­ face eine deutlich verringerte Festigkeit als die Fasern oder die Matrix. Mit der zusätzlichen Verwen­ dung eines Interfaces werden die Eigenschaften bezüg­ lich Rißablenkung, Rißüberbrückung und Herauszieh-Eigen­ schaften (pull-out-Effekt) verbessert und eine so zusammengesetzte Verbundkeramik weist eine hohe Festigkeit und Bruchzähigkeit auf. Als Materialien für ein solches Interface werden bevorzugt Graphit und hexagonales Bornitrid verwendet, da sie eine Schichtstruktur aufweisen.Contrary to the use of metallic or on Plastic-based matrices must be observed that the integration of the fibers or the other Ver Strengthening components are not made in solid form may. The integration should have a so-called In interface. The Inter to be used face a significantly reduced strength than that  Fibers or the matrix. With the additional use The properties are related to the use of an interface Lich deflection, crack bridging and pull-out improved (pull-out effect) and a composite ceramics assembled in this way has a high Strength and fracture toughness. As materials graphite is preferred for such an interface and hexagonal boron nitride because they have a Have layer structure.

Bei den Stoffen, die für die Verstärkungskomponenten verwendet werden, treten Probleme auf, wenn sie höhe­ ren Temperaturen ausgesetzt werden. Dabei werden z. B. Kohlefasern bereits bei Temperaturen ab ca. 500°C oxidativ abgebaut und dementsprechend die mechanische Festigkeit des gebildeten Verbundes in der Keramik irreversibel zerstört.For the fabrics used for the reinforcement components problems occur when it is used exposed to higher temperatures. Here, for. B. Carbon fibers already at temperatures from approx. 500 ° C degraded oxidatively and accordingly the mechanical Strength of the composite formed in the ceramic irreversibly destroyed.

Da, wie bereits genannt, die Keramik porös ist, bie­ tet die Matrix nur einen bedingten Schutz gegen diese thermischen Einflüsse und die Aufbringung einer ent­ sprechenden Schutzschicht auf die verwendete Verstär­ kungskomponente ist unbedingt erforderlich, wenn die Verbundkeramik auch bei hohen Temperaturen und in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre eingesetzt werden sollen, was bei Keramikwerkstoffen mit großer Sicher­ heit der Fall ist. So können günstigerweise Beschich­ tungen aus SiC aufgebracht werden, um die thermische Widerstandsfähigkeit zu erhöhen.Since, as already mentioned, the ceramic is porous, bie the matrix only provides limited protection against it thermal influences and the application of an ent protective layer on the reinforcement used Component is essential if the Composite ceramics even at high temperatures and in be used in an oxygen-containing atmosphere what with ceramic materials with great certainty is the case. So can conveniently Beschich SiC are applied to the thermal Increase resilience.

Dabei liegen die erforderlichen Schichtdicken auf den Fasern oder entsprechenden Geweben daraus, im Bereich zwischen 50 und 5000 nm.The required layer thicknesses are on the Fibers or corresponding tissues made from them, in the area between 50 and 5000 nm.

Bekannte Verfahren für den Auftrag solcher Schutz­ schichten sind z. B. PVD- und CVD-Verfahren, wobei Probleme technologischer Art insbesondere dadurch auftreten, daß komplizierte Geometrien trotzdem gleichmäßig beschichtet werden müssen und insbesonde­ re bei der Beschichtung von Fasermatten mit großen schwer zugänglichen inneren Oberflächenbereichen der technologische Aufwand steigt und nicht mehr alle Beschichtungsverfahren ohne weiteres zum Erfolg füh­ ren. Ein möglicherweise einsetzbares Beschichtungs­ verfahren ist das CVI-Verfahren (Chemical Vapour In­ filtration), wobei hierfür sehr hohe Investitions- und Betriebskosten erforderlich sind und die Be­ schichtung mit geringer Geschwindigkeit erfolgt und nur sehr einfache Stöchiometrien beherrscht werden können. So können mit einem solchen CVI-Verfahren beispielsweise Schichten aus Kohlenstoff und Borni­ trid als Gleitmittel und mit SiC als innerer Oxida­ tionsschutz hergestellt werden.Known procedures for applying such protection  layers are e.g. B. PVD and CVD processes, wherein Problems of a technological nature in particular occur that complicated geometries anyway must be coated evenly and in particular re when coating fiber mats with large difficult to access inner surface areas of the Technological effort increases and not all Coating processes lead to success without further ado ren. A possibly usable coating The CVI process (Chemical Vapor In filtration), for which very high investment and Operating costs are required and the Be stratification occurs at low speed and only very simple stoichiometries can be mastered can. So with such a CVI process for example layers of carbon and borni trid as a lubricant and with SiC as an inner oxide tion protection.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Schutzschichten auf Verstärkungskomponenten für den Einsatz in Ver­ bundkeramiken auf einfache und relativ kostengünstige Art und Weise in der Form herzustellen, daß eine fest haftende, dichte und gleichmäßige Beschichtung er­ folgt, die auch bei Temperaturen von oberhalb 1300°C beständig ist.It is therefore an object of the invention to provide protective layers on reinforcement components for use in ver bundle ceramics on simple and relatively inexpensive Way to manufacture in the form that a firm adhesive, dense and even coating follows, even at temperatures above 1300 ° C is stable.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Aus­ gestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich bei Verwendung der in den untergeordne­ ten Ansprüchen genannten Merkmale.According to the invention, this object is achieved by the in claim 1 resolved characteristics. Favorable off design forms and developments of the invention result when using the in the subordinate Features mentioned claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei so gearbeitet, daß Vorstufen in Form stabiler Sole her­ gestellt und anschließend in einem Flüssigverfahren, wie z. B. einem Sol-Gel-Prozeß, durch Tauchen, Besprü­ hen, Pinseln, Rakeln oder in Form der Beschichtung von einzelnen Endlosfasern in dem jeweiligen Fasersy­ stem (Bündeln, Matten und Filzen) in einem kontinu­ ierlichen Prozeß, aufgebracht werden und im Anschluß daran eine thermische Behandlung durchgeführt wird, mit der das aufgetragene Sol in eine oxidische Schicht überführt wird.In the process according to the invention, this is the case worked that precursors in the form of stable brine  and then in a liquid process, such as B. a sol-gel process, by dipping, spraying hen, brushes, squeegees or in the form of the coating of individual continuous fibers in the respective fiber system stem (bundles, mats and felts) in one continuous process, applied and subsequently thermal treatment is carried out on it, with which the applied sol in an oxidic Layer is transferred.

Dadurch wird es durch Einstellung einer geeigneten Stöchiometrie möglich, daß eine gute Benetzbarkeit und Haftung auf der jeweils zu beschichtenden Ver­ stärkungskomponente erreicht wird. Die so hergestell­ te Schicht ist porenfrei, zusammenhängend und haftet fest, nachdem die thermische Behandlung durchgeführt worden ist.This will make it a suitable one Stoichiometry possible that good wettability and liability on the Ver strengthening component is achieved. The so made The layer is non-porous, coherent and adheres firmly after the thermal treatment is carried out has been.

Auf einfache Art und Weise kann die Viskosität des Sols eingestellt werden und das jeweils zu verwenden­ de Auftragsverfahren bestimmt dann die hierfür erfor­ derliche Viskosität des Sols.In a simple way, the viscosity of the Sols are set and use that each time de order process then determines the necessary for this viscosity of the sol.

Geeignete oxidische Schutz schichten sind α-Aluminium­ oxid, Si-Al-Mischoxide, die bevorzugt im Stöchiome­ triebereich des Mullits liegen oder auch Yttrium-Alu­ minium-Granate, da die genannten Verbindungen auch bei Temperaturen oberhalb 1500°C einen ausreichenden Schutz sichern.Suitable oxidic protective layers are α-aluminum oxide, Si-Al mixed oxides, which are preferred in the stoichiome the mullite or yttrium aluminum minium grenade because the compounds mentioned too sufficient at temperatures above 1500 ° C Secure protection.

Ganz besonders geeignet sind jedoch Oxide, die eine Schichtstruktur aufweisen und dadurch neben der Funk­ tion des Oxidationsschutzes auch die Funktion über­ nehmen können, die das bisher verwendete Interface erfüllen mußte, was zu einer Vereinfachung der Her­ stellung von Verbundkeramiken führt. Solche Schicht­ materialien sind beispielsweise Silicate oder Alumo­ silicate aus der Illit- (z. B. Muskovit KAl2[(OH)2¦AlSi3O10]), der Montmorillonit ((Al,Mg)2[(OH)2¦Si4O10]) oder der Kaolinit-Gruppe (Al4[(OH)8¦Si4O10) für einen Einsatz bei Temperaturen bis etwa 1100°C.However, very particularly suitable are oxides which have a layer structure and can therefore also take on the function of the oxidation protection and also the function which the previously used interface had to fulfill, which leads to a simplification of the manufacture of composite ceramics. Such layer materials are, for example, silicates or aluminosilicates from the illite (e.g. muscovite KAl 2 [(OH) 2 ¦AlSi 3 O 10 ]), the montmorillonite ((Al, Mg) 2 [(OH) 2 ¦Si 4 O 10 ]) or the kaolinite group (Al 4 [(OH) 8 ¦Si 4 O 10 ) for use at temperatures up to around 1100 ° C.

Für höhere Temperaturen bis zu 1800°C können ent­ sprechende Verbindungen des Systems Al2O3-CaO-MgO(SrO), die sich vom Hibonit (CaAl12O19) ableiten, eingesetzt werden. Für Calcium oder in Kombination mit Calcium kann aber auch Mg und/oder Sr in die Kri­ stallstruktur eingeführt werden.For higher temperatures up to 1800 ° C, appropriate compounds of the Al 2 O 3 -CaO-MgO (SrO) system derived from hibonite (CaAl 12 O 19 ) can be used. For calcium or in combination with calcium, however, Mg and / or Sr can also be introduced into the crystal structure.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden im Gegensatz zu bekannten nassen Beschichtungsverfahren von Fasern oder Geweben keine Polymere, sondern Sole eingesetzt und dabei als Zielverbindungen Oxide oder Oxidgemi­ sche erhalten. Dadurch kann neben dem verbesserten Oxidationsschutz auch das Herausziehverhalten der Fasern, mit nur einer einzigen Zusammensetzung ver­ bessert werden, wie dies z. B. mit Erdalkali-Alumina­ ten möglich wird.In contrast, in the method according to the invention to known wet coating processes of fibers or fabrics are not polymers, but brine and as target compounds oxides or oxide mixtures received. This can, in addition to the improved Protection against oxidation also the pull-out behavior of the Fibers with only a single composition be improved, as z. B. with alkaline earth alumina ten possible.

Die Beschichtung der Verstärkungskomponenten mit ei­ nem Flüssigverfahren ist wesentlich kostengünstiger und einfacher beherrschbar als dies mit den bekannten CVD-Verfahren möglich ist und kann außerdem automati­ siert werden.The coating of the reinforcement components with egg nem liquid process is much cheaper and easier to control than with the known ones CVD process is possible and can also automati be settled.

Die Viskosität und Oberflächenspannung des verwende­ ten Sols kann je nach dem verwendeten Auftragsverfah­ ren eingestellt werden und dadurch ein zwickelfreier Auftrag, mit einer zusammenhängenden Schicht, auch bei sehr kleinen Krümmungsradien der verwendeten Fa­ sern, erreicht werden.Use the viscosity and surface tension of the ten Sols may vary depending on the order process used be set and thereby a gore-free Order, with a coherent layer, too  with very small radii of curvature of the company used sern, can be achieved.

Mit der Erfindung ist es im Gegensatz zu den bekann­ ten Lösungen möglich, Schichten herzustellen, die neben der Interfacewirkung auch einen ausreichenden Oxidationsschutz gewährleisten, was bisher nur durch mehrfache Beschichtung möglich war. Dadurch kann nicht nur der Aufwand für die Herstellung von Ver­ bundkeramiken verringert, sondern auch deren Qualität verbessert werden. Das Verfahren kann sowohl bei Fa­ sern, Fasermatten und den Keramiken eingesetzt wer­ den, wobei sehr fest haftende, dichte oxidische Schutzschichten in einer Dicke von 40 bis 20000 nm erzeugt werden können, wobei eine Schichtdicke zwi­ schen 100 bis 1000 nm besonders günstig ist. Je nach Zusammensetzung der erzeugten Schutzschicht können die so hergestellten Verbundkeramiken dann bei Tempe­ raturen bis mindestens 1300°C aber auch bei 1800°C ohne weiteres eingesetzt werden.With the invention it is in contrast to the known solutions possible to produce layers that in addition to the interface effect also a sufficient one Protection against oxidation, which was previously only possible multiple coating was possible. This can not only the effort for the production of Ver bundle ceramics reduced, but also their quality be improved. The method can be used both at Fa fibers, fiber mats and ceramics den, whereby very firmly adhering, dense oxidic Protective layers with a thickness of 40 to 20,000 nm can be generated, with a layer thickness between between 100 and 1000 nm is particularly favorable. Depending on Composition of the protective layer produced can the composite ceramics produced in this way then at Tempe temperatures up to at least 1300 ° C but also at 1800 ° C can be used easily.

Als Vorstufen für die Herstellung der Sole kommen verschiedene Komponenten in Frage, wobei mindestens zwei der nachfolgend genannten Komponenten verwendet werden sollen. Das Sol kann dabei aus den Komponenten
Various components can be used as precursors for the production of the brine, at least two of the components mentioned below being used. The sol can consist of the components

  • A) MIIR1 xR2 2-x, wobei MII gleich Mg, Ca, Sr oder Ba sein kann und 0≦x≦2 ist;A) M II R 1 x R 2 2-x , where M II can be Mg, Ca, Sr or Ba and is 0 ≦ x ≦ 2;
  • B) MIIIR1 yR2 3-y, wobei MIII Al oder Y sein kann und 0≦y≦3 ist undB) M III R 1 y R 2 3-y , where M III can be Al or Y and is 0 ≦ y ≦ 3 and
  • C) MIVR1 zR2 3-z, wobei MIV gleich Ti, Zr, bevorzugt jedoch Si sein kann und 0≦z≦4 ist, bestehen. Bei den Komponenten können dann R1 und R2 beispielsweise Al­ koxy- und Alkacyl-Reste bis zu 20 Kohlenstoffatomen sein. Beispiele hierfür sind Methoxy-, Ethoxy- Pro­ poxy-, (Isopropoxy)-Ethoxy-, Acetyl- oder Propionyl-Reste.C) M IV R 1 z R 2 3-z , where M IV can be Ti, Zr, but preferably Si and 0 ≦ z ≦ 4. In the components, R 1 and R 2 can then be, for example, alkoxy and alkacyl radicals of up to 20 carbon atoms. Examples of these are methoxy, ethoxy, propoxy, (isopropoxy) ethoxy, acetyl or propionyl radicals.

Ist in der Komponente C) Silicium enthalten, kann R aber auch ein kurzkettiger Alkylrest mit maximal 8 Kohlenstoffatomen sein. Beispiele hierfür sind Methyl, Ethyl oder Isopropyl.If component C) contains silicon, R but also a short-chain alkyl radical with a maximum of 8 Be carbon atoms. examples for this are Methyl, ethyl or isopropyl.

Diese Mischungen der Alkoholate oder Acylate werden durch Zugabe von Wasser in lagerstabile Sole überge­ führt, wobei die Zugabe aber auch in Form von Luft­ feuchtigkeit erfolgen kann. Außerdem können zur Sta­ bilisierung die Mischungen Komplexbildner, wie Acety­ laceton, Ethylendiamin oder Maleinsäure enthalten.These mixtures of alcoholates or acylates are by adding water to brine that is stable in storage leads, but the addition also in the form of air moisture can occur. In addition to the Sta bilization the mixtures complexing agents, such as acety contain laceton, ethylenediamine or maleic acid.

Für den Fall, daß dies erforderlich ist, um eine ge­ eignete Viskosität für die Beschichtung durch Sprü­ hen, Tauchen, Rakeln oder den anderen bekannten Ver­ fahren einzustellen, kann es günstig sein inerte Ver­ dickungsmittel zuzugeben. Soll eine Schicht erzeugt werden, die im Bereich einer Mullitphase liegt, wer­ den für die Sole eine Aluminium- und eine Silicium­ verbindung verwendet, wobei der Siliciumgehalt zwi­ schen 10 und 40 Mol-%, bevorzugt zwischen 20 und 30 Mol-% liegt.In the event that this is necessary to a ge suitable viscosity for coating by spray hen, diving, squeegees or the other known Ver stop driving, it can be cheap inert Ver add thickener. Shall create a shift who is in the range of a mullite phase an aluminum and a silicon for the brine compound used, the silicon content between 10 and 40 mol%, preferably between 20 and 30 Mol% is.

Für eine Schutzschicht aus "β-Tonerde", wird eine Aluminiumverbindung, in der bereits beschriebenen Art und Weise, mit einem Alkoholat oder Acylat eines Me­ talles der zweiten Hauptgruppe oder Mischungen von diesen verwendet. Hierfür sollte jedoch bevorzugt Strontium in einem Bereich zwischen 1 und 25 Mol-%, bevorzugt zwischen 5 und 20 Mol-% enthalten sein. Günstig sind dabei Mol-Verhältnisse von Al : Sr von 4 : 1 und 12 : 1. For a protective layer made of "β-alumina", a Aluminum connection, in the manner already described and way, with an alcoholate or acylate of a Me talles of the second main group or mixtures of used this. However, this should be preferred Strontium in a range between 1 and 25 mol%, preferably between 5 and 20 mol%. Molar ratios of Al: Sr of 4: 1 are favorable and 12: 1.  

Die nachfolgende thermische Behandlung sollte günsti­ gerweise in mehreren Stufen, bei verschiedenen Tempe­ raturen erfolgen. Wobei sich eine thermische Behand­ lung, zumindest zeitweise in einer inerten Atmosphäre ebenfalls günstig auswirkt und dadurch der Abbrand von Kohlefasern verhindert werden kann.The subsequent thermal treatment should be favorable sometimes in several stages, at different temperatures repairs are carried out. With a thermal treatment at least temporarily in an inert atmosphere also has a favorable effect and thereby the burn-up of carbon fibers can be prevented.

Mögliche Beispiele, mit denen das erfindungsgemäße Vorgehen deutlicher gemacht werden soll, werden nach­ folgend beschrieben:Possible examples with which the invention Approach to be made clearer will be followed described as follows:

Beispiel 1example 1

Vorgelegtem 0,1 Mol Al(OBuS)3 werden 0,1 Mol Isopro­ poxyethanol tropfenweise zugegeben und anschließend bei gleichzeitiger Kühlung 0,5 Mol Propionsäure lang­ sam ebenfalls zugegeben. Im Anschluß daran werden 0,0333 Mol Methyl-trimethoxysilan tropfenweise zuge­ geben und nach der Zugabe über eine Zeitdauer von 1,5 h bei gleichzeitiger Durchleitung von angefeuch­ teter Preßluft die Hydrolyse durchgeführt. Das so gebildete hochviskose, klare Sol wird dann mit Iso­ propanol im Verhältnis 1 : 3 verdünnt. Das so herge­ stellte Sol hat einen Feststoffgehalt von 1,5% Mas­ seanteil und eine dynamische Viskosität von 16,8 mPas, bei einer Verdünnung im Verhältnis 1 : 3 liegt dann der Feststoffgehalt bei 0,575% Masseanteil und die dynamische Viskosität sinkt auf 3,8 mPas.0.1 mole of Al (OBu S ) 3 is added , 0.1 mole of isopropoxyethanol is added dropwise and then, with simultaneous cooling, 0.5 mole of propionic acid is also slowly added. Subsequently, 0.0333 mol of methyl-trimethoxysilane are added dropwise and after the addition, the hydrolysis is carried out over a period of 1.5 h with simultaneous passage of humidified compressed air. The highly viscous, clear sol thus formed is then diluted with isopropanol in a ratio of 1: 3. The sol produced in this way has a solids content of 1.5% by mass and a dynamic viscosity of 16.8 mPas, with a dilution in a ratio of 1: 3 the solids content is 0.575% by mass and the dynamic viscosity drops to 3.8 mPas.

Die so hergestellten Sole sind dann über mehrere Mo­ nate (oberhalb drei Monaten) stabil. Bei der ther­ mischen Behandlung der entstehenden Gele, bei Tempe­ raturen bis 1000°C wird in jedem Fall Mullit gefun­ den. The brine thus produced is then over several months nate (above three months) stable. With the ther mixing treatment of the resulting gels, at Tempe In any case, mullite is found at temperatures up to 1000 ° C the.  

Beispiel 2Example 2

In 10 g vorgelegter Propionsäure werden 0,00508 Mol Strontiummetall bei gleichzeitigem Rühren gelöst. Die so hergestellte Strontiumpropionatlösung wird dann tropfenweise in 0,068 Mol einem vorgelegten Alumini­ um-sec-Butylat-Propionat, wie bereits in Beispiel 1 beschrieben, zugegeben. Diese Mischung wird dann im Verhältnis von 1 : 1 mit Isopropanol verdünnt. Im An­ schluß an die Hydrolyse entsteht ein klares, farblo­ ses und hochviskoses Sol mit einem Feststoffgehalt von 3,73% Masseanteil. Auch dieses Sol ist dann über einen Zeitraum von mehr als drei Monaten stabil.In 10 g of propionic acid, 0.00508 mol Strontium metal dissolved while stirring. The strontium propionate solution thus prepared is then dropwise in 0.068 mol of an aluminum um-sec-butylate propionate, as already in Example 1 described, admitted. This mixture is then in the Diluted 1: 1 ratio with isopropanol. In the An after the hydrolysis there is a clear, colorless This highly viscous sol with a solids content of 3.73% mass fraction. This sol is then also over stable for more than three months.

Beispiel 3Example 3

Kohlefasermatten (kommerziell erhältlich bei der Fir­ ma Toray) werden ohne die Entfernung der Schlichte in ein Sol der Zusammensetzung 3 Al2O3.SiO2 mit einem Feststoffgehalt von 1,53% Masseanteil eingetaucht. Nach dem Eintauchen werden sie dann gleichmäßig mit einer konstanten Geschwindigkeit von 10 cm/min aus dem Sol gezogen und bei Raumtemperatur über einen Zeitraum bis zu 16 h und daran anschließend bei 110°C über einen Zeitraum von 4 h getrocknet. Um die organischen Reste weitgehend zu oxidieren werden die entsprechend beschichteten Matten weiter einer ther­ mischen Behandlung unterzogen. Dabei wird eine Auf­ heizung in Stufen von 100°/h an Luft bis zu insgesamt 450°C durchgeführt und bei einer Temperatur von 450°C die Matten fertig behandelt. Eine abschließende thermische Behandlung wird dann bei 1000°C, bevor­ zugt unter einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Die Verwendung des inerten Gases ist für die eigent­ liche Reaktion nicht erforderlich, sondern sie dient lediglich dazu, den Abbrand der Kohlefasern während der Endverdichtung der Mullitschicht zu verhindern. Nach dieser thermischen Behandlung liegen die ausge­ bildeten Schichten in einer Dicke von ca. 100 nm in kristalliner Form vor.Carbon fiber mats (commercially available from Toray) are immersed in a sol of the composition 3 Al 2 O 3 .SiO 2 with a solids content of 1.53% by mass without removing the size. After immersion, they are then pulled uniformly out of the sol at a constant speed of 10 cm / min and dried at room temperature for a period of up to 16 h and then at 110 ° C. for a period of 4 h. In order to largely oxidize the organic residues, the correspondingly coated mats are further subjected to a thermal treatment. A heating is carried out in steps of 100 ° / h in air up to a total of 450 ° C and the mats are finished at a temperature of 450 ° C. A final thermal treatment is then carried out at 1000 ° C. before being added under a nitrogen atmosphere. The use of the inert gas is not necessary for the actual reaction, but it only serves to prevent the burning of the carbon fibers during the final compression of the mullite layer. After this thermal treatment, the layers formed are in a thickness of approximately 100 nm in crystalline form.

Beispiel 4Example 4

Bei diesem Beispiel wird im wesentlichen so gearbei­ tet, wie dies beim Beispiel 3 bereits beschrieben worden ist. Im Gegensatz dazu wird jedoch als Vorstu­ fe ein Sol mit 1,23% Masseanteil als Feststoff mit der Stöchiometrie SrAl12O19 eingesetzt. Die thermische Behandlung erfolgt dann bei Temperaturen von 1200°C.In this example, the procedure is essentially as described in Example 3. In contrast, however, a sol with a mass fraction of 1.23% as a solid with the stoichiometry SrAl 12 O 19 is used as a preliminary stage. The thermal treatment then takes place at temperatures of 1200 ° C.

Beispiel 5Example 5

Für die Untersuchung des Herausziehverhaltens (pull-out) wurden anstelle von Verbundkeramiken oder Faser­ matten im Modellversuch eingebettete Faserbündel aus­ gewertet.For the investigation of the pull-out behavior were instead of composite ceramics or fiber matted fiber bundles embedded in the model test rated.

Ein Faserbündel mit einer Länge von ca. 20 cm aus Kohlefasern (von der Firma Toray unter der Bezeich­ nung T 800 kommerziell erhältlich), wurden in der Form, wie dies beim Beispiel 5 beschrieben worden ist, mit kristallinem Strontiumaluminat beschichtet. Die entsprechend vorbehandelten Fasern sind dann in eine Siliciumnitrid/Siliciumcarbonitridmatrix einge­ bettet worden. Dabei wurden aus 50 g Polysilazan SLM 465012, 50 g Siliciumnitrid mit einem Teilchendurch­ messer von 1 bis 5 µm, 20 ml Toluol und 1 g n-Butyl­ ammoniumchlorid über einen Zeitraum von 1 h vermischt und unter Verwendung einer Kugelmühle ein Schlicker hergestellt. (Polymer und Siliciumnitrid sind kommer­ ziell bei der Firma Wacker-Chemie GmbH, München, er­ hältlich).A fiber bundle with a length of approx. 20 cm Carbon fibers (from Toray under the designation T 800 commercially available), were in the Form as described in Example 5 is coated with crystalline strontium aluminate. The correspondingly pretreated fibers are then in a silicon nitride / silicon carbonitride matrix been bedded. 50 g of polysilazane SLM 465012, 50 g silicon nitride with one particle through knives from 1 to 5 µm, 20 ml toluene and 1 g n-butyl ammonium chloride mixed over a period of 1 h and a slip using a ball mill manufactured. (Polymer and silicon nitride are more common  specifically at Wacker-Chemie GmbH, Munich, he available).

Die Beschichtung der Kohlefasern erfolgte dann durch Eintauchen in die Sole aus den Vorstufenmischungen. Nach dem Eintauchen wurden die beschichteten Kohlefa­ sern bei einer Temperatur von 80°C in einer Stick­ stoffatmosphäre getrocknet. Im Anschluß daran wurden die Kohlefaserbündel ebenfalls unter Inertgasbedin­ gungen stufenweise in Stufungen von 150°C/h auf 350°C geheizt und dann 1 h bei dieser Temperatur gehalten. Dadurch vernetzt das Polymer zu unlöslichen und unschmelzbaren Produkten. Zur Pyrolyse der sili­ ciumorganischen Verbindung wurde mit einer Geschwin­ digkeit von 30°C/h bis auf 800°C und dann wieder schneller mit 150°C/h auf 1200°C erhitzt. Bei die­ ser Endtemperatur wurde das beschichtete Kohlefaser­ bündel 2 h lang gehalten und im Anschluß daran in Stufen von 150°C/h auf Raumtemperatur abgekühlt.The carbon fibers were then coated by Immerse in the brine from the precursor mixtures. After immersion, the coated coal fa in a stick at a temperature of 80 ° C Dried atmosphere. Following that the carbon fiber bundles also under an inert gas condition in stages of 150 ° C / h Heated 350 ° C and then 1 h at this temperature held. As a result, the polymer crosslinks to insoluble ones and infusible products. For pyrolysis of the sili Organocium compound was at a speed from 30 ° C / h to 800 ° C and then again heated faster to 1200 ° C at 150 ° C / h. At the The final temperature was the coated carbon fiber held for 2 hours and then in Steps cooled from 150 ° C / h to room temperature.

Die so beschichteten Kohlefaserbündel wurden dann gebrochen und die Bruchstellen lichtoptisch im Auf­ licht und auch im Rasterelektronenmikroskop unter­ sucht. Dabei zeigte sich ein sehr ausgeprägter Her­ auszieheffekt (pull-out-Effekt), der an den weit her­ vorstehenden Fasern erkenntlich war.The carbon fiber bundles thus coated were then broken and the break points optically in the open light and also under the scanning electron microscope is looking for. This showed a very pronounced her pull-out effect (pull-out effect) that is far off protruding fibers was recognizable.

Bei den erfindungsgemäß durchgeführten Versuchen konnte festgestellt werden, daß Mullit- und SrAl12O19 beschichtete Kohlefaserfilamente wesentlich oxida­ tionsbeständiger sind, als dies unbeschichtete Kohle­ faserfilamente sind. Bei Vergleichsuntersuchungen konnte festgestellt werden, daß die Abreißtemperatu­ ren an Luft bei einer Zuglast von 5 MPa deutliche Unterschiede ergeben und für unbeschichtete Kohlefa­ serfilamente bei Temperaturen zwischen 635 und 645°C liegen, im Gegensatz zu den einfach beschich­ teten Kohlefaserfilamenten konnten höhere Abreißtem­ peraturen gemessen werden konnten, wobei letztere erst bei Temperaturen von 795°C für Mullitschichten und bei 925°C bei einer SrAl12O19-Schicht gerissen sind.In the experiments carried out according to the invention, it was found that mullite and SrAl 12 O 19 coated carbon fiber filaments are significantly more resistant to oxidation than uncoated carbon fiber filaments. In comparative investigations, it was found that the tear-off temperatures in air with a tensile load of 5 MPa result in clear differences and for uncoated carbon fiber filaments at temperatures between 635 and 645 ° C, in contrast to the simply coated carbon fiber filaments, higher tear-off temperatures could be measured could, the latter only cracked at temperatures of 795 ° C for mullite layers and at 925 ° C for a SrAl 12 O 19 layer.

Claims (14)

1. Verfahren zur Beschichtung von Verstärkungskom­ ponenten für Verbundkeramiken, bei dem Fasern, Gewebe oder Matten mit einem Flüssigverfahren mit einem Sol beschichtet und anschließend die Schicht thermisch verdichtet wird.1. Process for coating reinforcement comm components for composite ceramics, where fibers, fabrics or mats with one Liquid process coated with a sol and then the layer is thermally compressed becomes. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungskom­ ponenten aus Kohlenstoff, Silicium(oxy)carbiden, Siliciumnitriden oder Silicium(carbo)nitriden durch Tauchen, Besprühen, Pinseln, Rakeln oder durch Beschichtung der einzelnen Endlosfasern in den Bündeln, Matten und Filzen beschichtet wer­ den.2. The method according to claim 1, characterized in that the gain comm components made of carbon, silicon (oxy) carbides, Silicon nitrides or silicon (carbo) nitrides by dipping, spraying, brushing, knife coating or by coating the individual continuous fibers in the bundles, mats and felts are coated the. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sol aus Mischungen von mindestens 2 Komponenten, ausge­ wählt aus
MIIR1 xR2 2-x, wobei MII gleich Mg, Ca, Sr oder Ba sein kann und 0≦x≦2 ist;
MIIIR1 yR2 3-y, wobei MIII Al oder y sein kann und 0≦y≦3 ist und
MIVR1 zR2 4-z, wobei MIV gleich Ti, Zr oder Si sein kann und 0≦z≦4 ist und
R1 und R2 ein Alkoxy-, Alkacyl-Rest mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen oder ein kurzkettiger Al­ kylrest mit maximal 8 Kohlenstoffatomen sein können,
unter Zugabe von Wasser hergestellt wird.
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the sol selects from mixtures of at least 2 components
M II R 1 x R 2 2-x , where M II can be Mg, Ca, Sr or Ba and is 0 ≦ x ≦ 2;
M III R 1 y R 2 3-y , where M III can be Al or y and is 0 ≦ y ≦ 3 and
M IV R 1 z R 2 4-z , where M IV can be Ti, Zr or Si and is 0 ≦ z ≦ 4 and
R 1 and R 2 can be an alkoxy, alkacyl radical with up to 20 carbon atoms or a short-chain alkyl radical with a maximum of 8 carbon atoms,
is produced with the addition of water.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung Komplexbildner, wie Acetylaceton, Ethylendiamin oder Maleinsäure zugegeben werden.4. The method according to claim 3, characterized in that the mixture Complexing agents such as acetylacetone, ethylenediamine or maleic acid can be added. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sol zur Ein­ stellung der Viskosität und Oberflächenspannung zusätzlich Wasser oder inerte Verdickungsmittel zugegeben werden.5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the sol to Ein position of viscosity and surface tension additionally water or inert thickeners be added. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche von 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aluminium- und eine Siliciumverbindung das Sol bilden, so daß ein Siliciumgehalt zwischen 10 und 40 Mol-% ein­ gehalten und eine Schicht aus einer Mullitphase oder einer Mischung mit Al2O3 gebildet wird.6. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that an aluminum and a silicon compound form the sol, so that a silicon content between 10 and 40 mol% is kept and a layer of a mullite phase or a mixture with Al 2 O 3 is formed. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siliciumgehalt zwischen 20 und 30 Mol-% eingestellt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that a silicon content is set between 20 and 30 mol%. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sol aus einer Aluminiumverbindung und einem Alkoholat oder Acylat eines Metalles der zweiten Hauptgruppe oder Mischungen von diesen hergestellt wird.8. The method according to any one of claims 3 to 5, characterized in that the sol from a Aluminum compound and an alcoholate or Acylate of a metal of the second main group  or mixtures of these is produced. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Alkoholat oder Acylat von Strontium mit der Aluminiumverbindung verwendet wird und Strontium mit 1 bis 25 Mol-% enthalten ist.9. The method according to claim 8, characterized in that an alcoholate or Strontium acylate with the aluminum compound is used and strontium with 1 to 25 mol% is included. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung mit einem Strontiumanteil zwischen 5 und 20 Mol-% hergestellt wird.10. The method according to claim 9, characterized in that the mixture with a strontium content between 5 and 20 mol% will be produced. 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sol mit Molver­ hältnissen Al : Sr von 4 : 1 hergestellt wird.11. The method according to claim 9, characterized in that a sol with Molver ratio Al: Sr of 4: 1 is produced. 12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sol mit Molver­ hältnissen Al : Sr von 12 : 1 hergestellt wird.12. The method according to claim 9, characterized in that a sol with Molver ratio Al: Sr of 12: 1 is produced. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auftrag des Sols auf die Verstärkungskomponenten die thermi­ sche Behandlung in mehreren Temperaturstufen durchgeführt wird.13. The method according to any one of claims 1 to 12, characterized in that after the order of the Sols on the reinforcement components the thermi treatment in several temperature levels is carried out. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Be­ handlung in einer inerten Schutzgasatmosphäre, zumindest teilweise durchgeführt wird.14. The method according to any one of claims 1 to 13, characterized in that the thermal loading action in an inert protective gas atmosphere, is carried out at least partially.
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