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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien, die durch
Imprägnierung von Kohlefasern als Verstärkungsmaterial mit einem
flüssigen, kohlenstoffhaltigen Material, wie Pech oder
dergleichen, und anschließender Carbonisierung des imprägnierten
Materials und, wenn nötig, durch Graphitisierung des
karbonisierten Produkts, hergestellt werden.
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Insbesondere betrifft sie ein Verfahren zur Herstellung
hochdichter, hochfester
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien, die in mechanischen Teilen, elektrischen oder
elektronischen Teilen unter Ausnützung ihrer hohen Festigkeit und
Beständigkeit gegen Hitze, Korrosion und Chemikalien und der
extremen Verschleißeigenschaft verwendbar sind.
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Es ist bereits bekannt, daß hochdichte, hochfeste
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien durch Imprägnierung von
Verstärkungsmaterial aus hochfesten Kohlefasern mit einem
hohen Spannungswert, aufgewickelt zu einer gewünschten Form
oder zu Strukturen, die von Kohlefasern als Hauptmaterial
gebildet werden, mit flüssigem kohlenstoffhaltigem Material wie
einem Harz oder einem Pech etc., als Vorläufer einer
Kohlematrix, durch Carbonisierung des imprägnierten Materials unter
Inertgasatmosphäre und nötigenfalls durch Graphitisierung
dieses carbonisierten Materials hergestellt werden können.
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Jedoch treten die fatalen Erscheinungen der Rißbildung und
Ablösung an der Grenzschicht zwischen Verstärkungsmaterialien
und Kohlenstoffmatrix auf, und die mechanische Festigkeit der
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien entfiel.
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Aus diesem Grund wurde ein Verfahren, bei dem ein Produkt
erneut mit einem flüssigen, kohlenstoffhaltigen Material, wie
einem Harz, einem Pech oder dergleichen als
Kohlenstoffmatrix-Vorläufer imprägniert wurde, gefolgt anschließend von
Carbonisierung des so reimprägnierten Materials, fünf- bis
sechsmal oder mehrmals wiederholt, um eine sekundäre
Verstärkungsbehandlung zu erzielen und um hochdichte, hochfeste
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien zu erhalten.
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Bei solchen Herstellungsverfahren wird der Herstellungsprozeß
länger und komplizierter, da Imprägnierungs- und
Carbonisierungsstufen wiederholt werden. Außerdem gibt es bereits einen
weiteren Nachteil dahingehend, daß die Produktkosten wegen
der verlängerten Betriebszeit eines Elektroofens während des
Carbonisierungsschrittes höher werden.
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Außerdem ist ein herkömmliches
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial hinsichtlich der Klebfähigkeit der
Grenzschichten zwischen Kohlefasern als Verstärkungsmaterial und einer
Kohlematrix schwach. Als Gegenstand der Verbesserung der
Nachteil(e) und der Steigerung der Klebefähigkeit wurde ein
Verfahren, bei dem die Oberflächen von Kohlefasern mit
verschiedenen Mitteln überzogen werden, herangezogen. Jedoch gab
es Probleme dahingehend, daß hitzebehandelte Produkte des
Mittels im resultierenden
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu einer Verunreinigung werden und sie die Reinheit
als ein Kohlematerial reduziert und zu einer Ursache dafür
wird, daß sich Chemikalien- und Hitzebeständigkeit
erniedrigen. In der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. Sho
52-52912 ist offenbart, daß zur Lösung des obengenannten
Problems die Verwendung eines organischen Polymeren, das
dasselbe Material wie organische Rohfasern zur Herstellung von
Kohlefasern ist, für ein flüssiges kohlehaltiges Material als
Vorläufer einer Kohlematrix wirksam ist; d.h. wenn
Kohlefasern auf Polyacrylnitril(PAN)-Basis als Verstärkungsmaterial
verwendet werden, so ist die Wahl eines Polyacrylnitril-
Harzes wirksam; und wenn Kohlefasern auf Pechbasis als
Verstärkungsmaterial verwendet werden, so ist die Wahl von Pech
wirksam.
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Gemäß einem Verfahren der japanischen offengelegten
Patentanmeldung Nr. Sho 52-52912 zeigt eine Kohlematrix, die durch
Carbonisierung einer flüssigen, kohlenstoffhaltigen
Verbindung als ein Kohlematrix-Vorläufer erhalten worden ist, als
Verstärkungsmaterial fast dieselbe Eigenschaft wie sie die
Kohlefasern zeigt. In dem Fall, wo Carbonisierung und
Graphitisierung im hohen Temperaturbereich nötig sind, da der
Unterschied zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizient der
beiden extrem klein wird, liefert sie ein gewisses Maß an
Wirksamkeit, weil die Rißbildung und die Ablösung, die an der
Grenzschicht zwischen dem Verstärkungsmaterial und der
Kohlematrix auftreten, während dieses Verfahrens verringert werden
können.
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Jedoch ergibt sich mit einem flüssigen, kohlenstoffhaltigen
Material als Kohlematrix-Vorläufer während der Carbonisierung
und Graphitisierung eine Volumenschrumpfung. Wenn im Inneren
starre Kohlefasern vorhanden sind, so ist die
Volumenschrumpfung der Kohlematrix nicht immer gleichmäßig und verursacht
daher Rißbildung und Ablösung an der Grenzschicht zu dem
Verstärkungsmaterial. Da nämlich ein großer Unterschied in der
Orientierung von Kohlenstoff bei Kohlefasern als
Verstärkungsmaterial und bei flüssigem, kohlenstoffhaltigem Material
als Kohlematrix-Vorläufer vorliegt, bildet sich im frühen
Carbonisierungsstadium ein Unterschied in jeder thermischen
Eigenschaft aus, und es tritt Rißbildung und Ablösung auf,
und es ist immer noch eine sekundäre Verstärkungsbehandlung
notwendig gewesen.
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Winnacker Küchler; Chemische Technologie B.3, S.306-307, 1983
bezieht sich inter alia auf die Herstellung von Kohle- oder
Graphitfasern, die für Hochleistungsverbundmaterialien (z.B.
für Flugzeugbauteile) geeignet sind, und die durch mehrfaches
Imprägnieren und Karbonisieren von faserigen Textilstrukturen
hergestellt werden.
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Die DE-A-2 165 029 beschreibt die Herstellung:
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- erstens von Kohlefasern auf Pechbasis mit einer 15%igen
linearen Schrumpfung beim Erhitzen von Pech bis auf 250ºC,
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- weiterhin die Herstellung eines Kohlenstoff-Kohlenstoff-
Verbundes mit hoher Dichte (1,56 g/cm³) und hoher Festig
keit durch (ein Durchgang) Imprägnierung der Fasern oder
eines laminierten Körpers mit Phenolharz(z.B. eine Struk
tur, die aus diesen Fasern hergestellt ist).
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Die DE-A-1 930 713 beschreibt die Herstellung von geformten
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien mit hoher
Festigkeit durch:
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- Herstellung unschmelzbarer Kohlefasern bei einer Tempera
tur von bis zu 260ºC,
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- Imprägnierung der aufgewickelten, faserartigen Gewebe oder
anderer Strukturen mit (Pech oder) Harz,
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- Carbonisierung und möglicherweise Graphitisierung unter
Inertgas.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial zur Verfügung zu
stellen, das hinsichtlich der mechanischen Festigkeit, Hitze-
und Chemikalienbeständigkeit, der extremen
Abnutzungseigenschaft überlegen ist, durch Überwindung der oben erwähnten
Nachteile, nämlich dadurch, daß die fatale Rißbildung oder
das Ablösen, das an der Grenzschicht eines
Verstärkungsmaterials und einer Kohlematrix während des Frühstadiums der
Karbonisation im Produktionsprozeß von
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial auftritt, stark verringert werden, und
die Klebfähigkeit der Grenzschichten zwischen dem
Verstärkungsmaterial und der Kohlematrix verbessert wird.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren,
einfach im großtechnischen Maßstab und zu billigen Kosten,
zur Herstellung von
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien zur Verfügung zu stellen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
eines Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterials mit hoher
Dichte und hoher Festigkeit, das durch Kohlefasern verstärkt
ist, durch Imprägnierung von kohlenstoffhaltigen Fasern auf
Pechbasis, die bei Temperaturen unterhalb 2200º C carbonisiert
worden sind, oder von Strukturen, die als Hauptbestandteil
die genannten carbonisierten Fasern enthalten, mit einem
flüssigen kohlenstoffhaltigen Material als Vorläufer einer
Kohlematrix und anschließendes Carbonisieren oder
Carbonisieren, an das ein Graphitisieren des resultierenden
imprägnierten Produkts in einer inerten Gasatmosphäre folgt, das
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Beziehung von Sm-Sf = 0
45 % zwischen der Volumenschrumpfung (Sf) der genannten
kohlenstoffhaltigen Fasern auf Pechgrundlage während der danach
durchgeführten Carbonisierung oder Carbonisierung, an die
sich eine Graphitisierung anschließt, und einer
Volumenschrumpfung (Sm) des flüssigen, kohlestoffhaltigen Materials
während der Carbonisierung oder der Carbonisierung mit
anschließender Graphitisierung, die danach durchgeführt wird,
um die Klebfähigkeit auf der Grenze des Verstärkungsmaterials
und der Kohlestoffmatrix zu vergrößern, genügt wird.
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Die Kohlefasern auf Pechbasis, die aus einem Rohstoff aus
Erdölpech oder Kohlepech als Verstärkungsmaterial erhalten
worden sind, werden mit einem flüssigen, kohlestoffhaltigen
Material, wie Pech, d.h. Erdölpech, Kohlepech, einem
hitzehärtenden Harz, wie Phenolharz, Furanharz oder dergleichen
als Kohlematrix-Vorläufer imprägniert. Die kohlestoffhaltigen
Fasern zeigen bei der Carbonisierungs- oder
Graphitisierungsbehandlung, die danach ausgeführt wird, eine
Volumenschrumpfung von 5-60%, vorzugsweise von 10-50%, bezogen auf das
Volumen vor der Behandlung.
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Außerdem besitzen die kohlenstoffhaltigen Fasern eine
Zugfestigkeit von 50-2500 MPa, eine Dehnung von 0,5-8,0%, ein
Zugmodul von 4-400 GPa und weiterhin die Fähigkeit, während der
Carbonisierung und der danach ausgeführten Graphitisiesierung
sowohl die Zugfestigkeit als auch das Zugmodul bis auf das
1,1fache oder mehr der Werte des vorhergehenden Schrittes und
bis zu einem Wert von 400 GPa oder mehr bei dem Zugmodul zu
erhöhen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich geworden,
die Spannung, die zu einer Ursache von Rißbildung und Ablösen
wird, das durch Schrumpfung während des Carbonisierungs- oder
Carbonisierungs- und Graphitisierungsprozesses eines
Kohlematrix-Vorläufers verursacht worden ist, zu verringern.
Erfindungsgemäß
werden der auftretende fatale Riß und die
Ablösung, die auf der Grenzschicht zwischen einem
Verstärkungsmaterial und einer Kohlematrix auftreten, tatsächlich und sehr
stark verringert.
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Kohlestoffhaltige Fasern, die erfindungsgemäß als
Verstärkungsmaterial verwendet werden, sind Vorläuferfasern, die zu
hochfesten Kohlefasern auf Erdölpech-Basis oder
Kohlepech-Basis mit einem hohen Spannungswert werden. Die
kohlenstoffhaltigen Fasern oder die Struktur, die unter Verwendung dieser
Fasern als Hauptbestandteil gebildet werden, können durch
Carbonisierung oder Carbonisierung, gefolgt von spannungslos
ausgeführter Graphitisierung, das charakteristische Merkmal
der Hochfestigkeits- und Hochspannungseigenschaft entwickeln.
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Im Falle von Kohlefasern, bei denen ein Vorläufer Zellulose
oder PAN ist, ist es notwendig, Festigkeit und Spannungswert
durch Ausführen von Kristallisation und Orientierung mit
Spannung zu vergrößern. Hochfeste, faserige Gewebe mit hohem
Modul, bei denen ein Vorläufer Zellulose oder PAN ist, können
nur zu Geweben, wie gewebten Stoffen, gemacht werden, nachdem
die Vorläufer im Spannungszustand carbonisiert oder
carbonisiert und graphitisiert worden sind, wohingegen aus
kohlestoffhaltigen Fasern, die erfindungsgemäß als
Verstärkungsmaterial verwendet werden, hochfestes Fasergewebe mit hohem
Modul leicht durch Carbonisierung oder Carbonisierung,
gefolgt von Graphitisierung, sogar ohne Anwendung von Spannung,
nachdem zuerst ein Stoffgewebe geformt worden ist, erhalten
wird. Entsprechend ist es möglich, den Unterschied
charakteristischer Eigenschaften zwischen
Kohlematrix-Vorläufermaterial und Verstärkungsmaterial zu verkleinern.
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Entsprechend kann durch das erfindungsgemäße Verfahren
Spannung, die eine Ursache von an der Grenzfläche von
Verstärkungsmaterial und Kohlematrix erzeugter Rißbildung oder
Ablösung ist, die zusammen aufgrund der Volumenschrumpfung
während des Carbonisierungs- oder Carbonisierungsprozesses,
gefolgt von Graphitisierung des Kohlematrix-Vorläufermaterials,
auftritt, verringert werden. Daher wird es möglich gemacht,
hochdichte, hochfeste
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien tatsächlich durch Verringerung der Rißbildung und
Ablösung auf ein sehr viel kleineres Maß, ohne Anwendung einer
zweiten Verstärkungsbehandlung herzustellen.
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Weiterhin ist es möglich, die Klebfähigkeit an der
Grenzschicht von Verstärkungsmaterial und Kohlematrix im Vergleich
mit herkömmlichem Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial
dadurch zu vergrößern, daß die Beziehung (Sm-Sf) zwischen
Volumenschrumpfungsrate (Sf) während des Prozesses der
Carbonisierung oder Carbonisierung und Graphitisierung von
kohlestoffhaltigen Fasern, und Volumenschrumpfungsrate (Sm) eines
flüssigen, kohlestoffhaltigen Materials wie Pech oder
dergleichen, als Kohlematrix-Vorläufermaterial so angeordnet
wird, daß sie in den Bereich von 0-45%, vorzugsweise von 0-
20%, fällt. Erfindungsgemäß ist es möglich geworden, eine
große Grenzflächen-Klebfähigkeit sogar ohne irgendein
spezielles Oberflächenbehandlungsmittel auf die Kohlefasern als
Verstärkungsmaterial aufzutragen, und es ist tatsächlich
möglich, Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterialien von hoher
Kohlenstoffreinheit und mit überlegener Beständigkeit gegen
Hitze, Chemikalien und Korrosion etc.,
Hitzebeständigkeitseigenschaft, Chemikalienbeständigkeitseigenschaft,
Korrosionsbeständigkeitseigenschaft etc., herzustellen.
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Als eine der erfindungsgemäßen, überlegenen Eigenschaften
kann die Vereinfachung der Imprägnierungs-, Carbonisierungs-
und Graphitisierungsschritte erwähnt werden. Unter Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Imprägnierung mit
einem flüssigen, kohlestoffhaltigen Material, wie Pech oder
dergleichen, gefolgt von Carbonisierung oder Carbonisierung
und Graphitisierung, ist es nicht nötig, wiederholte Schritte
von Imprägnierung, Carbonisierung oder Carbonisierung,
gefolgt von Graphitisierung, auszuführen, d.h. eine sekundäre
Verstärkungsbehandlung ist nicht notwendig. Es ist möglich,
eine nahezu notwendige Dichte durch eine einmalige Behandlung
zu erzielen. Die Dichte liegt im Bereich von 1,45-2,05 g/cm³,
wenn kein Hohlraum, für den Imprägnierung unmöglich ist, in
der kohlenstoffhaltigen Faser als Verstärkungsfaser vorhanden
ist.
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Als erfindungsgemäß verwendetes flüssiges,
kohlenstoffhaltiges Material, wie Pech oder dergleichen, kann ein bestimmtes
Intermediär-Pech aus Rohstoffen zur Herstellung von
kohlestoffhaltigen Fasern auf Pechbasis, die bei einer Temperatur,
niedriger als 2200ºC carbonisiert worden sind, als
Verstärkungsmaterialien erwähnt werden.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die
kohlestoffhaltigen Fasern oder die Struktur, die bei deren Verwendung
als Hauptbestandteil geformt wird, die in einer gewünschten
Form oder einer aufgewickelten Form angeordnet sind, mit
einem flüssigen, kohlestoffhaltigen Material, wie Pech oder
dergleichen, unter einem verminderten Druck, in einem Zustand
unter Druck, oder in einem Zustand abwechselnd unter
reduziertem oder erhöhtem Druck, imprägniert und
erforderlichenfalls wird Preßformung angewendet. Dann wird unter
Inertgasatmosphäre die Carbonisierung und die Graphitisierung bei
einem atmosphärischen oder einem Druck, der über dem
atmosphärischen Druck liegt, durchgeführt.
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Um dieResistenz gegen Hitze und Chemikalien und dergleichen
zu erhöhen, wird vorzugsweise die Carbonisierung oder
Carbonisierung und Graphitisierung bei einer Temperatur höher
als 1000ºC durchgeführt.
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Eine ausführlichere Erklärung der vorliegenden Erfindung wird
durch spezifische Beispiele gegeben, aber es wird nicht
beabsichtigt, ihren Umfang einzuschränken.
Spezifisches Beispiel 1
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Kohlenstoffhaltige Fasern auf Erdölpech-Basis, die bei einer
Temperatur von 500ºC carbonisiert worden sind, wurden in
einer Richtung ausgerichtet und Erdölpech, das ein
Intermediärpech aus Rohmaterial zur Herstellung der erwähnten
kohlestoffhaltigen Fasern (mit einem Erweichungspunkt von 150ºC,
einem Kohlerückstand von 53 Gew-% und einer Dichte von 1,28)
war, wurde zum Schmelzen gebracht. Nach Evakuierung und
Imprägnierung unter einem reduzierten Druck von 266-1330 Pa (2-
10 mmHg) wurde Ersatz mit Argongas durchgeführt. Anschließend
wurde der Druck bis auf 1 MPa erhöht und die
Imprägnierungsbehandlung unter Druck durchgeführt. Die resultierende Probe
wurden unter der Argongas-Druckatmosphäre (15 MPa) durch
Temperaturerhöhung mit einer Rate von 2,5ºC pro Minute auf 600ºC
(wurde für zwei Stunden gehalten) carbonisiert.
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Weitere Carbonisierung wurde in der Argongasatmosphäre (10&sup5;
Pa/1 atm) bis zu 2000ºC fortgesetzt. Die charakteristischen
Eigenschaften eines solchen erhaltenen
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterials sind unten gezeigt
(Volumen-Prozentsatz an Kohlefasern, 56%).
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Schüttdichte 2,01 g/cm³
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Biegefestigkeit 470 MPa
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Biegemodul 200 GPa
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Die kohlenstoffhaltigen Fasern auf Mineralölpech-Basis, die
bei 500ºC carbonisiert worden sind, zeigten etwa 46%
Volumenschrumpfung aufgrund der Dimensionsveränderungen in den
beiden Richtungen der Faserachse und des Faserdurchmessers, wenn
sie bei bis zu 2000ºC ohne Spannung karbonisiert worden sind.
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Weiterhin wurde das als Kohlematrix-Vorläufermaterial
verwendete Mineralölpech unter der Argongas-Druckatmosphäre (15
MPa) bei einer Rate von 2,5ºC pro Minute bis zu 600ºC
karbonisiert und weiter unter der Argongas-Atmosphäre bis zu
2000ºC carbonisiert, und das resultierende Kohlematerial auf
Pechbasis zeigte schließlich eine Kohlenstoffausbeute von 80
Gew-% und eine wahre Dichte von 2,17 g cm³.
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Entsprechend bedeutet das, daß das Mineralölpech während des
Carbonisierungsprozesses bis zu 2000ºC etwa 52,8%
Volumenschrumpfung zeigte.
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Es trat ein Unterschied in der Volumenschrumpfung von etwa
6,8% zwischen den kohlestoffhaltigen Fasern als
Verstärkungsmaterial
und dem Mineralölpech als ein
Kohlematrix-Vorläufermaterial während dem Prozeß der Carbonisierung und dem
Graphitisierungsschritt bei bis zu 2000ºC auf.
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Als die Querschnittsoberfläche der Probe des spezifischen
Beispiels durch ein polarisiertes Mikroskop beobachtet wurde,
wurden an der Grenzfläche zwischen dem Verstärkungsmaterial
und der Kohlematrix kein Sprung und keine Ablösung
beobachtet.
Spezifisches Beispiel 2
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Kohlenstoffhaltige Fasern auf Mineralölpech-Basis, die bei
einer Temperatur von 1000ºC carbonisiert worden sind, wurden
durch Ziehen in eine Richtung geordnet, und wie im
spezifischen Beispiel 1 verarbeitet, und so wurde ein Kohlenstoff-
Kohlenstoff-Verbundmaterial hergestellt. Die
charakteristischen Eigenschaften der Probe sind unten gezeigt.
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Schüttdichte 1,83 g/cm³
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Biegefestigkeit 400 MPa
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Biegemodul 200 GPa
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Die bei 1000ºC carbonisierten kohlestoffhaltigen Fasern auf
Mineralölpech-Basis zeigten aufgrund der Dimensionsänderungen
in den beiden Richtungen von Faserachse und Faserdurchmesser
bei spannungsloser Carbonisierung bis zu 2000ºC eine
Volumenschrumpfung von etwa 10,5%.
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Das als Kohlematrix-Vorläufer verwendete Mineralölpech wies
eine Volumenschrumpfung von etwa 52,8% während der
Carbonisierung bis zu 2000ºC, ähnlich wie im spezifischen Beispiel
1, auf.
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Entsprechend betrug der Volumenschrumpfungsunterschied
zwischen den kohlestoffhaltigen Fasern als Verstärkungsmaterial
und dem Mineralölpech als Kohlematrix-Vorläufer während des
bei bis zu 2000ºC durchgeführten Carbonisierungsprozesses
42,3%.
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Die Querschnittsoberfläche der Probe des spezifischen
Beispiels wurde durch ein polarisiertes Mikroskop beobachtet,
und es wurden kein Sprung und keine Ablösung gefunden.
Vergleichsbeispiel
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Kohlefasern auf Mineralölpech-Basis, die bei einer Temperatur
von 2500ºC graphitisiert worden sind, wurden einseitig
aneinandergereiht und das Mineralölpech, das ein Intermediärpech
eines Rohmaterials zur Herstellung der obigen Kohlefasern
(mit einem Erweichungspunkt von 150ºC, einem Kohlerückstand
von 53% Gewicht und einer Dichte von 1,28 g/cm³) wurde zum
Schmelzen gebracht und
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial wurde, ähnlich wie zu dem spezifischen Beispiel (Probe
Nr.1) hergestellt. Als die Querschnittsoberfläche der Probe
durch ein polarisiertes Mikroskop beobachtet wurde, wurden
Sprünge und Ablösungen an der Grenzschicht zwischen dem
Verstärkungsmaterial und der Kohlematrix gefunden. Die Sprünge
und Ablösungen wurden schon vor der Carbonisierung unter
Druck bei 600ºC beobachtet.
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Eine und zwei nochmalige Imprägnierungen und nochmalige
Carbonisierungen wurden auf die Proben Nr.1 angewendet, um zwei
Arten von Proben zu erhalten, die einmal oder zweimal einer
zweiten Verstärkung (eine Probe Nr.2 bzw. 3) unterzogen
wurden. Die charakteristischen Eigenschaften jeder Probe sind in
Tabelle 1 gezeigt.
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Als die bei 2.500ºC graphitisierten Fasern auf Mineralölpech-
Basis, die im dem Vergleichsbeispiel verwendet wurde,
nochmals bei 2000ºC im spannungslosen Zustand carbonisiert
wurden, wurde keine Dimensionsänderung sowohl in den Richtungen
der Faserachse als auch des Faserdurchmessers und keine
Volumenänderung beobachtet. Das bedeutet nämlich, daß der
Unterschied in der Volumenschrumpfung zwischen den graphitisierten
Fasern als ein Verstärkungsmaterial und dem Mineralölpech als
ein Kohlematrix-Vorläufer während des Prozesses der
Carbonisierung bis zu 2000ºC etwa 52,8% betrug.
Tabelle 1
Probe Nr.
Schüttdichte (g/cm³)
Biegefestigkeit (MPa)
Biegemodul (GPa)
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Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens, ist es möglich
geworden, Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial, bei dem die
Erzeugung eines Sprungs und einer Ablösung an der Grenzfläche
eines Verstärkungsmaterials und einer Kohlematrix extrem
gering ist, herzustellen. Da kohlenstoffhaltige Fasern, die bei
niedrigerer Temperatur carbonisiert worden sind, als
Verstärkungsmaterial verwendet werden, ist es möglich geworden, die
Kosten des Verstärkungsmaterials zu verringern und
Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundmaterial leicht in kommerziellem
Maßstab und zu billigen Kosten herzustellen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, jegliche
sekundäre Verstärkungsbehandlung, wie Reimprägnierung oder
dergleichen, bei der Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-
Verbundmaterialien zu unterbinden.