DE4142261A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von verbundbauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstel­ lung von Verbundbauteilen, bei dem ein poröses oder faseriges Substrat aus ei­ nem Grundwerkstoff hergestellt und anschließend unter erhöhter Temperatur von einem ein Beschichtungs- oder Verdichtungsmaterial enthaltenden Gasstrom durchströmt wird.

Zur Verdichtung von porösen Materialien ist die Abscheidung von einem Verdich­ tungsmaterial über die Gasphase bekannt. Dazu gibt es unterschiedliche Verfah­ rensweisen. Im allgemeinen wird die Abscheidungsgeschwindigkeit bei hohen Temperaturen und/oder hohen Prozeßgasdrücken durch die Diffusion und bei niedrigen Temperaturen und Drücken durch die Grenzflächenreaktion bestimmt. Bei der Verfahrensweise mit isothermer und isobarer Prozeßführung befindet sich der gesamte Prozeßraum auf gleicher Temperatur und gleichem Druck, es herrschen also überall die gleichen physikalischen Bedingungen. Da dieses Prinzip (CVI) in der Beschichtung von inneren Oberflächen besteht, mit dem Ziel, die Po­ renräume soweit wie möglich zu füllen, müssen Prozeßbedingungen gewählt werden, die das frühzeitige Verschließen der äußeren Oberfläche des vorgeleg­ ten Faserkörpers vermeiden. Das heißt, in Bezug auf die Geschwindigkeitskon­ trolle des Prozesses sind niedrige Temperaturen und Drücke anzuwenden, damit die langsamere Kynetik der Grenzflächenreaktion die Geschwindigkeit der Fest­ stoffbildung bestimmt. Nur so ist sicherzustellen, daß das zugeführte Prozeßgas nicht bereits in den oberflächennahen Bereichen des vorgelegten Faserkörpers weitgehend abreagiert, sondern die reaktionsfähigen Gasspezies auch in die Tie­ fe der Faserstruktur gelangen. Der Transport in die inneren Poren geschieht durch Diffusion, die durch das Konzentrationsgefälle verursacht wird. Aus den er­ forderlichen niedrigen Drücken und niedrigen Prozeßtemperaturen resultieren sehr lange Prozeßzeiten.

Eine Abwandlung der isothermen Prozeßführung stellt die Vakuum-Druck- Pulsations-Methode dar. Hierbei wird zur Unterstützung der Diffusion kontinu­ ierlich der Prozeßdruck variiert. Durch diese Maßnahme kann die benötigte Infil­ trationszeit verkürzt werden. Der Nachteil dieser Methode liegt im hohen appa­ rativen Aufwand und den immer noch sehr langen Infiltrationszeiten.

Es ist ferner eine Prozeßführung mit Temperaturgradient bekannt, in dem das Substrat ebenfalls vom Prozeßgasstrom frei umströmt wird, wobei der Prozeß von Porendiffusion kontrolliert wird. Der dem Gasstrom zugewandten Seite des Substrats wird durch geeignete Maßnahmen, z. B. Kühlung durch Prozeßgas­ strom oder Abstrahlung, Wärme entzogen. Die dem Gasstrom abgewandte Seite des Substrats liegt an einem Heizkörper an. Auf diese Weise stellt sich ein für das Verfahren maßgeblicher Temperaturgradient senkrecht zur Bauteiloberfläche ein. Die Oberflächentemperatur auf der kalten Seite wird über den Gasstrom zu­ nächst so eingestellt, daß hier keine Abscheidung stattfindet. Dadurch tritt keine Verengung der Poren in diesem Bereich auf. Das Prozeßgas kann so leichter als bei der isothermen Methode in die Tiefe des Substrats diffundieren. Deshalb kann die Temperatur in der Reaktionszone höher als bei der isothermen Methode gewählt werden, wodurch eine erhöhte Depositionsrate erzielt wird. Das Vor­ schreiten der Infiltration bewirkt wegen der verbesserten Wärmeleitfähigkeit im aufgefüllten Bereich eine Verlagerung der Reaktionszone hin zur kalten Seite. Der Vorteil dieser Temperaturgradienten-Methode gegenüber der isothermen Methode liegt in einer deutlichen Verkürzung der erforderlichen Infiltrationszeit. Der Hauptnachteil des Verfahrens liegt im hohen zur Kühlung erforderlichen Gas­ durchsatz mit sehr geringer Ausbeute an abgeschiedenem Material.

Eine dritte Verfahrensweise ist die Prozeßführung mit einem Druckgradienten, bei dem das Gas zwangsweise durch das Substrat durchströmt. Der Stofftransport erfolgt auf diese Weise über erzwungene Konvektion, die Abscheidungsge­ schwindigkeit wird durch die chemische Reaktion kontrolliert. Über den Strö­ mungswiderstand des Substrats baut sich ein Druckgradient zwischen Gaszuführ- und Abführseite des Substrats auf. Durch die Zwangsdurchströmung kann die In­ filtrationszeit relativ kurz gehalten werden.

Die Isothermie im Bauteil fördert eine Infiltration auf der Frischgasseite des Sub­ strats, da hier das größte chemische Potential im Prozeßgas vorliegt. Deshalb muß die Temperatur relativ niedrig gehalten werden.

Aus der US 45 80 524 ist ein Verfahren bekanntgeworden, mit dem die Nachteile der vorerwähnten Methoden überwunden werden. Gemäß diesem Verfahren wird eine Kombination der Temperatur- und Druck-Gradienten-Technik ange­ wandt. Dieses Verfahren wird mit einem Reaktor durchgeführt, der einen zylin­ drischen Heizkörper hat, den ein an einer Seite des Substrats befindliches Gasau­ strittsrohr umgibt. Auf der anderen Seite des Substrats befindet sich eine Gaszu­ führung sowie eine Kühleinrichtung. Hierbei wird das Gas unter herrschender Druckdifferenz zwischen Ein- und Austritt aus dem Substrat zwangsweise durch das Substrat geführt. Im Substrat herrscht durch den Heizkörper an der Gasau­ strittsseite und der Kühleinrichtung an der Gaseintrittsseite ein Temperaturgradi­ ent. Dieses System ist insbesondere für die Herstellung bzw. Verdichtung von rohrförmigen Substraten geeignet. Im übrigen können damit Bauteile, wie Plat­ ten und dergleichen, aber nur mit kleinen Abmessungen und nur mit konstanter Dicke hergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genann­ ten Art zu entwickeln, mit dem verfahrenstechnisch einfach und mit kurzer Pro­ zeßdauer auch Bauteile hergestellt werden können, die großflächig und/oder geometrisch unregelmäßige Konturen haben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Anspruches 1 ge­ löst.

Damit wird das Substrat abgasseitig und gegebenenfalls auch gasanströmseitig un­ abhängig von dessen Größe und Formgebung mit Heizenergie beaufschlagt, die direkt vom Heizkörper ausgestrahlt wird, indem die Heizkörper jeweils der Ober­ flächenkontur einer Substratseite folgen, parallel zur Substratoberfläche ange­ ordnet sind und die Ausdehnung der Substratoberfläche haben. Einer Ausdeh­ nung des Substrats sind damit keine Grenzen gesetzt, nachdem der Heizkörper entsprechend groß gewählt werden kann. Bei einem plattenförmigen Substrat beispielsweise, das eine konstante Dicke aufweist, wird ein ebener, plattenförmi­ ger Heizkörper verwendet, dessen Heizfläche parallel zur Oberfläche des Sub­ strats liegt und die Dimension der Substratoberfläche hat. Ist die Plattenoberflä­ che des Substrats gebogen, so wird der Heizkörper in der gleichen Art gebogen sein.

Bei komplizierteren Formgebungen, bei denen das Substrat unterschiedlich gro­ ße Querschnitte aufweist, wird vorgeschlagen, das Substrat örtlich, entsprechend seiner Dicke, mit unterschiedlicher Heizleistung zu beaufschlagen, um die Tempe­ ratur des Substrats abgasseitig auf eine homogene Temperatur zu bringen.

Zur Beschichtung der Fasern eines aus Fasern bestehenden Substrats wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, durch beidseitige Zu­ führung von Wärme eine homogene Temperaturverteilung im Substrat zu errei­ chen. Damit wird sichergestellt, daß das Beschichtungsmaterial sich annähernd homogen auf sämtliche Fasern niederschlägt. Soll anschließend das Substrat mit einem zweiten Material verdichtet werden, dann wird die gaseintrittsseitige Hei­ zung abgeschaltet, um den für die Verdichtung der Substratporen erforderlichen Temperaturgradienten herbeizuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat somit nicht nur den Vorteil, daß Bauteile jeder Konfiguration und Größe aus verdichtetem Verbundmaterial hergestellt werden können, sondern daß auch Verfahrensschritte, wie Beschichtungen und Verdichtungen, mit derselben Apparatur und direkt hintereinander vollziehbar sind.

Die Erfindung erstreckt sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens, die die Merkmale des Anspruchs 4 aufweist.

Die Erfindung besteht in fertigungstechnisch sehr einfach herstellbaren Heizplat­ ten, die entweder eben (für ebene Substrate) oder gekrümmt, gewellt oder an­ derweitig entsprechend der abgasseitigen Oberflächenkontur des Substrats ge­ formt sind. Heizplatten dieser Art können in unbegrenzter Abmessung herge­ stellt werden, so daß bei Verwendung von Reaktoren mit derartigen Heizsyste­ men entsprechend großdimensionierte Substrate behandelt werden können.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist das aus Heizplatten bestehende Heizsystem durch eine gasdichte Verschalung vom Substrat getrennt, wobei die Heizplatten sowie die Verschalung die Kontur der abgasseitigen Oberfläche des Substrats einnehmen. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für selbsttra­ gende Substrate, die keiner Pressung bedürfen und hat den Vorteil, daß durch die das Substrat umgebende Verschalung eine einfache Gasführung, nämlich durch einen Spaltraum zwischen Substrat und Verschalung geschaffen wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Heizplatten mit Boh­ rungen für die Gasabführung vorgesehen. Die Bohrungen durchqueren die Heiz­ platten senkrecht zur wärmeausstrahlenden Oberfläche. Diese Heizplatten haben den Vorteil, daß sie direkt auf das Substrat auflegbar sind und damit gleichzeitig als Preßstempel verwendet werden können, die hydraulisch oder mechanisch be­ tätigbar sind. Heizplatten dieser Art erfüllen gleichzeitig drei Funktionen, näm­ lich die Erwärmung und Pressung des Substrats sowie die Führung der aus dem Substrat tretenden Gase. Damit sind wesentliche konstruktive Einsparungen so­ wie Materialeinsparung möglich. So eine Heizplatte kann selbstverständlich auch für die Gaseintrittsseite des Substrats verwendet werden. In diesem Fall dienen die Bohrungen zur Gaseinführung.

Gemäß einer einfachen Ausfertigung der Heizplatten bestehen diese in einer Platte aus einem wärmeleitenden Material, z. B. Graphit oder Metall, die mit pa­ rallel zueinander angeordneten, stabförmigen Heizelementen durchsetzt sind. Soweit Bohrungen für die Gasführung vorgesehen sind, sind diese quer zu den Heizelementen gerichtet und von diesen durch nicht elektrisch leitfähiges Mate­ rial isoliert. Selbstverständlich können die Heizplatten, insbesondere für Prozesse, die bei hohen Temperaturen durchgeführt werden müssen, aus Keramikmaterial bestehen. In diesem Fall werden die Heizelemente durch Kanäle in der Kera­ mikplatte geführt, die durch eine verbleibende Keramikwand von den Gasboh­ rungen getrennt sind.

Das Heizsystem kann aus mehreren, gegebenenfalls im Baukastensystem zusam­ mensetzbaren Heizplatten bestehen, die je nach Anwendungsfall, auf oder um verschiedene Bereiche des Substrats, die z. B. unterschiedliche Höhen oder Orien­ tierungen haben, gelegt werden.

Die Vorrichtung ist vorzugsweise zusätzlich mit einem Kühlelement ausgestattet, das der Kontur der gaseinströmseitigen Oberfläche des Substrats folgt.

Für die Herstellung von plattenförmigen Bauteilen besteht die Vorrichtung vor­ zugsweise aus einer als Preßstempel ausgebildeten Heizplatte und einer weiteren Platte, die als Kühl- und/oder Heizplatte ausgebildet ist und den Boden einer Form zur Aufnahme des Substrats bildet, wobei das Prozeßgas von einer Gasver­ sorgung durch Bohrungen in der Bodenplatte in das Substrat geführt und über Bohrungen in der Heizplatte zu einer Entsorgung abgeführt wird. Diese Vorrich­ tung zeichnet sich durch ihre Einfachheit und leichte Realisierung aus. Bei ent­ sprechender Größe der im wesentlichen aus zwei Platten bestehenden Vorrich­ tung können Substrate unterschiedlicher Größen hergestellt bzw. verdichtet wer­ den, indem die flächige Begrenzung durch einen Rahmen gebildet wird, der auf den Formboden bzw. die zweite Platte gelegt wird und der die Seitenwände der Form für das Substrat bildet. Die Dicke des Rahmens richtet sich nach der ge­ wünschten Dicke des Substrats, so daß der Rahmen gleichzeitig als Distanzhalter zwischen den beiden gegeneinandergedrückten Platten dient. So können mit der gleichen Vorrichtung lediglich durch Auswechseln des Rahmens Bauteile aller Di­ mensionen hergestellt werden bzw. poröse Substrate beschichtet und/oder ver­ dichtet werden, wenn die Heiz- und Kühlplatten entsprechend groß dimensio­ niert sind.

Die Bodenplatte ist vorzugsweise eine Heizplatte, die über eine Isolierschicht von einer anschließenden Kühlplatte getrennt ist. Mit einer derartigen Ausführung ist die Vorrichtung für einen gesamten Infiltrationsprozeß anwendbar, wobei le­ diglich durch Umschaltungen die Bodenheizplatte und die Kühlung entsprechend dem jeweiligen Verfahrensschritt angepaßt werden. Mit der Isolierung zwischen der Bodenheizplatte und der Kühleinrichtung kann die Wärmeenergieabfuhr be­ stimmt werden. Es ist denkbar, daß die Vorrichtung so ausgebildet ist, daß die Iso­ lierung bei Bedarf auswechselbar ist, d. h,. daß je nach gewünschtem Prozeß und gewünschter Wärmeabführung das entsprechende Isoliermaterial oder die ent­ sprechende Dicke der Isolierungsschicht eingeführt wird.

Gemäß einer Variante kann die gasanströmseitige Heizung und die Kühleinrich­ tung in eine gemeinsame Platte integriert werden, so daß hier zusätzlich zu den drei vorerwähnten Funktionen auch noch die Kühlfunktion in eine Platte inte­ griert ist.

Für selbsttragende und auch stark gewölbte Substrate bzw. Bauteile wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die eine Verschalung aufweist, die der Kontur der Oberfläche, z. B. der konvexen Seite des Substrats, nachgebildet ist. Diese Ver­ schalung begrenzt einerseits einen Raum für die Abgasführung und trägt ande­ rerseits die an die Verschalungsform angepaßten Heizplatten. Über ein gemein­ sames Gestell ist mit der Verschalung ferner eine Heiz- und/oder Kühleinrichtung verbunden, deren Oberfläche sich an die Oberfläche der konkaven Seite des Sub­ strats anpaßt. Das Gas kann um die Einrichtung, d. h. im Spalt zwischen Einrich­ tung und Substrat, geführt werden.

Auch in dieser Ausführung wird gewährleistet, daß die Wärmebeaufschlagung homogen bzw. gleichmäßig über die Außen- und gegebenenfalls Innenkontur des Substrats verteilt ist, wobei bei unterschiedlichen Wanddicken des Substrats die Heizleistung örtlich entsprechend angepaßt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch ihre apparative Einfach­ heit in Verbindung mit der Möglichkeit aus, daß damit Beschichtungs- und/oder Verdichtungsprozesse hoher Güte mit sehr geringen Prozeßzeiten durchführbar sind.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen je ein Ausführungsbeispiel und

Fig. 3 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung mit der Peripherie im Blockschaltbild.

In Fig. 1a ist eine Vorrichtung zur Herstellung großflächiger Plattenelemente aus Verbundwerkstoff gezeigt, die im wesentlichen aus einer ersten Heizplatte 10, ei­ ner zweiten Heizplatte 11 und einer Kühleinrichtung 12 bestehen.

In einer horizontalen Anordnung befindet sich die Kühleinrichtung 12 an unte­ ster Stelle. Die Kühleinrichtung besteht aus einer Platte mit nebeneinander ange­ ordneten Kanälen 13 für ein Kühlmedium, z. B. Luft oder Wasser. Die Kühlein­ richtung 12 ist von der darüberliegenden zweiten Heizplatte 11 durch eine Iso­ lierschicht 14 getrennt. Die Isolierschicht 14 wird bezüglich des Materials und der Schichtdicke so gewählt, daß eine definierte Wärmeabführung zur Kühleinrich­ tung 12 erfolgt. Die Heizplatten 10 und 11 sind über die gesamte Fläche mit Heizelementen 15 bzw. 16, die als Heizstäbe ausgebildet sein können, durchsetzt, wie es bei der unteren Heizplatte 11 gezeigt ist. Damit die Heizplatten 10, 11 bis an ihrem äußersten Rand die erwünschte Wärmeenergie abführen können, ragen die Heizstäbe 15, 16 über den Rand 20 des jeweiligen Heizelementes hinaus.

Die untere Heizplatte 11 bildet den Boden 21 für die Aufnahme des zu bearbei­ tenden Substrats 22. Das Substrat ist beispielsweise eine poröse Faserstruktur, beispielsweise aus Kohlenstoff- oder SiC-Fasern 14, das entweder als Gesamts­ truktur oder aus mehreren übereinander gelegten Fasergelegen bestehend auf die untere Heizplatte 11 gelegt wird. Die seitliche Begrenzung wird durch einen rahmenförmigen Abstandshalter 25 gebildet, dessen lichte Abmessung dem herzustellenden Bauteil entspricht und dessen Dicke ebenfalls das Maß der Dicke des Bauteiles hat.

Zur Vorbereitung eines Infiltrationsprozesses wird zunächst der entsprechende Abstandshalter auf die untere Heizplatte 11 gelegt und dann das das Substrat bil­ dende Fasermaterial 17 in die durch die Heizplatte 11 und den Abstandshalter 25 gebildete Form eingelegt. Anschließend wird über eine nicht dargestellte hydrau­ lische oder mechanische Einrichtung die obere Heizplatte 10 unter Verdichtung der Faserstruktur 17 bis zur Anlage auf den Abstandshalter 25 gedrückt. Damit ist die Vorrichtung für den eigentlichen Beschichtungs- oder Verdichtungsprozeß vorbereitet.

Aus einer Gasversorgung wird das Beschichtungs- oder Verdichtungsmaterial ent­ haltende Gas über einen Verteiler 31 und einer Vielzahl gleichmäßig verteilter Zuführkanäle 32 in das Substrat 22 geleitet. Die Zuführkanäle 32 sind fluchtende Bohrungen durch die Kühleinrichtung 12, die Isolierung 14 und die untere Heiz­ platte 11. Die Zuführkanäle 32 sind so angeordnet, daß sie durch eine Wandung 33 des Plattenmaterials von den Kanälen 34 für die Heizelemente 15 bzw. 16 ge­ trennt sind, so daß die beiden Bohrungsarten 32 bzw. 34 keinen strömungstech­ nischen Kontakt haben.

Im Substrat 22 schlägt sich das Beschichtungs- oder Verdichtungsmaterial, z. B. Kohlenstoff, SiC, Bornitrid auf die Fasern nieder, während das Reaktionsgas über ähnliche als Abgasführung 35 dienende Bohrungen in der oberen Heizplatte 10 und einen Sammelraum 36 in eine Entsorgung abgeführt werden.

Die in Fig. 1a gezeigte Vorrichtung dient sowohl zur Beschichtung der Fasern 17 als auch zur Verdichtung des Substrats 22 sowie auch zur Durchführung eines kombinierten Verfahrens, bei dem eine oder mehrere Beschichtungen und schließlich eine Verdichtung vorgenommen wird.

Je nach dem gewünschten Prozeß werden die Heizplatten 10, 11 und die Kühlein­ richtung 12 entsprechend eingestellt. Dieses kann über eine, in Fig. 3 gezeigte zentrale Regel- und Steuereinheit 40 automatisch über ein entsprechendes Pro­ gramm eingestellt werden.

Soll das Substrat 22 lediglich mit einem Material nachverdichtet werden, dann wird nur die abgasseitige Heizplatte 10 eingeschaltet und auf die gewünschte Temperatur gebracht. Außerdem wird das Kühlmedium durch die Kühlkanäle 13 der Kühleinrichtung 12 geführt. Die Temperatur am Substrat 22 wird über nicht näher gezeigte Temperaturfühler überwacht und in der Steuereinheit 40 verar­ beitet. Sobald der für den Prozeß erforderliche Temperaturgradient senkrecht zur Substratoberfläche eingestellt ist, wird ein Ventil der Gasversorgung 30 über die Steuereinheit 40 geöffnet und eine Pumpe 42 angestellt, die Gas aus den Ab­ führkanälen 35 über den Sammelraum 36 absaugt und in eine Entsorgung 37 be­ fördert. Abgasseitig stellt sich ein Druck P₁ ein, der kleiner ist als der Gasdruck P₂ an der Zuführseite. Der Gasdruck P₂ der Zuführseite wird zur Überwachung des Prozeßablaufes und der entsprechenden Einstellung der Saugleistung der Pumpe 42 abgetastet. Der zuführseitige Gasdruck P₂ ist ein Maß für den Füllgrad im Sub­ strat 22.

Das Verdichtungsmaterial wird zunächst am wärmeren, also abgasseitigen Ende reagieren und sich abscheiden und nach und nach von der im Betrieb stehenden Heizplatte 10 ausgehend zur kühleren Seite des Substrats 22 hin verdichten, wo­ durch die Wärmeleitfähigkeit des Substrats 22 sich zunehmend in die gleiche Richtung erhöht und damit den Reaktionsprozeß in die Richtung positiv beein­ flußt. Die Isolierung 14 ist durch Material- und Schichtdickenwahl so ausgelegt, daß in Verbindung mit der Kühleinrichtung 12 der Wärmeabtransport ausreicht, um den gewünschten Temperaturgradienten im Substrat 22, der sich im Verlauf des Infiltrationsprozesses verändert, zu erhalten.

Bei Erreichen des Grenzdruckes des zuführseitigen Druckes P₂, der die Beendi­ gung des Verdichtungsprozesses anzeigt, wird das Gasventil 41 geschlossen und die Pumpe 42 abgeschaltet. Je nach Anwendung wird die Kühleinrichtung 12 und die Heizplatte 10 gleich oder zeitlich versetzt abgeschaltet. Ist beispielsweise eine Temperaturbehandlung nach dem Verdichtungsprozeß erforderlich, so kann die­ se direkt mit der gleichen Vorrichtung im Anschluß an den Infiltrationsprozeß durchgeführt werden, indem beispielsweise die Kühlung 12 abgeschaltet und da­ für die untere Heizplatte 11 eingeschaltet wird.

Ist vor einem Verdichtungsprozeß eine Beschichtung der Fasern 17 mit einem oder mehreren unterschiedlichen Materialien erforderlich, so können diese Pro­ zesse mit der Vorrichtung, ohne mechanische Veränderung derselben, direkt hin­ tereinander durchgeführt werden, was bei entsprechender Programmierung der Steuereinheit 40 auch automatisch erfolgen kann.

Bei dem Beschichtungsprozeß ist eine homogene Temperaturverteilung inner­ halb des gesamten Substrats 22 erwünscht. Dieses wird durch Betreiben beider Heizplatten 10 und 11 erreicht, wobei die Heizleistungen so eingestellt werden, daß zu beiden Seiten des Substrats die gleiche Temperatur herrscht. Soll nach der Beschichtung mit einem ersten Material eine zweite Schicht mit einem anderen Material erfolgen, das eine andere Reaktionstemperatur hat, dann wird vor Ein­ führung des zweiten Gases die Heizleistung der Heizplatten 10 und 11 entspre­ chend geändert. Für die abschließende Verdichtung des Substrats 22 mit einem weiteren Material wird die untere Heizplatte 11 ausgeschaltet und die Kühlein­ richtung 12 eingeschaltet und wie oben beschrieben weiter verfahren.

Mit der beschriebenen Vorrichtung ist es also möglich, ausgehend von einer Faser- oder porösen Struktur in sozusagen einem weiteren Arbeitsgang alle wei­ teren Prozesse bis zur Erstellung des fertigen Bauteiles durchzuführen. Dabei können gleichzeitig unregelmäßigen Formgebungen sowie unterschiedlichen Substratdicken Rechnung getragen werden. In einem solchen Fall wird das Heiz­ system aus mehreren Heizplatten bestehen, die unterschiedlich und entspre­ chend den Oberflächenbereichen des Substrats orientiert und die jeweils indivi­ duell betrieben werden, d. h. an getrennte Energiequellen z. B. Stromquellen an­ gelegt sind.

In Fig. 1b ist eine Variante von Fig. 1a gezeigt, in der das Substrat 22′ zwei unter­ schiedlich dicke Bereiche hat. Hier wird anstelle der einzigen Heizplatte 10 zwei Heizplatten 10′ und 10′′ verwendet, wobei die eine Heizplatte 10′ auf den schmä­ leren linken Bereich und die zweite Heizplatte 10′′ auf den dickeren, rechten Be­ reich des Substrats 22′ aufgepreßt werden. Durch getrennte Heizleistungssteue­ rung in den beiden Heizplatten 10′ und 10′′ können die Heizleistungen so einge­ stellt werden, daß in beiden Bereichen des Substrats 22′ die für den Infiltrations­ prozeß erforderlichen Temperaturgradienten herrschen.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das zur Bearbeitung eines selbsttra­ genden Substrats 50 dient. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich um einen Träger mit einem U-förmigen Querschnitt, dessen Seiten 51, 52 dünner sind als der Boden 53. Eine Pressung des Substrats 50 ist hier nicht erforderlich, demzufol­ ge ist es möglich, das Substrat 50 abströmseitig mit einer gasundurchlässigen Ver­ schalung 54 zu umgeben, so daß der Spalt 55 zwischen dem Substrat 50 und der Verschalung 54 als Sammelraum für das Abgas dient. Die Wände der Verschal­ ung 54 sind jeweils mit einer elektrischen Heizplatte 60 bis 62 umgeben, die an getrennte Stromquellen 63 bis 65 angeschlossen sind, so daß die Heizplatten 60 und 62 für die dünneren Seitenteile 51 und 52 des Substrats 50 mit einer geringe­ ren Leistung betrieben werden als die dem dickeren Boden 53 zugeordnete Hei­ zung 61.

In die Innenseite des Substrats 50 ragt ein kombiniertes Heiz/Kühlbauteil 70 hin­ ein. Natürlich kann das Bauteil auch nur als Kühlelement ausgebildet werden, wenn die Vorrichtung nur für Verdichtungsprozesse verwendet werden soll. Das Prozeßgas 71 gelangt über den Spalt 72 zwischen dem Heiz/Kühlelement 70 und dem Substrat 50 in das Substrat.

In den vorstehend beschriebenen Beispielen bestehen die Heizplatten aus ebe­ nen Platten. Unter Heizplatten sollen jedoch nicht nur ebene sondern auch räum­ lich geformte, gekrümmte oder gebogene Platten verstanden werden. Das we­ sentliche ist, daß die Heiz- und Kühlplatten der Außenkontur des Substrats so fol­ gen, daß sie entweder flächenmäßig kontaktierend in Verbindung stehen oder daß zwischen Substrat und Heiz- bzw. Kühlelement ein Spalt mit konstanter Spaltbreite vorliegt. Damit können beliebig große Substrate bearbeitet werden, da die Wärmezufuhr über die gesamte Substratfläche direkt aus der Heizplatte erfolgt.

In Fig. 3 stellt der Block 43 einen der vorstehend beschriebenen Reaktoren dar, der mittels der Steuereinheit 40 gesteuert wird. Über die Steuereinheit 40 kann außer den bereits beschriebenen Funktionen eine mechanische oder die in der Zeichnung angedeutete hydraulische Druckanlage 44 für den Preßvorgang der ei­ nen Heizplatte gesteuert werden.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundbauteilen, bei dem ein poröses oder faseriges Substrat aus einem Grundwerkstoff hergestellt und anschließend unter erhöhter Temperatur von einem Beschichtungs- oder Verdichtungs­ material enthaltenden Gasstrom durchströmt wird, dadurch gekennzeich­ net, daß das Substrat (22, 50) gasabströmseitig und gegebenenfalls auch gasanströmseitig jeweils von einem Heizkörper (10, 60 bis 62 bzw. 11, 70) er­ wärmt wird, der im wesentlichen die Kontur des Bauteils folgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (50) entsprechend dessen Form bzw. Dicke mit unterschiedlicher Heizleistung (V₁, V₂) beaufschlagt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Be­ schichtung der Fasern (17) eines faserigen Substrats (22) mit einem oder mehreren Beschichtungsmaterialien das Substrat durch beidseitige Aufhei­ zung mit der Substratkontur folgenden Heizkörpern (10, 11) einer homoge­ nen Temperaturverteilung unterworfen wird und daß anschließend die ga­ sanströmseitige Heizung (11) für einen nachfolgenden Verdichtungsprozeß mit einem Verdichtungsmaterial abgeschaltet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Reaktor mit einem Heizsystem (10, 11; 60, 61, 62, 70) und einem Prozeßgaszu- und -abführsystem (31, 32 bzw. 72; 35, 36 bzw. 55) für das Beschichtungs- oder Verdichtungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizsystem plattenförmig ausgebildet ist und der Kontur des Substrats (22, 50) folgend geformt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizsystem aus Heizplatten (60, 61, 62) besteht, die durch eine gasdichte Verschalung (54) vom Substat (50) getrennt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizsystem aus Heizplatten (10, 11) besteht, die mit Gasabführ- bzw. Gaszuführbohrun­ gen (35, 32) versehen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatten (10, 11) als Preßstempel ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizplatten (10, 11) mit Heizelementen (15, 16) durchsetzt sind, die gegenüber den Gas­ führungen (35, 32) isoliert sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizsystem aus mehreren gegebenenfalls im Baukastensystem zu­ sammensetzbaren Heizplatten (60 bis 62) besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung (V₁, V₂) der Heizplatten (60 bis 62) je getrennt steuer­ bar sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zusätzlich mit einem Kühlelement (12, 70) ausgestattet ist, das ebenfalls der Kontur der gasströmseitigen Oberfläche des Substrats (22, 50) folgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, gekennzeichnet durch eine als Preßstempel ausgebildete erste Heizplatte (10) und eine weitere als Kühl- und/oder Heizplatte (11) ausgebildete und den Boden (21) einer Form zur Aufnahme des Substrats bildende Platte (11), die Bohrungen (32) zur Einführung des Prozeßgases in das Substrat (22) aufweist, und wobei die Gasabführung durch Bohrungen (35) in der ersten Heizplatte (10) erfolgt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rahmen (25) als Abstandshalter zwischen der ersten Heizplatte (10) und der weite­ ren Platte (11) vorgesehen ist, der die Seitenwände der Form zur Aufnahme des Substrats (22) bildet.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die den Boden (21) der Form bildende Platte (11) eine zweite Heizplatte ist, die außerdem Bohrungen (13) für ein Kühlmedium hat.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die den Boden (21) der Form bildende Platte eine zweite Heizplatte (11) ist und daß parallel zur zweiten Heizplatte (11) eine Kühlplatte (12) vorgesehen ist, die mittels einer die Wärmeabführung bestimmenden Isolierung (14) von­ einander getrennt sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß für selbsttragende Substrate die Vorrichtung mit einer Verschalung (54) ausgerüstet ist, deren Form die Kontur der Substratoberfläche hat und auf deren Außenseite die Heizplatten (60 bis 62) aufliegen.