DE60018227T2

DE60018227T2 - Titan und Kupfer enthaltender Kohlenstoff-Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE60018227T2
Application number: DE60018227T
Authority: DE
Inventors: Shunichi Kokubunji-shi Kubo; Hiroshi Kokubunji-shi Tsuchiya; Jitsuji Kokubunji-shi Ikeuchi; Yoshitaka Yamashina-ku Tomiyama; Kojiro Yamashina-ku Saito; Yoshinobu Yamashina-ku Morita; Takao Warabi-shi Nakagawa; Yoshio Warabi-shi Yoshihara
Original assignee: Across Co Ltd; Railway Technical Research Institute; Fine Sinter Co Ltd
Current assignee: Across Co Ltd; Railway Technical Research Institute; Fine Sinter Co Ltd
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: EP1041056A3; EP1041056B1; US6183667B1; JP2000281446A; ES2234527T3; JP3987656B2; EP1041056A2; DE60018227D1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Titan und Kupfer enthaltenden Kohlenstoff-Verbundwerkstoff und ein Verfahren zur seiner Herstellung.
Eine gegenwärtige Sammlungsinstallation, die auf dem Dach einer Lokomotive zum Zuführen von elektrischem Strom zur Lokomotive auf dem Gleis aus einer Oberleitung montiert ist, die sich entlang des Gleises erstreckt, wird Pantograph genannt. 1 stellt schematisch einen derartigen Pantographen bildlich dar, der allgemein als 500 bezeichnet ist. Der Pantograph 500 weist einen Träger 506 auf, der an den Isolatoren 507 auf dem Dach einer Lokomotive (nicht gezeigt) zum Tragen eines Rahmens 509 darauf befestigt ist. Der Rahmen 509 weist einen unteren Pantographenarm 501, der sich schräg nach oben um eine horizonale Welle 508 dreht, die in Lagern drehbar aufgenommen ist, und einen oberen Pantographenarm 502 auf, der sich schräg nach unten um eine Welle (nicht gezeigt) dreht, die in Lagern aufgenommen ist. Der obere Arm 501 und der untere Arm 502 sind drehbar miteinanderverbunden. An einem Scheitelteil des oberen Armes 501 sind Bögen 503 befestigt, an welchen Gleitbleche 504 zum Beispiel durch Schrauben befestigt sind. Mit 505 ist eine Feder bezeichnet, die funktionell mit der Welle 508 zum Treiben der Welle 508 verbunden ist, um sich in eine Richtung zu drehen, so dass die Gleitbleche 504 auf den Bögen 503 in Kontakt mit einer Oberleitung (nicht gezeigt) gehalten werden, die allgemein aus Hartkupferdraht hergestellt ist. Folglich sammelt der Pantograph 500 durch Schleifkontakt der Gleitbleche 504 elektrische Leistung aus der Oberleitung.
Ein derartiges Gleitblech 504 muss aus einem Material mit den folgenden Eigenschaften hergestellt sein:

(1) gute elektrische Leitfähigkeit;
(2) geringer Reibungswiderstand;
(3) hohe Verschleißfestigkeit;
(4) geringe Tendenz, Abnutzung der Oberleitung zu verursachen;
(5) hohe Zähigkeit;
(6) hohe Funkenfestigkeit.

Um ein Gleitblech zu erhalten, welches die vorstehenden Kriterien erfüllt, schlägt JP-A-H7-126713 ein Gleitblech vor, das aus einem geformten Körper eines kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff-Verbundwerkstoffs (C/C-Verbundwerkstoff) hergestellt ist, in welchem Kupfer imprägniert ist. Die Herstellung des Cu-enthaltenden C/C-Verbundwerkstoffkörpers wird in einem Imprägnierofen, der unter einem Druck von 2 Torr gehalten wird, durch Eintauchen des geformten Kohlenstoffkörpers in eine Schmelze von sauerstofffreiem Kupfer bei 1.150°C oder mehr während des Anwendens eines Drucks von 130 atm darauf durchgeführt. Dieses Verfahren muss eine große Vorrichtung und eine lange Verfahrenszeit verwenden und weist deshalb ein Problem auf, dass die Produktivität gering ist und die Herstellungkosten hoch sind. Der Cu-enthaltende C/C-Verbundwerkstoffkörper weist ein zusätzliches Problem auf, weil die mechanische Festigkeit, wie Zähigkeit, unbefriedigend ist. Folglich neigt ein Gleitblech, das aus, dem Cu-enthaltenden C/C-Verbundwerkstoff hergestellt wird, dazu, zu brechen, wenn seine Dicke während der Verwendung abnimmt.
Verbundwerkstoffe, die eine Dispersion von Kohlenstofffasern in einer Metallmatrix umfassen, sind in DE-A-3 838 968 und JP-A-57 198232 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbundwerkstoff bereitzustellen, welcher die vorstehend beschriebenen Anforderungen erfüllt und welcher in der Lage ist, als Gleitblech für einen Pantographen verwendet zu werden.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Verbundwerkstoff bereitzustellen, welcher von den Nachteilen der herkömmlichen Technik frei ist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verbundwerkstoff bereitzustellen, welcher gute elektrische Leitfähigkeit, geringen Reibungswiderstand und hohe mechanische Festigkeit aufweist, welcher leicht im Gewicht ist und welcher durch ein einfaches Verfahren hergestellt werden kann.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ökonomisches Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs bereitzustellen.
Beim Lösen der vorhergehenden Aufgaben wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verbundwerkstoff bereitgestellt, umfassend: einen kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff-Verbundwerkstoff, und eine Titan-Kupfer-Legierung, die in dem Kohlenstoff-Verbundwerkstoff dispergiert ist und 1–80 Gew.-% Titan und 15,4–99 Gew.-% Kupfer enthält, wobei die Titan-Kupfer-Legierung in einer Menge von 2–85 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs und der Titan-Kupfer-Legierung, vorliegt.
In einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs bereit, umfassend die Schritte des:

(a) Erzeugens eines geformten Körpers des Verbundwerkstoffs; und
(b) Imprägnierens des geformten Körpers mit einer Schmelze von Titan und mit einer Schmelze von Kupfer oder einer Kupferlegierung.

Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs bereit, umfassend die Schritte des:

(a) Erzeugens eines geformten Körpers des Verbundwerkstoffs, in welchem Metallkomponenten, die Titan und Kupfer einschließen, dispergiert sind, und
(b) Erwärmens des geformten Körpers bei einer Temperatur, die ausreicht, um die Metallkomponenten zu schmelzen.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung des Verbundwerkstoffs bereit, umfassend die Schritte des:

(a) Erzeugens eines geformten Körpers des Verbundwerkstoffs, in welchem Titan dispergiert ist, und
(b) Imprägnierens des geformten Körpers mit einer Schmelze von Kupfer oder einer Kupferlegierung.

(a) Bereitstellens eines vorgeformten Garns, umfassend einen Kern einer Vielzahl von Kohlenstofffasern, feine Pulver von Kohlenstoff und Titan, bereitgestellt in den Lücken zwischen den Fasern, und eine flexible Hülle eines thermoplastischen Harzes, die den Kern umgibt;
(b) Erzeugens des Garns zu einem geformten Körper;
(c) Einbringens von Kupfer oder einer Kupferlegierung in den geformten Körper; und
(d) Erwärmens des geformten Körpers, so dass das Titan eine Legierung mit dem Kupfer oder der Kupferlegierung erzeugt.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen Pantographen zum Sammeln von elektrischem Strom aus einem Leiter und Zuführen des elektrischen Stromes zu einem Fahrzeug bereit, umfassend einen Rahmen, der am Fahrzeug befestigt ist, und ein Kontaktbauteil, das von dem Rahmen getragen wird, für Schleifkontakt mit dem Leiter, wobei das Kontaktbauteil aus dem vorstehenden Verbundwerkstoff erzeugt ist.
Es ist schlechte Benetzbarkeit des Kohlenstoffes mit einer Schmelze von Kupfer, die der Schwierigkeit beim Imprägnieren des C/C-Verbundwerkstoffs mit Kupfer zugeschrieben wird, und unbefriedigende Zähigkeit des Cu-enthaltenden C/C-Verbundwerkstoffs in der vorstehend beschriebenen bekannten Technik festgestellt worden. Insbesondere wird Kohlenstoff nicht mit geschmolzenem Kupfer benetzt, sondern stößt es ab. Folglich überzieht, wenn geschmolzenes Kupfer in Hohlräume, Poren oder Lücken eines geformten Kohlenstoffkörpers hineinimprägniert wird, das geschmolzene Kupfer nicht die Kohlenstoffwände, sondern erzeugt Tröpfchen oder Kügelchen darin. Bei der Verfestigung durch Abkühlen werden die Kupferteilchen nicht fest gebunden durch oder an den Kohlenstoffwänden gebunden, sondern liegen in einem freien Zustand vor. Außerdem ist das Kupfer im Kohlenstoff geformten Körper nicht einheitlich verteilt. Deshalb ist es erforderlich, einen hohen Druck von mehr als 100 atm anzuwenden, um den Kohlenstoffkörper einheitlich mit geschmolzenem Kupfer zu imprägnieren. Der Cu-enthaltende C/C-Verbundwerkstoff, der folglich durch zwangsweises Imprägnieren des Kohlenstoffkörpers mit geschmolzenem Kupfer erhalten wird, weist noch immer geringe mechanische Festigkeit auf.
Wenn Kupfer in Verbindung mit Titan verwendet wird, wird auf der anderen Seite die Benetzbarkeit des Kohlenstoffes mit Kupfer sehr verbessert. Im Ergebnis wird ein Kohlenstoff geformter Körper leicht mit geschmolzenem Kupfer einheitlich imprägniert. Das geschmolzene Kupfer und Titan erzeugen eine Legierung und werden fest an den Kohlenstoffwänden gebunden, so dass der Ti- und Cu-enthaltende C/C-Verbundwerkstoff hervorragende physikalische Eigenschaften, wie hohe mechanische Festigkeit, aufweist.
Der Begriff „Benetzbarkeit" hier kann bezüglich des Kontaktwinkels zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff ausgedrückt werden. Wenn der Kontaktwinkel spitz ist, ist die Benetzbarkeit gut und der Feststoff (Kohlenstoff) wird mit der Flüssigkeit (geschmolzenes Kupfer und Titan) gut benetzt. Die Flüssigkeit kommt gut in Kontakt mit der Feststoffoberfläche und wird darauf weit verbreitet. Auf der anderen Seite ist die Benetzbarkeit nicht gut, wenn der Kontaktwinkel stumpf ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich, welches folgt, wenn im Licht der dazugehörigen Zeichnungen betrachtet, in welchen gilt:
1 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch einen Pantographen für eine Lokomotive veranschaulicht; und
2 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch eine gewobene Bahn veranschaulicht, die aus einer Kette eines thermoplastischen Harzes und einem Schuss eines vorgeformten Garns besteht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Der Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein geformter Körper jeder gewünschten Form sein. Der geformte Körper wird aus Kohlenstoff erzeugt und wird mit einer Titan-Kupfer-Legierung imprägniert, die 1–80 Gew.-%, vorzugsweise 5–60 Gew.-%, am meisten bevorzugt 10–40 Gew.-% Titan; und 15,4-99 Gew.-%, vorzugsweise 30,8–95 Gew.-%, am meisten bevorzugt 46,1–90 Gew.-% Kupfer enthält. Die Titan-Kupfer-Legierung liegt in einer Menge von 2–85%, vorzugsweise 5–70%, am meisten bevorzugt 10–60% vor, bezogen auf das Gesamtgewicht der Kohlenstoffmatrix und der Titan-Kupfer-Legierung.
Der Kohlenstoff geformte Körper ist ein C/C-Verbundwerkstoff, der eine Mehrzahl von darin dispergierten Kohlenstofffasern enthält (kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff-Verbundwerkstoff). Die Kohlenstofffasern können sich uniaxial, biaxial oder zufällig orientieren. Die Länge der Kohlenstofffasern beträgt vorzugsweise mindestens 5 mm. Jede Kohlenstofffaser kann für den Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein typisches Beispiel der Kohlenstofffaser, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, wird aus einer Vorstufe, wie PAN (Polyacrylnitril), Steinkohlenteer oder Erdölpech, mit einem Verfahren erhalten, das einen Stabilisierungsschritt, in welchem Vernetzen durch Oxidation mit Luft durchgeführt wird, einem Karbonisierungsschritt und einen Graphitierungsschritt einschließt. Glasähnliche Kohlenstofffasern, die mit einem Verfahren erhalten werden, das das Spinnen eines Duroplastharzes zu Fasern, Härten der gesponnenen Fasern und Karbonisieren der gehärteten Fasern einschließt, können auch verwendet werden. Ferner können auch in der Dampfphase gewachsene Kohlenstofffasern, die durch das Wachsen von Kohlenstofffasern durch Dampfphasenabscheidung von Kohlenstoff erhalten werden, für den Zweck der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Die Titan-Kupfer-Legierung kann mindestens ein zusätzliches Element enthalten, das ein anderes als Titan und Kupfer ist und ausgewählt ist aus Gruppe 2 typischen Metallelementen (z.B. Be, Mg, Ca, Sr und Ba), Übergangsmetallelementen der Gruppe 4 (z.B. Zr und Hf), Übergangsmetallelementen der Gruppe 5 (z.B. V, Nb und Ta), Übergangsmetallelementen der Gruppe 6 (z.B. Cr, Mo und W, Übergangsmetallelementen der Gruppe 7 (z.B. Mn), Übergangsmetallelementen der Gruppe 8 (z.B. Fe), Übergangsmetallelementen der Gruppe 9 (z.B. Co, Rh und Ir), Übergangsmetallelementen der Gruppe 10 (Ni und Pd), Übergangsmetallelementen der Gruppe 11 (z.B. Ag), Übergangsmetallelementen der Gruppe 12 (z.B. Zn und Cd), Elementen der Gruppe 13 (z.B. B, Al, Ga und In), Elementen der Gruppe 14 (z.B. Si, Ge, Sn und Pb) und Elementen der Gruppe 15 (P, As, Sb und Bi). Das zusätzliche Element kann in einer Menge von nicht mehr als 30%, bezogen auf das Gewicht des Kupfers, vorliegen.
Der Verbundwerkstoff kann durch verschiedene Verfahren erhalten werden.
In einem ersten Verfahren wird ein geformter Kohlenstoff-Körper mit einer Schmelze von Titan und mit einer Schmelze von Kupfer oder einer Kupferlegierung imprägniert. Imprägnierung einer Schmelze von Kupfer kann einer Imprägnierung einer Schmelze von Titan vorausgehen oder gleichzeitig mit ihr erfolgen. Die Schmelze von Titan und die Schmelze von Kupfer können eine Schmelze einer Titan-Kupfer-Legierung sein. Die Kupferlegierung, die hier und nachstehend beschrieben ist, ist eine Legierung von Kupfer mit mindestens einem zusätzlichen Element, das vorher beschrieben worden ist und Titan einschließt. Die Menge des zusätzlichen Elements beträgt nicht mehr als 30%, bezogen auf das Gewicht von Kupfer. Der Kohlenstoff geformte Körper kann kalziniert werden und, wenn gewünscht, vor oder nach der Imprägnierung graphitisiert werden. Der Kohlenstoff geformte Körper ist vorzugsweise ein kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff-Verbundwerkstoff.
In einem zweiten Verfahren wird ein geformter Kohlenstoff-Körper, in welchem Metallkomponenten, die Titan und Kupfer einschließen, dispergiert sind, auf eine Temperatur erwärmt, die ausreicht, um die Metallkomponenten zu schmelzen. Die Metallkomponenten können ein Gemisch von Titanpulver mit Kupferpulver oder Kupferlegierungspulver sein. In einer anderen Ausführungsform können Titanpulver und Kupfer- oder Kupferlegierungspulver getrennt in den geformten Körper eingebracht werden. Der geformte Körper enthält vorzugsweise Kohlenstofffasern, die darin dispergiert sind. Der geformte Körper kann durch Pressformen bei 150–900°C unter einem Druck von Umgebungsdruck bis 300 kgf/cm² erhalten werden. Das Erwärmen des Kohlenstoff geformten Körpers zum Schmelzen der Metallkomponenten kann durch Kalzinieren des geformten Körpers bewirkt werden. Wenn gewünscht, folgt dem Kalzinieren die Graphitisierung.
Bei einem dritten Verfahren wird ein geformter Kohlenstoff-Körper, in welchem Titan dispergiert ist, mit einer Schmelze von Kupfer oder einer Kupferlegierung imprägniert. Der Kohlenstoff geformte Körper kann kalziniert werden und, wenn gewünscht, vor oder nach der Imprägnierung graphitisiert. Der geformte Körper kann ein kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff-Verbundwerkstoff sein.
In den vorhergehenden Verfahren kann der C/C-Verbundwerkstoff erzeugt werden durch (i) ein CVD-Verfahren, worin ein Ofen mit einem Kohlenwasserstoffgas beschickt wird, in welchen ein Kohlenstofffaser-Vorformling eingebracht und auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, wodurch das Kohlenwasserstoffgas pyrolysiert und karbonisiert wird und dem so produzierten Kohlenstoff ermöglicht wird, sich auf dem Kohlenstofffaser-Vorformling abzulagern, (ii) ein Verfahren, worin Kohlenstofffasern, die mit einem Duroplastharz, wie Phenolharz oder Epoxyharz, imprägniert sind, zu einer gewünschten Form geformt werden, und das Formteil dann in einem inerten Gas kalziniert wird, um das Harz zu karbonisieren, und (iii) ein Verfahren, worin ein vorgeformtes Garn durch Heißpressen oder Präzisionswickelverfahren zu einer gewünschten Form erzeugt wird und der geformte Körper dann kalziniert wird.
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Ti- und Cu-enthaltenden C/C-Verbundwerkstoffs unter Vewendung eines vorgeformten Garns beschrieben. Dieses Verfahren schließt ein die Schritte des:

Struktur und Verfahren zur Herstellung eines vorgeformten Garns, das in Schritt (a) verwendet wird, sind in den US-Patenten Nr. 4,772,502 und 5,206,085 beschrieben.
Schritt (c) verwendet ein Pulver oder eine Schmelze von Kupfer oder einer Kupferlegierung und kann während des Schrittes (b), zwischen den Schritten (b) und (d) oder während des Schrittes (d) durchgeführt werden.
Schritt (b) kann die Schritte (b1) Weben des Garns zu Geweben, (b2) Laminieren der Gewebe, (b3) Pressen der laminierten Gewebe bei 150–900°C unter einem Druck von Umgebungsdruck bis 300 kgf/cm², um den geformten Körper zu erzeugen, einschließen. In diesem Fall kann Schritt (c) während des Schrittes (b2), zwischen den Schritten (b2) und (b3) oder nach Schritt (b3) durchgeführt werden.
In einer anderen Ausführungsform umfasst Schritt (b) die Schritte (b1) Schneiden des Garns und (b2) Pressen des geschnittenen Garns bei 150–900°C unter einem Druck von Umgebungsdruck bis 300 kgf/cm², um den geformten Körper zu erzeugen. In diesem Fall kann Schritt (c) zwischen Schritten (b1) und (b2) oder nach Schritt (b2) durchgeführt werden.
Schritt (d) wird durchgeführt, so dass der geformte Körper kalziniert wird und, wenn gewünscht, graphitisiert. Kalzinieren wird allgemein bei 700–1.300°C durchgeführt, während Graphitisierung allgemein bei 1.300–3.000°C durchgeführt wird.
Der Ti- und Cu-enthaltende Kohlenstoff-Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung kann geeigneterweise als Gleitblech eines Pantographen einer elektrischen Lokomotive, bei welcher das Sammeln des Stroms aus einer Oberleitung erfolgt, wie in 1 gezeigt, verwendet werden. Jedoch kann der Verbundwerkstoff der vorliegenden Erfindung auch als Gleitbauteil für ein Stromsammelsystem verwendet werden, in welchem zusätzlich zu einem Paar Schienen, auf welchen ein Fahrzeug läuft, eine dritte Schiene (Leiter) installiert ist, und in welchem das Kontaktbauteil in Gleitkontakt mit der dritten Schiene ist, um elektrischen Strom daraus zu sammeln. Ferner ist es selbstverständlich, dass der Verbundwerkstoff als verschiedene Teile, wie Lager, von Maschinen, welche Verschleißbedingungen unterworfen sind, verwendet werden kann.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung weiter.
Beispiel 1
Herstellung des vorgeformten Garns:
Ein vorgeformtes Garn, das aus einem Kern von einer Vielzahl von Kohlenstofffasern, feinen Pulvern von Kohlenstoff und Titan, bereitgestellt in den Lücken zwischen den Fasern, und einer flexiblen Hülle eines thermoplastischen Harzes, die den Kern umgibt, besteht, wurde erzeugt.
Die Kohlenstofffasern werden aus einem Acrylnitril-Copolymer und in Form eines Bündels von 12.000 Kohlenstofffaserfilamenten mit einer Dichte von 1,76 g/cm³, einer Zugfestigkeit von 360 kgf/mm², einem Zugmodul von 23.5 × 10³ kgf/mm² und einer Duktilität von 1,5% erzeugt. Als Kohlenstoffpulver wurde ein Gemisch eines Kohle abgeleiteten Massenmesophasenpechs und Pechkoks verwendet. Das Mesophasenpech wies einen Erweichungspunkt von 280°C, einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 18,0 Gew.-% und einen mittleren Teilchendurchmesser von 15 um auf. Der Pechkoks wies keinen Erweichungspunkt, einen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von 8,0 Gew. % und einen mittleren Teilchendurchmesser von 10 μm auf. Das Titanpulver wies eine Reinheit von mehr als 99,1 % und einen Teilchendurchmesser von 500 um oder weniger auf. Die flexible Bahn wurde aus Polypropylen mit einer Dichte von 0,9 g/cm³, eine Biegefestigkeit von 9,5 kgf/mm² und einen Biegemodul von 100 kgf/mm² erzeugt. Das Kohlenstofffaserbündel wurde durch eine Fließmasse der Kohlenstoff- und Titanpulver geführt und dann mit dem Polypropylenharz bedeckt, wodurch das vorgeformte Garn mit einem Außendurchmesser von 1,8 mm und einem Ti-Gehalt von 9,0 Gew.-% erhalten wurde.
Herstellung der Bahn:
Das so erhaltene vorgeformte Garn wurde zu einer Leinwandbindungsbahn gewebt, wie in 2 gezeigt. Allgemein bezeichnet als 101 ist eine Bahn, die aus unidirektional orientierten Schussfäden 102 des vorstehend beschriebenen vorgeformten Garns und Kettfäden 103 eines thermoplastischen Harzes besteht. Der thermoplastische Harzkettfaden 103 war ein Polypropylenfaden mit einer Filamentzahl von 1 und einer Denielzahl von 180 de (Durchmesser: etwa 140 μm). Unter Verwendung eines Greiferwebstuhls wurden der Schussfaden und der Kettfaden während des Anbringens einer Spannung von 12 gf auf den Kettfaden 103 und einer Spannung von 450 gf auf den Schussfaden 102 gewebt, wodurch die Bahn 101 erhalten wurde. Die Bahn 101 wies ein Volumenverhältnis der Kohlenstofffasern Polypropylenharz (eine Summe aus flexibler Hülle und Kettfaden 103): Kohlenstoffpulver von 45 : 5 : 50 auf.
Herstellung des Verbundwerkstoffs
Unter Verwendung einer Mehrzahl von vorstehend erhaltenen Bahnen 101 wurde ein Verbundwerkstoff erzeugt. Folglich wurde ein Gemisch des Kupferlegierungspulvers mit einem Phenolharz auf jeder der Bahnen 101 aufgebracht. Die Kupferlegierung bestand aus 96,0% Kupfer (Cu), 3,0% Aluminium (Al) und 1,0% Phosphor (P). Das Phenolharz war im Handel erhältlich als Phenolite J-325 von Dainippon Ink Chemical Industry Ltd. Die überzogenen Bahnen wurden so übereinander geschichtet, dass sich die Orientierung der Kohlenstofffasern davon alternierend mit einem Winkel von 90° änderte. Das so erhaltene Laminat wurde dann 20 Minuten lang unter Pressformbedingungen gehalten, die eine Temperatur von 600°C und einen Druck von 100 kgf/cm² einschlossen, um einen geformten Körper zu erhalten. Der geformte Körper wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre auf 1.300°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur (Kalzinierbehandlung) gehalten, um einen Ti- und Cuenthaltenden Verbundwerkstoff mit einer Größe von 100 mm × 300 mm × 30 mm zu erhalten. Der Verbundwerkstoff war ein C/C-Verbundwerkstoff, in welchem eine Ti und Cu enthaltende Legierung dispergiert war, in welcher die Kohlenstofffasern biaxial orientiert wurden und welche einen Kohlenstofffasergehalt von 45,0 Vol.-%, einen Kohlenstoffgehalt von 52,4 Gew.-%, einen Ti-Gehalt von 5,6 Gew.-% und einen Cu-Gehalt (einschließlich AI und P) von 42 Gew.-% aufwies. Das Volumenverhältnis von Ti zu anderen Metallen betrug 19,4:80,6.
Beispiel 2
Eine Mehrzahl der Bahnen 101, die auf dieselbe Art und Weise erhalten wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, außer dass das vorgeformte Garn einen Ti-Gehalt von 9,4 Gew.-% aufwies, wurden so übereinander geschichtet, dass sich die Orientierung der Kohlenstofffasern davon alternierend mit einem Winkel von 90° änderte. Das so erhaltene Laminat wurde dann 20 Minuten lang unter Pressformbedingungen gehalten, die eine Temperatur von 600°C und einen Druck von 100 kgf/cm² einschlossen, um einen geformten Körper zu erhalten. Der geformte Körper wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre auf 1.200°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur (Kalzinierbehandlung) gehalten, um einen Ti-enthaltenden Verbundwerkstoff zu erhalten. Dieser wurde dann mit einer Schicht einer Kupferlegierung, die aus 94,5 Gew.-% Kupfer (Cu), 3,0 Gew.-% Zinn (Sn), 1,0 Gew.-% Zink (Zn), 0,5 Gew.-% Phosphor (P) und 1,0 Gew.-% Kobalt (Co) bestand, überzogen und in einer reduzierenden Gasatmosphäre auf 1.000°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten. Als Folge wurde die Kupferlegierung geschmolzen und drang in den Verbundwerkstoff ein, um einen Ti- und Cuenthaltenden Verbundwerkstoff mit einer Größe von 100 mm × 300 mm × 28 mm zu erhalten. Der Verbundwerkstoff war ein C/C-Verbundwerkstoff, in welchem eine Ti und Cu enthaltende Legierung dispergiert war, und wies einen Kohlenstofffasergehalt von 45,0 Vol.-%, einen Kohlenstoffgehalt von 60,8 Gew.-%, einen Ti-Gehalt von 6,8 Gew.-% und einen Cu-Gehalt (einschließlich Sn, Zn, Co und P) von 32,4 Gew.-% auf. Das Volumenverhältnis von Ti zu anderen Metallen betrug 28,6:71,4.
Beispiel 3
Das vorgeformte Garn, das auf dieselbe Art und Weise erhalten wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, außer dass das vorgeformte Garn einen Ti-Gehalt von 15,4 Gew.-% aufwies, wurde zu einer Länge von 15 mm geschnitten und mit Kupferlegierungspulver und einem Phenolharz, wie in Beispiel 1 verwendet, gemischt. Ein Formenhohlraum einer Heißpresse wurde mit dem Gemisch beschickt und dann 20 Minuten lang unter Pressformbedingungen gehalten, die eine Temperatur von 600°C und einen Druck von 100 kgf/cm² einschlossen, um einen geformten Körper zu erhalten. Die verwendete Kupferlegierung bestand aus 86% Kupfer (Cu), 7,0 Gew.-% Antimon (Sb), 2,0 Gew.-% Beryllium (Be), 1,0 Gew.-% Vanadium und 4,0 Gew.-% Molybdän (Mo). Der geformte Körper wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre auf 1.300°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur (Kalzinierbehandlung) gehalten, um einen Ti- und Cu-enthaltenden Verbundwerkstoff mit einer Größe von 100 mm × 300 mm × 28 mm zu erhalten. Der Verbundwerkstoff war ein isotroper C/C-Verbundwerkstoff, in welchem eine Ti- und Cu-enthaltende Legierung dispergiert war, in welcher die Kohlenstofffasern zufällig orientiert waren und welche einen Kohlenstofffasergehalt von 40,0 Vol.-%, einen Kohlenstoffgehalt von 54,3 Gew.-%, einen Ti-Gehalt von 10,8 Gew.-% und einen Cu-Gehalt (einschließlich Sb, Be, V und Mo) von 34,9 Gew.-% aufwies. Das Volumenverhältnis von Ti zu anderen Metallen betrug 35,34:64,7.
Beispiel 4
Das vorgeformte Garn, das auf dieselbe Art und Weise erhalten wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, außer dass das vorgeformte Garn einen Ti-Gehalt von 26,2 Gew.-% aufwies, wurde zu einer Länge von 15 mm geschnitten, und ein Formenhohlraum einer Heißpresse wurde damit beschickt und dann 20 Minuten lang unter Pressformbedingungen gehalten, die eine Temperatur von 600°C und einen Druck von 100 kgf/cm² einschlossen, um einen geformten Körper zu erhalten. Der geformte Körper wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre auf 1.200°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur (Kalzinierbehandlung) gehalten, um einen Ti-enthaltenden Verbundwerkstoff zu erhalten. Dieser wurde dann mit einer Schicht einer Kupferlegierung, die aus 93,0 Gew.-% Kupfer (Cu), 2,0 Gew.% Zink (Zn) und 5,0 Gew.-% Bismuth (Bi) bestand, überzogen und in einer Wasserstoffgasatmosphäre auf 1.000°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten. Als Folge wurde die Kupferlegierung geschmolzen und drang in den Verbundwerkstoff ein, um einen Ti- und Cuenthaltenden Verbundwerkstoff mit einer Größe von 100 mm × 300 mm × 28 mm zu erhalten. Der Verbundwerkstoff war ein isotroper C/C-Verbundwerkstoff, in welchem eine Ti und Cu enthaltende Legierung dispergiert war, in welcher die Kohlenstofffasern zufällig orientiert waren und welche einen Kohlenstofffasergehalt von 40,0 Vol.-%, einen Kohlenstoffgehalt von 54,5 Gew.-%, einen Ti-Gehalt von 21,2 Gew.-% und einen Cu-Gehalt (einschließlich Zn und Bi) von 24,3 Gew.-% aufwies. Das Volumenverhältnis von Ti zu anderen Metallen betrug 63,4:36,6.
Beispiel 5
Kohlenstofffasergewebe, die mit einem Phenolharz (wie in Beispiel 1 verwendet) imprägniert wurden, wurden laminiert. Das Laminat wurde 90 Minuten lang unter Pressformbedingungen gehalten, die eine Temperatur von 180°C und einen Druck von 20 kgf/cm² einschlossen, um einen geformten Körper zu erhalten. Der geformte Körper wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre auf 1.300°C erwärmt und bei dieser Temperatur 60 Minuten lang (Kalzinierbehandlung) gehalten. Dieser wurde mit Pech imprägniert und bei 1300°C kalziniert. Die Imprägnier- und Kalzinierverfahren wurden mehrere Male wiederholt, um einen C/C-Verbundwerkstoff zu erhalten, in welchem die Kohlenstofffasern in einer Kohlenstoffmatrix biaxial orientiert sind. Ein Metallbehälter, der Pulver von Titan (wie in Beispiel 1 verwendet) und einer Kupferlegierung enthält, die aus 94,1 Gew.-% Kupfer (Cu), 4,0 Gew.-% Aluminium (AI) und 2,0 Gew.-% Nickel (Ni) bestand, wurde mit dem C/C-Verbundwerkstoff beschickt. Der C/C-Verbundwerkstoff im Behälter wurde in einer reduzierenden Atmosphäre auf 1.200°C erwärmt, so dass das Titan und die Kupferlegierung geschmolzen wurden und in den Verbundwerkstoff eindrangen, um einen Ti- und Cu-enthaltenden Verbundwerkstoff mit einer Größe von 100 mm x 300 mm x 28 mm zu erhalten. Der Verbundwerkstoff war ein C/C-Verbundwerkstoff, in welchem eine Ti und Cu enthaltende Legierung dispergiert war, in welcher die Kohlenstofffasern biaxial orientiert waren und welche einen Kohlenstofffasergehalt von 45,0 Vol.-%, einen Kohlenstoffgehalt von 49,0 Gew.-%, einen Ti-Gehalt von 31,4 Gew.-% und einen Cu-Gehalt (einschließlich Zn und Bi) von 19,6 Gew.-% aufwies. Das Volumenverhältnis von Ti zu anderen Metallen betrug 70,2:29,8.
Vergleichsbeispiel 1
Ein Behälter, der gesintertes Kohlenstoffpulver enthält, wurde in einen Ofen gestellt, der unter einem Vakuum von 2 Torr gehalten wurde. Das Kohlenstoffpulver wurde dann bei 1.150°C mit einer Schmelze von Kupfer imprägniert und bei 130 atm pressgeformt, um einen Cuenthaltenden Kohlenstoff-Verbundwerkstoff mit einer Größe von 100 mm × 300 mm × 30 mm zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
Ein vorgeformtes Garn, das aus einem Kern von einer Vielzahl von Kohlenstofffasern, feinen Pulvern von Kohlenstoff, bereitgestellt in den Lücken zwischen den Fasern, und einer flexiblen Hülle eines thermoplastischen Harzes, die den Kern umgibt, besteht, wurde auf dieselbe Art und Weise wie der zur Herstellung des vorgeformten Garns erzeugt, das in Beispiel 1 beschrieben wurde, außer dass kein Titanpulver verwendet wurde. Das so erhaltene vorgeformte Garn wurde zu einer Leinwandbindungsbahn auf dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, gewebt. Ein Gemisch eines Kupferlegierungspulvers mit einem Phenolharz, wie in Beispiel 1 verwendet, wurde auf die Bahn aufgebracht. Eine Mehrzahl derartiger überzogener Bahnen wurde so übereinander geschichtet, dass sich die Orientierung der Kohlenstofffasern davon alternierend mit einem Winkel von 90° änderte. Das so erhaltene Laminat wurde dann 20 Minuten lang unter Pressformbedingungen gehalten, die eine Temperatur von 600°C und einen Druck von 100 kgf/cm² einschlossen, um einen geformten Körper zu erhalten. Der geformte Körper wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre auf 1.300°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur (Kalzinierbehandlung) gehalten, um einen Cu-enthaltenden Verbundwerkstoff mit einer Größe von 100 mm × 300 mm × 30 mm zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 3
Das vorgeformte Garn, das in Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurde, wurde auf dieselbe Art und Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, zu einer Leinwandbindungsbahn gewebt. Eine Mehrzahl derartiger überzogener Bahnen wurde so übereinander geschichtet, dass sich die Orientierung der Kohlenstofffasern davon alternierend mit einem Winkel von 90° änderte. Das so erhaltene Laminat wurde dann 20 Minuten lang unter Pressformbedingungen gehalten, die eine Temperatur von 600°C und einen Druck von 100 kgf/cm² einschlossen, um einen geformten Körper zu erhalten. Der geformte Körper wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre auf 1.200°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur (Kalzinierbehandlung) gehalten, um einen C/C-Verbundwerkstoff zu erhalten, in welchem die Kohlenstofffasern in einer Kohlenstoffmatrix biaxial orientiert waren. Dieser wurde dann mit einer Schicht derselben Kupferlegierung, wie in Beispiel 2 verwendet, überzogen und in einer reduzierenden Gasatmosphäre auf 1.000°C erwärmt und bei dieser Temperatur 60 Minuten lang gehalten. Jedoch drang die Schmelze der Kupferlegierung nicht in den Verbundstoff ein. Folglich war es nicht möglich, einen Cuenthaltenden C/C-Verbundwerkstoff zu erzeugen.
Vergleichsbeispiel 4
Das vorgeformte Garn, das in Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurde, wurde zu einer Länge von 15 mm geschnitten und mit Kupferlegierungspulver mit derselben Zusammensetzung, wie der, die in Beispiel 3 verwendet wurde, gemischt. Ein Formenhohlraum einer Heißpresse wurde mit dem Gemisch beschickt und dann 20 Minuten lang unter Pressformbedingungen gehalten, die eine Temperatur von 600°C und einen Druck von 100 kgf/cm² einschlossen, um einen geformten Körper zu erhalten. Der geformte Körper wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre auf 1.300°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur (Kalzinierbehandlung) gehalten, um einen Cu-enthaltenden C/C-Verbundwerkstoff mit einer Größe von 100 mm × 300 mm × 28 mm und einem Kohlenstofffasergehalt von 40,0 Vol.-% zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 5
Das vorgeformte Garn, das in Vergleichsbeispiel 2 erhalten wurde, wurde zu einer Länge von 15 mm geschnitten, und ein Formenhohlraum einer Heißpresse wurde damit beschickt und dann 20 Minuten lang unter Pressformbedingungen gehalten, die eine Temperatur von 600°C und einen Druck von 100 kgf/cm² einschlossen, um einen geformten Körper zu erhalten. Der geformte Körper wurde dann in einer Stickstoffatmosphäre auf 1.200°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur (Kalzinierbehandlung) gehalten, um einen C/C-Verbundwerkstoff zu erhalten. Dieser wurde dann mit einer Schicht einer Kupferlegierung mit derselben Zusammensetzung wie der von Beispiel 4 überzogen und in einer reduzierenden Gasatmosphäre auf 1.000°C erwärmt und 60 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten. Jedoch drang die Schmelze der Kupferlegierung nicht in den Verbundstoff ein. Folglich war es nicht möglich, einen Cu-enthaltenden C/C-Verbundwerkstoff zu erzeugen.
Jeder der Verbundwerkstoffe, die in den Beispielen 1–5 und Vergleichsbeispielen 1, 2 und 4 erhalten wurden, wurde gemäß den folgenden Verfahren auf mechanische Festigkeit, spezifischen Widerstand und Verschleißfestigkeit getestet.
Mechanische Festigkeit:
Jeder Verbundwerkstoff wird geschnitten, um 10 Testproben jeweils mit einer Größe von 10 mm × 10 mm × 55 mm zu erhalten. Eine Hälfte von ihnen wird einem Biegefestigkeitstest unterzogen, während die andere Hälfte einem Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy unterzogen wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Werte, die in Tabelle 1 angezeigt sind, sind Mittelwerte der fünf Proben.
Spezifischer Widerstand:
Jeder Verbundwerkstoff wird geschnitten, um 10 Testproben jeweils mit einer Größe von 10 mm × 10 mm × 55 mm zu erhalten. Die Probe wird auf spezifischen Widerstand gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Werte, die in Tabelle 1 angezeigt sind, sind Mittelwerte der 10 Proben.
Verschleißfestigkeit:
Jeder Verbundwerkstoff wird geschnitten, um 5 Testproben jeweils mit einer Größe von 10 mm × 25 mm × 25 mm zu erhalten.
Ein Ring mit kreisförmigem Querschnitt, der aus Hartkupfer (JIS C1100 BB-H) hergestellt wurde, mit einem Außendurchmesser von 83 cm, einer Breite von 6 mm und einer Dicke von 5 mm wird an der äußeren Peripherie einer rotierenden Scheibe, die an einer Antriebsachse eines Motors befestigt ist, zum Rotieren damit angebracht. Der Ring wird elektrisch an eine elektrische Stromquelle angeschlossen. Der Kupferring wird mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 100 km/h gedreht. Während ein elektrischer Strom von 200 A an den Ring angelegt wird, wird die Testprobe auf eine direkte Art und Weise mit einer Druckkraft von 5 kgf gegen den Ring gedrückt und 1 Minute lang in Druck- und Gleitkontakt mit dem rotierenden Ring gehalten. Eine derartige Kontaktwirkung wird insgesamt 4mal wiederholt. Der spezifische Verschleiß wird wie folgt berechnet: SW = V/(F·L)wobei

SW einen spezifischen Verschleiß [mm³/kgf·mm] darstellt,
V eine Abnahme des Volumens als Ergebnis des Tests darstellt [mm³] (bestimmt durch (W1-W2)/D, wobei W1 und W2 das Gewicht der Probe vor beziehungsweise nach dem Test darstellen, und D die Dichte der Probe ist),
F eine Druckkraft [kgf] darstellt,
L einen Abstand darstellt, durch welchen die Testprobe zum Gleitkontakt mit dem Ring wandert [mm].

Ferner wird die Probe nach dem Test beobachtet, um zu überprüfen, ob da ein Riss oder Bruch davon auftritt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Werte, die in Tabelle 1 angezeigt sind, sind Mittelwerte der 10 Proben.
Tabelle 1
Ein Gleitblech zur Verwendung in Pantographen muss eine Biegefestigkeit von mindestens etwa 1.000 kgf/cm², eine Kerbschlagbiegefestigkeit nach Charpy von mindestens etwa 3,5 kgf·cm/cm² und einen spezifischen Widerstand von nicht mehr als 300 × 10^–6μ·Ù·cm aufweisen.
Der Ti- und Cu-enthaltende C/C-Verbundwerkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht völlig diesen Anforderungen.

101: Bahn
102: Schussfaden
103: Kettfaden
500: Pantograph
501: unterer (Pantographen-)Arm
502: oberer (Pantographen-)Arm
503: Bögen
504: Gleitbleche
505: Feder
506: Träger
507: Isolatoren
508: Welle
509: Rahmen

Claims

Verbundwerkstoff, umfassend einen kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff-Verbundwerkstoff, und eine Titan-Kupfer-Legierung, die in dem Kohlenstoff-Verbundwerkstoff dispergiert ist und 1-80 Gew.-% Titan und 15,4-99 Gew.-% Kupfer enthält, wobei die Titan-Kupfer-Legierung in einer Menge von 2–85 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kohlenstoff-Verbundwerkstoffs und der Titan-Kupfer-Legierung, vorliegt.
Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, wobei sich die Kohlenstofffasern einachsig orientieren.
Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, wobei sich die Kohlenstofffasern biaxial orientieren.
Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, wobei sich die Kohlenstofffasern zufällig orientieren.
Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, wobei die Kohlenstofffasern eine Länge von mindestens 5 mm aufweisen.
Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, wobei die Titan-Kupfer-Legierung in einer Menge von 5–70%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kohlenstoff-Verbundwerkstoffs und der Titan-Kupfer-Legierung vorliegt.
Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, wobei die Titan-Kupfer-Legierung 5–60 Gew.-% Titan und 30,8–95 Gew.-% Kupfer enthält.
Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1, wobei die Titan-Kupfer-Legierung mindestens ein zusätzliches Element enthält, das ein anderes als Titan und Kupfer ist und ausgewählt ist aus Gruppe 2 typischen Metallelementen, d.h. Be, Mg, Ca, Sr und Ba, Übergangsmetallelementen der Gruppe 4, Übergangsmetallelementen der Gruppe 5, Übergangsmetallelementen der Gruppe 6, Übergangsmetallelementen der Gruppe 7, Übergangsmetallelementen der Gruppe 8, Übergangsmetallelementen der Gruppe 9, Übergangsmetallelementen der Gruppe 10, Übergangsmetallelementen der Gruppe 11, Übergangsmetallelementen der Gruppe 12, Elementen der Gruppe 13, Elementen der Gruppe 14 und Elementen der Gruppe 15, wobei das zusätzliche Element in einer Menge von nicht mehr als 30%, bezogen auf das Gewicht des Kupfers vorliegt.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs gemäß Anspruch 1, umfassend die Schritte des: (a) Erzeugens eines geformten Körpers des Verbundwerkstoffs; und (b) Imprägnierens des Körpers mit einer Schmelze von Titan und mit einer Schmelze von Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs gemäß Anspruch 1, umfassend die Schritte des: (a) Erzeugens eines geformten Körpers des Verbundwerkstoffs, in welchem Metallkomponenten, die Titan und Kupfer einschließen, dispergiert sind, und (b) Erwärmen des geformten Körpers bei einer Temperatur, die ausreicht, um die Metallkomponenten zu schmelzen.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei die Metallkomponenten ferner mindestens ein anderes Metall als Titan und Kupfer einschließen.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs gemäß Anspruch 1, umfassend die Schritte des: (a) Erzeugens eines geformten Körpers des Verbundwerkstoffs, in welchem Titan dispergiert ist, und (b) Imprägnierens des geformten Körpers mit einer Schmelze von Kupfer oder einer Kupferlegierung.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs gemäß Anspruch 1, umfassend die Schritte des: (a) Bereitstellens eines vorgeformten Garns, umfassend einen Kern einer Vielzahl von Kohlenstofffasern, feine Pulver von Kohlenstoff und Titan, bereitgestellt in den Lücken zwischen den Fasern, und eine flexible Hülle eines thermoplastischen Harzes, die den Kern umgibt; (b) Erzeugens des Garns zu einem geformten Körper; (c) Einbringens von Kupfer oder einer Kupferlegierung in den geformten Körper; und (d) Erwärmens des geformten Körpers, so dass das Titan eine Legierung mit dem Kupfer oder der Kupferlegierung erzeugt.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei Schritt (c) während des Schrittes (b), zwischen den Schritten (b) und (d) oder während des Schrittes (d) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt (b) die Schritte (b1) Weben des Garns zu Gewebe, (b2) Laminieren des Gewebes, (b3) Pressen des laminierten Gewebes bei einer erhöhten Temperatur einschließt, um den geformten Körper zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei Schritt (c) während des Schrittes (b2), zwischen den Schritten (b2) und (b3) oder nach Schritt (b3) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei der Schritt (b) die Schritte (b1) Schneiden des Garns und (b2) Pressen des geschnittenen Garns bei einer erhöhten Temperatur umfasst, um den geformten Körper zu erzeugen.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei Schritt (c) zwischen den Schritten (b1) und (b2) oder nach Schritt (b2) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei Schritt (d) so durchgeführt wird, dass der geformte Körper graphitisiert wird.
Ein Pantograph zum Sammeln von elektrischem Strom aus einem Leiter und Zuführen des elektrischen Stromes zu einem Fahrzeug, umfassend einen Rahmen, der am Fahrzeug befestigt ist, und ein Kontaktbauteil, das von dem Rahmen getragen wird, für Schleifkontakt mit dem Leiter, wobei das Kontaktbauteil aus einem Verbundwerkstoff gemäß Anspruch 1 erzeugt ist.