EP2585874A1 - Verfahren zum herstellen eines bauteils und mit dem verfahren hergestelltes bauteil - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines bauteils und mit dem verfahren hergestelltes bauteil

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EP2585874A1
EP2585874A1 EP11736304.4A EP11736304A EP2585874A1 EP 2585874 A1 EP2585874 A1 EP 2585874A1 EP 11736304 A EP11736304 A EP 11736304A EP 2585874 A1 EP2585874 A1 EP 2585874A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plates
component
joining
weight
adhesive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11736304.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Kienzle
Alfred Häusler
Ingrid Krätschmer
Peter Polster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SGL Carbon SE
Original Assignee
SGL Carbon SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE201010030552 external-priority patent/DE102010030552A1/de
Priority claimed from DE102011007815.0A external-priority patent/DE102011007815B4/de
Application filed by SGL Carbon SE filed Critical SGL Carbon SE
Publication of EP2585874A1 publication Critical patent/EP2585874A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a component and a component produced by the method.
  • the present invention also relates to the production of large-area and / or 3D structures with a particularly homogeneous profile of properties.
  • the inhomogeneity relates on the one hand to the material density that is to say such, but in particular also of the distribution of the individual components forming the material.
  • the end product also has inhomogeneous physical and / or chemical properties after being worked out from an inherently inhomogeneous starting material block or starting material context. This can often not be tolerated.
  • the invention is based on the object of specifying a method for producing a component of ceramic material having a predefined shape, in which a particularly high degree of homogeneity for the product can be ensured in a particularly simple yet reliable manner.
  • the object underlying the invention is achieved in a method for producing a component (200) made of ceramic material with a predefined shape having the features of independent claim 1.
  • the object underlying the invention is achieved in a component with a predetermined spatial structure of a carbon fiber reinforced material with the features of independent claim 28.
  • the present invention provides a method of manufacturing a component (200) of ceramic material having a predefined shape, the method comprising the steps of (S1) providing a plurality of plates (10) of carbon material (10 '), (S2) Providing an adhesive containing a carbonizable portion and joining together the plurality of plates (10) by means of the adhesive to form a plate arrangement whose spatial dimensions are such that the predefined shape of the component can be produced by material removal, S3) machining the plate assembly by removing carbon material from the plate assembly to obtain a preform of carbon material having the predefined shape of the component to be manufactured; and (S4) siliciding the preform to obtain the ceramic member component.
  • the resulting arrangement of or for the formation of the enveloping body can be subjected to a temperature step, in particular to carbonize components of the assembly.
  • the resulting arrangement of or for forming the enveloping body can be subjected to a temperature step in a process atmosphere, in particular to silicify components of the arrangement.
  • plate structures - whether planar or curved - can be produced with a high degree of homogeneity of the material distribution, the component distribution and thus their physical and / or chemical properties due to their relatively low thickness in comparison to solids that, after joining the plates which are in themselves homogeneous, a corresponding volume body, a planar expanded structure or an enveloping body having essentially the same homogeneous properties as those of the individual plates is produced.
  • the inhomogeneities inherently occurring during the processing of a volume body are avoided, in particular when identical or very similar plates are used and when fluctuations of certain properties do not occur at the interfaces of adjacent plates are so small that they tolerate and / or may be reduced, compensated or canceled as part of a post-treatment.
  • the plate assembly is formed by stacking several or all of the plates stacked on each other by a plate each subsequent plate is added with its bottom as the first joining surface to the top of a plate as a second joining surface.
  • volume body or enveloping body is therefore particularly simple by simply joining the plates together with their upper and lower sides, so to speak in the form of a stack.
  • size of the surfaces to stabilize the binding of adjacent plates to each other is positive.
  • one or more of the plates may additionally or alternatively have edges or edge surfaces. It is then additionally or alternatively possible to attach one or more of the plates to at least one of their edges or one of their edge surfaces as a joining surface to one or more plates.
  • one or more plates with one or more of their edges or edge surfaces as the first joining surface at edges or edge surfaces one or more plates are added as a second joining surface.
  • first smaller plates are joined together via edges to form a larger plate, which in turn are then brought together in stacks on the upper and lower sides in combination.
  • One or more joining surfaces to be joined to one another may be formed with and / or between a plurality of joining surfaces to be joined to one another prior to joining at least one connecting means.
  • One of the measures may be to form the plates in a material precursor, e.g. in the manner of a partially crosslinked state, and then, after joining the individual plates inherently in the material of the joined plates, and in particular at their interfaces, initiates a reaction which realizes the connection of the adjacent plates.
  • the plates (10) have side surfaces (10k) defined by the thickness of the plates, and at least one of the plates (10) is in contact with one of its sides.
  • ten lake is added as the first joining surface to the top or bottom of another of the plates as a second joining surface.
  • the plates (10) have side surfaces (10k) defined by the thickness of the plates and at least one of the plates (10) having one of its side surfaces as a first joining surface to one of side surfaces of another one of the plates as a second joining surface is added.
  • a dust or powder of the same material or of the same material class as the one or a material of the plates between the joining surfaces can be introduced before joining. This measure is also suitable to realize a high degree of homogeneity of the material distribution and the properties in physical and chemical terms at the transition between joining surfaces.
  • the mechanical aids in the sense of recesses and male elements can on the one hand stabilize straight contacts at the edges, but also offer themselves when contacting the upper and lower sides with each other, For example, to allow alignment with the same plates in relation to each other.
  • a recess can be formed as a hole, groove, groove, paragraph.
  • an adhesive may be used as the bonding agent or as a part thereof.
  • an adhesive a particularly intimate contact between joined plates can be constructed, which e.g. also the surface structure, speaks of roughness or the like.
  • the adhesive can be selected in an advantageous manner so that material inhomogeneities at the interface do not arise or even be compensated.
  • the carbonizable portion of the adhesive comprises a resin, in particular phenolic resin.
  • the adhesive includes silicon carbide powder in addition to the resin.
  • Preferred mixing ratios here are 42% binder and 58% SIC F1 000 (silicon carbide powder) or 40.4% binder and 55.8% SIC F1 000 each in 3.8% of a saturated para-toluenesulfonic acid in water.
  • the silicon carbide powder has an average particle diameter of 1-50 ⁇ , preferably 5-20 ⁇ , more preferably 3-5 ⁇ .
  • the carbonizable adhesive contains 5-50% by weight of water, 20-80% by weight of silicon carbide powder and 10-55% by weight of resin, preferably 10-40% by weight of water, 30-65% by weight of silicon carbide powder and 20-45 % By weight of resin, more preferred 1 5-25% by weight of water, 45-55% by weight of silicon carbide powder and 27-33% by weight of resin.
  • the carbonizable adhesive contains less than 10% by weight, in particular less than 3% by weight, in particular no filler of carbon material.
  • the carbonizable adhesive preferably contains between 0.5 and 5% by weight of a hardener.
  • the adhesive contains the material from which the plates are made of carbon material.
  • the plate assembly is carbonized, and preferably the preform is carbonized.
  • the plates are subjected to pressure and / or temperature during the joining (S2).
  • At least some of the plates have a spatial extent (length x width x thickness) in the range of 20-80cm (length) x 20-80cm (width) x 3-1cm (thickness).
  • some, in particular all of the plates viewed from each other have the same composition of the carbon material.
  • some, in particular all of the plates are prepared by a homogeneous mixture with carbonizable, powdered binder and Carbon fiber is provided, the mixture is compacted under pressure and formed into a plate-shaped precursor and the plate-shaped precursor is further processed by carbonization or by carbonization and graphitization to a plate of carbon material.
  • Preferred blend ratios of binder and fibers are 30% binder and 70% carbonized cellulose fibers or 29.3% binder, 68.3% carbonized cellulose fibers and 2.4% paraffin.
  • the powdered binder is phenolic resin powder, in particular having a particle size distribution D 50 ⁇ 1 00 m.
  • the homogeneous mixture contains 20-50 wt% of the binder and 50-80 wt% of the carbon fibers, preferably 30-40 wt% of the binder and 60-75 wt% of the carbon fiber flour.
  • the homogeneous mixture contains a filler such as silicon carbide powder and / or graphite powder.
  • the plates in particular all the plates, made of carbon material having a material density in the range of about 0.5 g / cm 3 to about 0.85 g / cm 3.
  • Carbon fibers are preferably prepared by milling and carbonizing viscose and / or cellulose material, in particular first ground and then carbonized.
  • the carbon fibers are present in the mixture as short cut fibers, preferably with a fiber length distribution D 50 ⁇ 20 m.
  • the carbon fibers in the mixture preferably have a fiber length distribution D 9 5 ⁇ 70 m.
  • a component made of ceramic material is produced by the method according to the invention, from a ceramic material with a material density in the range from 2.8 g / cm 3 to about 3, 1 g / cm 3 .
  • the component is preferably designed as a housing of an optical system, preferably as a housing of an optical lithography system, particularly preferably as a housing of an EUV lithography system.
  • the formed as a housing of an optical system component is preferably formed to support optical components such as lenses and / or mirrors.
  • the component is designed as a substrate of an optical mirror, in particular as a substrate of a mirror for an optical lithography system.
  • the component preferably has a spatial extent (length x width x height) in the range of 50-1 50cm (length) x 50-1 50cm (width) x 5-1 50cm (height).
  • the ceramic material of the component has a modulus of elasticity of 270GPa or more, preferably more than 300GPa, more preferably in the range of 320GPa to 350GPa.
  • the ceramic material of the component has a bending stiffness of 280MPa or more, preferably 350MPa or more, more preferably 400MPa or more.
  • the ceramic material of the component has a thermal expansion coefficient of less than 3.4 x 1 0 "6 / K, preferably less than 3.0 x 1 0" 6 / K, particularly preferably 2.7 x 1 0 "6 / K or less ,
  • the ceramic material of the component has a thermal conductivity of 1 20W / (mK) or more, preferably 140W / (mK) or more, more preferably 170W / (mK) or more.
  • the working out of the product (200) or the preform (200 ') thereof from the enveloping body (100, R') takes place by mechanical processing, in particular by cutting, sawing, drilling, milling, turning, planing, grinding, preferably in the frame a CNC process.
  • FIG. 1 is a flowchart which schematically illustrates an embodiment of the method according to the invention for producing a product made of a carbon fiber reinforced material.
  • FIGS. 2-5 show, in the form of schematic flow diagrams, details of various sub-steps of further embodiments of the method according to the invention for producing a product made of a carbon fiber-reinforced material.
  • FIGS. 7A-10D illustrate various sequences of joining processes that may find application in other embodiments of the method of making a product of carbon fiber reinforced material according to the present invention.
  • the present invention relates to the production of large three-dimensional or 3D structures with homogeneous property profiles.
  • the present invention proposes a planar joining of predetermined plates, in particular of green body plates with subsequent processing of the structure thus obtained by joining, in order to produce a large and possibly complex object having a spatial or 3D structure.
  • first of all a large structure is produced by means of adhesively bonded panels, in particular CFC panels.
  • Joining can be done under low pressure, e.g. to avoid that the adhesive used penetrates into the plates.
  • the adhesive must balance two gaps between the overlapping plates and also the different reliefs, but the interface at the joining surfaces must not be subjected to additional or new inhomogeneities by the adhesive.
  • the adhesive may e.g. consist of a mixture of phenolic resin and SiC powder.
  • a process of siliciding can follow. Thereafter, the obtained wrapping structure or sandwich structure for producing the required complex SD structure is further processed.
  • Slabs of lower layer thickness can be produced with virtually homogeneous density and thus with virtually homogeneous material properties in chemical and physical terms.
  • the construction of a plurality of plates into an enveloping body or a sandwich structure makes subsequent mechanical processing, for example by milling or the like possible. Such a structure can be easily clamped and held, for example, in a corresponding milling device.
  • SiC powder as a filler in the adhesive, it follows that a change in the process of siliciding does not take place. It can thus previously at the splice, d .h.
  • the particle size of the silicon carbide Si or SiC be adapted to the grain size of the SiC particles in the base body, so that prevail at the joint between the joining surfaces similar material properties and thus similar physical and / or chemical properties as in the rest of the plate material. This increases the homogeneity of the whole product.
  • sieving with a sieve size F1 200 is preferred.
  • the structure of the enveloping body or volume body consists of partially crosslinked plates, ie of plates with a partially cross-linked base material, which are connected to each other in a planar manner and without adhesive.
  • the connection takes place under a higher pressing pressure than in the variants described above, since no adhesive is used.
  • a powder may be interspersed between the joining surfaces of the same material class as the base material or the base materials of the underlying plates to assist the connection. This is followed by carbonization with subsequent siliciding. Subsequently, the mechanical processing of the enveloping body or the sandwich structure to form the complex 3D structure of the desired product takes place again.
  • a material with a fiber size in the green body for about 1 ⁇ be used.
  • This provides, for example, in a finished CSiC component silicon carbide grains having a size of about 20 ⁇ m and thus a comparatively fine structure. It can thus bending stiffnesses of over 280 MPa, with moduli of elasticity of more than 300 MPa, with thermal conductivities of over 1 20 W / m K, with CTE values of less than 3.4, specific heat capacities c p of more than 0.68 J / g K are generated.
  • the joint so the interface between the joining surfaces or at the joining surfaces of the material and its properties must always be similar, as the body material.
  • SiC grains must have a similar grain size as the SiC grains in the base body.
  • no carbon residue may be present at the interface between the joining surfaces, since e.g. In operation or further processing, existing atomic hydrogen could react with a residual carbon to form volatile hydrocarbon compounds or CH compounds. The then occurring processes of evaporation could have an adverse effect.
  • adhesives it is also important that when using adhesives, only minor, if any, effects are exerted on the properties of the interfaces. It may be advantageous if the adhesive is chosen and formed so that it does not react in the process of siliciding, and in particular does not expand or shrink. The use of adhesives comprising SiC particles is therefore suitable, so that the same mechanical properties follow at the interfaces of the joining surfaces, as in the basic body after the siliciding.
  • Fig. 1 shows, in the form of a schematic block or flow diagram, a first embodiment of the method according to the invention for producing a product 200 from a carbon-reinforced material 10 'having a predetermined spatial structure R.
  • an initial step SO all precautions necessary for the procedure are made.
  • a plurality of homogeneous plates 10 are manufactured or provided. These plates 10 are formed of the carbon fiber reinforced material 110 or a preform 110.
  • the plates 110 are geometrically and in terms of their chemical and / or physical properties the same or substantially the same, but at least comparable, and so in that a variation in their properties, if present, is not detrimental to the properties of the final product, namely the product 200.
  • the provided plates 1 0 are joined together in the subsequent step S2.
  • an enveloping body 100 which has a specific spatial structure R ', is created.
  • the enveloping body 100 is sized to at least wrap the desired product 200 and its spatial structure R.
  • the enveloping body 100 with its spatial structure R ' is identical to the spatial structure R of the product 200 to be produced. However, this is not mandatory and generally not the case.
  • step S2 After the joining together in step S2, the processing of the enveloping body 100 then takes place in the subsequent step S3 in order to obtain the product 200 or its preform 200 'therefrom.
  • a preform 200 ' is always present in relation to the desired product 200 according to the invention if, after processing, ie. after working out of the actually desired spatial structure R, intermediate or post-processing steps are still necessary, for example carbonization, siliciding and / or the like. The latter steps may then be included in the optionally indicated process block S4 of reworking the preform 200 'to obtain the product 200.
  • Fig. Figures 2 to 5 show, in the form of partial block or flow diagrams, possible details of steps S1, S2 and S4 which may be provided in certain embodiments of the method of making a product 200 of a carbon fiber reinforced material 10 'according to the invention.
  • step S1 instead of merely providing already prefabricated plates 10, these plates 10 can also be produced.
  • Such a manufacturing part process includes e.g. the steps T1 of mixing the material components required for the plates 110, the step T2 of molding or pressing the components mixed in step T1 into corresponding plates 10, are planar or curved, and optionally steps T3 of carbonizing and T4 of silicating ,
  • step T3 of carbonizing and T4 of siliciding are here indicated as an option, because it is advisable in many cases, after step T2 of pressing or forming the plates, first to envelop the enclosing body 100 by joining the plates 10 to the plates in FIG to carry out their basic form, ie. in the substantially not aftertreated shape of the plates 10, ie as a green body or green body. Due to the changing material properties with the carbonization T3 and the siliciding T4, certain further processing processes in the basic form are easier to carry out.
  • FIG. 3 shows partial steps of the joining S2 of the plates 10 in an embodiment of the method according to the invention Producing a product 200 of a carbon fiber reinforced material 1 0 '.
  • an adhesive or adhesive 20 is applied U 1, either on one of the joining surfaces 1 0o, 1 0u, 1 0k or a part thereof or on sämtl iche joint surfaces 10o, 1 0u, before the eigentl Ien joining the plates 1 0, 1 0k or parts thereof.
  • the joining is then supported by a step U3 of imprinting pressure and / or temperature for a certain period of time.
  • a recess 32 is introduced into at least one of the plates 10 in a first step V1. It is also possible to form two plates 1 0 to be joined together with recesses 32.
  • a provided plug-in element 31 is then inserted into the recess 32 or the recesses 32.
  • step V4 pressure and / or temperature can then again be impressed on the microstructure in order to support the connection.
  • step V2 it is not necessary that a separate plug-in element 31 is provided for insertion into the recesses. Rather, the plug-in element 31 may also be part of one of the plates 10.
  • the Fig. 5 finally shows the optional step S4 as a step of carbonizing W1 and siliciding W2 following the mechanical processing or working out S3.
  • Carbonization W1 converts certain or all of the carbonaceous constituents of the materials 10 ', 10' on which the plates 1 0 are based into carbon structures, for example by pyrolysis or the like, in which case silicon is added to the structures thus created in the subsequent step W2 of the siliconizing is taken, namely to form the corresponding ceramic structure.
  • FIGS. 6A to 6F describes details of another embodiment of the method according to the invention for producing a product 200 of a carbon fiber reinforced material 10 '.
  • a plurality of identical plates 10 are provided and disposed of the carbon fiber reinforced material 10 'each having an upper side 10o and a lower side 10u and edges 10k.
  • the plates 1 0 are then joined under the action of a pressure P in the manner of a stack, with a respective lowermost plate 10 on its upper side 1 0o receives the bottom 1 0u each directly overlying plate 1 0 with the adhesive 20 in between ,
  • a pressure P in the transition to the intermediate state of FIG. 6D the plates 1 0 to an enveloping body 1 00 'or its preform 1 00' joined together. Shown here are still the interfaces 21 between the previously separated provided plates 1 0.
  • the joining takes place between directly adjacent plates 10 over their edges 10k or edge surfaces 110k.
  • FIG. 7A two plates 10 made of a carbon fiber reinforced material 10 'are joined together with their edges 10k.
  • the plate 10 arranged on the left side has an adhesive 20 in the form of an adhesive on its right edge 10k 20 has.
  • the differences at the interfaces can heal accordingly, so that sets a substantially homogeneous structure also at the interface 21, so the male 21 material after joining the individual plates 1 0 is no longer resolvable, as shown in the arrangement of FIG. 8D is shown.
  • FIGS. 9A to 9D describes a similar procedure as in the sequence of FIG. 8A to 8D, except that here no separate male member 31 is formed, but the male member 31 in one piece, so as part of the right plate 1 0 from the carbon fiber reinforced material 1 0 'is formed.
  • an adhesive 20 is filled at the recess 32 of the other plate 1 0, so that after assembly according to the arrangement of FIG. 9B and applying a corresponding pressure P, the enveloping body 100 or its preform 1 00 'according to FIG. 9C is obtained, wherein with appropriate choice of material according to FIG. 9D, a material resolution of the previously separated plates 10 and the boundary surfaces 21 is no longer possible.
  • FIG. 10A to 10D shows a procedure in which recesses 32 and male members 31 not at the edges 10k but to Connection of the tops 10o and bottoms 10u of the plates 10 of carbon fiber reinforced material 10 'are used.
  • 10 recesses 32 are formed on the upper sides 10o and lower sides 10u of directly adjacent plates. Furthermore, separately provided male members 31 are provided here.
  • the bottommost plate 10 is coated with an adhesive 20 on the top 10o.
  • the plates 10 are then joined to each other, so that the enveloping body 100 or its preform 100 'is obtained.
  • the male elements 31 are also identified here in the arrangement of FIG. 10C. With an appropriate choice of the material components for the male members 31 and the adhesive 20, a material resolution according to FIG. 10C can no longer take place, as indicated in FIG. 10D.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (200) und das Bauteil als solches aus Keramikmaterial mit einer vordefinierten Form, wobei das Verfahren die Schritte (S1) Bereitstellen einer Mehrzahl von Platten (10) aus Kohlenstoffmaterial (10'), (S2) Bereitstellen eines einen carbonisierbaren Anteil enthaltenden Klebers und Aneinanderfügen der Mehrzahl von Platten (10) mittels des Klebers zur Ausbildung einer Plattenanordnung, die in ihren räumlichen Abmessungen so beschaffenen ist, dass aus dieser durch Materialabtrag die vordefinierte Form des Bauteils erzeugbar ist, (S3) Bearbeitung der Plattenanordnung durch Abtrag von Kohlenstoffmaterial von der Plattenanordnung zum Erhalt eines Vorkörpers aus Kohlenstoffmaterial, der die vordefinierte Form des herzustellenden Bauteils hat und (S4) Silizieren des Vorkörpers zum Erhalt des Bauteils aus Keramikmaterial umfasst.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES BAUTEILS UND MIT DEM VERFAHREN H ERGESTELLTES BAUTEIL
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils und ein mit dem Verfahren hergestelltes Bauteil . Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch die Herstellung von großen flächigen und/oder von 3D-Strukturen mit besonders homogenem Eigenschaftenprofil .
Bei der Herstellung von komplexen Bauteilen mit einer vorgegebenen räuml ichen Struktur und/oder ausgedehnten flächenhaften Struktur aus einem Stück tritt häufig das Problem auf, dass ein zu Grunde liegender Materialblock oder Materialzusammenhang, aus welchem die gewünschte räumliche oder flächenhafte Struktur für das herzustellende Erzeugnis herausgearbeitet werden soll, nur schwer in homogener Art und Weise bereitgestellt werden kann .
Die Inhomogenität betrifft zum einen die Materialdichte also solche, aber insbesondere auch die Verteilung der das Material bildenden einzelnen Komponenten .
Als Folge davon besitzt auch das Enderzeugnis nach dem Herausarbeiten aus einem an sich schon inhomogenen Ausgangsmaterialblock oder Ausgangsmaterialzusammenhang inhomogene physikalische und/oder chemische Eigenschaften. Dies kann häufig nicht toleriert werden .
Der Erfindung l iegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus Keramikmaterial mit einer vordefinierten Form anzugeben, bei welchen auf besonders einfache und doch zuverlässige Art und Weise ein besonders hoher Grad der Homogenität für das Erzeugnis gewährleistet werden kann . Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (200) aus Keramikmaterial mit einer vordefinierten Form mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Ferner wird die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe bei einem Bauteil mit vorgegebener räumlicher Struktur aus einem kohlenstofffaserverstärkten Material mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 28 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (200) aus Keramikmaterial mit einer vordefinierten Form, wobei das Verfahren die Schritte (S1 ) Bereitstellen einer Mehrzahl von Platten (1 0) aus Kohlenstoffmaterial (10'), (S2) Bereitstellen eines einen car- bonisierbaren Anteil enthaltenden Klebers und Aneinanderfügen der Mehrzahl von Platten (1 0) mittels des Klebers zur Ausbildung einer Plattenanordnung, die in ihren räumlichen Abmessungen so beschaffenen ist, dass aus dieser durch Materialabtrag die vordefinierte Form des Bauteils erzeugbar ist, (S3) Bearbeitung der Plattenanordnung durch Abtrag von Kohlenstoffmaterial von der Plattenanordnung zum Erhalt eines Vorkörpers aus Kohlenstoffmaterial, der die vordefinierte Form des herzustellenden Bauteils hat und (S4) Silizieren des Vorkörpers zum Erhalt des Bauteils aus Keramikmaterial .
Beim oder nach dem Aneinanderfügen (S2) der Platten - und insbesondere vor dem Bearbeiten (S3) - kann die entstehende Anordnung des oder zur Ausbildung des einhüllenden Körpers mit einer vorbestimmten Druckverteilung, Temperaturverteilung, mit Strahlung und/oder einer Prozessatmosphäre beaufschlagt werden .
Beim oder nach dem Aneinanderfügen (S2) der Platten - und insbesondere vor dem Bearbeiten (S3) - kann die entstehende Anordnung des oder zur Ausbildung des einhüllenden Körpers einem Temperaturschritt unterzogen werden, insbesondere um Bestandteile der Anordnung zu carbonisieren . Beim oder nach dem Aneinanderfügen (S2) der Platten - und insbesondere vor dem Bearbeiten (S3) - kann die entstehende Anordnung des oder zur Ausbildung des einhüllenden Körpers einem Temperaturschritt in einer Prozessatmosphäre unterzogen werden, insbesondere um Bestandteile der Anordnung zu sil izieren .
Es können verschiedene Zwischen- und Nachverarbeitungsschritte durchgeführt und angeboten werden, um die Materialeigenschaften des dann vorliegenden einhüllenden Körpers oder auch der Vorform des Erzeugnisses, also nach dem Herausarbeiten der vorgegebenen geometrischen Erscheinungsform des herzustellenden Erzeugnisses noch weiter zu definieren .
Dabei wird die erfindungsgemäße Erkenntnis ausgenutzt, dass Plattenstrukturen - seien diese planar oder gekrümmt - aufgrund ihrer im Vergleich zu Volumenkörpern vergleichsweise geringen Schichtstärke mit einem hohen Grad an Homogenität der Materialverteilung, der Komponentenverteilung und somit ihrer physikal ischen und/oder chemischen Eigenschaften hergestellt werden können und dass nach dem Aneinanderfügen der an sich homogenen Platten ein entsprechender Volumenkörper, eine flächenhaft ausgedehnte Struktur oder ein einhüllender Körper mit im Wesentlichen denselben homogenen Eigenschaften wie denjenigen der Einzelplatten entsteht.
Durch das erfindungsgemäße Vorgehen werden also die inhärent beim Prozessieren eines Volumenkörpers übl icherweise auftretenden Inhomogenitäten vermieden, insbesondere dann, wenn gleiche oder doch sehr ähnliche Platten verwendet werden und wenn Fluktuationen bestimmter Eigenschaften an den Grenzflächen aneinandergrenzender Platten nicht auftreten, so gering sind, dass sie toleriert werden können, und/oder im Rahmen einer Nachbehandlung vermindert, ausgeglichen oder aufgehoben werden können .
Bevorzugt wird die Plattenanordnung gebildet, indem mehrere oder alle Platten aufeinander gestapelt aneinander gefügt werden, indem die einer Platte jeweils nachfolgenden Platten mit ihrer Unterseite als erster Fügefläche an die Oberseite der einen Platte als zweiter Fügefläche angefügt wird .
Besonders einfach gestaltet sich also das Aufbauen eines Volumenkörpers oder einhüllenden Körpers durch einfaches Aneinanderfügen der Platten mit ihren Ober- und Unterseiten, sozusagen in Form eines Stapels. Dabei geht die Größe der Oberflächen zur Stabilisierung der Bindung aneinandergrenzender Platten aneinander positiv ein .
Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren können ein oder mehrere der Platten zusätzl ich oder alternativ Kanten oder Kantenflächen aufweisen . Es können dann zusätzlich oder alternativ ein oder mehrere der Platten jeweils mit mindestens einer ihrer Kanten oder einer ihrer Kantenflächen als einer Fügefläche an ein oder mehrere Platten angefügt werden .
Dabei können ein oder mehrere Platten mit einer oder mehreren ihrer Kanten oder Kantenflächen als erster Fügefläche an Kanten oder Kantenflächen ein oder mehrere Platten als zweiter Fügefläche angefügt werden.
Denkbar ist also auch, dass ein Aneinanderfügen der zu Grunde liegende Platten an den Kanten oder Kantenflächen, auch wenn diese im Vergleich zu den Oberseiten und Unterseiten eine geringere Fläche besitzen. Dabei ist es denkbar, dass eine Kantenfläche auf einer Oberseite oder Unterseite einer anderen Platte aufliegt. Andererseits ist es denkbar, dass auch zwei oder mehr Platten über Kanten miteinander in Verbindung gebracht werden .
Denkbar ist natürlich auch eine Kombination, bei welcher ein großer einhüllender Körper oder Volumenkörper gebildet wird durch vergleichsweise kleinere Platten, die miteinander einerseits in Stapelform, andererseits über ihre Kantenflächen aneinandergereiht werden . So können z.B. zunächst mehrere Stapel über die Ober- und Unterseiten ausgebildet werden, welche dann über die Kantenflächen, die vorzugsweise auf Stoß angeordnet werden, dann miteinander in Verbindung gebracht werden . Denkbar ist auch das umgekehrte Vorsehen, bei welchem zunächst kleinere Platten über Kanten zu einer größeren Platte aneinandergefügt werden, die dann ihrerseits in Stapeln über die Ober- und Unterseiten miteinander in Verbindung gebracht werden .
Ein oder mehrere aneinander zu fügende Fügeflächen können mit und/oder zwischen mehreren aneinander zu fügenden Fügeflächen kann vor dem Aneinanderfügen mindestens ein Verbindungsmittel ausgebildet werden .
Grundsätzlich ist es denkbar, dass ohne weitere Hilfsmittel die miteinander in Verbindung gebrachten Flächen der zugrunde liegenden Platten bei deren Kontakt eine ausreichende Bindung eingehen, z.B. wenn ein gewissen Druck - ggf. mit Einbringen von Wärme - ausgeübt wird .
Häufig ist es jedoch sinnvoll, unterstützende Maßnahmen für eine derartige dauerhafte Verbindung zu ergreifen . Eine der Maßnahmen kann darin bestehen, dass man die Platten in einer Materialvorstufe ausbildet, z.B. nach Art eines teilvernetzten Zustands, und dann nach dem Aneinanderfügen der einzelnen Platten inhärent im Material der aneinander gefügten Platten, und insbesondere an deren Grenzflächen, eine Reaktion einleitet, die die Verbindung der aneinandergrenzenden Platten realisiert.
Denkbar ist auch, dass dazu zusätzliche externe Mittel eingesetzt werden, im Sinne eines Klebemittels oder dergleichen . Zusätzlich oder alternativ können Druck und Temperatur entsprechend variiert werden, um eine derartige Verbindung aufzubauen und zu fördern .
Darüber hinaus sind alternativ oder zusätzlich mechanische Hilfen an den Fügeflächen denkbar.
Vorzugsweise haben die Platten (1 0) durch die Dicke der Platten festgelegte Seitenflächen (10k) und zumindest eine der Platten (1 0) ist mit einer ihrer Sei- tenflächen als erster Fügefläche an die Ober- oder Unterseite einer anderen der Platten als zweiter Fügefläche angefügt wird .
Es ist bevorzugt, dass die Platten (1 0) durch die Dicke der Platten festgelegte Seitenflächen (1 0k) haben und zumindest eine der Platten (1 0) mit einer ihrer Seitenflächen als erster Fügefläche an eine der Seitenflächen einer anderen der Platten als zweiter Fügefläche angefügt wird .
Als Verbindungsmittel oder als Teil davon kann vor dem Fügen ein Staub oder Pulver aus demselben Material oder aus derselben Material klasse wie der des oder eines Materials der Platten zwischen die Fügeflächen eingebracht werden . Auch diese Maßnahme ist geeignet, am Übergang zwischen Fügeflächen ein hohes Maß an Homogenität der Materialverteilung und der Eigenschaften in physikalischer und chemischer Hinsicht zu realisieren .
Vorzugsweise ist bei mindestens zwei der an den Fügeflächen zu fügenden Platten an der Fügefläche der einen Platte eine Ausnehmung und an der Fügefläche der anderen Platte eine zur Ausnehmung formkomplementäre Erhebung angeformt und die beiden Platten werden aneinander gefügt, indem die Ausnehmung mit der Erhebung in Eingriff gebracht wird .
Es ist bevorzugt, dass bei mindestens zwei der an den Fügeflächen zu fügenden Platten an den Fügeflächen beider Platten jeweils eine Ausnehmung angeformt und ein zu den Ausnehmungen formkomplementäres Verbindungselement vorgesehen ist, wobei die beiden Platten aneinander gefügt werden, indem das Verbindungselement mit den beiden Ausnehmungen in Eingriff gebracht wird .
Die mechanischen Hilfsmittel im Sinne von Ausnehmungen und Einsteckelementen können einerseits gerade Kontakte an den Kanten stabilisieren, bieten sich aber auch beim Kontaktieren der Ober- und Unterseiten miteinander an, z.B. um ein Ausrichten an sich gleicher Platten in Bezug zueinander zu ermöglichen .
Eine Ausnehmung kann als Loch, Nut, Rille, Absatz ausgebildet werden .
Als Verbindungsmittel oder als Teil davon kann ein Klebemittel verwendet werden . Bei einem Klebemittel kann ein besonders inniger Kontakt zwischen aneinander gefügten Platten aufgebaut werden, welcher z.B. auch der Oberflächenstruktur, spricht der Rauheit oder dergleichen Rechnung trägt. Dabei kann in vorteilhafter Weise das Klebemittel so gewählt werden, dass Materialinhomogenitäten an der Grenzfläche nicht entstehen oder gar ausgeglichen werden .
Bevorzugt umfasst der carbonisierbare Anteil des Klebers ein Harz, insbesondere Phenolharz.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Kleber zusätzlich zum Harz Siliziumkarbid-Pulver. Bevorzugte Mischungsverhältnisse sind hier 42% Binder und 58% SIC F1 000 (Siliciumcarbid Pulver) oder 40,4% Binder und 55,8% SIC F1 000 in jeweils 3,8% einer gesättigten para- Toluolsulfonsäure in Wasser.
Das Siliziumkarbid-Pulver hat einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 -50μηη, bevorzugt 5-20μηη, besonders bevorzugt 3-5μηη.
Der carbonisierbare Kleber enthält 5-50 Gew.% Wasser, 20-80 Gew.% Siliziumkarbidpulver und 1 0-55 Gew.% Harz, bevorzugt 1 0-40 Gew.% Wasser, 30- 65 Gew.% Siliziumkarbidpulver und 20-45 Gew.% Harz, besonders bevorzugt 1 5-25 Gew.% Wasser, 45-55 Gew.% Siliziumkarbidpulver und 27-33 Gew.% Harz.
Der carbonisierbare Kleber enthält weniger als 1 0 Gew.%, insbesondere weniger als 3 Gew.% insbesondere keinen Füllstoff aus Kohlenstoffmaterial .
Der carbonisierbare Kleber enthält vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 Gew% eines Härters.
Bevorzugt enthält der Kleber das Material aus dem die Platten aus Kohlenstoffmaterial gefertigt sind .
Vorzugsweise wird die Plattenanordnung carbonisiert und bevorzugt wird der Vorkörper carbonisiert.
Die Platten werden während dem Aneinanderfügen (S2) mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt.
Es ist bevorzugt, dass die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften von einigen, insbesondere allen Platten über die räumliche Ausdehnung der jeweils betrachteten Platte gleich sind .
Vorzugsweise haben zumindest einige der Platten eine räumliche Ausdehnung (Länge x Breite x Dicke) im Bereich von 20-80cm (Länge) x 20-80cm (Breite) x 3-1 0cm (Dicke).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform haben einige, insbesondere alle der Platten untereinander betrachtet die gleiche Zusammensetzung des Kohlenstoffmaterials.
Vorzugsweise werden einige, insbesondere alle der Platten hergestellt, indem eine homogene Mischung mit carbonisierbarem, pulverförmigem Binder und Kohlenstofffasern bereitgestellt wird, die Mischung unter Einwirkung von Druck verdichtet und zu einem plattenförmigen Vorprodukt geformt wird und das plattenförmige Vorprodukt durch Carbonisieren oder durch Carbonisieren und Graphitieren zu einer Platte aus Kohlenstoffmaterial weiterverarbeitet wird . Bevorzugte Mischungsverhältnisse von Binder und Fasern sind 30% Binder und 70% carbonisierte Cellulosefasern oder 29,3% Binder, 68,3% carbonisierte Cellulosefasern und 2,4% Paraffin .
Es ist bevorzugt, dass der pulverförmige Binder Phenolharzpulver ist, insbesondere mit einer Partikelgrößenverteilung D50<1 00 m .
Die homogene Mischung enthält 20-50 Gew.% des Binders und 50-80 Gew.% der Kohlenstofffasern, bevorzugt 30-40 Gew.% des Binders und 60-75 Gew.% des Kohlenstofffasernmehls.
Vorzugsweise enthält die homogene Mischung einen Füllstoff wie bspw. Siliziumkarbid-Pulver und/oder Graphitpulver.
Es ist bevorzugt, dass zumindest einige der Platten, insbesondere alle Platten, aus Kohlenstoffmaterial eine Materialdichte im Bereich von ca. 0,5g/cm3 bis ca. 0,85g/cm3 haben .
Bevorzugt werden Kohlenstofffasern hergestellt, indem Viskose- und/oder Zellulosematerial gemahlen und carbonisieren wird, insbesondere zuerst gemahlen und anschl ießend carbonisiert wird .
Die Kohlenstofffasern liegen in der Mischung als Kurzschnittfasern vor, bevorzugt mit einer Faserlängenverteilung D50<20 m.
Bevorzugt haben die Kohlenstofffasern in der Mischung eine Faserlängenverteilung D95<70 m. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Bauteil aus Keramikmaterial mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, aus einem Keramikmaterial mit einer Materialdichte im Bereich von 2,8g/cm3 bis ca. 3, 1 g/cm3.
Das Bauteil ist als vorzugsweise als Gehäuse eines optischen Systems ausgebildet, bevorzugt als Gehäuse eines optischen Lithographiesystems, besonders bevorzugt als Gehäuse eines EUV-Lithographiesystems.
Das als Gehäuse eines optischen Systems ausgebildete Bauteil ist bevorzugt ausgebildet, um optische Bauteile wie Linsen und/oder Spiegel zu haltern .
Ein einer bevorzugten Ausführungsvariante ist das Bauteil als Substrat eines optischen Spiegels ausgebildet, insbesondere als Substrat eines Spiegels für ein optisches Lithographiesystem.
Das Bauteil hat vorzugsweise eine räumliche Ausdehnung (Länge x Breite x Höhe) im Bereich von 50-1 50cm (Länge) x 50-1 50cm (Breite) x 5-1 50cm (Höhe).
Es ist bevorzugt, dass das Keramikmaterial des Bauteils einen Elastizitätsmodul von 270GPa oder mehr hat, bevorzugt mehr als 300GPa, insbesondere im Bereich von 320GPa bis 350GPa hat.
Das Keramikmaterial des Bauteils hat eine Biegesteifigkeit von 280MPa oder mehr, bevorzugt 350MPa oder mehr, besonders bevorzugt 400MPa oder mehr hat.
Das Keramikmaterial des Bauteils hat einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als 3,4 x 1 0"6/K, bevorzugt weniger als 3,0 x 1 0"6/K, besonders bevorzugt 2,7 x 1 0"6/K oder weniger hat. Das Keramikmaterial des Bauteils eine Wärmeleitfähigkeit von 1 20W/(mK) oder mehr, bevorzugt 140W/(mK) oder mehr, besonders bevorzugt 170W/(mK) oder mehr hat.
Das Herausarbeiten des Erzeugnisses (200) oder der Vorform (200') davon aus dem einhüllenden Körper (1 00, R') erfolgt durch mechanisches Bearbeiten, insbesondere durch Schneiden, Sägen, Bohren, Fräsen, Drehen, Hobeln, Schleifen, vorzugsweise im Rahmen eines CNC-Prozesses.
Denkbar sind aber auch optisch-thermische Verfahren .
Diese und weitere Aspekte werden auf der Grundlage der beigefügten Zeichnungen erläutert.
KU RZBERSCH REIBUNG DER FIGUREN ist ein Flussdiagramm, welches in schematischer Art und Weise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Erzeugnisses aus einem kohlenstofffaserverstärkten Material erläutert.
Fig . 2 - 5 zeigen in Form schematischer Flussdiagramme Details zu verschiedenen Teilschritten weiterer Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Erzeugnisses aus einem kohlenstofffaserverstärkten Material .
Fig . 6A - F zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht Zwischenstufen, die bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Erzeugnisses aus einem kohlenstofffaserverstärkten Material erreicht werden . Fig . 7A - 10D zeigen verschiedene Abfolgen von Fügeprozessen, die bei anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Erzeugnisses aus einem kohlenstofffaserverstärktem Material Anwendung finden können .
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorl iegenden Erfindung beschreiben . Sämtliche Ausführungsformen der Erfindung und auch ihre technischen Merkmale und Eigenschaften können einzeln isoliert oder wahlfrei zusammengestellt miteinander beliebig und ohne Einschränkung kombiniert werden .
Strukturell und/oder funktionell gleiche, ähnl iche oder gleich wirkende Merkmale oder Elemente werden nachfolgend im Zusammenhang mit den Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall wird eine detaillierte Beschreibung dieser Merkmale oder Elemente wiederholt.
Zunächst wird auf die Zeichnungen im allgemeinen Bezug genommen .
Die vorliegende Erfindung betrifft unter anderem auch die Herstellung von großen dreidimensionalen oder 3D-Strukturen mit homogenen Eigenschaftenprofilen .
Bisher werden z.B. große monolithische Blockstrukturen ausgebildet und mechanisch, z.B. durch Fräsen oder dergleichen, bearbeitet, um komplexe Stru kturen mit dreidimensionalem Aufbau zu erzeugen .
Dabei ist nachteilig, dass es bei monolithisch hergestellten Materialblocks zu starken Inhomogenitäten in der Materialverteilung, und sei dies auch nur in Bezug auf bestimmte Komponenten und/oder im Hinblick auf die physikal ischen und/oder chemischen Eigenschaften der Fall, kommt. Dies steht oft insbesondere im Zusammenhang mit Dichteschwankungen ein oder mehrerer Komponenten und/oder mit dem Auftreten so genannter Pressdichtegradienten .
Um diese Probleme zu vermeiden, schlägt die vorliegende Erfindung ein flächiges Fügen vorgegebener Platten, insbesondere von Grünkörperplatten mit anschließendem Bearbeiten der so durch Fügen erhaltenen Struktur zur Herstellung eines großen und gegebenenfalls komplexen Objekts mit räumlicher oder 3D-Struktur vor.
Beim Fügevorgang bieten sich verschiedene Varianten an.
Gemäß einer ersten Variante wird zunächst eine große Struktur mittels Kleber flächig miteinander verbundener Platten, insbesondere CFC-Platten erzeugt. Ein Verbinden kann unter geringem Pressdruck erfolgen, z.B. um zu vermeiden, dass das verwendete Klebemittel in die Platten eindringt. Zum Beispiel muss der Kleber zwei Spalten zwischen den aufeinander liegenden Platten und auch die unterschiedlichen Reliefe ausgleichen, jedoch darf die Grenzfläche an den Fügeflächen durch den Kleber nicht mit zusätzlichen oder neuen Inhomogenitäten beaufschlagt werden . Der Kleber kann z.B. aus einer Mischung aus Phenolharz und SiC-Pulver bestehen . Danach kann sich ein Pro- zess des Silizierens anschl ießen . Danach wird die so erhaltene Einhüllungsstruktur oder Sandwichstruktur zur Herstellung der geforderten komplexen SD- Struktur weiter bearbeitet.
Platten geringerer Schichtstärke können mit nahezu homogener Dichte und somit mit nahezu homogenen Materialeigenschaften in chemischer und physikalischer Hinsicht hergestellt werden . Der Aufbau einer Mehrzahl von Platten zu einem einhüllenden Körper oder zu einer Sandwichstruktur macht eine nachfolgende mechanische Bearbeitung, z.B. durch Fräsen oder dergleichen, möglich . Eine derartige Struktur kann z.B. in eine entsprechende Fräseinrichtung leicht eingespannt und gehaltert werden. Bei der Verwendung von SiC-Pulver als Füllstoff im Klebemittel ergibt sich, dass eine Veränderung beim Prozess des Silizierens nicht stattfindet. Es kann somit vorher an der Klebestelle, d .h. an der Grenzfläche zwischen den Fügeflächen die Partikelgröße des Sil iziumcarbids oder SiC an die Korngröße der SiC-Partikel im Grundkörper angepasst werden, so dass an der Fügestelle zwischen den Fügeflächen ähnliche Materialeigenschaften und somit ähnliche physikalische und/oder chemische Eigenschaften wie im restlichen Plattenmaterial herrschen . Dies steigert die Homogenität des gesamten Erzeugnisses.
Bezüglich der Partikelgrößenverteilung des SiC-Pulvers ist eine Siebung mit Siebgröße F1 200 bevorzugt.
Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt der Aufbau des einhüllenden Körpers oder Volumenkörpers aus teilvernetzten Platten, also aus Platten mit einem teilvernetzten Grundmaterial, , die flächig miteinander und ohne Kleber verbunden werden . Die Verbindung erfolgt unter einem höheren Pressdruck als bei den zuvor beschriebenen Varianten, da kein Kleber verwendet wird . Es kann jedoch zur Unterstützung der Verbindung ein Pulver zwischen die Fügeflächen eingestreut werden, das aus der gleichen Materialklasse stammt wie das Grundmaterial oder die Grundmaterialien der zugrunde liegenden Platten . Dann erfolgt ein Carbonisieren mit anschl ießendem Silizieren . Anschließend erfolgt dann wieder das mechanische Bearbeiten des einhüllenden Körpers oder der Sandwichstruktur zum Ausbilden der komplexen 3D-Struktur des gewünschten Erzeugnisses.
Zur Erzeugung von hochsteifen Strukturen kann ein Material mit einer Fasergröße im Grünkörper für ca. 1 0 μιτι verwendet werden . Dies l iefert z.B. in einem fertig gestellten CSiC-Bauteil Siliziumcarbidkörner mit einer Größe von etwa 20 μιτι und somit ein vergleichsweise feines Gefüge. Es können somit Biegesteifigkeiten von über 280 MPa, mit Elastizitätsmoduli von mehr als 300 MPa, mit Wärmeleitfähigkeiten von über 1 20 W/m K, mit CTE-Werte von weniger als 3,4, spezifische Wärmekapazitäten cp von mehr als 0,68 J/g K erzeugt werden .
Wesentlich für die Erfindung ist, dass die Fügestelle, also die Grenzfläche zwischen den Fügeflächen oder an den Fügeflächen vom Material und von seinen Eigenschaften her immer ähnlich sein muss, wie das Grundkörpermaterial . Das bedeutet z.B., dass SiC-Körner eine ähnliche Korngröße haben müssen, wie die SiC-Körner im Grundkörper. An den Fügeflächen, d .h . also an der Grenzfläche zwischen den Fügeflächen darf insbesondere kein Rest Kohlenstoff vorhanden sein, da z.B. im Betrieb oder im weiteren Prozessieren vorhandener atomarer Wasserstoff mit einem Restkohlenstoff zu flüchtigen Kohlenwasserstoffverbindungen oder CH-Verbindungen reagieren könnte. Die dann auftretenden Prozesse des Ausdampfens könnten sich nachteilig auswirken .
Wichtig ist auch, dass beim Verwenden von Klebern, wenn überhaupt, nur geringe Einflüsse auf die Eigenschaften der Grenzflächen ausgeübt werden . Unter Umständen ist es von Vorteil, wenn der Kleber so gewählt und ausgebildet wird, dass er beim Prozess des Silizierens nicht reagiert, und sich insbesondere nicht ausdehnt oder schrumpft. Es bietet sich daher die Verwendung von Klebern an, die SiC-Partikel aufweisen, so dass die gleichen mechanischen Eigenschaften an den Grenzflächen der Fügeflächen folgen, wie im Grundkörper nach dem Silizieren .
Nun wird im Detail auf die Zeichnungen Bezug genommen .
Fig . 1 zeigt in Form eines schematischen Block- oder Flussdiagramms eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Erzeugnisses 200 aus einem kohlenstoffverstärkten Material 1 0' mit vorgegebener räumlicher Struktur R. In einem initialen Schritt SO werden alle für das Verfahren notwendigen Vorkehrungen getroffen .
Im nachfolgenden Schritt S1 wird eine Mehrzahl homogener Platten 1 0 hergestellt oder bereitgestellt. Diese Platten 1 0 sind aus dem kohlenstofffaserverstärkten Material 1 0' oder einer Vorform 1 0" davon ausgebildet. Vorzugsweise sind die Platten 1 0 geometrisch und hinsichtlich ihrer chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften gleich oder im Wesentlichen gleich, zumindest jedoch vergleichbar, und zwar dergestalt, dass eine Variation ihrer Eigenschaften - sofern vorhanden - hinsichtlich der Eigenschaften des Endprodukts, nämlich des Erzeugnisses 200 nicht nachteil ig sind .
Die bereitgestellten Platten 1 0 werden im nachfolgenden Schritt S2 aneinandergefügt. Dadurch wird ein einhüllender Körper 1 00, welcher eine bestimmte räumliche Struktur R' aufweist, geschaffen . Der einhüllende Körper 1 00 ist so bemessen, dass er das gewünschte Erzeugnis 200 und dessen räumliche Struktur R mindestens einhüllt. Bestenfalls ist der einhüllende Körper 1 00 mit seiner räumlichen Struktur R' identisch mit der räumlichen Struktur R des zu erzeugenden Produkts 200. Dies ist jedoch nicht zwingend und im Allgemeinen auch nicht der Fall .
Nach dem Aneinanderfügen im Schritt S2 erfolgt dann im nachfolgenden Schritt S3 das Bearbeiten den einhüllenden Körpers 1 00 um daraus das Erzeugnis 200 oder dessen Vorform 200' zu erhalten .
Eine Vorform 200' liegt in Bezug auf das gewünschte Erzeugnis 200 im Sinne der Erfindung immer dann vor, wenn nach dem Bearbeiten, d .h. nach dem Herausarbeiten der eigentlich gewünschten räumlichen Struktur R noch Zwischen- oder Nachbearbeitungsschritte notwendig sind, z.B. ein Carbonisieren, Silizieren und/oder dergleichen . Die zuletzt genannten Schritte können dann in dem optional angegebenen Verfahrensblock S4 des Nachbearbeitens der Vorform 200' zum Erhalten des Erzeugnisses 200 enthalten sein .
Im abschließenden Schritt S5 werden dann die Maßnahmen zum Beenden des Verfahrens getroffen .
Die Fig . 2 bis 5 zeigen in Form von Teilblock- oder -flussdiagrammen mögliche Details der Schritte S1 , S2 und S4, die bei bestimmten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Erzeugnisses 200 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Material 1 0' vorgesehen sein können .
Gemäß Fig . 2 kann im Schritt S1 anstelle eines reinen Bereitstellens bereits vorgefertigter Platten 10 auch ein Herstellen dieser Platten 1 0 erfolgen . Ein derartiges Herstellungsteilverfahren beinhaltet z.B. die Schritte T1 des Mischens der für die Platten 1 0 notwendigen Materialkomponenten, den Schritt T2 des Formens oder Verpressens der im Schritt T1 gemischten Komponenten zu entsprechenden Platten 1 0, seien diese planar oder gekrümmt, und optional Schritte T3 des Carbonisierens und T4 des Sil izierens.
Die zuletzt genannten Schritte T3 des Carbonisierens und T4 des Silizierens sind hier optional angegeben, weil es in vielen Fällen ratsam ist, nach dem Schritt T2 des Verpressens oder Ausformens der Platten zunächst den einhüllenden Körper 1 00 durch Aneinanderfügen der Platten 1 0 mit den Platten in ihrer Grundform durchzuführen, d .h . in der im Wesentlichen nicht nachbehandelten Form der Platten 1 0, also als Grünling oder Grünkörper. Aufgrund der sich ändernden Materialeigenschaften mit dem Carbonisieren T3 und dem Si- lizieren T4 sind bestimmte Weiterverarbeitungsprozesse in der Grundform einfacher durchzuführen .
Das Flussdiagramm der Fig . 3 zeigt Teilschritte des Aneinanderfügens S2 der Platten 1 0 bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Erzeugnisses 200 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Material 1 0'. Bei dieser Ausführungsform wird vor dem eigentl ichen Aneinanderfügen der Platten 1 0 ein Haft- oder Klebemittel 20 aufgebracht U 1 , entweder auf eine der Fügeflächen 1 0o, 1 0u, 1 0k oder einen Teil davon oder auf sämtl iche Fügeflächen 10o, 1 0u, 1 0k oder Teilen davon .
Dann folgt im nächsten Schritt U2 das eigentliche Aneinanderfügen der Platten 1 0.
Gegebenenfalls wird dann für eine bestimmte Zeitspanne das Aneinanderfügen durch einen Schritt U3 des Aufprägens von Druck und/oder Temperatur unterstützt.
Bei der Fig . 4 wird eine alternative Vorgehensweise für das Aneinanderfügen S2 der Platten 1 0 illustriert. Dabei wird in einem ersten Schritt V1 eine Ausnehmung 32 in mindestens einer der Platten 1 0 eingebracht. Es können auch zwei miteinander zu verbindende Platten 1 0 mit Ausnehmungen 32 ausgebildet werden .
In einem nachfolgenden Schritt V2 wird dann ein bereitgestelltes Steckelement 31 in die Ausnehmung 32 oder die Ausnehmungen 32 eingefügt.
Dann werden im nachfolgenden Schritt V3 die Platten 1 0 aneinandergefügt, wobei die Steckelemente 31 in den Ausnehmungen 32 das Ausrichten und/oder das Aneinanderfügen der Platten 1 0 aneinander unterstützen .
In einem optionalen Schritt V4 können dann wieder Druck und/oder Temperatur dem Gefüge aufgeprägt werden, um die Verbindung zu unterstützen .
Im Hinblick auf den Schritt V2 ist es nicht notwendig, dass ein separates Steckelement 31 zum Einfügen in die Ausnehmungen bereitgestellt wird . Vielmehr kann das Steckelement 31 auch Teil einer der Platten 1 0 sein . Die Fig . 5 zeigt schl ießlich den optionalen Schritt S4 als ein dem mechan ischen Bearbeiten oder Herausarbeiten S3 nachfolgenden Schritt des Carboni- sierens W1 und Silizierens W2.
Durch das Carbonisieren W1 werden bestimmte oder sämtl iche kohlenstoffhaltigen Bestandteile der den Platten 1 0 zugrunde liegenden Materialien 1 0', 1 0" in Kohlenstoffstrukturen umgewandelt, z.B. durch Pyrolyse oder dergleichen, wobei dann im nachfolgenden Schritt W2 des Silizierens Silizium in die so geschaffenen Strukturen aufgenommen wird, nämlich um die entsprechende keramische Struktur auszubilden .
Die Abfolge der Fig. 6A bis 6F beschreibt Details einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Erzeugnisses 200 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Material 1 0'.
Zunächst wird in dem in Fig. 6A dargestellten Zwischenzustand eine Mehrzahl identischer Platten 1 0 aus dem kohlenstofffaserverstärkten Material 1 0' mit jeweils einer Oberseite 1 0o und einer Unterseite 1 0u sowie Kanten 1 0k bereitgestellt und angeordnet.
Im Übergang zu den in Fig . 6B dargestellten Zwischenzustand werden dann auf den Oberseiten 1 0o der nicht zuoberst angeordneten Platten 1 0 Schichten eines Haftmittels 20, z.B. eines Klebstoffs 20 aufgebracht. Es ist auch den kbar, dass die jeweils einander zugeordneten Ober- und Unterseiten 1 0o bzw. 1 0u mit dem Klebemittel 20 versehen werden .
Im Übergang zu dem in Fig . 6C dargestellten Zwischenzustand werden dann die Platten 1 0 unter Einwirkung eines Drucks P nach Art eines Stapels aneinandergefügt, wobei eine jeweils zuunterst angeordnete Platte 10 auf ihrer Oberseite 1 0o die Unterseite 1 0u einer jeweils direkt darüber angeordneten Platte 1 0 mit dem Klebemittel 20 dazwischen aufnimmt. Unter Einwirkung des Drucks P werden so im Übergang zu dem Zwischenzustand der Fig . 6D die Platten 1 0 zu einem einhüllenden Körper 1 00 oder dessen Vorform 1 00' aneinandergefügt. Dargestellt sind hier noch die Grenzflächen 21 zwischen den ehemals separiert vorgesehenen Platten 1 0.
Im Übergang zu dem in Fig . 6E dargestellten Zwischenzustand wird dann begonnen, aus dem einhüllenden Körper 1 00 oder dessen Vorform 1 00' die räumliche Struktur R des gewünschten Erzeugnisses 200 oder dessen Vorform 200' herauszuarbeiten .
In dem in Fig . 6E angedeuteten Stapel der räumlichen Struktur R' des einhüllenden Körpers 1 00 oder dessen Vorform 1 00' sind bereits die Umrisse der räumlichen Struktur R des zu erzeugenden Körpers 200 oder dessen Vorform 200' punktiert angedeutet.
Im Übergang zu dem in Fig . 6F dargestellten Zwischenzustand ist aus dem einhüllenden Körper 1 00 oder dessen Vorform 1 00' das Erzeugnis 200 oder dessen Vorform 200' mit der räumlichen Struktur R herausgearbeitet.
Bei der Abfolge der Fig . 6A bis 6E werden sämtliche Platten 1 0 mit ihren O- berseiten 1 0o und ihren Unterseiten 10u aneinandergefügt, so dass insgesamt für den einhüllenden Körper 1 00 oder dessen Vorform 1 00' ein Stapel entsteht.
Vorangehend und nachfolgend wird von einer Vorform 1 00', 200' für den einhüllenden Körper 1 00 bzw. für das herzustellende Erzeugnis 200 gesprochen, wenn zu der jeweiligen Fertigstellung noch nach oder Zwischenverarbeitungsschritte, z.B. ein Carbonisieren oder Silizieren notwendig sind . Sind derartige Schritte nicht notwendig, so wird direkt vom einhüllenden Körper 1 00 bzw. dem Erzeugnis 200 gesprochen . Bei der Ausführungsform der Fig . 7A bis 7C erfolgt das Fügen zwischen direkt benachbarten Platten 1 0 über deren Kanten 1 0k oder Kantenflächen 1 0k.
Bei dem in Fig . 7A dargestellten Zwischenzustand werden zwei Platten 1 0 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Material 1 0' mit ihren Kanten 1 0k aneinandergefügt, wobei in der Fig. 7A die auf der linken Seite angeordnete Platte 1 0 an ihrer rechten Kante 1 0k ein Klebemittel 20 in Form eines Klebstoffes 20 aufweist.
Im Übergang zu dem in Fig . 7B gezeigten Zwischenzustand sind dann die beiden Platten 1 0 mit ihren Kanten 1 0k und dem Klebemittel 20 dazwischen aneinandergefügt, wobei von den gegenüberliegenden Kanten 1 0k ausgehend jeweils ein entsprechender Anpressdruck P aufgeprägt wird .
Aufgrund der Wirkung des Anpressdrucks P wird dann in dem in Fig. 7C gezeigten Zwischenzustand eine Verbindung der beiden Platten 10 aus kohlenstofffaserverstärktem Material 1 0' erreicht, so dass in dem in Fig . 7C gezeigten Zwischenzustand der einhüllende Körper 100 oder dessen Vorform 1 00' aus einem Paar von Platten 1 0 besteht. Grundsätzlich sind jedoch flächig ausgebildete Objekte mit mehr als zwei Platten denkbar.
Beim Vorgehen gemäß der Figurenfolge 7A bis 7C wurden außer dem Klebemittel 1 0 an den Kantenflächen 1 0k keine weiteren Hilfsmittel zum Aneinanderfügen der Platten 1 0 verwendet.
Im Gegensatz dazu werden bei der Abfolge der Fig . 8A bis 8D an den Kantenflächen 1 0k der sich mit den Kantenflächen 1 0k gegenüberstehenden Platten 1 0 aus dem kohlenstofffaserverstärkten Material 10' Ausnehmungen 32 ausgebildet. Diese besitzen eine zu einem zusätzlich vorgesehenen Einsteckelement 31 komplementäre und kooperierende Form, so dass beim Ineinanderfügen der Platten 1 0 und ihren Ausnehmungen 32 im Zusammenwirken mit dem Einsteckelement 31 zunächst die in Fig . 8B dargestellte Zwischenstruktur ent- steht, bei welcher aufgrund des zusätzlich auf der linken Seite in der Ausneh- mung 32 vorgesehenen Klebemittels 20 eine Art Einbettung des Einsteckelements 31 in den Ausnehmungen 32 unter Benetzung durch das Klebemittel 20 entsteht.
Im Übergang zu dem in Fig . 8C dargestellten Zwischenzustand entsteht dann unter Einwirkung des Drucks P eine Struktur, bei welcher die beiden Platten 1 0 zu dem einhüllenden Körper 1 00 oder dessen Vorform 1 00' zusammengefügt sind, wobei an der Grenzfläche 21 zwischen den vormals getrennten Platten 1 0 noch das Einsteckelement 31 kenntlich gemacht ist.
Bei einer entsprechenden Wahl des Materials für das Einsteckelement 31 und des Klebemittels 20 können die Unterschiede an den Grenzflächen entsprechend ausheilen, so dass sich eine im Wesentlichen homogene Struktur auch an der Grenzfläche 21 einstellt, also das Einsteckelement 21 materiell nach dem Aneinanderfügen der Einzelplatten 1 0 nicht mehr auflösbar ist, wie dies in der Anordnung der Fig . 8D dargestellt ist.
Die Abfolge der Fig. 9A bis 9D beschreibt ein ähnliches Vorgehen wie bei der Abfolge der Fig . 8A bis 8D, nur dass hier kein separates Einsteckelement 31 ausgebildet ist, sondern das Einsteckelement 31 einstückig, also als Teil der rechten Platte 1 0 aus dem kohlenstofffaserverstärktem Material 1 0' ausgebildet ist. Wiederum ist an der Ausnehmung 32 der anderen Platte 1 0 ein Klebemittel 20 eingefüllt, so dass nach Zusammenfügen gemäß der Anordnung der Fig . 9B und Applizieren eines entsprechenden Drucks P der einhüllende Körper 100 oder dessen Vorform 1 00' gemäß Fig . 9C erhalten wird, wobei bei entsprechender Materialwahl gemäß der Fig . 9D eine materielle Auflösung der vormals getrennten Platten 1 0 und der Grenzflächen 21 nicht mehr möglich ist.
Die Abfolge der Fig . 1 0A bis 1 0D zeigt ein Vorgehen, bei welchem Ausnehmungen 32 und Einsteckelemente 31 nicht an den Kanten 10k sondern zur Verbindung der Oberseiten 10o und Unterseiten 10u der Platten 10 aus koh- lenstofffaserverstärktem Material 10' eingesetzt werden.
Gemäß Fig.10A sind an den Oberseiten 10o und Unterseiten 10u direkt zueinander benachbarter Platten 10 Ausnehmungen 32 ausgebildet. Des Weiteren werden hier separat vorgesehene Einsteckelemente 31 vorgesehen. Die jeweils zuunterst angeordnete Platte 10 wird mit einem Klebemittel 20 auf der Oberseite 10o beschichtet.
Im Übergang zu dem in Fig.10B gezeigten Zwischenzustand wird unter Einwirkung von Druck ein Aneinanderfügen der zueinander direkt benachbarten Platten 10 aus kohlenstofffaserverstärktem Material 10' bewirkt, wobei die Einsteckelemente 31 in die jeweils zueinander zugeordneten Ausnehmungen 32 eingesteckt sind und das Klebemittel 20 zwischen den Oberseiten und Unterseiten 10o bzw.10u die Verbindung vermittelt.
Im Übergang zu dem in Fig.10C gezeigten Zwischenzustand sind dann die Platten 10 aneinandergefügt, so dass der einhüllende Körper 100 oder dessen Vorform 100' erhalten wird. In den Grenzflächenbereichen 21 sind hier in der Anordnung der Fig.10C noch die Einsteckelemente 31 kenntlich gemacht. Bei entsprechender Wahl der materiellen Bestandteile für die Einsteckelemente 31 und des Klebemittels 20 kann eine materielle Auflösung gemäß Fig.10C nicht mehr erfolgen, wie dies in Fig.10D angedeutet ist.
Bezugszeichenliste
1 0 Platte, Plattenelement
1 0' Material der Platte/des Plattenelements 1 0, kohlenstofffaserverstärktes Material
1 0k Kante, Kantenfläche, Kantenbereich
1 0o Oberseite, Oberfläche
1 0u Unterseite, Unterfläche
20 Hafthilfe, Haftmittel, Klebemittel, Verbindungsmittel
21 Grenzfläche, Grenzflächenbereich
30 Verbindungsmittel
31 Einsteckmittel, Einsteckelement
32 Ausnehmung, Nut, Bohrung, Rille
1 00 einhüllender Körper, Einhüllungskörper
1 00' Vorform des einhüllenden Körpers
200 Erzeugnis
200' Vorform des Erzeugnisses
R räumliche Struktur, 3D-Struktur des Erzeugnisses
R' räuml iche Struktur, 3D-Struktur des einhüllenden Körpers 1 00/dessen Vorform 100'

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines Bauteils (200) aus Keramikmaterial mit einer vordefinierten Form, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
(51 ) Bereitstellen einer Mehrzahl von Platten (1 0) aus Kohlenstoffmaterial (1 0'),
(52) Bereitstellen eines einen carbonisierbaren Anteil enthaltenden Klebers und Aneinanderfügen der Mehrzahl von Platten (1 0) mittels des Klebers zur Ausbildung einer Plattenanordnung, die in ihren räumlichen Abmessungen so beschaffenen ist, dass aus dieser durch Materialabtrag die vordefinierte Form des Bauteils erzeugbar ist,
(53) Bearbeitung der Plattenanordnung durch Abtrag von Kohlenstoffmaterial von der Plattenanordnung zum Erhalt eines Vorkörpers aus
Kohlenstoffmaterial , der die vordefinierte Form des herzustellenden
Bauteils hat und
(54) Silizieren des Vorkörpers zum Erhalt des Bauteils aus
Keramikmaterial .
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenanordnung gebildet wird, indem mehrere oder alle Platten aufeinander gestapelt aneinander gefügt werden, indem die einer Platte jeweils nachfolgenden Platte mit ihrer Unterseite als erster Fügefläche an die Oberseite der einen Platte als zweiter Fügefläche angefügt wird .
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (1 0) durch die Dicke der Platten festgelegte Seitenflächen (1 0k) haben und dass zumindest eine der Platten (1 0) mit einer ihrer Seitenflächen als erster Fügefläche an die Ober- oder Unterseite einer anderen der Platten als zweiter Fügefläche angefügt wird .
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Platten (1 0) durch die Dicke der Platten festgelegte Seitenflächen (1 0k) haben und zumindest eine der Platten (10) mit einer ihrer Seitenflächen als erster Fügefläche an eine der Seitenflächen einer anderen der Platten als zweiter Fügefläche angefügt wird .
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens zwei der an den Fügeflächen zu fügenden Platten an der Fügefläche der einen Platte eine Ausnehmung und an der Fügefläche der anderen Platte eine zur Ausnehmung formkomplementäre Erhebung angeformt ist und die beiden Platten aneinander gefügt werden, indem die Ausnehmung mit der Erhebung in Eingriff gebracht wird .
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens zwei der an den Fügeflächen zu fügenden Platten an den Fügeflächen beider Platten jeweils eine Ausnehmung angeformt ist und dass ein zu den Ausnehmungen formkomplementäres Verbindungselement vorgesehen ist, wobei die beiden Platten aneinander gefügt werden, indem das Verbindungselement mit den beiden Ausnehmungen in Eingriff gebracht wird .
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der carbonisierbare Anteil des Klebers ein Harz, insbesondere Phenolharz umfasst.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber zusätzlich zum Harz Siliziumkarbid-Pulver beinhaltet.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Siliziumkarbid-Pulver einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 - δθμηη, bevorzugt 5-20μηη, besonders bevorzugt 3-5μηη hat.
1 0. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der carbonisierbare Kleber 5-50 Gew.% Wasser, 20-80 Gew.% Siliziumkarbidpulver und 1 0-55 Gew.% Harz enthält, bevorzugt 1 0-40 Gew.% Wasser, 30-65 Gew.% Siliziumkarbidpulver und 20-45 Gew.% Harz, besonders bevorzugt 1 5-25 Gew.% Wasser, 45-55 Gew.% Sil iziumkarbidpulver und 27-33 Gew.% Harz.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 1 0,
dadurch gekennzeichnet, dass der carbonisierbare Kleber weniger als 1 0 Gew.%, insbesondere weniger als 3 Gew.% insbesondere keinen Füllstoff aus Kohlenstoffmaterial enthält.
1 2. Verfahren nach einem der Ansprüche 8-1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass der carbonisierbare Kleber zwischen 0,5 und 5 Gew% eines Härters enthält.
1 3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kleber das Material enthält aus dem die Platten aus Kohlenstoffmaterial gefertigt sind .
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenanordnung carbonisiert wird .
1 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkörper carbonisiert wird .
1 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Platten während dem Aneinanderfügen (S2) mit Druck und/oder Temperatur beaufschlagt werden.
1 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften von einigen, insbesondere allen Platten über die räuml iche Ausdehnung der jeweils betrachteten Platte gleich sind.
1 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Platten eine räumliche Ausdehnung (Länge x Breite x Dicke) im Bereich von 20-80cm (Länge) x 20-80cm (Breite) x 3-1 0cm (Dicke) haben .
1 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass einige, insbesondere alle der Platten untereinander betrachtet die gleiche Zusammensetzung des Kohlenstoffmaterials haben .
20. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige, insbesondere alle der Platten hergestellt werden, indem eine homogene Mischung mit carbo- nisierbarem, pulverförmigem Binder und Kohlenstofffasern bereitgestellt wird, die Mischung unter Einwirkung von Druck verdichtet und zu einem plattenförmigen Vorprodukt geformt wird und das plattenförmige Vorprodukt durch Carbonisieren oder durch Carbonisieren und Graphitieren zu einer Platte aus Kohlenstoffmaterial weiterverarbeitet wird .
21 . Verfahren nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass der pulverförmige Binder Phenolharzpulver ist, insbesondere mit einer Partikelgrößenverteilung D50<1 00 m .
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die homogene Mischung 20-50 Gew.% des Binders und 50-80 Gew.% der Kohlenstofffasern, bevorzugt 30-40 Gew.% des Binders und 60-75 Gew.% der Kohlenstofffasernmehls enthält.
23. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 20-22,
dadurch gekennzeichnet, dass die homogene Mischung einen Füllstoff wie bspw. Siliziumkarbid-Pulver und/oder Graphitpulver enthält.
24. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Platten, insbesondere alle Platten, aus Kohlenstoffmaterial eine Materialdichte im Bereich von ca. 0,5g/cm3 bis ca. 0,85g/cm3 haben .
25. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 20-24,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern hergestellt sind, indem Viskose- und/oder Zellulosematerial gemahlen und carbonisieren wird, insbesondere zuerst gemahlen und anschließend carbonisiert wird .
26. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 20-25,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern in der Mischung als Kurzschnittfasern vorliegen, bevorzugt mit einer Faserlängenvertei
27. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 20-26,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstofffasern in der Mischung eine Faserlängenverteilung D95<70 m haben .
28. Bauteil aus Keramikmaterial hergestellt nach einem Verfahren
nach einem der Ansprüche 1 bis 1 9, aus einem Keramikmaterial mit einer Materialdichte im Bereich von 2,8g/cm3 bis ca. 3, 1 g/cm3.
29. Bauteil (200) nach Anspruch 28,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil als Gehäuse eines optischen Systems ausgebildet ist, bevorzugt als Gehäuse eines optischen Lithographiesystems, besonders bevorzugt als Gehäuse eines EUV- Lithographiesystems.
30. Bauteil (200) nach einem der Ansprüche 28 oder 29,
dadurch gekennzeichnet, dass das als Gehäuse eines optischen Systems ausgebildete Bauteil ausgebildet ist um optische Bauteile wie Linsen und/oder Spiegel zu haltern .
31 . Bauteil (200) nach Ansprüche 28,
dadurch gekennzeichnet, dass Bauteil als Substrat eines optischen Spiegels ausgebildet ist, insbesondere als Substrat eines Spiegels für ein optisches Lithographiesystem.
32. Bauteil nach einem der Ansprüche 28-31 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine räuml iche Ausdehnung (Länge x Breite x Höhe) im Bereich von 50-1 50cm (Länge) x 50-1 50cm (Breite) x 5-1 50cm (Höhe) hat.
33. Bauteil (200) nach einem der Ansprüche 28-32,
dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial des Bauteils einen Elastizitätsmodul von 270GPa oder mehr, bevorzugt mehr als 300GPa, insbesondere im Bereich von 320GPa bis 350GPa hat.
34. Bauteil (200) nach einem der Ansprüche 28-33,
dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial des Bauteils eine Biegesteifigkeit von 280MPa oder mehr, bevorzugt 350MPa oder mehr, besonders bevorzugt 400MPa oder mehr hat.
35. Bauteil (200) nach einem der Ansprüche 28-34, dadurch gekennzeichnet, dass das Keranniknnaterial des Bauteils einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als 3,4 x 1 0"6/K, bevorzugt weniger als 3,0 x 1 0"6/K, besonders bevorzugt 2,7 x 1 0"6/K oder weniger hat.
36. Bauteil (200) nach einem der Ansprüche 28-35,
dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial des Bauteils eine Wärmeleitfähigkeit von 120W/(mK) oder mehr, bevorzugt 140W/(mK) oder mehr, besonders bevorzugt 170W/(mK) oder mehr hat.
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