Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings und Vorformling sowie Verfahren zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils und Faserverbundbauteil

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen und einen Vorformling zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen, wobei ein Stapel aus zumindest zwei aus Kohlenstofffasern ausgebildeten Faserlagen ausgebildet wird. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen und ein Faserverbundbauteil für Hochtemperaturanwendungen.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, einen Vorformling zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen mittels eines Nasswickelverfahrens herzustellen, wobei infolge einer Imprägnierung mit einem Harz nasse Kohlenstofffasern zur Ausbildung eines Stapels aus zumindest zwei aus den Kohlenstofffasern ausgebildeten Faserlagen um einen Formkörper bzw. Wickeldorn einer Wickelvorrichtung gewickelt werden. Dabei liegen die Kohlenstofffasern beispielsweise in Form von einem mit einem Harz vorimprägnierten Faser-Matrix- Halbzeug, wie einem Prepreg, oder in Form von einem trockenen, das heißt harzfreien, Faserbündel, wie einem Roving, welches vor dem Wickeln durch ein Harzbad geführt wird, vor. Als eine Matrix bildendes Harz wird dabei regelmäßig ein Phenolharz eingesetzt. Die Verwendung des Harzes ermöglicht es, die Faserlagen miteinander zu verbinden und so eine von dem Formkörper bestimmte definierte geometri sche Form des Stapel s vorzufixieren. Nach einem Anhärten des Harzes wird der Stapel bzw. der Vorformling dann unter Beibehaltung der Form von dem Formkern entfernt und nach einem Endhärten des Harzes anschließend zu einem Faserverbundbauteil weiterverarbeitet, wobei der Vorformling regelmäßig zur Ausbildung einer Kohlenstoffmatrix bzw. eines Kohlenstoffgitters zunächst pyrolisiert bzw. karnonisiert und anschließend graphitiert sowie nachfolgend mit pyrolyti schem Kohlenstoff infiltriert wird, um ein insbesondere für Hochtemperaturanwendungen geeignetes Bauteil aus kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFC) zu erhalten. Nachteilhaft bei diesem Herstellungsverfahren ist indessen, dass insbesondere das regelmäßig eingesetzte Phenolharz gesundheitsschädlich ist und dessen Einsatz somit kostenintensive erhöhte Schutzmaßnahmen für Arbeiter an einer Herstellungsstätte erforderlich macht. Gleichermaßen sind Lösungsmittel, welche üblicherweise zur Beseitigung von Herstellungsanlagen verunreinigenden Harzrückständen zur Anwendung gelangen müssen, regelmäßig nicht zuträglich für eine Gesundheit der Arbeiter und erfordern folglich auch erhöhte Schutzmaßnahmen. Hinzu kommt, dass infolge der Verwendung eines Harzes bei dem Herstellungsverfahren an sich die zusätzlichen Verfahrensschritte der Härtung des Harzes sowie der Pyrolyse bzw. Karbonisierung und Graphitierung erforderlich sind, welche nicht zuletzt hochgradig energieintensiv und teilweise auch zeitintensiv sind. Diese Faktoren bedingen in ihrer Gesamtheit einen nachteilhaften Anstieg von einer Herstellungszeit und insbesondere auch von Herstellungskosten des nach diesem Herstellungsverfahren hergestellten Vorformlings bzw. Faserverbundbauteils.

Bei einem weiteren aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings zur Ausbildung eines Faserverbundbau- teils für Hochtemperaturanwendungen bzw. Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen wird zunächst durch Umformen eines Wirrfaser- bzw. Kurzfaservlies-Halbzeugs aus Kohlenstofffasern ein Vorformling ausgebildet, welcher insbesondere nachfolgend zur Ausbildung des Faserverbundbauteils mit pyrolytischem Kohlenstoff infiltriert wird. Nachteilhaft bei diesem Herstellungsverfahren ist j edoch, dass der aus den Wirrfasern bzw. Kurzfasern durch Umformen des Wirrfaser- bzw. Kurzfaservlies-Halbzeugs ausgebildete Vorformling eine vergleichsweise hohe Porosität aufweist, so dass bei der Infiltration des Vorformlings mit dem pyrolytischen Kohlenstoff eine Vielzahl von Poren einer Faserstruktur des Vorformlings mit dem pyrolytischen Kohlenstoff aufgefüllt werden muss. Zudem weist ein derart hergestelltes Faserverbundbauteil bedingt durch vergleichsweise schlechtere mechanische Eigenschaften der zur Herstellung des Vorformlings verwendeten Wirrfasern bzw. Kurzfasern eine vergleichsweise geringere Standzeit bzw. Lebensdauer auf.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen und einen Vorformling zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen und ein Faserverbundbauteil für Hochtemperaturanwendungen vorzuschlagen, welches bzw. welcher eine kostenoptimierte Herstellung eines derartigen Vorformlings bzw. Faserverbundbauteils ermöglicht bzw. vergleichsweise kostengünstig herstellbar und hinsichtlich einer Standzeit verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einen Vorformling zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen mit den Merkmalen des Anspruchs 16 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und ein Faserverbundbauteil für Hochtemperaturanwendungen mit den Merkmalen des Anspruchs 17 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen wird ein Stapel aus zumindest zwei aus Kohlenstofffasern ausgebildeten Faserlagen ausgebildet, wobei die Kohlenstofffasern in Form von trockenen Endlosfasern verwendet werden, wobei der Stapel einer die Faserlagen miteinander verbindenden Vernadelungsbehandlung unterzogen wird.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, einen Stapel bzw. ein Laminat aus zumindest zwei aus Kohlenstofffasern ausgebildeten Faserlagen bzw. Faserschichten auszubilden, wobei die Faserlagen übereinander bzw. nebeneinander angeordnet bzw. geschichtet werden können. Vorteilhafterweise kann der Stapel eine Vielzahl von derartigen Faserlagen umfassen. Der Stapel kann dabei grundsätzlich eine beliebige geometrische Form aufweisend, beispielsweise auch rotationssymmetrisch, ausgebildet werden. Die Faserlagen sind aus Kohlenstofffasern ausgebildet. Jedoch ist es grundsätzlich auch denkbar, das Verfahren auf andere Faserarten, wie beispielswiese Oxidkeramikfasern, Siliciumcarbidfasern, Pechfasern, Glasfasern oder Naturfasern, zu übertragen.

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass bei der Ausbildung des Stapel s ausschließlich trockene, das heißt harzfreie, Kohlenstofffasern verwendet werden, aus welchen damit dann auch die Faserlagen als trockene, das heißt harzfreie, Faserlagen ausgebildet sind bzw. werden. Mit anderen Worten wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine Imprägnierung bzw. Vorimprägnierung der Kohlenstofffasern mit einem Harz, insbesondere mit einem gesundheitsschädlichen Phenolharz, vollständig verzichtet, so dass infolgedessen keine kostenintensiven erhöhten Schutzmaßnahmen für Arbeiter an einer Herstellungsstätte erforderlich sind. Auch eine Anwendung von gesundheitsschädlichen Lösungsmitteln erübrigt sich, da eine Beseitigung von Herstellungsanlagen verunreinigenden Harzrückständen wegen des Verzichts auf die Imprägnierung bzw. Vorimprägnierung der Kohlenstofffasern mit einem Harz nicht notwendig ist. Zudem entfällt infolge der Verwendung von den trockenen Kohlenstofffasern zumindest der zusätzliche energieintensive und zeitintensive Verfahrensschritt der Härtung des Harzes. Je nach vorgesehener Weiterverarbeitung des Vorformlings entfallen auch die zusätzlichen energieintensiven Verfahrensschritte der Pyrolyse bzw. Karboni sierung und der anschließenden Graphitierung vollständig. Somit erfordert das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur einen vergleichsweise verringerten Einsatz von Rohstoffen, sondern auch eine vergleichsweise verringerte Anzahl an Verfahrensschritten. Insgesamt ermöglicht die Verwendung von trockenen Kohlenstoffasern daher eine zeitoptimierte und insbesondere auch kostenoptimierte Herstellung des Vorformlings bzw. eines aus dem Vorformling hergestellten Faserverbundbauteils aus insbesondere kohlenstofffaserverstärktem Kohlenstoff (CFC).

Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die Kohlenstofffasern in Form von Endlosfasern verwendet werden. Endlosfasern weisen verglichen mit Wirrfasern bzw. Kurzfasern erheblich verbesserte mechani sche Eigenschaften, insbesondere eine Steifigkeit und eine Festigkeit, auf, so dass der Vorformling grundsätzlich zu einem Faserverbundbauteil mit einer vergleichsweise erhöhten Standzeit bzw. Lebensdauer weiterverarbeitet werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von Endlosfasern die Ausbildung des Vorformlings mit einer vergleichsweise geringen Porosität, so dass bei einer möglichen nachfolgenden Beschichtung bzw. Infiltration des Vorformlings mit pyrolytischem Kohlenstoff vergleichsweise wenige Poren einer Faserstruktur des Vorformlings mit dem pyrolytischen Kohlenstoff aufgefüllt werden müssen. Zudem ermöglich die Verwendung von Endlosfasern, den Stapel bzw. Vorformling durch Wickeln bzw. Trockenwickeln auszubilden. Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass der Stapel einer die Faserlagen miteinander verbindenden Vernadelungsbehandlung unterzogen wird, die Faserlagen also mittels der Vernadelungsbehandlung miteinander verbunden werden. Im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Nasswickelverfahren werden die Faserlagen folglich nicht durch ein Harz, sondern durch eine Vernadelungsbehandlung des Stapels, miteinander verbunden, wobei zumindest unmittelbar benachbarte Faserlagen miteinander verbunden werden können. Bei der Vernadelungsbehandlung können Strukturierungsnadeln bzw. Filznadeln einer automatisch arbeitenden Vernadelungsvorrichtung in den Stapel eindringen und zur Vernadelung der Kohlenstofffasern bzw. Endlosfasern in Eingriff mit den Kohlenstofffasern bzw. Endlosfasern gebracht werden. Diese Vernadelung kann zu einem vorteilhaften Verfilzen des Stapels bzw. der Faserlagen führen, wodurch eine strukturfeste geometrische Form des Stapel s bzw. Vorformlings erhalten werden kann.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass durch die Verwendung von trockenen Endlosfasern, welche vernadelt werden, ein Faservolumenanteil bzw. Faservolumengehalt eines aus dem Vorformling hergestellten Faserverbundbauteils erhöht werden kann, was sich vorteilhaft auf die mechanischen Eigenschaften des Faserverbundbauteils auswirken kann.

Im Ergebni s ermöglich das erfindungsgemäße Verfahren somit eine zeitoptimierte und kostenoptimierte Herstellung eines Vorformlings bzw. eines aus dem Vorformling hergestellten Faserverbundbauteils, wobei das Faserverbundbauteil verbesserte mechanische Eigenschaften bzw. eine verbesserte Standzeit aufweist.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dem Stapel nach dem Unterziehen der Vernadelungsbehandlung mindestens einmal zumindest eine weitere Faserlage aus den Kohlenstofffasern in Form von trockenen Endlosfasern hinzugefügt werden, wobei der Stapel einer weiteren Vernadelungsbehandlung unterzogen werden kann. Dem- zufolge kann vorgesehen sein, dem Stapel nach einer Durchführung der Vernadelungsbehandlung zumindest eine weitere Faserlage, welche aus den Kohlenstofffasern in Form von trockenen Endlosfasern ausgebildet ist bzw. wird, hinzuzufügen. Anschließend kann der um die zumindest eine weitere Faserlage erweiterte Stapel einer weiteren Vernadelungsbehandlung unterzogen werden. Die Verfahrensschritte des Hinzufügens zumindest einer weiteren Faserlage zu dem Stapel und des Unterziehens des um die zumindest eine weitere Faserlage erweiterten Stapels einer weiteren Vernadelungsbehandlung können beliebig oft wiederholt werden. Durch ein Durchführen von mehreren Vernadelungsbehandlungen kann vorteilhaft ein verbesserter Zusammenhalt der Faserlagen und somit eine höhere Strukturfestigkeit des Stapels bzw. Vorformlings erreicht werden. Eine Eindringtiefe der Strukturierungsnadel in den Stapel bzw. erweiterten Stapel kann dabei so angepasst werden, dass diese im Wesentlichen ausschließlich in die zumindest eine weitere Faserlage und in eine dieser weiteren Faserlage unmittelbar vorangehend ausgebildete bzw. angeordnete Faserlage eindringen kann, um die Kohlenstofffasern in den übrigen Faserlagen nicht unnötig weiter zu vernadeln oder gegebenenfalls zu beschädigen.

Vorteilhafterweise kann der Stapel ausschließlich aus den Faserlagen aus den Kohlenstofffasern in Form von trockenen Endlosfasern ausgebildet werden. In diesem Fall umfasst der Stapel dann ausschließlich Faserlagen, welche aus den Kohlenstofffasern in Form von trockenen Endlosfasern ausgebildet sind bzw. werden.

Vorteilhafterweise kann der Stapel mit einer definierten geometrischen Form ausgebildet werden, wobei die Form infolge der Vernadelungsbehandlung fixiert werden kann. Der Stapel kann einen Faserkörper bzw. ein Fasergebilde ausbilden, welcher die Form aufweisen kann. Grundsätzlich kann die Form beliebig gewählt werden. Die Form kann zweidimensional bzw. flächig, insbesondere rechteckig, quadratisch oder kreisartig bzw. rund, sein. Alternativ kann die Form dreidimensional sein. Vorzugsweise kann die Form rotationssymmetrisch, insbesondere zylindrisch oder konisch, sein. Die Form kann so gewählt werden, dass der Vorformling zu einem ein Rohr, einen Tiegel, eine Platte, ein Profil, einen Stab oder ein Gitter ausbildenden Faserverbundbauteil weiterverarbeitet werden kann. Die Form des Stapels kann durch die Vernadelungs- behandlung derart fixiert werden, dass der Vorformling die Form aufweist, also hinsichtlich dieser Form strukturfest ist, so dass der Vorformling unter Beibehaltung der Form zu einem Faserverbundbauteil weiterverarbeitet werden kann, welches dann ebenfall s die Form aufweisen kann.

Vorteilhafterweise können die Faserlagen aus einem Filamentgarn bzw. aus Rovings und/oder einem Faserhalbzeug ausgebildet sein bzw. werden. Das Filamentgarn kann ein Bündel bzw. Strang aus den parallel angeordneten Endlosfasern bzw. Filamenten sein und beispiel sweise 1 K, 3 K, 6 K, 12 K, 24 K Filamente umfassen. Weiter kann das Faserhalbzeug insbesondere ein Gewebe, ein Gelege, Geflecht oder ein Vlies bzw. Vliesstoff sein, welches bzw. welcher aus den Endlosfasern ausgebildet sein kann. Das Faserhalbzeug kann seinerseits aus einem Filamentgarn ausgebildet sein. Wesentlich ist, dass die in dem Filamentgarn bzw. Faserhalbzeug enthaltenen Kohlenstofffasern trockene Endlosfasern sind, so dass eine harzfreie Herstellung des Vorformlings erfolgen kann.

Die Faserlagen können derart ausgebildet werden, dass die Kohlenstofffasern in einer Faserlage in eine einzige Richtung verlaufen und/oder dass eine Richtung eines Faserverlaufs entlang einer Stapelrichtung betrachtet von Faserlage zu Faserlage zumindest teilweise variiert. Demzufolge können die Faserlagen als unidirektionale Schichten ausgebildet sein bzw. werden. Grundsätzlich können die Kohlenstofffasern in einer Faserlage j edoch auch in unterschiedliche Richtungen orientiert sein, also keine bevorzugte Ausrichtung besitzen. Weiter können die Kohlenstofffasern in den Faserlagen derart angeordnet sein, dass die Faserlagen in Kreuzlage angeordnet sein können. Vorteilhafterweise kann der Stapel durch Wickeln mittel s einer Wickelvorrichtung und/oder Legen mittels einer Legevorrichtung ausgebildet werden. Insbesondere kann der Stapel bzw. können die Faserlagen damit auch durch Wickeln oder Legen des Filamentgarns und/oder des Faserhalbzeugs, insbesondere von Vlies bzw. Vliesstoff, ausgebildet werden. Die Wickelvorrichtung kann mehrere Achsen, beispielsweise sechs Achsen, aufweisen.

Der Stapel kann unter Anordnen der Faserlagen an einem Formkern der Wickelvorrichtung oder der Legevorrichtung ausgebildet werden. Der Formkern kann durch eine geometrische Form des Formkerns eine geometrische Form des Stapel s bzw. Vorformlings bestimmen. Zur Ausbildung eines rotationssymmetrischen Stapels bzw. Vorformlings kann der Formkern dann beispielsweise mit einer rotationssymmetrischen Form ausgebildet sein. Der Formkern kann ein Wickeldorn sein, auf bzw. um welchen die Faserlagen bzw. Kohlenstofffasern bzw. Endlosfasern zur Ausbildung des Stapels gewickelt bzw. aufgewickelt werden können. Dabei können die Endlosfasern über Umlenkungen und Reibung sowie mittels Haltestiften an dem Formkern vorfixiert werden. Weiter kann der Formkern zumindest teilweise aus Styropor ausgebildet sein.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Formkern bei der Ausbildung des Stapels und/oder bei der Vernadelungs- behandlung rotiert werden. Dabei kann der an dem Formkern angeordnete Stapel dann rotiert werden. Jedoch ist eine Rotation des Formkerns bzw. Stapel s nicht zwangsweise erforderlich. Die Vernadelungsbehandlung kann vorteilhafterweise bei an dem Formkern angeordneten Stapel erfolgen.

Vorteilhafterweise kann der durch das Unterziehen des Stapels der Vernadelungsbehandlung erhaltene Vorformling nach der Vernadelungsbehandlung von dem Formkern entfernt werden. Dabei kann der Stapel bzw. Vorformling aufgetrennt und von dem Formkern abgezogen werden. Da der Vorformling infolge der Vernadelungsbehandlung eine Struktur- feste geometrische Form aufweisen kann, kann der Vorformling unter Beibehaltung der Form von dem Formkern entfernt und weiterverarbeitet werden, insbesondere mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet bzw. infiltriert werden.

Vorteilhafterweise kann infolge der Vernadelungsbehandlung ein Faserverlauf der Kohlenstofffasern teilweise umgelenkt werden und/oder können die Kohlenstofffasern teilweise beschädigt werden und/oder kann eine, vorzugsweise kontinuierliche, Faserstruktur der Kohlenstofffasern teilweise unterbrochen werden. Durch eine Vernadelung der Endlosfasern, beispielsweise mittels Strukturierungsnadeln bzw. Filznadeln, können die Endlosfasern bzw. Endlosfaserbündel zur Verbindung der Faserlagen aus einer Faserlage in zumindest unmittelbar zu der Faserlage benachbarte Faserlagen umgelenkt werden, wodurch auch eine Verfestigung bzw. ein Verfilzen der Faserlagen bzw. des Stapels erreicht werden kann. Dabei können die Endlosfasern, insbesondere die Endlosfasern aus verschiedenen Faserlagen, miteinander verschlungen werden. Bei der Vernadelung kann eine kontinuierliche Faserstruktur der Endlosfasern unterbrochen werden. Auch können die Endlosfasern bei der Vernadelung partiell beschädigt bzw. eingekürzt bzw. gebrochen werden. Die Unterbrechung der Faserstruktur bzw. die Beschädigung der Endlosfasern kann dabei nur insoweit zugelassen werden, al s diese durch die vergleichsweise guten mechanischen Eigenschaften der Endlosfasern zu einem Großteil kompensiert werden kann. Insgesamt kann dadurch ein strukturfester Vorformling erhalten werden.

Vorteilhafterweise kann die Vernadelungsbehandlung in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung eines Faserverlaufs der Kohlenstofffasern erfolgen. Eine Vernadelungsrichtung kann parallel zur einer Stapelrichtung gewählt werden. Bei einem rotationssymmetrischen Stapel kann die Vernadelungsbehandlung bezogen auf den Stapel in einer radialen Richtung erfolgen. Grundsätzlich kann ein Winkel zwischen der Verna- delungsrichtung und der Richtung des Faserverlaufs der Kohlenstofffasern j edoch auch beliebig bzw. geeignet gewählt werden.

Vorteilhafterweise kann die Vernadelungsbehandlung mittels einer, vorzugsweise elektrisch oder pneumatisch angetriebenen, Vernadelungs- vorrichtung durchgeführt werden, wobei zumindest eine Strukturierungsnadel bzw. Filznadel der Vernadelungsvorrichtung in den Stapel eintauchend in Eingriff mit den Kohlenstofffasern gebracht werden kann. Die Vernadelungsvorrichtung kann ein mehrachsiger Roboter sein. Bei der Vernadelungsbehandlung kann die Vernadelungsvorrichtung mehrere hundert Hubbewegungen pro Minute ausführen. Der Stapel kann während der Vernadelungsbehandlung auf einem Tisch angeordnet sein. Die Strukturierungsnadel kann rund oder eckig gekerbt sein. Weiter kann die Vernadelungsvorrichtung mit der Wickelvorrichtung bzw. Legevorrichtung in einer Anlage integriert sein.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Herstellung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen wird zur Ausbildung des Faserverbundbauteils der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings hergestellte Vorformling mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet, vorzugsweise infiltriert. Vorzugsweise wird der Vorformling mit dem pyrolyti schen Kohlenstoff infiltriert. Der pyrolytische Kohlenstoff kann dann in eine Faserstruktur des Vorformlings eindringen und zwischen den Kohlenstofffasern befindliche Zwischenräume bzw. Poren der Faserstruktur zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, ausfüllen und die Kohlenstofffasern vollständig umgeben. Gleichwohl kann vorgesehen sein, dass lediglich eine Beschichtung des Vorformlings mit dem pyrolytischen Kohlenstoff vorgenommen wird, was zu einer Ausbildung einer Oberflächenschicht aus dem pyrolytischen Kohlenstoff führen kann. Dadurch, dass eine Kohlenstoffmatrix harzfrei, vollständig aus dem pyrolytischen Kohlenstoff ausgebildet werden kann, kann die Kohlenstoffmatrix eine Vergleichs- weise verbesserte Qualität aufweisen, so dass das Faserverbundbauteil vergleichsweise bessere mechani sche Eigenschaften aufweist.

Vorteilhafterweise kann das Beschichten bzw. das Infiltrieren des Vorformlings mit dem pyrolytischen Kohlenstoff mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) bzw. chemischer Gasphaseninfiltration (CVI) erfolgen. Dazu kann der Vorformling in einer Reaktionskammer angeordnet werden, in welche ein Reaktionsgas aus einem Kohlenwasserstoff eingebracht werden kann, wobei der pyrolytische Kohlenstoff aufgrund einer chemischen Reaktion aus der Gasphase abgeschieden werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Vorformling zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils für Hochtemperaturanwendungen ist ein Stapel aus zumindest zwei aus Kohlenstofffasern ausgebildeten Faserlagen ausgebildet, wobei die Kohlenstofffasern in Form von trockenen Endlosfasern verwendet sind, wobei der Stapel einer die Faserlagen miteinander verbindenden Vernadelungsbehandlung unterzogen ist. Zu den vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Vorformlings wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Vorformlings verwiesen.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Vorformlings ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Verfahrensanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Faserverbundbauteil für Hochtemperaturanwendungen ist zur Ausbildung des Faserverbundbauteils der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings hergestellte Vorformling mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet, vorzugsweise infiltriert. Zu den vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Faserverbundbauteils wird auf die Vorteil sbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Faserverbundbauteils verwiesen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Faserverbundbauteils kann das Faserverbundbauteil zur Verwendung für eine Vorrichtung zur Kristallzüchtung, beispielsweise zur Siliciumkristallzüchtung, insbesondere als ein Tiegel, ausgebildet sein. Ebenso kann das Faserverbundbauteil als Rohr, Platte, Profil, Stab oder Gitter ausgebildet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Faserverbundbauteils ergibt sich aus der Merkmalsbeschreibung des auf den Verfahrensanspruch 14 rückbezogenen Unteranspruchs.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Teilansicht eines Stapels aus Faserlagen im Querschnitt während einer Vernadelungsbehandlung;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Vernadelungsvorrichtung.

Die Fig. 1 zeigt einen Stapel 10, welcher aus einer Vielzahl von übereinander angeordneten Faserlagen 1 1 aus Kohlenstoffasern 12 in Form von trockenen Endlosfasern ausgebildet ist, während einer Vernadelungsbehandlung, wobei eine Strukturierungsnadel 13 einer hier nicht gezeigten Vernadelungsvorrichtung in Eingriff mit den Kohlenstofffasern 12 gebracht wird, um aus dem Stapel 10 unter Verbindung der Faserlagen 1 1 einen Vorformling zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils auszubilden. Durch eine Vernadelung der Kohlenstofffasern 12 werden die Kohlenstofffasern 12 teilweise umgelenkt und miteinander verschlungen, wobei die Faserlagen 1 1 verfilzt werden. Dabei sind die Faserlagen 1 1 aus einem Vlies ausgebildet.

Die Fig. 2 zeigt eine Vernadelungsvorrichtung 14, welche durch einen mehrachsigen Roboter 14 ausgebildet ist, welcher einen Roboterarm 15 mit einem endseitigen Abschnitt 16 umfasst, welcher hier nicht gezeigte Strukturierungsnadeln aufweist, um einen Stapel 17 aus hier ebenfalls nicht gezeigten Faserlagen aus Kohlenstofffasern in Form von trockenen Endlosfasern, einer die Faserlagen miteinander verbindenden Vernade- lungsbehandlung zu unterziehen, um einen Vorformling zur Ausbildung eines Faserverbundbauteils auszubilden. Dabei ist der rotationssymmetrisch ausgebildete Stapel 17 auf einem Tisch 18 angeordnet.