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Title:
METHOD FOR PRODUCING A PYROLYTIC CARBON LAYER/CARBON FIBER COMPOSITE COMPONENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/086290
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing a composite component, said composite component being made of a matrix composite material made of a reinforcing material and a matrix material. The reinforcing material is coated with pyrolytic carbon, and a preform is made from the reinforcing material. The reinforcing material is coated with the pyrolytic carbon in order to produce the pre-form. The pyrolytic carbon is deposited on the reinforcing material from the gas phase. The pre-form at least partly has an open pore structure, said open pore structure being infiltrated with the matrix material, thus forming the composite component. The invention further relates to an alternative method for producing a composite component, wherein the pyrolytic carbon is deposited on the reinforcing material from the gas phase, a mixture of the reinforcing material and the matrix material is formed, and the composite component is formed by sintering the mixture.

Inventors:
WECK, Rudolf (Vor der Eiskaut 24, Sinn, 35764, DE)
WELLER, Steffen (Wetzlarer Straße 34, Asslar, 35614, DE)
GÄRTNER, Ralf (Am Salzpfad 22, Lahnau, 35633, DE)
REYNVAAN, Conrad (Leschetizkygasse 9, Bad Ischl, A-4820, AT)
SCHNEWEIS, Stefan (Auf der Hohl 2, Grävenwiesbach, 61279, DE)
Application Number:
EP2014/075251
Publication Date:
June 18, 2015
Filing Date:
November 21, 2014
Export Citation:
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Assignee:
SCHUNK KOHLENSTOFFTECHNIK GMBH (Rodheimer Straße 59, Heuchelheim, 35452, DE)
International Classes:
C22C47/04; C22C47/02; C22C47/06; C22C47/08; C22C47/12; C22C49/02; C22C49/06; C22C49/11; C22C49/12; C22C49/14
Foreign References:
CN1718834A2006-01-11
CN1603448A2005-04-06
US4132828A1979-01-02
US20080003426A12008-01-03
US4415609A1983-11-15
JP2008196053A2008-08-28
JP2009127116A2009-06-11
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
ADVOTEC. PATENT- UND RECHTSANWÄLTE (Georg-Schlosser-Str. 6, Gießen, 35390, DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei das Verbundbauteil aus einem Matrix-Verbundwerkstoff aus einem Armierungswerkstoff und einem Matrixwerkstoff gebildet wird, wobei der Armierungswerkstoff mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet wird,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass aus dem Armierungswerkstoff ein Vorformling ausgebildet wird, wobei der Armierungswerkstoff zur Ausbildung des Vorformlings mit dem pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet wird, wobei der pyrolyti- sche Kohlenstoff auf dem Armierungswerkstoff aus der Gasphase abgeschiedenen wird, wobei der Vorformling zumindest teilweise eine offene Porenstruktur aufweist, wobei die offene Porenstruktur mit dem Matrixwerkstoff infiltriert und so das Verbundbauteil ausgebildet wird.

Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Infiltration mittels Abscheidung des Matrixwerkstoffs aus der Gasphase erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Infiltration mittels einer aus dem Matrixwerkstoff gebildeten Schmelze erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass der Vorformling in einer Gießform angeordnet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass die Infiltration mittels Druckguss, Pressgießen oder Vakuumgießen erfolgt.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Vorformling zumindest teilweise oder vollständig mit geschmolzenem Metall oder Silizium infiltriert wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass als Armierungswerkstoff technische Fasern verwendet werden, wobei aus den Fasern ein Faserverbund ausgebildet wird, wobei aus dem Faserverbund der Vorformling ausgebildet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine zumindest teilweise unidirektionale Orientierung der Fasern des Faserverbundes ausgebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Faserverbund verpresst wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass der Faserverbund als eine räumlich orientierte Tragstruktur des Verbundbauteils ausgebildet wird, die an einen Lastfall des Verbundbauteils angepasst ist.

Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei das Verbundbauteil aus einem Matrix-Verbundwerkstoff aus einem Armierungswerkstoff und einem Matrixwerkstoff gebildet wird, wobei der Armierungswerkstoff mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet wird,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass der pyrolytische Kohlenstoff auf dem Armierungswerkstoff aus der Gasphase abgeschiedenen wird, wobei eine Mischung aus dem Armierungswerkstoff und dem Matrixwerkstoff ausgebildet wird, wobei durch Sintern der Mischung das Verbundbauteil ausgebildet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet,

dass als Armierungswerkstoff Kurzschnittfasern oder Nanoröhren verwendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,

dadurch gekennzeichnet,

dass vor dem Sintern durch Kaltpressen der Mischung ein Vorform- ling ausgebildet wird.

14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass das Verbundbauteil frei von Carbiden ausgebildet wird.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass der Matrix-Verbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern als Armierungswerkstoff und einem Metall oder einer Metalllegierung als Matrixwerkstoff gebildet wird.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass als Matrixwerkstoff Aluminium, Titan, Magnesium, Kupfer oder eine Legierung eines dieser Metalle verendet wird.

17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass der pyrolytische Kohlenstoff als eine mittels eines CVD- Verfahrens oder eines CVI-Verfahrens auf dem Armierungswerkstoff erzeugte Abscheidung ausgebildet wird.

18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass der beschichtete Armierungswerkstoff mit einer weiteren Be- schichtung aus Siliziumkarbid versehen wird.

19. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass das Verbundbauteil so ausgebildet wird, dass es einen Matrixwerkstoffanteil von mehr als 50 Volumenprozent aufweist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18,

dadurch g e k e nn z e i c hn e t ,

dass das Verbundbauteil so ausgebildet wird, dass es einen Armierungswerkstoffanteil von mehr als 50 Volumenprozent aufweist.

Description:
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES PYROLITICHE

KOHLENSCHICHTE/KOHLENFASERN VERBUNDBAUTEILS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei das Verbundbauteil aus einem Matrix-Verbundwerkstoff aus einem Armierungswerkstoff und einem Matrixwerkstoff gebildet wird, wobei der Armierungswerkstoff mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet wird. Die zur Ausbildung von Verbundbauteilen verwendeten Matrix- Verbundwerkstoffe bestehen regelmäßig aus einem zusammenhängenden Matrixwerkstoff, wie beispielsweise eine Metallmatrix und einer aus Partikeln oder Fasern, wie beispielsweise Kohlenstofffasern gebildeten Verstärkung in ihrem Inneren. Diese Verbundbauteile finden aufgrund ihrer hohen Stabilität bei zugleich geringem Gewicht allgemein Verwendung im Leichtbau, wie zum Beispiel im Kraftfahrzeugbau, Flugzeugbau oder in der Raumfahrt. Die die Matrix verstärkenden Fasern können Kurzschnittfasern oder auch Endlosfasern sein. Die Kurzschnittfasern können beispielsweise einer Metallschmelze zugesetzt und mit vergossen werden. Dabei kann es j edoch leicht zu Inhomogenitäten bei der Verteilung des Fasermaterials kommen. So kann sich j e nach Gestalt einer Gieß form oder nach Art des angewendeten Gießverfahrens eine zugegebene Menge Fasern innerhalb des so ausgebildeten Verbundbauteils in unerwünschter Weise ungleichmäßig verteilen. Dies wird insbesondere auch dadurch begünstigt, dass beispielsweise Kohlenstofffasern gegen- über Metall eine wesentlich andere Dichte aufweisen.

Weiter ist es bekannt, kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff als Werkstoff zur Ausbildung eines Verbundbauteils zu verwenden. Bei einem kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff werden zunächst organische Fasern, wie Aramidfasern oder Kohlenstofffasern mit beispielsweise einem Harz getränkt, wobei das Harz und ggf. die Aramidfasern nachfo lgend pyrolysiert werden. Ein so ausgebildeter Vorformling kann dann allerdings nicht mehr oder nicht mehr vollständig mit einem Metall oder einem anderen geschmolzenen Matrixmaterial infiltriert werden, weil die Zwischenräume zwischen den Fasern dann nahezu vollständig von

Kohlenstoff ausgefüllt sind, der dann die Matrix des Verbundwerkstoffes bildet. Gleichwohl ist es möglich einen Faserverstärkten Kohlenstoff bzw. ein derartiges Verbundbauteil mit einem Metall zu beschichten, wobei dann j edoch nicht die mechanischen Festigkeitseigenschaften eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs erzielt werden können. Beim Vergießen oder Infiltrieren von beispielsweise pyrolysierten Fasern oder Kohlenstofffasern mit Aluminium kann es darüber hinaus zur Bildung von Carbiden bzw. Aluminiumcarbid kommen, was bei einem längeren Verweilzeitraum der Kohlenstofffasern in einer Aluminiumschmelze zur Auflö sung der Kohlenstofffasern führt, was wiederum die mechanischen Festigkeitseigenschaften des so ausgebildeten Verbundbauteils verschlechtert. Die Carbidbildung wird im Wesentlichen durch eine Reaktion des Kohlenstoffs der pyrolysierten Fasern, eines anderen, Kohlenstoff enthaltenden Armierungswerkstoffs oder einer Schicht aus Glaskohlenstoff auf den Fasern oder dem Armierungswerkstoff mit dem Matrixwerkstoff bewirkt. Der vorbeschriebene Effekt tritt auch bei einer Infiltration mit beispielsweise anderen Metallen oder Silizium auf. Grundsätzlich wird eine Bildung von Carbiden, insbesondere in auf hohe Festigkeitseigenschaften ausgelegten Bauteilen als negativ angesehen. Die beim Gießen, Tauchen, Pressen, Sintern oder anderen Herstellungsverfahren vorherrschenden, hohen Temperaturen bewirken j edoch die unerwünschte Carbidbildung.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils mit verbesserten

Festigkeitseigenschaften vorzuschlagen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An- spruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils wird das Verbundbauteil aus einem Matrix-Verbundwerkstoff aus einem Armierungswerkstoff und einem Matrixwerkstoff gebildet, wobei der Armierungswerkstoff mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet wird, wobei aus dem Armierungswerkstoff ein Vorformling ausgebildet wird, wobei der Armierungswerkstoff zur Ausbildung des Vorform- lings mit dem pyrolytischen Kohlenstoff beschichtet wird, wobei der pyrolytische Kohlenstoff auf dem Armierungswerkstoff aus der Gasphase abgeschieden wird, wobei der Vorformling zumindest teilweise eine offene Porenstruktur aufweist, wobei die offene Porenstruktur mit dem Matrixwerkstoff infiltriert und so das Verbundbauteil ausgebildet wird.

Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Armierungswerkstoff bzw. der daraus ausgebildete Vorformling von dem

Matrixwerkstoff umgeben bzw. ausgefüllt, wobei ein unmittelbarer

Kontakt von dem Armierungswerkstoff mit dem Matrixwerkstoff durch die Beschichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff, und damit einer Carbidbildung, verhindert wird. Dabei ist es auch hier zunächst unerheblich, in welcher geometrischen Form der Armierungswerkstoff vorliegt.

Beispielsweise kann es sich um Fasern oder Partikel handeln. Der Armierungswerkstoff wird demnach vollständig von dem pyrolyti- schen Kohlenstoff umgeben, wobei der Armierungswerkstoff an seinen gegenseitigen Kontaktpunkten von Werkstoffpartikelgrenzen oder Fasergrenzen des Armierungswerkstoffs mittels der Beschichtung aus dem pyrolytischen Kohlenstoff miteinander verbunden wird. Da der Armierungswerkstoff mit einer vergleichsweise dünnen Schicht von pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet wird, verbleibt zwischen den Werkstoffpartikeln oder Fasern des Armierungswerkstoffs noch ein Zwischenraum, der eine ausreichende, für eine Infiltration mit einem Matrixwerkstoff geeignete Porosität des Vorformlings gewährleistet. Der formstabile Vorformling kann so mit dem Matrixwerkstoff infiltriert werden, ohne dass die geometrische Form des Vorformlings aufgelöst oder verändert wird.

Insgesamt kann so eine geometrische Orientierung des Armierungswerk- Stoffs fixiert werden, wobei der Armierungswerkstoff selbst erhalten bleibt und aneinander anhaftet. Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Verbundbauteil weist dann gegenüber einem herkömmlichen Verbundbauteil verbesserte mechanische Festigkeitseigenschaften, auch im Bezug auf ein vergleichbares Bauteilgewicht, auf. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der pyrolytische Kohlenstoff auf dem Armierungswerkstoff aus der Gasphase abgeschieden. Dadurch wird es möglich den Armierungswerkstoff mit einer vergleichsweise dünnen Schicht aus pyrolytischem Kohlenstoff zu beschichten. Weiter ist eine Schichtdicke bei einer Beschichtung aus der Gaspha- se j e nach Bedarf besonders einfach einstellbar. Auch ist es möglich

Armierungswerkstoffe mit nahezu beliebigen Geometrien und Packungsdichten mit pyrolytischem Kohlenstoff zu beschichten, da das betreffende Gas den Armierungswerkstoff gut durchdringen kann.

Wesentlich für die Herstellung eines Verbundbauteils ist, dass der Vorformling mit einer offenen Porenstruktur ausgebildet wird. So wird es möglich, dass der Vorformling leicht mit dem Matrixwerkstoff auf unterschiedliche Art und Weise infiltriert werden kann. Zumindest teilweise geschlossene Porenstrukturen verhindern eine vollständige Infiltrierung des Vorformlings mit Matrixwerkstoff und haben eine Bildung von sich negativ auf eine mechanische Festigkeit des Verbund- bauteils auswirkenden Hohlräumen zur Folge.

Die Infiltration des Vorformlings mit Matrixwerkstoff kann mittels Abscheidung des Matrixwerkstoffs aus der Gasphase erfo lgen. Vorzugsweise kann dann der Matrixwerkstoff als eine mittels eines CVD- Verfahrens und/oder eines CVI-Verfahrens auf dem bereits mit pyrolyti- schem Kohlenstoff beschichteten Armierungswerkstoff erzeugte Abscheidung ausgebildet werden. Die Infiltration durch eine Beschichtung des Armierungswerkstoffs mit Matrixwerkstoff kann so besonders verlässlich durchgeführt werden, da die Infiltration über einen längeren Zeitraum und gesteuert durchgeführt werden kann. Auch ist es möglich mehrere Behandlungsschritte vorzusehen, bei denen der Vorformling mittels des CVD- und/oder CVI-Verfahrens mit Matrixwerkstoff durch Abscheidung aus der Gasphase infiltriert wird.

Alternativ kann die Infiltration mittels einer aus dem Matrixwerkstoff gebildeten Schmelze erfo lgen. So kann ein Verbundbauteil durch Gießen oder Eintauchen in eine Schmelze mit flüssigem Matrixwerkstoff ausgebildet werden, wobei dann der Vorformling während eines Gießvorgangs oder Eintauchvorgangs mit geschmo lzenem Matrixwerkstoff infiltriert wird.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich den Vorformling in einer Gießform anzuordnen. So kann ein Verbundbauteil mit einer gewünschten geometrischen Form gegossen werden, wobei der Vorformling dann während des Gießvorgangs mit geschmo lzenem Matrixwerkstoff infiltriert werden kann. Beispielsweise können ein oder mehrere Vorformlinge in Art eines Kerns in eine Gießform eingelegt werden, wobei der Vorformling die Gießform vo llständig oder auch nur teilweise ausfüllen kann. Weiter kann der Vorformling so in der Gieß- form angeordnet werden, dass der Vorformling nur abschnittsweise mit Matrixwerkstoff infiltriert wird, das heißt, ein Abschnitt des so erhaltenen Verbundbauteils kann ausschließlich aus beschichteten Armierungswerkstoff ohne Matrixwerkstoff bestehen, wobei ein weiterer Abschnitt des Verbundbauteils beschichteten Armierungswerkstoff mit Matrixwerkstoff umfasst. Das Verbundbauteil kann darüber hinaus auch einen Abschnitt aufweisen, der ausschließlich aus dem Matrixwerkstoff ausgebildet ist. So wird es möglich Verbundbauteile herzustellen, die an Belastungsfälle oder bestimmte Anwendungen angepasste Bauteilab- schnitte aufweisen.

Eine Infiltration des Vorformlings kann mittels Druckguss, Pressgießen oder Vakuumgießen erfolgen. Beispielsweise sind mittels Druckguss besonders maßhaltige Verbundbauteile herstellbar. Durch das Vakuumgießen kann einfach erreicht werden, dass eine vollständige Infiltration des Vorformlings mit Matrixwerkstoff erfolgt. Dadurch, dass der Vorformling formstabil ist, lässt er sich besonders einfach in die vorgenannten Gießverfahren zur Herstellung des Verbundbauteils integrieren.

Der Vorformling kann zumindest teilweise oder vollständig mit geschmo lzenem Metall oder Silizium infiltriert werden. So kann dann eine zusammenhängende Matrix aus Metall erhalten werden, die im Wesentlichen alle Zwischenräume der Porenstruktur des Vorformlings vollständig ausfüllt. In einer besonders einfachen Variante des Verfahrens kann es vorgesehen sein, den Vorformling lediglich durch Eintauchen in eine Schmelze mit dem geschmo lzenen Metall oder Silizium zu infiltrieren. Der Vorformling kann dabei vergleichsweise lange in der Schmelze verbleiben, da eine Auflö sung des Armierungswerkstoffs bzw. eine Carbidbildung aufgrund der Beschichtung aus pyrolytischem Kohlenstoff verhindert wird. Auch besteht die Möglichkeit den Vorformling mehrfach mit geschmo lzenem Metall oder Silizium zu infiltrieren, um eine voll- ständige Infiltration zu erreichen. Gleiches trifft auf eine Infiltration mittels einer Abscheidung von Metall oder Silizium aus der Gasphase zu. Die mechanischen Festigkeitseigenschaften des Verbundbauteils können demnach dadurch verbessert werden, dass als Armierungswerkstoff technische Fasern verwendet werden, wobei aus den Fasern ein Faserverbund ausgebildet werden kann, und wobei aus dem Faserverbund der Vorformling ausgebildet werden kann. Aus den technischen Fasern wird fo lglich zunächst ein Faserverbund ausgebildet, der eine definierte Geometrie aufweist. Unerwünschte Inhomogenitäten der Fasern im

Verbundbauteil können so vermieden werden. Aus dem Faserverbund kann dann ein formstabiler Vorformling dadurch ausgebildet werden, dass die Fasern des Faserverbunds mit pyrolytischem Kohlenstoff aus der Gasphase beschichtet werden.

Weiter kann es vorgesehen sein, eine zumindest teilweise unidirektionale Orientierung der Fasern des Faserverbundes auszubilden. Beispielsweise können Endlosfasern durch Wickeln, Flechten oder eine andere beliebige Technik in eine gewünschte geometrische Form gebracht werden. Prinzipiell ist es j edoch auch möglich Kurzschnittfasern ohne eine bestimmte räumliche Orientierung für eine Beschichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff zu verwenden. Die Kurzschnittfasern können in Form einer Fasermatte oder eines Vlies vorliegen, wobei die Fasermatte bzw. das Vlies selbst zur geometrischen Formgebung des Vorformlings verwendet werden kann. Bevorzugt können j edoch Fasergewebematten oder Fila- mentgarne zur Ausbildung eines gegebenenfalls mehrlagigen Faserverbundes verwendet werden.

Weiter kann vorgesehen sein den Faserverbund vor der Ausbildung des Vorformlings durch Beschichten zu verpressen. So kann erreicht werden, dass die Fasern dicht aneinander anliegen und ein Volumenanteil an Fasern im Verbundbauteil wesentlich erhöht wird. Dem Faserverbund können beim Verpressen bzw. Pressen Hilfsstoffe zugegeben werden, die den Faserverbund bzw. die Fasern aneinander anhaften lassen und so vorläufig fixieren, ohne eine Porosität des Faserverbundes wesentlich herabzusetzen. Besonders bevorzugt kann der Faserverbund als eine räumlich orientierte Tragstruktur des Verbundbauteils ausgebildet werden, die an einen Lastfall des Verbundbauteils angepasst ist. Idealerweise kann der Faserverbund so im Verbundbauteil angeordnet werden bzw. die Fasern können so im Verbundbauteil ausgerichtet werden, dass bei einer vorgesehenen Verwendung des Verbundbauteils Kräfte bzw. Spannungen innerhalb des Verbundbauteils im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung der Fasern verlaufen, um eine größtmögliche mechanische Festigkeit des Verbundbauteils zu erzielen. Ein beispielsweise primär zugbelastetes Verbundbauteil kann dann eine Tragstruktur aus Fasern aufweisen, die in Richtung der Zugspannungen räumlich orientiert sind. Je nach vorgesehenem Lastfall des Verbundbauteils können die Fasern des Faserverbundes auch in einer Kombination von unterschiedlichen räumlichen Orientierungen angeordnet sein. Verbundbauteile mit besonders komplexen geometrischen Formen werden besonders einfach herstellbar, wenn eine Tragstruktur des Verbundbauteils durch eine Mehrzahl von Vorformlingen ausgebildet wird. So können einzelne Vorformlinge ausgebildet werden, die zu einer Tragstruktur des Verbundbauteils zusammengesetzt werden. Beispielsweise können die Vorformlinge dann formschlüssig ineinander greifen oder auch unabhängig voneinander innerhalb des Verbundbauteils angeordnet werden. Damit wird es dann möglich Verbundbauteile mit nahezu beliebigen Geometrien herzustellen, da eventuelle geometrische Beschränkungen bei der Ausbildung eines Faserverbundes aus Fasern oder einer Form zum Sintern nicht mehr zwangsläufig berücksichtigt werden müssen. Auch ist es denkbar einen Vorformling vor einer Infiltration oder einem Sintern mechanisch, zum Beispiel spanend zu bearbeiten um eine gewünschte geometrische Form der Tragstruktur bzw. des Vorformlings oder Grünlings zu erhalten. Dies wird insbesondere dann möglich, wenn der Vorformling durch die Beschichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff formstabil ist. Bei dem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils wird das Verbundbauteil aus einem Matrix- Verbundwerkstoff aus einem Armierungswerkstoff und einem Matrixwerkstoff gebildet, wobei der Armierungswerkstoff mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet wird, wobei der pyrolytische Kohlenstoff auf dem Armierungswerkstoff aus der Gasphase abgeschieden wird, wobei eine Mischung aus dem Armierungswerkstoff und dem Matrixwerkstoff ausgebildet wird, wobei durch Sintern der Mischung das Verbundbauteil ausgebildet wird. Insbesondere bildet der aus der Gasphase abgeschiedene pyrolytische

Kohlenstoff im Unterschied zu einem aus Harz pyrolysierten Glaskohlenstoff eine Schutzschicht auf dem Armierungswerkstoff aus, die eine Bildung von Carbiden, und damit ein Auflösen des Armierungswerkstoffs, verhindert. Darüber hinaus bewirkt die Beschichtung mit pyrolyti- schem Kohlenstoff aus der Gasphase eine verbesserte Benetzbarkeit des Armierungs Werkstoffs.

Prinzipiell ist es zunächst unerheblich, in welcher festen Form der Armierungswerkstoff vorliegt. Wesentlich ist, dass der Armierungswerkstoff vor der Mischung mit dem Matrixwerkstoff mit dem pyrolytischen Kohlenstoff beschichtet wird. Bei dem Sintern kommt es dann infolge von Druck und Temperatur zu einem zumindest teilweise oder vollständigen Schmelzen des Matrixwerkstoffs, wobei der Matrixwerkstoff dann eine miteinander verbundene Matrix ausbildet, die durch den Armierungswerkstoff verstärkt ist. Wesentlich ist weiter, dass bei dem Verfah- ren der Armierungswerkstoff trotz hoher Temperaturen beim Sintern vo llständig erhalten bleibt und auch die als nachteilig angesehene Bildung von Carbiden durch die Beschichtung des Armierungswerkstoffs mit pyrolytischem Kohlenstoff aus der Gasphase verhindert wird. Vorzugsweise kann eine homogene Mischung aus dem Armierungswerkstoff und dem Matrixwerkstoff ausgebildet werden. Als Armierungswerkstoff können neben einfachen Partikeln in Pulverform auch Kurzschnittfasern oder Nanoröhren verwendet werden. Kurzschnittfasern oder Nanoröhren können beispielsweise mit einem Matrixwerkstoff, der in Pulverform vorliegt, besonders einfach gemischt werden. Auch ist ebenfalls eine Beschichtung von Kurzschnittfasern mit pyrolytischem Kohlenstoff aus der Gasphase leicht möglich.

Vorteilhaft kann vor dem Sintern durch Kaltpressen der Mischung ein Vorformling bzw. Grünling ausgebildet werden. Der Mischung kann dann auch ein Haftvermittler zugesetzt werden. Beim nachfo lgenden Sintern kann dann der Matrixwerkstoff den Armierungswerkstoff bzw. dessen Fasern oder Partikel vollständig umgeben und diesen einschließen, ohne dass der Armierungswerkstoff durch die Beschichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff tatsächlich mit dem Matrixwerkstoff in Kontakt gelangt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verbundbauteil frei von Carbiden ausgebildet wird. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Armierungswerkstoff mit pyrolytischem Kohlenstoff aus der Gasphase soweit beschichtet wird, dass der Armierungswerkstoff nicht mehr mit dem Matrixwerkstoff unmittelbar in Kontakt gelangen kann. Der aus der Gasphase abgeschiedene pyrolytische Kohlenstoff bildet dann eine Schutzschicht auf dem Armierungswerkstoff aus, die eine mögliche

Carbidbildung infolge eines Kontaktes von Armierungswerkstoff mit dem Matrixwerkstoff wirkungsvoll verhindert.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Matrix- Verbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern als Armierungswerkstoff und einem Metall oder einer Metalllegierung als Matrixwerkstoff gebildet werden. So können dann beispielsweise mit Kohlenstofffasern verstärkte Bauteile aus Metall oder einer Metalllegierung hergestellt werden, die besonders leicht sind und verbesserte mechanische Festigkeitseigenschaften aufweisen. Gleichwohl ist es mö glich, anstelle eines Metalls auch beispielsweise Silizium oder einen anderen geeigneten Werkstoff als Matrixwerkstoff zu verwenden. Eine Infiltration des Vorformlings oder Mischung mit dem Armierungswerkstoff kann mit Aluminium, Titan, Magnesium, Kupfer oder einer Legierung eines dieser Metalle erfolgen. Prinzipiell ist für eine Infiltration oder Mischung j edes Metall bzw. j ede Legierung geeignet, das bzw. die einen Schmelzpunkt aufweist, der nicht zur Auflö sung der pyrolyti- schen Kohlenstoffbeschichtung der Kohlenstofffasern führt. Insbesondere Aluminium eignet sich besonders aufgrund seines geringen Gewichts und seiner guten Verarbeitbarkeit als Matrixwerkstoff für Leichtbau- Verbundbauteile. Bei einer Mischung mit dem Armierungswerkstoff ist es vorteilhaft, wenn das Metall in Pulverform vorliegt.

Vorzugsweise kann der pyro lytische Kohlenstoff als eine mittels eines CVD-Verfahrens oder eines CVI-Verfahrens auf dem Armierungswerkstoff erzeugte Abscheidung ausgebildet werden. Die Beschichtung des Armierungswerkstoffs mit pyrolytischem Kohlenstoff kann so besonders einfach durchgeführt werden. Auch ist es möglich mehrere Behandlungsschritte vorzusehen, bei denen der Werkstoffverbund mittels des CVD- oder/und CVI-Verfahrens mit pyrolytischem Kohlenstoff durch Abscheidung aus der Gasphase beschichtet wird.

Vorteilhaft kann der beschichtete Armierungswerkstoff mit einer weite- ren Beschichtung aus Siliziumcarbid versehen werden. So wird es möglich die mechanischen Eigenschaften des Verbundbauteils in gegebenenfalls gewünschter Weise zu verändern, und, beispielsweise bei einer Verwendung von Aluminium als Matrixmaterial, eine unerwünschte chemische Reaktion des Aluminiums bei einer Infiltration zu vermeiden. In einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Verbundbauteil so ausgebildet werden, das es einen Matrixwerkstoffanteil von mehr als 50 Volumenprozent aufweist. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn entsprechend der vorgesehenen Verwendung des Verbundbauteils sich ein höherer Matrixwerkstoffanteil besonders günstig auf dessen Eigen- Schäften auswirkt. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Verbundbauteil so ausgebildet werden, das es einen Armierungswerkstoffanteil von mehr als 50 Volumenprozent aufweist. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn eine vorgesehene Verwendung des Verbundbauteils durch einen besonders hohen Armierungswerkstoffanteil im Verbundbauteil begünstigt wird.

Auch kann es vorteilhaft sein, wenn das Verbundbauteil so ausgebildet wird, dass der Armierungswerkstoff innerhalb des Verbundbauteils homogen verteilt ist. Das Verbundbauteil besteht dann aus einem homo- genen Matrix-Verbundwerkstoff mit, von beispielsweise einer Faserorientierung abgesehen, regelmäßigen Materialeigenschaften.

Das Verbundbauteil kann j edoch auch so ausgebildet werden, dass die Kohlenstofffasern innerhalb des Verbundbauteils heterogen verteilt sind. Dies bedeutet, dass Abschnitte des Verbundbauteils einen mehr oder weniger großen Anteil an Armierungswerkstoff aufweisen können. Im Falle des formstabil ausgebildeten Vorformlings ist es möglich den Anteil des Armierungswerkstoffs innerhalb des Verbundbauteils sowie auch die räumliche Orientierung der Fasern gezielt festzulegen bzw.

vorzubestimmen, um die mechanischen Eigenschaften des Verbundbau- teils zu beeinflussen.

Mit den erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Verbundbauteil herstellbar, wobei sich Ausführungsformen des Verbundbauteils aus den auf die Verfahrensansprüche 1 oder 1 1 rückbezogenen Unteransprüchen ergeben.