Ein derartiges Verfahren und eine derartige Verbundkeramik sind aus der US-A-5 464 655 bekannt.

Kohlenstoffaserverstärkter Kohlenstoff (C/C, auch bezeichnet als CFRC oder im deutschen Sprachgebrauch als CFC) ist die erste industriell erfolgreiche Entwicklung in der Gruppe der faser- verstärkten Verbundkeramikwerkstoffe.

Jüngst entwickelte Hochleistungsbremssysteme auf Basis von CFC- Bremsscheiben mit speziell entwickelten Reibbelägen, die etwa im automobilen Rennsport eingesetzt werden, können nur mit zahlreichen Imprägnier-bzw. Carbonisierungs-und Graphi_ierungs- zvklen hergestellt werden, so daß es sich um ein äußerst zeit-, energie-und kostenintensives Herstellverfahren handelt, wobei der Fertigungsprozeß mehrere Wochen oder Monate dauern kann.

Darüber hinaus bieten CFC-Bremsscheiben für den Einsatz in gering belasteten Serienfahrzeugen unter Einfluß von Feuchtigkeit und Betriebsbedingungen bei tiefen Temperaturen völlig unzureichende Bremseigenschaften. Dies äußert sich unter anderem in einem ausgeprägt unstetigen Verhalten der Reibwerte in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur und der Oberflachenbelegung, was eine Regelung, wie bisher bei 4-Kanal-ABS-Systemen üblich, außerordentlich erschwert oder gar unmöglich macht. Vor diesem Hintergrund wird versucht, verbesserte faserverstärkte Verbund- keramikwerkstoffe zu entwickeln, die bspw. als Bremsscheiben für Hochleistungsbremssysteme bei Kraftfahrzeugen oder bei Schienenfahrzeugen verwendet werden können. Darüber hinaus sind derartige faserverstärkte Verbundkeramikwerkstoffe auch für zahlreiche andere Anwendungen von Interesse, wie etwa als Turbinenwerkstoffe oder als Gleitlagerwerkstoffe.

Zwar ist siliziuminfiltriertes reaktionsgebundenes Siliziumcarbid (SiSiC) mit Siliziummassenanteilen (d. h. freies Silizium) zwischen 2 W und 15 ai seit den 60er Jahren bekann-und für mancherlei Anwendungen im Bereich der Wärmetechnik auch markt- gängig eingeführt. Bei der Herstellung von größerformatigen und dickwandigen Bauteilen ergeben sich jedoch Probleme bezüglich innerer Spannungen (Abkühleinspannung) aufgrund einer sprung- haften Volumenzunahme des halbmetallischen Siliziums bei dessen Erstarrung im Werkstoffgefüge. Die Verspannung des erstarrten Siliziums äußert sich in vielen Fällen in der Ausbildung von Mikrorissen und der Verringerung der Haftung an inneren Grenz- flächen, so daß die Festigkeit des Werkstoffs reduziert wird und ein kritisches Rißausbreitungsverhalten unter thermischer und mechanischer Wechselbeanspruchung insbesondere bei Langzeit- anwendungen zu erwarten ist. In der Fertigung fuhrt die Volumen- expansion beim Erstarren zu Schwierigkeiten, wie sie etwa beim Einfrieren von Wasser in geschlossenen Leitungssystemen hin- länglich bekannt sind, d. h. zum Bersten und Reißen der Bauteile und somit zu hohen Ausschußraten. Außerdem ist die Herstellung von SiSiC-Werkstoffen relativ aufwendig und teuer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine verbesserte faserverstärkte Verbundkeramik mit hochwarmfesten Fasern sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen zu schaffen, womit eine möglichst einfache und kostengünstige Herstellung von Großserienbauteilen wie etwa Bremsscheiben ermöglicht ist, wobei eine hohe Temperaturbeständigkeit und Warmfestigkeit bei einer ausreichenden Oxidationsbeständigkeit und Thermoschockbeständig- keit vorausgesetzt ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß bei einer schmelzinfiltrierten faserverstärkten Verbundkeramik gemäß der eingangs genannten Art die Matrix Zusätze von Eisen, Chrom, Titan, Molybdän, Nickel oder Aluminium enthält.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Erfindungsgemäß wurde nämlich erkannt, da$ durch die Legierung der zur Schmelzinfiltration verwendeten Siliziumschmelze mit Eisen, Chrom, Titan, Molybdän, Nickel und/oder Aluminium die sprunghafte Volumenzunahme bei der Erstarrung einer reinen Siliziumschmelze reduziert oder sogar weitgehend vermieden werden kann. Auf diese Weise werden die durch die Verspannung des er- starrten Siliziums bedingten Probleme vermieden, eine höhere Festigkeit, insbesondere bei thermischer und mechanischer Wechselbeanspruchung erreicht und gleichzeitig das Herstell- verfahren einfacher und kostengünstiger gestaltet.

So wird erfindungsgemäß eine reaktionsgebundene, schmelz- infiltrierte SiC-Keramik (RB-SiC), bei der ein Austausch des spröden Si, wie es in bisher üblichen RB-SiC-Keramiken vorliegt, gegen eine mit Fe und/oder Cr, Ti, Mo, Ni oder A1 angereicherte Phase ermöglicht, was zu einer deutlichen Festigkeitssteigerung und Duktilisierung der Keramik führt.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung enthält die Matrix zumindest Zusätze von Eisen.

Durch diese Maßnahme kann auf besonders kostengünstige und umweltfreundliche Weise die bei reinem Silizium auftretende Volumenzunahme vermieden werden, wobei Eisenzusätze gleichzeitig zu einem verbesserten Bremsverhalten bei einer Anwendung als Bremsscheibe führen, da sich mit herkömmlichen Bremsbelägen, die auf Bremsscheiben auf Grauguß-Basis abgestimmt sind, eine verbesserte Reibpaarung ergibt. Bremssysteme auf der Basis von solchen Bremsscheiben werden somit besser regelbar, da sie darüber hinaus auch weniger feuchtigkeitsempfindlich und unempfindlich gegenüber niedrigen Temperaturen sind. Auch kommen keine kritischen Flächenpressungen wie bei CFC-Bremsscheiben vor, die eine Regelbarkeit negativ beeinflussen. Daruber hinaus wird der Herstellungsproze$ durch die durch den Eisenzusatz bedingte Schmelzpunkterniedrigung der Siliziumschmelze verein- facht und kostengünstiger gestaltet.

Jedoch läBt sich auch durch Zusatze von Chrom, Titan, Molybdän, Nickel oder Aluminium in einem Zweistoffsystem mit Silizium die zuvor erwähnte Volumenzunahme beim Erstarren einer reinen Siliziumschmelze vermeiden oder zumindest abschwächen. Weiterhin ergibt sich in den meisten Fällen eine Schmelzpunkterniedrigung, wodurch die Fertigung vereinfacht und kostengunstiger gestaltet wird. Dauber hinaus können Zusätze von Chrom, Titan, Molybdän, Nickel oder Aluminium die Ausbildung von Passivierungsschichten bewirken, so daß die Oxidations-und Korrosionsbeständigkeit verbessert wird.

Aus diesem Grunde ist es in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, einer Matrix auf Si-Basis, die Eisenzusätze enthält, noch weitere Zusätze von Chrom, Titan, Aluminium, Nickel oder Molybdän in einem geeigneten Verhältnis als Passivierungs- schichtbildner zuzusetzen.

Dabei führen unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten der Legierungskomponenten zu Spannungszuständen in der Matrix, die die durch die Fasern bedingten Spannungen bei der Abkühlung kompensieren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Matrix aus einer Siliziumlegierung hergestellt, die 0,5 bis 80 Gew.-% Eisen enthält, vorzugsweise etwa 5 bis 50 Gew.-% (bezogen auf die Gesamtmasse der Legierung). Da Ferrosilizium in gleichmäßig reiner Form großtechnisch in der Stahlerzeugung eingesetzt wird, wobei Qualitäten von Fe25Si75 und Fe35Si65 kommerziell erhältlich sind, ergibt sich eine erhebliche Reduzierung der Rohstoffkosten gegenüber der Verwendung von reinem Silizium. Daruber hinaus ergibt sich eine Schmelzpunkterniedrigung bei Fe25Si75 von etwa 1 410°C bei reinem Silizium auf etwa 1 340°C bzw. auf etwa 1 275°C bei Verwendung von FE35Si65.

In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung werden der Silizium- schmelze, die zur Schmelzinfiltration verwendet wird, noch zusätzlich 5 bis 30 Gew.-% Chrom, vorzugsweise etwa 7 bis 12 Gew.-% Chrom zugesetzt (bezogen auf den Eisengehalt).

Durch diesen Ubergang zu einem Dreistoffsystem mit Si-Fe-Cr wird ein Korrosionsschutz für die eisenhaltigen Phasen der Verbundkeramik erreicht, wobei gleichzeitig der Schmelzpunkt auf weniger als 1 400°C erniedrigt werden kann. Hierzu ist es sinnvoll, mindestens etwa 7 Gew.-% Chrom (bezogen auf den Eisengehalt) oder mehr zuzusetzen, da etwa 7 bis 8 Gew.-% Chrom erforderlich sind, um die Ausbildung einer Passivierungsschicht aus Chrom-III-Oxid zu bewirken, wie sie von Edelstählen her bekannt ist. (Bezogen auf die Gesamtmasse der Legierung ergibt sich ein Gewichtsanteil des Chroms von vorzugsweise etwa 1 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von etwa 1 bis 10 Gew.-W.) Aus Kosten- gründen ist es jedoch bevorzugt, den Chromanteil nicht unnötig hoch zu wahlen. Die entsprechenden metallischen Ausgangsstoffe in Form von chromhaltigen Legierungen (z. B. FeCr) sind zwar geringfügig teurer als Eisensilizide wie FeSi oder FeSi :, jedoch ergeben sich erhebliche Vorteile durch die verbesserte Oxida- tionsbestandigkeit.

Zur Faserverstärkung kommen zahlreiche hochwarmfeste Fasern, insbesondere auf der Basis von Si/C/B/N mit kovalenter Bindung in Frage, wobei C-Fasern und SiC-Fasern zu den bekanntesten Fasern gehören, die für die erfindungsgemäße Keramik geeignet sind. Daneben ist für besonders preiswerte Produkte auch eine Verwendung etwa von Aluminiumoxid-Fasern denkbar.

In zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung sind die Fasern zu Faserbündeln zusammengefaßt und oberflächenimprägniert.

Auf diese Weise können kommerziell erhältliche Rovings und Multifilamentstränge (z. B. sogenannte 12K-Verbunde) verwendet werden. Diese werden zweckma$igerweise an ihrer Oberfläche imprägniert, z. B. durch Pech, um die Faserstoffbündel bei der Herstellung mechanisch zu schützen und um eine übermä3ige Reaktion und damit Schädigung bei der Siliziuminfiltration durch Bildung einer die Fasern schützenden Kohlenstoffschicht, die zu SiC abreagieren kann, zu vermeiden.

In weiter vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Fasern zu Kurzfaserbündeln zusammengefaßt und können etwa aus C-Filamenten mit mittleren Durchmessern von etwa 5 bis 12 pm und einer Länge von etwa 2 bis 10 mm bestehen, die zu Faser- bündeln von etwa 3.000 bis 14.000 Filamenten zusammengefaßt sind.

Derartige Kurzschnitt-Kohlenfaserstoffbündel, die zur Kurzfaser- verstärkung verwendet werden, erlauben eine vereinfachte Herstellung eines Formkörpers durch Preßverfahren, ohne da$ eine aufwendige Laminierung und Nachimprägnierung durchgeführt werden mu$. So wird eine kostengunstige Großserienherstellung ermöglicht, wobei sich die Parameter so einstellen lassen, da$ praktisch keine Schwindung auftritt und nur eine minimale Nachbearbeitung etwa durch Schleifen der Fertigbauteile erforder- lich ist ("Near Net Shape Fertigung").

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur Herstellung einer faserverstärkten Verbund- keramik mit hochwarmfesten Fasern, insbesondere auf der Basis von Si/C/B/N, die mit einer Matrix auf Si-Basis reaktionsgebunden sind, gelöst, das die folgenden Schritte umfaßt : -Herstellen eines Grünlings aus Fasern unter Verwendung von Bindemitteln und Füllmitteln durch Wickeln, Laminieren oder Pressen ; -Pyrolyse des Grunlings unter Vakuum oder Schutzgas im Temperaturbereich von etwa 800°C bis 1 200°C zur Herstellung eines porösen Formkörpers ; -Infiltration des carbonisierten Formkörpers mit einer Siliziumschmelze, die Zusätze von Eisen, Chrom, Titan, Molybdän, Nickel oder Aluminium enthält.

Wie zuvor bereits erläutert, lä$t sich die Volumenvergrößerung, die bei Verwendung von reinem Silizium zur Schmelzinfiltrierung auftritt (ca. 10 Vol.-%), durch solche Zusätze erheblich vermindern oder gar vermeiden, so da$ ein Werkstoff mit ver- besserten Eigenschaften bei vereinfachter und kostengünstigerer Herstellung erreicht wird.

Die bei herkömmlichen faserverstärkten, reaktionsgebundenen SiC-Werkstoffen (RB-SiC) auftretenden Eigenspannungen, die zu zahlreichen AusschuSteilen bei der Herstellung führen, werden auf diese Weise reduziert bzw. weitgehend vermieden. In bevorzug- ter Weiterbildung der Erfindung werden der Siliziumschmelze Zusätze von Eisen und ggf. von Chrom, Titan, Aluminium, Nickel oder Molybdän als Passivierungsschichtbildner in geeigneten Mischungsverhältnissen beigemischt.

Durch Eisenzusätze im Bereich von etwa 0,5 bis 80 Gew.-% Eisen, vorzugsweise von etwa 5 bis 50 Gew.-% Eisen und ggf. Chromzusätze von 0,03 bis 40 Gew.-% Chrom, vorzugsweise von 1 bis 30 Gew.-% Chrom, insbesondere von etwa 2 bis 10 Gew.-% Chrom (bezogen auf die Gesamtmasse der Legierung), ergeben sich besonders vorteilhafte Eigenschaften, eine günstige Schmelzpunktreduzierung und eine erhebliche Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit der eisenhaltigen Phasen durch die Bildung einer Chromoxid- Passivierungsschicht. Die vorgenannten Angaben beziehen sich jeweils auf das Gesamtgewicht des Endproduktes.

Als Fasern können bei der Herstellung beliebige hochwarmfeste Fasern, insbesondere auf der Basis Si/C/B/N mit kovalenter Bindung verwenden werden, jedoch gehören C-Fasern oder SiC- Fasern, die zu Faserbündeln zusammengefaßt und oberflachenim- pragniert werden, zu den technologisch bereits bewährten und kommerziell erhaltlichen Fasern, die insbesondere beim Einsatz in Form von Kurzfaserbündeln aus etwa 3.000 bis 14.000 Filamenten mit mittleren Durchmessern von etwa 5 bis 12 Am und einer Länge von etwa 2 bis 10 mm, vorzugsweise von etwa 3 bis 6 mm bei einem Durchmesser der Faserbündel von etwa 0,1 mm vorteilhaft ver- wendbar sind.

Die Grünlinge, aus denen die porösen Formkörper bei der nach- folgenden Pyrolyse hergestellt werden, werden in zusätzlicher Weiterbildung der Erfindung durch Trocken-oder Warmfließpressen eines Granulates hergestellt, das auf besonders faserschonende Weise durch Aufbaugranulation erhalten wird.

Durch die Aufbaugranulation lassen sich die mechanisch empfind- lichen Faserbundel mit den übrigen Zuschlagkomponenten zur Herstellung eines Grünlings auf besonders schonende und relativ kostengünstige Weise agglomerieren, wobei eine gute gleichmäßige Verteilung erreicht wird.

Die Aufbaugranulation kann kontinuierlich oder batchweise durchgeführt werden, wobei der Prozeß vorzugsweise derart gesteuert wird, daß eine mittlere Partikelgröße von etwa 2 bis 6 mm hergestellt wird.

Bei der Herstellung des Granulates werden in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung SiC-Pulver, Silizide und kohlen- stoffhaltige Füllmittel, vorzugsweise Ruß und/oder Graphit, zugesetzt.

Hierbei wird vorzugsweise zunächst eine Mischung aus Kurzfaser- bundeln und Füllmitteln trocken vorgemischt und anschließend in einem Pelletierteller unter Zugabe von Bindemitteln und weiterer gelöster oder dispergierter Additive zur Granulather- stellung gemischt.

Dabei hat sich eine Herstellung des Granulates aus etwa 20 bis 60 Gew.-% SiC-Pulver, etwa 2 bis 20 Gew.-r Kohlenstoff in Form von Graphit-und/oder Rußpulver, sowie etwa 10 bis 40 Gew.-% C-Faserbündeln (12K-Bündel), die trocken vorgemischt werden und denen in einem Pelletierteller etwa 15 bis 40 Gew.-W einer Binderlösung bezogen auf die gesamte Feststoffvorlage zugesetzt werden, als vorteilhaft erwiesen.

Hierbei hat sich eine wäßrige Binderlösung, die etwa 0,01 bis 10 Gew.-% Methylcelluloseester und Polyvinylalkohol enthält, als geeignetes Bindemittel erwiesen.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird das Granulat nach der Herstellung zunächst getrocknet, vorzugsweise auf Restfeuchtegehalte von weniger als 10 Gew.-% Wasser und dann zu Grünlingen verpreBt.

Eine sich beim Preßvorgang etwa ergebende Textur wirkt sich bei günstiger Werkzeuggestaltung vorteilhaft etwa bei der Anwendung als Bremsscheibe aus, da die C-Faserbündel ihre Vorzugslage in Erstreckungsrichtung einer flachen Scheibe annehmen, was auch der Hauptbeanspruchungsrichtung entspricht.

Solche Grunlinge werden dann in bevorzugter Weiterbildung der Erfindung in einem Pyrolyseofen oder Vakuumreaktionssinterofen unter Schutzgasatmosphäre auf etwa 950 bis 1 050°C erwärmt, um poröse Formkörper fur eine nachfolgende Schmelzinfiltration herzustellen, die vorzugsweise eine Porosität von etwa 10 bis 50 ai aufweisen.

Anschließend erfolgt die Schmelzinfiltration vorzugsweise mit einer Siliziumschmelze, die etwa 10 bis 50 Gew.- Eisen und etwa 0,5 bis 10 Gew.- Chrom mit Restsilizium (bezogen auf die Gewichtsanteile an der Legierung) enthält.

Insgesamt läßt sich so eine reproduzierbare und kostengünstige Herstellung erreichen, die für eine Großserienproduktion geeignet ist. Da praktisch keine Schwindung und Abkühleigenspannung auftritt, wird wesentlich weniger Ausschuß als bei herkömmlichen RB-SiC-Keramiken erzielt und der Nachbearbeitungsaufwand insbesondere bei eisenreichen Phasen im Gefüge erheblich reduziert.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachste- hend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß das Verfahren der Aufbaugranulation nicht nur zur Herstellung von schmelzin- filtrierten faserverstärkten Verbundkeramiken mit hochwarmfesten Keramikfasern, die mit einer Matrix auf Si-Basis reaktions- gebunden sind, die Zusätze von Eisen, Chrom, Titan, Molybdän, Nickel oder Aluminium enthält, geeignet ist, sondern auch zur Herstellung von derartigen Verbundkeramiken, bei denen eine reine Siliziumschmelze zur Schmelzinfiltration verwendet wird, mit erheblichen Vorteilen verwendet werden kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Reaktions- sinterofens zur Schmelzinfiltration ; Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Pelletiertellers, der zur Aufbaugranulation verwendet wird, wobei die Bewegungsbahn einzelner Partikel angedeutet ist ; Fig. 3 eine Aufsicht auf den Pelletierteller gemma$ Fig. 2 von der Vorderseite ; Fig. 4 ein lichtmikroskopisches Gefügebild einer erfindungs- gemäßen Verbundkeramik und Fig. 5 einen Ausschnitt aus dem Gefuge gemmas Fig. 4 in vergrößerter Darstellung.

Das erfindungsgemä$e Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß bei dem letzten Schritt zur Herstellung der faserverstärkten Verbundkeramik, bei der Schmelzinfiltration, keine reine Siliziumschmelze wie im Stand der Technik verwendet wird, sondern daß dieser Zusätze von Eisen, Chrom, Titan, Molybdän, Nickel und/oder Aluminium zugesetzt werden.

Unabhängig davon kann der poröse Formkörper, der bei der Schmelz- infiltration mit Flüssigmetall imprägniert wird, auf verschiedene Weisen hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Infiltration von C-Hartfilzen und anderen Faserverbunden, sowie eine Herstel- lung von 2-und 3-D endlos-faserverstärkten Keramiken.

Die Formkorper können somit etwa durch bekannte Laminiertechniken etwa unter Verwendung von Kunstharzen oder aber durch Preßver- fahren hergestellt werden, wobei die Grunlinge bei der Pyrolyse in poröse Formkörper, insbesondere C-gebundene Formkörper überführt werden, die von einem vollständigen Porennetzwerk durchzogen sind und somit die flüssige Schmelze bei der nach- folgenden Schmelzinfiltration durch die dem porösen Formkörper innenwohnenden Kapillarkräfte aufsaugen, ähnlich wie bei einem Docht oder Schwamm.

Abgesehen von der herkömmlichen Laminiertechnik, die-wie oben beschrieben-auch zur Ausführung der Erfindung verwendet werden kann, ist erfindungsgemäß jedoch ein Aufbau-Granulierverfahren zur Herstellung von kurzfaserverstärkten schmelzinfiltrierten Verbundkeramiken besonders bevorzugt.

Die nachfolgende Beschreibung der Verfahrensvarianten zur Herstellung von Formkörpern bezieht sich somit lediglich auf die Herstellung von Kurzfaserkeramiken. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß alternativ auch herkömmliche Laminierverfahren verwendet werden können.

Beispiel 1 Die verwendeten Ausgangsmaterialien sind in Tabelle 1 zusammen- gefaßt. VerbindungBezeichnungBezugsquelleDaten SiC SM93IndustriekeramikS.,,, 03:3.1m-/g hochrein RußPrintex140UDegussa Graphit KS 6 Timcal C-Kurzfaserbündel SGL-Carbon 3mm, 12000Fil. Methylcellulose-Tylose4000G4Hoechst ester Polyvinylalkohol Moviol 10-74Hoechst FeSi(65od.75)FeSi75bzw.FESIL5-30mmKörnung FeSi65 FeCr(65Ma%Cr)FerrochromFESIL5-30mmKörnung affine Tabelle 1 1.1 Aufbaugranulation In einem Taumelmischer wurden 344 g SiC-Pulver, 48 g Graphit- Pulver und 8 g Ruß drei Stunden lang intensiv mit 50 U/min vermischt. Anschließend wurden 200 g von mit Pech beschichteten C-Kurzfaserbündeln hinzugegeben und fünf Minuten mit 10 U/min in die Pulvermischung eingemischt. Diese Mischung wurde in einen Pelletierteller 24 gemma$ den Fig. 2 und 3 überführt und bei 30 U/min und einem Tellerneigungswinkel von ungefähr 40° in eine Roll-Mischbewegung versetzt. Aus Sprühleitungen 36 wurde aber Düsen 240 g der wäßrigen Binderlösung gemäß Tabelle 1 bestehend aus 1 Gew.-r Tylose 4000 G4 und 0,5 Gew.-% Moviol 10-74 gelöst in demineralisiertem Wasser in einem Zeitraum von 3 Minuten zugesprüht.

In den Fig. 2 und 3 sind die Bewegungsbahnen kleiner Teilchen mit 28 und größerer Teilchen mit 34 schematisch angedeutet.

Eine zusatzliche Vermischung kann durch einen Zusatzmischteller 26 gemaß Fig. 3 erreicht werden. Bei diesem Verfahren der Aufbaugranulation kann die Verteilung der Komponenten im sich bildenden Granulat sowie die Granulatgröße durch eine Variation verschiedener Parameter beeinflußt werden, wie etwa Drehzahl und Neigungswinkel des Pelletiertellers 24, Drehzahl des Zusatzmischtellers 26, Ort der Sprühdüsen zum Einführen der Binderlösung, Art und Dosierung der Binderlösung etc.

Insgesamt kann die Aufbaugranulation so eingestellt werden, daß sich eine die Kohlenfaserstoffbündel schonende Granulat- bildung bei einer gleichmäßigen homogenen Verteilung der Einzelkomponenten ergibt. Das hergestellte Granulat weist vorzugsweise eine Teilchengröße zwischen etwa 3 und 6 mm auf.

Die Aufbaugranulierung kann entweder batchweise durchgeführt werden, wobei das erhaltene Granulat anschließend zur Gewinnung der gewünschten Teilchengrößenfraktion ausgesiebt wird, oder aber kontinuierlich durchgeführt werden, wie in Fig. 3 darge- stellt ist. Dabei wird kontinuierlich gemmai3 Ziffer 32 trockene Mischsubstanz eingeführt und Binderlösung uber die Leitungen 36 eingesprüht und dabei gleichzeitig kontinuierlich fertiges Granulat im Bereich 30 des Pelletiertellers ausgetragen.

Das so gebildete Granulat wurde auf einen Feuchtegehalt von kleiner 10 W getrocknet.

1.2. Formaebunq 56,9 g des Granulats wurden in eine Preßform mit einem Durch- messer von 60 mm überführt und mittels einer hydraulischen Presse bei einem Druck von 20 MPa auf eine Hoche von 13,6 mm verpreßt.

Es ergab sich ein stabiler, transportfähiger Grünling.

1.3. Pyrolyse Der zuvor erhaltene Grunling wurde der Preßform entnommen, in einen Pyrolyseofen überfuhrt und mit einer Geschwindigkeit von 10 K/min auf 1 000°C unter einer Stickstoffatmosphäre erwärmt.

Hierbei wurden die organischen Binderbestandteile zu Kohlenstoff abgebaut. Der resultiertende poröse Formkörper hatte ein Gewicht von 55,8 g und eine Porosität von 39 %.

1.4. Schmelzinfiltrierunq Ein nach 3. erhaltener carbonisierter Formkörper mit einer Masse von 20 g wurde in einen mit Bornitrid beschichteten Graphit- Tiegel überführt und mit 22 g eines Legierungsgranulats einer FeSi-Legierung bestehend aus 75 Gew.-% Si und 25 Gew.-W Fe überschichtet und im Vakuum mit 10 K/min auf 1 550°C erhitzt.

Diese Temperatur wurde 30 Minuten gehalten. Danach erfolgte eine Abkühlung bis auf Raumtemperatur.

Mit diesem Verfahren ergab sich ein dichter, riß-und porenfreier Formkörper mit einer Dichte von 3,1 g/ci, der in seinen äußeren geometrischen Abmessungen dem des vorgelegten Formkörpers entsprach.

Anstatt den Formkörper unmittelbar in einen mit Bornitrid beschichteten Graphittiegel 20 einzulegen, kann alternativ auch gemäß Fig. 1 in der Ofenkammer 12 eines Reaktionssinterofens 10 eine psröse SiC-Chargierplatte 16 verwendet werden, die auf Füßen 18 in der Schmelze 22 des mit Bornitrid beschichteten Graphittiegels 20 steht oder über poröse Dochte damit verbunden ist. Hierbei kann eine größere Menge an Granulat zur Erzeugung der Schmelze 22 in den Tiegel 20 eingegeben werden, da die Schmelze 22 aber die porösen Füße 18 und die poröse Chargier- platte 16 von unten in den Formkörper 14 aufsteigt.

Beispiel 2 Ein Grünling wurde wie zuvor beschrieben durch Aufbaugranulation und anschließendes Verpressen hergestellt und in einem Pyrolyse- ofen in der zuvor beschriebenen Weise der Pyrolyse unterzogen.

Der so erhaltene Formkörper mit einer Masse von 20 g wurde wiederum in einem mit Bornitrid beschichteten Graphittiegel uberfuhrt und mit 22 g einer Legierungsgranulat-Mischung aus 19 g einer FeSi-Legierung bestehend aus 75 Gew.-% Si und 25 Gew.- W Fe, der 3 g FeCr (65 Gew.-r Chrom) zugesetzt war, überschichtet und im Vakuum mit 10 K/min auf 1 700°C erhitzt. Diese Temperatur wurde 30 Minuten gehalten. Danach erfolgte eine Abkühlung bis auf Raumtemperatur.

Über dieses Verfahren ergab sich ein dichter, riß-und poren- freier Formkörper mit einer Dichte von 3,2 g/cm3, der in seinen äußeren geometrischen Abmessungen dem des vorgelegten Formkörpers entsprach.

In den Fig. 4 und 5 sind lichtmikroskopische Schliffbilder von Proben, die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, dargestellt.

In Fig. 4 ist in der linken Bildhälfte ein C-Faserbündel zu erkennen, während in der rechten unteren Bildecke das nächste C-Faserbündel angeschnitten ist. Mit Ziffer 40 ist Kohlenstoff bezeichnet, der aus der Pyrolyse entstanden ist, während mit der Ziffer 42 C-Fasern bezeichnet sind. Am Rand des C-Faser- bündels befindet sich Sekundär-SiC, das aus der Reaktion von Kohlenstoffasern mit Silizium entstanden ist und mit der Ziffer 48 bezeichnet ist.

Bei der hellen Phase, die mit der Ziffer 44 bezeichnet ist, handelt es sich um Silizium bzw. Si/Fe/Cr. Bei der dunkelgrauen mit 46 bezeichneten Phase handelt es sich um SiC.

In der vergröSerten Darstellung gemäß Fig. 5, in der ein Kohlenstoffaserbündel nahezu senkrecht angeschnitten ist, sind die einzelnen C-Fasern gut zu erkennen. Auch ist das Sekundär- SiC, das aus der Reaktion von C-Fasern entstanden ist und mit der Ziffer 48 bezeichnet ist, gut zu erkennen.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Kohlenstoffbündel nahezu vollständig unversehrt erhalten sind und lediglich im Randbereich wenige der C-Fasern zu Sekundär-SiC umgewandelt sind.

Daraus erklärt sich die erhebliche Festigungssteigerung, die durch die schonende Behandlung der C-Faserstoffbundel bei der Aufbaugranulation und bei den nachfolgenden Verfahrensschritten erreicht wird.