Fasermaterialien

Zur Klasse der Kohlenstoff- und Graphitfasermaterialien zählen sowohl hochleistungsfähige Isolations- wie auch Strukturwerkstoffe. Sowohl Hart- als auch Weichfilze werden vorwiegend für die thermische Isolierung bei hohen Temperaturen eingesetzt. Carbonfaserverstärker Kohlenstoff (CFC) ist ein maßgeschneiderter, temperaturbeständiger Faserverbundwerkstoff für extreme Belastungen.

Carbonfaserverstärker Kohlenstoff (CFC) ist ein hochfester Verbundwerkstoff, der aus einer Kohlenstoff- oder Graphitmatrix und Verstärkungsfasern aus Kohlenstoff besteht. Es gibt eine große Vielfalt an herstellbaren CFC-Werkstoffvarianten. Das Material kommt besonders bei technisch hochanspruchsvollen Anwendungen zum Einsatz.

Die SGL Group vermarktet ihre CFC-Produkte unter dem Markennamen SIGRABOND®.

Typische Eigenschaften des Materials

  • Sehr steif und fest
  • Bruchunempfindlich
  • Leicht
  • eringe thermische Ausdehnung
  • Thermoschockbeständig

Herstellung von CFC

Ausgangsmaterialien für die CFC-Herstellung sind Carbonfasern und Harze. Die Formgebung erfolgt z.B. durch Laminieren oder Wickeln und anschließendes Pressen und Härten der Teile. Die thermische Fertigung umfasst die Schritte Carbonisieren und Graphitieren. Daran schließt sich die Endbehandlung an, wobei die Werkstücke durch mechanische Bearbeitung auf die gewünschten Maße gebracht werden.

Wann immer höchste Anforderungen an Isolierungseigenschaften gestellt werden, sind Weichfilze aus Kohlenstoffasern unverzichtbar. Zudem finden Weichfilze auch Anwendung als Batteriefilze in Energiespeichern.

Unseren Weichfilz für Isolationsanwendungen im Hochtemperaturbereich vermarkten wir unter dem Markennamen SIGRATHERM®, Batteriefilze unter der Marke SIGRACELL®.

Typische Eigenschaften des Materials

  • Sehr wenig wärmeleitfähig
  • Geringe Wärmekapazität
  • Hochtemperaturbeständig
  • Hochrein

Herstellung von Weichfilz

Ausgangsmaterial für die Herstellung von Kohlenstoff- und Graphitweichfilz sind Filze aus vernadelten Zellulosefasern. Diese werden durch thermische Behandlung bei 800-1.000°C in Kohlenstoffweichfilze umgewandelt. Behandelt man diese Filze mit noch höheren Temperaturen > 2.000°C nehmen die Kohlenstofffasern zunehmend eine graphitähnliche Struktur ein. Man spricht dann von „Graphitweichfilzen“, ohne dass eine echte Graphitstruktur vorliegt.

Alle Weichfilze lassen sich einfach mit Messer und Schere schneiden und dadurch sehr leicht an die gewünschten Formen anpassen.

Hartfilze sind ein formstabiles Isolationsmaterial mit niedriger Wärmeleitfähigkeit auf Basis von Kohlenstofffasern für Temperaturbereiche größer 800°C in Inertgas- und Vakuum-anwendungen. Ein Kohlenstoffbindemittel verankert die Fasern zuverlässig im Formkörper, der standardmäßig in Form von Platten oder Zylindern angeboten wird. Über entsprechende mechanische Bearbeitung sind aber auch andere Geometrien möglich.

Die SGL Group vermarktet ihre Hartfilzprodukte unter dem Markennamen SIGRATHERM®.

Typische Eigenschaften des Materials

  • Formstabil
  • Gering wärmeleitfähig
  • Thermoschockbeständig
  • Erosionsfest

Herstellung von Hartfilz

Hergestellt wird Hartfilz durch Mischen und Pressen von Fasergemischen und Bindemitteln wie Phenolharzen und anschließender Hochtemperaturbehandlung bis max. 2.800°C. Im sich daran anschließenden Schritt wird der Hartfilz durch mechanische Bearbeitung auf die gewünschten Abmessungen gebracht.

Die Herstellung von Verbundplatten mit CFC- oder Graphitfolienbeschichtung wie auch das Aufbringen eines Kanten- und Erosionsschutzes sind ebenfalls möglich.

Mit einer SiC-Beschichtung lässt sich die Lebensdauer von Graphitkomponenten und Verbundwerkstoffen verlängern. Gleichzeitig können hochreine, inerte und dichte Oberflächenstrukturen realisiert werden, wie sie bei der Verarbeitung von Halbleitermaterialien gefordert sind. Typisch sind Schichtdicken im Bereich von 100 µm.

Typische Eigenschaften des Materials

  • Dicht
  • Verschließfest
  • Temperatur- und oxidationsbeständig
  • Hoch wärmeleitfähig

SiC-Beschichtungsverfahren

Siliciumcarbid wird mittels CVD-Verfahren (chemische Gasphasenabscheidung) als dünne Schichten auf carbonfaserverstärkten Kohlenstoff aufgebracht. Die Abscheidung erfolgt typischerweise bei Temperaturen von 1.200-1.300°C. Das thermische Ausdehnungsverhalten des Substratmaterials wird dabei möglichst an das von SiC angepasst, um thermische Spannungen zu minimieren.

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