WO2009006663A2 - Composite material containing a carbide layer - Google Patents

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WO2009006663A2
WO2009006663A2 PCT/AT2008/000251 AT2008000251W WO2009006663A2 WO 2009006663 A2 WO2009006663 A2 WO 2009006663A2 AT 2008000251 W AT2008000251 W AT 2008000251W WO 2009006663 A2 WO2009006663 A2 WO 2009006663A2
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carbide
carbon nanomaterial
nanomaterial
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PCT/AT2008/000251
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Theodore Schmitt
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Electrovac Ag
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/002—Carbon nanotubes

Definitions

  • the invention relates to a composite material which comprises at least one carbon nanomaterial and a further material, according to the preamble of claim 1.
  • Carbon nanomaterials and composite materials comprising carbon nanomaterials find technical use, for example, as electrodes, as a corrosion-resistant lining in chemical apparatus, in heat-resistant furnace linings, and as a stable carrier material.
  • the object of the invention is therefore to provide a composite material comprising at least one carbon nanomaterial and another material of the type mentioned above, with which the mentioned disadvantages can be avoided, which can be used in a wide temperature range and which has a high operational stability.
  • the further material comprising the metal and / or the metal alloy is in contact with the carbide layer, with high adhesion between the carbon surface and the carbide layer and high adhesion between the carbide layer and the metal layer.
  • the invention also relates to a method for producing a composite material, which comprises at least one carbon nanomaterial and a further material, according to the preamble of claim 17.
  • the object of the invention is further, a method for producing a
  • Carbon nanomaterial and another material includes indicating which is a permanently good bond between the carbon nanomaterial and the other
  • Carbon nanomaterial and the metal and / or the metal alloy comprising further material is simple and reliable, with the thus formed
  • Fig. 1 shows a porous carbon nanomaterial without further material in a schematic
  • Fig. 2 shows a composite material comprising the carbon nanomaterial and the other
  • Fig. 3 shows the composite comprising the carbon nanomaterial and the other
  • Presentation and 6 shows the composite material in a third preferred embodiment comprising the carbon nanofuel formed as carbon flakes and the further material in a schematic representation.
  • FIGS. 2 to 4 and 6 show a composite material 1, which comprises at least one carbon nanomaterial comprising a carbon nanomaterial 2 and a further material 3, wherein the carbon nanomaterial 2 at least partially comprises a carbide layer formed on the surface of the carbon nanohard material 2 and wherein the further material 3 a metal layer and / or metal alloy layer adhering at least partially to the carbide layer.
  • the carbon nanostructure of the carbon nanomaterial may preferably be in the form of a carbon nanotube and / or preferably as carbon nanofibers, or as a carbon nanotube particles, as carbon nanoplates, as nanopores in the carbon nanomaterial 2.
  • a carbon material is referred to as a carbon nanomaterial 2 if this carbon nanotube comprises structures having a characteristic extent of less than 90 ⁇ m. With such small structures, occurring surface effects can have an additional influence on the chemical and / or physical properties of the carbon nanomaterial. For example, the conductivity, the chemical reactivity and / or the strength of the carbon nanomaterial 2 may increase compared to a nanostructure-free carbon material.
  • the average diameter applies to essentially round structures, such as the carbon nanotube particle or the nanopore of the platelet, and in elongated structures, such as the carbon nanotube (CNT) or the carbon nanofabric (CNF), the average diameter is substantially normal to the longitudinal extent.
  • the carbon nanomaterial 2 may have an open-pored porous structure, with the carbon surface in the preferred embodiment also substantially including the surface of the pores in the interior of the carbon nanofabric 2.
  • the carbon nanomaterial 2 in a carbon nanomaterial 2 both nanopores, ie pores with a average diameter below 90 ⁇ m, and "normal pores", so be formed with a mean diameter over 90 microns.
  • the carbon nanofuel 2 advantageously comprises a predetermined weight fraction of the carbon nanostructure in the carbon nanofabric 2, in particular between 5% and 60%, and as the remaining fraction of the carbon nanofabric 2 substantially carbon atoms which are arranged like a lattice and wherein different lattice-like arrangements of the carbon atoms, for example a diamond lattice-like structure, So diamond, and / or in particular a - graphite-like - hexagonal structure, ie in particular graphite, can be formed.
  • a diamond lattice-like structure So diamond
  • / or in particular a - graphite-like - hexagonal structure ie in particular graphite
  • the degree of this influencing can be controlled individually by means of the predeterminable proportion by weight of the carbon nanostructure in the carbon nanomaterial 2.
  • the physical, in particular the thermal, mechanical and / or electrical, properties of the carbon nanofabric 2 and, in the further course of the composite material 1 can be adapted particularly flexibly to the respective requirements of the composite material 1.
  • the carbon nanomaterial 2 can preferably be in flake form, in carbon fiber form, as pyrographite and / or as powder graphite, ie powdered graphite, and both with closed surface, ie as closed carbon nanomaterial 2 and / or with, in particular open-pored, porosity, ie as, in particular open-pored, porous carbon nanomaterial 2 may be present.
  • the carbon nanomaterial 2 may comprise fibrous carbon, with fiber types such as short, which essentially have a fiber length shorter than 10 mm, long ones, which essentially have a fiber length between 10 mm and 250 mm, and / or continuous fibers which have more than 250 mm fiber length , and wherein the carbon nanomaterial 2 may have substantially only a predetermined type of fiber or a predetermined mixing ratio of a plurality of the types of fibers.
  • the fibers can be advantageously designed as so-called pitch fibers and / or as so-called pan fibers.
  • the carbon nanomaterial 2 can also be powdered, spherical or elliptical, in particular formed as fullerene, where, for example, 60 carbon atoms are a spherical C60 fullerene and, for example, 82 carbon atoms are an ellipsoidal Forming C82 fullerenes, these fullerenes one embodiment of the
  • the carbon nanomaterial 2 may in the most preferred embodiment
  • Graphite and in this context are referred to as graphite nanomaterial.
  • Examples of carbon nanomaterials 2 are flake-shaped graphite blended with CNF and / or CNT, powdered graphite compressed with carbon hydrofluoric particles and / or
  • the carbon nanomaterial 2 comprises at least two different ones
  • Carbon structures are essentially only carbon atoms.
  • the carbon nanomaterial 2 may consist essentially entirely of a predetermined carbon nanostructure, for example CNF, or of one
  • the metal layer and / or the metal alloy layer is one or more
  • An atomic layer thick layer comprising the metal and / or the metal alloy, wherein the metal bond is present within the metal layer and / or the metal alloy layer.
  • the metal layer may be substantially copper and / or the
  • Metal alloy layer essentially comprise a copper alloy.
  • the carbide layer is formed at least several atomic layers thick layer on
  • the carbide layer may comprise at least one stoichiometric and / or non-stoichiometric carbide.
  • the non-stoichiometric carbide can be present, for example, as an isomorphic compound or as mixed crystals, and in particular non-stoichiometry can occur, in particular in the case of carbides comprising elements of the chemical groups four to six.
  • the carbide layer may be formed as a metallic carbide, ie as a metal-like carbide, or as a non-metallic carbide.
  • the non-metallic carbide can be formed both as ionic carbide, for example lithium carbide, calcium carbide, and / or as covalent carbide, for example silicon carbide SiC and / or boron carbide.
  • the carbide comprises a metallic carbide, in particular is formed as a metallic carbide.
  • the metallic carbide may be present both as stoichiometric and / or non-stoichiometric carbide.
  • Metallic carbides may have small wetting angles 4 with a further material 3 comprising metal, in particular a metal layer and / or a metal alloy layer, which in turn enables good adhesion between the carbide layer and the further material 3, in particular the metal layer and / or the metal alloy layer can.
  • the metallic carbide comprises at least one element of groups four, five or six, preferably one element of group six, for example titanium, niobium, tantalum, vanadium and / or chromium, in particular molybdenum and / or tungsten.
  • Carbides comprising one of these elements, in particular molybdenum and / or tungsten can have particularly small wetting angles 4 with predetermined further metallic elements. Therefore, such carbides may be particularly suitable for permanent adherent contact between the carbon nanomaterial 2 and the further material 3.
  • the carbon atoms located on the surface of the carbon nanomaterial 2 usually have hardly any chemical or physical bonding with a metallic element, for example a metallic element of the group 11, in particular copper, with no permanently mechanically loadable compound.
  • a metallic element for example a metallic element of the group 11, in particular copper
  • molten copper does not bond well with the atoms of a surface of a carbon nanofabric 2.
  • the wetting angle 4 between the predetermined carbide layer and the predetermined one is also Element of the other material 3 for a good and permanent adhesion decisive, whereby it can be deduced by the wetting angle 4 on the quality of adhesion between the carbide and the metal layer, the quality, so the technical suitability with respect to mechanical, thermomechanical and / or thermal static and dynamic effects on the composite material 1, the adhesion can usually be greater, the smaller the wetting angle 4 is formed.
  • the wetting angle 4 is less than 90 °, in particular less than 75 °, preferably less than 50 °, particularly preferably less than 25 °, a coated surface can be wetted substantially homogeneously and without cavities and / or gaps, the metal layer and / or metal alloy layer in Essentially uniformly or homogeneously, ie essentially without cavities and / or gaps, adheres to the carbide layer.
  • the good adhesion in the region of the at least partially coating can be ensured, which can be used by the uniform wetting of the surface of the Kohlenstoffnanotechniks 2 with the other material 3 as Anhaftungs bland, so as an indication of a high quality of adhesion.
  • the carbide comprises molybdenum and the carbide is formed in such a way as molybdenum carbide.
  • the experimentally determinable wetting angle 4 between molybdenum carbide and copper and / or silver may be particularly small, in particular less than 25 ° and thus the further material 3 adheres particularly well to the carbide. Because the molybdenum carbide is also in stable, good and lasting contact with the carbon nanomaterial 2 comprising the carbide, the molybdenum carbide also adheres particularly well to the remaining carbon nanomaterial 2.
  • the molybdenum carbide may also adhere particularly well and permanently to the carbon nanohedral structure of the carbon nanomaterial 2. In this way, the molybdenum carbide can be particularly in stable, good and lasting contact with the carbon nan anodo structure of the carbon nanomaterial 2 comprising the carbide.
  • the use of another Group 6 metal, for example chromium or tungsten, may be used as the carbide former.
  • a substantially homogeneous adhesion of the carbon nanohard material 2 and the second material 3 can be made possible, whereby the composite material 1 substantially at least Viewed macroscopically in one direction, ie in a viewing accuracy greater than a few millimeters, may have substantially homogeneous material properties.
  • the composite material 1 Due to the substantially homogeneity of the material properties, selective stress peaks in the composite material 1 can be avoided, which is why the composite material 1 can be particularly suitable for cyclic thermal and / or cyclic mechanical stress.
  • FIG. 1 schematically shows a carbon nanomaterial 2, which is preferably open-pore with a porosity between 5 and 60% by volume.
  • Such carbon nanomaterials 2 find technical use, for example, as a stable carrier material.
  • the carbon nanomaterial 2 may advantageously be formed porous, ie as a fired porous material and / or a combustion material.
  • the carbon nanomaterial 2 is brought into the three-dimensional form under increased pressure action and / or under increased temperature influence, thereby being compressed and / or baked.
  • the pressing and / or the baking it is possible to add 2 binders and / or further additives to the carbon nanomaterial.
  • the carbon nanomaterial 2 may be formed with graphitic properties.
  • the graphitic properties of the carbon nanomaterial 2 are obtained in particular by a, in particular further, temperature treatment, the so-called graphitization process, wherein the temperature treatment is carried out up to 3000 ° C. with exclusion of air.
  • the further temperature treatment which advantageously takes place under increased pressure and at elevated temperature action on the carbon nanomaterial 2
  • a carbon nanomaterial 2 having essentially homogeneous mechanical and thermal properties can advantageously be formed, the mechanical properties, properties such as modulus of elasticity , Elongation at break or breaking stress, and the thermal properties, properties such as thermal conductivity, expansion coefficient or melting temperature.
  • the carbon nanostructures in the carbon nanomaterial 2 are advantageously preserved.
  • the carbon nanomaterial 2 produced by means of the burning process may be porous or open-pore porous, wherein the porous carbon nanomaterial 2 may advantageously have a lower specific gravity than, for example, metals and a high thermal and chemical resistance.
  • a carbon body 21 made of the carbon nanomaterial 2 illustrated in FIG. 1 may advantageously comprise the carbide layer, wherein it may be formed both only in an outer region 23 or substantially continuously through the carbon nanomaterial 2, ie both in the outer region 23 and in an inner region 22 , If the carbon nanomaterial 2 is formed as a graphite nanomaterial, the carbon body 21 may preferably be formed and designated as a graphite nanofiber.
  • the carbon nanofabric 2 comprises a carbide layer at least partially on the carbon surface and the further material 3 comprises a metal layer adhering at least partially to the carbide layer and / or Metal alloy layer comprises.
  • the carbon surface may comprise both the surface of the carbon body 2 and the surface of the pores of the substantially porous carbon nanomaterial 2.
  • the carbide layer may thus be formed essentially continuously through the carbon nanomaterial 2 embodied as a carbon body 21, whereby the good adhesion can be ensured substantially homogeneously on and in the carbon body 21 between the carbide layer and the metal layer.
  • the composite material 3 shown in FIG. 2 thus has in particular a homogeneous surface in the outer region 23, which is substantially completely covered with the further material 3.
  • the carbon nanomaterial 2 is thus arranged essentially completely inside the composite material 3.
  • the composite material 1 essentially, in the specific case macroscopically, ie in a viewing accuracy greater than a few millimeters, have homogeneous physical properties, in particular mechanical and thermal properties.
  • the carbon body 21 may be wetted only in the outer region 23 with the further material 3 adhering.
  • the carbon nanomaterial 2 is at least partially formed as a coherent carbon body 21, and the carbon body 21 is formed in a predeterminable inner region 22 free of further material 3. This, in Fig.
  • shown alternative preferred embodiment can be particularly easily formed when the inner portion 22 of the carbon body 21 is formed karbid für / or if the further material 3 is infiltrated only in a predetermined outer region 23 of the carbon body 21 in this carbon body 21
  • the outer region 23 behaves like the composite material 1 and the inner region 22 as the carbon nanomaterial 2.
  • a particularly suitable material combination can be made possible, the advantages of the composite material 1, in particular the thermal expansion coefficient, the high thermal conductivity and the good Solderability with other metals, and the advantages of, in particular porous, carbon nanomaterial 2, for example, the high temperature resistance and low weight, can be combined.
  • a component of a composite material 1 substantially comprising the carbon nanomaterial 2, in particular graphite material, and the further material 3, in particular copper, silver, gold and / or aluminum, arise, which has a low specific component weight, which in the outer region 23 the good Guaranteed adhesion between the carbon nanomaterial 2 and the other material 3 and has good solderability and good heat transfer to other components.
  • the composite material 1 can have a particularly low specific weight with aluminum. This results in the advantage that the carbon body 21 can be impregnated and / or penetrated only in regions with the further material 3, whereby the inner region 22 of the composite material 1 is formed free of further material 3.
  • the composite material 1 in the outer region 23 - at least in a Maisleiters Siemens - may have a metal surface and by means of this Mais réelles Kunststoff simple, good, high heat transfer and high reliability with other components, such as heat transfer or heat dissipation, can be connected ,
  • the outer regions 23, which are impregnated and / or interspersed with the further material 3, can absorb high forces, wherein a component formed by the composite material 1 - in spite of the weight minimization - can continue to be used as a supporting component.
  • the component may be formed similarly to a sandwich component, in which the inner region 22 receives no forces, but rather as a spacer for - the forces and mechanical stresses receiving and transmitting - outside areas 23 is used.
  • gaseous and / or liquid media can be conducted through the interior 22, for which purpose the interior region 22 of the composite material 1 is not enclosed by the metal matrix at the end faces and the interior region 22 is thus accessible from outside.
  • the composite material 1 can be used like a pipe, wherein gases and / or liquids flowing through can exchange excellent heat energy with the composite material 1.
  • both the media flowing through can be tempered or cooled particularly effectively, and / or the media flowing through can support the tempering effect or the cooling effect of the composite material 1 particularly effectively.
  • such a flow-through composite material 1 can be designed as a particularly small and space-saving than heat sink.
  • the carbon nanomaterial 2 is also formed at least in regions as a continuous carbon body 21, it can be provided that the carbon body 21 is formed in a predeterminable outer region 23 free from the further material 3.
  • the composite material 1 on average may in particular have a low specific density and may be formed with a low intrinsic weight. If the composite material 1 thereby forms a component of a vehicle or an aircraft, a vehicle or aircraft weight can be reduced, whereby the reduction in the weight of the vehicle or aircraft can also reduce the fuel consumption, in particular in air traffic.
  • the component size, the component weight and / or the mechanical load-bearing capacity of the composite material 1 can be improved, in particular in the last two embodiments of the invention, wherein the composite material 1 is suitable, for example, for use in vehicles, aircraft and / or electrical equipment.
  • the carbon body 21 is at least partially formed in a predetermined outer region 23 and at least partially in a predeterminable inner region 22 free of further material 3.
  • the further material 3 is substantially formed as metal and / or metal alloy.
  • the composite material 1 in the physical and mechanical properties of the metal and / or the metal alloy similar, wherein the carbon nanomaterial 2 acts as a stable, especially temperature-resistant, and lightweight carrier substance.
  • the composite material 1 may comprise further substances, in particular fillers and reinforcing materials, for example a carbon fiber fabric.
  • the carbon fiber fabric may comprise a carbide layer and thus enable a permanent surface adhesion to the further material 3.
  • the composite material can withstand high mechanical loads and / or be used as often so-called high-performance material for mechanically heavily loaded components.
  • FIG. 4 schematically shows the determination of the wetting angle 4 of the metal layer or the metal alloy layer on the carbide layer. Shown is a detail of the carbon nanofabric 2, which is formed on the - in the illustration and preferably in a measuring arrangement for determining the wetting angle 4 - upwardly facing surface with a carbide layer, and - for measuring the wetting angle 4 - a dome-shaped droplets of the other material 3, which is designed in particular as a metal and / or as a metal alloy. Due to the good adhesion between the carbide and the further material 3, the wetting angle 4 is formed small, in FIG. 4, for example, approximately 25 °, which corresponds to a very good wettability and whereby a good adhesion can be made possible.
  • the further material 3 advantageously uniformly, ie without gaps and / or cavities, substantially over the entire surface of the carbon nanofabric 2 spread with which the wetting angle 4 as such is no longer measurable.
  • wetting defects in particular intermediate spaces and cavities, visibly appear on the surface of the composite material 1, so can In this case, a particularly simple visual inspection of the finished component takes place and in such a way on the quality, in the sense of meeting the nominal properties and the quality of adhesion between the carbide and the other material 3, the composite material 1 are inferred. In this way, a particularly simple test method and quality control can be ensured.
  • a preferred alternative embodiment of the carbon nanomaterial 2 is shown, in which the carbon nanomaterial 2 is in powder or flake form, wherein it can be advantageously provided that the carbon nanomaterial 2 in the form of carbon flakes 25, in particular in the form of graphite flakes 25, or in the form of carbon black, diamond particles, carbon powder and / or carbon fibers and comprising at least one Kohlenstoffhano Modell, in particular Karbonnanomaschinen and / or Karbonnanotubes is formed, and wherein the carbon flakes 25 are formed in particular substantially oval and / or flat. Carbon flakes 25 can be easily prepared and processed.
  • the carbon flakes 25 may be open-pore porous or, in particular, substantially pore-free, wherein the thermal conductivity of the carbon flakes 25 may be high.
  • the carbon flakes 25 themselves may be formed as a carbon nanostructure, in particular as a carbon nanofuel.
  • the carbon flocks 25 have a maximum extension of less than 5 mm.
  • the maximum extent can advantageously be measured along a longitudinal extension, and a width extension and above all a height extent of the carbon flocks 25 can be significantly lower, in particular less than 1 mm, than the longitudinal extension.
  • the carbon flocks 25 may have a maximum extension below 0.5mm.
  • homogeneous and, in particular, anisotropic mechanical and / or thermal material properties of the composite material 1 can be ensured after further processing, for example by means of compression molding and / or by means of the firing process, at least in macroscopic consideration.
  • the carbon flakes 25 may be substantially embedded in the further material 3, whereby after the Further processing, at least in macroscopic consideration, homogeneous material properties of the composite material 1 can be guaranteed.
  • essentially the complete surface of the composite material 1 may be formed from the further material 3.
  • the carbon flakes 25 are particularly suitable for the production of complex geometries, with a good mixing with the other material 3 is ensured and thus the composite material substantially homogeneous and in a predetermined mixing ratio, in particular weight mixing ratio, from the Kohlenstoffnanotechnikstoff 2 and the other material 3 may be formed , Particularly advantageously, the carbon flakes 25 can be introduced into the composite material 1 statistically, that is to say without preferential orientation, whereby anisotropic material properties can be prevented or minimized.
  • the composite material 1 is particularly preferably produced by means of a method for producing a composite material 1 which comprises at least one carbon nanomaterial 2 and a further material 3, wherein a carbide layer is formed at least in regions in the region of the surface of the carbon nanohard material 2, the further material 3 at least in regions is arranged in the region of the carbide layer and the carbon nanomaterial 2 and the further material 3 are subjected to a heat treatment.
  • the individual method steps can be separated from one another, in particular in chronological succession.
  • a semifinished product which has been developed in this process can be stored and / or tested, thus enabling a flexible, in particular flexible, timing, production and continuous quality control of the semi-finished products.
  • the high quality of an end product produced by means of the method can be ensured, and the end product can also be used for safety-critical components with special quality control and follow-up regulations for production.
  • the further material 3 is heated in the heat treatment above its melting point. In this way, the good adhesion between the carbon nanomaterial 2 and the further material 3 can be ensured.
  • a metal and / or a metal alloy are used as further material 3.
  • the carbon nanomaterial 2 formed carbide layer the good adhesion between the metal and / or the
  • Metal alloy and the carbon nanomaterial 2 are made possible.
  • the metal and / or a metal alloy may have a good thermal conductivity and a thermal expansion coefficient similar to other metallic components, which is why the composite material 1 comprising the carbon nanomaterial 2 and the further material 3 formed as metal and / or metal alloy in combination with the other metallic component can behave favorably.
  • the carbon nanomaterial 2 may advantageously be in the form of
  • Carbon flakes 25 are used. This results in a particularly preferred
  • Embodiment of the method wherein the carbon flocks 25 are first produced as a semi-finished product.
  • the carbon flakes 25 may at least partially form the carbon nanostructure itself or with another carbon nanostructure, for example
  • Carbon toe plates are mixed.
  • the carbon flakes 25 are carbidized, ie the surface of the
  • Carbon flakes 25 are converted into a carbide layer, whereby one of the aforementioned advantageous carbide layers is formed.
  • the carbon flakes 25 can be stored temporarily, quality-tested or processed directly.
  • Carbon nanomaterial 2 at the same time as the carburization of the carbon fibrils 25, thus forming a carbided carbon nanomaterial 2.
  • the carbidation of the carbon nanostructure can be omitted and / or carried out in a separate step.
  • the carbon nanostructure is preferably mixed with already carbidized carbon flocks 25, whereby the
  • Carbon nanomaterial 2 is also present in carbidized form.
  • the carbide layer may advantageously be thin, essentially only a few
  • Atomic layers be formed. In this way, it can be ensured that the heat conductivity of the carbon nanofabric 2 is only slightly reduced by the merely thin carbide layer.
  • the thus carburized carbon nanomaterial 2 are mixed in the next step with the further material 3, in particular with the metal and / or the metal alloy.
  • the blending advantageously done by stirring, sprinkle and / or kneading done.
  • the metal and / or the metal alloy in the mixing in powder or flake form as a solid, or alternatively heated above the melting point, ie in liquid form, are present.
  • fibrous and / or pulverulent carbon nanomaterial 2 may be mixed with the further material 3 in this way.
  • the mixing are made possible, wherein a part of the molten or infiltrated material penetrates into the carbon nanomaterial 2 and this part thus forms the further material 3 of the composite material 1.
  • the entirety of the carbon nanohard material 2, optionally comprising the further binders and / or additives and comprising the carbide layer, and the further material 3 thus forms the composite material 1.
  • the infiltrated part of the further material 3 is solidified and an infiltration pressure, ie the pressure on the melt, can be removed or the composite material 1 is lifted under pressure from the melt, whereby the permanent adhesion between the further material 3 and the Carbide layer may advantageously be given after cooling below the melting temperature of the other material 3.
  • an infiltration pressure ie the pressure on the melt
  • the mixing can advantageously take place in a predetermined ratio, in particular weight ratio.
  • a mixed semi-finished product is formed, which is cold and / or warm storable or immediately further processing capability.
  • the mechanical and / or the thermal properties of the composite material 1 can be adjusted precisely, specifically and in a predetermined manner, whereby mutually different composite materials 1 comprising the same constituents in different weight compositions can be used for different fields of application, for example for different heat dissipation requirements.
  • the blended semifinished product can be processed into the composite material 1 by means of pressing, firing and / or hot pressing, the carbon nanofuel 2 and the further material 3 advantageously being sintered during the heat treatment.
  • the term "sintering" in the sense of the disclosure of the effect of increased Temperature and / or increased pressure on the composite material 1 is to be understood and / or in particular the further material 3 is heated above its melting point. Such a quick and easy processing is possible.
  • the semifinished product in this step, can be formed into a predetermined, and possibly complex, three-dimensional geometry, whereby the number of reworking steps can be particularly reduced.
  • a composite material 1 which comprises at least one carbon nanomaterial 2 and a further material 3
  • the further material 3 is infiltrated into the carbon nanomaterial 2.
  • good adhesion between the carbide layer and the further material 3 present, in particular as metal or metal alloy, can be ensured, and a predetermined mixing ratio gradient of the carbon nanomaterial 2 and of the further material 3 can be formed in the composite material 1, in particular also internal pores and nanopores of the open-pored carbon nanomaterial 2 can be infiltrated with the further material 3.
  • the carbon nanomaterial 2 is impregnated with the further material 3, whereby here too the further material 3 is heated above its melting point.
  • This form of mixing of the carbon nanofuel 2 and of the further material 3 can be carried out advantageously, in particular in the case of an open-pore carbon nanomaterial 2 having a high porosity, for example above 50%.
  • the predetermined mixing ratio gradient can be formed along one direction, for example along an axis, or from the outer region 23 towards the inner region 22, as the latter is illustrated, for example, in FIG.
  • a composite material 1 with, along the mixing ratio gradient, variable mechanical and / or thermal properties allows, which can be addressed in an advantageous manner to the individual requirements of each application.
  • the open-pored porosity of the carbon nanomaterial 2 in the inner region 23 can be obtained, as a result of which the composite material 1 can be flushed by means of a purge gas and / or a rinsing liquid. This can improve the temperature dissipation, wherein the weight of the composite material 1 is low and wherein the composite material 1, at least temporarily, can be heated above the melting point of the further material 3.
  • the mixture ratio gradient can be predetermined, for example, by shortening the immersion time, lower temperature of the melt of the further material 3, by spinning the composite material 1 immediately after removal from the remaining melt and / or by a combination of these process parameters.
  • the carbide formation can be carried out by means of molybdenum-containing salts which are brought into aqueous solution or organic solution or are mixed directly with the carbon nanomaterial 2.
  • concentration and the mixing ratio of the carbon nanomaterial 2 and the metal-containing salt, in particular molybdenum-containing salt can be predetermined in close tolerances, with a semi-finished carbon product, in particular a semifinished graphite product, being formed.
  • the molybdenum salt for example ammonium hexamolybdate
  • the solution is provided with a wetting agent which reduces the surface tension of the aqueous solution, for example commercial rinsing agent.
  • the preferably porous, in particular open-pore porous, carbon nanomaterial 2, which in particular comprises graphite and / or has graphitic properties is placed in the aqueous solution.
  • the pores are made free of air, wherein the aqueous solution can flow into the pores.
  • the penetration of the aqueous solution into the pores can be carried out particularly reliably.
  • the penetration of the aqueous solution into small pores can reliably take place and enable the reliable penetration of the aqueous solution into the entire carbon nanomaterial 2 and thus ensure that substantially all externally accessible pores are impregnated with solvent and essentially the entire surface of carbon nanomaterial 2, in particular the surfaces of the pores, are wetted with solvent.
  • the different process steps for impregnating the carbon nanomaterial 2 by means of the aqueous solution can be carried out individually, in the order just described, simultaneously or in a different order, thus enabling thorough mixing of the carbon nanomaterial 2 and the salt.
  • the carbon nanomaterial 2 is dried, advantageously at the admission of air and at room temperature or elevated temperature.
  • the carbon nanomaterial 2 is present in the form of a plurality of discontinuous individual particles, that is, for example, the carbon nanohide material 2 in the form of carbon fibrils 25, in powder form and / or in the form of the so-called Karbonnanomaschinen and / or Karbonnanotubes
  • the carbon nanomaterial 2 is introduced into a container , wherein the aqueous solution - which in particular comprises the wetting agent and the carbide-forming salt - at the same time, before or after time in the container is then filled.
  • the carbon nanomaterial 2 is dried, advantageously in the presence of air and at room temperature or elevated temperature.
  • the semi-finished carbon is heated under reducing conditions, in particular free of oxygen, and so carried out the carbidization of the carbon nanohard 2.
  • the carburizing layer influencing parameter heating rate, temperature, residence time, cooling rate and / or cooling time can be predetermined and in particular controlled independently.
  • the homogeneous formation of a substantially homogeneous or a predetermined inhomogeneous carbide layer can be controlled, whereby the layer thickness of the carbide layer can be predetermined within narrow tolerances and controlled, which can be particularly advantageous for the high quality of subsequent process steps.
  • the molybdenum-containing salt and / or a molybdenum salt is used.
  • the carbidization takes place under - compared to room temperature - elevated temperature.
  • the carbidization can be carried out by reaction of carbon from the carbon body 2 with the molybdenum salt or by reacting a gas atmosphere with the molybdenum salt.
  • the carbidation can also be carried out by both reactions.
  • a protective gas of the gas atmosphere for example, nitrogen can be used. Also
  • Another variant is the implementation in a vacuum.
  • the carbidization can be done in a graphite crucible.
  • Carbon nanomaterial 2 for example, with a metal, in particular copper, de-energized and / or electroplated.
  • Metal alloy can not be influenced by the carbide former.
  • the group 11 metal for example silver, gold or, in particular, copper, is characterized by good electrical and in particular thermal, as is aluminum, which is a group 13 metal
  • the composite material can be used in a particularly advantageous manner, especially for components in the field of thermal, especially cyclic, stressed areas.
  • Metal alloy layer is already at several atomic layers carbide layer and several
  • Copper as a metal layer results, for example, the experimentally determined
  • the approximately measured 18 ° are understood as statistical
  • Binding angle 4 between molybdenum carbide and copper have a large variance and wherein larger and / or smaller individual values of the wetting angle 4 can be measured.
  • the composite material 1 combines the advantages of the carbon nanomaterial 2 with the
  • Composite 1 has a low specific gravity and a low thermal
  • the thermal conductivity of the composite material 1 over that of the metal can be formed in pure form.
  • the further material 3 is distributed substantially throughout the composite material 1, whereby - macroscopically considered - uniform and / or anisotropic material properties can be ensured.
  • the carbon nanomaterial 2 of the composite material 1 can be substantially completely enveloped by the further material 3, whereby a homogeneous outer shell is ensured and the essentially complete outer surface of the composite material 1 can have metallic properties, for example with respect to the thermal conductivity and the solderability. This can especially simplify the use.
  • the thermal expansion coefficient of the composite material 1 may correspond to a substantially linear average, corresponding to the weight mixing ratio of the carbon nanohard material 2 and of the further material 3.
  • the coefficient of thermal expansion of the composite material can correspond to the order of magnitude of the coefficient of thermal expansion of a metal, with which low thermal expansion stresses, ie stresses due to different thermal expansion coefficients of the individual materials of the composite material 1, in the region during bonding and / or soldering of a metal component to the composite material a contact surface occur.
  • the bonding and / or soldering is so suitable for cyclic thermal stress, the high fatigue strength of the bond and / or soldering can be guaranteed.
  • the thermal expansion compared to the metal can be reduced, that is, in the normal case substantially and measurably lower than that of the metal.
  • Such a good solderability of the composite material 1 on a so-called DCB ceramics can be ensured and the risk of detachment of the composite material 1 from the DCB ceramic under thermal and / or mechanical cycling can be reliably avoided.
  • the low thermal expansion of the composite material 1 compared with the further material 3 formed as a metal which may in particular be of the same order of magnitude as the thermal expansion of the DCB ceramic.
  • the composite material 1 can be further processed in subsequent process steps and / or further processed.
  • the composite material 1 can be coated with an additional surface layer.
  • the additional surface layer may comprise predominantly one or more non-metals or predominantly a metal and / or a metal alloy.
  • This additional surface layer can ensure a particularly low thermal resistance and / or a particularly high electrical conductivity of the surface of the thus coated composite material 1.
  • closed and homogeneous metal layers enable good bonding and soldering connections.
  • the composite material 1 can be further processed by machining easily and inexpensively and / or connected to other components, in particular soldered or glued be. For example, measuring arrangements, thermal bridges, electrical contacts, support elements can be formed. Likewise, the composite material 1 can be used as a heat sink, in particular in semiconductor components due to the advantageous thermal and mechanical properties. As a result, the composite material 1 can form a cost-effective component, in particular simply to be adapted to the geometric requirements.

Abstract

A composite material (1) is proposed which comprises at least one carbon nanomaterial (2) comprising a carbon nanostructure and a further material (3), in order that a further temperature use range and a high service stability is enabled, in that the carbon nanomaterial (2) comprises at least in areas a carbide layer formed on the surface of the carbon nanomaterial (2) and in that the further material (3) comprises a metal layer and/or metal alloy layer adhering at least in areas to the carbide layer.

Description

Ver b u n d wer kstof f Ver b u n d kstof f
Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff, welcher zumindest einen Kohlenstoffnanowerkstoff und einen weiteren Werkstoff umfasst, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a composite material which comprises at least one carbon nanomaterial and a further material, according to the preamble of claim 1.
Kohlenstoffhanowerkstoffe und Verbundwerkstoffe, umfassend Kohlenstoffhanowerkstoffe, finden beispielsweise technische Verwendung als Elektroden, als korrosionsbeständige Auskleidung bei chemischen Apparaten, bei hitzebeständigen Ofenauskleidungen, sowie als beständiges Trägermaterial.Carbon nanomaterials and composite materials comprising carbon nanomaterials find technical use, for example, as electrodes, as a corrosion-resistant lining in chemical apparatus, in heat-resistant furnace linings, and as a stable carrier material.
Bei der Verwendung eines Verbundwerkstoffes, umfassend einen Kohlenstoffnanowerkstoff als beständiges Trägermaterial und Kupfer, für Schaltkreise, Messaufhehmer und/oder Kontakte erweist sich als nachteilig, dass sich bei einer, insbesondere thermischen, zyklischen Beanspruchung des Verbundwerkstoffes oftmals das Kupfer vom Kohlenstoffnanowerkstoff ablöst, wobei Hohlräume entstehen und dabei die thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes verändert werden, was meist zur technischen Unbrauchbarkeit oder zur Zerstörung des Verbundwerkstoffes fuhrt.When using a composite material comprising a carbon nanomaterial as a stable carrier material and copper, for circuits, Meßaufhehmer and / or contacts proves to be disadvantageous that in a, in particular thermal, cyclic stress of the composite often the copper separates from the Kohlenstoffnanowerkstoff, cavities arise and thereby the thermal and / or mechanical properties of the composite material are changed, which usually leads to the technical usability or destruction of the composite material.
Aufgabe der Erfindung ist es daher einen Verbundwerkstoff, welcher zumindest einen Kohlenstoffnanowerkstoff und einen weiteren Werkstoff umfasst, der eingangs genannten Art anzugeben, mit welchem die genannten Nachteile vermieden werden können, welcher in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar ist und welcher eine hohe Einsatzstabilität aufweist.The object of the invention is therefore to provide a composite material comprising at least one carbon nanomaterial and another material of the type mentioned above, with which the mentioned disadvantages can be avoided, which can be used in a wide temperature range and which has a high operational stability.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht. Dadurch ist der das Metall und/oder die Metalllegierung umfassende weitere Werkstoff mit der Karbidschicht in anhaftendem Kontakt, wobei zwischen der Kohlenstoffoberfläche und der Karbidschicht eine hohe Anhaftung und wobei zwischen der Karbidschicht und der Metallschicht eine hohe Anhaftung gewährleistet ist.This is achieved by the features of claim 1 according to the invention. As a result, the further material comprising the metal and / or the metal alloy is in contact with the carbide layer, with high adhesion between the carbon surface and the carbide layer and high adhesion between the carbide layer and the metal layer.
Durch die gute Anhaftung des weiteren Werkstoffes an der Karbidschicht kann eine hohe Einsatzstabilität über den weiten Temperatureinsatzbereich auch bei zyklischer mechanischer und/oder thermischer Beanspruchung gewährleistet sein. Dadurch können technisch relevante Veränderungen der thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes verhindert werden, womit der Verbundwerkstoff ohne gesonderte Überwachung dauerhaft verwendet werden kann. Dadurch ist der Serviceaufwand für den Verbundwerkstoff gering und die laufenden Kosten können gering gehalten werden.Due to the good adhesion of the further material to the carbide layer, a high stability of use over the wide temperature range can be ensured even with cyclic mechanical and / or thermal stress. As a result, technically relevant changes in the thermal and / or mechanical properties of the composite material can be prevented, with which the composite material can be used permanently without separate monitoring. As a result, the service effort for the composite material is low and the running costs can be kept low.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes, welcher zumindest einen Kohlenstoffnanowerkstoff und einen weiteren Werkstoff umfasst, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 17.The invention also relates to a method for producing a composite material, which comprises at least one carbon nanomaterial and a further material, according to the preamble of claim 17.
Aufgabe der Erfindung ist es weiters, ein Verfahren zur Herstellung einesThe object of the invention is further, a method for producing a
Verbundwerkstoffes der eingangs genannten Art, welcher zumindest einenComposite material of the type mentioned, which at least one
Kohlenstoffnanowerkstoff und einen weiteren Werkstoff umfasst, anzugeben, welches eine dauerhaft gute Verbindung zwischen dem Kohlenstoffnanowerkstoff und dem weiterenCarbon nanomaterial and another material includes indicating which is a permanently good bond between the carbon nanomaterial and the other
Werkstoff gewährleistet, welches einen weiten Temperatureinsatzbereich des und eine hoheMaterial ensures that a wide temperature range of use and high
Einsatzstabilität Verbundwerkstoffes ermöglicht.Operational stability of composite material allows.
Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruches 17 erreicht.This is achieved by the features of claim 17 according to the invention.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Herstellung des Verbundwerkstoffes, umfassend denThis has the advantage that the production of the composite material comprising the
Kohlenstoffnanowerkstoff und den Metall und/oder die Metalllegierung umfassenden weiteren Werkstoff, einfach und zuverlässig erfolgt, wobei mit dem derart ausgebildetenCarbon nanomaterial and the metal and / or the metal alloy comprising further material, is simple and reliable, with the thus formed
Verbundwerkstoff die eingangs genannten Vorteile bereitgestellt werden können.Composite material, the advantages mentioned above can be provided.
Die Unteransprüche, welche ebenso wie der Patentanspruch 1 gleichzeitig einen Teil derThe dependent claims, which as well as the patent claim 1 at the same time a part of
Beschreibung bilden, betreffen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.Describe form, relate to further advantageous embodiments of the invention.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen lediglich bevorzugte Ausführungsformen beispielhaft dargestellt sind, näher beschrieben.The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which only preferred embodiments are shown by way of example.
Dabei zeigt:Showing:
Fig. 1 einen porösen Kohlenstoffnanowerkstoff ohne weiteren Werkstoff in schematischerFig. 1 shows a porous carbon nanomaterial without further material in a schematic
Darstellung in axonometrischer Darstellung;Representation in axonometric representation;
Fig. 2 einen Verbundwerkstoff umfassend den Kohlenstoffnanowerkstoff und den weiterenFig. 2 shows a composite material comprising the carbon nanomaterial and the other
Werkstoff in einer besonders bevorzugten Ausführungsform in axonometrischer Darstellung;Material in a particularly preferred embodiment in axonometric representation;
Fig. 3 den Verbundwerkstoff umfassend den Kohlenstoffnanowerkstoff und den weiterenFig. 3 shows the composite comprising the carbon nanomaterial and the other
Werkstoff in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform in axonometrischer Darstellung;Material in a second preferred embodiment in axonometric representation;
Fig. 4 ein Detail des Kohlenstoffnanowerkstoffes und einen Tropfen des weiteren Werkstoffes bei einer Bestimmung eines Benetzungswinkels in schematischer Darstellung;4 shows a detail of the carbon nanomaterial and a drop of the further material in a determination of a wetting angle in a schematic representation;
Fig. 5 den als Kohlenstoffflocken ausgebildeten Kohlenstoffnanowerkstoff in schematischer5 shows the carbon nanofiber formed as carbon flakes in a schematic
Darstellung und Fig. 6 den Verbundwerkstoff in einer dritten bevorzugten Ausführungsform umfassend den als Kohlenstoffflocken ausgebildeten Kohlenstoffnanowerkstoff und den weiteren Werkstoff in schematischer Darstellung.Presentation and 6 shows the composite material in a third preferred embodiment comprising the carbon nanofuel formed as carbon flakes and the further material in a schematic representation.
Die Fig. 2 bis 4 und 6 zeigen einen Verbundwerkstoff 1, welcher zumindest einen eine Kohlenstoffnanostruktur umfassenden Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und einen weiteren Werkstoff 3 umfasst, wobei der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 zumindest bereichsweise eine an der Oberfläche des Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 ausgebildete Karbidschicht umfasst und wobei der weitere Werkstoff 3 eine an der Karbidschicht wenigstens bereichsweise anhaftende Metallschicht und/oder Metalllegierungsschicht umfasst.2 to 4 and 6 show a composite material 1, which comprises at least one carbon nanomaterial comprising a carbon nanomaterial 2 and a further material 3, wherein the carbon nanomaterial 2 at least partially comprises a carbide layer formed on the surface of the carbon nanohard material 2 and wherein the further material 3 a metal layer and / or metal alloy layer adhering at least partially to the carbide layer.
Die Kohlenstoffnanostruktur des Kohlenstoffnanowerkstoff kann vorzugsweise als Kohlenstoffnanotubes und/oder vorzugsweise als Kohlenstoffnanofasern, oder als Kohlenstoffnanorußpartikel, als Kohlenstoffnanoplättchen, als Nanoporen im Kohlenstoffnanowerkstoff 2, ausgebildet sein. Im diesem Sinne wird ein Kohlenstoffwerkstoff als Kohlenstoffnanowerkstoff 2 bezeichnet, wenn dieser Kohl ennano sto ff Strukturen mit einer charakteristischen Ausdehnung von unter 90μm umfasst. Bei derart kleinen Strukturen können auftretende Oberflächeneffekte einen zusätzlichen Einfluss auf die chemische und/oder physikalischen Eigenschaften des Kohlenstoffnanowerkstoff haben. Beispielsweise kann die Leitfähigkeit, die chemische Reaktivität und/oder die Festigkeit des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 gegenüber einem nanostrukturfreien Kohlenstoffwerkstoff ansteigen.The carbon nanostructure of the carbon nanomaterial may preferably be in the form of a carbon nanotube and / or preferably as carbon nanofibers, or as a carbon nanotube particles, as carbon nanoplates, as nanopores in the carbon nanomaterial 2. In this sense, a carbon material is referred to as a carbon nanomaterial 2 if this carbon nanotube comprises structures having a characteristic extent of less than 90 μm. With such small structures, occurring surface effects can have an additional influence on the chemical and / or physical properties of the carbon nanomaterial. For example, the conductivity, the chemical reactivity and / or the strength of the carbon nanomaterial 2 may increase compared to a nanostructure-free carbon material.
Als charakteristischen Ausdehnung - von unter 90μm - gilt bei im Wesentlichen runden Strukturen, wie dem Kohlenstoffnanorußpartikel oder der Nanopore, der mittlere Durchmesser, gilt bei flächigen Strukturen, wie dem Kohlenstoffnanoplättchen, die Höhenerstreckung, also die Erstreckung des Plättchens im Wesentlichen normal auf die flächige Ausdehnung des Plättchens, und gilt bei länglichen Strukturen, wie dem Kohlenstoffnanotube (CNT) oder der Kohlenstoffnanofaster (CNF), der mittlere Durchmesser im Wesentlichen normal zur Längserstreckung.As a characteristic extent of less than 90 μm, the average diameter applies to essentially round structures, such as the carbon nanotube particle or the nanopore of the platelet, and in elongated structures, such as the carbon nanotube (CNT) or the carbon nanofabric (CNF), the average diameter is substantially normal to the longitudinal extent.
Insbesondere kann der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 offenporig porös ausgebildet sein, wobei die Kohlenstoffoberfläche in der bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen auch die Oberfläche der Poren im Inneren des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 umfasst. Insbesondere können in einem Kohlenstoffnanowerkstoff 2 sowohl Nanoporen, also Poren mit einem mittleren Durchmesser unter 90μm, und „Normalporen", also mit einem mittleren Durchmesser über 90μm, ausgebildet sein.In particular, the carbon nanomaterial 2 may have an open-pored porous structure, with the carbon surface in the preferred embodiment also substantially including the surface of the pores in the interior of the carbon nanofabric 2. In particular, in a carbon nanomaterial 2 both nanopores, ie pores with a average diameter below 90μm, and "normal pores", so be formed with a mean diameter over 90 microns.
Der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 umfasst vorteilhafterweise einen vorbestimmten Gewichtsanteil der Kohlenstoffhanostruktur im Kohlenstoffnanowerkstoffes 2, insbesondere zwischen 5% und 60%, und als restlichen Anteil des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 im Wesentlichen Kohlenstoffatome, welche gitterartig angeordnet sind und wobei unterschiedliche gitterartige Anordnungen der Kohlenstoffatome, beispielsweise eine diamantgitterartige Struktur, also Diamant, und/oder insbesondere eine - graphitartige - hexagonale Struktur, also insbesondere Graphit, ausgebildet sein können. Bereits geringe Gewichtsanteile der Kohlenstoffnanostruktur im Kohlenstoffnanowerkstoff 2 können die chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 beeinflussen. Der Grad dieser Beeinflussung kann dabei individuell mittels des vorbestimmbaren Gewichtsanteils der Kohlenstoffnanostruktur im Kohlenstoffnanowerkstoff 2 gesteuert werden. Derart lassen sich die physikalischen, insbesondere die thermischen, mechanischen und/oder die elektrischen, Eigenschaften des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 und im weiteren des Verbundwerkstoffes 1 besonders flexibel den jeweiligen Anforderungen an den Verbundwerkstoff 1 anpassen.The carbon nanofuel 2 advantageously comprises a predetermined weight fraction of the carbon nanostructure in the carbon nanofabric 2, in particular between 5% and 60%, and as the remaining fraction of the carbon nanofabric 2 substantially carbon atoms which are arranged like a lattice and wherein different lattice-like arrangements of the carbon atoms, for example a diamond lattice-like structure, So diamond, and / or in particular a - graphite-like - hexagonal structure, ie in particular graphite, can be formed. Already small proportions by weight of the carbon nanostructure in the carbon nanomaterial 2 can influence the chemical and / or physical properties of the carbon nanomaterial 2. The degree of this influencing can be controlled individually by means of the predeterminable proportion by weight of the carbon nanostructure in the carbon nanomaterial 2. In this way, the physical, in particular the thermal, mechanical and / or electrical, properties of the carbon nanofabric 2 and, in the further course of the composite material 1, can be adapted particularly flexibly to the respective requirements of the composite material 1.
Der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 kann bevorzugt in Flockenform, in Kohlenstofffaserform, als Pyrographit und/oder als Pulvergraphit, also pulverförmiges Graphit, ausgebildet sein und sowohl mit geschlossener Oberfläche, also als geschlossener Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und/oder mit, insbesondere offenporiger, Porosität, also als, insbesondere offenporiger, poröser Kohlenstoffnanowerkstoff 2 vorliegen kann.The carbon nanomaterial 2 can preferably be in flake form, in carbon fiber form, as pyrographite and / or as powder graphite, ie powdered graphite, and both with closed surface, ie as closed carbon nanomaterial 2 and / or with, in particular open-pored, porosity, ie as, in particular open-pored, porous carbon nanomaterial 2 may be present.
Besonders bevorzugt kann der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 faserfÖrmigen Kohlenstoff umfassen, wobei Faserntypen wie Kurz-, welche im Wesentlichen eine Faserlänge kürzer als 10mm aufweisen, Lang-, welche im Wesentlichen eine Faserlänge zwischen 10mm und 250mm aufweisen, und/oder Endlosfasern, welche über 250mm Faserlänge aufweisen, ausgebildet sein können und wobei der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 im Wesentlichen lediglich einen vorbestimmten Faserntyp oder ein vorbestimmtes Mischungsverhältnis mehrerer der Faserntypen aufweisen kann. Die Fasern können vorteilhafterweise als sogenannte pitch-Fasern und/oder als sogenannte pan-Fasern ausgebildet sein. Der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 kann auch pulverförmig, kugelförmig oder ellipsenförmig, insbesondere als Fulleren ausgebildet sein, wobei beispielsweise 60 Kohlenstoffatome ein kugelförmiges C60-Fulleren und beispielsweise 82 Kohlenstoffatome ein ellipsenförmiges C82-Fulleren ausbilden können, wobei diese Fullerene eine Ausbildungsform derParticularly preferably, the carbon nanomaterial 2 may comprise fibrous carbon, with fiber types such as short, which essentially have a fiber length shorter than 10 mm, long ones, which essentially have a fiber length between 10 mm and 250 mm, and / or continuous fibers which have more than 250 mm fiber length , and wherein the carbon nanomaterial 2 may have substantially only a predetermined type of fiber or a predetermined mixing ratio of a plurality of the types of fibers. The fibers can be advantageously designed as so-called pitch fibers and / or as so-called pan fibers. The carbon nanomaterial 2 can also be powdered, spherical or elliptical, in particular formed as fullerene, where, for example, 60 carbon atoms are a spherical C60 fullerene and, for example, 82 carbon atoms are an ellipsoidal Forming C82 fullerenes, these fullerenes one embodiment of the
Kohlenstoffhanostrukturen im Kohlenstoffnanowerkstoff 2 darstellen.Represent carbon nanostructures in carbon nanomaterial 2.
Der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 kann in der besonders bevorzugten AusführungsformThe carbon nanomaterial 2 may in the most preferred embodiment
Graphit umfassen und in diesem Zusammenhang als Graphitnanowerkstoff bezeichnet werden.Graphite and in this context are referred to as graphite nanomaterial.
Beispiele für Kohlenstoffnanowerkstoffe 2 sind flockenförmiger Graphit vermengt mit CNF und/oder CNT, pulverförmiger Graphit verpresst mit Kohlenstoffhanorußpartikeln und/oderExamples of carbon nanomaterials 2 are flake-shaped graphite blended with CNF and / or CNT, powdered graphite compressed with carbon hydrofluoric particles and / or
Fulleren, Kohlenstoffflocken vermengt mit Diamantnanoplättchen, infiltriertes Fulleren in denFullerene, carbon flakes mixed with diamond nanoplates, infiltrated fullerene in the
Pyrographit oder dergleichen. Auch mehrere Kohlenstoffhano strukturen und/oder mehrere weitere Kohlenstoffstrukturen können vermischt, vermengt und/oder verpresst sein. Derart umfasst der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 mindestens zwei unterschiedlichePyrographite or the like. Also, several Kohlenstoffhano structures and / or several other carbon structures may be mixed, blended and / or pressed. Thus, the carbon nanomaterial 2 comprises at least two different ones
Kohlenstoffstrukturen jedoch im Wesentlichen lediglich Kohlenstoffatome.Carbon structures, however, are essentially only carbon atoms.
Alternativ kann der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 im Wesentlichen zur Gänze aus einer vorbestimmten Kohlenstoffhanostruktur bestehen, beispielsweise CNF, oder aus einerAlternatively, the carbon nanomaterial 2 may consist essentially entirely of a predetermined carbon nanostructure, for example CNF, or of one
Mischung mit vorbestimmten Mischungsverhältnis mehrerer der oben genanntenMixture with predetermined mixing ratio of several of the above
Kohlenstoffnanostrukturen.Carbon nanostructures.
Die Metallschicht und/oder die Metalllegierungsschicht ist eine zumindest mehrereThe metal layer and / or the metal alloy layer is one or more
Atomlagen dicke Schicht umfassend das Metall und/oder die Metalllegierung, wobei innerhalb der Metallschicht und/oder der Metalllegierungsschicht die metallische Bindung vorliegt.An atomic layer thick layer comprising the metal and / or the metal alloy, wherein the metal bond is present within the metal layer and / or the metal alloy layer.
Vorteilhafterweise kann die Metallschicht im Wesentlichen Kupfer und/oder dieAdvantageously, the metal layer may be substantially copper and / or the
Metalllegierungsschicht im Wesentlichen eine Kupferlegierung umfassen. Experimentell konnten bei der Anhaftung von Kupfer an einer Karbidschicht, insbesondere an einer metallischen Karbidschicht, besonders kleine Benetzungswinkel gemessen werden.Metal alloy layer essentially comprise a copper alloy. Experimentally, the adhesion of copper to a carbide layer, in particular to a metallic carbide layer, allowed particularly small wetting angles to be measured.
Die Karbidschicht ist eine zumindest mehrere Atomlagen dicke Schicht ausgebildet amThe carbide layer is formed at least several atomic layers thick layer on
Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und umfassend das Karbid, wobei die Karbidschicht sowohl an der Kohlenstoffnanostruktur und/oder an der weiteren Kohlenstoffstruktur ausgebildet sein kann.Carbon nanomaterial 2 and comprising the carbide, wherein the carbide layer may be formed both on the carbon nanostructure and / or on the further carbon structure.
In diesem Zusammenhang kann die Karbidschicht wenigstens ein stöchiometrisches und/oder nicht stöchiometrisches Karbid umfassen. Das nicht stöchiometrische Karbid kann beispielsweise als isomorphe Verbindung oder als Mischkristallen vorliegen, wobei insbesondere die Nichtstöchiometrie insbesondere bei Karbiden umfassend Elemente der chemischen Gruppen vier bis sechs auftreten kann. Die Karbidschicht kann als metallisches Karbid, also als metallartiges Karbid, oder als nichtmetallisches Karbid ausgebildet sein. Dabei kann das nichtmetallische Karbid sowohl als ionisches Karbid, beispielsweise Lithiumkarbid, Calciumkarbid, und/oder als kovalentes Karbid, beispielsweise Siliziumkarbid SiC und/oder Borcarbid, ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Karbid ein metallisches Karbid umfasst, insbesondere als metallisches Karbid ausgebildet ist. Das metallische Karbid kann sowohl als stöchiometrisches und/oder nicht stöchiometrisches Karbid vorliegen. Metallische Karbide können mit einem weiteren Werkstoff 3 umfassend Metall, insbesondere einer Metallschicht und/oder einer Metalllegierungsschicht, kleine Benetzungswinkel 4 aufweisen, womit wiederum eine gute Anhaftung zwischen der Karbidschicht sowie dem weiteren Werkstoff 3, insbesondere der Metallschicht und/oder der Metalllegierungsschicht, ermöglicht werden kann.In this connection, the carbide layer may comprise at least one stoichiometric and / or non-stoichiometric carbide. The non-stoichiometric carbide can be present, for example, as an isomorphic compound or as mixed crystals, and in particular non-stoichiometry can occur, in particular in the case of carbides comprising elements of the chemical groups four to six. The carbide layer may be formed as a metallic carbide, ie as a metal-like carbide, or as a non-metallic carbide. In this case, the non-metallic carbide can be formed both as ionic carbide, for example lithium carbide, calcium carbide, and / or as covalent carbide, for example silicon carbide SiC and / or boron carbide. Advantageously, it may be provided that the carbide comprises a metallic carbide, in particular is formed as a metallic carbide. The metallic carbide may be present both as stoichiometric and / or non-stoichiometric carbide. Metallic carbides may have small wetting angles 4 with a further material 3 comprising metal, in particular a metal layer and / or a metal alloy layer, which in turn enables good adhesion between the carbide layer and the further material 3, in particular the metal layer and / or the metal alloy layer can.
Besonders vorteilhaft kann vorgesehen sein, dass das metallische Karbid zumindest ein Element der Gruppen vier, fünf oder sechs, bevorzugt ein Element der Gruppe sechs, beispielsweise Titan, Niob, Tantal, Vanadium und/oder Chrom, insbesondere Molybdän und/oder Wolfram, umfasst. Karbide umfassend eines dieser Elemente, insbesondere Molybdän und/oder Wolfram, können mit vorbestimmten weiteren metallischen Elementen besonders kleine Benetzungswinkel 4 aufweisen. Daher können sich derartige Karbide besonders zum dauerhaften anhaftendem Kontakt zwischen dem Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und dem weiteren Werkstoff 3 eignen.Particularly advantageously, it can be provided that the metallic carbide comprises at least one element of groups four, five or six, preferably one element of group six, for example titanium, niobium, tantalum, vanadium and / or chromium, in particular molybdenum and / or tungsten. Carbides comprising one of these elements, in particular molybdenum and / or tungsten, can have particularly small wetting angles 4 with predetermined further metallic elements. Therefore, such carbides may be particularly suitable for permanent adherent contact between the carbon nanomaterial 2 and the further material 3.
Die an der Oberfläche des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 befindlichen Kohlenstoffatome gehen üblicherweise kaum eine chemische oder physikalische Bindung mit einem metallischen Element, beispielsweise einem metallischen Element der Gruppe elf, insbesondere Kupfer, ein, wobei keine dauerhaft mechanisch belastbare Verbindung gegeben ist. Beispielsweise geht aufgeschmolzenes Kupfer keine gute Verbindung mit den Atomen einer Oberfläche eines Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 ein. Daneben ist üblicherweise zwischen aufgeschmolzenem Kupfer und den Atomen einer Oberfläche eines Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 auch ein großer Benetzungswinkel 4, insbesondere größer als 90°, gegeben.The carbon atoms located on the surface of the carbon nanomaterial 2 usually have hardly any chemical or physical bonding with a metallic element, for example a metallic element of the group 11, in particular copper, with no permanently mechanically loadable compound. For example, molten copper does not bond well with the atoms of a surface of a carbon nanofabric 2. In addition, there is usually also a large wetting angle 4, in particular greater than 90 °, between molten copper and the atoms of a surface of a carbon nanofuel 2.
Zwischen der Karbidschicht und dem Metall, insbesondere Silber, Kupfer und/oder einer Legierung dieser metallischen Elemente, kann eine chemische oder physikalische Reaktion erfolgen, sodass eine bessere Anhaftung gegeben sein kann. Darüberhinaus ist auch der Benetzungswinkel 4 zwischen der vorbestimmten Karbidschicht und dem vorbestimmten Element des weiteren Werkstoffes 3 für eine gute und dauerhafte Anhaftung ausschlaggebend, wobei dabei durch den Benetzungswinkel 4 auf die Güte der Anhaftung zwischen der Karbidschicht und der Metallschicht rückgeschlossen werden kann, wobei die Güte, also die technische Eignung in Hinblick auf mechanische, thermomechanische und/oder thermische statische und dynamische Einwirkungen auf den Verbundwerkstoffes 1, der Anhaftung üblicherweise umso größer sein kann, je kleiner der Benetzungswinkel 4 ausgebildet ist.Between the carbide layer and the metal, in particular silver, copper and / or an alloy of these metallic elements, a chemical or physical reaction can take place, so that a better adhesion can be given. Moreover, the wetting angle 4 between the predetermined carbide layer and the predetermined one is also Element of the other material 3 for a good and permanent adhesion decisive, whereby it can be deduced by the wetting angle 4 on the quality of adhesion between the carbide and the metal layer, the quality, so the technical suitability with respect to mechanical, thermomechanical and / or thermal static and dynamic effects on the composite material 1, the adhesion can usually be greater, the smaller the wetting angle 4 is formed.
Sofern der Benetzungswinkel 4 kleiner 90°, insbesondere kleiner 75°, bevorzugt kleiner 50°, besonders bevorzugt kleiner 25° ist, kann eine beschichtete Oberfläche im Wesentlichen homogen und ohne Hohlräume und/oder Zwischenräume benetzt werden, wobei die Metallschicht und/oder Metalllegierungsschicht im Wesentlichen gleichmäßig oder homogen, also im Wesentlichen ohne Hohlräume und/oder Zwischenräume, an der Karbidschicht anhaftet. Dadurch kann die gute Anhaftung im Bereich der wenigstens bereichsweisen Beschichtung gewährleistet werden, wobei durch die gleichmäßige Benetzung der Oberfläche des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 mit dem weiteren Werkstoff 3 als Anhaftungshinweis, also als Hinweis auf eine hohe Güte der Anhaftung, verwendet werden kann. Als besonders geeignet für den Verbundwerkstoff 1 hat sich gezeigt, wenn das Karbid Molybdän umfasst und das Karbid derart als Molybdänkarbid ausgebildet ist. Der experimentell bestimmbare Benetzungswinkel 4 zwischen Molybdänkarbid und Kupfer und/oder Silber kann dabei besonders klein, insbesondere kleiner 25° ausgebildet sein und somit der weitere Werkstoff 3 besonders gut am Karbid anhaften. Dadurch dass das Molybdänkarbid ebenso in lagefestem, gutem und dauerhaften Kontakt mit dem das Karbid umfassenden Kohlenstoffnanowerkstoff 2 steht, so haftet auch das Molybdänkarbid besonders gut am restlichen Kohlenstoffnanowerkstoff 2. Derart kann besonders die dauerhafte Anhaftung zwischen dem weiteren Werkstoff 3, insbesondere umfassend Kupfer, und dem Kohlenstoffnanowerkstoff 2 gewährleistet sein und der Verbundwerkstoff 1 insbesondere zur Anwendung bei zyklischer mechanischer und/oder thermischer Belastungen geeignet sein. Das Molybdänkarbid kann auch besonders gut und dauerhaft mit der Kohlenstoffnoanostruktur des Kohlenstoffnanowerkstoff 2 anhaften. Derart kann das Molybdänkarbid besonders in lagefestem, gutem und dauerhaften Kontakt mit der das Karbid umfassenden Kohlenstoffnoanostruktur des Kohlenstoffnanowerkstoff 2 stehen. Alternativ kann die Verwendung eines anderen Metalls der Gruppe 6, beispielsweise Chrom oder Wolfram als Karbidbildner vorgesehen. Durch die gute Anhaftung, welche durch das Fehlen von Hohlräumen und/oder Zwischenräumen zwischen der Metallschicht und der Karbidschicht gewährleistet sein kann, kann eine im Wesentlichen homogene Anhaftung des Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 und des zweiten Werkstoffes 3 ermöglicht werden, wodurch der Verbundwerkstoff 1 im Wesentlichen zumindest in einer Richtung makroskopisch betrachtet, also in einer Betrachtungsgenauigkeit größer als einige Millimeter, im Wesentlichen homogene Materialeigenschaften aufweisen kann.If the wetting angle 4 is less than 90 °, in particular less than 75 °, preferably less than 50 °, particularly preferably less than 25 °, a coated surface can be wetted substantially homogeneously and without cavities and / or gaps, the metal layer and / or metal alloy layer in Essentially uniformly or homogeneously, ie essentially without cavities and / or gaps, adheres to the carbide layer. Thereby, the good adhesion in the region of the at least partially coating can be ensured, which can be used by the uniform wetting of the surface of the Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 with the other material 3 as Anhaftungshinweis, so as an indication of a high quality of adhesion. It has been found to be particularly suitable for the composite material 1 when the carbide comprises molybdenum and the carbide is formed in such a way as molybdenum carbide. The experimentally determinable wetting angle 4 between molybdenum carbide and copper and / or silver may be particularly small, in particular less than 25 ° and thus the further material 3 adheres particularly well to the carbide. Because the molybdenum carbide is also in stable, good and lasting contact with the carbon nanomaterial 2 comprising the carbide, the molybdenum carbide also adheres particularly well to the remaining carbon nanomaterial 2. Thus, in particular the permanent adhesion between the further material 3, in particular comprising copper, and be ensured the carbon nanomaterial 2 and the composite material 1 in particular for use in cyclic mechanical and / or thermal loads to be suitable. The molybdenum carbide may also adhere particularly well and permanently to the carbon nanohedral structure of the carbon nanomaterial 2. In this way, the molybdenum carbide can be particularly in stable, good and lasting contact with the carbon nan anodo structure of the carbon nanomaterial 2 comprising the carbide. Alternatively, the use of another Group 6 metal, for example chromium or tungsten, may be used as the carbide former. Due to the good adhesion, which can be ensured by the absence of cavities and / or gaps between the metal layer and the carbide layer, a substantially homogeneous adhesion of the carbon nanohard material 2 and the second material 3 can be made possible, whereby the composite material 1 substantially at least Viewed macroscopically in one direction, ie in a viewing accuracy greater than a few millimeters, may have substantially homogeneous material properties.
Aufgrund der im Wesentlichen Homogenität der Materialeigenschaften können punktuelle Spannungsüberhöhungen im Verbundwerkstoff 1 vermieden werden, weshalb der Verbundwerkstoff 1 besonders geeignet für zyklische thermische und/oder zyklische mechanische Beanspruchung sein kann.Due to the substantially homogeneity of the material properties, selective stress peaks in the composite material 1 can be avoided, which is why the composite material 1 can be particularly suitable for cyclic thermal and / or cyclic mechanical stress.
Die Fig. 1 zeigt schematisch einen Kohlenstoffnanowerkstoff 2, welcher bevorzugt offenporig mit einer Porosität zwischen 5 und 60 Vol.-% ausgebildet ist. Derartige Kohlenstoffnanowerkstoffe 2 finden technische Verwendung beispielsweise als beständiges Trägermaterial.1 schematically shows a carbon nanomaterial 2, which is preferably open-pore with a porosity between 5 and 60% by volume. Such carbon nanomaterials 2 find technical use, for example, as a stable carrier material.
Der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 kann vorteilhafterweise gebrannt porös, also als gebrannter poröser Werkstoff und/oder Brennwerkstoff, ausgebildet sein. Vorteilhafterweise wird der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 unter erhöhter Druckeinwirkung und/oder unter erhöhter Temperatureinwirkung in die dreidimensionale Form gebracht und dabei verpresst und/oder verbacken. Zur Erzielung der dreidimensionalen Form, des Verpressens und/oder des Verbackens können dem Kohlenstoffnanowerkstoff 2 Bindemittel und/oder weitere Zusatzstoffe hinzugefügt werden.The carbon nanomaterial 2 may advantageously be formed porous, ie as a fired porous material and / or a combustion material. Advantageously, the carbon nanomaterial 2 is brought into the three-dimensional form under increased pressure action and / or under increased temperature influence, thereby being compressed and / or baked. In order to obtain the three-dimensional shape, the pressing and / or the baking, it is possible to add 2 binders and / or further additives to the carbon nanomaterial.
Insbesondere kann der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 mit graphitischen Eigenschaften ausgebildet sein. Die graphitischen Eigenschaften erhält der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 insbesondere durch eine, insbesondere weitere, Temperaturbehandlung, dem sogenannten Graphitierungsprozess, wobei die Temperaturbehandlung bis zu 3000°C unter Luftabschluss durchgeführt wird. Durch diesen Graphitierungsprozess, also der weiteren Temperaturbehandlung, welcher vorteilhafterweise unter erhöhter Druckeinwirkung und bei erhöhter Temperatureinwirkung auf den Kohlenstoffnanowerkstoff 2 erfolgt, kann vorteilhafterweise ein Kohlenstoffnanowerkstoff 2 mit im Wesentlichen homogenen mechanischen und thermischen Eigenschaften ausgebildet werden, wobei die mechanischen Eigenschaften, Eigenschaften wie E-Modul, Bruchdehnung oder Bruchspannung, und die thermischen Eigenschaften, Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, Ausdehnungskoeffizient oder Schmelztemperatur, umfassen. Beim Graphisierungsprozess bleiben die Kohelnstoffnanostrukturen im Kohlenstoffnanowerkstoff 2 vorteilhafterweise erhalten. Insbesondere der mittels dem Brennprozess hergestellte Kohlenstoffnanowerkstoff 2 kann geschlossenporig oder offenporig porös ausgebildet sein, wobei der poröse Kohlenstoffnanowerkstoff 2 vorteilhafterweise ein geringeres spezifisches Gewicht als beispielsweise Metalle und eine hohe thermische und chemische Belastbarkeit aufweisen kann. Ein in Fig. 1 dargestellter Kohlenstoffkörper 21 aus dem Kohlenstoffnanowerkstoff 2 kann vorteilhafterweise die Karbidschicht umfassen, wobei diese sowohl lediglich in einem Außenbereich 23 oder im Wesentlichen durchgängig durch den Kohlenstoffnanowerkstoff 2, also sowohl im Außenbereich 23 als auch in einem Innenbereich 22, ausgebildet sein kann. Sofern der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 als Graphitnanowerkstoff ausgebildet ist, kann der Kohlenstoffkörper 21 bevorzugt als Graphitnanokörper ausgebildet und bezeichnet werden. Die Fig. 2 zeigt einen Verbundwerkstoff 1 einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfassend den Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und den weiteren Werkstoff 3, wobei der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 zumindest bereichsweise an der Kohlenstoffoberfläche eine Karbidschicht umfasst und der weitere Werkstoff 3 eine an der Karbidschicht wenigstens bereichsweise anhaftende Metallschicht und/oder Metalllegierungsschicht umfasst. Die Kohlenstoffoberfläche kann dabei sowohl die Oberfläche des Kohlenstoffkörpers 2 als auch die Oberfläche der Poren des im Wesentlichen porösen Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 umfassen. Die Karbidschicht kann derart im Wesentlichen durchgängig durch den als Kohlenstoffkörper 21 ausgebildeten Kohlenstoffnanowerkstoff 2 ausgebildet sein, womit im Wesentlichen zwischen der Karbidschicht und der Metallschicht homogen am und im Kohlenstoffkörper 21 die gute Anhaftung gewährleistet werden kann.In particular, the carbon nanomaterial 2 may be formed with graphitic properties. The graphitic properties of the carbon nanomaterial 2 are obtained in particular by a, in particular further, temperature treatment, the so-called graphitization process, wherein the temperature treatment is carried out up to 3000 ° C. with exclusion of air. By means of this graphitization process, that is to say the further temperature treatment, which advantageously takes place under increased pressure and at elevated temperature action on the carbon nanomaterial 2, a carbon nanomaterial 2 having essentially homogeneous mechanical and thermal properties can advantageously be formed, the mechanical properties, properties such as modulus of elasticity , Elongation at break or breaking stress, and the thermal properties, properties such as thermal conductivity, expansion coefficient or melting temperature. In the graphing process, the carbon nanostructures in the carbon nanomaterial 2 are advantageously preserved. In particular, the carbon nanomaterial 2 produced by means of the burning process may be porous or open-pore porous, wherein the porous carbon nanomaterial 2 may advantageously have a lower specific gravity than, for example, metals and a high thermal and chemical resistance. A carbon body 21 made of the carbon nanomaterial 2 illustrated in FIG. 1 may advantageously comprise the carbide layer, wherein it may be formed both only in an outer region 23 or substantially continuously through the carbon nanomaterial 2, ie both in the outer region 23 and in an inner region 22 , If the carbon nanomaterial 2 is formed as a graphite nanomaterial, the carbon body 21 may preferably be formed and designated as a graphite nanofiber. FIG. 2 shows a composite material 1 of a particularly preferred embodiment comprising the carbon nanomaterial 2 and the further material 3, wherein the carbon nanofabric 2 comprises a carbide layer at least partially on the carbon surface and the further material 3 comprises a metal layer adhering at least partially to the carbide layer and / or Metal alloy layer comprises. The carbon surface may comprise both the surface of the carbon body 2 and the surface of the pores of the substantially porous carbon nanomaterial 2. The carbide layer may thus be formed essentially continuously through the carbon nanomaterial 2 embodied as a carbon body 21, whereby the good adhesion can be ensured substantially homogeneously on and in the carbon body 21 between the carbide layer and the metal layer.
Der in Fig. 2 dargestellte Verbundwerkstoff 3 weist derart insbesondere eine homogene Oberfläche im Außenbereich 23 auf, welche im Wesentlichen vollständig mit dem weiteren Werkstoff 3 überzogen ist. Der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 ist derart im Wesentlichen vollkommen im Inneren des Verbundwerkstoffes 3 angeordnet.The composite material 3 shown in FIG. 2 thus has in particular a homogeneous surface in the outer region 23, which is substantially completely covered with the further material 3. The carbon nanomaterial 2 is thus arranged essentially completely inside the composite material 3.
Durch die homogene und durchgehende Anhaftung des weiteren Werkstoffes 3 am Kohlenstoffnanowerkstoff 2 kann im Wesentlichen das gesamte poröse Volumen des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 mit dem weiteren Werkstoff 3 befüllt werden. Derart kann der Verbundwerkstoff 1 im Wesentlichen, im speziellen Fall makroskopisch, also in einer Betrachtungsgenauigkeit größer als einige Millimeter, homogene physikalische, insbesondere mechanische und thermische, Eigenschaften aufweisen. Alternativ kann der Kohlenstoffkörper 21 lediglich im Außenbereich 23 mit dem weiteren Werkstoff 3 anhaftend benetzt sein. Dazu kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Kohlenstoffnano Werkstoff 2 zumindest bereichsweise als zusammenhängender Kohlenstoffkörper 21 ausgebildet ist, und der Kohlenstoffkörper 21 in einem vorgebbaren Innenbereich 22 frei vom weiteren Werkstoff 3 ausgebildet ist. Diese, in Fig. 3 dargestellte, alternative bevorzugte Ausführungsform kann besonders einfach ausgebildet werden, wenn der Innenbereich 22 des Kohlenstoffkörpers 21 karbidschichtfrei ausgebildet ist und/oder wenn der weitere Werkstoff 3 lediglich in einem vorgebbaren Außenbereich 23 des Kohlenstoffkörpers 21 in diesen Kohlenstoffkörper 21 infiltriert wird.. In diesem Fall verhält sich der Außenbereich 23 wie der Verbundwerkstoff 1 und der Innenbereich 22 wie der Kohlenstoffnanowerkstoff 2. Dadurch kann eine besonders geeignete Werkstoffkombination ermöglicht werden, wobei die Vorteile des Verbundwerkstoffes 1, insbesondere der thermische Ausdehnungskoeffizient, die hohe Wärmeleitfähigkeit und die gute Verlötbarkeit mit weiteren Metallen, und die Vorteile des, insbesondere porösen, Kohlenstoffnanowerkstoffes 2, beispielsweise die hohe Temperaturbeständigkeit und das geringe Gewicht, kombiniert werden können. Damit kann ein Bauteil eines Verbundwerkstoffes 1, im Wesentlichen umfassen den Kohlenstoffnanowerkstoff 2, insbesondere Graphitwerkstoff, und den weiteren Werkstoff 3, insbesondere Kupfer, Silber, Gold und/oder Aluminium, entstehen, welches eine geringes spezifisches Bauteilegewicht aufweist, welches im Außenbereich 23 die gute Anhaftung zwischen dem Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und dem weiteren Werkstoff 3 gewährleistet und eine gute Verlötbarkeit und einen guten Wärmeübergang zu weiteren Bauteilen aufweist. Da Aluminium als Leichtmetall ein geringes spezifisches Gewicht aufweist, so kann mit Aluminium der Verbundwerkstoff 1 ein besonders geringes spezifisches Gewicht aufweisen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass der Kohlenstoffkörper 21 lediglich bereichsweise mit dem weiteren Werkstoff 3 getränkt und/oder durchsetzt werden kann, womit der Innenbereich 22 des Verbundwerkstoffes 1 frei vom weiteren Werkstoff 3 ausgebildet ist. Vorteilhaft dabei ist, dass der Verbundwerkstoff 1 im Außenbereich 23 - zumindest in einem Kontaktierungsbereich - eine metallene Oberfläche aufweisen kann und mittels diesem Kontaktierungsbereich einfach, gut, mit hohem Wärmeübergang und mit hoher Zuverlässigkeit mit weiteren Bauteilen, beispielsweise zur Wärmeübertragung oder Wärmeableitung, verbunden werden kann. Die Außenbereiche 23, welche dabei mit dem weiteren Werkstoff 3 getränkt und/oder durchsetzt sind, können dabei hohe Kräfte aufnehmen, wobei ein durch den Verbundwerkstoff 1 ausgebildetes Bauteil - trotz der Gewichtsminimierung - weiterhin als tragendes Bauteil verwendet werden kann. Das Bauteil kann dabei ähnlich einem Sandwichbauteil ausgebildet sein, bei welchem der Innenbereich 22 keine Kräfte aufnimmt, sonder vielmehr als Abstandhalter für die - die Kräfte und mechanischen Spannungen aufnehmenden und übertragenden - Außenbereiche 23 dient.Due to the homogeneous and continuous adhesion of the further material 3 on the carbon nanomaterial 2, substantially the entire porous volume of the carbon nanomaterial 2 can be filled with the further material 3. In this way, the composite material 1 essentially, in the specific case macroscopically, ie in a viewing accuracy greater than a few millimeters, have homogeneous physical properties, in particular mechanical and thermal properties. Alternatively, the carbon body 21 may be wetted only in the outer region 23 with the further material 3 adhering. For this purpose, it can advantageously be provided that the carbon nanomaterial 2 is at least partially formed as a coherent carbon body 21, and the carbon body 21 is formed in a predeterminable inner region 22 free of further material 3. This, in Fig. 3, shown alternative preferred embodiment can be particularly easily formed when the inner portion 22 of the carbon body 21 is formed karbidschichtfrei and / or if the further material 3 is infiltrated only in a predetermined outer region 23 of the carbon body 21 in this carbon body 21 In this case, the outer region 23 behaves like the composite material 1 and the inner region 22 as the carbon nanomaterial 2. Thus, a particularly suitable material combination can be made possible, the advantages of the composite material 1, in particular the thermal expansion coefficient, the high thermal conductivity and the good Solderability with other metals, and the advantages of, in particular porous, carbon nanomaterial 2, for example, the high temperature resistance and low weight, can be combined. Thus, a component of a composite material 1, substantially comprising the carbon nanomaterial 2, in particular graphite material, and the further material 3, in particular copper, silver, gold and / or aluminum, arise, which has a low specific component weight, which in the outer region 23 the good Guaranteed adhesion between the carbon nanomaterial 2 and the other material 3 and has good solderability and good heat transfer to other components. Since aluminum has a low specific weight as light metal, the composite material 1 can have a particularly low specific weight with aluminum. This results in the advantage that the carbon body 21 can be impregnated and / or penetrated only in regions with the further material 3, whereby the inner region 22 of the composite material 1 is formed free of further material 3. It is advantageous that the composite material 1 in the outer region 23 - at least in a Kontaktierungsbereich - may have a metal surface and by means of this Kontaktierungsbereich simple, good, high heat transfer and high reliability with other components, such as heat transfer or heat dissipation, can be connected , The outer regions 23, which are impregnated and / or interspersed with the further material 3, can absorb high forces, wherein a component formed by the composite material 1 - in spite of the weight minimization - can continue to be used as a supporting component. The component may be formed similarly to a sandwich component, in which the inner region 22 receives no forces, but rather as a spacer for - the forces and mechanical stresses receiving and transmitting - outside areas 23 is used.
In vorteilhafter Weise können gasförmige und/oder flüssige Medien durch den Innenraum 22 geleitet werden, wozu der Innenbereich 22 des Verbundwerkstoffes 1 an Stirnseiten nicht von der Metallmatrix eingeschlossen ist und der Innenbereich 22 somit von außen zugänglich ist. Derart kann der Verbundwerkstoff 1 wie ein Rohr verwendet werden, wobei durchströmende Gase und/oder Flüssigkeiten hervorragend Wärmeenergie mit dem Verbundwerkstoff 1 austauschen können. Dabei können sowohl die durchströmenden Medien besonders effektiv temperiert bzw. gekühlt werden und/oder die durchströmenden Medien können die Temperierwirkung oder die Kühlwirkung des Verbundwerkstoffes 1 besonders effektiv unterstützen. Beispielsweise kann ein derartig durchströmter Verbundwerkstoff 1 als besonders kleiner und platzsparender als Kühlkörper ausgebildet sein.In an advantageous manner, gaseous and / or liquid media can be conducted through the interior 22, for which purpose the interior region 22 of the composite material 1 is not enclosed by the metal matrix at the end faces and the interior region 22 is thus accessible from outside. In this way, the composite material 1 can be used like a pipe, wherein gases and / or liquids flowing through can exchange excellent heat energy with the composite material 1. In this case, both the media flowing through can be tempered or cooled particularly effectively, and / or the media flowing through can support the tempering effect or the cooling effect of the composite material 1 particularly effectively. For example, such a flow-through composite material 1 can be designed as a particularly small and space-saving than heat sink.
Bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung, bei welcher der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 ebenfalls zumindest bereichsweise als zusammenhängender Kohlenstoffkörper 21 ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass der Kohlenstoffkörper 21 in einem vorgebbaren Außenbereich 23 frei vom weiteren Werkstoff 3 ausgebildet ist. Dies ermöglicht beispielsweise ein poröse Außenoberfläche des Verbundwerkstoffes 1. Bei den beiden letztgenannten Ausführungsformen kann der Verbundwerkstoff 1 im Mittel insbesondere eine geringe spezifische Dichte aufweisen und kann mit geringem Eigengewicht ausgebildet werden. Wenn der Verbundwerkstoff 1 dabei ein Bauteil eines Fahrzeuges oder eines Flugzeuges ausbildet kann dabei ein Fahrzeug- oder Flugzeugeigengewicht reduziert werden, wobei durch die Verringerung des Fahrzeug - oder Flugzeugeigengewichtes auch der Treibstoffverbrauch - insbesondere im Flugverkehr - gesenkt werden kann. Insgesamt können - insbesondere bei den beiden letztgenannten Ausführungsformen der Erfindung - dadurch die Bauteilgröße, das Bauteilgewicht und/oder die mechanische Belastbarkeit des Verbundwerkstoffes 1 verbessert werden, wobei sich der Verbundwerkstoff 1 beispielsweise für den Einsatz in Fahrzeugen, Flugzeugen und/oder Elektroanlagen eignet. Ebenso sind Kombinationen der beiden letztgenannten Ausfuhrungsformen der Erfindung möglich, wobei vorgesehen ist, dass der Kohlenstoffkörper 21 wenigstens bereichsweise in einem vorgebbaren Außenbereich 23 sowie wenigstens bereichsweise in einem vorgebbaren Innenbereich 22 frei vom weiteren Werkstoff 3 ausgebildet ist.In another advantageous embodiment of the invention, in which the carbon nanomaterial 2 is also formed at least in regions as a continuous carbon body 21, it can be provided that the carbon body 21 is formed in a predeterminable outer region 23 free from the further material 3. This allows, for example, a porous outer surface of the composite material 1. In the two last-mentioned embodiments, the composite material 1 on average may in particular have a low specific density and may be formed with a low intrinsic weight. If the composite material 1 thereby forms a component of a vehicle or an aircraft, a vehicle or aircraft weight can be reduced, whereby the reduction in the weight of the vehicle or aircraft can also reduce the fuel consumption, in particular in air traffic. Overall, the component size, the component weight and / or the mechanical load-bearing capacity of the composite material 1 can be improved, in particular in the last two embodiments of the invention, wherein the composite material 1 is suitable, for example, for use in vehicles, aircraft and / or electrical equipment. Likewise, combinations of the latter two embodiments of the invention are possible, it being provided that the carbon body 21 is at least partially formed in a predetermined outer region 23 and at least partially in a predeterminable inner region 22 free of further material 3.
Insbesondere kann vorgesehen sein, das der weitere Werkstoff 3 im Wesentlichen als Metall und/oder als Metalllegierung ausgebildet ist. Dadurch kann der Verbundwerkstoff 1 in den physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Metalls und/oder der Metalllegierung ähneln, wobei der Kohlenstoffhanowerkstoff 2 als beständige, insbesondere temperaturbeständige, und leichte Trägersubstanz fungiert.In particular, it may be provided that the further material 3 is substantially formed as metal and / or metal alloy. Thereby, the composite material 1 in the physical and mechanical properties of the metal and / or the metal alloy similar, wherein the carbon nanomaterial 2 acts as a stable, especially temperature-resistant, and lightweight carrier substance.
Der Verbundwerkstoff 1 kann weitere Stoffe, insbesondere Füllstoffe und Verstärkungsstoffe, beispielsweise ein Karbonfasergewebe, umfassen. Insbesondere das Karbonfasergewebe kann eine Karbidschicht umfassen und derart eine dauerhafte Oberflächenanhaftung zum weiteren Werkstoff 3 ermöglichen. Dadurch kann der Verbundwerkstoff hohen mechanischen Belastungen standhalten und/oder als oftmals sogenannter Hochleistungswerkstoff für mechanisch stark belastete Bauteile verwendet werden.The composite material 1 may comprise further substances, in particular fillers and reinforcing materials, for example a carbon fiber fabric. In particular, the carbon fiber fabric may comprise a carbide layer and thus enable a permanent surface adhesion to the further material 3. As a result, the composite material can withstand high mechanical loads and / or be used as often so-called high-performance material for mechanically heavily loaded components.
In Fig. 4 ist schematisch die Bestimmung des Benetzungswinkels 4 der Metallschicht oder der Metalllegierungsschicht an der Karbidschicht dargestellt. Dargestellt ist ein Detail des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2, welcher an der - in der Darstellung und vorzugsweise in einer Messanordnung zur Bestimmung des Benetzungswinkels 4 - nach oben weisenden Oberfläche mit einer Karbidschicht ausgebildet ist, sowie - zur Messung des Benetzungswinkels 4 - ein haubenförmiger Tropfen des weiteren Werkstoffes 3, welcher insbesondere als Metall und/oder als Metalllegierung ausgebildet ist. Durch die gute Anhaftung zwischen dem Karbid und dem weiteren Werkstoff 3 ist der Benetzungswinkel 4 klein ausgebildet, in Fig. 4 beispielsweise in etwa 25°, was einer sehr guten Benetzbarkeit entspricht und wodurch eine gute Anhaftung ermöglicht werden kann.FIG. 4 schematically shows the determination of the wetting angle 4 of the metal layer or the metal alloy layer on the carbide layer. Shown is a detail of the carbon nanofabric 2, which is formed on the - in the illustration and preferably in a measuring arrangement for determining the wetting angle 4 - upwardly facing surface with a carbide layer, and - for measuring the wetting angle 4 - a dome-shaped droplets of the other material 3, which is designed in particular as a metal and / or as a metal alloy. Due to the good adhesion between the carbide and the further material 3, the wetting angle 4 is formed small, in FIG. 4, for example, approximately 25 °, which corresponds to a very good wettability and whereby a good adhesion can be made possible.
Aufgrund des kleinen Benetzungswinkels 4 kann dieser lediglich an einem einzelnen haubenförmigen Tropfen gemessen werden. Insbesondere wenn größere Mengen des weiteren Werkstoffes 3 mit dem Kohlenstoffnanowerkstoff 2 in Kontakt gebracht und zur Reaktion gebracht werden kann sich der weitere Werkstoff 3 vorteilhafterweise gleichmäßig, also ohne Zwischenräume und/oder Hohlräume, im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 ausbreiten womit der Benetzungswinkel 4 als solcher nicht mehr messbar ist. Da sich jedoch Benetzungsfehler, insbesondere Zwischenräume und Hohlräume, sichtbar an der Oberfläche des Verbundwerkstoffes 1 abzeichnen, so kann in diesem Fall eine besonders einfache Sichtkontrolle am fertigen Bauteil erfolgen und derart auf die Qualität, im Sinne der Erfüllung der Solleigenschaften und der Güte der Anhaftung zwischen der Karbidschicht und dem weiteren Werkstoff 3, des Verbundwerkstoffes 1 rückgeschlossen werden. Derart kann eine besonders einfache Prüfmethode und Qualitätskontrolle gewährleistet werden.Due to the small wetting angle 4, it can only be measured on a single dome-shaped drop. In particular, when larger amounts of the further material 3 are brought into contact with the carbon nanomaterial 2 and brought to reaction, the further material 3 advantageously uniformly, ie without gaps and / or cavities, substantially over the entire surface of the carbon nanofabric 2 spread with which the wetting angle 4 as such is no longer measurable. However, since wetting defects, in particular intermediate spaces and cavities, visibly appear on the surface of the composite material 1, so can In this case, a particularly simple visual inspection of the finished component takes place and in such a way on the quality, in the sense of meeting the nominal properties and the quality of adhesion between the carbide and the other material 3, the composite material 1 are inferred. In this way, a particularly simple test method and quality control can be ensured.
In Fig. 5 ist eine bevorzugte alternative Ausführungsform des Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 dargestellt, bei welcher der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 in Pulverform oder in Flockenform vorliegt, wobei vorteilhafterweise vorgesehen sein kann, dass der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 in Form von Kohlenstoffflocken 25, insbesondere in Form von Graphitflocken 25, oder in Form von Ruß, von Diamantpartikeln, von Kohlensstoffpulver und/oder von Kohlenstofffasern und umfassend zumindest eine Kohlenstoffhanostruktur, insbesondere Karbonnanofasern und/oder Karbonnanotubes, ausgebildet ist und wobei die Kohlenstoffflocken 25 insbesondere im Wesentlichen oval und/oder flach ausgebildet sind. Kohlenstoffflocken 25 können einfach hergestellt und weiterverarbeitet werden. Die Kohlenstoffflocken 25 können offenporig porös oder insbesondere im Wesentlichen porenfrei ausgebildet sein wobei die Wärmeleitfähigkeit der Kohlenstoffflocken 25 hoch sein kann. Alternativ können die Kohlenstoffflocken 25 selbst als Kohlenstoffnanostruktur ausgebildet sein, insbesondere als Kohlenstoffhanoplättchen. hi diesem Zusammenhang kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass die Kohlenstoffflocken 25 eine maximale Erstreckung unter 5mm aufweisen. Dabei kann die maximale Erstreckung vorteilhafterweise entlang einer Längserstreckung gemessen werden und eine Breitenerstreckung und vor allem eine Höhenerstreckung der Kohlenstoffflocken 25 kann deutlich geringer, insbesondere unter lmm, als die Längserstreckung sein. Dadurch kann die gute Durchmischbarkeit, die einfache Verarbeit, insbesondere das einfache Formpressen, also die gute Formpressbarkeit, und eine gute Wärmeleitung der Kohlenstoffflocken 25 gewährleistet sein.In Fig. 5, a preferred alternative embodiment of the carbon nanomaterial 2 is shown, in which the carbon nanomaterial 2 is in powder or flake form, wherein it can be advantageously provided that the carbon nanomaterial 2 in the form of carbon flakes 25, in particular in the form of graphite flakes 25, or in the form of carbon black, diamond particles, carbon powder and / or carbon fibers and comprising at least one Kohlenstoffhanostruktur, in particular Karbonnanofasern and / or Karbonnanotubes is formed, and wherein the carbon flakes 25 are formed in particular substantially oval and / or flat. Carbon flakes 25 can be easily prepared and processed. The carbon flakes 25 may be open-pore porous or, in particular, substantially pore-free, wherein the thermal conductivity of the carbon flakes 25 may be high. Alternatively, the carbon flakes 25 themselves may be formed as a carbon nanostructure, in particular as a carbon nanofuel. In this connection, it may be advantageously provided that the carbon flocks 25 have a maximum extension of less than 5 mm. In this case, the maximum extent can advantageously be measured along a longitudinal extension, and a width extension and above all a height extent of the carbon flocks 25 can be significantly lower, in particular less than 1 mm, than the longitudinal extension. Thereby, the good intermixability, the simple processing, in particular the simple compression molding, so the good moldability, and a good heat conduction of the carbon fibrils 25 can be ensured.
Alternativ können die Kohlenstoffflocken 25 eine maximale Erstreckung unter 0,5mm aufweisen. Dadurch können nach der Weiterverarbeitung, beispielsweise mittels Formpressens und/oder mittels des Brennprozesses, zumindest in der makroskopischen Betrachtung, homogene und insbesondere anisotrope mechanische und/oder thermische Werkstoffeigenschaften des Verbundwerkstoffes 1 gewährleistet sein.Alternatively, the carbon flocks 25 may have a maximum extension below 0.5mm. As a result, homogeneous and, in particular, anisotropic mechanical and / or thermal material properties of the composite material 1 can be ensured after further processing, for example by means of compression molding and / or by means of the firing process, at least in macroscopic consideration.
Besonders vorteilhaft können - wie in Fig. 5 schematisch dargestellt - die Kohlenstoffflocken 25 im Wesentlichen in dem weiteren Werkstoff 3 eingebettet sein, wodurch nach der Weiterverarbeitung zumindest in der makroskopischen Betrachtung, homogene Werkstoffeigenschaften des Verbundwerkstoffes 1 gewährleistet sein können. Dabei kann im Wesentlichen die komplette Oberfläche des Verbundwerkstoffes 1 aus dem weiteren Werkstoff 3 ausgebildet sein.Particularly advantageously, as shown schematically in FIG. 5, the carbon flakes 25 may be substantially embedded in the further material 3, whereby after the Further processing, at least in macroscopic consideration, homogeneous material properties of the composite material 1 can be guaranteed. In this case, essentially the complete surface of the composite material 1 may be formed from the further material 3.
Die Kohlenstoffflocken 25 eignen sich besonders zur Herstellung komplexer Geometrien, wobei eine gute Durchmischung mit dem weiteren Werkstoff 3 gewährleistet ist und derart der Verbundwerkstoff im Wesentlichen homogen und in einem vorbestimmten Mischungsverhältnis, insbesondere Gewichtsmischungsverhältnis, aus dem Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und dem weiteren Werkstoff 3 ausgebildet sein kann. Besonders vorteilhaft können die Kohlenstoffflocken 25 statistisch, also ohne bevorzugte Ausrichtung, in den Verbundwerkstoff 1 eingebracht werden, wobei anisotrope Materialeigenschaften verhindert oder gering gehalten werden können.The carbon flakes 25 are particularly suitable for the production of complex geometries, with a good mixing with the other material 3 is ensured and thus the composite material substantially homogeneous and in a predetermined mixing ratio, in particular weight mixing ratio, from the Kohlenstoffnanowerkstoff 2 and the other material 3 may be formed , Particularly advantageously, the carbon flakes 25 can be introduced into the composite material 1 statistically, that is to say without preferential orientation, whereby anisotropic material properties can be prevented or minimized.
Der Verbundwerkstoff 1 wird besonders bevorzugt mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes 1, welcher zumindest einen Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und einen weiteren Werkstoff 3 umfasst, hergestellt, wobei zumindest bereichsweise im Bereich der Oberfläche des Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 eine Karbidschicht ausgebildet wird, der weitere Werkstoff 3 zumindest bereichsweise im Bereich der Karbidschicht angeordnet wird und der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und der weitere Werkstoff 3 einer Wärmebehandlung unterzogen werden.The composite material 1 is particularly preferably produced by means of a method for producing a composite material 1 which comprises at least one carbon nanomaterial 2 and a further material 3, wherein a carbide layer is formed at least in regions in the region of the surface of the carbon nanohard material 2, the further material 3 at least in regions is arranged in the region of the carbide layer and the carbon nanomaterial 2 and the further material 3 are subjected to a heat treatment.
Dadurch können die einzelnen Verfahrensschritte voneinander getrennt, insbesondere zeitlich aufeinanderfolgend, erfolgen. Zwischen jedem Verfahrenschritt kann ein dabei ausgebildetes Halbzeuge gelagert und/oder geprüft werden, womit eine flexible, insbesondere flexibel in der zeitlichen Planung, Herstellung sowie die durchgängige Qualitätskontrolle der Halbzeuge ermöglicht werden kann. Derart kann die hohe Qualität eines mittels des Verfahrens hergestellten Endproduktes gewährleistet werden und das Endprodukt kann auch für sicherheitskritische Bauteile mit besonderen Qualitätskontroll- und Nachvollzugsvorschriften der Herstellung verwendet werden.As a result, the individual method steps can be separated from one another, in particular in chronological succession. Between each process step, a semifinished product which has been developed in this process can be stored and / or tested, thus enabling a flexible, in particular flexible, timing, production and continuous quality control of the semi-finished products. In this way, the high quality of an end product produced by means of the method can be ensured, and the end product can also be used for safety-critical components with special quality control and follow-up regulations for production.
Bei dem Verfahren kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, das der weitere Werkstoff 3 bei der Wärmebehandlung über seinen Schmelzpunkt erhitzt wird. Derart kann die gute Anhaftung zwischen dem Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und dem weiteren Werkstoff 3 gewährleistet werden.In the method can be advantageously provided that the further material 3 is heated in the heat treatment above its melting point. In this way, the good adhesion between the carbon nanomaterial 2 and the further material 3 can be ensured.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass als weiterer Werkstoff 3 ein Metall und/oder eine Metalllegierung verwendet werden. Mittels der am Kohlenstoffnanowerkstoff 2 ausgebildeten Karbidschicht kann die gute Anhaftung zwischen dem Metall und/oder derAdvantageously, it can be provided that a metal and / or a metal alloy are used as further material 3. By means of the carbon nanomaterial 2 formed carbide layer, the good adhesion between the metal and / or the
Metalllegierung und dem Kohlenstoffhanowerkstoff 2 ermöglicht werden. Das Metall und/oder eine Metalllegierung können eine gute Wärmeleitfähigkeit sowie einen zu weiteren metallischen Bauteilen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, weshalb sich der Verbundwerkstoff 1 umfassend den Kohlenstoffhanowerkstoff 2 und den als Metall und/oder Metalllegierung ausgebildeten weiteren Werkstoff 3 in der Kombination mit dem weiteren metallischen Bauteil vorteilhaft verhalten kann.Metal alloy and the carbon nanomaterial 2 are made possible. The metal and / or a metal alloy may have a good thermal conductivity and a thermal expansion coefficient similar to other metallic components, which is why the composite material 1 comprising the carbon nanomaterial 2 and the further material 3 formed as metal and / or metal alloy in combination with the other metallic component can behave favorably.
Der Kohlenstoffhanowerkstoff 2 kann beim Verfahren vorteilhafterweise in der Form vonThe carbon nanomaterial 2 may advantageously be in the form of
Kohlenstoffflocken 25 verwendet werden. Dadurch ergibt sich eine besonders bevorzugteCarbon flakes 25 are used. This results in a particularly preferred
Ausführungsform des Verfahrens, wobei zuerst die Kohlenstoffflocken 25 als Halbzeug hergestellt werden.Embodiment of the method, wherein the carbon flocks 25 are first produced as a semi-finished product.
Die Kohlenstoffflocken 25 können zumindest teilweise selbst die Kohlenstoffhanostruktur ausbilden oder mit einer weiteren Kohlenstoffhanostruktur, beispielsweiseThe carbon flakes 25 may at least partially form the carbon nanostructure itself or with another carbon nanostructure, for example
Kohlenstoffhanotubes, Kohlenstoffhanofasern, Kohlenstoffnanorußpartikel, und/oderCarbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanotubes, and / or
Kohlenstoffhanoplättchen, vermengt werden.Carbon toe plates, are mixed.
Im nächsten Schritt werden die Kohlenstoffflocken 25 karbidisiert, also die Oberfläche derIn the next step, the carbon flakes 25 are carbidized, ie the surface of the
Kohlenstoffflocken 25 und/oder die Oberfläche der - insofern vorhanden - Poren in denCarbon fibrils 25 and / or the surface of - so far available - pores in the
Kohlenstoffflocken 25 wird in eine Karbidschicht umgewandelt, wobei eine der vorangenannten vorteilhaften Karbidschichten ausgebildet wird. Die Kohlenstoffflocken 25 können zwischengelagert, qualitätsgeprüft oder unmittelbar weiterverarbeitet werden.Carbon flakes 25 are converted into a carbide layer, whereby one of the aforementioned advantageous carbide layers is formed. The carbon flakes 25 can be stored temporarily, quality-tested or processed directly.
Vorteilhafterweise erfolgt die Karbidisierung der Kohlenstoffnanostruktur desAdvantageously, the carbidation of the carbon nanostructure of the
Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 zeitgleich mit der Karbidisierung der Kohlenstoffflocken 25, womit sich ein karbidisierter Kohlenstoffhanowerkstoff 2 ausbildet.Carbon nanomaterial 2 at the same time as the carburization of the carbon fibrils 25, thus forming a carbided carbon nanomaterial 2.
Alternativ kann die Karbidisierung der Kohlenstoffnanostruktur unterlassen werden und/oder in einem eigenen Arbeitsschritt erfolgen. In diesem Fall wird die Kohlenstoffnanostruktur bevorzugt mit bereits karbidisierten Kohlenstoffflocken 25 vermengt, womit derAlternatively, the carbidation of the carbon nanostructure can be omitted and / or carried out in a separate step. In this case, the carbon nanostructure is preferably mixed with already carbidized carbon flocks 25, whereby the
Kohlenstoffnanowerkstoff 2 ebenfalls in karbidisierter Form vorliegt.Carbon nanomaterial 2 is also present in carbidized form.
Die Karbidschicht kann vorteilhafterweise dünn, im Wesentlichen lediglich einige wenigeThe carbide layer may advantageously be thin, essentially only a few
Atomlagen, ausgebildet sein. Derart kann gewährleistet werden, dass durch die lediglich dünne Karbidschicht die Wärmeleitfähigkeit des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 lediglich geringfügig gesenkt wird.Atomic layers, be formed. In this way, it can be ensured that the heat conductivity of the carbon nanofabric 2 is only slightly reduced by the merely thin carbide layer.
Der derart karbidisierte Kohlenstoffnanowerkstoff 2 werden im nächsten Schritt mit dem weiteren Werkstoff 3, insbesondere mit dem Metall und/oder der Metalllegierung vermengt. Das Vermengen vorteilhafterweise durch einrühren, einstreuen und/oder einkneten erfolgen. Dazu kann das Metall und/oder die Metalllegierung bei der Vermengung in Pulverform oder Flockenform als Festkörper, oder alternativ über den Schmelzpunkt erwärmt, also in flüssiger Form, vorliegen.The thus carburized carbon nanomaterial 2 are mixed in the next step with the further material 3, in particular with the metal and / or the metal alloy. The blending advantageously done by stirring, sprinkle and / or kneading done. For this purpose, the metal and / or the metal alloy in the mixing in powder or flake form as a solid, or alternatively heated above the melting point, ie in liquid form, are present.
Alternativ und/oder zusätzlich kann derart auch faserförmiger und/oder pulverförmiger Kohlenstoffhano Werkstoff 2 mit dem weiteren Werkstoff 3 vermengt werden. Alternativ kann im Fall eines bereits als Kohlenstoffkörper 21 vorliegenden Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 mittels Eintauchen in einen aufgeschmolzenen Werkstoff Schmelze eines weiteren Werkstoffes und/oder insbesondere mittels Infiltrieren eines Werkstoffes die Vermengung ermöglicht werden, wobei ein Teil der aufgeschmolzenen oder des zu infiltrierenden Werkstoffes in den Kohlenstoffnanowerkstoff 2 eindringt und dieser Teil derart den weiteren Werkstoff 3 des Verbundwerkstoffes 1 ausbildet. Die Gesamtheit des Kohlenstoffhanowerkstoffes 2, gegebenenfalls umfassend die weiteren Bindemittel und/oder Zusatzstoffe und umfassend die Karbidschicht, und den weiteren Werkstoff 3 bildet somit den Verbundwerkstoff 1 aus.Alternatively and / or additionally, fibrous and / or pulverulent carbon nanomaterial 2 may be mixed with the further material 3 in this way. Alternatively, in the case of a present as carbon body 21 Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 by immersion in a molten material melt of another material and / or in particular by infiltrating a material, the mixing are made possible, wherein a part of the molten or infiltrated material penetrates into the carbon nanomaterial 2 and this part thus forms the further material 3 of the composite material 1. The entirety of the carbon nanohard material 2, optionally comprising the further binders and / or additives and comprising the carbide layer, and the further material 3 thus forms the composite material 1.
Nach einer bestimmten Zeitdauer ist der infiltrierte Teil des weiteren Werkstoffes 3 erstarrt und ein Infiltrationsdruck, also der Druck auf die Schmelze, kann entfernt werden oder der Verbundwerkstoff 1 wird unter Druck aus der Schmelze gehoben, womit die dauerhafte Anhaftung zwischen dem weiteren Werkstoff 3 und der Karbidschicht kann vorteilhafterweise nach dem Abkühlen unterhalb der Schmelztemperatur des weiteren Werkstoff 3 gegeben sein kann.After a certain period of time, the infiltrated part of the further material 3 is solidified and an infiltration pressure, ie the pressure on the melt, can be removed or the composite material 1 is lifted under pressure from the melt, whereby the permanent adhesion between the further material 3 and the Carbide layer may advantageously be given after cooling below the melting temperature of the other material 3.
Die Vermengung kann vorteilhafterweise in einem vorbestimmten Verhältnis, insbesondere Gewichtsverhältnis, erfolgen. Derart ist ein vermengtes Halbzeug ausgebildet, welches kalt und/oder warm lagerungsfähig oder unmittelbar weiterverarbeitungsfähig ist. Derart können die mechanischen und/oder die thermischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffes 1 genau, gezielt und vorbestimmt eingestellt werden, wodurch zueinander unterschiedliche Verbundwerkstoffe 1, umfassend die gleichen Bestandteile in unterschiedlicher Gewichtzusammensetzung, für unterschiedliche Anwendungsbereiche, beispielsweise für unterschiedliche Wärmeableitungsanforderungen, verwenden werden können. Insbesondere kann das vermengte Halbzeug mittels Verpressen, Brennen und/oder Heißpressen zum Verbundwerkstoff 1 verarbeitet werden, wobei vorteilhafterweise der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und der weitere Werkstoff 3 bei der Wärmebehandlung gesintert werden. Wobei der Begriff „sintern" im Sinne der Offenbarung der Einwirkung von erhöhter Temperatur und/oder erhöhtem Druck auf den Verbundwerkstoff 1 zu verstehen ist und/oder wobei insbesonders der weitere Werkstoff 3 über dessen Schmelzpunkt erwärmt wird. Derart ist eine schnelle und einfache Weiterverarbeitung ermöglicht.The mixing can advantageously take place in a predetermined ratio, in particular weight ratio. Such a mixed semi-finished product is formed, which is cold and / or warm storable or immediately further processing capability. In this way, the mechanical and / or the thermal properties of the composite material 1 can be adjusted precisely, specifically and in a predetermined manner, whereby mutually different composite materials 1 comprising the same constituents in different weight compositions can be used for different fields of application, for example for different heat dissipation requirements. In particular, the blended semifinished product can be processed into the composite material 1 by means of pressing, firing and / or hot pressing, the carbon nanofuel 2 and the further material 3 advantageously being sintered during the heat treatment. Where the term "sintering" in the sense of the disclosure of the effect of increased Temperature and / or increased pressure on the composite material 1 is to be understood and / or in particular the further material 3 is heated above its melting point. Such a quick and easy processing is possible.
Bei diesem Schritt kann das Halbzeug insbesondere in eine vorbestimmte, und gegebenenfalls komplexe, dreidimensionale Geometrie geformt werden, wodurch die Anzahl der Nacharbeitungsschritte besonders reduziert werden kann.In particular, in this step, the semifinished product can be formed into a predetermined, and possibly complex, three-dimensional geometry, whereby the number of reworking steps can be particularly reduced.
Bei einem alternativen bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes 1, welcher zumindest einen Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und einen weiteren Werkstoff 3 umfasst, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der weitere Werkstoff 3 in den Kohlenstoffnanowerkstoff 2 infiltriert wird. Dadurch kann die gute Anhaftung zwischen der Karbidschicht und dem, insbesondere als Metall oder als Metalllegierung, vorliegenden weiteren Werkstoff 3 gewährleistet werden und ein vorbestimmter Mischungsverhältnisgradient vom Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und vom weiteren Werkstoff 3 kann im Verbundwerkstoff 1 ausgebildet werden, wobei insbesondere auch innenliegende Poren und Nanoporen des offenporigen Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 mit dem weiteren Werkstoff 3 infiltriert werden können.In an alternative preferred method for producing a composite material 1, which comprises at least one carbon nanomaterial 2 and a further material 3, it can be advantageously provided that the further material 3 is infiltrated into the carbon nanomaterial 2. As a result, good adhesion between the carbide layer and the further material 3 present, in particular as metal or metal alloy, can be ensured, and a predetermined mixing ratio gradient of the carbon nanomaterial 2 and of the further material 3 can be formed in the composite material 1, in particular also internal pores and nanopores of the open-pored carbon nanomaterial 2 can be infiltrated with the further material 3.
Ebenso kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 mit dem weiteren Werkstoff 3 getränkt wird, wobei auch hier der weitere Werkstoff 3 über dessen Schmelzpunkt erwärmt ist. Diese Form der Durchmengung des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 und des weiteren Werkstoffes 3 kann besonders bei einem offenporigen Kohlenstoffnanowerkstoff 2 mit hoher Porosität, beispielsweise über 50%, vorteilhafterweise erfolgen.Likewise, it may be advantageously provided that the carbon nanomaterial 2 is impregnated with the further material 3, whereby here too the further material 3 is heated above its melting point. This form of mixing of the carbon nanofuel 2 and of the further material 3 can be carried out advantageously, in particular in the case of an open-pore carbon nanomaterial 2 having a high porosity, for example above 50%.
Der vorbestimmte Mischungsverhältnisgradient kann entlang einer Richtung ausgebildet sein, beispielsweise entlang einer Achse, oder vom Außenbereich 23 in Richtung zum Innenbereich 22, wie letzteres beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Derart ist ein Verbundwerkstoff 1 mit, entlang dem Mischungsverhältnisgradienten, veränderlichen mechanischen und/oder thermischen Eigenschaften ermöglicht, wodurch in vorteilhafterweise auf die individuellen Anforderungen der jeweiligen Anwendung eingegangen werden kann. Beispielsweise kann dabei die offenporige Porosität des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 im Innenbereich 23 erhalten werden, wodurch der Verbundwerkstoff 1 mittels eines Spülgases und/oder einer Spülflüssigkeit durchspült werden kann. Dies kann die Temperaturableitung verbessern, wobei das Gewicht des Verbundwerkstoffes 1 gering ist und wobei der Verbundwerkstoff 1 , zumindest zeitweise, über den Schmelzpunkt des weiteren Werkstoffes 3 erhitzt werden kann. Der Mischungsverhältnisgradient kann beispielsweise mittels einer Verkürzung der Eintauchzeit, geringere Temperatur der Schmelze des weiteren Werkstoffes 3, durch Schleudern des Verbundwerkstoffes 1 unmittelbar nach der Entnahme aus der verbleibenden Schmelze und/oder mittels einer Kombination dieser Verfahrensparameter vorbestimmt werden.The predetermined mixing ratio gradient can be formed along one direction, for example along an axis, or from the outer region 23 towards the inner region 22, as the latter is illustrated, for example, in FIG. Thus, a composite material 1 with, along the mixing ratio gradient, variable mechanical and / or thermal properties allows, which can be addressed in an advantageous manner to the individual requirements of each application. For example, the open-pored porosity of the carbon nanomaterial 2 in the inner region 23 can be obtained, as a result of which the composite material 1 can be flushed by means of a purge gas and / or a rinsing liquid. This can improve the temperature dissipation, wherein the weight of the composite material 1 is low and wherein the composite material 1, at least temporarily, can be heated above the melting point of the further material 3. The mixture ratio gradient can be predetermined, for example, by shortening the immersion time, lower temperature of the melt of the further material 3, by spinning the composite material 1 immediately after removal from the remaining melt and / or by a combination of these process parameters.
Vorteilhafterweise kann die Karbidbildung mittels Molybdän-haltiger Salze erfolgen, welche in wässrige Lösung oder organische Lösung gebracht werden oder direkt mit dem Kohlenstoffhanowerkstoff 2 vermischt werden. Dabei kann die Konzentration und das Mischungsverhältnis vom Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und vom metallhaltigen Salz, insbesondere Molybdän-haltigen Salz, in engen Toleranzen vorbestimmt werden, wobei ein Kohlenstoffhalbzeug, insbesondere ein Graphithalbzeug, ausgebildet wird. In einem bevorzugten Verfahrensablauf wird aufeinanderfolgend zuerst das Molybdänsalz, beispielsweise Ammoniumhexamolybdat, in Wasser gelöst und anschließend die Lösung mit einem die Oberflächenspannung der wässrigen Lösung verringerndem Benetzungsmittel, beispielsweise handelsübliches Spülmittel versehen.Advantageously, the carbide formation can be carried out by means of molybdenum-containing salts which are brought into aqueous solution or organic solution or are mixed directly with the carbon nanomaterial 2. In this case, the concentration and the mixing ratio of the carbon nanomaterial 2 and the metal-containing salt, in particular molybdenum-containing salt, can be predetermined in close tolerances, with a semi-finished carbon product, in particular a semifinished graphite product, being formed. In a preferred method sequence, the molybdenum salt, for example ammonium hexamolybdate, is first dissolved in water and subsequently the solution is provided with a wetting agent which reduces the surface tension of the aqueous solution, for example commercial rinsing agent.
Anschließend wird im Fall des Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 in Form des zusammenhängenden Kohlenstoffkörpers 21 der, bevorzugt poröse insbesondere offenporig poröse, Kohlenstoffnanowerkstoff 2, welcher insbesondere Graphit umfassen und/oder graphitische Eigenschaften aufweisen kann, in die wässrige Lösung gelegt. Mittels Unterdruck werden die Poren luftfrei gemacht, wobei die wässrige Lösung in die Poren strömen kann. Mittels Ultraschalleinwirkung auf die wässrige Lösung und/oder den Kohlenstoffnanowerkstoff 2 kann das Eindringen der wässrigen Lösung in die Poren besonders zuverlässig erfolgen. Mittels einer zusätzlichen und/oder anschließenden Druckinfiltration kann das Eindringen der wässrigen Lösung auch in kleine Poren zuverlässig erfolgen und das zuverlässige Eindringen der wässrigen Lösung in den gesamten Kohlenstoffnanowerkstoff 2 ermöglichen und somit gewährleistet sein, dass im Wesentlichen sämtliche von Außen zugängliche Poren mit Lösungsmittel getränkt und im Wesentlichen die gesamte Oberfläche Kohlenstoffnanowerkstoff 2, insbesondere die Oberflächen der Poren, mit Lösungsmittel benetzt sind. Die unterschiedlichen Prozessschritte zum Tränken des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 mittels der wässrigen Lösung können einzeln, in der soeben beschriebenen Reihenfolge, gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden, womit eine gute Durchmischung des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 und des Salzes ermöglicht werden kann. Zum Abschluss des Tränkens des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 mittels der wässrigen Lösung wird der Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 - vorteilhafterweise bei Luftzutritt und bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur - getrocknet. Im Fall, dass der Kohlenstoffhanowerkstoff 2 in Form einer Vielzahl unzusammenhängender Einzelpartikel vorliegt, also beispielsweise beim Kohlenstoffhanowerkstoff 2 in Form der Kohlenstoffflocken 25, in Pulverform und/oder in Form von den sogenannten Karbonnanofasern und/oder Karbonnanotubes, wird der Kohlenstoffhanowerkstoff 2 in ein Behältnis eingefüllt, wobei die wässrige Lösung - welche insbesondere das Benetzungsmittel und das das Karbid ausbildende Salz umfasst - zeitgleich, zeitlich vorher oder zeitlich anschließend in das Behältnis eingefüllt wird. Unter, insbesonders erhöhter, vorbestimmter Temperatur werden der Kohlenstoffnanowerkstoff 2 und die wässrige Lösung solange gerührt bis das Lösungsmittel verdampft ist. Damit kann die im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung des Salzes auf den Oberflächen der einzelnen unzusammenhängenden Einzelpartikeln des Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 gewährleistet sein. Anstatt und/oder zusätzlich zum Verdampfen der Lösung kann die Lösung auch abfiltriert werden. Zum Abschluss wird der Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 - vorteilhafterweise bei Luftzutritt und bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur - getrocknet.Subsequently, in the case of the carbon nanohide material 2 in the form of the continuous carbon body 21, the preferably porous, in particular open-pore porous, carbon nanomaterial 2, which in particular comprises graphite and / or has graphitic properties, is placed in the aqueous solution. By means of negative pressure, the pores are made free of air, wherein the aqueous solution can flow into the pores. By means of ultrasound exposure to the aqueous solution and / or the carbon nanomaterial 2, the penetration of the aqueous solution into the pores can be carried out particularly reliably. By means of an additional and / or subsequent pressure infiltration, the penetration of the aqueous solution into small pores can reliably take place and enable the reliable penetration of the aqueous solution into the entire carbon nanomaterial 2 and thus ensure that substantially all externally accessible pores are impregnated with solvent and essentially the entire surface of carbon nanomaterial 2, in particular the surfaces of the pores, are wetted with solvent. The different process steps for impregnating the carbon nanomaterial 2 by means of the aqueous solution can be carried out individually, in the order just described, simultaneously or in a different order, thus enabling thorough mixing of the carbon nanomaterial 2 and the salt. At the end of soaking of carbon nanomaterial 2 By means of the aqueous solution, the carbon nanomaterial 2 is dried, advantageously at the admission of air and at room temperature or elevated temperature. In the case that the carbon nanomaterial 2 is present in the form of a plurality of discontinuous individual particles, that is, for example, the carbon nanohide material 2 in the form of carbon fibrils 25, in powder form and / or in the form of the so-called Karbonnanofasern and / or Karbonnanotubes, the carbon nanomaterial 2 is introduced into a container , wherein the aqueous solution - which in particular comprises the wetting agent and the carbide-forming salt - at the same time, before or after time in the container is then filled. Under, in particular elevated, predetermined temperature of the carbon nanomaterial 2 and the aqueous solution are stirred until the solvent is evaporated. Thus, the substantially uniform distribution of the salt on the surfaces of the individual disjointed individual particles of the carbon nanoparticle 2 can be ensured. Instead of and / or in addition to evaporating the solution, the solution can also be filtered off. Finally, the carbon nanomaterial 2 is dried, advantageously in the presence of air and at room temperature or elevated temperature.
Anschließend wird das Kohlenstoffhalbzeug unter reduzierenden Bedingungen, insbesondere frei von Sauerstoff, aufgeheizt und derart die Karbidisierung des Kohlenstoffhanowerkstoffes 2 durchgeführt. Weiters können die die Karbidschicht beeinflussenden Parameter Aufheizrate, Temperatur, Verweildauer, Abkühlrate und/oder Abkühlzeit vorbestimmt und insbesondere unabhängig gesteuert werden. Derart kann die homogene Ausbildung einer im Wesentlichen homogenen oder einer vorbestimmt inhomogenen Karbidschicht gesteuert werden, wodurch die Schichtstärke der Karbidschicht innerhalb enger Toleranzen und kontrolliert vorbestimmt werden kann, welches für die hohe Qualität darauffolgender Verfahrensschritte besonders vorteilhaft sein kann.Subsequently, the semi-finished carbon is heated under reducing conditions, in particular free of oxygen, and so carried out the carbidization of the carbon nanohard 2. Furthermore, the carburizing layer influencing parameter heating rate, temperature, residence time, cooling rate and / or cooling time can be predetermined and in particular controlled independently. In this way, the homogeneous formation of a substantially homogeneous or a predetermined inhomogeneous carbide layer can be controlled, whereby the layer thickness of the carbide layer can be predetermined within narrow tolerances and controlled, which can be particularly advantageous for the high quality of subsequent process steps.
Besonders bevorzugt wird dabei das Molybdän-haltige Salz und/oder ein Molybdänsalz verwendet. Die Karbidisierung erfolgt unter - gegenüber Raumtemperatur - erhöhter Temperatur. Die Karbidisierung kann erfolgen durch Reaktion vom Kohlenstoff aus dem Kohlenstoffkörper 2 mit dem anliegenden Molybdänsalz oder durch Reaktion einer Gasatmosphäre mit dem anliegenden Molybdänsalz. Weiterhin kann die Karbidisierung auch durch beide Reaktionen erfolgen. Als Schutzgas der Gasatmosphäre kann beispielsweise Stickstoff verwendet werden. AuchParticularly preferably, the molybdenum-containing salt and / or a molybdenum salt is used. The carbidization takes place under - compared to room temperature - elevated temperature. The carbidization can be carried out by reaction of carbon from the carbon body 2 with the molybdenum salt or by reacting a gas atmosphere with the molybdenum salt. Furthermore, the carbidation can also be carried out by both reactions. As a protective gas of the gas atmosphere, for example, nitrogen can be used. Also
Zugaben von Wasserstoff und Kohlenwasserstoff zum Schutzgas können die Karbidisierung beschleunigen.Additions of hydrogen and hydrocarbon to the shielding gas can accelerate the carbidization.
Eine andere Variante ist die Durchführung im Vakuum.Another variant is the implementation in a vacuum.
Vorteilhafterweise kann die Karbidisierung in einem Graphittiegel erfolgen.Advantageously, the carbidization can be done in a graphite crucible.
Pn einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der bereits karbidisiertePn of a further advantageous embodiment, the already carbidized
Kohlenstoffnanowerkstoff 2 beispielsweise mit einem Metall, insbesondere Kupfer, stromlos und/oder galvanisch umhüllt werden.Carbon nanomaterial 2, for example, with a metal, in particular copper, de-energized and / or electroplated.
Vorteilhafterweise kann derart auf Karbidbildner im Metall, insbesondere im Metall derAdvantageously, such carbide formers in the metal, in particular in the metal
Gruppe elf und/oder in der Metalllegierung, insbesondere in der Kupferlegierung, verzichtet werden, wodurch die mechanischen und thermischen Eigenschaften des Metalls und/oder derGroup eleven and / or in the metal alloy, in particular in the copper alloy, are omitted, whereby the mechanical and thermal properties of the metal and / or the
Metalllegierung nicht durch den Karbidbildner beeinflusst werden. Das Metall der Gruppe elf, beispielsweise Silber, Gold oder insbesondere Kupfer, zeichnet sich - wie ebenso Aluminium, welches ein Metall der Gruppe 13 ist - durch gute elektrische und insbesondere thermischeMetal alloy can not be influenced by the carbide former. The group 11 metal, for example silver, gold or, in particular, copper, is characterized by good electrical and in particular thermal, as is aluminum, which is a group 13 metal
Leitfähigkeit aus, womit der Verbundwerkstoff besonders für Bauteile im Bereich von thermisch, insbesondere zyklisch, beanspruchten Stellen in besonders vorteilhafter Weise verwendet werden kann.Conductivity, whereby the composite material can be used in a particularly advantageous manner, especially for components in the field of thermal, especially cyclic, stressed areas.
Die gute Benetzbarkeit zwischen der Karbidschicht und der Metallschicht und/oder derThe good wettability between the carbide layer and the metal layer and / or the
Metalllegierungsschicht ist bereits bei mehreren Atomlagen Karbidschicht und mehrerenMetal alloy layer is already at several atomic layers carbide layer and several
Atomlagen Metallschicht und/oder der Metalllegierungsschicht gegeben.Atom layers metal layer and / or the metal alloy layer given.
Bei der besonders bevorzugten Verwendung von Molybdänkarbid als Karbidschicht undIn the most preferred use of molybdenum carbide as the carbide layer and
Kupfer als Metallschicht ergibt sich beispielsweise der experimentell bestimmteCopper as a metal layer results, for example, the experimentally determined
B enetzungs winkel 4 von in etwa 18°, wodurch auf die besonders gute Anhaftung rückgeschlossen werden kann. Die in etwa gemessenen 18° verstehen sich als statistischerB connection angle 4 of about 18 °, which can be deduced on the particularly good adhesion. The approximately measured 18 ° are understood as statistical
Mittelwert einer Vielzahl gemessener Winkel, da die gemessenen Einzelwerte derMean value of a multiplicity of measured angles, since the measured single values of the
B enetzungs winkel 4 zwischen Molybdänkarbid und Kupfer eine große Varianz aufweisen und wobei größere und/oder kleinere Einzelwerte des Benetzungswinkels 4 gemessen werden können.Binding angle 4 between molybdenum carbide and copper have a large variance and wherein larger and / or smaller individual values of the wetting angle 4 can be measured.
Der Verbundwerkstoff 1 vereint die Vorteile des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 mit denThe composite material 1 combines the advantages of the carbon nanomaterial 2 with the
Vorteilen des weiteren Werkstoffes 3. Durch den Kohlenstoffnanowerkstoff 2 weist derAdvantages of the further material 3. By the carbon nanomaterial 2, the
Verbundwerkstoff 1 ein niedriges spezifisches Gewicht und eine geringe thermischeComposite 1 has a low specific gravity and a low thermal
Ausdehnung auf. Insbesondere bei der Verwendung von Kohlenstoffflocken 25 und Metall, insbesondere Kupfer, kann die Wärmeleitfähigkeit des Verbundwerkstoffes 1 über jener des Metalls in Reinform ausgebildet sein.Expansion. Especially when using carbon flakes and metal, in particular copper, the thermal conductivity of the composite material 1 over that of the metal can be formed in pure form.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass der weitere Werkstoff 3 im Wesentlichen im gesamten Verbundwerkstoff 1 verteilt ist, wodurch - makroskopisch betrachtet - gleichmäßige und/oder anisotrope Werkstoffeigenschaften gewährleistet werden können. Vorteilhafterweise kann der Kohlenstoffhanowerkstoff 2 des Verbundwerkstoffes 1 im wesentlichen vollständig vom weiteren Werkstoff 3 umhüllt sein, wodurch eine homogene Außenhülle gewährleistet ist und die im Wesentlichen komplette Außenoberfläche des Verbundwerkstoffes 1 metallische Eigenschaften beispielsweise in Hinsicht auf die Wärmeleitfähigkeit und auf die Verlötbarkeit aufweisen kann. Dies kann die Verwendung besonders vereinfachen.Advantageously, it can be provided that the further material 3 is distributed substantially throughout the composite material 1, whereby - macroscopically considered - uniform and / or anisotropic material properties can be ensured. Advantageously, the carbon nanomaterial 2 of the composite material 1 can be substantially completely enveloped by the further material 3, whereby a homogeneous outer shell is ensured and the essentially complete outer surface of the composite material 1 can have metallic properties, for example with respect to the thermal conductivity and the solderability. This can especially simplify the use.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes 1 kann einem im Wesentlichen linearen Mittelwert, entsprechend dem Gewichtsmischungsverhältnis vom Kohlenstoffhanowerkstoff 2 und vom weiteren Werkstoff 3, entsprechen. Derart kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Verbundwerkstoffes in der Größenordnung des Wärmeausdehnungskoeffizient eines Metalls entsprechen, womit bei der Verklebung und/oder bei der Verlötung eines Bauteiles aus Metall mit dem Verbundwerkstoff geringe Wärmedehnungsspannungen, also Spannungen aufgrund unterschiedlicher thermischer Ausdehnungskoeffizienten der einzelnen Werkstoffe des Verbundwerkstoffes 1, im Bereich einer Kontaktfläche auftreten. Die Verklebung und/oder Verlötung eignet sich derart zur zyklische thermische Belastung, wobei die hohe Dauerfestigkeit der Verklebung und/oder Verlötung gewährleistet sein kann.The thermal expansion coefficient of the composite material 1 may correspond to a substantially linear average, corresponding to the weight mixing ratio of the carbon nanohard material 2 and of the further material 3. In this way, the coefficient of thermal expansion of the composite material can correspond to the order of magnitude of the coefficient of thermal expansion of a metal, with which low thermal expansion stresses, ie stresses due to different thermal expansion coefficients of the individual materials of the composite material 1, in the region during bonding and / or soldering of a metal component to the composite material a contact surface occur. The bonding and / or soldering is so suitable for cyclic thermal stress, the high fatigue strength of the bond and / or soldering can be guaranteed.
Durch Einlagern des Kohlenstoffnanowerkstoffes 2 in den als Metall ausgebildeten weiteren Werkstoff 3 kann die thermische Ausdehnung im Vergleich zum Metall verringert werden, also im Normalfall wesentlich und messbar niedriger als die als die des Metalls sein. Derart kann eine gute Auflötbarkeit des Verbundwerkstoff 1 auf einem sogenannten DCB- Keramiken gewährleistet werden und die Gefahr eines Ablösens des Verbundwerkstoffes 1 von der DCB-Keramik bei thermischer und/oder mechanischer Wechselbeanspruchung kann zuverlässig vermieden werden. Besonders vorteilhaft ist insbesondere die dabei im Vergleich zum als Metall ausgebildeten weiteren Werkstoff 3 geringe thermische Ausdehnung des Verbundwerkstoffes 1 , welche insbesondere einer selben Größenordnung der thermische Ausdehnung der DCB-Keramik sein kann. Der Verbundwerkstoff 1 kann in nachfolgenden Verfahrensschritten weiterverarbeitet und/oder weiterbearbeitet werden. Beispielsweise kann der Verbundwerkstoff 1 mit einer zusätzlichen Oberflächenschicht beschichtet werden. Die zusätzliche Oberflächenschicht kann überwiegend ein oder mehrere Nichtmetalle oder überwiegend ein Metall und/oder eine Metalllegierung umfassen. Beispielsweise kann der Verbundwerkstoff 1 - beispielsweise umfassend das Kupfer und/oder die Kupferlegierung - mit einer zusätzlichen Silberschicht, Kupferschicht, Nickelschicht und/oder einer Legierungsschicht umfassend zumindest eines dieser Metalle stromlos und/oder galvanisch beschichtet werden. Diese zusätzliche Oberflächenschicht kann einen besonders niedrigen Wärmewiderstand und/oder eine besonders hohe elektrische Leitfähigkeit der Oberfläche des derart beschichteten Verbundwerkstoffes 1 gewährleisten. Weiterhin werden durch geschlossene und homogene Metallschichten gute Klebe- und Lötverbindungen ermöglicht.By incorporating the carbon nanomaterial 2 into the further material 3 formed as metal, the thermal expansion compared to the metal can be reduced, that is, in the normal case substantially and measurably lower than that of the metal. Such a good solderability of the composite material 1 on a so-called DCB ceramics can be ensured and the risk of detachment of the composite material 1 from the DCB ceramic under thermal and / or mechanical cycling can be reliably avoided. Especially advantageous is the low thermal expansion of the composite material 1 compared with the further material 3 formed as a metal, which may in particular be of the same order of magnitude as the thermal expansion of the DCB ceramic. The composite material 1 can be further processed in subsequent process steps and / or further processed. For example, the composite material 1 can be coated with an additional surface layer. The additional surface layer may comprise predominantly one or more non-metals or predominantly a metal and / or a metal alloy. By way of example, the composite material 1-comprising, for example, the copper and / or the copper alloy-can be electrolessly and / or galvanically coated with an additional silver layer, copper layer, nickel layer and / or an alloy layer comprising at least one of these metals. This additional surface layer can ensure a particularly low thermal resistance and / or a particularly high electrical conductivity of the surface of the thus coated composite material 1. Furthermore, closed and homogeneous metal layers enable good bonding and soldering connections.
Der Verbundwerkstoff 1 kann mittels spanender Bearbeitung einfach und kostengünstig weiterbearbeitet und/oder mit weiteren Bauteilen verbunden, insbesondere verlötet oder verklebt, werden. Derart können beispielsweise Messanordnungen, Wärmebrücken, elektrische Kontakte, Tragelemente ausgebildet werden. Ebenso kann der Verbundwerkstoff 1 aufgrund der vorteilhaften thermischen und mechanischen Eigenschaften als Wärmesenke insbesondere bei Halbleiterkomponenten eingesetzt werden. Dadurch kann der Verbundwerkstoff 1 ein, insbesondere einfach an die geometrischen Erfordernisse anzupassendes, kostengünstiges Bauteil ausbilden.The composite material 1 can be further processed by machining easily and inexpensively and / or connected to other components, in particular soldered or glued be. For example, measuring arrangements, thermal bridges, electrical contacts, support elements can be formed. Likewise, the composite material 1 can be used as a heat sink, in particular in semiconductor components due to the advantageous thermal and mechanical properties. As a result, the composite material 1 can form a cost-effective component, in particular simply to be adapted to the geometric requirements.
Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen weisen lediglich einen Teil der beschriebenen Merkmale auf, wobei jede Merkmalskombination, insbesondere auch von verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen, vorgesehen sein kann. Further embodiments according to the invention have only a part of the features described, wherein each feature combination, in particular also of various described embodiments, can be provided.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E PATENT APPLICATIONS
1. Verbundwerkstoff (1), welcher zumindest einen eine Kohlenstoffhanostruktur umfassenden Kohlenstoffhanowerkstoff (2) und einen weiteren Werkstoff (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffhanowerkstoff (2) zumindest bereichsweise eine an der Oberfläche des Kohlenstoffhanowerkstoffes (2) ausgebildete Karbidschicht umfasst und dass der weitere Werkstoff (3) eine an der Karbidschicht wenigstens bereichsweise anhaftende Metallschicht und/oder Metalllegierungsschicht umfasst.Composite material (1) comprising at least one carbon nanohide material (2) comprising a carbon nanostructure and a further material (3), characterized in that the carbon nanoparticle (2) at least partially comprises a carbide layer formed on the surface of the carbon nanotube material (2) and in that the further material (3) comprises a metal layer and / or metal alloy layer adhering at least partially to the carbide layer.
2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffnanowerkstoff (2) zumindest bereichsweise als zusammenhängender Kohlenstoffkörper (21) ausgebildet ist, und dass der Kohlenstoffkörper (21) in einem vorgebbaren Innenbereich (22) frei vom weiteren Werkstoff (3) ausgebildet ist.2. Composite material according to claim 1, characterized in that the carbon nanomaterial (2) is at least partially formed as a continuous carbon body (21), and that the carbon body (21) in a predeterminable inner region (22) is formed free of further material (3) ,
3. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffnanowerkstoff (2) zumindest bereichsweise als zusammenhängender Kohlenstoffkörper (21) ausgebildet ist, und dass der Kohlenstoffkörper (21) in einem vorgebbaren Außenbereich (23) frei vom weiteren Werkstoff (3) ausgebildet ist.3. Composite material according to one of claims 1 or 2, characterized in that the carbon nanomaterial (2) is at least partially formed as a continuous carbon body (21), and that the carbon body (21) in a predeterminable outer region (23) free from further material ( 3) is formed.
4. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffhanostruktur des Kohlenstoffnanowerkstoff (2) als Kohlenstoffnanotubes und/oder als Kohlenstoffnanofasern ausgebildet ist.4. Composite material according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the carbon nanostructure of the carbon nanomaterial (2) is designed as a carbon nanotube and / or as carbon nanofibers.
5. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffnanostruktur des Kohlenstoffnanowerkstoff (2) als Kohlenstoffnanorußpartikel, als Kohlenstoffnanoplättchen und/oder als Nanoporen im Kohlenstoffnanowerkstoff (2) ausgebildet ist.5. A composite material according to any one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the carbon nanostructure of the carbon nanomaterial (2) is formed as a carbon nanotube particles, as carbon nanoplates and / or as nanopores in the carbon nanomaterial (2).
6. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise auf der Oberfläche der Kohlenstoffhanostruktur die Karbidschicht ausgebildet ist und dass die Metallschicht und/oder Metalllegierungsschicht wenigstens bereichsweise an der auf der Oberfläche der Kohlenstoffhanostruktur ausgebildeten Karbidschicht anhaftet.6. Composite material according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least partially on the surface of the Kohlenstoffhanostruktur the carbide layer is formed and that the metal layer and / or metal alloy layer at least partially adhered to the carbide layer formed on the surface of the carbon nanostructure.
7. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Werkstoff (3) im Wesentlichen im gesamten Verbundwerkstoff (1) verteilt ist.7. Composite material according to one of claims 1 to 6, characterized in that the further material (3) is distributed substantially throughout the composite material (1).
8. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Werkstoff (3) den Kohlenstoffnanowerkstoff (2) vollständig umhüllt.8. Composite material according to one of claims 1 to 7, characterized in that the further material (3) completely envelopes the carbon nanomaterial (2).
9. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbidschicht wenigstens ein stöchiometrisches und/oder nicht stöchiometrisches Karbid umfasst.9. Composite material according to one of claims 1 to 8, characterized in that the carbide layer comprises at least one stoichiometric and / or non-stoichiometric carbide.
10. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Karbid ein metallisches Karbid umfasst.10. Composite material according to one of claims 1 to 9, characterized in that the carbide comprises a metallic carbide.
11. Verbundwerkstoff nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Karbid zumindest ein Element der Gruppen 4, 5 oder 6, bevorzugt ein Element der Gruppe 6, insbesondere Molybdän, umfasst.11. A composite material according to claim 10, characterized in that the metallic carbide comprises at least one element of groups 4, 5 or 6, preferably an element of group 6, in particular molybdenum.
12. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht und/oder die Metalllegierungsschicht ein Metall der Gruppe 11 umfasst.12. The composite material according to one of claims 1 to 11, characterized in that the metal layer and / or the metal alloy layer comprises a metal of group 11.
13. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschicht im Wesentlichen Kupfer und/oder die Metalllegierungsschicht im Wesentlichen eine Kupferlegierung umfasst.13. A composite material according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the metal layer substantially comprises copper and / or the metal alloy layer substantially comprises a copper alloy.
14. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffnanowerkstoff (2) gebrannt und porös ausgebildet ist.14. Composite material according to one of claims 1 to 13, characterized in that the carbon nanomaterial (2) is fired and porous.
15. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffnanowerkstoff (2) offenporig mit einer Porosität zwischen 5 und 60 Vol.-% ausgebildet ist. 15. Composite material according to one of claims 1 to 14, characterized in that the carbon nanomaterial (2) is open-pored with a porosity between 5 and 60 vol .-% is formed.
16. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffnanowerkstoff (2) Kohlenstoffflocken (25), Ruß, Diamant, Kohlensstoffpulver und/oder Kohlenstofffasern umfasst, wobei die Kohlenstoffflocken (25) insbesondere im Wesentlichen oval und/oder flach ausgebildet sind.16. Composite material according to one of claims 1 to 15, characterized in that the carbon nanofabric (2) comprises carbon flakes (25), carbon black, diamond, carbon powder and / or carbon fibers, wherein the carbon flakes (25) in particular substantially oval and / or flat are formed.
17. Verbundwerkstoff nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffflocken (25), der Ruß, der Diamant, das Kohlensstoffpulver, die Kohlenstofffasern, die Karbonnanofasera und/oder die Karbonnanotubes im Wesentlichen vollständig in dem weiteren Werkstoff (3) eingebettet sind.17. A composite material according to claim 16, characterized in that the carbon flakes (25), the carbon black, the diamond, the carbon dioxide powder, the carbon fibers, the Karbonnanofasera and / or the Karbonnanotubes are substantially completely embedded in the further material (3).
18. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes (1), welcher zumindest einen Kohlenstoffnanowerkstoff (2) und einen weiteren Werkstoff (3) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bereichsweise im Bereich der Oberfläche des Kohlenstoffnanowerkstoffes (2) eine Karbidschicht ausgebildet wird, der weitere Werkstoff (3) zumindest bereichsweise im Bereich der Karbidschicht angeordnet wird und der Kohlenstoffnanowerkstoff (2) und der weitere Werkstoff (3) einer Wärmebehandlung unterzogen werden.18. A method for producing a composite material (1), which comprises at least one Kohlenstoffnanowerkstoff (2) and another material (3), characterized in that at least partially in the region of the surface of the Kohlenstoffnanowerkstoffes (2) a carbide layer is formed, the further material (3) is arranged at least partially in the region of the carbide layer and the carbon nanomaterial (2) and the further material (3) are subjected to a heat treatment.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Werkstoff (3) in den Kohlenstoffnanowerkstoff (2) infiltriert wird.19. Method according to claim 18, characterized in that the further material (3) is infiltrated into the carbon nanomaterial (2).
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei der Kohlenstoffnanowerkstoff (2) zumindest bereichsweise als zusammenhängender Kohlenstoffkörper (21) ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Werkstoff (3) lediglich in einem vorgebbaren Außenbereich (23) in den Kohlenstoffkörper (21) infiltriert wird.20. The method according to any one of claims 18 or 19, wherein the carbon nanomaterial (2) is at least partially formed as a continuous carbon body (21), characterized in that the further material (3) only in a predeterminable outer region (23) in the carbon body ( 21) is infiltrated.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffnanowerkstoff (2) in der Form von Kohlenstoffflocken verwendet wird.21. The method according to any one of claims 18 or 19, characterized in that the carbon nanomaterial (2) is used in the form of carbon flakes.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Werkstoff (3) bei der Wärmebehandlung über seinen Schmelzpunkt erhitzt wird. 22. The method according to any one of claims 18 to 21, characterized in that the further material (3) is heated in the heat treatment above its melting point.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass als weiterer Werkstoff (3) ein Metall und/oder eine Metalllegierung verwendet werden.23. The method according to any one of claims 18 to 22, characterized in that as a further material (3) a metal and / or a metal alloy are used.
24. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffhanowerkstoff (2) und der weitere Werkstoff (3) bei der Wärmebehandlung gesintert werden. 24. Composite material according to one of claims 18 to 23, characterized in that the carbon nanomaterial (2) and the further material (3) are sintered during the heat treatment.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009018762A1 (en) * 2009-04-27 2010-11-25 Eads Deutschland Gmbh Manufacturing a metallic composite material with embedded carbon nanotubes, comprises directing an energy beam to a surface to be constructed, on which a wire-like first starting material made of metal and carbon nanotubes is provided

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0898310A2 (en) * 1997-08-19 1999-02-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Heat sink for semiconductors and manufacturing process thereof
US6171691B1 (en) * 1997-02-06 2001-01-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Heat sink material for use with semiconductor component and method for fabricating the same, and semiconductor package using the same
WO2004005566A2 (en) * 2002-07-04 2004-01-15 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S.) Method for making a composite product and in particular a heat sink
WO2004102659A2 (en) * 2003-05-08 2004-11-25 Curamik Electronics Gmbh Composite material, electrical circuit or electric module
JP2006245127A (en) * 2005-03-01 2006-09-14 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacturing method
EP1798301A1 (en) * 2005-09-07 2007-06-20 E & F Corporation Titanium alloy composite material, method for production of the material, titanium clad material using the material, and method for manufacture of the clad

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6171691B1 (en) * 1997-02-06 2001-01-09 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Heat sink material for use with semiconductor component and method for fabricating the same, and semiconductor package using the same
EP0898310A2 (en) * 1997-08-19 1999-02-24 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Heat sink for semiconductors and manufacturing process thereof
WO2004005566A2 (en) * 2002-07-04 2004-01-15 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S.) Method for making a composite product and in particular a heat sink
WO2004102659A2 (en) * 2003-05-08 2004-11-25 Curamik Electronics Gmbh Composite material, electrical circuit or electric module
JP2006245127A (en) * 2005-03-01 2006-09-14 Toshiba Corp Semiconductor device and its manufacturing method
EP1798301A1 (en) * 2005-09-07 2007-06-20 E & F Corporation Titanium alloy composite material, method for production of the material, titanium clad material using the material, and method for manufacture of the clad

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BALBUENA P B ET AL: "Role of the catalyst in the growth of single-wall carbon nanotubes" JOURNAL OF NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY, AMERICAN SCIENTIFIC PUBLISHERS, US, Bd. 6, Nr. 5, 1. Mai 2006 (2006-05-01), Seiten 1247-1258, XP009112400 ISSN: 1533-4880 *
CHA S I ET AL: "Extraordinary strengthening effect of carbon nanotubes in metal-matrix nanocomposites processed by molecular-level mixing" ADVANCED MATERIALS 20050606 WILEY-VCH VERLAG DE, Bd. 17, Nr. 11, 6. Juni 2005 (2005-06-06), Seiten 1377-1381, XP002516313 *
HUANG L ET AL: "The synthesis of carbon nanotubes and zirconium carbide composite films on a glass substrate" NANOTECHNOLOGY MAY 2004 INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING GB, Bd. 15, Nr. 5, Mai 2004 (2004-05), Seiten 663-666, XP002516319 *
LEROY W P ET AL: "Solid-state formation of titanium carbide and molybdenum carbide as contacts for carbon-containing semiconductors" JOURNAL OF APPLIED PHYSICS AIP USA, Bd. 99, Nr. 6, 15. März 2006 (2006-03-15), Seiten 63704-1, XP002516314 ISSN: 0021-8979 *
LIJIE CI ET AL: "Investigation of the interfacial reaction between multi-walled carbon nanotubes and aluminum" ACTA MATERIALIA ELSEVIER UK, Bd. 54, Nr. 20, Dezember 2006 (2006-12), Seiten 5367-5375, XP002516316 ISSN: 1359-6454 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009018762A1 (en) * 2009-04-27 2010-11-25 Eads Deutschland Gmbh Manufacturing a metallic composite material with embedded carbon nanotubes, comprises directing an energy beam to a surface to be constructed, on which a wire-like first starting material made of metal and carbon nanotubes is provided
DE102009018762B4 (en) * 2009-04-27 2011-06-22 EADS Deutschland GmbH, 85521 A method of producing a metallic composite with carbon nanotubes and a near-net shape component of this composite material

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