WO2009109485A1 - Strangförmiger materialverbund mit cnt-garnen und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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Jörg HASSEL
Hans-Richard Kretschmer
Daniel Reznik
Arno Steckenborn
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Definitions

  • the invention relates to a strand-like composite material, consisting of CNT yarns, which are coated with a metallic component.
  • a strand-like composite material of the type mentioned is known from WO 2007/015710 A2.
  • This string-shaped material composite is obtained as a CNT yarn in that to ⁇ next on a suitable substrate carbon nanotubes (in the To ⁇ connection referred to with this invention, briefly referred to as CNT) egg be prepared ner certain length, they are by their one end to the Substrate connected and protrude with its opposite end of this substrate, so that there is a forest-like structure.
  • the CNT yarn can now be obtained by breaking off the substrate at the edge of the substrate CNT and pulling it away from the latter .
  • CNT yarns are based on the properties of CNT are electrically conductive. This makes it possible to overheat the CNT yarns under by ⁇ conducting an electric current to up to 2000 K to he ⁇ other hand, it is known from US 2007/0036978 Al be ⁇ recognized that CNT electrodeposited in a. Me tall slaughter can lead to an improvement in conductivity.
  • the CNT are disordered built into the electrochemical ⁇ mixed layer produced when they are dispersed in the electrolyte. the maximum achievable incorporation rates of CNT are process-related case sets limits overall.
  • the object of the invention is to provide a strand-like composite material with CNT yarns and a metallic compo ⁇ nent, which has a high electrical conductivity in relation to the content of CNT in the composite material.
  • the metallic component connects the adjacent CNT yarns electrically, in which case a single metallic matrix is available.
  • CNT in the context of this invention is to be understood in a broader sense, all forms of carbon nanotubes. These include both the single wall carbon nanotubes (SWNT) and the so-called multiwall carbon nanotubes (MWNT), which are constructed in multiple layers.
  • SWNT single wall carbon nanotubes
  • MWNT multiwall carbon nanotubes
  • the matrix of the metallic component is to be understood as meaning a metallic structure which represents a uniform material-technical composite. This composite can ever ⁇ but consist of several grains, the matrix is to be considered uniform over the entire cross-section through the cohesion of the metallic structure at the grain boundaries as well.
  • the influence of the grain boundaries on the electrical Leitfä ⁇ ability of the matrix is in fact negligible, because the electrons, which cause a current flow migration is hardly inhibited by the grain boundaries.
  • CNT yarns in the context of the invention CNT strands are ver ⁇ stand, which consist of at least one CNT fiber.
  • the individual CNT adhere to each other at their ends, so that the CNT fiber can have a multiple length of the individual CNT.
  • multiple CNT fibers may be joined together to form a CNT yarn. In this case, a contact may also take place between the individual CNT fibers of a yarn.
  • the CNT yarns are aligned in the matrix substantially in the direction of its strand-like course.
  • this has advantages in terms of production since the CNT yarns can be guided in the direction of the resulting strand-like material composite.
  • the strand parallel alignment of CNT yarns also improves the electrical conductivity of the produced strand-like Mate ⁇ rialverbundes, since the paths formed by the CNT with ver ⁇ Patched electrical conductivity being aligned along the expected current flow substantially.
  • the proportion of CNT yarns of the matrix is in a range of 2 to 20% by volume, preferably 4 to 10% by volume. Within this range a relatively high gain in Leitfä ⁇ ability can in fact advantageously carried out at a comparatively low use of the relatively expensive raw material for the CNT achieve in the composite conductor. In addition, when designing the composite material according to the invention, it must be taken into account that by adding the CNT into the metal
  • Matrix a negative influence on the mechanical properties can be excluded or at least kept within an acceptable level.
  • a material composite with a maximum of 20% by volume of CNT yarns will essentially still have the behavior of a metallic material in the case of a matrix of metallic material that is measured through the composite. This means that voltages, which occurs in particular ⁇ due to the much higher stiffness of CNT in comparison to metallic materials, by the metallic Structure can still be compensated. Also with regard to the different coefficients of thermal expansion of CNT and metallic materials arise stresses that can be compensated by the mechanism described by the metallic matrix. Here is the main difference from the strand-like material composite according to WO 2007/015710 A2 to see where the natural sheep ⁇ th are mainly determined by the subject in the composite CNT.
  • the metallic component has in fact a substantially klei ⁇ Neren volume fraction of the composite, so that it can be adapted to the mechanical properties of the CNT, which determine the mechanical properties of the overall composite.
  • the low volume fraction of metallic material also limits the improvement in the electrical conductivity of the composite material formed according to WO 2007/015710 A2, which is therefore only conditionally available to electrical applications.
  • a particular embodiment of the invention is obtained when the CNT yarns in the matrix each comprise only one to ten fibers.
  • Ver ⁇ processing of CNT yarns with only one fiber an increased manufacturing expenses, which makes the product expensive.
  • This variant is therefore playing primarily in applications a role in which the optimization of the electrical characteristics in comparison to the costs is paramount (for example in the aerospace industry, which is benefiting by ⁇ average by a weight saving).
  • the yarn is only or at least consists of fibers which form part of the outer circumference of the yarn concerned. This ensures that an exchange of electrons with fibers of an adjacent yarn is ensured via the intervening metallic matrix.
  • the invention also relates to a method for producing a strand-like composite material, in which first CNT yarns are produced or provided and these are then surrounded with a metallic component.
  • This method is described in the already mentioned WO 2007/015710 A2.
  • the variant according to this document involves both the production of the CNT yarns and the subsequent coating of the same with a metallic material.
  • the yarns coated in the prior art process have a very high volume fraction of CNT. The electrical conductivity of the strand-like composite materials thus produced is limited.
  • Essential for the desired greatest possible increase in the conductivity of the strand-shaped composite material is that the fibers are present in the smallest possible mergers of preferably less than 10 fibers in the metallic matrix.
  • a ratio can be thereby ⁇ excessively low proportion of CNT yarns in the composite material 2-20% by volume, preferably from 4 to 10% by volume, generate.
  • the mechanical properties of the strand-shaped material composite can be adjusted such that they largely correspond to those of metallic microstructures.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention is obtained when the CNT yarns and / or the CNT yarns of larger diameter are surrounded by a vacuum coating process with the metallic component.
  • a vacuum coating method such as CVD or PVD, has the advantage that these coatings can be applied directly to the CNT.
  • CVD or PVD has the advantage that these coatings can be applied directly to the CNT.
  • CVD or PVD has the advantage that these coatings can be applied directly to the CNT.
  • the CNT yarns and / or the CNT yarns size ⁇ ren diameter process by an electrochemical coating are surrounded with the metallic component.
  • Electrochemical coating processes have the significant advantage over vacuum coating processes that a larger amount of material can be applied cost-effectively. Be ⁇ Sonders, when the CNT yarns and / or the CNT yarns of larger diameter be galvanically coated with the metalli ⁇ rule component, the CNT yarns and / or the CNT yarns of larger diameter ge ⁇ switched as a cathode is advantageous become.
  • the electrochemical coating is generally applying an electric potential to support the coating process not ⁇ manoeuvrable (electroplating in general can also be carried out without current).
  • By applying a potential to the deposition of the metallic matrix he ⁇ heights can be advantageous.
  • a greater variety of metallic materials can be deposited because the deposition potential may be affected by Va ⁇ riation the applied voltage.
  • the method proceeds kontinuier Lich ⁇ , wherein as many CNT yarns produced simultaneously is or to be provided as to how the strand-like composite material to be produced should contain. To ensure that all CNT yarns can be treated simultaneously and gradually merged into the after ⁇ following production steps to the desired strand-like material composite.
  • the combination of the CNT yarns and / or the CNT yarns of larger diameter takes place by stranding.
  • the CNT fibers of the resulting material composite are each given a helical shape by rotation about the center axis of the strand, which leads to a better cohesion, in particular during the manufacturing process.
  • a particular embodiment of the method according to the invention is obtained by adjusting the volume fraction of CNT yarns in the metallic matrix by varying the duration of the manufacturing steps of surrounding the CNT yarns and the larger diameter CNT yarns with the matrix material.
  • the process time of coating with the metalli ⁇ rule matrix is crucial for the layer thickness on the CNT yarns and / or the CNT yarns of larger diameter. This allows the volume fraction of the metallic
  • the volume fraction of CNT yarns necessary for a desired conductivity increase or reduction of the electrical resistance is to be determined by way of example for the matrix material Cu.
  • the calculation ⁇ voltage shown can of course perform equally to other matrix materials.
  • the resistance of the Cu cuboid without CNT is the resistance of the Cu cuboid without CNT.
  • the resistance of the square with embedded CNT results as a parallel connection of two resistors, that of the CNT, and that of the remaining Cu-cuboid (from which the cross-sectional area of the CNT-filament is subtracted)
  • Such a cuboid has the CNT volume l cnt - d] nt
  • the volume ratio is and is about 5- ⁇
  • Figure 1 shows an embodiment of the method according to the invention as a plan view of a partially cut open production plant
  • FIG. 2 to 7 different embodiments of the inventions ⁇ to the invention strand-like composite material in each case as a cross section, wherein the dargestell ⁇ th embodiments simultaneously represent different stages of production in the method of Figure 1.
  • the Inventive ⁇ proper process can be performed.
  • These substrates are provided on the front side shown with grown CNT.
  • elementary CNT yarns 16 are removed from this CNT layer in the form of a forest, whereby a front 14 results on the substrates 11 at which the withdrawing CNT yarn is fed with new CNT.
  • the CNT yarns 16 span a plurality of sputter tags 15 where they are steamed with copper. Subsequently, these are combined to form a CNT yarn of larger diameter 16a, where ⁇ this is Ki67. This CNT yarns larger diameter ⁇ 16a are rerouted via rollers 17 and is guided parallel by not shown locks 18 from the chamber vacuum 12th
  • a first electrochemical bath 19a is arranged, into which the CNT yarns of larger diameter 16a enter via deflection rollers (not shown). to be led.
  • a further coating of the CNT yarns of larger diameter 16a with copper takes place, wherein the amount of copper applied can be controlled by the deposition parameters in the electrochemical bath and the dimensions (double break line in FIG. 1) thereof.
  • the CNT yarns of larger diameter 16a are led out of the electrochemical bath 19a and gene to two Strän- by means of further rollers 17 which form CNT yarns of greater diameter 16b, together ⁇ quantitative results.
  • This CNT yarns of larger diameter 16a are introduced into a further electrochemical bath 19b where further electroplating with copper he ⁇ follows, so that the gaps between the CNT yarns of larger diameter 16a to be filled and so a the two strands respectively through metered metallic matrix in which the CNT yarns of larger diameter 16a run.
  • rollers 17 are arranged, which make it possible to perform the CNT yarns of larger diameter 16b within the electrochemical ⁇ mix bath 19b.
  • the CNT yarn of larger diameter 16c in the embodiment according to FIG. 1 is the end product and thus forms the strand-like material composite 21.
  • This can, for example, still be provided in an unillustrated manner with an electrical connection. see insulation be provided.
  • CNT yarn of larger diameter 16c to connect with other CNT yarns, in which case the diameter of the strand-shaped composite material to be produced continues to increase.
  • the larger diameter CNT yarns 16a, 16b, 16c have to be switched as the cathode on which the copper is deposited.
  • a roller-shaped electrode 20 is provided, through which the strand-shaped material composite 21 is guided.
  • the CNT yarn is already greater diam ⁇ sers 16a sufficiently electrically conductive to transmit in the first electrochemical bath 19 to flow from the roll-shaped electrode 20th
  • 19b and anodes in the electrochemical bath 19 may be provided 22 to the electrolytic coating with copper to made ⁇ lichen (electrical contacting is indicated in Figure 1).
  • Figures 2 to 7 show different stages in the production of the strand-like composite material 21, wherein these are indicated in Figure 1 by the sections II-II to VII-VII ⁇ . It is clear how expectant each thicker from the CNT yarns 16 through multiple coating and combining CNT yarns 16a, 16b (16c not shown) are formed and 25 with this kom ⁇ pletely by measured matrix 25 by a last-time coating step, the strand-like material composite Copper and in this running CNT 23 arises. The individual copper layers can no longer be seen in the strand-like composite material 21 (cf., FIG. 7), since these are replaced by the repetition of the electrochemical coating steps have grown together into a single matrix 25. However, the stepwise formation of the matrix 25 can be easily recognized by the intermediate electrochemical coating steps with reference to a comparison of FIGS. 3 and 4 and FIGS. 5 and 6.
  • the elementary CNT yarn 16 according to FIG. 2 consists of a strand of CNT 23, wherein a sputtering layer 24 made of copper can also be seen. Seven of these elementary CNT yarns are combined according to Figure 3 into a yarn 16a larger diameter, which can take place by an indicated rotation 26 of the resulting CNT yarn of larger diameter 16a stranding, ie that the elementary CNT yarns 16 are twisted together and helical run. Because of the engagement in Figure 4 subsequent further coating with copper, which gives rise to the 25 matrix, stranding is not absolutely necessary, however, because a cohesion of CNT yarns 16 is warranty by the tet ge ⁇ my same matrix.
  • any voids 27 remain in the subsequent electroplating in the matrix 25 that are not filled with Kup ⁇ fer in Figure 4 in other respects.
  • this phenomenon can be tolerated because despite these cavities, bridges 28 between the adjacent elementary yarns 16 (see FIG.
  • the described phenomenon can also occur during further production during subsequent coating steps with copper, even if this is not shown in the following figures.
  • FIG. 5 shows how three of the larger diameter yarns 16a according to FIG. 4 are combined and in a further electrochemical coating step according to FIG Figure 6 are combined in such manner that the unit ⁇ Liche matrix 25 is formed. Not shown is a next step of merging two larger diameter CNT yarns 16b to another larger diameter CNT yarn 16c as described in FIG. After coating this
  • the coating step by sputtering according to FIG. 1 can also take place in a manner not shown after a first merging of the CNT yarns 16.
  • the sputtering target should be 15 relocated only to a point after the reunification together ⁇ .
  • the yarns were 16 consist according to figure 2 only from the CNT 23 and so when the CNT yarn of larger diameter 16a according to FIG 3, the CNT di ⁇ rectly come to lie on one another (according to the claim word ⁇ loud would be the elementary CNT yarn which undergoes the first Be ⁇ coating with the matrix material, composed of the yarns 16, forming the fibers of the elementary yarn CNT).
  • the subsequent step according to FIG. 4 in which an electrochemical coating leads to the formation of the matrix 25 (possibly after a first coating by sputtering), the formation of bridges 28 between adjacent CNTs is nevertheless made possible.

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein strangförmiger Materialverbund (21), der CNT-Garne (23) enthält, die in einer metallischen Matrix (25) eingelagert sind. Die Einlagerung in eine gemeinsame Matrix (25) hat den Vorteil, dass der Materialverbund eine verbesserte elektrische Leitfähigkeit aufweist. Dies liegt an der Möglichkeit, dass Elektronen von den CNT (23) in die Matrix (25) und wieder zurück wechseln können. Der strangförmige Materialverbund ist daher zum Einsatz als elektrischer Leiter geeignet. Weiterhin unter Schutz gestellt ist auch ein Verfahren zur Herstellung des strangförmigen Materialverbundes.

Description

Beschreibung
Strangförmiger Materialverbund mit CNT-Garnen und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung betrifft einen strangförmigen Materialverbund, bestehend aus CNT-Garnen, die mit einer metallischen Komponente umhüllt sind.
Ein strangförmiger Materialverbund der eingangs genannten Art ist aus der WO 2007/015710 A2 bekannt. Dieser strangförmige Materialverbund wird als CNT-Garn dadurch gewonnen, dass zu¬ nächst auf einem geeigneten Substrat Carbon Nanotubes (im Zu¬ sammenhang mit dieser Erfindung kurz als CNT bezeichnet) ei- ner bestimmten Länge hergestellt werden, diese sind mit ihrem einen Ende mit dem Substrat verbunden und ragen mit ihrem entgegengesetzten Ende von diesem Substrat ab, so dass sich ein waldartiges Gebilde ergibt. Gemäß der WO 2007/015710 A2 kann das CNT-Garn nun dadurch gewonnen werden, dass am Rande des Substrates CNT von dem Substrat abgebrochen und von die¬ sem weggezogen werden. Hierbei ergibt sich ein selbst organisierender Prozess, wobei die abbrechenden CNT jeweils benachbarte CNT auf dem Substrat mitreißen, wobei diese jeweils an den Enden zusammenbleiben. Hierdurch lassen sich Garne her- stellen, die CNT-Fasern aufweisen, welche sehr viel länger als die einzelnen auf dem Substrat befindlichen CNT sind.
Gemäß der WO 2007/015710 A2 ist es weiterhin bekannt, dass die in der beschriebenen Weise hergestellten Garne einer nachträglichen Beschichtungsbehandlung unterzogen werden.
Diese kann beispielsweise darin bestehen, dass die gewonnenen Garne elektrochemisch beschichtet werden. Hierbei wird auf den Garnen eine vergleichsweise dünne Schicht eines im Elektrolyt befindlichen Metalles abgeschieden. Aus „Spinning and Processing Continuous Yarns from 4-Inch Wa- fer Scale Super-Aligned Carbon Nanotubes Arrays" von Xiaobo Zhang, Adv. Mater. 2006, 18, 1505-1510 ist es bekannt, dass CNT-Garne aufgrund der Eigenschaften von CNT elektrisch leitfähig sind. Dies macht es möglich, die CNT-Garne unter Durch¬ leitung eines elektrischen Stromes auf bis zu 2000 K zu er¬ hitzen. Andererseits ist es aus der US 2007/0036978 Al be¬ kannt, dass CNT in einer elektrochemisch abgeschiedenen Me- tallschicht zu einer Verbesserung der Leitfähigkeit führen können. Hierbei werden die CNT ungeordnet in die elektroche¬ misch hergestellte Schicht eingebaut, wenn diese in das Elektrolyt dispergiert werden. Den maximal zu erreichenden Einbauraten an CNT sind prozessbedingt hierbei Grenzen ge- setzt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen strangförmigen Materialverbund mit CNT-Garnen und einer metallischen Kompo¬ nente anzugeben, welcher in Bezug auf den Gehalt an CNT im Materialverbund eine möglichst hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem strangförmigen Ma¬ terialverbund der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, dass die metallische Komponente als eine den Querschnitt des Verbundes durchmessene Matrix ausgebildet ist. Hiermit ist gemeint, dass die CNT-Garne den strangförmigen Materialverbund in Richtung des Stranges durchziehen und die zwischen den Garnen befindlichen Hohlräume zumindest teilweise mit der metallischen Komponente ausgefüllt sind. Dabei verbindet die metallische Komponente die benachbarten CNT-Garne jeweils elektrisch, wobei hierbei eine einzige metallische Matrix zur Verfügung steht. Im Vergleich zu CNT-Garnen gemäß der WO 2007/015710 A2 , entsteht hierbei eine verbesserte elektri- sehe Leitfähigkeit. Die CNT-Garne gemäß dem Stand der Technik sind nämlich jeweils für sich genommen metallisch umhüllt. Wenn diese zu Strängen größeren Durchmessers zusammengeführt werden, kommen diese metallischen Umhüllungen zwar aufeinan- der zu liegen, jedoch sind die Berührungsflächen zwischen den metallischen Umhüllungen vergleichsweise klein. Es hat sich in Untersuchungen herausgestellt, dass der elektrische Wider¬ stand eines CNT-Garns mit einzelnen Umhüllungen maßgeblich durch Verringerung des Widerstandes in der metallischen Kom- ponente beeinflussen lässt. In den metallischen Übergängen bei dem strangförmigen Materialverbund gemäß der WO 2007/015710 A2 ist hinsichtlich der Verminderung des elektrischen Widerstandes der Flaschenhals zu sehen. Eine Erklärung hierfür besteht darin, dass die in den Garnen vorliegenden CNT ihre theoretisch mögliche Leitfähigkeit nicht erreichen, da diese nicht als Endlosfaser vorliegen, sondern aus kürzeren Faserabschnitten gebildet sind. Zwischen diesen Faserabschnitten muss der elektrische Strom auf konventionelle Weise durch die metallische Komponente geleitet werden, wobei diese einen signifikant höheren Widerstand aufweist als die CNT.
Daher liegt ein hohes Potential zur Verminderung des elektrischen Widerstandes des gesamten Materialverbundes darin, den Widerstand der metallischen Komponente möglichst herabzuset¬ zen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die metallische Komponente des Verbundes in einer den Querschnitt des Verbun¬ des durchmessenen Matrix ausgebildet ist, da durch diese Ma߬ nahme zwischen den benachbarten CNT-Garnen eine höhere Querschnittsfläche zur Verfügung steht. Hierdurch ist es auch möglich, dass ein Stromfluss zwischen benachbarten CNT-Garnen ermöglicht wird. Als Folge hiervon lässt sich bei gleichem Einsatz von CNT-Material durch geeignete Konfiguration des Verbundleiters (metallische Matrix) der größtmögliche Zuwachs an elektrischer Leitfähigkeit erreichen. Hierdurch lässt sich vorteilhaft ein kostengünstiger Verbundleiter mit hervorragenden elektrischen Eigenschaften herstellen.
Unter dem Begriff CNT im Rahmen dieser Erfindung sollen im weiteren Sinne alle Formen von Carbon Nanotubes verstanden werden. Hierunter fallen sowohl die Single Wall Carbon Nanotubes (SWNT) als auch die sogenannten Multi Wall Carbon Nanotubes (MWNT) , die mehrschalig aufgebaut sind.
Als Matrix der metallischen Komponente soll ein metallisches Gefüge verstanden werden, welches einen einheitlichen werkstofftechnischen Verbund darstellt. Dieser Verbund kann je¬ doch aus mehreren Körnern bestehen, wobei die Matrix durch den Zusammenhalt des metallischen Gefüges an den Korngrenzen als einheitlich über den gesamten Querschnitt zu betrachten ist. Der Einfluss der Korngrenzen auf die elektrische Leitfä¬ higkeit der Matrix ist nämlich zu vernachlässigen, da die Wanderung der Elektronen, welche einen Stromfluss bewirken, durch die Korngrenzen kaum behindert wird.
Als CNT-Garne im Sinne der Erfindung sind CNT-Stränge zu ver¬ stehen, welche aus mindestens einer CNT-Faser bestehen. Bei dieser haften die einzelnen CNT an ihren Enden jeweils aneinander, so dass die CNT-Faser eine vielfache Länge der einzel- nen CNT aufweisen kann. Auch können mehrere CNT-Fasern zu einem CNT-Garn zusammengefügt sein. In diesem Fall kann zwischen den einzelnen CNT-Fasern eines Garns auch eine Berührung stattfinden. Insbesondere kann auch ein CNT-Garn gemäß der US 2007/0036978 Al zur Herstellung des erfindungsgemäßen strangförmigen Materialverbundes verwendet werden, wobei die Ausbildung einer metallischen Komponente mit den Querschnitt des Verbundes durchmessender Matrix dadurch gewährleistet wird, dass dieses Garn mit weiteren Garnen dieser Art zusammengeführt und in geeigneter Weise zur Erzeugung der metalli- sehen Matrix nachbehandelt wird. Diese Nachbehandlung kann beispielsweise in einer elektrochemischen Beschichtung des Verbundes an CNT-Garnen bestehen (hierzu im Folgenden mehr) .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die CNT-Garne in der Matrix im Wesentlichen in Richtung seines strangförmigen Verlaufes ausgerichtet sind. Dies hat einerseits Vorteile bei der Fertigung, da die CNT-Garne in Richtung des entstehenden strangförmigen Mate- rialverbundes geführt werden können. Andererseits verbessert die strangparallele Ausrichtung der CNT-Garne auch die elektrische Leitfähigkeit des erzeugten strangförmigen Mate¬ rialverbundes, da die durch die CNT gebildeten Wege mit ver¬ besserter elektrischer Leitfähigkeit im Wesentlichen entlang des zu erwartenden Stromflusses ausgerichtet sind.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Anteil an CNT-Garnen der Matrix in einem Bereich von 2 bis 20 Vol-%, bevorzugt bei 4 bis 10 Vol-% liegt. Innerhalb dieses Bereiches lässt sich nämlich vorteilhaft bei vergleichsweise geringem Einsatz an dem vergleichsweise kostenintensiven Rohstoff der CNT ein verhältnismäßig hoher Zugewinn an Leitfä¬ higkeit in dem Verbundleiter erreichen. Außerdem ist bei der Auslegung des erfindungsgemäßen Materialverbundes zu berück- sichtigen, dass durch Zugabe der CNT in die metallische
Matrix ein negativer Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften ausgeschlossen oder zumindest im Rahmen eines akzeptablen Maßes gehalten werden kann. Ein Materialverbund mit höchstens 20 Vol-% an CNT-Garnen wird bei einer den Verbund durchmessenen Matrix an metallischem Werkstoff im Wesentlichen noch das Verhalten eines metallischen Werkstoffes aufweisen. Dies bedeutet, dass Spannungen, die insbesondere auf¬ grund der wesentlich höheren Steifigkeit von CNT im Vergleich zu metallischen Werkstoffen auftritt, durch das metallische Gefüge noch ausgeglichen werden können. Auch hinsichtlich der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von CNT und metallischen Werkstoffen entstehen Spannungen, die mittels des beschriebenen Mechanismus durch die metallische Matrix ausgeglichen werden können. Hierin ist auch der wesentliche Unterschied zu dem strangförmigen Materialverbund gemäß der WO 2007/015710 A2 zu sehen, bei dem die Eigenschaf¬ ten hauptsächlich durch die in dem Verbund vorliegenden CNT bestimmt werden. Bei diesem strangförmigen Materialverbund hat die metallische Komponente nämlich einen wesentlich klei¬ neren Volumenanteil an dem Verbund, so dass diese sich an die mechanischen Eigenschaften der CNT anpassen kann, welche die mechanischen Eigenschaften des Gesamtverbundes bestimmen. Der geringe Volumenanteil an metallischem Werkstoff begrenzt je- doch auch die Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit des gemäß der WO 2007/015710 A2 gebildeten Materialverbundes, der elektrischen Anwendungen somit nur bedingt zur Verfügung steht .
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung wird erhalten, wenn die CNT-Garne in der Matrix jeweils nur eine bis zehn Fasern umfassen. Hierbei wir berücksichtigt, dass ein Aus¬ tausch von Elektronen zwischen benachbarten CNT durch die metallische Matrix nur dann begünstigt wird, wenn diese auch zwischen den CNT vorliegt. Andererseits entsteht bei der Ver¬ arbeitung von CNT-Garnen mit nur einer Faser ein erhöhter Fertigungsaufwand, der das Produkt verteuert. Diese Variante wird daher vorrangig bei Anwendungen eine Rolle spielen, bei denen die Optimierung der elektrischen Eigenschaften im Ver- gleich zu den entstehenden Kosten vorrangig ist (beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie, die überdurch¬ schnittlich von einer Gewichtseinsparung profitiert) . Andererseits kann auch bei mehrfasrigen Garnen mit bis zu 10 Fasern erreicht werden, dass das Garn nur oder zumindest vor- rangig aus Fasern besteht, die einen Teil des Außenumfanges des betreffenden Garnes bilden. So ist gewährleistet, dass ein Elektronenaustausch mit Fasern eines benachbarten Garnes über die dazwischen liegende metallische Matrix gewährleistet ist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen Materialverbundes, bei dem zuerst CNT- Garne erzeugt oder bereitgestellt werden und diese dann mit einer metallischen Komponente umgeben werden. Dieses Verfahren ist in der eingangs bereits erwähnten WO 2007/015710 A2 beschrieben. Die Variante gemäß diesem Dokumente beinhaltet sowohl die Erzeugung der CNT-Garne wie auch die nachfolgende Beschichtung derselben mit einem metallischen Material. Selbstverständlich ist es auch möglich, die unbeschichteten Garne bei einem hierauf spezialisierten Hersteller zu erwerben und anschließend zu beschichten. Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren beschichteten Garne weisen, wie bereits erwähnt, einen sehr hohen Volumenanteil an CNT auf. Die elektrische Leitfähigkeit der so hergestellten strangförmigen Materialverbunde ist begrenzt.
Es ist somit weiterhin Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines CNT-Garne enthaltenden Materialverbun- des in Strangform bereit zu stellen, mit dem sich eine vergleichsweise hohe elektrische Leitfähigkeit erzeugen lässt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit dem oben genannten Verfahren dadurch gelöst, dass in einem nachfolgenden Ferti- gungsschritt oder wiederholt in mehreren nachfolgenden Ferti¬ gungsschritten mehrere der mit der metallischen Komponente versehenen CNT-Garne zusammengeführt werden und das so gewon¬ nene CNT-Garn größeren Durchmessers wieder mit einer metalli¬ schen Komponente umgeben wird, wobei hierdurch eine das Garn größeren Durchmessers durchmessene metallische Matrix ausge¬ bildet wird. Die beschriebenen Fertigungsschritte werden ggf. so oft wiederholt, bis der Zusammenschluss der Garne bzw. der Garne größeren Durchmessers die erforderliche Querschnitts- fläche des strangförmigen Materialverbundes ergibt.
Wesentlich für die angestrebte möglichst große Erhöhung der Leitfähigkeit des strangförmigen Materialverbundes ist es, dass die Fasern in möglichst kleinen Zusammenschlüssen von vorzugsweise weniger als 10 Fasern in der metallischen Matrix vorliegen. Einerseits lässt sich hierdurch ein verhältnis¬ mäßig geringer Anteil an CNT-Garnen im Materialverbund von 2 bis 20 Vol-%, bevorzugt von 4 bis 10 Vol-%, erzeugen. Hiermit können die mechanischen Eigenschaften des strangförmigen Ma- terialverbundes derart eingestellt werden, dass diese denen metallischer Gefüge weitgehend entsprechen. Durch die Maßnahme einer Einbettung von möglichst dünnen CNT-Garnen (d. h. Garnen, die wenig, vorzugsweise weniger als 10 Einzelfasern umfassen) , wird aber der für eine möglichst starke Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit wichtige Effekt erzielt, dass ein Wechseln der Elektronen zwischen unterschiedlichen Fasern der CNT-Garne durch die zwischen diesen befindliche metalli¬ sche Matrix wesentlich erleichtert wird. Hierdurch lässt sich eine vergleichsweise hohe Leitfähigkeitserhöhung mit ver- gleichsweise geringem Materialaufwand an CNT erreichen (vgl. auch das zum erfindungsgemäßen Materialverbund Aufgeführte) .
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erhalten, wenn die CNT-Garne und/oder die CNT-Garne größeren Durchmessers durch ein Vakuumsbeschichtungsverfahren mit der metallischen Komponente umgeben werden. Der Einsatz eines Vakuumbeschichtungsverfahrens, wie z. B. CVD oder PVD, hat den Vorteil, dass diese Beschichtungen direkt auf die CNT aufgebracht werden können. Außerdem lässt sich eine Vielfalt von Metallen und deren Legierungen abscheiden, so dass eine fast uneingeschränkte Materialvielfalt zur Beschichtung zur Verfügung steht .
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass die CNT-Garne und/oder die CNT-Garne größe¬ ren Durchmessers durch ein elektrochemisches Beschichtungs- verfahren mit der metallischen Komponente umgeben werden. Elektrochemische Beschichtungsverfahren haben im Vergleich zu Vakuum-Beschichtungsverfahren den wesentlichen Vorteil, dass ein größerer Materialauftrag kostengünstig erfolgen kann. Be¬ sonders vorteilhaft ist es, wenn die CNT-Garne und/oder die CNT-Garne größeren Durchmessers galvanisch mit der metalli¬ schen Komponente beschichtet werden, wobei die CNT-Garne und/oder die CNT-Garne größeren Durchmessers als Kathode ge¬ schaltet werden. Hierbei ist im Vergleich zum elektrochemischen Beschichten allgemein das Anlegen eines elektrischen Potentials zur Unterstützung des Beschichtungsvorganges not¬ wendig (elektrochemisches Beschichten allgemein kann auch stromlos erfolgen) . Durch Anlegen eines Potentials lässt sich vorteilhaft die Abscheiderate für die metallische Matrix er¬ höhen. Außerdem lässt sich eine größere Vielfalt metallischer Materialien abscheiden, weil das Abscheidepotential durch Va¬ riation der anliegenden Spannung beeinflusst werden kann.
Natürlich ist es auch möglich, insbesondere bei mehrstufigen Verfahren die oben genannten Beschichtungsverfahren untereinander zu kombinieren. Beispielsweise kann mittels eines Vaku- umbeschichtungsverfahrens eine Startschicht auf die CNT-Garne aufgebracht werden, die eine anschließende elektrochemische, insbesondere galvanische Beschichtung vereinfacht.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verfahren kontinuier¬ lich abläuft, wobei so viele CNT-Garne gleichzeitig erzeugt oder bereitgestellt werden, wie der zu erzeugende strangför- mige Materialverbund enthalten soll. Damit können alle CNT- Garne gleichzeitig behandelt werden und werden in den nach¬ folgenden Fertigungsschritten stufenweise zum gewünschten strangförmigen Materialverbund zusammengeführt. Die CNT-
Garne, die im weiteren Prozesslauf in einem oder in mehreren nachfolgenden Fertigungsschritten jeweils parallel geführt, gemeinsam mit der metallischen Komponente umgeben und zu den Garnen größeren Durchmessers zusammengeführt werden, müssen im übrigen auch nicht auf Vorrat gehalten werden, da sie in einem kontinuierlichen Prozess erzeugt und gleich zum gewünschten Endprodukt verarbeitet werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das Zusammenführen der CNT-Garne und/oder der CNT-Garne größeren Durchmessers durch Verseilen erfolgt. Hierbei wird den CNT-Fasern des entstehenden Materialverbundes durch Drehung um die Mittelachse des Stranges jeweils eine wendelartige Gestalt gegeben, die zu einem besseren Zusammenhalt, insbesondere während des Ferti- gungsverfahrens, führt.
Eine besondere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erhalten, indem der Volumenanteil an CNT-Garnen in der metallischen Matrix durch Variation der Dauer der Ferti- gungsschritte des Umgebens der CNT-Garne und der CNT-Garne größeren Durchmessers mit dem Matrix-Material eingestellt wird. Die Verfahrensdauer des Beschichtens mit der metalli¬ schen Matrix ist ausschlaggebend für die Schichtdicke auf den CNT-Garnen und/oder den CNT-Garnen größeren Durchmessers. Hierdurch lässt sich der Volumenanteil der metallischen
Matrix jeweils vergrößern oder verkleinern. Wichtig ist allerdings, dass die Behandlungsdauer in den einzelnen Fertigungsschritten ausreicht, um einen genügenden Materialauftrag zu bewirken, damit sich eine einheitliche Matrix zwischen den jeweils zusammengeführten CNT-Garnen bzw. CNT-Garnen größeren Durchmessers einstellt. Hierbei ist es nicht notwendig, dass das Matrixmaterial die Zwischenräume zwischen den einzelnen CNT-Garnen bzw. CNT-Garnen größeren Durchmessers vollständig ausfüllt. Es ist lediglich notwendig, dass der Materialauf¬ trag zu genügend großen Materialbrücken zwischen den genannten Garnen führt .
Im Folgenden soll der für eine gewünschte Leitfähigkeitserhö- hung bzw. -Verminderung des elektrischen Widerstandes notwendige Volumenanteil an CNT-Garnen exemplarisch rechnerisch für das Matrixmaterial Cu ermittelt werden. Die gezeigte Berech¬ nung lässt sich selbstverständlich in gleicher Weise für andere Matrixmaterialien durchführen.
Gegeben sei ein Cu-Quader mit einer quadratischen Grundfläche der Dimension Ii und der Länge lCnt- Es wird modellhaft ange¬ nommen, dass in der Mitte ein gerader SWNT-Faden mit einem Durchmesser von dcnt und einem Widerstand von RCnt eingebet- tet ist. Beispielhaft soll Ii so bestimmt werden, dass der elektrische Widerstand dieser Elementarzelle im Vergleich zu reinem Kupfer halbiert wird. Hierzu wird folgender rechnerische Ansatz verfolgt.
Der Widerstand des Cu-Quaders ohne CNT beträgt
Figure imgf000013_0001
Der Widerstand des Quaders mit eingebettetem CNT ergibt sich als eine Parallelschaltung zweier Widerstände, und zwar dem vom CNT, und dem vom verbleibenden Cu-Quader (von dem die Querschnittsfläche des CNT-Fadens abgezogen wird)
,2 _ π_ ,2
\ _ \ h A äcnt
^CU I CNT "-cnt Pcu ' Knt Bildet man das Verhältnis, dann ergibt sich
Figure imgf000014_0001
Mit den Werten
P cu = 1 ■iμΩcm , lcnt = 1 Oμm , dcnt = \nm , Rcnt = 1 O^Ω
ergibt sich bei einem Wert von
Figure imgf000014_0002
ein Widerstands- Verhältnis von 2. Ein solcher Quader hat das CNT-Volumen lcnt-—d]nt
und das verbleibende Kupfer das Volumen /CJ Z1 2 d^nt
Das Volumenverhältnis beträgt und liegt bei ca. 5-ζ
Figure imgf000014_0003
Ausgedrückt in Gewichtsprozent ergibt das 5% • 1.34 / 8.92 = 0.75%
Dies erklärt den bevorzugt beanspruchten Zielwert für den An¬ teil an gerichteten CNT in der Kupfermatrix von 0.5 bis 1 Gew.-% im Vergleich zu den gemäß dem Stand der Technik er- reichbaren Anteilen von CNT mit statistischer Ausrichtung in elektrochemisch abgeschiedenen Schichten von 1.5 bis 3 Gew.-
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Nachfolgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Gleiche oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind dabei mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen: Figur 1 ein Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens als Aufsicht auf eine teilweise aufgeschnitten dargestellte Fertigungsanlage und
Figur 2 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele des erfin¬ dungsgemäßen strangförmigen Materialverbundes jeweils als Querschnitt, wobei die dargestell¬ ten Ausführungsbeispiele gleichzeitig ver- schiedene Fertigungsstufen bei dem Verfahren gemäß Figur 1 darstellen.
Mit einer Fertigungsanlage gemäß Figur 1 kann das erfindungs¬ gemäße Verfahren durchgeführt werden. Zu erkennen sind zu- nächst drei Substrate 11, welche in einer Vakuumkammer 12 an¬ geordnet sind. Diese Substrate sind auf der dargestellten Vorderseite mit aufgewachsenen CNT versehen. Gemäß dem eingangs beschriebenen Verfahren werden von dieser CNT-Schicht in Form eines Waldes elementare CNT-Garne 16 abgezogen, wobei sich hierbei auf den Substraten 11 eine Front 14 ergibt, an der der sich entfernende CNT-Faden mit neuen CNT gespeist wird.
Die CNT-Garne 16 überspannen mehrere Sputter-Tagets 15, wo sie mit Kupfer bedampft werden. Anschließend werden diese zu einem CNT-Garn größeren Durchmessers 16a zusammengeführt, wo¬ bei dieses mehrfaserig ist. Diese CNT-Garne größeren Durch¬ messers 16a werden über Rollen 17 umgeleitet und parallel durch nicht näher dargestellte Schleusen 18 aus der Vakuum- kammer 12 geführt.
Außerhalb der Vakuumkammer 12 ist ein erstes elektrochemisches Bad 19a angeordnet, in welches die CNT-Garne größeren Durchmessers 16a über nicht dargestellte Umlenkrollen hinein- geführt wird. Hier erfolgt eine weitere Beschichtung der CNT- Garne größeren Durchmessers 16a mit Kupfer, wobei die Menge an aufgetragenem Kupfer durch die Abscheideparameter im elektrochemischen Bad sowie die Abmessungen (Doppelbruchlinie in Figur 1) desselben gesteuert werden kann.
Nach der elektrochemischen Beschichtung werden die CNT-Garne größeren Durchmessers 16a aus dem elektrochemischen Bad 19a herausgeführt und mittels weiterer Rollen 17 zu zwei Strän- gen, die CNT-Garne größeren Durchmessers 16b bilden, zusam¬ mengeführt. Diese CNT-Garne größeren Durchmessers 16a werden in ein weiteres elektrochemisches Bad 19b eingeleitet, wo eine weitere elektrochemische Beschichtung mit Kupfer er¬ folgt, so dass die Zwischenräume zwischen den CNT-Garnen größeren Durchmessers 16a ausgefüllt werden und sich so eine die beiden Stränge jeweils durchmessene metallische Matrix ausbildet, in der die CNT-Garne größeren Durchmessers 16a verlaufen. Innerhalb des weiteren elektrochemischen Bades 19b sind außerdem Rollen 17 angeordnet, die es ermöglichen, die CNT-Garne größeren Durchmessers 16b innerhalb des elektroche¬ mischen Bades 19b zusammen zu führen. Hierbei entsteht ein weiteres CNT-Garn größeren Durchmessers 16c, welches seiner¬ seits ein weiteres Stück durch das elektrochemische Bad 19b geführt wird, so dass eine weitere Beschichtung mit Kupfer erfolgt. Hierdurch wird der bereits beschriebene Mechanismus wiederholt, demgemäß die Zwischenräume der beiden Garne größeren Durchmessers 16b zumindest weitgehend ausgefüllt werden und so eine das CNT-Garn größeren Durchmessers 16c durchmessene metallische Matrix ausgebildet wird.
Das CNT-Garn größeren Durchmessers 16c ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 das Endprodukt und bildet somit den strangförmigen Materialverbund 21. Dieser kann in nicht dargestellter Weise beispielsweise noch mit einer elektri- sehen Isolierung versehen werden. Es ist auch denkbar, dass CNT-Garn größeren Durchmessers 16c mit weiteren CNT-Garnen zu verbinden, wobei hierbei der Durchmesser des zu erzeugenden strangförmigen Materialverbundes weiter steigt. Auch ist es denkbar, den strangförmigen Materialverbund 21 durch Verwendung von mehr als den dargestellten Substraten simultan mit einer größeren Dicke herzustellen.
Um eine galvanische Beschichtung mit der gewünschten Abschei- derate zu ermöglichen, müssen die CNT-Garne größeren Durchmessers 16a, 16b, 16c als Kathode geschaltet werden, an der das Kupfer abgeschieden wird. Zu diesem Zweck ist eine rol- lenförmige Elektrode 20 vorgesehen, durch die der strangför- mige Materialverbund 21 geführt wird. Aufgrund der Beschich- tung mit Kupfer ist bereits das CNT-Garn größeren Durchmes¬ sers 16a im ersten elektrochemischen Bad 19a genügend elektrisch leitfähig, um den Strom von der rollenförmigen Elektrode 20 zu übertragen. Selbstverständlich müssen in den elektrochemischen Bädern 19a, 19b auch Anoden 22 vorgesehen werden, um die galvanische Beschichtung mit Kupfer zu ermög¬ lichen (elektrische Kontaktierung ist in Figur 1 angedeutet) .
Die Figuren 2 bis 7 zeigen unterschiedliche Stadien bei der Herstellung des strangförmigen Materialverbundes 21, wobei diese in Figur 1 durch die Schnitte II-II bis VII-VII ange¬ deutet sind. Es wird deutlich, wie aus den CNT-Garnen 16 durch mehrfaches Beschichten und Zusammenfassen jeweils dicker werdende CNT-Garne 16a, 16b (16c nicht dargestellt) entstehen und durch einen letztmaligen Beschichtungsschritt der strangförmige Materialverbund 25 mit einer diesen kom¬ plett durchmessenen Matrix 25 aus Kupfer und in dieser verlaufenden CNT 23 entsteht. Die einzelnen Kupferschichten lassen sich im strangförmigen Materialverbund 21 nicht mehr erkennen (vgl. Figur 7), da diese durch die Wiederholung der elektrochemischen Beschichtungsschritte zu einer einzigen Matrix 25 zusammengewachsen sind. Jedoch kann die schrittweise Ausbildung der Matrix 25 durch die zwischenzeitigen elektrochemischen Beschichtungsschritte anhand eines Verglei- ches der Figuren 3 und 4 sowie der Figuren 5 und 6 problemlos erkannt werden.
Das elementare CNT-Garn 16 gemäß Figur 2 besteht aus einem Strang aus CNT 23, wobei auch eine Sputter-Schicht 24 aus Kupfer zu erkennen ist. Sieben dieser elementaren CNT-Garne werden gemäß Figur 3 zu einem Garn 16a größeren Durchmessers zusammengefasst , wobei durch eine angedeutete Drehung 26 des entstandenen CNT-Garn größeren Durchmessers 16a ein Verseilen stattfinden kann, d. h. dass die elementaren CNT-Garne 16 miteinander verdrillt sind und wendeiförmig verlaufen. Wegen der in Figur 4 erfolgenden anschließenden weiteren Beschich- tung mit Kupfer, die die Matrix 25 entstehen lässt, ist ein Verseilen jedoch nicht unbedingt nötig, weil durch die ge¬ meinsame Matrix ein Zusammenhalt der CNT-Garne 16 gewährleis- tet ist. Zu erkennen ist in Figur 4 im Übrigen auch, dass bei dem nachfolgenden elektrochemischen Beschichten eventuell Hohlräume 27 in der Matrix 25 verbleiben, die nicht mit Kup¬ fer ausgefüllt werden. Diese Erscheinung kann jedoch hingenommen werden, weil trotz dieser Hohlräume durch die Matrix 25 Brücken 28 zwischen den benachbarten elementaren Garnen 16 (vgl. Figur 3) entstehen. Das beschriebene Phänomen kann selbstverständlich auch im weiteren Fertigungsverlauf bei nachfolgenden Beschichtungsschritten mit Kupfer auftreten, auch wenn dieses in den folgenden Figuren nicht dargestellt ist.
In Figur 5 ist zu erkennen, wie drei der Garne größeren Durchmessers 16a gemäß Figur 4 zusammengefasst werden und in einem weiteren elektrochemischen Beschichtungsschritt gemäß Figur 6 derart zusammengefasst werden, dass sich die einheit¬ liche Matrix 25 ausbildet. Nicht dargestellt ist ein nächster Schritt der Zusammenführung zweier CNT-Garne größeren Durchmessers 16b zu einem weiteren CNT-Garn größeren Durchmessers 16c, wie in Figur 1 beschrieben. Nach Beschichtung dieses
Verbandes entsteht der strangförmige Materialverbund 21, wie in Figur 7 dargestellt.
Der Beschichtungsschritt durch Sputtern gemäß Figur 1 kann auch in nicht dargestellter Weise nach einem ersten Zusammenführen der CNT-Garne 16 erfolgen. Zu diesem Zweck müssten die Sputter-Targets 15 lediglich an eine Stelle nach der Zusam¬ menführung verlagert werden. In diesem Falle würden die Garne 16 gemäß Figur 2 nur aus den CNT 23 bestehen und so bei dem CNT-Garn größeren Durchmessers 16a gemäß Figur 3 die CNT di¬ rekt aufeinander zu liegen kommen (gemäß dem Anspruchswort¬ laut wäre das elementare CNT-Garn, welches die erste Be¬ schichtung mit dem Matrix-Material erfährt, aus den Garnen 16 zusammengesetzt, die die Fasern des elementaren CNT-Garnes bildeten) . Bei dem nachfolgenden Schritt gemäß Figur 4, bei dem eine elektrochemische Beschichtung zur Ausbildung der Matrix 25 führt (evtl. nach einer ersten Beschichtung durch Sputtern) wird dann dennoch die Ausbildung von Brücken 28 zwischen benachbarten CNT ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
1. Strangförmiger Materialverbund, bestehend aus CNT-Garnen (16), die mit einer metallischen Komponente umhüllt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Komponente als eine den Querschnitt des Verbundes durchmessende Matrix (25) ausgebildet ist.
2. Materialverbund nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die CNT-Garne (16) in der Matrix (25) im Wesentlichen in Richtung seines strangförmigen Verlaufes ausgerichtet sind.
3. Materialverbund nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an CNT-Garnen (16) in der Matrix (25) in einem Bereich von 2 bis 20 Vol-%, bevorzugt bei 4 bis 10 VoI- % liegt.
4. Matriaverbund nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die CNT-Garne (16) in der Matrix (25) jeweils nur eine bis 10 Fasern umfassen.
5. Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen Materialverbundes, bei dem
• zuerst CNT-Garne (16) erzeugt oder bereitgestellt werden und
• diese dann mit einer metallischen Komponente umgeben wer- den, dadurch gekennzeichnet, dass in einem nachfolgenden Fertigungsschritt oder wiederholt in mehreren nachfolgenden Fertigungsschritten • mehrere der mit der metallischen Komponente versehenen CNT-Garne zusammengeführt werden und
• das so gewonnene CNT-Garn (16a, 16b, 16c) größeren Durchmes¬ sers wieder mit einer metallischen Komponente umgeben wird, wobei hierdurch eine das Garn größeren Durchmessers durchmessende metallische Matrix (25) ausgebildet wird, bis der Zusammenschluss der Garne bzw. der Garne größeren Durchmessers die erforderliche Querschnittsfläche des strang- förmigen Materialverbundes ergibt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die CNT-Garne (16) und/oder die CNT-Garne (16a, 16b, 16c) größeren Durchmessers durch ein Vakuum-Beschichtungsverfahren mit der metallischen Komponente umgeben werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die CNT-Garne (16) und/oder die CNT-Garne (16a, 16b, 16c) größeren Durchmessers durch ein elektrochemisches Beschich- tungsverfahren mit der metallischen Komponente umgeben werden .
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die CNT-Garne (16) und/oder die CNT-Garne (16a, 16b, 16c) größeren Durchmessers galvanisch mit der metallischen Komponente beschichtet werden, wobei die CNT-Garne (16) und/oder die CNT-Garne größeren Durchmessers als Kathode geschaltet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren kontinuierlich abläuft, wobei
• so viele CNT-Garne (16) gleichzeitig erzeugt oder bereitgestellt werden, wie der zu erzeugende strangförmige Materialverbund enthalten soll und • die CNT-Garne (16) im weiteren Prozessverlauf in dem einen oder in den mehreren nachfolgenden Fertigungsschritten jeweils parallel geführt, gemeinsam mit der metallischen Komponente umgeben und zu den Garnen größeren Durchmessers (16a, 16b, 16c) zusammengeführt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das das Zusammenführen der CNT-Garne (16) und/oder der CNT-Garne (16a, 16b, 16c) größeren Durchmessers durch Verseilen erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil an CNT-Garnen (16) in der metallischen Matrix durch Variation der Dauer der Fertigungsschritte des Umgebens der CNT-Garne (16) und der CNT-Garne (16a, 16b, 16c) größeren Durchmessers eingestellt wird.
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