DE69522478T2

DE69522478T2 - Verfahren zum schnellen herstellen von faservorfomlingen und verbundstrukturen

Info

Publication number: DE69522478T2
Application number: DE69522478T
Authority: DE
Inventors: L. Bailey; D. Burchell; W. Klett
Original assignee: Lockheed Martin Energy Systems Inc
Current assignee: UT Battelle LLC
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2015-11-18
Also published as: DE69522478D1; JPH11505205A; US5871838A; JP3309858B2; US5744075A; EP0827445A1; EP0827445B1; WO1996036473A1; EP0827445A4; AU4894396A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffaserverbund-Vorformlingen mit verdichteter Kohlenstoffmatrix.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe werden weit verbreitet als Reibungsrnaterialien in Flugzeugbremssystemen verwendet, wo ihre hohe Wärmeleitfähigkeit, große Wärmekapazität und ausgezeichnete Reibung und ausgezeichnetes Verschleißverhalten zu signifikant verbesserter Flugzeug-Bremsleistung führen. Folglich nutzen gewerbliche Flugzeuge (z. B. Boeing 747, 757 und 767) und alle Militärflugzeuge Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe in ihren Bremssystemen. Das Herstellungsverfahren für Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe ist sehr umständlich, so daß Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe extrem teuer sind. Typischerweise wird ein Vorformling durch Auflegen gewebter Kohlenstofffaserstoffe von Hand oder durch Heißpressen eines Gemisches von geschnittenen Kohlenstofffasern und Harz (Prepreg) hergestellt. Der Vorformling wird dann durch wiederholtes Flüssigimprägnieren mit Pech oder Harz verdichtet, wie in den folgenden Artikeln diskutiert ist: Thomas, Colin R., "Was sind Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe und was bieten sie?" in Essentials of Carbon-Carbon Composites, C. R. Thomas (Herausgeber), Royal Society of Chemistry, Cambridge, Seiten 1-36 (1993), und Fisher, Ronald, "Herstellungsüberlegungen für Kohlenstoff-Kohlenstoff" in Essentials of Carbon-Carbon Composites, C. R. Thomas (Herausgeber), Royal Society of Chemistry, Cambridge, Seiten 103-117 (1993), oder durch Kohlenstoffdampfinfiltration, wie in dem Artikel von Thomas und in N. Murdie, C. P. Ju, J. Don, und M. A. Wright, "Kohlenstoff-Kohlenstoff-Matrixmaterialien" in Carbon-Carbon Materials and Comoosites, J. D. Buckley (Herausgeber), Noyes Publications, New York, Seiten 105-168 (1989), gefolgt von Karbonisierung und Graphitierung, wie beschrieben von K. J. Huttinger, "Theoretische und praktische Aspekte der Flüssigphasenpyrolyse als eine Basis der Kohlenstoffmatrix von CFRC", in Carbon Fibers. Filaments and Composites, Figueiredo (Herausgeber), Kluwer Academic Publishers, Boston, Seiten 301-326 (1990) und Brian Rand, "Matrixvorläufer für Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe" in Essentials of Carbon-Carbon Composites, C. R. Thomas (Herausgeber), Royal Society of Chemistry, Cambridge, Seiten 67-102 (1993) verdichtet. Bis zu 5 Zyklen von wiederholter Verdichtung/Karbonisierung können erforderlich sein, um die erwünschte Dichte von 1,8 g/cm³ zu erreichen, wie diskutiert wird in L. E. McAllister, "Mehrdimensionale verstärkte Kohlenstoff/Graphit-Matrix- Verbundwerkstoffe" in Engineered Materials Handbook - Composites, Theodore J. Reinhart (Technical Chairman), ASM International, Metals Park, Ohio, Seiten 915-919 (1987), was 6 bis 9 Monate benötigen kann. Die US 4,152,482 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer anisotropen Wärmeisolierung, die von kohlenstoffgebundenen organischen oder anorganischen Fasern gebildet wird. Außer der Verwendung eines Steifmachers und einer Heißpreßstufe beschreibt sie ein Verfahren ähnlich Anspruch 1. Dieses Dokument betrifft jedoch die Herstellung solcher Verbundwerkstoffe mit Dichten von weniger als 0,35 g/cm³.
Die hohen Kosten von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen beschränkten bislang die weitverbreitete Anwendung dieser Werkstoffe für Luftfahrzeugbremsen und andere Anwendungen, die zur Leistung angetrieben oder relativ kostenunempfindlich sind. Die Brauchbarkeit von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen wurde jedoch in der Hochleistungs-Rennwagena rena demonstriert, wo sie von Fisher diskutiert wurde. Moderne Formel 1-Rennwagen verwenden Kohlenstoff- Kohlenstoff-Bremsen und -Kupplungen wegen ihrer signifikant verbesserten Leistung und verbesserten Verschleißeigenschaften, die von Fisher diskutiert wurden. Diese Vorteile könnten leicht auf den gewerblichen Sektor übertragen werden, wenn die Herstellungskosten wesentlich reduziert werden könnten. Anwendungen auf dem gewerblichen Sektor schließen Kupplungs- und Bremssysteme für schwere Lastwagen oder Eisenbahnlokomotiven und Triebwagen ein. Außerdem gibt es auf dem militärischen Sektor zahlreiche Anwendungen bei Kampffahrzeugen (Panzern, gepanzerten Wagen, selbstfahrender Artillerie usw.) für Bremsen und Kupplungen. Die hier beschriebene Technologie betrifft ein innovatives Verfahren für die Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoff- Verbundwerkstoffen, die potentiell große Verminderungen von Verarbeitungszeit bietet und dabei erlaubt, daß Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffbremsscheiben in ein bis vier Wochen hergestellt werden, was mit den gewöhnlich mehr als 24 Wochen zu vergleichen ist. Es liegt auf der Hand, daß entsprechende Kostenverminderungen realisiert werden können.

ZIELE DER ERFINDUNG

Demnach ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues verbessertes Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- oder Keramikfasenrorformlingen und strukturelle Verbundwerkstoffe zu bekommen. Weitere und andere Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der hier enthaltenen Beschreibung offenbar.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstofffaserverbundvorformlings mit verdichteter Kohlenstoffmatrix die folgenden Stufen, in denen man:
in Stufe 1 einen wäßrigen Schlamm vorsieht, der Kohlenstoffiasern, karbonisierbares organisches Pulver und einen Starrmacher umfaßt, wobei dieser Starrmacher einen Erweichungspunkt- Temperaturbereich und einen Verflüchtigungs-Temperaturbereich hat, in Stufe 2 diesen Schlamm unter Bildung eines Formlings unter Vakuum formt, in Stufe 3 den Formling bei einer Temperatur höher als der Erweichungspunkt- Temperaturbereich des Starrmachers und bei einer Temperatur geringer als der Verflüchtigungs- Temperaturbereich des Starrmachers trocknet, um einen getrockneten starrgemachten Formling zu bilden, in dem die Kohlenstofffasern gleichmäßig dispergiert und willkürlich darin orientiert sind, in Stufe 4 den trockenen, starrgemachten Formling unter Bildung eines heißgepreßten Teils heißpreßt und
in Stufe 5 dieses heißgepreßte Teil unter einer inerten Atmosphäre solange und bei ausreichender Temperatur karbonisiert, daß sich ein Kohlenstofffaserverbund-Vorformling mit verdichteter Kohlenstoffmatrix bildet.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 20 wiedergegeben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine 100-fach vergrößerte Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Querschnittes durch ein Teil gemäß der vorliegenden Erfindung in geformtem und getrocknetem Zustand,
Fig. 2 eine 300-fach vergrößerte Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Querschnitts durch das Teil von Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung im geformten und getrockneten Zustand,
Fig. 3 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit hoher Auflösung eines Schnittes durch das Teil von Fig. 1 gemäß der vorliegenden Erfindung in geformtem und getrocknetem Zustand,
Fig. 4 eine 100-fach vergrößerte Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Schnittes durch einen bei 130ºC heißgepreßten Vorformling nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 5 eine 300-fach vergrößerte Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Schnittes durch einen bei 130ºC heißgepreßten Vorformling von Fig. 4 gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit hoher Auflösung eines Schnittes durch einen bei 130ºC heißgepreßten Vorformling von Fig. 4 gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 7 eine 100-fach vergrößerte Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Schnittes durch das karbonisierte Teil (600ºC) gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 8 eine 300-fach vergrößerte Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Abschnittes durch das karbonisierte Teil (600ºC) von Fig. 7 gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 9 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme mit hoher Auflösung eines Schnittes durch das karbonisierte Teil (600ºC) von Fig. 7 gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 10 eine 200-fach vergrößerte Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Schnittes durch einen heißgepreßten und karbonisierten Verbundwerkstoff nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 11 eine 300-fach vergrößerte Rasterelektronenmikroskopaufnahme eines Schnittes durch den heißgepreßten und karbonisierten Verbundwerkstoff von Fig. 10 gemäß der vorliegenden Erfindung,
Fig. 12 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme hoher Auflösung eines Schnittes durch den heißgepreßten und karbonisierten Verbundwerkstoff von Fig. 10 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung zusammen mit anderen und weiteren Zielen, Vorteilen und Leistungen derselben wird nun Bezug genommen auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche in Verbindung mit der oben beschriebenen Zeichnung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Ein neues Verfahren zur raschen Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoff- Verbundreibmaterialien für Flugzeuge und andere gewerbliche Bremssysteme ist besclhrieben. Das Verfahren schließt die Erstellung über eine Schlammformungstechnik, eines Faservorformlings ein, der zerschnittene oder vermahlene Kohlenstofffasern mit einer Länge von etwa 10 um bis etwa 10 mm und ein Harz- oder Mesophasenpech-Bindemittel enthält. Der Vorformling wird anschließend nahezu auf Enddichte heißgepreßt, wonach Karbonisierung und Graphitisierung folgen. Die Faserverteilung in dem heißgepreßten Verbundwerkstoff ist relativ willkürlich, und es gibt keine offensichtliche Faserzerstörung aufgrund des Heißpressens. Die Benutzung von Mesophasenpech für das Bindemittel/Imprägniermittel gewährleistet, daß das Endprodukt verbesserte Wärmeleitfähigkeit und verbesserte Reibung und verbesserte Verschleißeigenschaften besitzt. Eine CVI- Verdichtungsendstufe würde gegebenenfalls gestatten, die Dichte auf > 1,8 g/cm³ zu erhöhen. Die Herstellung von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbund-Reibmaterialien auf dem hier beschriebenen Weg führt zu wesentlichen Verminderungen der Verarbeitungszeit durch Ausschaltung wiederholter Flüssigimprägnierungen oder umständlicher CVI-Verarbeitungsstufen. Entsprechende Verminderungen der Werkstoffherstellungskosten resultieren.
Andere Forscher zeigten, daß, wenn ein Mesophasenpech als ein Matrixvorläufer verwendet wird, Dichten des fertigen Teils wenigstens 1,5 g/cm³ sind und mehr als 1,7 g/cm³ bei Graphitierung bis zu 2.400ºC erreicht werden können. J. W. Klett, "Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe mit hoher Wärmeleitfähigkeit", Ph. D. Dissertation, Clemson University, Clemson, SC (1994), und J. L. White und P. M. Sheaffer, Carbon, 27: 697 (1989)
Ein Verfahren, welches Pech verwendet (oder PAN)-Fasern mit einem Matrixvorläufer aus Mesophasenpech benutzt, ist nachfolgend beschrieben.

VERFAHREN

1. Man wählt geeignete Kohlenstofffasern (PAN oder Pech) in geeigneter Länge aus.
2. Man mischt zerkleinerte Kohlenstofffasern mit Mesophasenpechpulver und einem Versteifungsmittel (wie Polyethylenglycol) und schlämmt das Gemisch in Wasser auf. Ein oberflächenaktives Mittel oder Dispergiermittel (wie 2-Butoxyethanoi) kann benötigt werden, um das Dispergieren des Pechpulvers im Wasser zu fördern.
3. Man formt in Vakuum zu einem Teil mit der gewünschten Farm.
4. Man trocknet das geformte Teil in einem Konvektionsofen während 14 Stunden bei 40ºC und entfernt aus der Formhalterung.
5. Man preßt in einer passenden Form heiß bei einem Druck bis zu 14 MPa (2000 psi) bei 650ºC und hält dort während 3 Stunden.
6. Man karbonisiert 3 Stunden unter Stickstoff, um das Pechbindemittel zu pyrolysieren.
7. Man graphitisiert bei 2400ºC, um eine Graphitstruktur in der Matrix zu entwickeln und die Wärmeleitfähigkeit und mechanische Festigkeit zu verbessern.
Ein anderes Beispiel zur Herstellung eines Kohlenstofffaserverbund-Vorformliings mit verdichteter Kohlenstoffmatrix umfaßt die folgenden Stufen:
Stufe 1. Man sieht einen wäßrigen Schlamm von Kohlenstofffasern, karbonisierbarem organischem Pulver, einem Versteifungsmittel und einem Dispergiermittel vor. Das Versteifungsmittel hat einen Erweichungspunkt-Temperaturbereich und einen Verdampfungstemperaturbereich. Die Kohlenstofffasern bestehen aus einem Material, wie Viskose, Polyacrylnitril, isotropem Pech, Mesophasenpech und Gemischen hiervon. Die Kohlenstofffasern werden in einem Verfahren, wie Zerhacken und Vermahlen, zerkleinert. Die Kohlenstofffasern haben ein Längen-Breiten-Verhältnis gleich oder größer als 20 : 1; eine Länge gleich wie oder weniger als 10 mm und einen Durchmesser von etwa 6 um bis etwa 16 um. Die zerhackten Kohlenstofffasern haben eine Länge von etwa 1 mm bis etwa 10 mm. Die vermahlenen Kohlenstofffasern haben eine mittlere Länge größer als etwa 100 um und geringer als etwa 400 um, spezieller von etwa 200 um bis etwa 400 um. Das karbonisierbare organische Pulver wird aus der Gruppe ausgewählt, welche aus Mesophasenpechpulver, pulverisiertem isotropem Pech, einem Phenolharz und Gemischen hiervon besteht, und hat eine mittlere Pulvergröße von etwa 30 um bis etwa 100 um.
Tabelle 1 listet die Bereiche der Erweichungspunkttemperaturen und Verdampfungstemperaturen der verschiedenen karbonisierbaren organischen Pulver auf, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet wurden und verwendet werden können. Tabelle 1
Das Dispergiermittel wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus 2-Butoxyethanol, flüssigem Detergens, Isopropanol und Gemischen hiervon besteht. Das Versteifungsmittel ist ein wasserlöslicher organischer Feststoff mit einem Erweichungspunkt in dem Temperaturbereich gleich wie oder gröBer als etwa 49ºC bis etwa 91ºC und mit einem Verdampfungstemperaturbereich gleich wie oder weniger als etwa 140ºC bis etwa 200ºC. Das Versteifungsmittel wird aus einer Gruppe, wie Paraffinwachs, Polyethylenglycol und Gemischen hiervon, ausgewählt.
Stufe 2. Man formt den Schlamm im Vakuum, um einen Formling zu erhalten.
Stufe 3. Man trocknet den Formling bei einer höheren Temperatur als dem Erweichungstemperaturbereich des Versteifungsmittels und bei einer Temperatur geringer als dem Verflüchtigungstemperaturbereich des Versteifungsmittels, um einen trockenen versteiften Formling zu bilden, der die Kohlenstofffasern gleichmäßig darin dispergiert und willkürlich ausgerichtet enthält. Die Trocknungsstufe umfaßt Erhitzen des Formlings auf 75ºC während 14 Stunden.
Stufe 4. Man preßt den trockenen versteiften Formling längs in passenden Formen bei einem Druck von etwa 1,4 MPa bis etwa 14 MPa (etwa 200 psi bis etwa 2000 psi) und bei einer Temperatur von etwa 130ºC bis etwa 400ºC, um ein heißgepreßtes Teil zu bilden. Die spezielle Heißpreßtemperatur hängt davon ab, welches karbonisierbare organische Pulver verwendet wird. Es ist wichtig, daß das spezielle karbonisierbare organische Pulver ausreichend erweicht wird, um einen vollständigen Fluß durch den gesamten versteiften Formling zu gestatten. Außerdem ist es wichtig, daß das betreffende Versteifungsmittel während des Verfahrens entfernt wird, um eine Verunreinigung durch Rückstände zu verhindern. Spezieller umfaßt das Heißpressen ein Pressen des getrockneten Formlings in einer passenden Form bei Drücken bis zu 14 MPa (2000 psi) und bei einer Temperatur von etwa 130ºC bis etwa 300ºC während drei Stunden, oder das Heißpressen umfaßt zusätzlich die Karbonisierung des heißgepreßten Teils in situ in passenden Formen in einer Heißpresse bei Temperaturen im Bereich von etwa 400ºC bis etwa 650ºC oder höher als 650ºC bei Drücken bis zu etwa 14 MPa (2000 psi).
Stufe 5. Man karbonisiert das heißgepreßte Teil unter einer inerten Atmosphäre während ausreichender Zeit und bei ausreichender Temperatur, um einen Kohlenstofffaserverbund- Vorformling mit verdichteter Kohlenstoffmatrix zu bilden. Die Karbonisierung erfolgt unter Stickstoff während drei Stunden und bei Temperaturen im Bereich von etwa 650ºC bis etwa 100020. Der Kohtenstofffaserverbund-Vorformling mit verdichteter Kohlenstoffmatrix hat eine Dichte größer als 1,1 g/cm³.
Der Kohlenstofffaserverbund-Vorformling mit verdichteter Kohlenstoffmatrix wird bei 2400ºC graphitisiert, um ein verdichtetes, mit Kohlenstoff gebundenes Kohlenstofffaserverbundmaterial mit einer Matrix mit einer graphitischen Struktur zu bilden.
Auf der Basis der erhaltenen Daten (Fig. 2-4) unseres Materials können verschiedene Beobachtungen gemacht werden. Starre monolithische Vorformlinge können mit signifikanter offener Porosität hergestellt werden und sind geeignet für Verdichtung nach der CVI-Methode. Vorformlinge können leicht ohne Faserzerstörung heißgepreßt werden und erhalten dabei eine willkürliche Faserausrichtung. Die Arbeitszeit kann möglicherweise eine kürzere Größenordnung als derzeitige Herstellungstechniken und viel geringere Arbeitsintensität haben. Dieses Verfahren kann mit Mesophasenpech verwendet werden, um dichte Teile in einer einzigen Heißpreßstufe zu bilden, was die Herstellungszeit und die Stückkosten drastisch reduziert. Dies wird in Fig. 12 demonstriert, wo der sich von Mesophasenpech herleitende Kohlenstoff gleichmäßig auf den Fasern abgeschieden ist, wodurch die Porosität vermindert wird.
Herkömmliche C/C-Bremsenherstellung erfordert etwa 6 Monate. Die Verwendung der hier beschriebenen Technologie zur Herstellung eines starren Vorformlings und die CVI-Verdichtung können die Herstellungszeit auf etwa 1 oder 2 Monate verkürzen. Weiterhin könnte Druckkarbonisierung von Vorformlingen auf Pechbasis die Herstellungszeit auf etwa eine Woche verkürzen. Daher ist ein Vorteil dieses Verfahrens eine signifikante Reduzierung der Herstellungszeit.
Kohlenstoff/Kohlenstoff, der mit dieser Technik hergestellt wurde, wird eine willkürliche Verteilung und Ausrichtung der vermahlenen Fasern besitzen und ein sehr homogenes Material erzeugen. Ein solches Material wird überlegene Wärme- und mechanische Eigenschaften gegenüber jenen zeigen, die nach herkömmlichen Techniken hergestellt wurden. Rasche Herstellung von Kohlenstoff/Kohlenstoff-Bremsscheiben führt zu billigeren Bremsanordnungen und daher zu einem möglichen Eindringen in Märkte mit großem Volumen, wie Personenkraftfahrzeuge.
Einzigartige Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sind: herkömmliche C/C- Bremsenherstellung erfordert etwa 6 Monate, während die Verwendung der hier beschriebenen Technologie zur Erzeugung eines starren Vorformlings und der CVI-Verdichtung die Herstellungszeit auf etwa 1 oder 2 Monate verkürzen kann. Außerdem könnte Druckkarbonisierung von Vorfomilingen auf Pechbasis möglicherweise die Herstellungszeit auf etwa eine Woche verkürzen. Daher ist ein Vorteil dieses Verfahrens eine signifikante Reduzierung der Herstellungszeit.
Mögliche Alternatiwersionen und/oder Verwendungen der Erfindung schließem folgendes ein: große maschinelle bearbeitbare C/C-Teile, Herstellung von Vorformlingen mit komplexen Formen zur Verdichtung durch CVI oder Schmelzimprägnierung (dieses Verfahren kann verwendet werden, um C/C mit Oxidationsinhibitoren oder anderen homogen in dem gesamten Teil verteilten Additiven herzustellen), Kolben für Verbrennungsmaschinen, Wärmeschilder für Vehikel für den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre, Turbinenrotoren, RF-Antennenreflektoren, integrale Fixierung von Knochenbrüchen, Hüftgelenkersatz und/oder biologische Implantate.
Obwohl gezeigt und beschrieben wurde, was derzeit als die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angesehen wird, ist für den Fachmann doch auf der Hand liegend, daß verschiedene Veränderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstofffaserverbund-Vorformlings mit verdichteter Kohlenstoffmatrix mit den folgenden Stufen, in denen man:

in Stufe 1 einen wäßrigen Schlamm vorsieht, der Kohlenstofffasern, karbonisierbares organisches Pulver und einen Starrmacher umfaßt, wobei dieser Starrmacher einen Erweichungspunkt-Temperaturbereich und einen Verflüchtigungs-Temperaturbereich hat, in Stufe 2 diesen Schlamm unter Bildung eines Formlings unter Vakuum formt, in Stufe 3 den Formling bei einer Temperatur höher als der Erweichungspunkt- Temperaturbereich des Starrmachers und bei einer Temperatur geringer als der Verflüchtigungs-Temperaturbereich des Starrmachers trocknet, um einen getrockneten starrgemachten Formling zu bilden, in dem die Kohlenstofffasern gleichmäßig dispergiert und willkürlich darin orientiert sind,

in Stufe 4 den trockenen, starrgemachten Formling unter Bildung eines heißgepreßten Teils heißpreßt und

in Stufe 5 dieses heißgepreßte Teil unter einer inerten Atmosphäre solange und bei ausreichender Temperatur karbonisiert, daß sich ein Kohlenstofffaserverbund-Vorformling mit verdichteter Kohlenstoffmatrix bildet.

2. Verfahren zur Herstellung eines Kohlenstofffaserverbund-Vorformlings mit verdichteter Kohlenstoffmatrix nach Anspruch 1, weiterhin damit, daß man ein Dispergiermittel vorsieht und bei dem Heißpressen den trockenen starrgemachten Formling bei einem Druck von etwa 1,4 MPa bis 14 MPa (200 psig bis etwa 2.000 psig) und bei einer Temperatur von etwa 130ºC bis etwa 400ºC unter Bildung eines heißgepreßten Teils preßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kohlenstofffasern aus einem Material hergestellt werden, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Kunstseide, isotropem Pech, Mesophasenpech, Polyacrylnitril und Gemischen hiervon hergestellt sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Kohlenstofffasern mit einem Verfahren zerkleinert werden, das aus der Gruppe Zerhacken, Zermahlen und Kombinationen hiervon ausgewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, beidem die Kohlenstofffasern eine Länge von etwa 10ß um bis etwa 400 um und ein Längen- zu Breiten-Verhältnis gleich oder größer als 20 : 1 haben.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei dem die Kohlenstofffasern zerhackte Kohlenstofffasern mit einer Länge von etwa 1 mm bis etwa 10 mm und einem Durchmesser von etwa 6 um bis etwa 16 um sind.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kohlenstofffasern zermahlene Kohlenstofffasern mit einer mittleren Länge größer als etwa 100 um und geringer als etwa 400 um und einem Durchmesser von etwa 6 um bis etwa 16 um sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kohlenstofffasern eine Länge gleich oder geringer als 10 mm haben.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das karbonisierbare organische Pulver aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Mesophasenpechpufver, pulverisiertem isotropem Pech, einem Phenolharz und Gemischen hiervon besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das karbonisierbare organische Pulver eine mittlere Pulvergröße von etwa 30 um bis etwa 100 um besitzt.

11. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Dispergiermittel aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus 2-Butoxyethanol, flüssigem Detergens, Isopropanol oder Gemischen hiervon ausgewählt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Trocknungsstufe ein Erhitzen des Formlings von Stufe 2 auf 50ºC während 14 Stunden umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruchl oder 2, bei dem der Starrmacher ein wasserlöslicher organischer Feststoff mit einem Erweichungspunkt-Temperaturbereich gleich wie oder größer als etwa 49ºC bis etwa 91ºC und mit einem Verflüchtigungs-Temperaturbereich gleich wie oder geringer als etwa 140ºC bis etwa 200ºC ist.

14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Starrmacher aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Paraffinwachs, Polyethylenglykol und Gemischen hiervon besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kohlenstofffaserverbund-Vorformling mit verdichteter Kohlenstoffmatrix eine Dichte größer als 1,1 g/cm³ hat.

16. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Heißpressen ein Pressen des trockenen Formlings in einer passenden Form bei Drücken bis zu 14 MPa (2.000 psi) und bei einer Temperatur von 130ºC während 3 Stunden umfaßt.

17. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Karbonisieren unter Stickstoff während 3 Stunden erfolgt.

18. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das karbonisierbare organische Pulver ein Mesophasenpechpulver ist.

19. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Kohlenstofffaserverbund-Vorformling mit verdichteter Kohlenstoffmatrix bei 2.400ºC unter Bildung eines Kohlenstofffaserverbundes mit verdichteter Kohlenstoffmatrix, welche eine Graphitstruktur hat, graphitiert.

20. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Heißpressen und Karbonisieren des trockenen Formlings in situ in einer passenden Form bei Drücken bis zu 14 MPa (2.000 psi) und bei einer Temperatur von etwa 400ºC bis etwa 650ºC umfaßt.