Home Special Topics DFG Research: Natural Science Content

Kohlenstoffe aus der Gasphase: Elementarreaktionen, Strukturen, Werkstoffe / SFB 551

Carbon from the Gas Phase: Elementary Reactions, Structures, Materials

18.09.2003

Programmbeschreibung / Programme Summary

Ziel ist es, das einzigartige Potenzial der rein kovalenten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung in sp2-hybridisiertem Kohlenstoff in Hochleistungswerkstoffe, beispielsweise kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoff, umzusetzen. Grundlage ist die Bildung des Kohlenstoffs aus der Gasphase mittels chemischer Gasphasenabscheidung aus leichten Kohlenwasserstoffen wie Methan. Um das angestrebte Ziel zu erreichen, werden homogene und heterogene Elementarreaktionen der Kohlenstoffbildung aus leichten Kohlenwasserstoffen, Mikro- und Nanostrukturen des gebildeten pyrolytischen Kohlenstoffs sowie Korrelationen zwischen Elementarreaktionen und Strukturen untersucht. Die resultierenden Erkenntnisse werden zur modellgestützten, optimierten Herstellung von kohlenstoffaserverstärktem Kohlenstoff durch chemische Gasphaseninfiltration von Kohlenstoffaservorformen genutzt. Optimierte Herstellung impliziert hohe Infiltrationsgeschwindigkeit, gleichmäßige Verdichtung und gewünschte Mikrostruktur bzw. –textur des infiltrierten Kohlenstoffs, die von isotrop bis hoch texturiert variieren kann. Verbunde aus Kohlenstoffasern und pyrolytischem Kohlenstoff definierter Textur, die von beschichteten Einzelfasern bis zu Verbundwerkstoffen mit komplexer Faserarchitektur reichen, werden durch Bestimmung von nano- und mikrostrukturellen sowie nano-, mikro- und makromechanischen Eigenschaften charakterisiert. Hieraus werden Struktur-Eigenschafts-Korrelationen abgeleitet und schädigungsmechanische Modelle für kohlenstoffaserverstärkten Kohlenstoff entwickelt.

It is the aim to transfer the unique potential of the covalent carbon-carbon bond of sp2-hybridized carbon into high performance materials, for example carbon fiber reinforced carbon. The studies are based on the formation of carbon from the gas phase using chemical vapor deposition from light hydrocarbons such as methane. To achieve the desired aim, homogenous and heterogeneous elementary reactions of carbon formation from light hydrocarbons, micro- and nanostructures of the formed pyrolytic carbon as well as correlations between elementary reactions and structures are investigated. Resulting knowledges are used for a model based, optimized synthesis of carbon fiber reinforced carbon by chemical vapor infiltration of carbon fiber preforms. Optimized synthesis implies high infiltration rates, homogeneous densification and desired, well-defined microstructure or –texture of the infiltrated carbon, which may vary from isotropic to highly textured. Composites consisting of carbon fibers and pyrolytic carbon of well-defined texture, ranging from coated monofilaments up to composite materials with a complex fiber architecture, are characterized by determination of nano- and microstructural as well as nano-, micro- and macromechanical properties. The data are used to develop structure-property relationships and models of failure behavior of carbon fiber reinforced carbon.

Sprecher / Spokesperson:

Professor Dr. Dagmar Gerthsen
Laboratorium für Elektronenmikroskopie der Universität Karlsruhe (TH)
Kaiserstraße 12 · 76128 Karlsruhe
Tel.: (0721) 608-3200 · Fax.: (0721) 608-3721
E-Mail: Gerthsen@lemhrem.lem.uni-karlsruhe.de