Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoff (C/C-VerbundwerkstoffEs handelt sich um einen vollständig kohlenstoffbasierten Verbundwerkstoff, der aus Kohlenstofffasern und einer Kohlenstoffmatrix besteht. Sein charakteristisches Merkmal ist seine rein kohlenstoffbasierte Zusammensetzung: Das Kohlenstofffasernetzwerk dient als strukturelles Gerüst, während die durch pyrolytische Karbonisierung oder Harzkarbonisierung gebildete Kohlenstoffmatrix als Füllstoff fungiert und so eine robuste und zähe Verbindung auf mikroskopischer Ebene ermöglicht.
Die früheste bekannte Erwähnung dieses Materials geht auf seine zufällige Entdeckung in einem US-amerikanischen Labor im Jahr 1958 zurück. Sein Herstellungsverfahren wurde durch technologische Fortschritte wie die chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und die Flüssigphasenimprägnierung weiterentwickelt und hat es zu einem wichtigen Bestandteil moderner Hochtemperaturwerkstoffe gemacht. Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe erreichen durch die Ausrichtung der Kohlenstofffasern und die Verdichtung der Kohlenstoffmatrix eine einzigartige Struktur, die geringes Gewicht mit hoher Festigkeit vereint und so innovative Lösungen für extreme Umgebungen bietet.
Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe weisen bahnbrechende physikalische Eigenschaften in vielerlei Hinsicht auf und sind daher in extremen Umgebungen unersetzlich. Erstens liegt ihre Dichte zwischen 1,5 und 2,0 g/cm³, also unter einem Viertel der Dichte von Nickelbasis-Superlegierungen, dennoch erzielen sie deutliche Verbesserungen in spezifischer Festigkeit und Steifigkeit.
Bemerkenswerterweise ist auch ihre thermische Leistungsfähigkeit außergewöhnlich: Sie behalten ihre strukturelle Integrität oberhalb von 1.650 °C, mit einer theoretischen Obergrenze von 2.600-3.500 °C, was sie zum einzigen Hochtemperatur-Strukturmaterial macht, das bei Temperaturen über 3.000 °C funktionsfähig ist.
Thermisch betrachtet weist das Material einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten (<1×10⁻⁶/°C) und eine hervorragende Temperaturwechselbeständigkeit auf, wodurch die Rissbildung bei schnellen Heiz- oder Kühlzyklen minimiert wird. Mechanisch betrachtet steigt seine Biegefestigkeit mit der Temperatur und übertrifft bei 2000 °C die Werte bei Raumtemperatur.
Darüber hinaus zeichnet es sich durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit (200 W/m·K in Faserrichtung), hervorragende tribologische Eigenschaften (Reibungskoeffizient von 0,2–0,4) und außergewöhnliche Dimensionsstabilität aus. Diese einzigartige Kombination von Eigenschaften gewährleistet eine stabile Leistung auch unter extremen Bedingungen wie Hitze, hohen Belastungen und starker Korrosion und bildet damit die Grundlage für bahnbrechende Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, der erneuerbaren Energien und anderen zukunftsweisenden Bereichen.
Aufgrund ihrer einzigartigen EigenschaftenKohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffehaben in zahlreichen Branchen breite Anwendung gefunden.
Luft- und Raumfahrt
In der Luft- und Raumfahrt sind Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe das bevorzugte Material für Hochtemperaturbauteile. So werden beispielsweise Raketendüsen, Turbinenschaufeln in Flugzeugtriebwerken und Hitzeschutzsysteme für Wiedereintrittskörper aus diesen Werkstoffen gefertigt. Ihre außergewöhnliche Hochtemperaturbeständigkeit und ihr geringes Gewicht machen sie ideal für Raumfahrzeuge und Flugzeuge.
Automobilindustrie
Angesichts steigender Anforderungen an Kraftstoffeffizienz und Umweltschutz im Automobilbereich haben Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe Einzug in die Automobilindustrie gehalten, insbesondere im Rennsport. Ihre hohe Festigkeit und ihr geringes Gewicht reduzieren effektiv das Fahrzeuggewicht und verbessern Beschleunigung und Fahrverhalten. Kohlenstoff/Kohlenstoff-Bremsscheiben werden ebenfalls häufig in High-End-Supersportwagen und Rennfahrzeugen eingesetzt.
Metallurgische Industrie
In der Metallurgie werden Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe vorwiegend in Hochtemperatur-Ofenanlagen und Schmelzsystemen eingesetzt. Ihre hervorragende Hitze- und Korrosionsbeständigkeit ermöglicht einen stabilen Betrieb unter extremen Bedingungen und gewährleistet reibungslose Schmelzprozesse.
Elektronik & Energie
Die elektrische Leitfähigkeit von Kohlenstoff/Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen ermöglicht deren Anwendung in der Elektronik. Beispielsweise tragen diese Materialien in bestimmten Hochleistungselektronikbauteilen zu einer effizienten Wärmeableitung bei und verbessern dadurch die Betriebsstabilität und Lebensdauer.
Darüber hinaus weitet sich das Anwendungsgebiet stetig aus, beispielsweise in thermischen Feldern bei der Halbleiterwafer-Fertigung, in Neutronenmoderatoren von Kernreaktoren und bei künstlichen Knochenimplantaten. Prognosen zufolge wird der Weltmarkt bis 2025 ein Volumen von über 17 Milliarden Yuan erreichen.
Veröffentlichungsdatum: 30. September 2025