本发明涉及由塑料基质中含有碳粒子的复合材料构成的三维部件，涉及该部件的制造方法，以及涉及该部件的用途。
背景技术：
在其中至少两个机器或设备零件面临以下技术问题的所有情况下使用滑动体：实现尽可能低的摩擦阻力，以特定的接触压力彼此接触，以及相对于彼此移动。在这种运动中，摩擦表面上产生的磨损和摩擦表面上产生的摩擦热应保持到最小。这种应用的例子是泵和压缩机中的关闭滑阀或旋转滑阀，滑动轴承，端面密封件、或用于传输电流的电刷(brush)和滑靴(shoe)。在确保相对于彼此移动的零件被充分润滑的情况下，为彼此滑动的零件选择合适的材料并不困难。然而，经常出现这样的操作状态，其中如机器启动或停止时那样，存在期间没有足够润滑的有限时间段，或者其中操作必须在根本没有任何润滑的情况下发生并且发生干转。
对于这些特定的应用，使用包含自润滑物质如石墨或硫化钼的滑动体。然而，大多数这些“干润滑剂”的润滑性仅在可以形成额外的薄水分层时才足够，例如该层从周围大气的水分含量中得到。如果情况也不再是这样，如在非常干燥的空气中操作的情况下那样，在已被高度干燥的介质中，在真空下，在高海拔下或在高温下，上述自润滑材料也不再满足要求并且需要另外的措施。
ep0915129b1描述了由石墨粒子/塑料基质复合材料构成且通过注射成型生产的滑动材料。在所述文献中，滑动材料体中的所有填料即也是石墨颗粒的表面用树脂粘合剂涂覆，所述树脂粘合剂也形成所述基质。
因此，在所述应用中至关重要的性质如热导率和电导率不是特别的高。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种部件，其在热导率和电导率方面具有改进的性质，并且其可以采用任何复杂的结构如空腔，例如冷却通道和底切(undercut)，但其仍然满足机械稳定性的要求并且其可以同时以简单和成本有效的方式生产。
该目的通过借助3d打印制造的在塑料基质中的多孔碳体来实现。
本发明的一个方面是一种用于制造由含有碳和塑料材料的复合材料构成的三维部件的方法，该方法包括以下步骤：
a)提供粉末状组合物，其包含一种或多种选自无定形碳、石墨及其混合形式的组分，
b)提供液体粘合剂，
c)以平面方法沉积在a)中提供的所述材料的层并且在所述层上局部沉积在b)中提供的所述材料的液滴，并且将步骤c)重复任意次数，在后续的所述步骤的重复中，局部沉积所述液滴的步骤根据待制造部件的所需形状进行调整，
d)将所述粘合剂至少部分地硬化或干燥并获得具有所述部件的所需形状的生坯，
e)用液体合成树脂浸渍所述生坯，以及
f)硬化所述合成树脂以形成合成树脂基质。
将步骤c)重复任意次数应被理解为是指根据需要将以平面方式沉积在a)中提供的所述材料的层的步骤和在所述层上局部沉积在b)中提供的所述材料的液滴的步骤重复多次。
在本发明的上下文中，具有所述部件的所需形状的生坯的获得应被理解为是指以下意义。在粘合剂硬化或干燥之后，所述生坯仍然被由粉末状组合物的松散粒子构成的亦称为粉末床的散装粉末(bulkpowder)所包围。因此，必须将所述生坯从散装粉末移除，或与所述松散的未结合的粒子分开。在与3d打印相关的文献中，这也被称为被打印部件的“解包”。在将所述生坯解包后，可以对其(精细)清洁以除去附着的粒子残留物。例如，可以通过使用重型抽吸装置抽吸松散粒子来进行解包。然而，对解包的方式没有特别的限制，可以使用所有已知的方法。
根据本发明方法的一个优选实施方式，步骤d)包括在500℃和1300℃之间的温度碳化生坯。这可以在获得生坯之前和之后进行，即当生坯仍然在粉末床中时进行。尽管最后提到的变体更为复杂，但是当使用在室温下为液体的热塑性粘合剂如沥青时是必要的。碳化导致生坯的粘合剂转化为碳，其结果是碳的连续网络延伸穿过整个部件。这导致在热导率和电导率方面的性质得以改进。
步骤d)优选包括在至少2000℃，更优选至少2400℃的温度使生坯石墨化。这里温度处理也可以在获得生坯之前和之后进行。这导致热导率和电导率的值更高。如果生坯经受这种石墨化，则当所述坯体被加热到选定的石墨化温度时，上述碳化自动发生。因此，出于经济原因，碳化和石墨化优选在一个步骤中进行；但是，它们也可以分开进行。
为了获得更紧凑的碳网络并因此进一步增加热导率和电导率，可以例如增加步骤c)中施加的液体粘合剂的量。然而，这相对耗时且昂贵。而是，优选在步骤d)和e)之间的一个或多个场合使生坯经受再压实过程，该过程包括以下步骤：
d1)用碳源浸渍所述生坯，
d2)在500℃和1300℃之间的温度碳化所述生坯。在本发明的上下文中，碳源应被理解为是指这样的物质，该物质当被加热至800℃时在消除氧化性物质的同时形成碳残留物，该残留物的质量为所使用物质的质量(在溶液的情况下以干质量计)的至少20％。优选的碳源是酚醛树脂，呋喃树脂，糖或沥青。所述碳源也可以用作溶液，例如在糖的情况下是必要的。再压实步骤d1)和d2)也可以通过例如化学气相渗透(cvi)原位进行，使用烃气体作为碳源，以及气相沉积通常在约700℃至1300℃发生。最后，更优选的是，在再压实后，在至少2000℃、更优选至少2400℃的温度使生坯石墨化。
当在下文中提到碳粒子时，它是正被提及的本发明的粉末状组合物的组分。对所使用的碳粒子没有特别限制。根据本发明，它们包括无定形碳，石墨及其所有的杂合形式。杂合形式应被理解为是指这样的碳类型，其中碳结构部分是无定形且部分被石墨化。碳粒子优选包括乙炔焦，灵活焦(flexicoke)，流化胶(fluidcoke)，弹丸焦(shotcoke)，硬煤焦油沥青焦，石油焦，炭黑焦，无烟煤，合成石墨，球状石墨，微晶天然石墨，碳化的离子交换树脂珠或焦颗粒，所述粒子更优选由所述物质或其混合物构成。相反，较不优选的是宏晶天然石墨(片状石墨)以及基于针状焦的碳和石墨，因为这些材料通常以不利于3d打印的粒子形式存在。所有类型的焦都可以作为生焦被碳化或石墨化，即分别用高于500℃或高于2000℃的高温处理。这同样适用于无烟煤。然而，焦的类型优选为碳化焦或石墨化焦的形式，因为它们含有较少的挥发性物质并具有低的热膨胀度。上述优选类型的焦从而是有利的，因为就形状系数(宽度/长度)而言，其粒子近似为球形的，即圆形的。这导致3d打印过程中的可加工性得以改进，并且导致3d打印部件的更均匀和各向同性的特性。
乙炔焦、灵活焦、流化胶和弹丸焦也是特别优选的，是因为它们由于更硬而比石墨更耐磨。而且，这些类型的焦由于其粒子具有近似球形的形状即是圆形的从而是有利的。这导致3d打印过程中的可加工性进一步提高，并且导致3d打印部件的更均匀和各向同性的特性。在这方面，乙炔焦是最优选的，因为它具有较少的杂质并且具有特别球形的形状。乙炔焦因此也是最优选的原因是因为这种类型的焦特别的纯。灰分值(ashvalue)约为0.01％，金属杂质如na、ni、fe和v的含量通常远低于50ppm。相比之下，灵活焦的灰分值约为1％。上述金属杂质的含量在数百ppm至超过1000ppm的范围内。许多这些杂质对材料的氧化行为具有催化作用。杂质含量高于0.1％的焦中的杂质如氧化镍事实上应该归类为致癌物质(1a类)，结果显著限制了杂质含量高的焦的可操作性、加工性及使用。
流化胶和灵活焦基于原油加工。在原油经受常压和减压蒸馏后，通过流化胶化或灵活焦化将残余物焦化，这两种方法通常在连续的流化床中进行，这通常导致球形粒子。乙炔焦在乙炔生产中作为最初为绿色的废产物即挥发性成分获得，这例如在de2947005a1中描述。弹丸焦是各向同性类型的焦，其粒子近似为球形并且部分以洋葱皮的形式构造(参见paulj.ellis，“弹丸焦”，轻金属(lightmetals)，1996，第447-484页)。
炭黑焦是通过将炭黑和沥青的混合物焦化然后将所述混合物研磨而产生的。由于炭黑粒子本身非常小，即通常在纳米范围内，所以研磨后的炭黑焦粒子自动地具有近似圆形的具有各向同性的几何形状。
如果使用合成石墨，则细粒石墨由于其低的各向异性而是优选的。如在炭黑焦的情况下，研磨后的细粒石墨的粒子也自动具有近似圆形的几何形状。
球形石墨基于天然石墨，并且是天然石墨片连同粘合剂一起的颗粒。这种石墨也具有近似球形的几何形状。当部件旨在具有特别高的热导率时，球形石墨是特别优选的。球形石墨优选以碳化形式存在，更优选以石墨化形式存在。
焦颗粒应被理解为是所有可能类型的焦连同聚合物粘合剂一起的颗粒。因为具有近似圆形几何形状的粒子也经造粒被获得，所以颗粒是优选的。这些颗粒也可以以碳化形式存在，更优选以石墨化形式存在，并且这是优选的。
在本发明上下文中，有可能将焦与液体活化剂例如液体硫酸活化剂混合。通过使用活化剂，可以减少硬化粘合剂所需的硬化时间和温度，并减少粉状组合物的粉尘形成。基于焦和活化剂的总重量，活化剂的量有利地为0.05重量％至3重量％，优选0.1重量％至1重量％。如果基于活化剂和焦的总重量使用超过3重量％，则粉状组合物粘连在一起并且流动性降低。如果基于焦和活化剂的总重量使用小于0.05重量％，则与粘合剂反应的活化剂的量太低而不能实现所期望的上述优点。
根据本发明方法的一个特别优选的实施方式，所述粉末状组合物包含所述石墨粒子或石墨化焦粒子，并且步骤d)包括在500℃和1300℃之间的温度碳化所述生坯。这创建了一个石墨化的网络。这被理解为是指石墨粒子连接到无定形碳桥。这些桥具有近似相同的有利地高是热导率和电导率；然而，与整个生坯石被墨化时相比，在这种情况下(由于较低的温度)生产它们时的复杂性更低。
根据本发明方法的优选实施方式，根据步骤a)的粉末状组合物具有3μm和500μm之间，优选50μm和350μm之间，最优选100μm和250μm之间的粒度(d50)。在较小粒度的情况下，该方法因为相应地需要施加更多的层而更昂贵。相反，较大的粒度导致部件中相应较大的碳区域，这会对机械性能产生负面影响。为了达到这些粒度，可以将焦进行研磨。然而，在具有相对圆形形状的优选类型的焦中，优选不研磨焦，因为如果将它们研磨，则有利的圆形形状将被破坏。因此，在这种情况下，所需的粒度或所需的粒度范围优选通过筛分和通过选择合适的筛分粒级(sievefraction)而得到。术语“d50”是指50％的粒子小于所指定的值。使用激光衍射法(iso13320)测定d50值，其中将来自sympatecgmbh的测量装置与相关评估软件一起使用。
根据本发明方法的优选实施方式，粉末状组合物的粒度(d99)相当于d50值的最多4倍，优选最多3倍，特别优选最多2.5倍。这导致更少的粗粒和更窄的粒度分布，这有助于可靠的印刷和无故障的粉末施加。术语“d99”是指99％的颗粒小于所指定的值。为了确定d99值，使用与确定d50值相同的测量方法。
粉末状组合物的在d50值的粒度范围内的粒子平均具有至少0.5、更优选至少0.6、甚至更优选至少0.7、最优选至少0.8的形状系数(粒子宽度/粒子长度)。形状系数被理解为是指粒子宽度与粒子长度的比率。d50值的粒度范围应被理解为是指d50+/-10％的范围。根据iso13322-2，通过来自retschtechnology的camsizer设备确定形状系数。在这个过程中，粒子的宽度和长度利用照相机和图像分析系统来确定并且以比率进行比较。在特别细的粉末的情况下，形状系数可以替代地使用显微照片连同相关的图像分析一起来确定。特别圆形的粒子的优点是可靠的3d打印，无故障的粉末施加以及热机械加载期间出现裂纹的倾向较小。此外，已经发现，粒子越圆，则相应部件的断裂功和断裂伸长率越好，即越高。
对步骤b)中的液体粘合剂没有特别限制，只要其粘度适于3d打印即可。可能的粘合剂包含酚醛树脂，呋喃树脂，纤维素，淀粉，糖或硅酸盐，特别是液体玻璃。粘合剂也可以是溶液形式。根据本发明方法的优选实施方式，步骤b)中的液体粘合剂包含酚醛树脂，呋喃树脂或液体玻璃，最优选酚醛树脂和呋喃树脂，因为相应的生坯具有特别高的稳定性，并且所述粘合剂在碳化过程中仅形成碳。
根据本发明方法的一个优选实施方式，基于生坯的总重量，根据步骤d)的生坯中的粘合剂的比例为2至35重量％，优选3至25重量％，最优选3至10重量％。粘合剂比例越低，可以越快地进行3d打印方法。利用这些粘合剂比例，生坯足够稳定，同时3d打印过程是快的。
对形成塑料基质的合成树脂没有特别的限制。所述树脂可以包括合成树脂，例如酚醛树脂，呋喃树脂，环氧树脂，聚酯树脂，聚氨酯树脂，丙烯酸酯树脂，硅树脂，全氟化或部分氟化的有机聚合物，苯基亚硫酸酯树脂或氰酸酯树脂。合成树脂优选包含酚醛树脂，呋喃树脂或环氧树脂。酚醛树脂和呋喃树脂以其特别高的化学稳定性和温度稳定性而区别开来，而环氧树脂具有特别高的机械稳定性。
根据本发明方法的优选实施方式，步骤b)中的液体粘合剂和步骤e)中的液体合成树脂属于同一类树脂。在这种情况下，例如，液体粘合剂和液体合成树脂可以由于可能包含在其中的溶剂的类型和量而不同。然而，形成生坯中的最终粘合剂或部件中的最终合成树脂基质的各自的比例优选具有相同的基本化学。例如，如果液体粘合剂包含酚醛树脂，则液体合成树脂优选也包含酚醛树脂。这在化学稳定性方面是有利的，特别是当生坯或其中的粘合剂不经受碳化时如此。在最后提到的情况下，粘合剂和塑料基质在化学上相容是有利的，并且这通过本文中所述原料的优先选择来确保。
根据本发明的另一个优选实施方式，选择合成树脂的类型，使得所得的本发明的部件具有尽可能低的开孔孔隙度。就此而言，低孔隙度是指至多2％、优选至多0.5％、非常特别优选小于0.2％的孔隙度。当合成树脂硬化时，通常发生材料收缩，并且这导致合成树脂基质中的孔或裂缝。例如，当所需合成树脂基质被碳化时，即如上述再压实过程的情况那样，孔可以是理想的，因为在这种情况下合成树脂基质的挥发性成分和分解产物可以通过孔排出，而不会损坏材料。因此，为了随后碳化的目的，浸渍有树脂的部件通常反而具有大于5％的开孔孔隙度；在大多数情况下，它们实际上具有约10％的开孔孔隙度。如果由于开孔孔隙度太低导致热解气体在碳化处理过程中不能排出，则在最坏的情况下，在碳化过程中材料可能爆炸或完全被覆盖在裂缝中。然而，根据本发明，在合成树脂已被硬化后生产的合成树脂基质不旨在被碳化；而是，所生产的部件旨在成为最终产品，在许多应用中，部件的材料尽可能致密且因此具有低孔隙度是有利的。在这种情况下，根据din51918确定开孔孔隙度意义上的孔隙度。
本发明的另一方面是由含有碳和塑料材料的复合材料构成且可使用根据本发明的方法制造的三维部件。所获得的碳/塑料材料复合部件可以与可使用已知方法(注射成型碳/塑料混合物)获得的部件区别开来，在于碳粒子以使得具有高的各向同性的方式分布在部件中。在诸如注射成型的方法中，不是完美圆形的粒子不总是以注射成型化合物的流动方向取向。其他形状成形方法，例如模压，也具有类似的取向并因此导致各向异性。由于根据本发明的部件的实际上无压力的成层构造，因此在3d打印期间，获得了均匀的结构且该结构因此不再具有优先取向。此外，通过3d打印形成部件的形状的选项在复杂性方面实际上是无限的。
根据本发明部件的优选实施方式，所述部件可以根据本发明的优选方法获得，其结果是生坯至少被碳化或甚至被石墨化。通过至少将粘合剂转化为碳，在部件内形成连续且完整的碳网络。这增加了部件的热导率和电导率两者。由于位于碳粒子之间并且将所述粒子互连的碳的量因所述过程而增加，所以这更加适用于经受上述优选的再压实过程的部件。这种部件不能使用已被描述的已知方法例如注射成型来制造。其原因在于，在高压下形成且因此非常致密并且具有高树脂含量的相应的碳/塑料材料复合材料在尝试将其碳化时会被破坏，即因为气态热解产物将不能从致密体中轻易排出，所以它们至少会破裂或者甚至爆裂。
本发明的另一方面是一种三维部件，其由含有碳和塑料材料的复合材料构成，并且其包含25重量％与50重量％之间的塑料基质和50重量％与75重量％之间的至少部分地呈颗粒形式的碳，并且在d50值的粒度范围内的碳粒子平均具有至少0.5、优选至少0.6、更优选至少0.7、最优选至少0.8的形状系数(宽度/长度)。由于该部件可以使用本发明的方法来生产，所以在该方法的情况下提及的所有的定义或优选实施方式类似地适用于所述部件。
根据本发明部件的一个优选实施方式，粉末状组合物或碳粒子与游离碳结合，并从而构成部件中的连续的整体连接的碳网络。
根据一个优选的实施方式，根据本发明的部件具有抗静电性质和在104ohm*μm至107ohm*μm范围内的比电阻。如果生坯中的粘合剂不经受碳化或石墨化，则这适用。
更优选地，该部件具有500ohm*μm或更小、优选300ohm*μm或更小、特别优选50ohm*μm或更小(根据din51911测定)的电导率和比电阻。这适用于生坯与粘合剂一起被碳化或甚至被石墨化的优选部件。其优点已经在上面讨论过了。
根据本发明的部件优选具有3至10gpa、优选4至7gpa的弹性模量。由用于确定弯曲强度的试样的三点弯曲试验的弹性曲线上的线性初始斜率来确定弹性模量。
根据本发明的部件优选具有至少15mpa、优选至少20mpa的强度。根据din51902，根据三点弯曲方法测定强度。
根据本发明的部件优选具有根据din51909在室温至150℃测量的至多45μm/(m*k)、更优选至多30μm/(m*k)、还优选至多20μm/(m*k)的热膨胀系数。
根据本发明的部件优选具有至少2w/(m*k)、优选至少10w/(m*k)，特别优选至少30w/(m*k)的热导率，所述热导率根据din51908测定。
根据本发明的部件优选具有空腔、冷却通道或底切，并且总体上由部件的均匀结构或所述部件的根据部件的所需材料性质逐渐改变的结构所构成。
由于提到的本发明部件的有利特性，本发明的部件适用于广泛的应用。原则上，根据所使用的合成树脂基质的不同而异，这些性质对于在优选约200℃的温度的滑动元件和电接触是有利的。此外，根据本发明的部件可以用树脂浸渍，使得其是不透液的，并且这开辟了其他应用，例如用于耐腐蚀热交换器或泵壳体。材料的耐化学性与可被生产的复杂部件结构相结合，也可方便地用于静态混合器元件、湍流器中，以及用于例如用于酸处理的化工设备构造中的柱配件如气泡帽、填充材料、包装等。例如，涡轮机被理解为被安装在管道中以故意引起湍流状况的元件。本发明的另一方面是部件的以下用途：用作泵和压缩机中的叶轮和关闭滑阀或旋转滑阀，用作泵壳体，用作柱中的配件，用作静态混合器元件，用作湍流器，用作电加热元件，用作电接触如用于传输电流的电刷或电靴，用作分级器叶轮，用作热交换器或热交换器用元件，用作包括滑动轴承和端面密封的轴承或铰链中的滑动元件，用作凸轮，用于齿轮，用作大齿轮，用作柔性轴的滑动板和滑动管，以及用作活塞和活塞套筒。
具体实施方式
在下文中参照实施例对本发明进行描述。当在下文中未明确陈述时，可以将示例中提及的所有特征与本申请的一般性描述中的主题内容相结合。
实施例1：
煅烧的硬煤焦油沥青焦被研磨并在研磨和筛分后具有d10＝130μm、d50＝230μm和d90＝390μm的粒度分布和0.69的平均形状系数(在d50+/-10％的粒径范围内)。基于焦和活化剂的总重量，首先将焦与1重量％的用于酚醛树脂的硫酸液体活化剂混合，并且使用3d打印粉末床机器进行处理。使用刮刀单元将薄的焦粉末层(约0.3mm厚)施加到平坦的粉末床上，并且使用一种类型的喷墨印刷单元根据所需的部件几何形状将醇性酚醛树脂溶液印刷到焦床上。然后，印刷台降低与层厚度相等的程度，施加另一层焦并且再次局部地印刷酚醛树脂。通过重复该过程，形成具有量度为168mm(长度)×22mm(宽度)×22mm(高度)的长方体测试件。在印刷了完整的“部件”后，将粉末床放入已经预热至140℃的烘箱中并在那里保持约6小时。即使在此之前已经提到“部件”，但不言而喻，这并不意味着指的是根据本发明的成品部件。为了制造所述成品部件，酚醛树脂被硬化并形成尺寸稳定的生坯。冷却后，吸除过量的焦粉末，并移出部件的生坯。
粘合剂硬化后生坯的密度为0.88g/cm3。密度通过几何法确定(通过称重并确定几何形状)。生坯具有5.5重量％的树脂比例，其通过碳化处理来确定。该步骤使得通过热重分析(tga)预先确定所使用的硬化树脂组分的碳收率为58重量％。可以通过将其随后在保护性气体气氛中在900℃下碳化1小时之后由生坯的质量损失来计算生坯中的原始树脂比例。
生坯随后用酚醛树脂浸渍并在900℃再次碳化。密度由此增加到1.1g/cm3。然后将以这种方式再压实的碳体用20℃下粘度为700mpas且根据karlfischer(iso760)测定水含量为约15％的酚醛树脂(制造商：hexion)进行真空压力浸渍。步骤如下：将碳体放入浸渍压力缸中。缸压力降至10毫巴，并在树脂引入后增加至11巴。在10小时的停留时间后，将碳测试件从浸渍压力缸中取出并在11巴的压力下加热至160℃以硬化树脂。加热时间约为2小时，在160℃的停留时间约为10小时。硬化后，冷却试样的密度为1.45g/cm3(实施例1)。
实施例2：
实施例2与实施例1的不同之处在于，在随后的酚醛树脂浸渍之前，将再压实的碳化碳体另外在2400℃下在保护性气体气氛中进行石墨化处理。以与实施例1中相同的方式进行随后的树脂浸渍，导致测试片的密度为1.58g/cm3(实施例2)。
实施例3：
将煅烧的乙炔焦以未研磨的形式以及d10＝117μm、d50＝190μm和d90＝285μm的粒度分布和0.82的平均形状系数(在d50+/-10％的粒度范围内)与0.35重量％的根据实施例1的液体活化剂混合并且以与实施例1中相同的方式进行处理以形成生坯。
生坯具有3.0重量％的树脂比例。生坯的密度为0.98g/cm3，因此与实施例1的硬煤沥青焦的情况相比显著更高。另外，该生坯比实施例1的生坯更加坚固，这使得操作更容易。因此，没有必要再压实该生坯，这降低了生产成本。
随后对以这种方式生产的碳生坯进行实施例1的树脂浸渍和硬化步骤。硬化的塑料/碳试验片的密度经确定为1.43g/cm3(实施例3)。
实施例4：
实施例4与实施例3的不同之处在于，碳生坯测试片用环氧树脂浸渍而不是用酚醛树脂浸渍。步骤如下：
将试样提供在塑料容器中，并将预先制备并由100份eprl20树脂(制造商：hexion)和34份eph960硬化剂(制造商：hexion)组成的环氧树脂混合物倒入其中。然后将100毫巴的真空施加于被浸没的试样历时1小时。然后在正常的空气压力下继续浸渗30分钟。在整个渗透时间内(室温下)将试样片完全浸没在溶液中。在浸渗环氧树脂后，取出试样并用纤维素布清洁其表面。浸渍有树脂的试样然后在干燥箱中在空气中和常压下在100℃下初始硬化2小时，然后在150℃下硬化3小时。树脂硬化后，试样的平均密度为1.40g/cm3(实施例4)。由于环氧树脂通过加聚反应硬化，所以硬化步骤后没有可测量的质量损失。
实施例5：
实施例5与实施例3的不同之处在于，碳生坯测试片通过浸没在呋喃树脂中而用呋喃树脂浸渍而不是用酚醛树脂浸渍。呋喃树脂浸渍相比于酚醛树脂浸渍的优点是呋喃树脂体系的粘度极低，即低于100mpas，因此可以容易地进行不施加任何压力的简单浸渍。步骤如下：
将试样提供在玻璃容器中，将预先制备并由一份马来酸酐(制造商：aug.hedingergmbh&co.kg)和10份糠醇(制造商：internationalfuranchemicalsbv)组成的溶液倒入其中。将试样片完全浸没在溶液中，整个浸渗时间为两小时(在室温下)。在糠醇/马来酸酐溶液渗透后，取出试样并用纤维素布清洁其表面。浸渍有树脂的试样然后在干燥箱中硬化。在此过程中，温度从50℃逐渐升高到150℃。实际的硬化过程如下：50℃下19小时，70℃下3小时，100℃下3小时，然后150℃下1.5小时。在硬化后，用呋喃树脂浸渍的测试片的平均密度经测定为1.31g/cm3(实施例5)。
对来自实施例1-5的所有测试片进行材料表征。这些测试的结果总结在下表中：
ad(g/cm3):根据iso12985-1确定的(几何)密度
er(ohmμm):根据din51911确定的电阻
ym3p(gpa):由三点弯曲试验确定的弹性模量(刚度)
fs3p(mpa):根据din51902确定的三点弯曲强度
ctert/150℃(μm/(m*k)):根据din51909的在室温和150℃之间测量的热膨胀系数
tc(w/(m*k)):根据din51908确定的在室温下的热导率
实施例1:硬煤焦油沥青焦，生坯另外用酚醛树脂浸渍，在900℃下碳化，随后在真空压力浸渍过程中最终由酚醛树脂压实。
实施例2:硬煤焦油沥青焦，生坯未经酚醛树脂浸渍，在900℃下碳化，然后在2400℃下石墨化，随后在真空压力浸渍过程中最终由酚醛树脂压实。
实施例3:乙炔焦，生坯在真空压力浸渍过程中最终由酚醛树脂直接压实。
实施例4:乙炔焦，生坯最终通过真空浸渍由环氧树脂体系直接压实。
实施例5:乙炔焦，生坯通过浸入式浸渍由呋喃树脂体系直接压实。
在实施例1和2中，因此存在连续的碳网络，因为焦粒子连接至无定形碳，或石墨化焦粒子连接至类似于石墨的碳。通过与实施例3、4和5比较，实施例1和2表现出电阻的显著降低，生坯的石墨化(实施例2)进一步降低电阻。类似地，由于热处理，导致部件的热导率也增加。
环氧树脂基质(实施例4)比酚醛树脂和呋喃树脂强；然而，酚醛树脂和呋喃树脂具有更高的温度和化学稳定性。关于浸渍中所牵涉的复杂性，用呋喃树脂浸渍可以简单地通过浸入式浸渍进行，而用酚醛树脂和环氧树脂浸渍由于粘度通常更高，必须通过真空浸渍工艺或真空压力浸渍工艺进行。