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Dokumentenidentifikation DE3318813C2 28.02.1991
Titel Verfahren zur Formung eines faserverstärkten Glasmatrix- oder Glaskeramikmatrix-Verbundgegenstands
Anmelder United Technologies Corp., Hartford, Conn., US
Erfinder Layden, George K., Wethersfield, Conn., US;
Prewo, Karl M., Vernon, Conn., US
Vertreter Kneißl, R., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 8000 München
DE-Anmeldedatum 24.05.1983
DE-Aktenzeichen 3318813
Offenlegungstag 01.12.1983
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.02.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.02.1991
IPC-Hauptklasse C03B 19/00

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formgebungsverfahren für faserverstärkte Glasmatrix- oder Glaskeramikmatrix- Verbundgegenstände, insbesondere für derartige Gegenstände von komplexer dreidimensionaler Form.

Infolge der Knappheit und der steigenden Kosten vieler üblicher Hochtemperatur-Konstruktionsmetalle hat man nicht- metallischen faserverstärkten Verbundmaterialien als Ersatz für übliche Hochtemperatur-Metallegierungen verstärkte Aufmerksamkeit gewidmet. Die Verwendung von Ersatzmaterialien für Metall, von hochfesten faserverstärkten Harz- Verbundmaterialien oder sogar hochfesten faserverstärkten Metallmatrix-Verbundmaterialien ist bereits so weit fortgeschritten, daß derartige Materialien für Produkte, beginnend bei Sportartikeln bis hin zu hochentwickelten Teilen von Düsenflugzeugen, kommerziell eingeführt sind. Eines der großen Probleme derartiger Verbundmaterialien liegt jedoch darin, daß ihre maximale Verwendungstemperatur begrenzt ist.

Keramik-, Glas- und Glaskeramik-Körper, die für Hochtemperatur-Anwendungszwecke verwendet werden können, sind dem Fachmann gut bekannt. Leider weisen derartige Körper jedoch häufig nicht die gewünschte mechanische Festigkeit auf und sind stets im Hinblick auf ihre Zähigkeit und Schlagfestigkeit unzureichend. Diese Situation hat dazu geführt, daß Körper aus Verbundmaterialien hergestellt wurden, die aus einer Matrix aus einem Keramik-, Glas- oder Glaskeramik- Material bestehen, in der anorganische Fasern in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Weise dispergiert sind. Derartige nachfolgend als Glasmatrix-Verbundmaterialien bezeichnete Materialien sind in der GB-PS 12 72 651 und den US-PS 41 58 687, 42 65 968, 43 14 852 und 43 24 843 beschrieben. Die in diesen Druckschriften beschriebenen Glasmatrix-Verbundmaterialien unter Verwendung von verstärkenden Kohlenstoffasern, Siliciumcarbidfasern oder Graphitfasern weisen physikalische Eigenschaften auf, die es gestatten, sie für verschiedene neue Anwendungszwecke, unter anderem in Wärmekraftmaschinen, einzusetzen, wobei teilweise beträchtliche Verbesserungen des Betriebsverhaltens erreicht werden. Anwendungen beispielsweise in Wärmekraftmaschinen machen es jedoch erforderlich, derartige Materialien zu komplex geformten Teilen zu verarbeiten, in denen die verstärkenden Fasern vorzugsweise in wenigstens drei Richtungen verteilt sind, um eine verbesserte dreidimensionale Festigkeit zu bewirken.

Obwohl auf dem Gebiet der Formgebung von Verbundmaterialien der genannten Art bereits große Fortschritte erzielt wurden, gibt es im Hinblick auf die Formung von Gegenständen mit komplexen dreidimensionalen Formen noch große Schwierigkeiten. In der Vergangenheit wurde eine kontinuierliche Faserverstärkung für Verbundgegenstände dadurch erreicht, daß man parallele Faserbänder, Filze und Papiere verwendete, die man mit Glas-Trägeraufschlämmungen tränkte, in die gewünschte Form schnitt, ausrichtete und dann in einer Form für das Warmpressen aufeinanderschichtete. Ein derartiges Verfahren ist jedoch für komplexere Formen ungeeignet, da auf diese Weise nur eine planare Anordnung der Fasern erreicht wird. Soweit eine Umformung vorgesehen ist, erfolgt diese durch Warmpressen. Bei einem derartigen Umformverfahren ist der Vorrat an herstellbaren Formen jedoch auf solche mit relativ einfacher Geometrie begrenzt. In der US-PS 42 65 968 wird außer dem Formpressen auch die Möglichkeit einer Formgebung durch Extrusion oder "pulltrusion" durch ein formgebendes Mundstück erwähnt. Auch dieses Verfahren gestattet keine Herstellung von Gegenständen mit komplexen dreidimensionalen Formen.

Nach den Verfahren des Standes der Technik werden ferner Gegenstände mit einer sorgfältigen Vororientierung der Faserverstärkung hergestellt. Eine derartige Vororientierung ist in vielen Fällen nicht erforderlich, und eine eher willkürliche Verteilung von z. B. kurzgeschnittenen Fasern könnte ebenfalls zu Produkten mit den gewünschten Festigkeitseigenschaften in drei Dimensionen führen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Formung eines faserverstärkten Glasmatrix- oder Glaskeramikmatrix-Verbundgegenstands, insbesondere eines derartigen Verbundgegenstands von komplexer Form, zu schaffen, das relativ schnell und einfach durchgeführt werden kann und die Beschränkungen von Warmpreßverfahren oder Extrusionsverfahren im Hinblick auf die Formen der erzeugbaren Gegenstände überwindet.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der genannten Art mit den Merkmalen des Kennzeichens von Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formung eines faserverstärkten Glasmatrix-Materials, das insbesondere für die Formung eines derartigen Materials in komplexen Formen (die z. B. gekrümmte Flächen oder Wände aufweisen) ausgelegt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Mischung aus Glaspulver und kurzgeschnittenen, hochtemperaturfesten Verstärkungsfasern oder Whiskern (Haarkristallen) in eine Form für eine derartige komplexe Gestalt eingespritzt. Dazu wird eine "Puppe" bzw. ein Block aus dem Glasmatrix-Material und den kurzgeschnittenen Fasern oder Whiskern einer Dichte, die etwa der des endgültigen Verbundstoffes entspricht, im voraus hergestellt. Derartige Blöcke können direkt aus dem Glaspulver - kurzgeschnittene Fasern(oder Whisker-) -Verbundstoff hergestellt werden, oder es kann ein polymeres Bindemittel verwendet werden. Wenn ein polymeres Bindemittel verwendet wird, werden die Blöcke oder Puppen dadurch geformt, daß man die Fasern oder Whisker in eine Aufschlämmung aus Glaspulver, einem polymeren Bindemittel und einer Trägerflüssigkeit einmischt. Nach dem Mischen wird die Materialmischung getrocknet, um das Trägerflüssigkeits-Volumen zu vermindern. Das auf diese Weise getrocknete Material wird dann zur Verminderung des Volumens kaltgepreßt. Danach wird es in eine Warmpreß-Form gegeben und die Temperatur wird erhöht, um die restliche Trägerflüssigkeit und das Bindemittel abzutreiben. Dieses Material wird anschließend unter Erzeugung des gewünschten Blocks warmgepreßt. Dieser Block oder "Puppe" ist danach fertig für seine Verwendung beim Spritzgießen.

Die Mischung aus Glaspulver und kurzgeschnittenen Fasern oder Whiskern oder die vorgeformte Puppe wird als nächstes in eine Spritzgußmaschine gegeben, und die Temperatur der Puppe wird soweit erhöht, daß das Glas erweicht und in eine erhitzte Form für die gewünschte Gestalt eingespritzt werden kann. Diese Einspritzung wird als nächstes durchgeführt, wonach man die Form auf eine Temperatur unterhalb des unteren Kühlpunkts des Glases abkühlen läßt, wonach das Teil aus der Form ausgeworfen oder in anderer Weise entfernt wird. Das erhaltene Produkt weist eine dreidimensionale Faserorientierung und Festigkeit auf.

Die obigen Ausführungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbare Form für eine komplexe axialsymmetrische Gestalt,

Fig. 2 die verschiedenen Teile der auseinandergebauten Form,

Fig. 3 ein geformtes Endprodukt.

Obwohl jedes beliebige Glas, das den erfindungsgemäßen Verbundstoffen eine hohe Temperaturfestigkeit verleiht, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wurde festgestellt, daß ein Aluminiumsilikatglas mit der Nennzusammensetzung 57% SiO2, 16% Al2O3, 10% CaO, 7% MgO, 6% BaO und 4% B2O3 für das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut geeignet ist. In ähnlicher Weise erwies sich ein Borsilikatglas und ein Glas mit hohem Siliciumgehalt von etwa 96 Gew.-% Siliciumdioxid, das durch Auslaugen des Bors aus einem Borsilikat-Glas erhalten wurde, als besonders bevorzugtes borsilikat- bzw. hochsiliciumdioxidhaltiges Glas. Während das Borsilikat-Glas und das Aluminiumsilikat-Glas in Form der handelsüblichen -0,044 mm Teilchen verwendet werden können, wurden die gewünschten Eigenschaften für die Verbund-Gegenstände mit dem hochsiliciumdioxidhaltigen Glas nur dann in befriedigender Weise erreicht, wenn das Glas vorher mehr als 100 Stunden in einer Kugelmühle in Propanol gemahlen worden war. Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß auch Mischungen der oben erwähnten Gläser verwendet werden können.

Ein anderes attraktives Matrix-Material für das erfindungsgemäße Verfahren ist ein glaskeramisches Material. Während der Verbundstoff-Verdichtung wird die Matrix im Glaszustand gehalten, wodurch eine Zerstörung der Fasern vermieden wird und eine Verdichtung bei niedrigen angewandten Drucken gefördert wird. Nach der Verdichtung zu der gewünschten Konfiguration aus Faser + Matrix kann die Glasmatrix in den kristallinen Zustand überführt werden, wobei das Ausmaß und der Grad der Kristallisation von der Matrixzusammensetzung und dem Programm der Wärmebehandlung gesteuert wird. Auf die beschriebene Weise kann eine große Anzahl von glaskeramischen Materialien verwendet werden, wobei jedoch bei der Verwendung von Siliciumcarbid-Fasern eine strenge Begrenzung hinsichtlich der Menge und Aktivität des Titans, das in dem Glas vorliegt, von ausschlaggebender Bedeutung ist. Wenn demzufolge Siliciumcarbid-Fasern und Titandioxid-Keimbildungsmittel verwendet werden, muß das Titandioxid desaktiviert werden oder unterhalb eines Anteils von 1 Gew.-% gehalten werden. Das kann dadurch erreicht werden, daß man einfach als Ersatz ein anderes Keimbildungsmittel wie Zirkoniumoxid an Stelle des üblichen Titandioxids verwendet, oder daß man ein Mittel zusetzt, das die Reaktivität des Titandioxids gegenüber der Siliciumcarbidfaser maskiert. Es ist jedoch in jedem der Fälle erforderlich, entweder die Wirkungen des Titandioxids auf die Siliciumcarbidfaser auszuschließen oder zu maskieren, um ein Verbundmaterial mit guten Hochtemperaturfestigkeits-Eigenschaften zu erhalten.

Während übliches Lithium-Aluminiumsilikat das bevorzugte glaskeramische Material ist, können auch andere übliche glaskeramische Materialien wie Aluminiumsilikat, Magnesium- Aluminiumsilikat und Kombinationen der obengenannten Materialien verwendet werden, solange das keramische Matrixmaterial titanfrei ist (weniger als etwa 1 Gew.-%) oder maskiert ist (vergl. US-PS 43 24 843).

Im allgemeinen kann das glaskeramische Ausgangsmaterial im Glaszustand in Pulverform erhalten werden. Wenn jedoch das keramische Material in kristalliner Form erhalten wird, ist es erforderlich, das Material zu schmelzen und es in den Glaszustand zu überführen, es dann zu verfestigen und anschließend in Pulverform zu zerstampfen, vorzugsweise bis zu einer Teilchengröße von etwa -0,044 mm Teilchengröße, bevor man die erfindungsgemäß zu verwendenden Aufschlämmungen bereitet. Bei der Auswahl eines glaskeramischen Materials ist es wichtig, daß eins ausgewählt wird, das im Glaszustand verdichtet werden kann, wobei die Viskosität niedrig genug ist, eine vollständige Verdichtung mit anschließender Überführung in einen im wesentlichen vollständig kristallinen Zustand zuzulassen. Es ist jedoch auch möglich, das kristalline Pulver-Ausgangsmaterial während einer Wärmevorbehandlung in den Glaszustand zu überführen, bevor man zum Zwecke der Verdichtung einen Druck anlegt.

Obwohl bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedes beliebige Fasermaterial mit hoher Temperaturbeständigkeit verwendet werden kann, wie beispielsweise Graphit, Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid, sind Siliciumcarbidfasern ganz besonders bevorzugt. Ein Multifilament- Siliciumcarbid-Garn mit einem mittleren Faserdurchmesser bis zu 50 µm, beispielsweise 5 bis 50 µm, ist ganz besonders bevorzugt. Ein derartiges Garn mit etwa 250 Fasern pro Werggarn und einem mittleren Faserdurchmesser von etwa 10 µm ist ein Handelsprodukt. Die durchschnittliche Festigkeit der Faser beträgt etwa 2000 MPa, und seine Einsatztemperatur erstreckt sich bis hinauf zu 1200°C. Das Garn weist eine Dichte von etwa 2,6 g/cm3 auf und einen Elastizitätsmodul von etwa 221 GPa.

Vor ihrer Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine derartige Faser auf eine Länge kurzgeschnitten, die für die zu verwendende Form geeignet ist. Die gewählte Faserlänge hängt von der geringsten Dicke der Wand des zu formenden Teils ab. Die Formzusammensetzung muß durch eine derartige Formwand hindurchtreten und die Fasern sollten kurz genug sein, um sicherzustellen, daß es bei dem Durchtritt durch derartige Formbereiche zu keiner Klumpenbildung oder Blockierung kommt. Typischerweise weisen derartige Fasern eine Länge von weniger als 19,05 mm auf, und für eine Formwand-Dicke von etwa 2,54 mm wurden beispielsweise Fasern einer Länge von weniger als 12,7 mm verwendet. Faser-Whisker können ebenfalls verwendet werden.

Eine einfache mechanische Mischung von kurzgeschnittenen Fasern (oder Whiskern) mit Glaspulver, wie sie in einem geeigneten Mischer erzeugt werden kann, bildet eine Formmasse, die es aufgrund ihrer sehr geringen Dichte (typischerweise von etwa 10% der Dichte des geformten Gegenstandes) erforderlich macht, eine sehr große Formvorrichtung mit einem wesentlichen Zusammendrück-Vermögen zu verwenden. Eine geeignetere Formmasse bilden daher die erfindungsgemäß einzusetzenden Pellets, Blöcke oder geeignet geformten Puppen eines vollständig verdichteten Verbundmaterials, die durch Warmpressen oder isostatisches Warmpressen, wie weiter unten beschrieben, erzeugt wurden.

Für die vorliegende Erfindung kann jedes beliebige polymere Bindemittel, das sich leicht in dem jeweiligen gewählten Trägermaterial löst oder dispergieren läßt und zur Erleichterung des Kaltpressens eine ausreichende Schmierfähigkeit aufweist, verwendet werden. Polyethylenglykole erwiesen sich als besonders geeignete Bindemittelmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren. Demgemäß kann jedes beliebige Trägermaterial, das mit derartigen Bindemitteln kompatibel ist, verwendet werden, wobei Wasser bevorzugt ist.

Obwohl die Mengen der Materialien variieren können, wird die Aufschlämmung im allgemeinen so hergestellt, daß die Mischung aus Glaspulver, Bindemittel und Trägerflüssigkeit eine steife Mischung ergibt, wenn sie den Fasern zugesetzt wird. Typischerweise ist die Menge des zugesetzten Glases so, daß eine Konzentration der Fasern von etwa 15 bis etwa 50 Vol.-% erhalten wird, nachdem die Trägerflüssigkeit und das Bindemittel entfernt wurden. Typischerweise werden pro g -0,044 mm Glaspulver in der Aufschlämmung etwa 0,75 ml Trägerflüssigkeit (vorzugsweise Wasser) und etwa 0,1 g organisches Bindemittel verwendet. Der endgültig geformte Gegenstand enthält im allgemeinen von etwa 50 bis 85 Vol.-% Glasmatrix, vorzugsweise etwa 70 Vol.-%.

Wenn man die Aufschlämmung aus Glas, Bindemittel und Wasser mit den Fasern vermischt, ist es bevorzugt, die Aufschlämmung über die Masse der kurzgeschnittenen Fasern zu gießen und mit geeigneten Vorrichtungen oder Werkzeugen zu vermischen. Wenn die oben angegebenen typischen Mischungsanteile verwendet werden, wird dabei festgestellt, daß die auf die Bestandteile einwirkende Rühr- und Umschütt-Einwirkung auf die Mischungsbestandteile dazu dient, die steife Mischung in Agglomerate aufzubrechen, deren Größe durch die Faserlänge wiedergegeben wird. Es wird ebenfalls festgestellt, daß die Aufschlämmung nicht von den Agglomeraten abfließt, wenn die Mischung abgeschlossen ist.

Nach der Bildung der Agglomerate werden die Trägerflüssigkeit und das Bindemittel ohne Beschädigung der Fasern entfernt. Im Falle von Siliciumcarbid- oder Aluminiumoxid- Fasern ist eine Luftatmosphäre geeignet, während Kohlefasern die Atmosphäre eines Inertgases wie Argon benötigen. Ein Erhitzen wird durchgeführt, um zuerst die Trägerflüssigkeit zu entfernen, dann das Bindemittel zu zersetzen und abzutreiben und schließlich die Temperatur soweit zu steigern, daß das Glaspulver zu sintern beginnt. Das verhindert es, daß sich bei der nachfolgenden Handhabung die Glasbestandteile von den Agglomeraten ablösen. Das erhaltene Produkt kann dann warmgepreßt werden, um geeignete Puppen für das Spritzgießen zu formen.

Das bevorzugte Verfahren besteht jedoch darin, die Mischung aus Glas, Bindemittel, Trägerflüssigkeit und Fasern zu nehmen und zu trocknen, um ihren Wassergehalt zu vermindern, z. B. auf weniger als 25 Gew.-%, typischerweise auf etwa 10 Gew.-% Wassergehalt. Diese getrocknete Mischung wird dann in einer geeigneten Form kaltgepreßt, so daß eine Volumenverminderung bewirkt wird, z. B. um weniger als die Hälfte und typischerweise auf etwa 25% des Originalvolumens. Wenn der Preßstempel zurückgezogen wird, beobachtet man dabei ein geringfügiges Zurückfedern von etwa 5%.

In einer derartigen Form wird die Temperatur erhöht, um das restliche Wasser und das Bindemittel abzutreiben. Die Wandreibung verhindert während dieses Entgasens ein weiteres Zurückfedern. Anschließend wird ein Warmpressen bis auf die Dichte durchgeführt, die für das Endprodukt gewünscht ist. Dieses Verfahren einer kalten Vorverfestigung mit anschließendem Warmpressen ist sehr wirtschaftlich, da der Hauptteil der Verfestigung in einem relativ kostengünstigen Kaltpreß-Schritt bewirkt wird, weshalb eine sehr viel kleinere Warmpresse benötigt wird.

Der Block oder die Puppe ist nunmehr fertig für das Spritzgießen. In einer geeignet ausgeführten Spritzgußmaschine wird die Temperatur der Glas-Faser-Puppe auf wenigstens die Temperatur des Erweichungspunkts des Matrixglases angehoben. Danach erfolgt das Spritzgießen in eine erhitzte Form für die gewünschte Gestalt, wonach man die Form auf eine Temperatur in der Nähe des unteren Kühlpunkts des Glases abkühlen läßt, und der fertige Gegenstand wird aus der Form ausgeworfen oder in anderer Weise aus dieser entfernt.

Beispiel

Zu 58,7 g Siliciumcarbidfasern von 12,7 mm Länge wurde eine Aufschlämmung aus 176,1 g Aluminiumsilicatglaspulver einer Größe von -0,044 mm, 132,1 ml Wasser und 17,6 g Polyethylenglykol gegeben. Die Mischung wurde durch Umrühren und Umschütten mit einem Löffel vermischt. Nachdem sie auf einen Wassergehalt von etwa 10 Gew.-% getrocknet worden war, wurde die Mischung an einen Behälter aus nicht-rostendem Stahl für das spätere isostatische Warmpressen kaltgepreßt. Der Behälter wurde dann entgast, verschlossen und bei einem Druck von 68,9 MPa bei einer Temperatur von 1200°C für eine 1/2 Std. in einer isostatischen Warmpresse gepreßt. Aus Graphit wurde eine vierteilige Spritzguß-Vorrichtung in der Gestalt eines komplexen axialsymmetrischen Isolators aus einem Düsentriebwerks-Zünder gedreht. Diese ist in einer Draufsicht in Fig. 1 gezeigt, während Fig. 2 die einzelnen Teile mit den entsprechenden Bezugszeichen zeigt. Aus den Figuren ist zu erkennen, was für komplizierte Formen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können. Die Bezugszeichen 1, 3 und 4 bezeichnen dabei den Form- oder Druckguß-Bereich, und 2 bezeichnet den Preßkolben. Das Volumen des Formbereichs 5 wurde sorgfältig ermittelt, und ein Block des oben beschriebenen Formmaterials identischen Volumens wurde aus dem durch isostatisches Warmpressen erzeugten Block geschnitten und in dem Behälter für die Preßmasse angeordnet, der dem in Fig. 1 dargestellten Bereich 2 entspricht, wobei dieser Bereich in Fig. 1 von dem Preßkolben eingenommen wird. Die Spritzgußvorrichtung wurde dann in eine Vakuum-Warmpresse gegeben und auf 1300°C erhitzt, und ein Druck, für den ein Wert von 13,8 MPa errechnet wurde, wurde auf den Preßkolben ausgeübt und 10 Min. aufrechterhalten. Die Beheizung wurde dann abgeschaltet, und man ließ die zusammengebaute Vorrichtung auf Raumtemperatur abkühlen. Das spritzgegossene Teil wurde aus der Form entfernt und der innere Dorn wurde herausgeschnitten. An dem Teil anhaftender Rest-Kohlenstoff wurde durch Erhitzen an der Luft auf eine Temperatur von 650°C und anschließendes Sandstrahlen zur Entfernung des weißen Ascherückstandes entfernt. Das fertige geformte Teil ist in Fig. 3 gezeigt. Die Muster der Siliciumcarbid-Fasern sind auf der sandgestrahlten Oberfläche klar zu erkennen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nicht nur ein Verfahren geschaffen, das in einfacher Weise der Herstellung von komplex geformten Gegenständen aus faserverstärkten Glasmatrix-Verbundstoffen in der Massenproduktion angepaßt werden kann, sondern der erhaltene Gegenstand weist infolge der dreidimensionalen willkürlichen Orientierung der Fasern auch eine ungewöhnliche dreidimensionale Festigkeit auf.

Typische komplexe Formen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden können, sind Zylinderformen wie Gewehrläufe, Hohlbehälter wie beispielsweise Becher, Zündkerzen und Zünder-Isolatoren und andere Teile für Antriebsmaschinen mit innerer Verbrennung usw. Die erfindungsgemäßen Gegenstände weisen auf Grund der Zusammensetzung ihrer Bestandteile ferner eine ganz besondere Nützlichkeit als Hochtemperatur-Konstruktionsteile für Umgebungen auf, in denen eine Oxidationsbeständigkeit, hohe Festigkeit und Zähigkeit erforderlich sind, beispielsweise als Teile für Gasturbinen-Triebwerke oder für einen Motor mit Innenverbrennung.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Formung eines faserverstärkten Glasmatrix- oder Glaskeramikmatrix-Verbundgegenstands, insbesondere eines derartigen Verbundgegenstands von komplexer Form, dadurch gekennzeichnet, daß man

    50 bis 80 Vol.-% eines Pulvers aus einem Glas mit hohem Siliciumgehalt, einem Borsilicatglas, einem Aluminiumsilikatglas oder einem glaskeramischen Material im Glaszustand mit hochtemperaturfesten kurzgeschnittenen Verstärkungsfasern aus Graphit, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid sowie gegebenenfalls zusätzlich einem polymeren Bindemittel und einer Trägerflüssigkeit dafür mischt,

    die erhaltene Mischung durch Warmpressen in etwa auf die Enddichte des Verbundgegenstands verdichtet,

    die verdichtete Mischung auf eine Temperatur über der Erweichungstemperatur des Glases erhitzt,

    die wärmeerweichte Mischung in eine erhitzte Form für eine vorgegebene Gestalt einspritzt,

    diese Form auf eine Temperatur unter der unteren Kühltemperatur des Glases abkühlen läßt und

    das geformte Teil, das eine dreidimensionale Faserorientierung und Festigkeit aufweist, aus der Form entfernt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die zusätzlich ein polymeres Bindemittel und eine Trägerflüssigkeit enthaltende Mischung vor dem Warmpressen trocknet, die getrocknete Mischung unter Verminderung ihres Volumens kaltpreßt und die kaltgepreßte Mischung so weit erwärmt, daß die Trägerflüssigkeit verdampft und das polymere Bindemittel zersetzt und entfernt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man in der zusätzlich ein polymeres Bindemittel und eine Trägerflüssigkeit enthaltenden Mischung als Trägerflüssigkeit Wasser, als Glas ein Aluminiumsilicatglas mit einer Teilchengröße von kleiner als 0,044 mm, als Faser eine Siliciumcarbidfaser und als Bindemittel ein Polyethylenglycol verwendet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung auf einen Trägerflüssigkeitsgehalt von etwa 10 Gew.-% trocknet und die derart getrocknete Mischung beim Kaltpressen auf etwa 25% ihres ursprünglichen Volumens verdichtet.






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