AT525455A4 - Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes - Google Patents

Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes Download PDF

Info

Publication number
AT525455A4
AT525455A4 ATA50170/2022A AT501702022A AT525455A4 AT 525455 A4 AT525455 A4 AT 525455A4 AT 501702022 A AT501702022 A AT 501702022A AT 525455 A4 AT525455 A4 AT 525455A4
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
weight
starting material
inorganic
proportion
fibers
Prior art date
Application number
ATA50170/2022A
Other languages
English (en)
Other versions
AT525455B1 (de
Inventor
Wagner Dr -Ing Peter
Hofer Christoph
Horejsi Konstantin
Original Assignee
Isovolta
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Isovolta filed Critical Isovolta
Priority to ATA50170/2022A priority Critical patent/AT525455B1/de
Priority to PCT/EP2023/056179 priority patent/WO2023174822A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT525455A4 publication Critical patent/AT525455A4/de
Publication of AT525455B1 publication Critical patent/AT525455B1/de

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/04—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with articles made from glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B18/00—Layered products essentially comprising ceramics, e.g. refractory products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/42—Glass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/46—Rock wool ; Ceramic or silicate fibres
    • C04B14/4618—Oxides
    • C04B14/4631—Silica
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/14—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silica

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

Ein Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines Faser- Keramik-Verbundes enthält 40 Gew.-% bis 55 Gew.-% anorganische Fasern aus SiO2 und/oder Al2O3, 40 Gew.-% bis 50 Gew.-% anorganische Oxide und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% Wasser, wobei die anorganischen Oxide zumindest 60 Gew.-% SiO2 und maximal 25 Gew.-% Al2O3 enthalten. Anorganische Fasern werden hierzu mit einer Suspension enthaltend Wasser, gemahlene anorganische Oxide und vorzugsweise Polyvinylalkohol in Kontakt gebracht. Das Vormaterial kann zu einem späteren Zeitpunkt bei einer Temperatur von etwa 1000°C, insbesondere bei einer Temperatur von 900 bis 990°C, gesintert werden. Der so hergestellte Faser-Keramik-Verbund enthält anorganische Fasern und eine oxidische Keramik-Matrix, wobei die anorganischen Fasern aus SiO2 und Al2O3 bestehen, wobei die oxidische Keramik-Matrix zu 100 % aus anorganischen Oxiden besteht, wobei der Anteil an SiO2 zumindest 60 Gew.-% und der Anteil an Al2O3 maximal 25 Gew.-% beträgt.

Description

Mineralfasern, und eine oxidische Keramik-Matrix.
Es ist bekannt, anorganische Fasern zur Verstärkung von Keramik einzusetzen, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Faser-Keramik-Verbundes und somit dessen Produkteigenschaften wie Dehnbarkeit, Bruchzähigkeit und
Thermoschockbeständigkeit erheblich verbessert werden.
Als anorganische Fasern werden beispielsweise solche überwiegend aus Al‚,Oz3 verwendet, die bei der Herstellung des Faser-Keramik-Verbundes in eine Matrix überwiegend aus Al,Oz;
eingebettet werden.
Weiters ist es bekannt, die Fasern und auch die Matrix im Verbund aus einer Mischung aus Al,‚,O3 und SiO, bereit zu stellen. Bei einer derartigen Mischung muss allerdings ein Kompromiss zwischen den Eigenschaften, die durch die jeweilige Oxid-
Komponente erzeugt werden, gefunden werden.
Mit faserverstärkter Keramik steht ein Werkstoff zur Verfügung, der gewichtige Nachteile konventioneller, technischer Keramik - nämlich deren geringe Bruchzähigkeit und hohe Temperaturempfindlichkeit - nicht mehr aufweist. Anwendungsentwicklungen haben sich folglich auf Gebiete konzentriert, in denen Zuverlässigkeit bei hohen, für Metalle nicht mehr zugänglichen, Temperaturen - insbesondere über 1000°C — bei abrasiven, d.h. Verschleiß erzeugenden Belastungen gefordert sind. Folgende Schwerpunkte haben sich
in Entwicklungen und Anwendungen bisher ergeben:
— Bauteile für die Brennertechnik und Heißgasführungen aus oxidischer Verbundkeramik.
—- Bremsscheiben für hoch belastete Scheibenbremsen, die auf der Reibfläche extremen Thermoschockbedingungen ausgesetzt sind.
— Komponenten für Gleitlager mit hoher Korrosions- und
Verschweißbelastung.
Nachteilig bei bekannten, faserverstärkten Keramiken ist
jedoch, dass diese hohe Herstellungskosten verursachen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Vormaterial für einen Faser-Keramik-Verbund mit oxidischer Matrix und einer oxidischen und/oder mineralischen Faser bereit zu stellen, der im Vergleich zu einem bekannten, insbesondere aus Oxiden hergestellten Verbund ‚optimierte Eigenschaften aufweist und
kostengünstig hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Vormaterial gelöst, das die Merkmale des Anspruches 1 aufweist, durch ein Verfahren, das die Merkmale des Anspruches 12 aufweist, durch eine Verwendung eines Vormaterials gemäß Anspruch 15 sowie durch einen Faser-
Keramik-Verbund, der die Merkmale des Anspruches 16 aufweist.
Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass 100 Gew.-% Vormaterial — 40 Gew.-% bis 55 Gew.-%, insbesondere 44 Gew.-% bis 50 Gew.%-, anorganische Fasern aus Si0O, und/oder Al,O;, — 40 Gew.-% bis 50 Gew.-%, insbesondere 42 Gew.-% bis 48 Gew.-%, anorganische Oxide und
o o
—- 5 Gew.-% bis 15 Gew.-%, insbesondere 7,5 Gew.-% bis 9 Gew.-%, Wasser enthalten und dass 100 Gew.-% der anorganischen Oxide zumindest 60 Gew.-
% SiIiO, und maximal 25 Gew.-% Al‚,O3z3z enthalten.
Ein wichtiger Kostenfaktor beim Herstellen eines FaserKeramik-Verbundes liegt in den Energiekosten für das Sintern. Im Gegensatz zu bekannten faserverstärkten Keramiken, bei denen die Fasern und auch die Matrix im Verbund aus einer Mischung überwiegend aus Al‚,O3 und nur zu einem geringen Anteil an SiO, bestehen, liegt der Vorteil an einem erfindungsgemäß vorgesehenen, überwiegenden Anteil an Si0O,; insbesondere darin, dass die Fasern sowie die Matrix bei relativ geringen Temperaturen und somit wesentlich kostengünstiger gesintert werden können, ohne dass die mechanischen Eigenschaften und
die Bearbeitbarkeit negativ beeinträchtigt werden.
Fasern, Oxide und Wasser müssen sich im Vormaterial nicht auf 100 Gew.-% aufaddieren, da das Vormaterial Je nach Herstellungsverfahren auch gewisse Gewichtsprozente an z.B. Polyvinylalkohol aufweisen kann. Zudem kann das Vormaterial im lagerfähigen Zustand eine Folie aufweisen, die beispielsweise aus Polyethylen oder Polypropylen besteht und deren Gewicht jedoch als vernachlässigbar angesehen werden kann. Je leichter
die Folie, desto besser.
Die Einstellung der einzelnen Gewichtsprozente an Fasern, Oxiden und Wasser und gegebenenfalls an Polyvinylalkohol kann je nach Anforderungen gewählt werden. Beim Anwendungsgebiet
für z.B. die Spitze einer Weltraumrakete kann ein höherer
Flächengewichten eingestellt werden.
Die Gewichtsprozente an Oxiden können insbesondere in Abhängigkeit der gewünschten Gewichtsprozente an Fasern gewählt und beispielsweise durch die Verweildauer der Fasern
in einem Matrixbad entsprechend eingestellt werden.
Die Gewichtsprozente an Wasser können Je nach gewünschter Klebefähigkeit des Vormaterials gewählt und beim Herstellen des Vormaterials beispielsweise durch die Verweildauer der Fasern in einem Matrixbad und/oder durch nachfolgendes Pressen einer Bahn aus Faser-Matrix-Mischung entsprechend eingestellt
werden.
Im Rahmen der Erfindung kann das Vormaterial ca. 1 bis 1,5 Gew.-% an Polivinylalkohol enthalten, wobei diese Gewichtsprozente wie die Gewichtsprozente an Wasser
eingestellt werden können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei den anorganischen Oxiden der Anteil an Si0O, zumindest 65 Gew.-%, insbesondere zumindest 70 Gew.-%, vorzugsweise 72 bis 77 Gew.-%, besonders bevorzugt ca. 73 bis 75 Gew.-%, beträgt. In einer bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Anteil an Al‚,O3z im
o
Bereich von 15 bis 20 Gew.-% liegt.
werden.
Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Vormaterial zusätzliche anorganische Oxide ausgewählt aus der Gruppe TiO,, Fe,O3, CaO, MgO, K,O und Naz0 enthält. Vorteilhaft daran ist, dass als Ausgangsrohstoff verschiedene Arten an Steingut, dessen Zusammensetzung sich ändern kann, verwendet
werden können.
In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass bei den anorganischen Fasern der Anteil an SiO,; zumindest 60 Gew.-% und der Anteil an Al,O3 maximal 25 Gew.-% beträgt, insbesondere dass der Anteil an Si0O, zumindest 65 Gew.-%, insbesondere zumindest 70 Gew.-%, beispielsweise 85 Gew.-% beträgt und der Anteil an Al‚,O3 im Bereich von 15 bis 20 Gew.-% liegt. Wenn sowohl bei den Fasern als auch bei den anorganischen Oxiden der Anteil an SiO, ähnlich groß ist, besteht der Vorteil, dass eine „Schlichte“ entfallen kann. Wenn zudem der Anteil an Si0O,; gegenüber dem Anteil an AlLlL,O3:
dominierend ist, besteht der Vorteil, dass sich die
Matrixmischung besonders gut an die Fasern anbinden kann.
Im Rahmen der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass bei den anorganischen Fasern der Anteil an SiO, 20 bis 30 Gew.-%, insbesondere 25 Gew.-%, beträgt und der Anteil an Al‚,O0; 70 bis
80 Gew.-%, insbesondere 75 Gew.-%.
sein.
Um die Lagerfähigkeit des Vormaterials zu verbessern, kann das Vormaterial im Rahmen der Erfindung die Form einer flächigen, aufrollbaren Bahn haben, wobei die Ober- und Unterseite der Bahn jeweils durch eine Folie gebildet ist und die anorganischen Fasern, die anorganischen Oxide und der Wasseranteil zwischen den Folien vorliegen oder wobei die
Ober- oder Unterseite der Bahn durch eine Folie gebildet ist.
Erfindungsgemäß wird das Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes in einem Verfahren
umfassend die folgenden Verfahrensschritte hergestellt:
a) Herstellen einer Suspension umfassend Wasser und gemahlene, anorganische Oxide und vorzugsweise Polyvinylalkohol zur späteren Ausbildung einer oxidischen Keramik-Matrix,
b) In-Kontakt-Bringen von anorganischen Fasern in die nach Schritt a) hergestellte Suspension und
c) Herstellen eines lagerstabilen Vormaterials für den Faser-Keramik-Verbund unter Anwendung von erhöhtem
Druck.
Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die gemahlenen, anorganischen Oxide zur Ausbildung der oxidischen
Keramik-Matrix aus Steingut gewonnen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Fasern in Schritt b) in Form einer flächigen Bahn einen Behälter durchlaufen, der die nach Schritt a)
hergestellte Suspension beinhaltet, und dass in Schritt c) die
und die Bahn kann besser gelagert werden.
Erfindungsgemäß wird das Vormaterial zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes verwendet, indem folgender
Verfahrensschritt ausgeführt wird:
d) Sintern des Vormaterials bei einer Temperatur von etwa 1000°C, insbesondere bei einer Temperatur von 900 bis
990°C, zur Ausbildung einer oxidischen Keramik-Matrix.
Die erfindungsgemäße Matrix ist zwischen 900 und 1100°C sinterbar. Im Falle eines Verbundes bestimmt Jedoch das schwächste Glied die Sintertemperatur, in diesem Fall die Faser. Die mechanische Festigkeit von SiO,-Fasern sinkt rapide bei Temperaturen über 990°C. Die Erfindung zeichnet sich jedoch durch eine besondere Balance zwischen Temperaturstabilität in der Herstellung und mechanischen
Eigenschaften im fertigen Verbund aus.
Erfindungsgemäß wird ein Faser-Keramik-Verbund umfassend anorganische Fasern und eine oxidische Keramik-Matrix vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die
anorganischen Fasern aus Si0O, und Al‚,O; bestehen und die
o
oxidische Keramik-Matrix zu 100 % aus anorganischen Oxiden
o
besteht, wobei der Anteil an SiO;, zumindest 60 Gew.-% und der
o
Anteil an Al‚,O3 maximal 25 Gew.-% beträgt.
werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verbundes ist vorgesehen, dass die Anteile der anorganischen Fasern und die Anteile der oxidischen Keramik-Matrix in einem Bereich zwischen 30 und 70 Gew.-%, bevorzugt zwischen 40 und 60 Gew.%, insbesondere zwischen 35 und 65 Gew.-%, bezogen auf 100
o
Gew.-% liegen.
Die einzelnen Gewichtsprozente an Fasern und Oxiden können Je nach Anforderungen gewählt werden. Beim Anwendungsgebiet für z.B. die Spitze einer Weltraumrakete kann für eine bessere mechanische Stabilität ein Anteil an Fasern von ca. 65 Gew.-—% gewählt werden, wogegen beim Anwendungsgebiet für eine Opferlage einer Batteriehülle ein Anteil an Fasern von ca. 35
Gew.-% gewählt werden kann, da dann die mechanische Stabilität
weniger von praktischer Bedeutung ist.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, in der schematisch eine erfindungsgemäße Anlage mit ihren wesentlichen Bauteilen
dargestellt ist.
Zur Herstellung der Keramik-Matrix wird Steingut zu einer
Korngröße von beispielsweise 9 wm vermahlen. Das verwendete
Steingut kann beispielsweise aus folgenden Oxiden bestehen:
Die eingesetzten, anorganischen Fasern bestehen aus Si0O, oder Al‚,O3. Bevorzugt können die Fasern eine Mischung aus Al‚,O3 und SiO, enthalten, wobei der Anteil an AlL‚,O3 beispielsweise bei 75% und der Anteil an SiO, bei 25% liegt. Die anorganischen Fasern können als Gewebe, Gelege, Vlies, Filz, Gestrick, Geflecht, in Form einer Wicklung oder als unidirektionale Faserschicht
angeordnet sein.
Die Fasern werden von einer Abwickeleinheit 1 kontinuierlich abgewickelt und über Führungsrollen 2 in ein Matrixbad geführt. Das Matrixbad umfasst eine Tränkwanne 3, in der eine Mischung aus Wasser und Polyvinylalkohol vorliegt, in die das gemahlene Steingut eingetragen wird. Die Temperatur im Matrixbad kann ca. 20 bis 40°C betragen. In der Tränkwanne 3 kann eine Umwälzpumpe vorgesehen sein, um Sedimentierungen zu
vermeiden.
Durch das verwendete Flächengewicht der Fasern, z.B. 300 g/m* oder 400 g/m?, können die Gewichtsprozente der Fasern eingestellt werden. Durch die Verweildauer der Fasern im Matrixbad können die Gewichtsprozente an Wasser und
Polivinylalkohol beeinflusst werden.
Die Faser-Matrixmischung, die bereits nach Austritt aus der Tränkwanne 3 als Vormaterial bezeichnet werden kann, wird nach dem Matrixbad durch wenigstens ein Pressrollenpaar 4 zum Ausbüben eines Anpressdruckes geführt. Durch den Anpressdruck wird die Suspension in die anorganischen Fasern gedrückt, sodass die Oxide für die Ausbildung der Keramik-Matrix in die Fasern eingebracht werden. Zudem können die Gewichtsprozente an Wasser und Polivinylalkohol weiter beeinflusst werden. Das
Pressrollenpaare kann leicht gekühlt sein, beispielsweise auf
ca. 15°C. Der Abstand der Pressrollen kann je nach
Flächengewicht der verwendeten Fasern eingestellt werden.
Nach der Tränkwanne 3 und dem Pressrollenpaar 4 sind weitere Führungsrollen 2 vorgesehen, über die das bahnenförmige Vormatrial zu einer Lagereinheit 5, beispielsweise eine Rolle
zum Aufwickeln des Vormaterials, geführt wird.
Wenigstens eine weitere Führungsrollen 2 kann eine Vorratsrolle 6 für eine abziehbare Folie (beispielsweise silikonisiert oder gewachst) sein, um die Oberseite 7 oder die Unterseite 8 des Vormaterials mit einer Folie zu beziehen, so dass das Vormaterial besser gelagert werden kann. Es kann auch ein Rollenpaar an Vorratsrollen 6 für eine abziehbare Folie vorgesehen sein, um die Oberseite 7 und die Unterseite 8 des Vormaterials mit einer Folie zu beziehen. Im letzteren Beispiel erfolgt durch den dort erzeugten Anpressdruck eine weitere Verfestigung des Vormaterials, sodass auch über einen längeren Zeitraum eine Lagerung bei entsprechender
Raumtemperatur möglich ist.
Das Vormaterial kann nach dem Pressen beispielsweise 44 Gew.-% an Fasern, 47 Gew.-% an Oxiden, 8, Gew.-% an Wasser und 0,5 Gew.-% an Polyvinylalkohol enthalten, wobei die
Gewichtsprozente an Folie vernachlässigt werden können.
Das Vormaterial kann unmittelbar nach dessen Herstellung oder nach entsprechender Lagerung verarbeitet werden. Dabei wird vorerst die Folie von der Oberfläche des Vormaterials abgezogen und das Vormaterial wird in mehreren Lagen in eine Pressform verbracht. Die Pressform mit dem Vormaterial wird in einen Ofen übergeführt und dort, je nach weiterer Verwendung, mehrere Stunden bei etwa 30 bis 100°C erhitzt. Danach wird die Pressform entfernt und die gepressten Lagen werden in einen
Sinterofen gebracht. Das Sintern erfolgt bei ca. 900 bis
1000°C über einen Zeitraum von 0,25 bis 4 Stunden, wodurch die Keramik-Matrix und damit der Faser-Keramik-Verbund hergestellt
wird.
Im Rahmen der Erfindung können beispielsweise 300 bis 380 g Matrixmischung umfassend Oxide, Wasser und gegebenenfalls Polyvinylalkohol auf 300 bis 400 g Fasern aufgetragen werden. Nach dem Sintern liegen immer noch 300 bis 400 g an Faser vor, jedoch hat sich der Wasseranteil sowie der allfällige Anteil an Polyvinylalkohol verflüchtigt, so dass dann beispielsweise
ca. 260 bis 320 g an Oxiden vorliegen.
Eine Analyse des gemäß Ausführungsbeispiel hergestellten Faser-Keramik-Verbundes kann eine Matrix mit einer geometrischen Dichte von 1,65 g/cm3, einer Skelett-Dichte von
o
2,64 g/cm? und einer offenen Porosität von 36 % zeigen.
Der erfindungsgemäße Faser-Keramik-Verbund kann für eine Reihe technischer Anwendungen verwendet werden. Lediglich beispielhaft wird die Verwendung zur Herstellung von BatterieDeckeln sowie die Herstellung von Bauteilen für Luftfahrzeuge, wie Drohnen, angeführt. Neben den zum Stand der Technik genannten, konkreten Einsatzgebieten sind grundsätzlich alle Anwendungsbereich interessant, in denen konventionelle, technische Keramik verwendet wird, oder in denen metallische Komponenten wegen Korrosion oder hoher Temperaturen keine
befriedigenden Lebensdauern erreichen.
Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie
folgt beschrieben werden:
Ein Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines FaserKeramik-Verbundes enthält 40 Gew.-% bis 55 Gew.-% anorganische Fasern aus SiO, und/oder Al‚,O3, 40 Gew.-% bis 50 Gew.-%
anorganische Oxide und 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% Wasser, wobei
die anorganischen Oxide zumindest 60 Gew.-% S1iO, und maximal 25 Gew.-% Al‚,O3 enthalten. Anorganische Fasern werden hierzu mit einer Suspension enthaltend Wasser, gemahlene anorganische Oxide und vorzugsweise Polyvinylalkohol in Kontakt gebracht. Das Vormaterial kann zu einem späteren Zeitpunkt bei einer Temperatur von etwa 1000°C, insbesondere bei einer Temperatur von 900 bis 990°C, gesintert werden. Der so hergestellte Faser-Keramik-Verbund enthält anorganische Fasern und eine oxidische Keramik-Matrix, wobei die anorganischen Fasern aus SiO, und Al‚,O3 bestehen, wobei die oxidische Keramik-Matrix zu 100 % aus anorganischen Oxiden besteht, wobei der Anteil an
o
SiO,» zumindest 60 Gew.-% und der Anteil an Al‚,O3; maximal 25
o
Gew.-% beträgt.

Claims (1)

  1. Patentansprüche:
    Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines FaserKeramik-Verbundes, wobei das Vormaterial anorganische
    Fasern, insbesondere oxidische und/oder Mineralfasern, und anorganische Oxide umfasst, dadurch gekennzeichnet,
    o
    dass 100 Gew.-% Vormaterial — 40 Gew.-% bis 55 Gew.-% anorganische Fasern aus Si0, und/oder AlL1;,O3,
    o
    — 40 Gew.-% bis 50 Gew.-% anorganische Oxide und —- 5 Gew.-% bis 15 Gew.-% Wasser enthalten und dass 100 Gew.-% der anorganischen Oxide zumindest 60
    o
    Gew.-% S1iO, und maximal 25 Gew.-% Al‚,O3 enthalten.
    Vormaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
    es 44 Gew.-% bis 50 Gew.-% anorganische Fasern aus Si0,
    und/ oder Al‚,O3 enthält.
    Vormaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es 42 Gew.-% bis 48 Gew.-%
    anorganische Oxide enthält.
    Vormaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es 7,5 Gew.-% bis 9 Gew.-% Wasser
    enthält.
    Vormaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
    gekennzeichnet, dass es 1 Gew.-% bis 1,5 Gew.-% an
    Polivinylalkohol enthält.
    Vormaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei den anorganischen Oxiden der Anteil an SiO,; zumindest 65 Gew.-%, insbesondere zumindest
    70 Gew.-%, vorzugsweise 72 bis 77 Gew.-%, besonders
    bevorzugt 73 bis 75 Gew.-%, beträgt.
    11.
    12.
    14
    Vormaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei den anorganischen Oxiden der
    o
    Anteil an Al‚,O3 im Bereich von 15 - 20 Gew.-% liegt.
    Vormaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzliche anorganische Oxide ausgewählt aus der Gruppe TiO,, Fe‚,O3, CaO, MgO, K,O und Na‚,0O enthält.
    Vormaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei den anorganischen Fasern der
    o
    Anteil an SiO,; zumindest 60 Gew.-% und der Anteil an AL,O; maximal 25 Gew.-% beträgt, insbesondere dass der Anteil an SiO,; zumindest 65 Gew.-%, insbesondere zumindest 70
    o o
    Gew.-%, beispielsweise 85 Gew.-% beträgt und der Anteil
    o
    an Al‚,O3 im Bereich von 15 bis 20 Gew.-% liegt.
    Vormaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Fasern als Gewebe, Gelege, Vlies, Filz, Gestrick, Geflecht, in Form einer Wicklung oder als unidirektionale Faserschicht angeordnet
    sind.
    Vormaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es die Form einer flächigen, aufrollbaren Bahn hat, wobei die Oberseite (7) und Unterseite (8) der Bahn Jeweils durch eine Folie gebildet ist und die anorganischen Fasern, die anorganischen Oxide und der Wasseranteil zwischen den Folien vorliegen oder wobei die Oberseite (7) oder die Unterseite (8) der Bahn
    durch eine Folie gebildet ist.
    Verfahren zum Herstellen eines Vormaterials nach einem
    der Ansprüche 1 bis 11 zur Verwendung zum Herstellen
    14.
    15.
    15
    eines Faser-Keramik-Verbundes umfassend die
    Verfahrensschritte:
    a) Herstellen einer Suspension enthaltend Wasser und gemahlene, anorganische Oxide und vorzugsweise Polyvinylalkohol zur späteren Ausbildung einer oxidischen Keramik-Matrix,
    b) In-Kontakt-Bringen von anorganischen Fasern in die nach Schritt a) hergestellte Suspension und
    c) Herstellen eines lagerstabilen Vormaterials für den Faser-Keramik-Verbund unter Anwendung von erhöhtem
    Druck.
    Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die gemahlenen, anorganischen Oxide zur Ausbildung der
    oxidischen Keramik-Matrix aus Steingut gewonnen werden.
    Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in Schritt b) in Form einer flächigen Bahn einen Behälter (3) durchlaufen, der die nach Schritt a) hergestellte Suspension beinhaltet, und dass in Schritt c) die Unterseite (7) und/oder die Oberseite (7) der flächigen Bahn, die anorganische Fasern, anorganische Oxide, einen Wasseranteil und gegebenenfalls einen Anteil an Polyvinylalkohol umfasst,
    mit einer Folie bedeckt wird.
    Verwendung eines Vormaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes
    umfassend den Verfahrensschritt:
    d) Sintern des Vormaterials bei einer Temperatur von etwa
    1000°C, insbesondere bei einer Temperatur von 950 bis
    990°C, zur Ausbildung einer oxidischen Keramik-Matrix.
    17.
    16
    Faser-Keramik-Verbund enthaltend anorganische Fasern und eine oxidische Keramik-Matrix, dadurch gekennzeichnet,
    dass die anorganischen Fasern aus Si0O, und Al‚,O;3 bestehen
    o
    und dass die oxidische Keramik-Matrix zu 100 % aus
    anorganischen Oxiden besteht, wobei der Anteil an Si0,
    o
    zumindest 60 Gew.-% und der Anteil an Al‚,O; maximal 25
    o
    Gew.-% beträgt.
    Faser-Keramik-Verbund nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anteile der anorganischen Fasern und die Anteile der oxidischen Keramik-Matrix in einem Bereich zwischen 30 Gew.-% und 70 Gew.-%, bevorzugt
    o
    zwischen 40 Gew.-% und 60 Gew.-%, insbesondere zwischen
    o
    35 Gew.-% und 65 Gew.-%, bezogen auf 100 Gew.-% liegen.
ATA50170/2022A 2022-03-16 2022-03-16 Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes AT525455B1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50170/2022A AT525455B1 (de) 2022-03-16 2022-03-16 Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes
PCT/EP2023/056179 WO2023174822A1 (de) 2022-03-16 2023-03-10 Vormaterial zur verwendung zum herstellen eines faser-keramik-verbundes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA50170/2022A AT525455B1 (de) 2022-03-16 2022-03-16 Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT525455A4 true AT525455A4 (de) 2023-04-15
AT525455B1 AT525455B1 (de) 2023-04-15

Family

ID=85571313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA50170/2022A AT525455B1 (de) 2022-03-16 2022-03-16 Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes

Country Status (2)

Country Link
AT (1) AT525455B1 (de)
WO (1) WO2023174822A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4039019A1 (de) * 1989-12-15 1991-06-20 Krupp Widia Gmbh Faserverstaerkter keramikverbundkoerper, verfahren zur herstellung eines keramikverbundkoerpers und dessen verwendung
FR2693453A1 (fr) * 1992-07-09 1994-01-14 Aerospatiale Matériau composite à renfort fibreux et à matrice vitrocéramique Mg-Al-Si-Y totalement céramisée, issue d'une poudre obtenue par la voie sol-sel, sa fabrication et ses applications.
DE19545346A1 (de) * 1995-12-05 1997-07-24 Univ Bayreuth Lehrstuhl Fuer K Verfahren zur Herstellung von keramischen Nanocomposites
US5958583A (en) * 1996-12-20 1999-09-28 The Boeing Company Alumina-based protective coating for ceramic materials
GB2347113A (en) * 1998-12-18 2000-08-30 Rolls Royce Plc Manufacturing a ceramic matrix composite
US20180009718A1 (en) * 2001-07-30 2018-01-11 The Boeing Company Oxide based ceramic matrix composites

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3976728A (en) * 1972-03-10 1976-08-24 Foseco International Limited Refractory heat insulating materials
DE3444407A1 (de) * 1984-12-05 1986-06-05 Didier-Werke Ag, 6200 Wiesbaden Keramisches formteil mit gradientenfoermiger porositaet und dessen verwendung zur herstellung von verbundwerkstoff-formteilen
MX2008015069A (es) * 2006-05-31 2008-12-10 Unifrax I Llc Placa de seguridad de aislamiento termico.
FR2901786B1 (fr) * 2006-06-06 2008-08-29 Manfred Buchler Procede de preparation d'un materiau composite formable par impregnation d'un renfort fibreux, materiau ainsi obtenu et les pieces preparees a partir de ce materiau
JP7214194B2 (ja) * 2016-06-22 2023-01-30 ウニベルジテート バイロイト セラミック系複合材及びその製造方法
DE102016007652A1 (de) * 2016-06-22 2017-12-28 Universität Bayreuth Keramische Verbundwerkstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung
CN106904952B (zh) * 2017-01-13 2020-02-14 航天材料及工艺研究所 一种耐高温高强氧化铝纤维增强复合材料及其制备方法
US20210269367A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 General Electric Company Filament wound high denier aluminum oxide fiber components and methods of making
CN111792940B (zh) * 2020-07-16 2021-04-27 郑瑜 一种耐高温纤维片及制备方法和纤维辊压装方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4039019A1 (de) * 1989-12-15 1991-06-20 Krupp Widia Gmbh Faserverstaerkter keramikverbundkoerper, verfahren zur herstellung eines keramikverbundkoerpers und dessen verwendung
FR2693453A1 (fr) * 1992-07-09 1994-01-14 Aerospatiale Matériau composite à renfort fibreux et à matrice vitrocéramique Mg-Al-Si-Y totalement céramisée, issue d'une poudre obtenue par la voie sol-sel, sa fabrication et ses applications.
DE19545346A1 (de) * 1995-12-05 1997-07-24 Univ Bayreuth Lehrstuhl Fuer K Verfahren zur Herstellung von keramischen Nanocomposites
US5958583A (en) * 1996-12-20 1999-09-28 The Boeing Company Alumina-based protective coating for ceramic materials
GB2347113A (en) * 1998-12-18 2000-08-30 Rolls Royce Plc Manufacturing a ceramic matrix composite
US20180009718A1 (en) * 2001-07-30 2018-01-11 The Boeing Company Oxide based ceramic matrix composites

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023174822A1 (de) 2023-09-21
AT525455B1 (de) 2023-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1888475B1 (de) Verwendung einer glaskeramik als panzermaterial
DE60129118T2 (de) Kohlenstofffasern und herstellungsverfahren
EP3475245B1 (de) Prepregs und verfahren zu deren herstellung
DE102011008909A1 (de) Verbundlaminate und Verfahren zur Herstellung derselben
DE3303295C2 (de)
DE3942813A1 (de) Laminat
CH654788A5 (de) Verfahren zur herstellung von geformten verbundgegenstaenden aus faserverstaerkten glasmatrizes bzw. glaskeramikmatrizes.
DE19642251A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Folie aus einem thermoplastischen Polyurethan
WO2005035896A1 (de) Dämmstoffelement aus minearalfaserfilz für den klemmenden einbau zwischen balken und dgl.
CH653953A5 (de) Verfahren zur herstellung von geformten verbundgegenstaenden.
DE102016007652A1 (de) Keramische Verbundwerkstoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP1734023B1 (de) Einstellung des Faservolumengehaltes in oxidkeramischen Faser-Verbundwerkstoffen
DE102012207365A1 (de) Mehrschichtiges Bauteil und Verfahren zur Herstellung desselben
WO2009124525A1 (de) Reibbelag für eine reibungskupplung
AT525455B1 (de) Vormaterial zur Verwendung zum Herstellen eines Faser-Keramik-Verbundes
DE1180298B (de) Filzartiges Material und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3307090A1 (de) Verfahren zum herstellen eines schichtstoffes aus kohlenstoff
EP3679187B1 (de) Vlies zur abschirmung von terahertz frequenzen
EP3198069B1 (de) Verwendung eines carbonfaservliesstoffs als thermisches isoliermaterial
DE112015002016T5 (de) Zylindrisches Wärmeisoliermaterial und Verfahren zu dessen Herstelllung
DE102009022112A1 (de) Bremsbelag, Verfahren zur Herstellung eines solchen Bremsbelags sowie Bremseinheit umfassend einen solchen Bremsbelag
AT394050B (de) Schwer entflammbarer, hochtemperaturbestaendiger formkoerper auf basis von polyimidfasern, sowie verfahren zu seiner herstellung
DE10346677B3 (de) Wok und Verfahren zu seiner Herstellung
WO2023057646A1 (de) Faserverstärkter keramischer kompositwerkstoff, verfahren zu dessen herstellung, bauteil aus einem faserverstärkten keramischen kompositwerkstoff
DE102019207617A1 (de) Verfahren zur herstellung eines bauteils aus einem keramischen faserverbundwerkstoff