CS205402B1 - Method of composite half-made product preparation for compositive materials reinforced by continuous fibres - Google Patents

Description

Vynález rieši sposob přípravy kompozitného polotovaru pre výrobu kontinuálnymi spevňovacími vláknami spevnených kompozitov s metalickými, alebo keramickými matricami, postupmi práškovej metalurgie a spadá do oboru fyzikálnej metalurgie.

Rozvoj súčasnej techniky si vyžaduje vysokopevné konštrukčné materiály s funkčnými charakteriristikami, význačné zlepšenými v širokých medziach teplot. Týmto požiadavkám móžu vyhovovat kompozitně materiály, ktoré pozostávajú z metalických, alebo keramických matric, vystužených kovovými, alebo keramickými kontinuálnymi, alebo diskrétnymi, směrově usporiadanými spevňovacími vláknami.

Kompozity so spevňovacími vláknami v kovových matriciach sa v súčasnosti zhotovojů buň infiltráciou roztaveného matricového kovu medzi zostavu v jednom smere usporiadaným spevňovacích vlákien, alebo lisováním za tepla, nastohovaných jednovrstvových predkompozitov, připravených plazmovým striekaním matricového kovu na spevňovacie vlákna navinuté paralelné v jednej vrstvě na foliu z matricového kovu, alebo lisováním za tepla, zostavy směrově usporiadaných, elektrolyticky, alebo chemicky pokovovaných spevňovacích vlákien.

Kompozity sa tiež pripravujú postupmi práškovej metalurgie, tj. lisováním za tepla, zostavy, mechanicky na přípravku skolimováných, matricovým práškom obsypaných spevňovacích vlákien, po predchádzajúcom spekaní, alebo obdoby tohoto sposobu, pri ktorom sa medzi mechanicky skolimované spevňovacie vlákna vpraví matricový prášok vo formě suspenzie vo vhodnej kvapaline, filtračným presávaním zmutu za podtlaku, a následným sušením a spekaním, ako u predchádzajúceho sposobu. Sem tiež patří sposob výroby kompozitu pretláčaním zmesy matricového prášku s diskrétnymi vláknami.

205 402

Uvedené postupy výroby kompozitov vykazujú viaceré nedostatky, ako například: vzájomé zreagovanie spevňovacieho vlákna s matricou, ktoré móže viest až k úplnému degradovaniu spevňovacieho vlákna, pri výrobě infiltrováním matricovým kovom; žiadna, alebo nedokonalá zmáČayosť povrchu keramických spevňovacích vlákien roztaveným matricovým kovom; obmedzené objemové percento spevňovacích vlákien, ktoré je možné pomocou prípravkov pre mechanickú kolimáciu do matrice vpravit'; nerovnoměrné rozloženie diskrétnych spevňovacích vlákien, ich vzájemný dotyk a nedokonalé směrové usporiadanie v matrici, pri spósobe výroby kompozitu pretláčaním, obtiažnosť výroby náročných dielcov atď.

Vyššie uvedené nedostatky odstraňuje sposob pripravy kompozitného polotovaru pre kompozitně materiály spevnené kontinuálnymi kláknami, ktorého podstata spočívá v tom, že kontinuálně, spevňovacie vlákno samotné, alebo v případe extrémně malého priemeru resp. malej pevnosti spolu s jemnými polymerovými monofilovými vláknami, sa aspoň jedenkrát pretiahne cez prostredie organického pojidla, například vodným roztokom polyvinilaalkoholu a naslédovným pretiahnutim cez prostredie, v ktorom sa nachádza matricový prášok vo fluidnom vznose, alebo aspoň jedenkrát sa pretiahne cez prostredie suspenzie matricového prášku v organickom pojidlo, a vlákno takto obalené koncentrickou a súvislou vrstvou pojidla a matricového prášku sa ňalej suší pri teplote vytvrdenia použitého pojidla.

Výhody předloženého vynálezu spočívájú v tom, že umožňuje kontinuálnu, ekonomicky výhodnú výrobu kompozitného polotovaru do zásoby, z ktorého je možné vyrábať postupmi práškovéj metalurgie, - spekaním a následným lisováním za tepla, riajma izostatickým lisováním za tepla - finálně kompozity o vysokých technických parametrech. Vynález umožňuje vpravovať do matric aj značné vysoké objemové percentá spevňujúcich vlákien a vyrábať tvarové a rozměrově náročné dielce. Vynález umožňuje dalej vyrábať kompozity s kombinovanou, viackomponentovou matricou, ako aj kombinovanou spevňovacou výstužou.

Na pripojenom výkrese je znázorněná schéma nanášania pojidlového filmu, resp. suspenzie pojidla a matricového prášku, na spevňovacie vlákno, alebo na vlákno, kde sú už nanesené vrstvy matricového prášku.

Uvedené sa uskutočňuje přetahováním vlákna cez prievlak, podlá schématického vyobrazenia v prílohe, pozostávajúci: z centračhého vodiaceho kónusu 1 s přírubou, so středovým, konicky sa zužujúcim kanálom 2 kruhového prierezu, s priemerom otvoru v najužšom mieste o niečo vačším, ako je priemer spevňovacieho vlákna; z púzdra 3 naskrutkovatelného ná prírubu vodiaceho kónusu χ, opatřeného na čelnej stene středový, otvorom 4 s nevelkým odstupem od otvoru ústia vodiaceho kónusu 1, pričom otvor 4 má ovoíačo vSčší priemer ako ústie kanálu 2. Púzdro 3 je spojené so zásobníkom 5 roztoku pojidla, resp. suspenzie, naplněným pojidlem, resp. suspenzie o vyhovujúcej viskozite. Roztok pojidla možno na vlákno nanášať tiež naprašov&nim.

Ako pojidlá možno použit vodný roztok polivinylalkoholu, acetonový roztok polivinylacetátu, chloroformový, toluénový, alebo benzénový roztok polistyrénu a podobno.

Ak sa vyžaduje nanášanie viacerých vrstiev, toto sa dosiahne protahováním cez sústavu prievlakov a postupné sa zvačšujúcimi primermi otvorov, so zaradením sušiacich pecí medzi jednotlivé prievlaky.

Sposob přípravy kompozitných materiálov spevnených kontinuálnymi vláknami podía uvedeného spbsobu sa prevádza následovnět Spevňovanie vlákna sa pokryje súvislým filmom pojidla a pretiahnutim cez komoru s matricovým práškom vo fluidnom vznose obalí sa súíiolou vrstvou matricového prášku a po vysušeni představuje kompozitný polotovar.

Iný výhodný spósob je, že spevňovacie vlákna mSžu byť povlečené suspenziou matricového prášku v roztoku organického pojidla a po vysušení predstavujú kompozitný polotovar.

205 40

Taktiež možno na jedno spevňovacie vlákno protahováním cez obalovacio prievlaky naniest dve, alebo 1 viac vrstiov matricového prášku rózneho, avšak navzájom komaktibilného zloženia.

V prlpadoch obalovania extrémně tenkých a křehkých spevňovacích vlákien sa tieto pretahujú cez obalovací prievlak spolu s pomocnými jemnými polymérovýmí.monofilovými vláknami, ktoré sa potom rozložia teplom.

Pri výrobě finálnych kompozitov ša móžu kombinovat spevňovacie vlákna obalené navzájom kompaktibilnými matricovými práškami odlišného zloženia, alebo sa kombinujú spevnovacie vlákna odlišného zloženia obalené matricovým práškom.

Příklad prevedenia

Ako konkrétny případ možno uvieest pripravu kompozitného polotovaru pre kompozitný materiál s niklovou matracou spevnenou volfrámovými kontinuálnymi vláknami. Volfrámové kontinuálně vlákno je pretiahnuté cez suspenziu vodného polivinylalkoholu a niklového prášku, čím sa obalí koncentrickou rovnoměrnou vrstvou niklového matricového prášku. Nasledovným sušením obaleného vlákna s uvedenou suspenziou pri 80 °C prichádza k vytvrdeniu obalu na vlákně, čim sa získá kompozitný polotovar pre kompozitný materiál nikel-volfrám.

Po vhodnom uložení vlákien za účelom vytvorenia kompozitnéhomateriálu, obalené volfrámové vlákna sa žíhajú redukčněj atmosféře pri teplote až 1000 °C, čas 1 h. Počas žíhania dochádza k rozpadu a k odstráneniu organického pojidla a zároveň k spekaniu matricového prášku na povrchu vlákien, resp. medzi jednotlivými vláknami. Pú žíhaníjiasleduje konečné zlisovanie obalených volfrámových vlákien s niklovým matricovým práškom na 100 % hustotu daného kompozitného materiálu. Konečné zlisnvanie móže byt realizované napr. izostatickým-lisovánim za tepla pri teplote 1000 °C, tlaku 150^ MPa a čase 1 h.

Předložený vynález móže nájsť široké uplatnenie v oboroch, kde sa vyžadujú konštrukčné materiály o vysokej žiarupevnosti a vysokopevné materiály o nízkéj mernej hmotnosti, tj. v letectvo, energetike, jadrovej .techniko, dopravě a stavebníctve.

Claims (1)

1. PREDMET VYNÁLEZU

   Spósob pripravy kompozitného polotovaru pre kompozitně materiály spevnené kontinuálnymi vláknami, vyznačujúce sa tým, že kontinuálně spevňovanie vlákno samotné, alebo v případe extrémně malého priemeru resp. malej pevnosti spolu s jemnými polymérovýmí monofilovými vláknami, sa aspoň jedenkrát pretiahne cez prostredie organického pojidla, například vodným roztokom polivinylalkoholu, s nasledovným pretiahnutím cez prostredie, v ktorom sa nachádza matricový prášok vo fluidnom vznose, alebo aspoň jedenkrát sa pretiahne cez prostredie suspenzie matricového prášku v organickom pojidle, a vl.ákno takto obalené koncentrickou a súvislou vrstvou pojidla a matricového prášku sa ňalej suší pri teplote vytvrdenia použitého pojidla.