DD302010A9

DD302010A9 - Herstellung eines faserverstaerkten Keramikverbundstoffes

Info

Publication number: DD302010A9
Application number: DD33537289A
Authority: DD
Inventors: James D Birchall; William J Clegg
Original assignee: Ici Plc
Priority date: 1988-12-08
Filing date: 1989-12-07
Publication date: 1994-11-03
Also published as: JPH02196071A; DE68905032T2; AU620177B2; ATE85967T1; CA2004628A1; US5053175A; NO894920L; DE68905032D1; EP0372738A1; EP0372738B1; ZA898879B; DK617589A; NZ231481A; DK617589D0; ES2038830T3; NO894920D0; GB8925783D0; AU4580489A; GB8828638D0

Abstract

Ein Verfahren für die Herstellung eines faserverstärkten Keramikverbundstoffes durch Bildung einer Vorläuferkonstruktion, die eine Grundmasse aus einer Zusammensetzung, die aus einem aus Teilchen bestehenden keramischen Material, einem flüssigen Verdünnungsmittel und einem organischen Bindemittel besteht, und Fasern innerhalb der Grundmasse einschließt, wobei die Fasern aus einer Zusammensetzung gebildet werden, die aus einem aus Teilchen bestehenden keramischen Material, einem flüssigen Verdünnungsmittel und einem organischen Bindemittel besteht, und Erwärmung der Vorläuferkonstruktion, um das flüssige Verdünnungsmittel zu verdampfen, um das organische Bindemittel zu zersetzen, und um die Teilchen des keramischen Materials in sowohl der Grundmasse als auch den Fasern zu sintern. Es wird ebenfalls eine Vorläuferkonstruktion beschrieben. Der Keramikverbundstoff zeigt eine Dichte von 95 % oder mehr, bezogen auf die maximale theoretische Dichte.

Description

Faserverstärkte Keramikverbundstoffe können mittels eines Schmelzinfiltrationsverfahrens hergestellt werden, bei dem eine Konstruktion aus einem keramischen Fasermaterial mit einer Schmelze eines keramischen Materials imprägniert wird. Es müssen jedoch sehr hohe Temperaturen angewendet werden, und ebenfalls sublimieren bestimmte keramische Materialien eher, als daß sie schmelzen. Außerdem kann im Ergebnis der im allgemeinen hohen Viskosität der Schmelzen der keramischen Materialien die Geschwindigkeit der Infiltration der Schmelze in die Faserkonstruktion sehr niedrig sein, und es kann schwierig sein, die gesamte Konstruktion homogen zu infiltrieren, und ebenfalls können die Fasern aus dem keramischen Material bei der hohen Verarbeitungstemperatur, die bei der Verwendung von Schmelzen der keramischen Materialion auftritt, beschädigt werden.

Ein weiteres Verfahren, mit Hilfe dessen faserverstärkte Keramikverbundstoffe hergestellt werden können, ist der sogenannte chemische Dampfinfiltrationsprozeß, bei dem eine Konstruktion, die aus Fasern eines keramischen Materials gebildet wird, mit Dampf eines Materials infiltriert wird, das zersetzt werden kann, um die Grundmasse des keramischen Materials im Verbundstoff zu bilden. Der Prozeß kann bei einer relativ niedrigen Temperatur abgewickelt werden, obgleich im allgemeinen bei einer Temperatur in der Größenordnung von mehreren 100°C, und zwar mit dem Ergdbnis, daß die Beschädigung der Fasern aus dem keramischen Material, die mit dem Schmelzinfiltrationsprozeß in Verbindung stehen kann, zumindest in gewissem Umfang abgeschwächt wird. Ein Beispiel für ein Material, das in Dampfform in eine Konstruktion infiltriert werden kann, die aus Fasern aus einem keramischen Material gebildet wird, ist das Methyltr chlorsilan, das zersetzt werden kann; um Siliziumkarbid zu bilden, indem auf eine Temperatur erwärmt wird, die niedriger als 1200⁰C sein kann. Beispielsweise kann eine Siliziumkarbidfaserkonstruktion mit Dampf aus Methvltrichlorsilan infiltriert werden, und letzteres kann thermisch in der Faserkonstruktion zersetzt werden, um Siliziumkarbid zu bilden, wobei das Erzeugnis, das bei dem Verfahren hergestellt wird, ein Verbundstoff ist, der aus einor Grundmasse aus Siliziumkarbid besteht, die durch Fasern aus Siliziumkarbid verstärkt wird. Obgleich der chemische Dampfinfiltrationsprozeß selbst einige der Nachteile dei vorangehend beschriebenen Verfahren überv/indet, beispielsweise die Beschädigung der Fasern aus dem keramischen Material, die mit dem Schmelzhfiltrationsprozeß in Verbindung steht, ist er selbst ein sehr zeitaufwendiger Prozeß. Tatsächlich kann die Verarbeitungszeit, die bei der Herstellung eines faserverstärkten Verbundstoffes auftritt, bis zu mehreren Wochen umfassen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines faserverstärkten Keramikverbundstoffes, d.h. eines Verbundstoffes, dereine Grundmasse aus einem keramischen Material umfaßt, dds Fasern aus einem keramischen Material, die darin als Verstärkung dispergiert sind, aufweist. Das Verfahren der Erfindung ist einfach durchzuführen, da es eine Modifizierung eines konventionellen Verfahrens ist, wie es hierin vorangehend beschrieben wurde, wobei eine Konstruktion aus einem gesinterten, aus Teilchen bestehenden keramischen Material aus einer Zusammensetzung hergestellt wird, die ein aus Teilchen bestehendes keramisches Material, ein flüssiges Verdünnungsmittel und ein organisches Bindemittel einschließt. Die Modifizierung der vorliegenden Erfindung zeigt jedoch nicht die Nachteile, die hierin vorangehend beschrieben wurden, insbesondere die Probleme der Zusammenziehung, die mit der Herstellung eines faserverstärkten Keramikverbundstoffes aus einer Konstruktion in Verbindung stehen, die eine Grundinasse eines aus Teilchen bestehenden keramischen Materials, ein flüssiges Verdünnungsmittel und ein organisches Bindemittel umfaßt, wobei Fasern aus einem gesinterten keramischen Material zugemischt wurden, und tatsächlich kann der Keramikverbundstoff, der hergestellt wird, eino Dichte von 95% oder mehr betreffs der maximalen theoretischen Dichte aufweisen. Die vorliegende Erfindung liefert ebenfalls eine Vorläuferkonstiuktion, aus der eine faserverstärkte Keramik\/erbundkonstruktion hergestellt werden kann. Die vorliegende Erfindung liefert ein Verfahren für die Herstellung eines faserverstärkten Keramikverbundstoffes durch Bildung einer Vorläuferkonstruktion, die eine Grundmasse einer Zusammensetzung einschließt, die aus aus Teilchen bestehendem keramischem Material, einem flüssigen Verdünnungsmittel und einem organischen Bindemittel sowie Fasern innerhalb der Grundmasse besteht, wobei die Fasern aus einer Zusammensetzung gebildet werden, die ein aus Teilchen bestehendes keramisches Material, ein flüssiges Verdünnungsmittel und ein organisches Bindemittel einschließt, und durch Erwärmung der Vorläuferkonstrukiion, um das flüssige Verdünnungsmittel zu verdampfen, um das organische Bindemittel zu zersetzen und um die Teilchen des keramischen Materials in sowohl der Grundmasse als auch in den Fasern zu sintern. Die Erfindung liefert ebenfalls eine Vorläuferkonstruktion, aus der ein derartiger faseiverstärkter Keramikverbundstoff hergestellt werden kann und die eine Grundmasse aus einer Zusammensetzung, die ein aus Teilchen bestehendes keramisches Material, ein flüssiges Verdünnungsmittel und ein organisches Bindemittel einschließt, und Fasern innerhalb der Grundmasse umfaßt, die aus einer Zusammensetzung gebildet werden, die aus Teilchen bestehendes keramisches Material, ein flüssiges Verdünnungsmittel und ein organisches Bindemittel einschließt.

Bei dem Verfahren, nach dem derfaseiverstärkte Keramikverbundstoff durch Erwärmung der Vorläuferkonstruktion hergestellt wird, ziehen sich sowohl die Grundmasse als auch die Fasern teilweise infolge dos Verlustes an flüssigem Verdünnungsmittel und organischem Bindemittel und ebenfalls infolge der Sinterung der Teilchen aus dem keramischen Material, und zwar sowohl in der Grundmasse als auch in der Faser, mit dem Ergebnis zusammen, daß im faserverstärkten Keramikverbundstoff, der nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt w'rd, eine reduzierte Neigung zur Rißbildung im Verbundstoff und eine reduzierte Neigung derart, daß die Fasern nicht an die Grundmasse gebunden werden, zu verzeichnen sind, wenn man mit dem bisher beschriebenen Verfahren vergleicht, bei dem ein derartiger Verbundstoff aus einer Vorläuferkonstruktion, die eine Grundmasse aus aus Teilchen bestehendem keramischem Material, ein flüssiges Verdünnungsmittel und ein organisches Bindemittel in Zumischung von Fasern aus keramischem Material, die bereits gesintert wurden, einschließt, ι. nd bei der eine wesentliche unterschiedliche Schrumpfung zwischen der Grundmasse und den Fasern zu verzeichnen ist, hergestellt wird. Bei der Vorläuferkonstruktion, aus der der faserverstärkte Keramikverbundstoff hergestellt wird, kann das aus Teilchen bestehende keramische Material in der Zusammensetzung, aus der die Grundmasse gebildet wird, das gleiche sein wie das aus Teilchen bestehende keramische Material in der Zusammensetzung, aus der die Fasern gebildet werden, oder es kann anders sein als dieses. Gleichermaßen können das flüssige Verdünnungsmittel und das organische Bindemittel in der Zusammensetzung, aus der die Grundmasse gebildet wird, die gleichen sein wie das flüssige Verdünnungsmittel und das organische Bindemittel in der Zusammensetzung, aus der die Fasern gebildet werden, oder sie können anders sein als diese. Dei relativen Anteile des aus Teilchen bestehenden keramischen Materials, des flüssigen Verdünnungsmittels und des organischen Bindemittels in den Zusammsnsetzungen, aus denen die Grundmasse und die Fasern hergestellt werden, können die gleichen oder anders sein. Während der Erwärmung der Vorläuferkonstruktion, um den faserverstärkten

Keramikverbundstoff zu bilden, ziehen sich jedoch sowohl die Grundmasse als auch die Fasern zusammen, und zwar teilweise infolge des Verlustes an flüssigem Verdünnungsmittel und des Verlustes an organischem Bindemittel aus den entsprechenden Zusammensetzungen und ebenfalls infolge der Sinterung der Teilchen des keramischen Materials, und es wird bevorzugt, daß das Ausmaß der Zusammenziehung dor Grundmasse und der Fasern, die durch den Verlust an flüssigem Verdünnungsmittel und Zersetzung des organischen Bindemittels hervorgerufen wird, im wesentlichen das gleiche oder zumindestens ähnlich sein sollte, und aus diesam Grund wird bevorzugt, daß die Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Fasern hergestellt werden, im wesentlichen die gleichen mit Bezugnahme auf die relativen Anteile der darin enthaltenen Komponenten sein sollten.

Irgendein aus Teilchen bestehendes keramisches Material kann beim Verfahren der Erfindung eingesetzt werden. Daher kann das aus Teilchen bestehende keramische Material ein Oxid oder eine Mischung von Oxiden oines metallischen oder eines nichtmetallischen Elementes sein, beispielsweise ein Oxid des Aluminiums, Kalziums, Magnesiums, Siliziums, Chroms, Hafniums, Molybdäns, Thoriums, Urans, Titans oder Zirkoniums. Das keramische Material kann ein Karbid beispielsweise des Bors, Chroms, Hafniums, Molybdäns, Niobs, Tantals, Thoriums, Titans, Wolframs, Urans, Zirkoniums oder Vanadiums sein. Das keramische Material kann Siliziumkarbid sein. Das keramische Material kann ein Borid oder ein Nitrid sein, beispielsweise ein Borid oder ein Nitrid eines oder mehrerer der Elemente, auf die man sich hierin vorangehend bezog. Das keramische Material ist ein Material, das auf eine erhöhte Temperatur erwärmt werden kann, beispielsweise auf eine Temperatur über 1000°C, um zu bewirken, daß die Teilchen des Materials zusammensintern. Innerhalb des Begriffsbereiches des aus Teilchen bestehenden keramischen Materials sind auch jene Metalle eingeschlossen, die, wenn sie in pulveriger Form vorliegen, durch Anwendung von Wärme zusammengesintert oder zusammengeschmolzen werden können, d. h., jene Metalle, die für eine Verarbeitung nach dem Verfahren der Pulvermetallurgie empfänglich sind. Geeignete Metalle umfassen Aluminium und seine Legierungen, Kupfer und seine Legierungen sowie Nickel und seine Legierungen.

Das aus Teilchen bestehende keramische Material kann eins Mischung von Teilchen sein, die beispielsweise eine Mischung von einem aus Teilchen bestehenden Metall oder Metallen und/oder einem aus Teilchen bestehenden keramischen nichtmetallischen Material oder Material einschließt.

Die Teilchen des keramischen Materials in den Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Fasern hergestellt werden, können jede zweckmäßige Größe aufweisen, obgleich es bevorzugt wird, daß sie eine relativ kleine Größe aufweisen, insbesondere jene in der Zusammensetzung, aus der die Faser hergestellt wird, da die Faser selbst einen relativ kleinen Durchmesser aufweisen kann, und die Teilchen des keramischen Materials in der Zusammensetzung, aus der die Faser hergestellt wird, sollten eine maximale Abmessung aufweisen, die im wesentlichen kleiner ist als der Durchmesser der Faser. Es wird bevorzugt, daß die Teilchen des keramischen Materials von relativ kleiner Abmessung sind, beispielsweise eine Größe von weniger als 5pm aufweisen. Teilchen, die eine Größe von weniger als 1 μητι aufweisen und sogar von weniger als 0,2μτη, werden noch mehr bevorzugt, da die Verwendung derartiger Teilchen ermöglicht, daß das Sintern der Teilchen des keramischen Materials bei niedrigeren Temperaturen und mit höheren Geschwindigkeiten bewirkt werden kann als das der Fall bei Teilchen mit größerer Abmessung wäre. Die aus Teilchen bestehenden keramischen Materialien können eine monomodnle Teilchengrößenverteilung zeigen, d. h., die Teilchen können alle im wesentlichen die gleiche Größe aufweisen, oder die Teilchengrößenverteilung kann multimodal sein, d.h., die Teilchen können eine Vielzahl von Größen umfassen. Damit das aus Teilchen bestehende keramische Material in sowohl der Grundmasse als auch der Faser der Vorläuferkonstruktion, die beim Verfahren der Erfindung gebildet wird, in gleicher Weise sintert, beispielsweise mit einer gleichen Geschwindigkeit bei einer bestimmten Temperatur, und damit sich die Grundmasse und dia Fasern in der Konstruktion mit einer gleichen Geschwindigkeit beim Sintern der Teilchen des keramischen Materials zusammenziehen, bevorzugt man, daß das aus Teilchen bestehende keramische Material in den Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Faser hergestellt werdon, das gleiche ist, und daß die Teilchen eine im wesentlichen gleiche Größe und Größenverteilung aufweisen. Eine gleiche Geschwindigkeit des Sinterns der Teilchen des keramischen Materials in der Grundmasse und in der Faser und eine gleiche Geschwindigkeit der Zusammenziehung der Grundmasse und der Faser beim Sintern der Teilchen Zeigen einen vorteilhaften Einfluß auf die Eigenschaften des faserverstärkten Keramikverbundstoffes, der beim Verfahren der Erfindung hergestellt wird, insbesondere auf die Dichte des Verbundstoffes.

Das flüssige Verdünnungsmittel kann eine organische Flüssigkeit sein, oder es kann eine wäßrige Flüssigkeit sein, beispielsweise Wasser oder eine Lösung von Wasser und einer organischen Flüssigkeit. Die Beschaffenheit des flüssigen Verdünnungsmittels wird zumindest teilweise durch die Beschaffenheit des organischen Bindemittels in don Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Faser hergestellt werden, bestimmt. Es ist wünschenswert, daß das organische Bindemittel im flüssigen Verdünnungsmittel löslich ist, und das flüssige Verdünnungsmittel wird entsprechend ausgewählt. Das flüssige Verdünnungsmittel kann ein Alkohol sein, insbesondere ein niedrigerer Alkohol, beispielsweise Methanol oder Äthanol, aber aus Gründen der Nichtgiftigkeit und Nichtentflammbarkeit wird Wasser bevorzugt.

Die Funktion des organischen Bindemittels in den Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Fasern hergestellt werden, ist das Miteinanderverbinden der Teilchen des keramischen Materials in der Grundmasse und in der Faser in der Vorläuferkonstruktion, dia beim Verfahren hergestellt wird, und zwar bevor die Teilchen in den letzeren Erwärmungsstufen des Veifahrens gesintert werden. Das Bindemittel wird im allgemeinen ein organisches polymeres Material sein, und es ist vorzugsweise im flüssigen Verdünnungsmittel löslich, da die Verwendung eines derartigen löslichen polymeren Materials die erfolgreiche Herstellung einer Faser unterstützt

Geeignete wasserlösliche organische polymere Materialien für eine Verwendung als Bindemittel umfassen

(a) Zelluloseäther, beispielsweise Hydroxypropylmethylzellulose,

(b) amidsubsti'uierte Polymere, beispielsweise ein Polymeres oder Copolymeres des Akrylamids,

(c) Polyalkylenoxidderivate, die beispielsweise ein Polyalkylenoxid (alternativ als Polyalkylenglykol beschrieben) sein können, beispielsweise Polyalkylenglykole mit einer relativen Molekülmasse von über etwa 10000, und

(d) ein hydrolysiertes Vinylazetatpolymeres oder -copolymeres.

Das Polymere kann ein Copolymeres des Vinylazetats und ein Monomeres soin, das damit copolymerisierbar ist, aber es ist vorzugsweise ein hydrolysiertes Polyvinylazetat. Um die Löslichkeit in Wasser zu unterstützen, wird der Grad der Hydrolyse des Vinylazetat(co)polymeren im allgemeinen mindestens 50% betragen, vorzugsweise im Bereich von 70 bis 90% liegen.

Da das flüssige Medium und das organische Bindemittel aus der Grundmasse und aus der Faser während der Erwärmungsstufen des Verfahrens entfernt werden müssen, wird bevorzugt, um eine übermäßige Schrumpfung zu vermeiden, daß die Mengen des flüssigen Mediums und des organischen Bindemittels in den Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Faser hergestellt werden, nicht übermäßig sind, und insbesondere wird bevorzugt, daß die Zusammensetzungen einen hohen Anteil des aus Teilchen bestehenden keramischon Materials enthalten. Die Zusammensetzungen umfassen vorzugsweise mehr als 50Gew.-% des aus Teilchen bestehenden keramischen Materials, und mindestens 70Gew.-% werden noch mehr bevorzugt. Die Zusammensetzungen können bis zu 95 Gew.-% des aus Teilchen bestehenden keramischen Materials enthalten. Der Anteil des flüssigen Mediums in den Zusammensetzungen wird im allgemeinen größer als 5 Gew.·% sein, er wird aber im allgemeinen nicht höher als 25Gew.-% sein.

Der Anteil des organischen Bindemittels in den Zusammensetzungen, insbesondere wo das Bindemittel ein organisches polymeres Material ist, wird teilwoise ausgewählt, um der Zusammensetzung eine Konsistenzu zu verleihen, die für die Formgebung geeignet ist, insbesondere für eine Faserformgebung. Die Zusammensetzungen werden im allgemeinen mindestens 3Gew.-% des organischen Bindemittels enthalten, aber im allgemeinen nicht mehr als 20Gew.-%. Damit das aus Teilchen bestehende keramische Material in sowohl der Grundmasse als auch der Faser der Vorläuferkonstruktion, die beim Verfahren der Erfindung gebildet wird, in gleicher Weise sintert, beispielsweise mit einer gleichen Geschwindigkeit bei einer bestimmten Temperatur, und damit sich die Grundmasse und die Faser in der Konstruktion mit einer gleichen Geschwindigkeit beim Entfernen des flüssigen Mediums und des organischen Bindemittels aus dieser und beim Sintern der Teilchen des keramischen Materials zusammenziehen, wird bevorzugt, daß die Anteile des aus Teilchen bestehenden keramischen Materials, des flüssigen Mediums und des organischen Bindemittels in den Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Faser hergestellt werden, im wesentlichen die gleichen sein sollten. Die Komponenten der Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Faser hergestellt werden, können in gleicher Weise gemischt werden, beispielsweise durch Mischen in einem Flügelmischer. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Komponenten der Zusammensetzungen homogen gemischt werden, und zu diesem Zweck wird ein Mischen unter den Bedingungen einer starken Scherung bevorzugt, und zwar wie in einer Schneckenpresse. Eine bevorzugte Form des Mischens bei starker Scherung ist die, die in einem Doppelwalzenmahlwerk bewirkt werden kann, dessen Walzen mit der gleichen oder unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden können. Die Zusammensetzungen können wiederholt durch die Klemmstelle zwischen den Walzen des Mahlwerkes durchgeführt werden, wobei die Klemmstelle stufenweise hinsichtlich ihrer Abmessung verringert werden kann. Die Klemmstelle zwischen den Walzen dos Mahlwerkes kann bis zu einer Größe von nur 0,1 mm mit dem Ergebnis verringert werden, daß eine sehr starke Scherung auf die Zusammensetzungen ausgeübt werden kann, die dabei hilft, die Anhäufungen des aus Teilchen bestehenden keramischen Materials zu zerkleinern, die in den Zusammensetzungen vorhanden sein können, und die bei der Herstellung einer homogen gemischten Zusammensetzung auftreten können. Die Faser, die einen Teil der Vorläuferkonstruktion der Erfindung bildet, kann durch Extrudieren einer Zusammensetzung durch eine geeignete Düse gestaltet werden. Die Zusammensetzung wird eine derartige Konsistenz aufweisen, daß, wenn die Zusammensetzung in Faserform extrudiert wird, die Faser in der Lage sein wird, ihre Integrität beizubehalten. Die Faser kann als Elementarfaden extrudiert werden, oder sie kann in der Form von relativ kurzen Fasern zerkleinert werden. Die Faser kann in die Form einer Matte umgewandelt werden, beispielsweise durch Verweben der Fasern.

Die Faser kann einen geeigneten Durchmesser aufweisen. Sie wird im allgemeinen einen Durchmesser von mindestens 50μιη aufweisen, und sie kann einen Durchmesser von bis zu 500pm oder sogar 1 mm oder größer aufweisen. Betreffs des Faserdurchmessers gibt es keine spezielle Begrenzung.

Damit die Integrität der Faser während der Bildung der Vorläuferkonstruktion und während der Erwärmung der Konstruktion, um den faserverstärkten Keramikverbundstoff herzustellen, beibehalten wird, kann die Faser mit einem Material beschichtet werden, das erhöhten Temperaturen widersteht, denen man bei den Erwärmungsstufen des Verfahrens begegnet, und das beispielsweise erhöhte Temperaturen von 1000⁰C oder mehr aushält. Eine geeignete Beschichtung für die Faser ist der Kohlenstoff, der auf die Oberfläche der Faser durch Verdampfung oder durch Berührung der Faser mit einer Kohlenstoffdispersion in einem flüssigen Medium aufgebracht werden kann. Die Faser kann mit dem zersetzbaren Vorläufer eines Materials beschichtet werden, das bei erhöhten Temperaturen beständig ist, beispielsweise mit einem'zersetzbaren Vorläufer eines feuerbeständigen Borids.

Obgleich die Vorläuferkonstruktion mit Hilfe einer Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren gebildet werden kann, können sich bestimmte Verfahren, nach denen die faserverstärkten Konstruktionen in anderen Bereichen hergestellt werden können, beispielsweise auf dem Gebiet der faserverstärkten Plaste, als ungeeignet erweisen. Daher kann das Mischen einer die Grundmasse bildenden Zusammensetzung mit Fasern in einem Flügelmischer und insbesondere das Mischen einer die Grundmasse bildenden Zusammensetzung mit Fasern unter den Bedingungen einer starken Scherung, beispielsweise in Strangpresse oder in einem Doppelwalzenmahlwerk, dazu neigen, die Integrität der Fasern mit dem Ergebnis zu zerstören, daß die gewünschte Faserverstärkung des Keramikverbundstoffes, der bei dem Verfahren hergestellt wird, nicht erzielt werden kann. Die Vorläuferkonstruktion wird wünschenswert mittels der Vorfahren gebildet, die nicht zu einer Zerstörung der Integrität der Fasern führen. Beispielsweise kann die Zusammensetzung, aus der die Grundmasse hergestellt wird, in der Form einer Schicht vorliegen, und die Fasern, die in der Form von relativ kurzen zerkleinerten Fasern vorliegen können oder in der Form einer Matte, die gewebt oder nicht gewebt sein kann, oder in anderen Formen, können auf der Schicht angeordnet und optional in die Schicht hineingepreßt werden.

Eine Vorläuferkonstruktion kann aufgebaut werden, indem eine Vielzahl von abwechselnden Schichten einer Zusammensetzung, aus der die Grundmasse hergestellt wird, und eine Schicht von Fasern gebildet werden, und indem die Konstruktion gepreßt wird.

Die Vorläuferkonstruktion kann mit Hilfe von anderen Verfahren hergestellt werden, und das Verfahren der Erfindung ist nicht auf die Anwendung einer speziellen Methode für die Bildung der Vorläuferkonstruktion beschränkt. Beispielsweise kann die Vorläuferkonstruktion durch Pressen einer Masse von Fasern gebildet werden, die mit der Zusammensetzung beschichtet wurde, aus der die Grundmasse hergestellt wird.

In den folgenden Stufen des Verfahrens der Erfindung wird die Vorläuferkonstruktion erwärmt, um das flüssige Verdünnungsmittel zu verdampfen, das organische Bindemittel zu zersetzen und die Teilchen des keramischen Materials in sowohl der Grundmasse als auch in der Faser zu sintern.

Die Vorläuferkonstruktion muß auf nur eine relativ niedrige Temperatur erwärmt werden, um das flüssige Medium zu verdampfen, auf eine Temperatur von bis zu 100⁰C oder möglicherweise etwas höher, was im allgemeinen ausreichend ist, obgleich die anzuwendende Temperatur in bestimmtem Umfang von der Beschaffenheit des flüssigen Mediums abhängig sein

Gleichermaßen wird die Beschaffenheit des organischen Bindemittels zumindest in gewissem Umfang die Temperatur bestimmen, auf die die Vorläuferkonstruktion erwärmt werden muß, um das Bindemittel zu zersetzen, und um das Bindemittel aus der Konstruktion zu entfernen. Im allgemeinen kann eine Temperatur von bis zu 500⁰C ausreichen, obgleich eine höhere Temperatur angewendet werden kann, beispielsweise eine Temperatur von bis zu 750"C.

Gleichermaßen wird die Temperatur, bei der das Sintern der Teilchen des keramischen Materials in der Grundmasse und in der Faser bewirkt werden kann, ebenfalls zumindest in gewissem Umfang von der Beschaffenheit des keramischen Materials und von der Form des keramischen Materials, beispielsweise der Teilchengröße und der Teilchengrößenverteilung abhängig sein.

Die Temperatur, bei der das Sintern bewirkt werden kann, wird Im allgemeinen bei mindestens 1000⁰C liegen, und sie kann sogar bei bis zu einer Temperatur von 2000°C oder mehr zu finden sein.

Obgleich in der vorangehend erwähnten Beschreibung spezifische Temperaturen angeführt wurden, um das flüssige Verdünnungsmittel zu entfernen, und um das organische Bindemittel zu zersetzen, und um die Teilchen des keramischen Materials zu sintern, können diese Vorfahrensstufen bewirkt werden, indem die Vorläuferkonstruktion allmählich auf fortschreitend höhere Temperaturen erwärmt wird, wobei die Temperatur möglicherweise bei einer speziellen Temperatur oder Temperaturen über eins spezifische Zeitdauer während der Erwärmung auf fortschreitend höhere Temperaturen gehalten wird.

Um die unerwünschte Oxidation zu vermeiden, kann es notwendig sein, zumindest einen Teil der Erwärmung in einer nichtoxidierenden Atmosphäre zu bewirken, beispielsweise in einer Atmosphäre eines inerten Gases. Die Anwendung einer derartigen Atmosphäre kann besonders bei höheren Temperaturen wünschenswert sein.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele verancchaulicrvi, bei denen alle Teile als Gew.-T. ausgedrückt werden.

Beispiel 1

Herstellung der Faser. Eine Zusammensetzung aus 49,5T. des Siliziumkarbidpulvers, das eine Teilchengröße von 0,2Mm aufweist, 0,5T. des Borpulvers, 4,5T. des hydrolysieren Polyvinylazetats, das einen Grad der Hydrolyse von 80% aufweist, und 9T. Wasser wurden in einem Doppelwalzenmahlwerk gemischt und im Mahlwerk zu einem Band geformt. Das Bond wurde wiederholt aus dem Mahlwerk entfernt und erneut durch die Klemmstelle zwischen dan Walzen des Mahlwerkes eingeführt, um die Komponenten der Zusammensetzung gründlich zu mischen. Die Zusammensetzung wurde danach einer Schneckenpresse zugeführt und in Faserform durch eine Düse mit einem Durchmesser von 300Mm in der Strangprosse axtrudiert.

Herstellung der Grundmasse. Eine Zusammensetzung, die die gleiche war wie die, die vorangehend beschrieben wurde, außer daß die Zusammensetzung 5T. des hydrolysieren Polyvinylazetats enthielt, wurde in einem Doppelwalzenmahlwerk im Anschluß an die vorangehend beschriebene Verfahrensweise gemischt, und das resultierende Flächengebilde wurde aus dem Mahlwerk herausgenommen. Das Flächengebilde, das eine Dicke von 0,2mm aufwies, wurde in zwei gleich große Teile zarschnitten.

Herstellung der Vorläuferkonstruktion. Fasern, die so hergestellt wurden, wie es vorangehend beschrieben wurde, wurden auf eine Länge von etwa 80mm zerkleinert und auf der Oberfläche einer der Flächengebilde angeordnet, und das andere Flächengebilde wurde danach oben auf den Fasern angeordnet, und die so gebildete Konstruktion wurde unter einem angewandten Druck von 4t gepreßt.

Herstellung des Keramikverbundstoffes. Die Vorläuferkonstruktion wurde danach auf 8O⁰C über 12 Stunden erwärmt, und danach wurda dieTemperatur mit 1⁰C pro Minute auf 700"C angehoben, und die Konstruktion wurde bei 700⁰C über 1 Stunde in einer Argonatmosphäre erwärmt. Danach wurde die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 15⁰C pro Minute auf 2050⁰C angehoben, und die Erwärmung wurde bei 2040"C über eine halbe Stunde fortgesetzt. Der so gebildete faserverstärkte Keramikverbundstoff wurde danach auf die Umgebungstemperatur abgekühlt. Die Dichte des Verbundstoffes betrug 98% der maximalen theoretischen Dichte, und die Untersuchung mit Hilfe der optischen und Elektronenmikroskopie zeigte, daß der Verbundstoff frei von Rissen war, und daß die Faserintegrität beibehalten wurde.

Vergleichsboispiel 1

Herstellung der Faser. Der Faserherstellungsprozeß, wie er im Beispiel 1 vorangehend beschrieben wird, wurde wiederholt, außer daß die Faser, die hergestellt wurde, zusätzlich auf 2040⁰C mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 15⁰C pro Minute erwärmt wurde, und daß die Temperatur auf 2040⁰C über 30min gehalten wurde. Die Faser aus dem gesinterten Siliziumkarbid, die hergestellt wurde, wurde danach mit einer dünnen Kohlanstoffschicht durch Verdampfung beschichtet.

Herstellung der Grundmasse. Zwei 0,2 mm dicke Flächengebilde wurdan entsprechend der Verfahrensweise hergestellt, die im Beispiel 1 vorangehend beschrieben wird.

Herstellung der Vorläuferkonstruktion. Eine Vorläuferkonstruktion wurde entsprechend der Verfahrensweise hergestellt, die im Beispiel 1 vorangehend beschrieben wird.

Herstellung des Keramikverbundstoffes. Die Vorläuferkonstruktion wurde entsprechend der Verfahrensweise erwärmt, die im Beispiel 1 vorangehend beschrieben wird. Die endgültige Dichte des Verbundstoffes betrug jedoch nur 81 % der maximalen theoretischen Dichte, und die optische Untersuchung des Verbundstoffes zeigte, daß der Verbundstoff eine wesentliche Porosität zeigte, die hauptsächlich als große Risse quer zur Richtung der Fasern auftrat.

Vergleichsbeispiel 1 a

Die Verfahrensweise aus dem Vergleichsbeispiel 1 vorangehend wurde wiederholt, außer daß die Vorläuferkonstruktion hergestellt wurde, indem die Fasern in eine Oberfläche eines der Grundmasseflächengebüde gepreßt wurden.

Die endgültige Dichte des resultierenden Keramikverbundstoffes betrug 87% der theoretischen maximalen Dichte, und der Verbundstoff enthielt große Risse quer zur Richtung der Fasern. Außerdem war das Flächengebildo nicht mehr ebon, und die Oberfläche des Flächengebildes, die die Fasern enthält, war gekrümmt.

Beispiel 2

Herstellung dor Faser. Die Verfahrensweise aus dem vorangegangenen Beispiel 1 wurde befolgt, um eine Faser herzustellen, außer daß die Faser aus einerZusammensetzung von 5OT. Titandiborid, daseine mittlere Teilchengröße von 1 μπι aufweist, und 11T. einer 20:80 Gew.:Gßw.-Lösung von Hydroxypropylmethylzellulose und Wasser hergestellt wurde, wobei die Faser durch eine Düse mit einem Durchmesser von 500 pm extrudiert wurde, und wobei die Faser nach dem Trocknen mit einer Kohlenstoffschicht durch Tauchen in einer Kohlenstoffaufschlämmung beschichtet wurde.

Herstellung der Grundmasse. Zwei 0,2mm dicko Flächengebilde wurden entsprechend der Verfahrensweise aus dem vorangegangensn Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Flächengebilde aus einer titandiboridhaltigen Zusammensetzung, wie sie vorangehend beschrieben wird, hergestellt wurden.

Herstellung der Vorläuferkonstruktion. Die im Beispiel 1 vorangehend beschriebene Verfahrensweise wurde befolgt, um eine Vorläuferkonstruktion aus titandiboridhaltigen Fasern und Grundmasse herzustellen, wie sie vorangehend betreffs ihrer Herstellung beschrieben wurden.

Herstellung des Keramikverbundstoffes. Ein Keramikvarbundstoff wurde aus der Vorläuferkonstruktion bei Befolgung des Erwärmungsprozesses, der im Beispiel 1 beschrieben wird, hergestellt. Die Dichte des Verbundstoffes betrug 94% der theoretischen maximalen Dichte. Die Integrität der Fasern wurde im Verbundstoff beibehalten, und dor Verbundstoff war frei von Rissen.

Vergleichsbeispiel 2

Die Verfahrensweise aus dem Beispiel 2 wurde befolgt, um einen Keramikverbundstoff herzustellen, außer daß der Verbundstoff aus einer Vorläuferkonstruktion hergestellt wurde, bei der die Fasern, die vorhanden waren, Titandiboridfasern waren, die so hergestellt wurden, wie das vorangehend beschrieben wurde, wobei vor der Beschichtung mit Kohlenstoff eine Erwärmung auf 2 040°C mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 15°C pro Minute erfolgte, und wobei diese Temperatur über 30min gehalten wurde, um die Titandiboridteilchen in der Faser zu sintern. Die Faser zeigte eine Dichte von 93% des theoretischen Maximums. Der Keramikverbundstoff, der hergestellt wurde, zeigte eine Dichte von nur 81 % der theoretischen maximalen Dichte und enthielt große Risse quer zur Richtung der Fasern.

Beispiel 3

Herstellung der Fasern. Die Verfahrensweise aus dem vorangegangenen Beispiel 1 wurde befolgt, um eine Faser herzustellen, außer daß die Faser aus einer Zusammensetzung von 50T. Tiiankarbid, das eine rrvttlere Teilchengröße von 1,45 μη\ aufweist, 5T. von 80% hydrolysiertem Pclyvinylazetat, 6T. Wasser hergestellt wurde, und die Faser wurde nach dem Trocknen mit einer Kohlenstoffschicht durch Tauchen in einer Kohlenstoffaufschlämmung überzogen.

Herstellung der Grundmasse. Zwei 0,2 mm dicke Flächengebilde wurden bei Befolgung der Verfahrensweise aus dem vorangegangenen Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Flächengebilde aus einer titankarbidhaltigen Zusammensetzung hergestellt wurden, wie vorangehend beschrieben wurde.

Herstellung der Vorläuferkonstruktion. Die Verfahrensweise, die im Beispiel 1 vorangehend beschrieben wurde, wurde befolgt, um eine Vorläuferkonstruktion aus titankarbidhaltigen Fasern und der Grundmasse, die so hergestellt wurden, wie es vorangehend beschrieben wurde, zu produzieren.

Herstellung des Keramikverbundstoffes. Ein Keramikverbundstoff wurde aus der Vorläuferkonstruktion bei Befolgung des Erwärmungsprozesses, der im Beispiel 1 beschrieben wird, hergestellt. Die Dichte des Verbundstoffes betrug 96% der theoretischen maximalen Dichte. Die Integrität der Fasern wurde im Verbundstoff beibehalten, und der Verbundstoff war frei von Rissen.

Vergleichsbeispiel 3

Die Verfahrensweise aus dem Beispiel 3 wurde befolgt, um einen Keramikverbundstoff herzustellen, außer daß der Verbundstoff aus einer Vorläuferkonstruktion hergestellt wurde, bei der die Fasern, die vorhanden waren, Titankarbidfasern waren, die so hergestellt wurden, wie es vorangehend beschrieben wurde, wobei vor der Beschichtung mit Kohlenstoff eine Erwärmung auf 2 04O⁰C mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 15 ⁰C pro Minute erfolgte, und wobei diese Temperatur über 30min gehalten wurde, um dieTitankarbidteüchen in der Faser zu sintern. Die Faser zeigte eine Dichte von 94% des theoretischen Maximums. Der Keramikverbundstoff, der hergestellt wurde, zeigte eine Dichte von nur 83% der theoretischen maximalen Dichte und enthielt große Risse quer zur Richtung der Fasern.

Beispiel 4

Herstellung der Faser. Die Verfahrensweise aus dem vorangegangenen Beispiel 1 wurde befolgt, um eine Fasor herzustellen, außer daß die Faser aus einer Zusammensetzung von 5OT. Titandioxid, das eine mittlere Teilchengröße von 0,2 μηι aufweist, 5T.

des 80% hydrolysieren Polyvinylazetats und 6T. Wasser hergestellt wurde, wobei die Faser durch eine Düse mit einem Durchmesser von 200 pm extrudiert wurde, und die Faser wurde nachdem Trocknen mit einer Bornitridschicht durch Tauchen in einer Bornitridaufschlämmung überzogen.

Herstellung der Grundmasse. Zwei 0,2mm dicke Flächengebilde wurden bei Befolgung der Verfahrensweise aus dem vorangegangenen Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Flächengebilde aus einer titandioxidhaltigen Zusammensetzung, wie vorangehend beschrieben wurde, hergestellt wurden.

Herstellung der Vorläuferkonstruktion. Die im vorangegangenen Beispiel 1 beschriebene Verfahrensweise wurde befolgt, um eine Vorläuferkonstruktion aus titandioxidhaltigen Fasern und der Grundmasse, die Su hergestellt wurden, wie es vorangehend beschrieben wurde, herzustellen.

Herstellung des Keramikverbundstoffes. Ein Keramikverbundstoff wurde aus der Vorläuferkonstruktion bei Befolgung des Erwärmungsprozesses, der im Beispiel 1 beschrieben wird, hergestellt, außer daß die maximale Temperatur 1200⁰C betrug. Die Dichte des Verbundstoffes betrug 98% der theoretischen maximalen Dichte. Die Integrität der Fasern wurde im Verbundstoff beibehalten, und der Verbundstoff war frei von Rissen.

Vergleichsbeispiel 4

Die Verfahrensweise ausdem Beispiel 4 wurde befolgt, um einen Keramikverbundstoff herzustellen, außer daß der Verbundstoff aus einer Vorläuferkonstruktion hergestellt wurde, bei der die Fasern, die vorhanden waren, Titandioxidfasern waren, die so hergestellt wurden, wie es vorangehend beschrieben wurde, wobei vor der Beschichtung mit Bornitrid eine Erwärmung auf 1200^cC mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 15°C pro Minute erfolgte, und wobei diese Temperatur über 30min eingehalten wurde, um die Titandioxidteilchen in der Faser zu sintern. Die Faser zeigte eine Dichte von 99% des theoretischen Maximums. Es wurda ermittelt, daß der Keramikverbundstoff, der hergestellt wurde, in mehrere Stücke zerbrach.

Beispiels

Herstellung der Faser. Die Verfahrensweise aus dom vorangegangenen Beispiel 1 wurde befolgt, um eine Faser herzustellen, außer daß die Faser aus einer Zusammensetzung von 5OT. Zirkoniumdioxidpulver, 4T. des 80% hydrolysieren Polyvinylazetats und 6T. Wasser hergestellt wurde, wobei die Faser durch eine Düse mit einem Durchmesser von 200 pm extrudiert wurde; die Faser wurde nach dem Trocknen mit einer Bornitridschicht durch Tauchen in oiner Bornitridaufschlämmung überzogen.

Herstellung der Grundmasso. Zwei 0,2mm dicke Flächengebilde wurden bei Befolgung der Verfahrensweise aus dem vorangegangenen Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Flächengebilde aus einer zirkoniumdioxidhaltigen Zusammensetzung hergestellt wurden, wie vorangehend beschrieben wurde.

Herstellung der Vorläuferkonstruktion. Die im vorangegangenen Beispiel 1 beschriebene Verfahrensweise wurde befolgt, um eine Vorläuferkonstruktion aus zirkoniumdioxidhaltigen Fasern und der Grundmasse, die so hergestellt wurden, wie es vorangehend beschrieben wurde, zu produzieren.

Herstellung des Keramikverbundstoffes. Ein Keramikverbundstoff wurde aus der Vorläuferkonstruktion bei Befolgung des Erwärmungsprozesses, der im Beispiel 1 beschrieben wurde, hergestellt, außer daß die maximale Temperatur 1450°C betrug.

Die Dichte des Verbundstoffes betrug 99,5% cer theoretischen maximalen Dichte. Die Integrität der Fasern im Verbundstoff wurde beibehalten, und der Verbundstoff war frei von Rissen.

Vergleichsbeispiel 5

Die Verfahrensweise aus dem Beispiel 5 wurde befolgt, um einen Keramikverbundstoff herzustellen, außer daß der Verbundstoff aus einer Vorläuferkonstruktion hergestellt wurde, boi der die Fasern, die vorhanden waren, Zirkoniumdioxidfasern waren, die so hergestellt wurden, wie es vorangehend beschrieben wurde, und wobei vor der Beschichtung mit Bornitrid eine Erwärmung mit einer Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs von 15°C pro Minute auf 1450°C erfolgte, und wobei diese Temperatur über 30 min beibehalten wurde, um die Zirkoniumdioxidteilchen in der Faser zu sintern. Die Faser zeigte eine Dichte von 99,8% des theoretischen Wertes. Der Keramikverbundstoff, der hergestellt wurde, zeigte eine Dichte von nur 81,4% der theoretischen maximalen Dichte und enthielt große Risse quer zur Richtung der Fasern.

Beispiele

Herstellung der Faser. Die Verfahrensweise aus dem Beispiel 5 wurde befolgt, um eine bomitridbeschichtete, zirkoniumdioxidhaltige Faser herzustellen.

Herstellung der Grundmasse. Zwei 0,2mm dicke Flächengebilde wurden bei Befolgung der Verfahrensweise aus dem vorangegangenen Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Flächengebilde aus einer Zusammensetzung von 5OT.

Aluminiumoxidpulver, 5T. von 80% hydrolysiertem Polyvinylazetat und 7T. Wasser hergestellt wurden.

Herstellung der Vorläuferkonstruktion. Die im vorangegangenen Beispiel 1 beschriebene Verfahrensweise wurde befolgt, um eine Vorläuferkonstruktion aus den Fasern und der Grundmasse herzustellen, die so hergestellt wurden, wie es vorangehend beschrieben wurde.

Herstellung des Keramikverbundstoffes. Ein Keramikverbundstoff wurde aus der Vorläuferkonstruktion bei Befolgung des Erwäi mungsprozesses, der im Beispiel 1 beschrieben wird, hergestellt, außer daß die -maximale Temperatur 1450°C betrug. Die Dichte des Verbundstoffes betrug 99,2% der theoretischen maximalen Dichte. Die Integrität der Fasern wurde.im Verbundstoff beibehalten, und der Verbundstoff war frei von Risson.

Vergleichsbeispiel 6

Die Verfahrensweise aus dem Beispiel 6 wurde befolgt, um einen Keramikverbundstoff herzustellen, außer daß der Verbundstoff aus einer Vorläuferkonstruktion hergestellt wurde, bei der die Fasern, die vorhanden waren, gesinterte Zirkoniumdioxidfasern waren, die bei Befolgung der Verfahrensweise aus dem Vergleichsbeispiel 5 hergestellt wurden. Der Keramikverbundstoff, der hergestellt wurde, zeigtö eine Dichte von nur 81 % der theoretischen maximalen Dichte und enthielt große Risse quer zur Richtung der Fasern.

Claims

1. Ein Verfahren für die Herstellung eines faserverstärkten Keramikverbundstoffes durch Herstellung einer Vorläuferkonstruktion, die eine Grundmasse einer Zusammensetzung, die aus einem aus Teilchen bestehenden keramischen Material, einem flüssigen Verdünnungsmittel und einem organischen Bindemittel besteht, und Fasern innerhalb der Grundmasse einschließt, wobei die Fasern aus einer Zusammensetzung gebildet werden, die aus einem aus Teilchen bestehenden keramischen Material, einem flüssigen Verdünnungsmittel und einem organischen Bindemittel besteht, und durch Erwärmung des Vorläufers, um das flüssige Verdünnungsmittel zu verdampfen, um das organische Bindemittel zu zersetzen und um die Teilchen des keramischen Materials in sowohl der Grundmasse als auch in den Fasern zu sintern.

2. Ein Verfahren, wie es im Patentanspruch 1 beansprucht wird, bei dem das aus Teilchen bestehende keramische Material in der Zusammensetzung der Grundmasse das gleiche ist wie das aus Teilchen bestehende keramische Material in der Zusammensetzung der Fasern.

3. Eh Verfahren, wie es im Patentanspruch 1 oder im Patentanspruch 2 beansprucht wird, bei dem der Grad der Zusammenziehung der Grundmasse und der Fasern, die durch den Verlust des flüssigen Verdünnungsmitteis und die Zersetzung des organischen Bindemittels hervorgerufen wird, im wesentlichen der gleiche ist.

4. Ein Verfahren, wie es im Patentanspruch 3 beansprucht wird, bei dem die Anteile der Komponenten in den Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Faser hergestellt v/erden, im wesentlichen die gleichen sind.

5. £ in Verfahren, wie es in einem jeden der Patentansprüche 1 bis 4 beansprucht wird, bei dem das aus Teilchen bestehende keramische Material unter Siliziumkarbid, Titankarbid, Titandiborid, Titandioxid und Zirkoniumdioxid ausgewählt wird.

6. Ein Verfahren, wie es in einem jeden der Patentansprüche 1 bis 5 beansprucht wird, bei dem die Teilchengröße des keramischen Materials kleiner ist als 5μιη.

7. Ein Verfahren, wie es in einem jedem der Patentansprüche 1 bis 6 beansprucht wird, bei dem das organische Bindemittel ein organisches polymeres Material ist.

8. Ein Verfahren, wie es im Patentanspruch 7 beansprucht wird, bei dem das organische polymere Material ein hydrolysiertes Vinylacetatpolymeres oder -copolymeres einschließt.

9. Ein Verfahren, wie es in einem jeden der Patentansprüche 1 bis 8 beansprucht wird, bei dem die Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Faser hergestellt werden, mindestens 50 Gew.-% des aus Teilchen bestehenden keramischen Materials einschließen.

10. Ein Verfahren, wie es in einem jeden der Patentansprüche 1 bis 9 beansprucht wird, bei dem die Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Faser hergestellt werden, mehr als 5Gew.-% des flüssigen Mediumseinschließen.

11. Ein Verfahren, wie es in einem jeden der Patentansprüche 1 bis 10 beansprucht wird, bei dem die Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Faser hergestellt werden, mindestens :^Gew.-% des organischen Bindemittels einschließen.

12. Ein Verfahren, wie es in einem jeden der Patentansprüche 1 bis 11 beansprucht wird, bei dem die Faser einen Durchmesser von mindestens 50 Mm aufweist.

13. Ein Verfahren, wie es in einem jeden der Patentansprüche 1 bis 12 beansprucht wird, bei dem die Faser mit einem Material beschichtet ist, das der erhöhten Temperatur widersteht, der man in der Erwärmungsstufe des Verfahrens begegnet.

14. Ein Verfahren, wie es im Patentanspruch 13 beansprucht wird, bei dem das widerstandsfähige Material Kohlenstoff ist.

15. Ein Verfahren, wie es in einem jeden der Patentansprüche 1 bis 14 beansprucht wird, bei dem die Vorläuferkonstruktion eine Grundmasse in der Form eines Flächengebildes einschließt, wobei Fasern in das Flächengebilde gepreßt wurden.

16. Ein Verfahren, wie es im Patentanspruch 15 beansprucht wird, bei dem die Vorläuferkonstruktion abwechselnde Schichten einer Zusammensetzung, aus der die Grundmasse hergestellt wird, und Schichten aus Fasern einschließt.

17. Eine Vorläuferkonstruktion, aus der ein faserverstärkter Keramikverbundstoff hergestellt werden kann und die eine Grundmasse aus einer Zusammensetzung, die aus einem aus Teilchen bestehenden keramischen Material, einem flüssigen Verdünnungsmittel und einem organischen Bindemittel besteht, und Fasern innerhalb der Grundmasse einschließt, die aus einer

Zusammensetzung gebildet werden, die aus einem aus Teilchen bestehenden keramischen Material, einem flüssigen Verdünnungsmittel und einem organischen Bindemittel besteht.

18. Eine Vorläuferkonstruktion, wie sie im Patentanspruch 17 beansprucht wird, bei der die Zusammensetzungen, aus denen die Grundmasse und die Fasern hergestellt werden, so sind, wie sie in einem jeden der Patentansprüche 2 bis 16 boschrieben werdan.

Diese Erfindung betrifft dia Herstellung eines faserverstärkten Keramikverbundstoffes und einen Vorläufer, aus dem ein derartiger faserverstärkter Keramikverbundstoff hergestellt werden kann.

Die faserverstärkten Keramikverbundstoffe, die aus einer Grundmasse eines gesinterten, aus Teilchen bestehenden Materials und Fasern eines gesinterten keramischen Materials, des in der Grundmasse verteilt ist, bestehen, sind eine vielversprechende Klasse von Baustoffen für einen Einsatz bei Anwendungen, wo eine hohe Festigkeit, eine hohe Steifigkeit, eine niedrige Wärmeausdehnung und eine hohe Wärmebeständigkeii gefordert wird, und insbesondere wo eine hohe Zähigkeit gewünscht wird, und für die Herstellung derartiger faserverstärkter Keramikverbundstoffe wurden viele Verfahren vorgeschlagen. Die bisher vorgeschlagenen Verfahren zeigen jedoch Nachteile.

Idealerweise wäre es von beträchtlichem Nutzen, wenn die konventionellen Verfahren, mittels der die gesinterten Keramikkonstruktionen hergestellt werden, leicht modifiziert werden könnten, um die Fasern in die Konstruktionen einzuverleiben. Derartige gesinterte Keramikkonstruktionen werden konventionell hergestellt, indem eine homogene Zusammensetzung eines aus Teilchen bestehenden keramischen Materials, eines flüssigen Verdünnungsmittels und eines organischen Bindemittels, beispielsweise eines organischen Polymeren, in Lösung oder in Suspension im flüssigen Verdünnungsmittel gebildet wird. Die Zusammensetzung wird in die gewünschte Form gebracht, beispielsweise durch Zusammendrücken der Zusammensetzung bzw. Mischung in einer Form oder durch Extrudieren oder Spritzgießen der Zusammensetzung, und die Zusammensetzung wird erwärmt, um das flüssige Verdünnungsmittel zu entfernen und um das organische Bindemittel abzubrennen, und danach wird die Zusammensetzung auf eine höhere Temperatur erwärmt, um die Teilchen des keramischen Materials zusammen zu sintern.

Es ist möglich, einen derartigen konventionellen Produktionsprozeß zu modifizieren, beispielsweise indem Fasern aus einem gesinterten keramischen Material in die Zusammensetzung eingeschlossen werden, aus der die Keramikkonstruktion hergestellt wird.

Ein derartiger modifizierter Produktionsprozeß zeigt jedoch Nachteile. So können, wo eine homogene Zusammensetzung aus aus Teilchen bestehendem keramischen Material, dem flüssigen Verdünnungsmittel, dem organischen Bindemittel und den Fasern aus einem gesinterten keramischen Material gebildet wird, beispielsweise durch Benutzung eines Flügelmischers oder durch Kalandrieren der Zusammensetzung unter den Bedingungen einer starken Scherung, die Fasern mechanisch beschädigt werden. Selbst wo die Fasern nicht mechanisch während der Bearbeitung beschädigt werden, wenn beispielsweise eine Zusammensetzung durch die Bildung von Faserschichten und Schichten einer Grundmasse hergestellt wird, hat das Vorhandensein der Fasern in der Zusammensetzung dennoch einen schädlichen Einfluß auf die Verarbeitung der Zusammensetzung und auf die Eigenschaften der Keramikkonstruktion, die hergestellt wird. Während die Zusammensetzung durch eine Erwärmung auf eine erhöhte Temperatur verarbeitet wird, neigt die Zusammensetzung daher dazu, sich zusammenzuziehen, während das flüssige Verbindungsmittel entfernt wird, während das organische Bindemittel abgebrannt wird und während die Teilchen des keramischen Materials gesintert werden, und die Zusammensetzung neigt ebenfalls dazu, sich zusammenzuziehen, während sie von der erhöhten Verarbeitungstemperatur in den abschließenden Stufen des Prozesses abgekühlt wird. Es gibt jedoch im allgemeinen eine wesentliche Feinabstimmung zwischen den Wärmeeigenschaften der Fasern und der übrigen Zusammensetzung, da die Fasern bereits gesintert sind und sich nicht während der Erwärmung der Zusammensetzung zusammenziehen, und außerdem neigen die Faern in der Zusammensetzung dazu, der Zusammenziehung der Komposition zu widerstehen. Das Gesamtergebnis ist, daß sich Risse in der Grundmasse des keramischen Verbundstoffes bilden, der aus der faserhaltigen Zusammensetzung hergestellt wird, daß die Dichte des keramischen Verbundstoffes relativ niedrig ist, und zwar im Vergleich zur maximalen theoretischen Dichte, so kann die Dichte beispielsweise nur bis zu 75% und selten bis zu 85% der maximalen theoretischen Dichte betragen, und daß die Fasern im Verbundstoff dazu neigen, nicht an die Grundmasse des Verbundstoffes gebunden zu werden, und zwar mit dem Ergebnis, daß die mechanischen Eigenschaften des Verbundstoffes nachteilig beeinflußt werden. Während es möglich ist, diesen nachteiligen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften des Verbundstoffes in gewissem Umfang zu überwinden, indem die faserhaltige Zusammensetzung unter einem angewandten Druck verarbeitet wird, ist das nicht nur unbequem, sondern die Anwendung des Druckes bringt ebenfalls eine Begrenzung der Komplexität der Form des Verbundstoffes mit sich, der hergestellt werden kann. Ebenfalls kann der resultierende Verbundstoff dennoch nicht die mechanischen Eigenschaften aufweisen, beispielsweise die Zugreißeigenschaften und eine Zähigkeit oder eine Dichte, die so groß sind, wie sie gewünscht werden könnten.

Andere Methoden wurden für die Herstellung von faserverstärkten Keramikverbundstoffen vorgeschlagen. Beispielsweise kann eine dreidimensionale Konstruktion, die aus Fasern eines keramischen Materials gebildet wird, beispielsweise eine Konstruktion, die aus einer Matte oder aus einem Stapel einer Vielzahl von Matten aus Fasern eines keramischen Materials gebildet wird, mit einerZusammensetzung eines ausTeilchen bestehenden keramischen Materials, eines flüssigen Verdünnungsmittels und oines organischen Bindemittels imprägniert werden, und die so imprägnierte Konstruktion kann weiter durch Erwärmung verarbeitet werden, wie hierin vorangehend beschrieben wird. Dieser Imprägnierungsprozeß neigt jedoch dazu, zur Herstellung eines Verbundstoffes zu führen, der die nachteiligen Merkmale aufweist, auf die man sich hierin vorangehend als das Ergebnis der Neigung der Fasern, sich nicht zusammenzuziehen und der Zusammenziehung der Kornposition zu widerstehen, bezog, und außerdem neigen die Fasern in der Konstruktion bei der Imprägnierung dazu, die Teilchen des keramischen Materials zu filtrieren, und es ist daher schwierig, eine homogene Imprägnierung der Konstruktion mit dem Ergebnis zu bewirken, daß der Verbundstoff, der hergestellt wird, ebenfalls eine inhomogene Zusammensetzung und veränderliche mechanische Eigenschaften aufweist.