DE102005012065B4 - Method for producing components from metal matrix composite materials - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen, wobei jedes Bauteil aus mit einem Metall beschichten Fasern geformt wird, indem einzelne Fasern als mindestens ein Faserbündel (1), in welchem die einzelnen Fasern jeweils einen definierten Abstand zueinander aufweisen, auf einem Spulenkörper (2) geordnet abgelegt werden und im Kontaktpunkt (3) mit dem Spulenkörper (2) das mindestens eine Faserbündel (1) mittels mindestens eines dem Faserbündel (1) zugeordneten thermischen Plasma-Partikelstrahls (4) bzw. Ionenstrahls beschichtet und eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Faserbündel (1) synchron gewickelt und gleichzeitig mittels jeweils zugeordneten Plasma-Partikelstrahlen (4) bzw. Ionenstrahlen beschichtet werden und dass die Faserbündel (1) mit den zugeordneten Plasma-Partikelstrahlen bzw. Ionenstrahlen (4) räumlich verfahren werden.method for the manufacture of components from metal-matrix composites, wherein each component is formed from metal-coated fibers, in that individual fibers as at least one fiber bundle (1), in which the individual Fibers each have a defined distance from each other, on a bobbin (2) are stored in an orderly manner and at the contact point (3) with the bobbin (2) the at least one fiber bundle (1) by means of at least one of the fiber bundle (1) associated thermal Plasma particle beam (4) or ion beam coated and embedded is characterized in that a plurality of fiber bundles (1) synchronously wound and at the same time by means of respectively assigned Plasma particle beams (4) or ion beams are coated and that the fiber bundles (1) with the associated plasma particle beams or ion beams (4) spatially be moved.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a method for the production of components Metal-matrix composite materials according to the preamble of the claim 1.

Bei bekannten Herstellungsverfahren von Bauteilen aus Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen (MMC: metal matrix composites) werden in einem ersten Verfahrensschritt Einzelfasern oder Faserbündel beschichtet. Anschließend erfolgt ein Konfektionsvorgang, insbesondere ein Sintervorgang, in welchem die einzelnen Fasern bzw. Faserbündel unter hohem Druck und Temperatur zu einem Festkörper zusammengefügt werden.at known manufacturing method of metal-matrix composite components (MMC: metal matrix composites) are used in a first process step Single fibers or fiber bundles coated. Subsequently a fabrication process takes place, in particular a sintering process, in which the individual fibers or fiber bundles under high pressure and Temperature are joined together to form a solid.

Die Bauteilrohform wird dabei bekanntermaßen entweder durch Wickeln oder durch Einlegen der beschichten Fasern in eine Form hergestellt.The Part raw form is known to be either by winding or by placing the coated fibers in a mold.

Bei bekannten Verfahren bedarf es mehrerer Herstellungsschritte, was zeitaufwendig und unwirtschaftlich ist. Außerdem kann es durch den Sinterprozess zu ungleichmäßigen Verbindungen zwischen den Faserschichten kommen, was zu einer verminderter Stabilität des Bauteils führen kann.at known processes require several production steps, which time consuming and uneconomical. Besides, it may be due to the sintering process to uneven connections come between the fiber layers, resulting in a reduced stability of the component to lead can.

Aus dem Dokument EP 0 358 799 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen bekannt, bei dem Fasern geordnet auf einem Träger, z.B. einem Spulenkörper, abgelegt und durch RF-Plasmaspritzen von Metallpulver auf Ti-Basis verbunden bzw. eingebettet werden. Nach einer Verfahrensvariante (Seite 3, Zeilen 51 bis 54) wird das Faserbündel während des Ablegens auf dem Spulenkörper unter langsamem Aufwickeln beschichtet bzw. eingebettet.From the document EP 0 358 799 A1 is a method for the production of components of metal-matrix composite materials known, deposited in the fibers arranged on a support, such as a bobbin, and connected or embedded by RF plasma spraying of metal powder based on Ti. According to a variant of the method (page 3, lines 51 to 54), the fiber bundle is coated or embedded during the depositing on the bobbin with slow winding.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von MMC-Bauteilen mit komplexer Struktur anzugeben, das kostengünstig arbeitet.It It is an object of the invention to provide a method for producing MMC components with a complex structure that works cost-effectively.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.These The object is achieved by the method according to claim 1. advantageous Finishes are Subject of dependent claims.

Durch die Verwendung mehrerer Faserbündel können auch komplexe Gebilde, z.B. Wellen oder asymmetrische Bauteile erstellt werden. Dabei werden die Faserbündel synchron gewickelt und gleichzeitig mittels jeweils zugeordneten Plasma-Partikelstrahlen bzw. Ionenstrahlen beschichtet und zu einem Verbundmaterial mit geordnet eingebetteten Fasern aufgebaut. Weiterhin werden die Faserbündel mit den ihnen zugeordneten Plasma-Partikelstrahlen räumlich verfahren.By the use of multiple fiber bundles can also complex structures, e.g. Created waves or asymmetric components become. This will be the fiber bundles synchronously wound and at the same time by means of respectively assigned Plasma particle beams or ion beams coated and to a Composite constructed with ordered embedded fibers. Farther are the fiber bundles with spatially displace the plasma particle beams assigned to them.

Es ist somit möglich, kostengünstig MMC-Bauteile mit einer komplexen Struktur, z.B. Wellen oder Hohlschaufeln herzustellen. Die einzelnen Faserbündeln können wie bei der Herstellung von Bauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff entsprechend ihrer Belastungsrichtung gelegt und beim Ablegen beschichtet und mit dem Grundkörper oder der darunter liegenden Schicht verbunden werden.It is thus possible inexpensive MMC components with a complex structure, e.g. To produce waves or hollow blades. The individual fiber bundles can as in the manufacture of components made of a fiber composite material placed according to their load direction and coated when depositing and with the main body or the underlying layer.

Zweckmäßig kann die Beschichtungsstärke entsprechend der örtlichen Gegebenheiten angepasst werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, Zwischenlagen herzustellen, um z.B, Risse zu stoppen. Darüber hinaus ist es möglich, im Plasma-Partikelstrahl, welcher z.B ein plasma vapour deposition-(PVD-)Jet ist, lagenabhängig die Gas- und/oder Partikelzusammensetzung zu ändern. Somit ist es möglich, die Beschichtung an die jeweilige örtliche Belastung anzupassen.Appropriately the coating thickness accordingly the local Be adapted to circumstances. With the method according to the invention Is it possible, To create intermediate layers, for example, to stop cracks. Furthermore is it possible in the Plasma particle beam, which, for example, a plasma vapor deposition (PVD) jet is, depending on the location to change the gas and / or particle composition. Thus it is possible the Coating to the respective local Adjust load.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Beschichtung und die Konfektionierung der Fasern in einem einzigen Verfahrensschritt möglich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist kein weiteres Sintern der Fasern nötig, sondern nur noch eine Wärmebehandlung.One An essential advantage of the method according to the invention is that the Coating and making up the fibers in a single Process step possible is. With the method according to the invention no further sintering of the fibers is necessary, but only one more Heat treatment.

Jedes Faserbündel besteht vorteilhaft aus Keramikfasern, Metallfasern oder einer Mischung daraus. In einer vorteilhaften Ausführung ist der Spulenkörper eine Umlenkrolle oder ein Wickelkörper, auf welchen die Faserbündel aufgewickelt werden.each fiber bundles is advantageously made of ceramic fibers, metal fibers or a mixture thereof. In an advantageous embodiment is the bobbin a deflection roller or a winding body on which the fiber bundles are wound up become.

In der einzigen Fig. ist beispielhaft eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, der Einfachheit halber mit nur einem Faserbündel 1. Ein geordnetes Faserbündel 1 wird einem Spulenkörper 2 zugeführt. Der Spulenkörper 2 ist hierbei beispielhaft eine Umlenkrolle. Es ist aber auch möglich, dass der Spulenkörper ein Wickelkörper ist, auf den das geordnete Faserbündel aufgewickelt wird. An der Kontaktstelle 3 des Spulenkörpers 2 mit dem Faserbündel 1 wird das Faserbündel 1 mit einem Plasma-Partikelstrahl 4 bzw. Ionenstrahl beschichtet und die Fasern eingebettet.In the single FIGURE, an arrangement for carrying out the method according to the invention is shown by way of example, for simplicity with only one fiber bundle 1 , An ordered fiber bundle 1 becomes a bobbin 2 fed. The bobbin 2 Here is an example of a pulley. But it is also possible that the bobbin is a bobbin on which the ordered fiber bundle is wound up. At the contact point 3 of the bobbin 2 with the fiber bundle 1 becomes the fiber bundle 1 with a plasma particle beam 4 or ion beam coated and the fibers embedded.

Zweckmäßig kann ein Faserbündel 1 auch mit mehreren Plasma-Partikelstrahlen 4 bzw. Ionenstrahlen beschichtet werden. In der Fig. sind beispielhaft zwei Plasma-Partikelstrahlen 4 an sich gegenüberliegenden Seiten des Spulenköpers 2 angeordnet. Dadurch wird eine Verbesserung der Beschichtung erreicht. Die Beschichtung kann auch im Bereich der Kontaktstelle 3, d.h. kurz vor oder hinter der Kontaktstelle 3 erfolgen.Appropriately, a fiber bundle 1 also with several plasma particle beams 4 or ion beams are coated. In the figure, by way of example, two plasma particle beams 4 on opposite sides of the bobbin 2 arranged. As a result, an improvement of the coating is achieved. The coating can also be in the area of the contact point 3 ie shortly before or after the contact point 3 respectively.

Im Sinne der Erfindung ist vorgesehen, mindestens ein zweites Faserbündel auf Lücke gegenüber dem ersten Faserbündel abzulegen und beide beim Beschichtungsvorgang zu einem Verbundwerkstoff aufzubauen. Das ist für den Fachmann leicht zu verstehen und deshalb nicht separat dargestellt.in the According to the invention, at least one second fiber bundle is provided Gap to the first fiber bundle to deposit and both during the coating process to a composite material build. This is for the skilled person to understand easily and therefore not shown separately.

Claims (3)

Verfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen, wobei jedes Bauteil aus mit einem Metall beschichten Fasern geformt wird, indem einzelne Fasern als mindestens ein Faserbündel (1), in welchem die einzelnen Fasern jeweils einen definierten Abstand zueinander aufweisen, auf einem Spulenkörper (2) geordnet abgelegt werden und im Kontaktpunkt (3) mit dem Spulenkörper (2) das mindestens eine Faserbündel (1) mittels mindestens eines dem Faserbündel (1) zugeordneten thermischen Plasma-Partikelstrahls (4) bzw. Ionenstrahls beschichtet und eingebettet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Faserbündel (1) synchron gewickelt und gleichzeitig mittels jeweils zugeordneten Plasma-Partikelstrahlen (4) bzw. Ionenstrahlen beschichtet werden und dass die Faserbündel (1) mit den zugeordneten Plasma-Partikelstrahlen bzw. Ionenstrahlen (4) räumlich verfahren werden.A method of manufacturing metal-matrix composite components, wherein each component is formed from metal-coated fibers by forming individual fibers as at least one fiber bundle ( 1 ), in which the individual fibers each have a defined distance from each other, on a bobbin ( 2 ) and stored in the contact point ( 3 ) with the bobbin ( 2 ) the at least one fiber bundle ( 1 ) by means of at least one of the fiber bundles ( 1 ) associated thermal plasma particle beam ( 4 ) or ion beam is coated and embedded, characterized in that a plurality of fiber bundles ( 1 ) wound synchronously and at the same time by means of respectively associated plasma particle beams ( 4 ) or ion beams and that the fiber bundles ( 1 ) with the associated plasma particle beams or ion beams ( 4 ) are moved spatially. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserbündel (1) aus Keramikfasern, Metallfasern oder einer Mischung daraus bestehen.Method according to claim 1, characterized in that the fiber bundles ( 1 ) consist of ceramic fibers, metal fibers or a mixture thereof. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (2) eine Umlenkrolle oder ein Wickelkörper ist.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the bobbin ( 2 ) is a deflection roller or a winding body.
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