DE102008052604A1

DE102008052604A1 - Faserverstärkter Verbundwerkstoff sowie Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE102008052604A1
Application number: DE102008052604A
Authority: DE
Inventors: Blanka Dr. Lenczowski
Original assignee: EADS Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2028-10-22
Also published as: DE102008052604B4

Abstract

Ein fasenverstärkter Verbundwerkstoff (1), bestehend aus miteinander verbundenen alternierend angeordneten Metallschichten (2) und Verstärkungsschichten (3), ist bereitgestellt. Die Verstärkungsschichten (3) weisen Fasern (6, 7) auf, wobei ein erster Anteil (4) an den Fasern (6) aus einem ersten Metall und ein zweiter Anteil (5) an den Fasern (7) aus einem zweiten Metall besteht. Das erste Metall und das zweite Metall sind unterschiedlich.

Description

Die Erfindung betrifft einen faserverstärkten Verbundwerkstoff sowie ein Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs.
Eine Vielzahl von Metall-Matrix-Verbundwerkstoffen ist bekannt, die beispielsweise Verstärkungselemente in Form von pulverförmigen Partikeln, Kurz- oder Langfasern enthalten. Diese Verstärkungselemente können direkt in die Metall-Matrix eingebettet oder mit dieser zu einem Schichtwerkstoff verbunden sein. Die Verstärkungselemente können aus verschiedenen Materialien, wie zum Beispiel Glasfaser, Polymer, Metall oder Keramik bestehen. Metall-Matrix-Verbundwerkstoffe haben den Vorteil, dass deren Festigkeit gegenüber einem reinen Metall erhöht ist, während gleichzeitig die Dichte reduziert werden kann. Diese Kombination von Eigenschaften ist zum Beispiel besonders vorteilhaft beim Kraftfahrzeugbau und Flugzeugbau.
Derzeit wird als Verbundwerkstoff im Flugzeugbau auch das so genannte GLARE^® Material (GLAss fibre REinforced metal laminat) eingesetzt. Das Material ist ein verklebter Verbund aus dünnen Blechen mit dazwischen liegenden Glasfaserlagen, wie es beispielsweise in EP 0 322 947 B1 beschrieben ist. Das Material zeichnet sich durch ein sehr gutes Damage-Tolerance-Verhalten aus. Eine maßgeschneiderte Herstellung von Bauteilen ist möglich, was jedoch eine direkte Bauteilherstellung im Gesenk mit einer anschließenden Wärmebehandlung im Autoklaven erfordert. Das GLARE^® Material kann nicht konventionell umgeformt werden und ist nicht schweißbar und ist somit für eine geschweißte Strukturherstellung ungeeignet. Ferner besteht die Gefahr der Delamination auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Werkstoffe.
Die EP 1 312 467 A1 offenbart einen metallfaserverstärkten Verbundwerkstoff, der mehrere miteinander verbundene alternierend angeordnete Metallschichten und Verstärkungsschichten aufweist. Die Verstärkungsschichten enthalten Fasern aus einem hochfesten metallischem Material und werden in Form eines so genannten „losen Gewirks” zwischen den Metallschichten angeordnet. Durch die Anordnung in Form eines losen Gewirks wird ein Materialüberschuss an Fasern in den Verstärkungsschichten geschaffen, so dass sich bei einem anschließenden thermomechanischen Prozess die Fasern auf Grund des Materialüberschusses längen und so ein Reißen der hochfesten Fasern verhindert wird. Da das lose Gewirk Fasern aus ein und dem selben Material enthält, wird es auch als „Monogewebe” bezeichnet.
Ein metallfaserverstärkter Verbund hat gegenüber einem glasfaserverstärkten Verbundwerkstoff den Vorteil, dass er in Abhängigkeit von den einzelnen Komponenten schweißbar sein kann. Folglich können größere und komplizierte Halbzeuge, unter anderem auch mittels Schweißen hergestellt werden. Es ist jedoch wünschenswert, diese metallfaserverstärkten Verbundwerkstoffe sowie die Verfahren zu deren Herstellung weiter zu verbessern.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen faserverstärkten Verbundwerkstoff bereitzustellen, der eine hohe Festigkeit aufweist und gut weiterbearbeitbar ist sowie kostengünstig herstellbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs anzugeben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße faserverstärkte Verbundwerkstoff besteht aus miteinander verbundenen, alternierend angeordneten Metallschichten und Verstärkungsschichten, wobei die Verstärkungsschichten Fasern aufweisen. Ein erster Anteil an diesen Fasern besteht aus einem ersten Metall und ein zweiter Anteil an diesen Fa sern besteht aus einem zweiten Metall, wobei das erste Metall und das zweite Metall unterschiedlich sind.
Die Verstärkungsschichten weisen somit Fasern aus zwei unterschiedlichen Metallen auf. Dies hat den Vorteil, dass die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs (z. B. die Festigkeit) besser an die Anforderungen einer bestimmten Anwendung angepasst werden können und ein Reißen der Fasern im Herstellungsprozess vermieden werden kann, was nachstehend noch genauer erläutert wird.
Zu diesem Zweck weist das zweite Metall bevorzugt eine höhere Festigkeit als das erste Metall auf. Zudem ist es von Vorteil, wenn das zweite Metall eine höhere Festigkeit als die Metallschichten aufweist. Auf diese Weise kann ein Verbundwerkstoff hergestellt werden, der in einer Richtung verbesserte mechanischen Eigenschaften aufweist, ohne dass die Verstärkungsfasern, insbesondere die Fasern mit höherer Festigkeit, im Herstellungsprozess reißen, da die „weicheren” Fasern, d. h. die Fasern geringerer Festigkeit, zur Anbindung an die Metallschichten sowie zur Einbettung der festeren Verstärkungsfasern, d. h. der aus dem zweiten Metall bestehenden Fasern, dienen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Verstärkungsschichten eine aus den Fasern gebildete netzartige Struktur, insbesondere eine gewebeartige Struktur auf. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, die Fasern aus erstem und zweiten Metall miteinander zu verflechten, verweben oder verstricken, um diese netzartige bzw. gewebeartige Struktur zu bilden. Diese Struktur hat den Vorteil, dass die Verstärkungsschichten jeweils einen selbst tragenden Gegenstand darstellen, die als solche einfach zwischen den Metallschichten angeordnet werden können. Ein zeitaufwendiges, einzelnes Anordnen der Fasern zwischen den Metallschichten entfällt bei dieser Ausführungsform, ist aber durchaus möglich.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern der Verstärkungsschicht mit einer bestimmten Orientierung in der netzartigen Struktur angeordnet. Vorteilhafterweise erstrecken die Fasern des ersten Anteils sich in einer ersten Richtung und die Fasern des zweiten Anteils erstrecken sich in einer zweiten Richtung, wobei die zweite Richtung quer zu der ersten Richtung verläuft.
Demnach sind die Eigenschaften der Verstärkungsschichten und folglich die des Verbundwerkstoffs nicht gleichmäßig, sondern anisotrop, d. h. unterschiedlich in unterschiedlichen Richtungen. Dies ermöglicht das Bereitstellen eines Verbundwerkstoffs, der eine höhere Festigkeit in einer ersten Richtung aufweist als in einer zweiten Richtung, die quer zu der ersten Richtung ist. Folglich kann die Festigkeit des Verbundwerkstoffs an die Belastung eines aus dem Verbundwerkstoff hergestellten Halbzeugs räumlich angepasst werden.
Vorzugsweise wird der zweite Anteil an Fasern mit höherer Festigkeit so in dem Halbzeug angeordnet, dass sich diese Fasern in der Richtung der größten Belastung des Halbzeugs erstrecken. Der erste Anteil an Fasern mit niedrigerer Festigkeit ist bevorzugt im Halbzeug so angeordnet, dass sie sich quer zur Hauptbelastungsrichtung erstrecken. Folglich kann die Festigkeit des Halbzeugs in der Hauptbelastungsrichtung erhöht werden.
Besonders bevorzugt verläuft die erste Richtung parallel zur Walzrichtung des Verbundwerkstoffs; d. h. der zweite Anteil an Fasern verläuft quer zur Walzrichtung und der erste Anteil an Fasern verläuft parallel zur Walzrichtung. Dies ermöglicht, dass die weicheren Fasern aus dem ersten Metall stärker plastifiziert werden als die hierzu quer verlaufenden Fasern aus dem zweiten Metall höherer Festigkeit, so dass die Fasern des zweiten Anteils ohne Reißen in eine Metallmatrix aus erstem Metall eingebettet und an die Metallschichten angebunden sind. Die Verstärkungsschichten sowie die Metallschichten werden somit parallel zu der Orientierung des ersten Anteils an Fasern stärker vergrößert als in der querverlaufenden Richtung, die parallel zu dem zweiten Anteil an Fasern ist. Mit anderen Worten, die Zugfestigkeit des zweiten Metalls des zweiten Anteils an Fasern ist höher und die Fasern reißen nicht während des Walzverfahrens, da eine geringere Zugkraft auf die quer zur Walzrichtung angeordneten Fasern ausgeübt wird.
Das erste und zweite Metall sowie das Material der Metallschichten können beliebig ausgewählt werden, um die gewünschten Eigenschaften anzugeben. Bevorzugte bestehen die Metallschichten aus Aluminiumbasis-Legierungen, einschließlich reinem Aluminium, oder Magnesiumbasis-Legierungen, einschließlich reinem Magnesium. Die alternierend angeordneten Metallschichten bestehen dabei bevorzugt aus identischen Materialien, es können aber auch verschiedene Materialien verwendet werden; d. h. es kann beispielsweise abwechselnd eine Aluminiumschicht und eine Magnesiumschicht mit dazwischen liegender Verstärkungsschicht verwendet werden. Das erste Metall besteht ebenfalls bevorzugt aus einer Aluminiumbasis-Legierung, einschließlich reinem Aluminium, oder einer Magnesiumbasis-Legierungen, einschließlich reinem Magnesium, wobei das erste Metall bevorzugt aus dem gleichen Metall wie die Metallschichten besteht; es können aber auch unterschiedliche Kombinationen verwendet werden. Das zweiten Metall ist vorzugsweise Stahl oder eine Titanbasis-Legierung, einschließlich reinem Titan.
Die Fasern der Verstärkungsschichten können auf unterschiedliche Weise mit den Metallschichten verbunden sein, um den Verbundwerkstoff zu bilden. Eine feste Verbindung kann beispielsweise mittels Warm- oder Kaltwalzverfahren hergestellt werden.
Die Erfindung sieht auch ein Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs vor, das folgende Schritte aufweist: Zumindest zwei Metallschichten und zumindest eine Verstärkungsschicht aus Fasern werden bereitgestellt. Ein erster Anteil an Fasern der Verstärkungsschicht besteht aus einem ersten Metall und ein zweiter Anteil an Fasern besteht aus einem zweiten Metall. Das erste Metall und das zweite Metall sind unterschiedlich. Die Metallschichten und die Verstärkungsschichten werden alternierend angeordnet und anschließend werden die Metallschichten mit den Verstärkungsschichten durch einen thermo-mechanischen Prozess fest miteinander verbunden. Auf diese Weise wird ein faserverstärkter Verbundwerkstoff hergestellt.
Vorzugsweise ist der thermo-mechanische Prozess ein Warmwalzen oder ein Kaltwalzen. Wie oben bereits erwähnt, hat Walzen den Vorteil, dass großflächige Bleche aus dem Verbundwerkstoff kostengünstig herstellbar sind. Gegebenfalls kann dem thermo-mechanischen Prozess eine thermische Nachbehandlung folgen.
Alternativ kann der Herstellungsprozess Hippen, Bandgießen, Einsprühen oder Explosionsschweißen (z. B. Magnetimpulsschweißen) sein. Anschließend wird der Verbundwerkstoff in der Regel gewalzt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Orientierung der zwei unterschiedlichen Anteile an Fasern in den Verstärkungsschichten anisotrop. Die Fasern können so in der Verstärkungsschicht angeordnet sein, dass sich die Fasern des ersten Anteils im Durchschnitt in einer ersten Richtung und die Fasern des zweiten Anteils sich in einer zweiten Richtung erstrecken, wobei die zweite Richtung quer zu der ersten Richtung ist.
Bevorzugt werden die Verstärkungsschichten derart zwischen den Metallschichten angeordnet, dass die Fasern des ersten Anteils in Walzrichtung angeordnet sind, und die Fasern des zweiten Anteils quer zur Walzrichtung verlaufen.
Besonders bevorzugt werden die Verstärkungsschichten in Form einer selbsttragenden Struktur bereitgestellt, wobei die Fasern netzartig angeordnet sind bzw. derart miteinander verwoben, verflochten oder verstrickt sind, dass sie eine gewebeartige Struktur bilden.
Die Erfindung gibt auch ein Halbzeug aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff nach einem der vorherstehenden Ausführungsbeispiele an, wobei das Halbzeug ein Halbzeug eines Flugzeugs oder eines Kraftfahrzeugs oder eine Hautfeld-Stringer-Struktur sein kann. Im Falle einer Hautfeld-Stringer-Struktur sind die Fasern des zweiten Anteils vorzugsweise so angeordnet, dass sie sich parallel zum Hautfeld in Stringerrichtung (d. h. in Flugzeuglängsrichtung) erstrecken.
Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße faserverstärkte Verbundwerkstoff auch beispielsweise für Kugel- bzw. schussfeste Westen oder Sicherheitsbauteile verwendet werden.
Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff kann als Strukturmaterial verwendet werden, das das so genannte Damage-Tolerance Verhalten bei Flugzeugstruktur verbessert, da das Gewichtseinsparpotential bei verlängerter Lebenszeit, verbesserte Rißwachstumseigenschaften und verbesserte Restfestigkeiten realisiert sind. Der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff kann ebenfalls als Unterlegsstreifen für geklebte Stringer in Flugzeugstrukturen oder als Stringermaterial verwendet werden, um ein verbesserten Damage-Tolerance Verhältnis zu erreichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs,
2 zeigt eine schematische Draufsicht einer Verstärkungsschicht des Verbundwerkstoffs der 1, und
3 zeigt ein Walzverfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs.
1 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitts eines erfindungsgemäßen faserverstärkten Verbundwerkstoffs 1. Der Verbundwerkstoff 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Metallschichten 2 auf und zwei Verstärkungsschichten 3, die metallische Fasern aufweisen. Die Metallschichten 2 und Verstärkungsschichten 3 sind alternierend angeordnet und mittels thermo-mechanischem Bearbeitungsprozess zu einem Verbundwerkstoff 1 verbunden. Die unterschiedlichen Metallschichten 2 bestehen vorzugsweise aus der gleichen Legierung (z. B. Aluminiumbasis-Legierung, Magnesiumbasis-Legierung, Al oder Mg), es kann aber auch abwechseln eine Schicht 2 aus einer Aluminiumbasis-Legierung und eine Schicht 2 aus einer Magnesiumbasis-Legierung, oder jede andere beliebige Kombination dieser Legierungen verwendet werden. Der in 1 dargestellte Verbund weist fünf Schichten auf. Selbstverständlich ist die Anzahl der Schichten 2 nicht auf diese Anzahl begrenzt.
Erfindungsgemäß weisen die Verstärkungsschichten 3 metallische Fasern 6, 7 auf (siehe 2), wobei ein erster Anteil 4 der Fasern 6 aus einer Aluminiumbasis-, Magnesiumbasis-Legierung oder reinem Aluminium bzw. reinem Magnesium und ein zweiter Anteil 5 der Fasern 7 aus Stahl, Titan oder einer Titanbasis-Legierung besteht. Mit anderen Worten, die Fasern 6 des ersten Anteils 4 bestehen aus einem anderen Material als die Fasern 7 des zweiten Anteils 5. Die Fasern 6, 7 der Verstärkungsschichten 3 weisen somit zwei Anteile 4, 5 unterschiedlicher Zusammensetzungen auf. Durch die Materialsauswahl sowie die Anordnung der Fasern 6, 7 und das Verhältnis zwischen den beiden Anteilen 4, 5 können die Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit des Verbundwerkstoffs 1 eingestellt werden, ohne das die Fasern höherer Festigkeit bei der Herstellung des Verwundwerkstoffes 1 reinen, was nachstehend noch genauer beschrieben wird.
2 zeigt eine Draufsicht auf eine Verstärkungsschicht 3 des Verbundwerkstoffs 1 der 1. Wie aus 2 zu sehen ist, bilden die Fasern 6, 7 eine netzartige Struktur, wobei die beiden Anteile 4, 5 an Fasern 6, 7 unterschiedliche Orientierungen innerhalb der Struktur aufweisen. Die Fasern 6 des ersten Anteils 4 sind parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich von links nach rechts in 2. Der Abstand zwischen benachbarten Fasern 6 ist d. Die Fasern 7 des zweiten Anteils 5 sind auch parallel zueinander angeordnet und erstrecken sich von oben nach unten in 2. Der Abstand zwischen benachbarten Fasern 7 ist D. Die Fasern 7 und die Fasern 6 sind somit jeweils quer zueinander angeordnet. Die netzartige Struktur kann beispielsweise durch Flechten, Weben oder Stricken der beiden Fasertypen 6, 7 gebildet werden, so dass eine selbst tragende Gewebestruktur entsteht. Dies erleichtert die Handhabung, da die Verstärkungsschichten 3 in Form einer selbst tragenden Gewebestruktur einfach zwischen den Metallschichten 2 angeordnet werden können.
Ein Verbundwerkstoff 1 mit anisotropen Festigkeitseigenschaften kann auf diese Weise bereitgestellt werden. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die von links nach rechts verlaufenden Fasern 6 (z. B. Aluminiumfasern) eine geringere Festigkeit als die quer dazu verlaufenden Fasern 7 (z. B. Stahlfasern) auf. Dies ist vorteilhaft bei Anwendungen, bei denen ein aus dem erfindungsgemäßen Verbundwerkstoff 1 bestehendes Halbzeug in einer Richtung stärker belastet wird als in einer anderen Richtung. Dies ist zum Beispiel der Fall bei einer Hautfeld-Stringer-Struktur eines Flugzeugs, wobei die Hautfeld-Stringer-Struktur aus dem Verbundwerkstoff 1 so hergestellt wird, dass die Fasern 7 höherer Festigkeit parallel zum Hautfeld in Stringerlängsrichtung angeordnet sind.
Die Festigkeit der Verstärkungsschicht 3 kann durch eine Verkleinerung und/oder Vergrößerung der Abstände d, D zwischen den Fasern 6, 7 eingestellt werden. Der Abstand D zwischen den Fasern 7 kann zum Beispiel verkleinert werden, um die Festigkeit in Richtung der Fasern 7 zu erhöhen.
Zum Herstellen des Verbundwerkstoffs 1 wird eine gewünschte Anzahl an Metallschichten 2 und eine gewünschte Anzahl von Verstärkungsschichten 3 alternierend aufeinander gestapelt. Die Schichten 2, 3 des Stapels werden dann mit Hilfe eines thermo-mechanischen Bearbeitungsverfahren fest miteinander verbunden.
Dieses thermo-mechanische Verfahren ist vorzugsweise das Walzen, wie es schematisch in 3 dargestellt ist. In 3 ist ein Verbundwerkstoff 1 mit zwei Metallschichten 2 und einer mittleren Verstärkungsschicht 3 gezeigt. Zwei Quellen 9, 10 für die Metallschichten 2 und eine Quelle 11 für die Verstärkungsschicht 3, z. B. in Form eines Gewebes, werden jeweils bereitgestellt. Die Quellen 9, 10, 11 sind in 3 jeweils als Spule dargestellt, obwohl andere Quellenarten verwendet werden können. Das Gewebe 3 wird zwischen den zwei Metallblechen 2 angeordnet, so dass der erste Anteil 4 an Fasern 6 in Walzrichtung 8 und der zweite Anteil 5 an Fasern 7 quer zur Walzrichtung 8 angeordnet sind. Der Stapel wird in ein Walzwerk geführt, wobei die Metallbleche 2 und das Gewebe 3 zusammengedrückt und durch Kalt- oder Warmwalzen miteinander verbunden werden. Da die Festigkeit der Fasern 6 des ersten Anteils 4 derart gewählt ist, dass deren Festigkeit geringer als die der quer dazu verlaufenden Fasern 7 des zweiten Anteils 5 ist, werden die „weicheren” Fasern 6 stärker plastifiziert und bilden eine metallische Matrix für die festeren Fasern 7 und gewährleisten eine gute Anbildung an die Metallschichten 2. Gleichzeitig wird dadurch ein Reißen der quer zur Walzrichtung 8 verlaufen Fasern 7 beim Walzvorgang verhindert. Mit anderen Worten, diese Anordnung führt dazu, dass die Belastung, die beim Walzen auf den Verbundwerkstoff 1 und insbesondere auf die Fasern 6, 7 ausgeübt wird, hauptsächlich auf die in Walzrichtung 8 angeordneten Fasern 6 und weniger auf die quer dazu verlaufenden Fasern 7 ausgeübt wird. Es werden also in Walzrichtung 8 Fasern 6 verwendet, die die sich gut Umformen lassen und quasi eine Hilfsfunktion aufweisen.
Alternativ kann als Herstellungsverfahren Bandgießen, Hippen, Einsprühen (pulvermetallurgischer Weg) oder Explosionsschweißen, beispielsweise Magnetimpuls-Schweißen, verwendet werden. Der mittels dieser Verfahren verschweißte Verbund wird anschließend warm oder kalt gewalzt, so das die im Zusammenhang mit 3 beschriebenen Merkmale und Eigenschaften gleichermaßen gelten.
Die Fasern 6 des ersten Anteils 4 bestehen bevorzugt aus dem gleichen Material wie die Metallschichten 2, d. h. aus einer Aluminiumbasis-Legierung, reinem Aluminium, oder einer Magnesiumbasis-Legierung oder reinem Magnesium. Die Fasern 6 können aber auch verschieden vom Material der Metallschichten 2 sein. Die Fasern 7 des zweiten Anteils 5 bestehen aus Stahl, Titan oder einer Titanbasis- Legierung. Die Fasern 6, 7 haben im Ausgangszustand typischer einen Durchmesser von 0,05 mm bis 5 mm. Die Metallschichten 2 weisen im Ausgangszustand typischerweise eine Dicke zwischen 0,2 mm und 2 mm auf. Der fertige Verbundwerkstoff kann eine Enddicke von 0,5 bis 10 mm aufweisen.

1: Verbundwerkstoff
2: Metallschicht
3: Verstärkungsschicht
4: erster Anteil an Fasern
5: zweiter Anteil an Fasern
6: erste Faser
7: zweite Faser
8: Walzrichtung
9: erste Metallblechquelle
10: zweite Metallblechquelle
11: Gewebequelle
12: Walzwerk

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0322947 B1 [0003]
- EP 1312467 A1 [0004]

Claims

Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) bestehend aus miteinander verbundenen alternierend angeordneten Metallschichten (2) und Verstärkungsschichten (3), wobei die Verstärkungsschichten (3) Fasern (6, 7) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anteil (4) an den Fasern (6) aus einem ersten Metall und ein zweiter Anteil (5) an den Fasern (7) aus einem zweiten Metall besteht, wobei das erste Metall und das zweite Metall unterschiedlich sind.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Metall eine höhere Festigkeit als das erste Metall aufweist.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Metall eine höhere Festigkeit als die Metallschichten (3) aufweist.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschichten (3) eine aus den Fasern (6, 7) gebildete netzartige Struktur aufweisen.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (6, 7) derart miteinander verwoben, verflochten oder verstrickt sind, dass sie eine gewebeartige Struktur bilden.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Fasern (6) des ersten Anteils (4) im Durchschnitt in einer ersten Richtung (8) erstrecken und sich die Fasern (7) des zweiten Anteils (5) in einer zweiten Richtung erstrecken, wobei die zweite Richtung quer zur ersten Richtung (8) verläuft.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Richtung (8) parallel zu einer Walzrichtung des Verbundwerkstoffs (1) ist.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Metall eine Aluminiumbasis-Legierung, einschließlich reinem Aluminium, oder eine Magnesiumbasis-Legierung, einschließlich Magnesium, ist.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Metall Stahl, Titan oder eine Titanbasis-Legierung ist.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (2) aus einer Aluminiumbasis-Legierung, einschließlich reinem Aluminium, oder einer Magnesiumbasis-Legierung, einschließlich reinem Magnesium, bestehen.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (6, 7) mit den Metallschichten (2) durch einen thermo-mechanischen Prozess miteinander verbunden sind.
Faserverstärkter Verbundwerkstoff (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (6, 7) mit den Metallschichten (2) verschweißt sind.
Verfahren zum Herstellen eines faserverstärkten Verbundwerkstoffs (1), das folgende Schritte aufweist: – Bereitstellen von zumindest zwei Metallschichten (2), – Bereitstellen zumindest einer Verstärkungsschicht (3) aus Fasern (6, 7), wobei ein erster Anteil (4) an den Fasern (6) aus einem ersten Metall und ein zweiter Anteil (5) an den Fasern (7) aus einem zweiten Metall besteht, und das erste Metall und das zweite Metall unterschiedlich sind, – alternierendes Anordnen der Metallschichten (2) und der Verstärkungsschichten (3), und – Verbinden von Metallschichten (2) und Verstärkungsschichten (3).
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass Verstärkungsschichten (3) in Gestalt einer aus den Fasern (6, 7) gebildeten netzartigen Struktur verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (6, 7) derart miteinander verwoben, verflochten oder verstrickt werden, dass sie eine gewebeartige Struktur bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (6, 7) in der Verstärkungsschicht (3) so angeordnet werden, dass sich die Fasern (6) des ersten Anteils (4) im Durchschnitt in einer ersten Richtung (8) erstrecken und sich die Fasern (7) des zweiten Anteils (5) in einer zweiten Richtung erstrecken, wobei die zweite Richtung quer zu der ersten Richtung (8) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Metall und das zweite Metall so ausgewählt werden, dass das zweite Metall eine höhere Festigkeit als das erste Metall aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (2) und die Verstärkungsschichten (3) durch einen thermo-mechanischen Prozess, insbesondere Walzen, miteinander verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschichten (3) derart angeordnet werden, dass die Fasern (6) des ersten Anteils (4) in Walzrichtung (8) verlaufen und die Fasern (7) des zweiten Anteils (5) quer zur Walzrichtung (8) verlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschichten (2) und die Verstärkungsschichten (3) mittels Explosionsschweißen, Hippen, Bandgießen oder Einsprühen miteinander verbunden werden.
Halbzeug aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
Halbzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug ein Halbzeug eines Luftfahrzeuges oder Kraftfahrzeugs ist.
Halbzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug eine Hautfeld-Stringer-Struktur ist, wobei sich die Fasern (7) des zweiten Anteils (5) parallel zum Hautfeld erstrecken.
Verwendung des faserverstärkten Verbundwerkstoffes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für eine Hautfeld-Stringer-Struktur.
Verwendung des faserverstärkten Verbundwerkstoffes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 für Kugel- bzw. schussfeste Westen oder Sicherheitsbauteile.