DE102012205284A1 - Producing ceramic molded body useful for producing e.g. gear wheel, comprises e.g. arranging reinforcing fibers in pre-ceramic polymer matrix, molding them, winding obtained film body, and treating disk-shaped molded body with heat - Google Patents

Producing ceramic molded body useful for producing e.g. gear wheel, comprises e.g. arranging reinforcing fibers in pre-ceramic polymer matrix, molding them, winding obtained film body, and treating disk-shaped molded body with heat Download PDF

Info

Publication number
DE102012205284A1
DE102012205284A1 DE201210205284 DE102012205284A DE102012205284A1 DE 102012205284 A1 DE102012205284 A1 DE 102012205284A1 DE 201210205284 DE201210205284 DE 201210205284 DE 102012205284 A DE102012205284 A DE 102012205284A DE 102012205284 A1 DE102012205284 A1 DE 102012205284A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fibers
ceramic
reinforcing fibers
shaped
film body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201210205284
Other languages
German (de)
Inventor
Ralph HOLZSCHUH
Martin Koehne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE201210205284 priority Critical patent/DE102012205284A1/en
Publication of DE102012205284A1 publication Critical patent/DE102012205284A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/571Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/589Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained from Si-containing polymer precursors or organosilicon monomers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/48Organic compounds becoming part of a ceramic after heat treatment, e.g. carbonising phenol resins
    • C04B2235/483Si-containing organic compounds, e.g. silicone resins, (poly)silanes, (poly)siloxanes or (poly)silazanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5216Inorganic
    • C04B2235/522Oxidic
    • C04B2235/5224Alumina or aluminates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5216Inorganic
    • C04B2235/522Oxidic
    • C04B2235/5232Silica or silicates other than aluminosilicates, e.g. quartz
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5216Inorganic
    • C04B2235/522Oxidic
    • C04B2235/5236Zirconia
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5216Inorganic
    • C04B2235/524Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5216Inorganic
    • C04B2235/524Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5244Silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5216Inorganic
    • C04B2235/524Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5248Carbon, e.g. graphite
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/526Fibers characterised by the length of the fibers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208Fibers
    • C04B2235/5268Orientation of the fibers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5284Hollow fibers, e.g. nanotubes
    • C04B2235/5288Carbon nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6021Extrusion moulding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/612Machining
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/94Products characterised by their shape
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H55/00Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02Toothed members; Worms
    • F16H55/06Use of materials; Use of treatments of toothed members or worms to affect their intrinsic material properties

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Braking Arrangements (AREA)

Abstract

Producing ceramic molded body, comprises (a) arranging reinforcing fibers (20) in a pre-ceramic polymer matrix (18), (b) molding the pre-ceramic polymer matrix with the reinforcing fibers to form a film body (10), (c) winding the film body on a winding core (12), (d) fixing an end section of the film body at a position of the wound film body arranged below the film body, (e) separating at least one disk-shaped pre-ceramic molded body from the wound film body, and (f) treating the disc-shaped pre-ceramic molded body with heat. An independent claim is also included for a ceramic molded body, comprising a ceramic matrix, in which reinforcing fibers are arranged, where the ceramic molded body is disk-shaped, and the reinforcing fibers are at least partially oriented in a circular manner.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen keramischen Formkörper und ein Verfahren zum Herstellen eines keramischen Formkörpers.The present invention relates to a ceramic molding and a method for producing a ceramic molding.

Stand der TechnikState of the art

Formkörper aus keramischen Materialien sind in weiten Anwendungsbereichen bekannt und verbreitet.Shaped bodies of ceramic materials are known and widely used in a wide range of applications.

Aus dem Dokument EP 1 685 081 B1 , beispielsweise, sind metall-keramische Bauteile und Verfahren zu deren Herstellung bekannt. Derartige Bauteile können beispielsweise als Bremsscheiben Verwendung finden und umfassen eine keramische Phase, die mit einem Porenraum versehen ist, der im Wesentlichen mit Kupfer befüllt ist. Gemäß dieser Druckschrift kann ein metall-keramisches Bauteil hergestellt werden, indem zunächst ein poröser keramischer Vorkörper hergestellt wird, der eine Porosität von etwa 50 Vol.-% aufweist und aus inerten und reaktiven Bestandteilen besteht. Die inerten Bestandteile des Vorköpers sind aus Siliziumcarbid gebildet, wohingegen die reaktiven Bestandteile aus Titandioxid gebildet sind. Der keramische Vorkörper ist ein Sinterkörper, der durch Sinterung eines aus einem Pulver gepressten Grünkörpers gebildet wird. Der gesinterte Vorkörper wird in einer Druckgussform mit einer Schmelze aus einer CuAl-Legierung befüllt beziehungsweise infiltriert. Anschließend wird der mit der Metallschmelze infiltrierte Vorkörper einem gesteuerten Temperprozess ausgesetzt. Als Metallphase bleibt hochschmelzendes Kupfer zurück, welches einen Porenraum einer keramischen Phase ausfüllt.From the document EP 1 685 081 B1 For example, metal-ceramic components and methods for their production are known. Such components can be used for example as brake discs and comprise a ceramic phase which is provided with a pore space which is filled with copper substantially. According to this document, a metal-ceramic component can be produced by first producing a porous ceramic preform which has a porosity of about 50% by volume and consists of inert and reactive constituents. The inert components of the precursor are formed of silicon carbide, whereas the reactive constituents are formed of titanium dioxide. The ceramic preform is a sintered body formed by sintering a green body pressed from a powder. The sintered preform is filled or infiltrated in a die casting mold with a melt of a CuAl alloy. Subsequently, the preform infiltrated with the molten metal is subjected to a controlled annealing process. The metal phase remains high-melting copper, which fills a pore space of a ceramic phase.

Das Dokument DE 10 2007 009 480 A1 beschreibt eine Fahrradbremsscheibe, die starr mit einer Nabe verbunden ist. Eine derartige Fahrradbremsscheibe ist komplett aus einem Kompositmaterial gefertigt, das aus Silizium infiltriertem Kohlenstoffaser-Verbundmaterial besteht. Das Kompositmaterial wiederum besteht vorzugsweise aus Endlosfasern mit einer Phasenverteilung von größer 60 % Kohlenstoff (C) und 20 bis 30 % Siliziumcarbid (SiC). Darüber hinaus ist eine derartige Fahrradbremsscheibe vorzugsweise mit einer beidseitigen Reibschicht bestehend aus Siliziumcarbid (SiC) versehen.The document DE 10 2007 009 480 A1 describes a bicycle brake disc rigidly connected to a hub. Such a bicycle brake disc is made entirely of a composite material consisting of silicon infiltrated carbon fiber composite material. The composite material in turn preferably consists of continuous fibers with a phase distribution of greater than 60% carbon (C) and 20 to 30% silicon carbide (SiC). In addition, such a bicycle brake disc is preferably provided with a two-sided friction layer consisting of silicon carbide (SiC).

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines keramischen Formkörpers, umfassend die Verfahrensschritte:

  • a) Anordnen von Verstärkungsfasern in einer präkeramischen Polymermatrix;
  • b) Formen der präkeramischen Polymermatrix mit den Verstärkungsfasern unter Ausbildung eines Folienkörpers;
  • c) Aufwickeln des Folienkörpers auf einen Wickelkern;
  • d) Fixieren eines Endabschnitts des Folienkörpers an einer darunter angeordneten Lage des aufgewickelten Folienkörpers;
  • e) Abtrennen von wenigstens einem scheibenförmigen präkeramischen Formkörper von dem aufgewickelten Folienkörper; und
  • f) Behandeln des wenigstens einen scheibenförmigen präkeramischen Formkörpers unter Einwirkung von Wärme.
The present invention is a process for producing a ceramic shaped body, comprising the process steps:
  • a) arranging reinforcing fibers in a preceramic polymer matrix;
  • b) forming the preceramic polymer matrix with the reinforcing fibers to form a film body;
  • c) winding the film body onto a winding core;
  • d) fixing an end portion of the film body to an underlying layer of the wound film body;
  • e) separating at least one discoid preceramic body from the wound foil body; and
  • f) treating the at least one disk-shaped preceramic molding under the action of heat.

Ein keramischer Formkörper kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Körper beziehungsweise ein Bauteil sein, der eine für ein gewünschtes Anwendungsgebiet geeignete Form aufweist und der dabei zumindest teilweise aus einem keramischen Material ausgebildet ist beziehungsweise der zumindest teilweise ein keramisches Material umfasst.In the context of the present invention, a ceramic molding may in particular be a body or a component which has a shape suitable for a desired field of application and which is at least partially formed from a ceramic material or which at least partially comprises a ceramic material.

Unter Verstärkungsfasern können im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Fasern, also im Verhältnis zu ihrer Länge dünne Gebilde, verstanden werden, welche dem keramischen Formkörper eine vergrößerte Stabilität verleihen und diesen somit verstärken.For the purposes of the present invention, reinforcing fibers may be understood as meaning, in particular, fibers, ie, thin structures in relation to their length, which give the ceramic molded body increased stability and thus reinforce it.

Eine präkeramische Polymermatrix kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Matrix sein, welche aus einem polymeren Material ausgebildet ist oder dieses zumindest teilweise umfasst, welches in einem Reaktionsschritt zu einem keramischen Material reagieren kann. Dieses kann insbesondere durch eine thermische Behandlung, etwa durch eine thermische Zersetzung, realisiert werden, wobei die präkeramische Polymermatrix, etwa unter Sauerstoffausschluss, keramisiert und so eine keramische Matrix bildet.For the purposes of the present invention, a preceramic polymer matrix may in particular be a matrix which is formed from or at least partially comprises a polymeric material which can react in a reaction step to form a ceramic material. This can be realized in particular by a thermal treatment, for example by thermal decomposition, wherein the preceramic polymer matrix, for example with exclusion of oxygen, is ceramized and thus forms a ceramic matrix.

Ein Folienkörper kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Körper sein, welcher folienartig ausgestaltet ist und somit eine bezüglich seiner Breite beziehungsweise Tiefe geringe Höhe aufweist. Ein Folienkörper kann dabei insbesondere flexibel, also biegbar, sein.In the context of the present invention, a film body may in particular be a body which is designed in the manner of a film and thus has a height which is small with respect to its width or depth. A film body can in particular be flexible, ie bendable.

Ein Wickelkern kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere jeder Körper sein, auf welchen ein folienartiges Gebilde aufgewickelt beziehungsweise aufgerollt werden kann. Vorzugsweise kann der Wickelkern rohrförmig beziehungsweise rotationssymmetrisch ausgestaltet sein.In the context of the present invention, a winding core may in particular be any body on which a foil-like structure can be wound or rolled up. Preferably, the winding core can be designed tubular or rotationally symmetrical.

Bei einem vorbeschriebenen Verfahren können somit zunächst in dem Verfahrensschritt a) Verstärkungsfasern in der präkeramischen Polymermatrix angeordnet werden. Die Verstärkungsfasern können insbesondere in der präkeramischen Polymermatrix homogen verteilt vorliegen und brauchen noch keine Vorzugsausrichtung anzunehmen. Dieser Schritt kann beispielsweise durch das Einfügen und Vermischen der entsprechenden Verstärkungsfasern in die Polymermatrix, etwa in Form einer geeigneten Polymerschmelze, beispielsweise in einem Extruder, in für den Fachmann bekannter Weise realisiert werden. Alternativ kann bei dem Verfahrensschritt a) das Polymer durch ein Lösungsmittel verflüssigt werden und so die Verstärkungsfasern eingearbeitet werden. Das Lösungsmittel kann in dieser Ausgestaltung beispielsweise nach der Extrusion aus der Polymermatrix entfernt werden. Dieser Schritt kann beispielsweise thermisch oder durch insbesondere leichtes Vakuum beschleunigt werden. In a method described above, reinforcement fibers in the preceramic polymer matrix can thus initially be arranged in method step a). The reinforcing fibers can in particular be homogeneously distributed in the preceramic polymer matrix and do not yet have to assume a preferred orientation. This step can be realized, for example, by the incorporation and mixing of the corresponding reinforcing fibers into the polymer matrix, for example in the form of a suitable polymer melt, for example in an extruder, in a manner known to the person skilled in the art. Alternatively, in the method step a), the polymer can be liquefied by a solvent and thus the reinforcing fibers are incorporated. The solvent can be removed in this embodiment, for example, after extrusion from the polymer matrix. This step can be accelerated, for example thermally or by a particular slight vacuum.

In einem nächsten Schritt kann gemäß Verfahrensschritt b) die präkeramische Polymermatrix mit den Verstärkungsfasern unter Ausbildung eines Folienkörpers geformt, insbesondere extrudiert, werden. Hierzu kann das Polymer beispielsweise bei Verwendung einer Polymerschmelze in Verfahrensschritt a) vor einer Formung, wie etwa einem Extrusionsvorgang, abgekühlt werden, um so eine besonders vorteilhaft formbare Masse zu erhalten. Weiter beispielhaft bei der Verwendung einer Polymerlösung oder Polymerdispersion kann das Formen nach Einstellen einer geeigneten Viskosität erfolgen und nach der Extrusion das Lösungsmittel entfernt werden. Durch die Formung beziehungsweise Extrusion kann zum Einen ein Folienkörper ausgebildet werden. Dieser kann beispielsweise eine Dicke in einem Bereich von kleiner gleich 1 mm aufweisen. In dem Folienkörper nehmen die Fasern weiterhin bedingt durch die Formung beziehungsweise Extrusion eine Vorzugsausrichtung an, wodurch sie entlang der Ausdehnung des Folienkörpers im Wesentlichen parallel angeordnet sein können.In a next step, according to method step b), the preceramic polymer matrix can be shaped, in particular extruded, with the reinforcing fibers to form a film body. For this purpose, the polymer can be cooled, for example, when using a polymer melt in process step a) before forming, such as an extrusion process, so as to obtain a particularly advantageous moldable mass. By way of example, using a polymer solution or polymer dispersion, molding may be carried out after adjusting a suitable viscosity and the solvent removed after extrusion. On the one hand, a film body can be formed by the shaping or extrusion. This may for example have a thickness in a range of less than or equal to 1 mm. In the film body, the fibers furthermore assume a preferential orientation due to the shaping or extrusion, whereby they can be arranged substantially parallel along the extent of the film body.

Der so erhaltene Folienkörper kann folgend gemäß Verfahrensschritt c) auf einen geeigneten Wickelkern aufgewickelt beziehungsweise aufgerollt werden. Dadurch entsteht ein präkeramisches Material, welches in einer frei wählbaren Dicke, die etwa mehrere Zentimeter betragen kann, auf einem Kern angeordnet ist. Das Aufwickeln kann bevorzugt unter Anwendung einer möglichst großen Kraft beziehungsweise unter Anwendung eines möglichst großen Wickelzugs durchgeführt werden, wobei jedoch die Kraft beziehungsweise der Wickelzug insbesondere derart begrenzt ist, dass sich die Fasern nicht aus der Matrix lösen beziehungsweise sich nicht von der Matrix trennen. In diesem Schritt werden die Fasern somit bedingt durch den Wickelvorgang in Wickelrichtung beziehungsweise tangential angeordnet beziehungsweise sie weisen nach dem Aufwickeln eine kreisförmige Ausrichtung auf. Dabei können die Fasern im Wesentlichen parallel angeordnet sein. Ferner kann eine spiralförmige Ausrichtung von der kreisförmigen Ausrichtung umfasst sein.The film body obtained in this way can be wound or rolled up in accordance with method step c) onto a suitable winding core. This creates a preceramic material, which is arranged in a freely selectable thickness, which may be about several centimeters, on a core. The winding can preferably be carried out using as large a force as possible or using the largest possible winding tension, but in particular the force or the winding tension is limited such that the fibers do not detach from the matrix or do not separate from the matrix. In this step, the fibers are thus conditionally arranged by the winding process in the winding direction or tangentially or they have after winding on a circular orientation. The fibers may be arranged substantially parallel. Further, a helical orientation may be included in the circular orientation.

Wenn der Folienkörper vollständig auf dem Wickelkern aufgewickelt ist, kann das Ende beziehungsweise der Endabschnitt des Folienkörpers gemäß Verfahrensschritt d) an einer darunter angeordneten Lage des aufgewickelten Folienkörpers fixiert beziehungsweise an dieser befestigt werden. Dadurch entsteht ein stabiles Gebilde mit einem stabil aufgewickelten präkeramischen Folienkörper. Das Fixieren des Folienkörpers beziehungsweise seines Endabschnitts kann dabei abhängig sein von der exakten Ausgestaltung beziehungsweise von den Materialien des Folienkörpers. Der Endbereich kann beispielsweise bei Verwendung eines präkeramischen Polymers mit thermisch initiiertem Vernetzungsmechanismus durch thermische Behandlung, wie etwa unter Verwendung eines Infrarotstrahlers, oder bei Verwendung eines präkeramischen Polymers mit UV-initiiertem Vernetzungsmechanismus insbesondere an dem Endbereich durch UV-Strahlung fixiert werden. Daher kann es von Vorteil sein, wenn die präkeramische Polymermatrix einer Vernetzungsreaktion ausgesetzt werden kann beziehungsweise wenn diese einen Vernetzungsmechanismus umfasst. Die Verbindung beziehungsweise die Vernetzung kann dabei insbesondere derart beschaffen sein, dass in einem weiteren Schritt noch eine Umformung, etwa in einer Matrize, möglich ist, wie dies später erläutert wird. Die vorgenannten Beispiele sind jedoch nicht beschränkend zu verstehen. Grundsätzlich kann der Folienendbereich auch durch Klebungen oder geeignete mechanische Hilfsmittel an der darunterliegenden Folienkörperlage befestigt beziehungsweise fixiert werden. Aus dem Vorgenannten wird dabei ersichtlich, dass eine Befestigung beziehungsweise Fixierung des Endbereichs zwar insbesondere räumlich unmittelbar an der darunter liegenden Lage stattfindet, jedoch auch tiefer liegende Lagen beeinflusst beziehungsweise involviert sein können.When the film body is completely wound on the winding core, the end or the end section of the film body according to method step d) can be fixed to a location of the wound film body arranged underneath or fixed thereto. This creates a stable structure with a stable wound pre-ceramic foil body. The fixing of the film body or its end portion may depend on the exact configuration or on the materials of the film body. For example, when using a preceramic polymer having a thermally initiated crosslinking mechanism, the end region may be fixed by UV radiation, such as using an infrared radiator, or using a preceramic polymer having a UV-initiated crosslinking mechanism, particularly at the end region. It may therefore be advantageous if the preceramic polymer matrix can be exposed to a crosslinking reaction or if it comprises a crosslinking mechanism. In this case, the connection or the cross-linking can in particular be such that, in a further step, a deformation, for example in a die, is possible, as will be explained later. However, the above examples are not intended to be limiting. In principle, the film end region can also be fastened or fixed to the underlying film body layer by adhesions or suitable mechanical aids. It can be seen from the above that an attachment or fixation of the end region, although in particular takes place spatially directly on the underlying layer, but also deeper layers can be influenced or involved.

Dabei kann die notwendige Größe des zu fixierenden Endabschnitts insbesondere variabel einstellbar sein und dabei beispielsweise abhängig sein von der Kraft, die nach der Fixierung pro Flächeneinheit zwischen dem Endabschnitt und dem Folienkörper vorliegt. Je geringer die Haftkraft pro Flächeneinheit ist, umso größer kann der Endabschnitt gewählt werden.In this case, the necessary size of the end section to be fixed can in particular be variably adjustable and, for example, be dependent on the force which exists after the fixation per unit area between the end section and the film body. The lower the adhesive force per unit area, the greater the end section can be selected.

Der so entstandene aufgewickelte präkeramische Folienkörper umfassend die präkeramische Polymermatrix mit den darin angeordneten Verstärkungsfasern kann nun in eine scheibenartige Form gebracht werden. Das kann insbesondere bedeuten, dass eine Form entsteht, die einen kreisförmigen oder im Wesentlichen kreisförmigen Umfang aufweist und ferner eine im Verhältnis zu dem Durchmesser geringe beziehungsweise geringere Dicke aufweist. Dazu kann gemäß Verfahrensschritt e) wenigstens ein scheibenförmiger präkeramischer Formkörper von dem aufgewickelten Folienkörper abgetrennt werden. Dieser Schritt kann beispielsweise durch Schneiden oder Ähnliches erfolgen. Dazu kann etwa ein steifes Sägeblatt verwendet werden, da dadurch eine besonders hohe Planarität des scheibenförmigen präkeramischen Formkörpers ermöglicht wird. In dem Verfahrensschritt e) kann somit in einer Ausgestaltung im Wesentlichen die Endform des zu erzeugenden Formkörpers erzeugt werden. Beispielsweise kann in diesem Schritt eine Form erzeugt werden, die unmittelbar einer späteren Anwendung zuführbar ist. Dabei kann ein scheibenförmiger präkeramischer Formkörper oder können eine Mehrzahl an scheibenförmigen präkeramischen Formkörpern hergestellt werden. The resulting pre-ceramic film body comprising the preceramic polymer matrix with the reinforcing fibers arranged therein can now be brought into a disk-like form. This may mean in particular that a shape is formed which has a circular or substantially circular circumference and further has a small or smaller thickness in relation to the diameter. For this purpose, according to method step e), at least one disk-shaped preceramic molding can be separated from the wound-up film body. This step can be done for example by cutting or the like. For this purpose, a stiff saw blade can be used, as a particularly high planarity of the disk-shaped preceramic molding is made possible. In process step e), in one embodiment, essentially the final shape of the shaped body to be produced can thus be produced. For example, in this step, a form can be generated which can be fed directly to a later application. In this case, a disk-shaped preceramic molding or a plurality of disk-shaped preceramic molding bodies can be produced.

Um aus dem hergestellten scheibenförmigen präkeramischen Formkörper umfassend die präkeramische Polymermatrix mit den darin angeordneten Verstärkungsfasern einen keramischen Formkörper zu erzeugen, kann der wenigstens eine scheibenförmige präkeramische Formkörper gemäß Verfahrensschritt f) unter Einwirkung von Wärme behandelt werden. In diesem Verfahrensschritt, der etwa unter Sauerstoffausschluss und/oder bei Temperaturen von größer 1000 °C ausgeführt werden kann, keramisiert die präkeramische Polymermatrix unter Ausbildung eines keramischen Materials beziehungsweise unter Ausbildung des keramischen Formkörpers. Bei der Thermolyse dieses Verfahrensschritts kann es bevorzugt sein, den oder die präkeramischen scheibenförmigen Formkörper von beiden Seiten zu fixieren. Durch eine derartige Fixierung kann es verhindert werden, dass die Formkörper sich bei diesem Verfahrensschritt verziehen beziehungsweise eine Deformation stattfindet. Eine Fixierung kann beispielsweise realisiert werden, indem der scheibenförmige präkeramische Formkörper etwa seitlich auf einen insbesondere porösen Träger, wie beispielsweise einen Graphitträger, gelegt wird und mit einem wiederum insbesondere porösen Auflageelement, wie etwa einem Graphitblock, fixiert wird. Dabei kann eine Fixierung durch das Gewicht des Auflagekörpers stattfinden, wobei jedoch auch weitere, dem Fachmann geläufige Fixierungen beziehungsweise Einklemmungen möglich sein können. Dadurch kann der erzeugte keramische Formkörper in besonders bevorzugter Weise ohne etwaige Nachbehandlung einer entsprechenden Anwendung zugeführt werden.In order to produce a ceramic shaped body from the disk-shaped preceramic body comprising the preceramic polymer matrix with the reinforcing fibers arranged therein, the at least one disk-shaped preceramic body can be treated in accordance with process step f) under the action of heat. In this process step, which can be carried out, for example, with the exclusion of oxygen and / or at temperatures of greater than 1000 ° C., the preceramic polymer matrix ceramizes to form a ceramic material or to form the ceramic shaped body. In the thermolysis of this process step, it may be preferable to fix the preceramic or disc-shaped moldings from both sides. By such a fixation, it can be prevented that the molded bodies warp in this step or a deformation takes place. A fixation can be realized, for example, by the disc-shaped preceramic molding is placed approximately laterally on a particular porous support such as a graphite substrate, and with a particular porous support element, such as a graphite block is fixed. In this case, a fixation by the weight of the support body take place, but also other, known in the art fixations or entrapment may be possible. As a result, the ceramic shaped body produced can be fed to a corresponding application in a particularly preferred manner without any subsequent treatment.

Beispielsweise kann dieser Verfahrensschritt zu einer Zersetzung der präkeramischen Polymermatrix zu einer Keramik führen, wobei bei diesem Verfahrensschritt lediglich ein Masseverlust von kleiner 20 %, insbesondere kleiner 10 %, stattfinden kann. Dabei kann der stattfindende Masseverlust insbesondere von den eingesetzten präkeramischen Polymeren abhängen beziehungsweise kann durch diese beeinflusst werden. Die erzielbare Bandbreite kann dabei sehr groß sein. Dabei kann ferner durch einen höheren Faseranteil der Masseverlust reduziert werden.For example, this method step can lead to a decomposition of the preceramic polymer matrix to form a ceramic, wherein in this method step only a mass loss of less than 20%, in particular less than 10%, can take place. In this case, the weight loss taking place can depend in particular on the preceramic polymers used or can be influenced by them. The achievable bandwidth can be very large. It can also be reduced by a higher fiber content of the loss of mass.

Nach der Temperaturbehandlung gemäß Verfahrensschritt f) kann der keramische Formkörper von dem Wickelkern entfernt werden, um so einen Körper zu erhalten, der das aus dem präkeramischen Polymer erzeugte keramische Material und die Verstärkungsfasern umfasst beziehungsweise der aus den vorgenannten Komponenten bestehen kann.After the temperature treatment according to process step f), the ceramic molded body can be removed from the winding core so as to obtain a body which comprises the ceramic material produced from the preceramic polymer and the reinforcing fibers or which may consist of the aforementioned components.

Durch das vorbeschriebene Verfahren kann in besonders vorteilhafter Weise ein keramisches Material beziehungsweise ein keramischer Formkörper hergestellt werden, der für eine Vielzahl von Anwendungsgebieten Verwendung finden kann.By the method described above, a ceramic material or a ceramic molded body can be produced in a particularly advantageous manner, which can be used for a variety of applications.

Erfindungsgemäß kann auch ohne Infiltrationsschritte beziehungsweise Reinfiltrationsschritte des Materials eine niedrige Porosität erzielt werden, da sich das Material während der Herstellung insbesondere während der thermischen Behandlung selbst verdichtet. Im Detail kann durch das Aufwickeln mit einem möglichst hohen Wickelzug erreicht werden, dass nach dem Ende des Wickelns beziehungsweise nach dem Fixieren des Endbereichs des Folienkörpers, in der Wicklung radiale Kräfte in Richtung des Wickelkerns auftreten. Diese radialen Kräfte können insbesondere während der Thermolyse bewirken, dass sich der gewickelte Folienkörper selbst verdichtet und ohne den Einsatz von äußeren Kräften, wie etwa Heißpressen, zu einem Material mit sehr niedriger Porosität führt. Dabei kann insbesondere eine Porosität in einem Bereich von kleiner gleich 5 % erzielt werden.According to the invention, a low porosity can also be achieved without infiltration steps or pure filtration steps of the material, since the material compresses itself during production, in particular during the thermal treatment. In detail can be achieved by winding with the highest possible winding tension that occur after the end of winding or after fixing the end portion of the film body in the winding radial forces in the direction of the winding core. These radial forces, in particular during the thermolysis, can cause the wound film body to self-compact and, without the use of external forces such as hot pressing, result in a material with very low porosity. In particular, a porosity in a range of less than or equal to 5% can be achieved.

Dabei kann, insbesondere durch eine stark ausgeprägte Orientierung der Fasern, ein sehr hoher Füllgrad der Verstärkungsfasern möglich sein. Dadurch kann der Anteil an Keramik beziehungsweise Polymerkeramik in dem Formkörper gering gehalten werden, so dass die Bildung von Porosität insbesondere während der thermischen Behandlung in einem Herstellungsverfahren für den keramischen Formkörper weitgehend vermeidbar ist.It can be possible, in particular by a strong orientation of the fibers, a very high degree of filling of the reinforcing fibers. Thereby, the proportion of ceramic or polymer ceramic can be kept low in the molding, so that the formation of porosity, in particular during the thermal treatment in a manufacturing process for the ceramic molding is largely avoidable.

Neben einer besonders einfachen und kostengünstigen Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung lässt sich durch dieses ferner ein keramischer Formkörper herstellen, der rein beispielhaft unmittelbar für eine Verwendung als Bremsscheibe bevorzugte Eigenschaften aufweisen kann. Exemplarisch sei hier eine Anwendung für Bremsschieben von elektrisch angetriebenen Fahrrädern genannt, bei denen etwa im Vergleich zu konventionellen Fahrrädern höhere Durchschnittsgeschwindigkeiten und damit einhergehend eine höhere Beanspruchung des Bremssystems vorliegen.In addition to a particularly simple and cost-effective implementation of the method according to the invention can be produced by this further a ceramic molding, which may have purely by way of example directly preferred for use as a brake disc properties. As an example, an application for brake sliding of electrically driven bicycles called, at Compared to conventional bicycles, for example, there are higher average speeds and, consequently, higher demands on the brake system.

Ein nach einem vorbeschriebenen Verfahren hergestellter keramischer Formkörper kann ein geringes spezifisches Gewicht von beispielsweise kleiner gleich 2 g/cm3 aufweisen. Dadurch sind beispielsweise bei einem Ersatz von herkömmlichen metallischen Bremsscheiben erhebliche Gewichtsersparnisse möglich. Darüber hinaus kann ein etwa bei metallischen Bremsscheiben mögliches Nachlassen der Bremswirkung, das auch als Fading bezeichnet wird, verhindert werden. Auch kann einem Erweichen der Bremsscheiben, was unter Umständen zu einem vollständigen Bremskraftverlust führen kann, entgegengewirkt werden.A ceramic molded body produced by a method as described above may have a low specific gravity of, for example, less than or equal to 2 g / cm 3 . As a result, substantial weight savings are possible, for example, when replacing conventional metallic brake discs. In addition, a possible decrease in the braking effect, which is also called fading, can be prevented, for example, with metallic brake disks. Also, a softening of the brake discs, which under certain circumstances can lead to a complete loss of braking force, can be counteracted.

Weiterhin kann ein wie vorbeschrieben hergestellter keramischer Formkörper eine gute Korrosionsbeständigkeit und ferner durch eine hohe Verschleißbeständigkeit, eine hohe Oberflächenhärte, einen geringen Abrieb und eine gute Risszähigkeit eine besonders hohe Stabilität beziehungsweise eine besonders lange Lebensdauer aufweisen. Diese kann ferner noch dadurch verbessert werden, dass aufgrund einer sehr hohen Erweichungstemperatur auch bei hohen Temperaturen keine Deformation auftritt. Dieser Effekt kann sich neben einer langen Lebensdauer auch bei der Verwendung des keramischen Formkörpers als Bremsscheibe auch bezüglich einer Dauerbremsung, wie etwa bei Bergfahrten, positiv auf das Bremsergebnis auswirken. Furthermore, as described above ceramic molded body can have a good corrosion resistance and further by a high wear resistance, high surface hardness, low abrasion and a good fracture toughness particularly high stability or a particularly long life. This can be further improved by the fact that due to a very high softening temperature, even at high temperatures, no deformation occurs. In addition to a long service life, this effect can also have a positive effect on the brake result in the case of the use of the ceramic molded body as a brake disk with regard to retarding braking, for example when driving uphill.

Darüber hinaus kann ein nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter keramischer Formkörper einen guten Wärmetransport aufweisen, der durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit realisiert wird. Diese kann beispielsweise besonders hoch sein, wenn beispielhaft als Verstärkungsfaser Kohlefasern beziehungsweise auf Kohlenstoff basierende Fasern verwendet werden. Dadurch kann ebenfalls bei der Verwendung als Bremsscheibe eine durch einen Bremsvorgang entstehende Wärme besonders gut abgeleitet werden, was das Bremsergebnis nach mehrfachem Bremsen und/oder Dauerbremsen etwa im Vergleich zu herkömmlichen metallischen Bremsscheiben verbessern kann.In addition, a ceramic molded body produced by a method according to the invention can have a good heat transfer, which is realized by a high thermal conductivity. This can be particularly high, for example, if carbon fibers or carbon-based fibers are used by way of example as reinforcing fiber. As a result, heat generated by a braking process can also be diverted particularly well when used as a brake disc, which can improve the brake result after multiple braking and / or continuous braking, for example, in comparison to conventional metallic brake discs.

Die vorgenannten Vorteile sind nur rein exemplarisch bezüglich einer Verwendung des keramischen Formkörpers als Bremsscheibe genannt. Diese Vorteile können eine Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Formkörpers auch für weitere Anwendungsgebiete besonders geeignet gestalten.The aforementioned advantages are only mentioned as examples with respect to a use of the ceramic molding as a brake disk. These advantages can also make use of a shaped article produced according to the invention particularly suitable for other fields of application.

Im Rahmen einer Ausgestaltung können als präkeramische Polymermatrix insbesondere Polycarbosilane, Polysilazane und/oder Polysiloxane oder Mischungen daraus verwendet werden. Derartige polymere Matrizes sind in dem genannten Verfahren besonders gut zu verarbeiten. Insbesondere sind derartige Polymere gut formbar, wie etwa extrudierbar, und lassen sich gut in einen stabilen scheibenförmigen präkeramischen Körper schneiden. Darüber hinaus lassen sich aus den vorgenannten Polymeren beziehungsweise aus Mischungen der vorgenannten Polymere insbesondere folgende Keramiken erzeugen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid, Siliziumcarbonitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxycarbonitrid und/oder Siliziumnitrid. Derartige Keramiken zeichnen sich durch eine besonders große Stabilität und Langlebigkeit auch bei hohen Temperaturen aus.Within the scope of one embodiment, the preceramic polymer matrix used may in particular be polycarbosilanes, polysilazanes and / or polysiloxanes or mixtures thereof. Such polymeric matrices are particularly easy to process in said process. In particular, such polymers are readily formable, such as extrudable, and can be cut well into a stable discoid preceramic body. In addition, the following ceramics, which are selected from the group consisting of silicon carbide, silicon carbonitride, silicon oxycarbide, silicon oxynitride, silicon oxycarbonitride and / or silicon nitride, can be produced in particular from the abovementioned polymers or mixtures of the abovementioned polymers. Such ceramics are characterized by a particularly high stability and longevity even at high temperatures.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können als Verstärkungsfasern Siliziumkarbidfasern, Quarzfasern, Basaltfasern, Kohlefasern, Kohlenstoffnanoröhrchen, Aluminiumoxidfasern, Zirkonoxidfasern und/oder Siliziumnitridfasern oder Mischungen daraus verwendet werden. Derartige Verstärkungsfasern sind gut als Langfasern herstellbar und ermöglichen ferner besonders bevorzugte Eigenschaften des hergestellten keramischen Formkörpers, wie insbesondere eine hohe Stabilität auch bei hohen Temperaturen.Within the scope of a further embodiment, silicon carbide fibers, quartz fibers, basalt fibers, carbon fibers, carbon nanotubes, aluminum oxide fibers, zirconium oxide fibers and / or silicon nitride fibers or mixtures thereof can be used as reinforcing fibers. Such reinforcing fibers are good to produce as long fibers and also allow particularly preferred properties of the ceramic molded body produced, in particular a high stability even at high temperatures.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können die Verstärkungsfasern eine Länge von größer gleich 1cm aufweisen. In dieser Ausgestaltung werden somit insbesondere Langfasern als Verstärkungsfasern verwendet. Diese lassen sich besonders vorteilhaft ausrichten, etwa entlang der Wickelrichtung beziehungsweise in einer kreisförmigen beziehungsweise spiralförmigen Ausrichtung. Dadurch lässt sich ein keramischer Körper mit einer besonders geordneten Struktur erzeugen, was genau definierte und insbesondere bezüglich der Stabilität besonders bevorzugte Eigenschaften ermöglicht.In the context of a further embodiment, the reinforcing fibers may have a length of greater than or equal to 1 cm. In this embodiment, in particular long fibers are used as reinforcing fibers. These can be aligned particularly advantageously, for example along the winding direction or in a circular or spiral orientation. As a result, it is possible to produce a ceramic body with a particularly ordered structure, which allows precisely defined properties which are particularly preferred in terms of stability.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann als Wickelkern eine Hohlwelle verwendet werden. Diese kann insbesondere ein leichtes Gewicht aufweisen und ist deshalb leicht handhabbar. Darüber hinaus können die entstehenden Bauteile dann besonders problemlos und mit nur wenigen Arbeitsschritten etwa als Bremsscheibe oder als Zahnrad verwendet werden.As part of a further embodiment, a hollow shaft can be used as a winding core. This can in particular have a light weight and is therefore easy to handle. In addition, the resulting components can then be used particularly easily and with only a few steps, for example as a brake disc or as a gear.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt umfassen:

  • g) Formen des scheibenförmigen präkeramischen Formkörpers in einer Matrize, insbesondere unter Einwirkung von Druck.
Within the scope of a further embodiment, the method may comprise the further method step:
  • g) forming the disc-shaped preceramic body in a die, in particular under the action of pressure.

In dieser Ausgestaltung kann insbesondere ein keramischer Formkörper erzeugbar sein, welcher eine scheibenförmige Struktur aufweist, die keinen strikt kreisrundem Umfang aufweist, sondern vielmehr beispielsweise an seinem Umfang oder auch an seinen Seitenbereichen in geeigneter Weise umgeformt sein kann. Eine derartige Struktur wird im Sinne der Erfindung als im Wesentlichen scheibenförmig angesehen. Dazu kann der Schritt g) vorzugsweise nach dem Schritt des Abtrennens wenigstens eines scheibenförmigen präkeramischen Formkörpers gemäß Verfahrensschritt e) und vor dem Tempern gemäß Verfahrensschritt f) durchgeführt werden.In this embodiment, in particular a ceramic molded body can be generated, which has a disc-shaped structure, which does not have a strictly circular circumference, but rather, for example, at its periphery or at its side regions may be formed in a suitable manner. Such a structure is considered in the sense of the invention as substantially disc-shaped. For this purpose, step g) may preferably be carried out after the step of separating at least one discoid preceramic molding according to process step e) and before the tempering according to process step f).

Dabei kann ein Formen beispielsweise erfolgen, indem der oder die scheibenförmigen präkeramischen Formkörper in eine Matrize gelegt werden, welche eine entsprechende Form aufweist. Insbesondere durch Pressen kann der präkeramische Formkörper in die gewünschte Form gebracht werden. In this case, a molding can be carried out, for example, by placing the disk-shaped preceramic molding or bodies in a die which has a corresponding shape. In particular, by pressing the preceramic molding can be brought into the desired shape.

In dieser Ausgestaltung lassen sich insbesondere Zahnräder nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen. Dabei kann insbesondere eine Form beziehungsweise Matrize verwendet werden, welche den präkeramischen Formkörper derart formt, dass es Zahnflanken beziehungsweise Zähne an seinem Umfang aufweist. Daher lassen sich in dieser Ausgestaltung insbesondere herkömmliche Zahnräder ersetzen, welche oftmals aus Metall oder Kunststoffen gefertigt sind. In this embodiment, in particular gears can be produced by the method according to the invention. In this case, in particular, a mold or die can be used, which forms the preceramic molding such that it has tooth flanks or teeth on its circumference. Therefore, in this embodiment, in particular conventional gears replace, which are often made of metal or plastic.

Auch bezüglich Zahnrädern machen sich die erfindungsgemäßen Vorteile besonders vorteilhaft bemerkbar. Im Detail kann das gewünschte Zahnrad auf einfache Weise und mit wenigen Herstellungsschritten hergestellt werden, was Produktionsaufwand und damit Kosten einsparen kann. Beispielsweise können die getemperten Formkörper ohne wesentliche weitere Nachbehandlung und ohne das Vorsehen von Infiltrationsschritten, beispielsweise, unmittelbar als Zahnräder verwendet werden.Also with respect to gears, the advantages of the invention make particularly advantageous noticeable. In detail, the desired gear can be produced in a simple manner and with few manufacturing steps, which can save production costs and thus costs. For example, the annealed shaped bodies can be used directly as gears without substantial further aftertreatment and without the provision of infiltration steps, for example.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können die Verstärkungsfasern in dem Formkörper, etwa in einer Form eines Zahnrades, derart ausgerichtet sein, dass diese in den mechanisch besonders beanspruchten Bereichen, den Zahnflanken, stets in der Kraftrichtung orientiert sind. Dies wird insbesondere möglich, da bei einem vorbeschriebenen Verfahren sich die Fasern während der entkonturnahen Formgebung gemäß Schritt g) nicht in Fließrichtung während der Formung beziehungsweise des Pressvorgangs, also im Wesentlichen radial, ausrichten, sondern während des Formens weitgehend senkrecht zur Fließrichtung der polymeren Matrix ausgerichtet bleiben. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Fasern eine Länge aufweisen, die größer ist als die Breite der Zahnflanken beziehungsweise wenn als Fasern Langfasern verwendet werden. Dadurch wird eine Orientierung der Fasern, welche vor der Formgebung gemäß Schritt g) bereits in tangentialer Form vorliegen, bei einer Formgebung insbesondere von Zahnrädern in den Zähnen parallel zu den Zahnflanken ermöglicht. Dadurch können die Verstärkungsfasern in einem späteren Betrieb die auftretenden Kräfte besonders gut aufnehmen, was zu einer besonders guten Stabilität der so hergestellten Zahnräder führen kann.By virtue of the method according to the invention, the reinforcing fibers in the shaped body, for example in the form of a toothed wheel, can be oriented in such a way that they are always oriented in the direction of force in the mechanically particularly stressed areas, the tooth flanks. This is particularly possible because in a method described above, the fibers do not align in the flow direction during the shaping or pressing process, ie substantially radially during the entkonturnahen shaping according to step g), but aligned during molding largely perpendicular to the flow direction of the polymeric matrix stay. This may be the case in particular if the fibers have a length that is greater than the width of the tooth flanks or long fibers are used as fibers. As a result, an orientation of the fibers, which are already present in tangential form prior to shaping in accordance with step g), is made possible in the case of shaping, in particular, of toothed wheels in the teeth parallel to the tooth flanks. As a result, the reinforcing fibers can absorb the forces occurring in a later operation particularly well, which can lead to a particularly good stability of the gears thus produced.

Darüber hinaus bieten die erfindungsgemäß hergestellten keramischen Formkörper aufgrund der für Keramik hohen Risszähigkeit und der hohen Härte beziehungsweise Stabilität, beispielsweise, eine gute Betriebsfestigkeit auch bei hohen Temperaturen, wobei ferner eine signifikante Gewichtseinsparung möglich ist.In addition, due to the high crevice toughness and the high hardness or stability, for example, the ceramic shaped bodies produced according to the invention have a good operational stability even at high temperatures, and furthermore a significant weight saving is possible.

Beispielsweise können keramische Formkörper, die gemäß dieser Ausgestaltung hergestellt sind, Verwendung finden als Zahnräder in Getrieben etwa von Elektromotoren, welche insbesondere für eine lange Lebensdauer ausgelegt sein können. Beispielhafte Anwendungen umfassen Elektrowerkzeuge, Elektrofahrräder oder Elektrofahrzeuge.For example, ceramic molded bodies produced according to this embodiment can be used as toothed wheels in transmissions, for example, of electric motors, which can be designed in particular for a long service life. Exemplary applications include power tools, electric bicycles, or electric vehicles.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Formkörper, der erfindungsgemäßen Verwendung, den Figuren, sowie auf die Figurenbeschreibung verwiesen. With regard to further advantages and technical features of the method according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the shaped body according to the invention, the use according to the invention, the figures and to the description of the figures.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein keramischer Formkörper umfassend eine keramische Matrix, in der Verstärkungsfasern angeordnet sind, wobei der Formkörper scheibenförmig ausgestaltet ist und die Verstärkungsfasern zumindest teilweise kreisförmig ausgerichtet sind. Ein derartiger Formkörper ist insbesondere durch das vorbeschriebene Verfahren herstellbar. Er weist eine besonders hohe Langzeitstabilität auch bei erhöhten Temperaturen auf und kann dabei hohen Belastungen in verschiedensten Anwendungsgebieten ausgesetzt werden. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßer Formkörper Verwendung finden als Bremsscheibe oder als Zahnrad. Insbesondere als Zahnrad liegen die Verstärkungsfasern dabei im Inneren des Formkörpers kreisförmig vor, wohingegen sie am Umfang, insbesondere entlang der Zahnflanken, im Wesentlichen parallel zu diesen vorliegen können.The invention further relates to a ceramic molded body comprising a ceramic matrix, are arranged in the reinforcing fibers, wherein the shaped body is configured disc-shaped and the reinforcing fibers are at least partially aligned in a circle. Such a shaped body can be produced in particular by the method described above. It has a particularly high long-term stability even at elevated temperatures and can be exposed to high loads in a wide variety of applications. For example, a shaped body according to the invention can be used as a brake disk or as a toothed wheel. In particular, as a gear, the reinforcing fibers are present in the interior of the molding in a circular shape, whereas they can be present at the periphery, in particular along the tooth flanks, substantially parallel to these.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann die keramische Matrix ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid, Siliziumcarbonitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxycarbonitrid und/oder Siliziumnitrid oder Mischungen daraus. Dies kann insbesondere realisierbar sein durch die Wahl eines geeigneten präkeramischen Polymers beziehungsweise durch die Wahl einer Mehrzahl an präkeramischen Polymeren. Verstärkungsfasern können ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbidfasern, Quarzfasern, Basaltfasern, Kohlefasern, Kohlenstoffnanoröhrchen, Aluminiumoxidfasern, Zirkonoxidfasern und/oder Siliziumnitridfasern oder Mischungen daraus. Ein Formkörper mit derartigen Bestandteilen lässt sich besonders einfach durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellen und weist ferner besonders gute Stabilitätseigenschaften und Gewichtseigenschaften auch bei hohen Temperaturen auf.In one embodiment, the ceramic matrix may be selected from the group consisting of silicon carbide, silicon carbonitride, silicon oxycarbide, silicon oxynitride, silicon oxycarbonitride and / or silicon nitride or mixtures thereof. This can be realized in particular by the choice of a suitable preceramic polymer or by the choice of a plurality of preceramic polymers. Reinforcing fibers may be selected from the group consisting of silicon carbide fibers, quartz fibers, basalt fibers, carbon fibers, carbon nanotubes, alumina fibers, zirconia fibers and / or silicon nitride fibers, or mixtures thereof. A shaped body with such constituents can be produced particularly simply by the method according to the invention and furthermore has particularly good stability properties and weight properties even at high temperatures.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können die Verstärkungsfasern in einer Menge von größer gleich 1 Vol.-% bis kleiner gleich 40 Vol.-% vorliegen. Insbesondere bei einem derartigen hohen Füllgrad kann der Anteil an Keramik beziehungsweise Polymerkeramik in dem Formkörper gering gehalten werden, so dass die Bildung von Porosität insbesondere während der thermischen Behandlung in einem Herstellungsverfahren für den keramischen Formkörper weitgehend vermeidbar ist. Diese Ausgestaltung kann damit zu verbesserten Eigenschaften insbesondere bezüglich eines Wärmetransports und des Stabilitätsverhaltens führen.Within the scope of a further embodiment, the reinforcing fibers can be present in an amount of greater than or equal to 1% by volume to less than or equal to 40% by volume. In particular, with such a high degree of filling, the proportion of ceramic or polymer ceramic can be kept low in the molding, so that the formation of porosity, in particular during the thermal treatment in a manufacturing process for the ceramic molding is largely avoidable. This refinement can thus lead to improved properties, in particular with regard to heat transport and the stability behavior.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des erfindungsgemäßen Formkörpers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Verwendung, den Figuren, sowie auf die Figurenbeschreibung verwiesen. With regard to further advantages and technical features of the shaped body according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention, the use according to the invention, the figures and the description of the figures.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und/oder eines erfindungsgemäßen keramischen Formkörpers zum Herstellen einer Bremsscheibe oder eines Zahnrads. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Verfahren verwendet werden, um Bremsscheiben für elektrisch angetriebene Fahrräder herzustellen. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, um Zahnräder, insbesondere für Getriebe von Elektromotoren, herzustellen. Diese sind besonders langzeitstabil auch bei hohen Temperaturen und können dabei eine Gewichtsersparnis verglichen mit herkömmlichen Bremsscheiben beziehungsweise Zahnrädern, die etwa auf metallischen Komponenten basieren, ermöglichen.The present invention furthermore relates to the use of a method according to the invention and / or of a ceramic molding according to the invention for producing a brake disk or a toothed wheel. For example, a method according to the invention can be used to produce brake disks for electrically driven bicycles. Furthermore, the method according to the invention can be used to produce gears, in particular for transmissions of electric motors. These are particularly long-term stability even at high temperatures and can thereby weight savings compared with conventional brake discs or gears, which are based on metallic components, for example.

Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der erfindungsgemäßen Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Formkörper, dem erfindungsgemäßen Verfahren, den Figuren, sowie auf die Figurenbeschreibung verwiesen. With regard to further advantages and technical features of the use according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the shaped body according to the invention, the method according to the invention, the figures and the description of the figures.

Bezüglich weiterer Vorteile wird auf die vorstehenden Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens und des erfindungsgemäßen Formkörpers verwiesen.With regard to further advantages, reference is made to the above statements regarding the method according to the invention and the shaped body according to the invention.

Zeichnungen und BeispieleDrawings and examples

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigenFurther advantages and advantageous embodiments of the subject invention are illustrated by the drawings and explained in the following description. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it

1a eine schematisierte Ansicht auf einen Wickelkern von schräg oben mit angesetztem Folienkörper; 1a a schematic view of a winding core obliquely from above with attached film body;

1b eine schematisierte Ansicht auf einen Wickelkern von schräg oben mit weitestgehend aufgewickeltem Folienkörper; 1b a schematic view of a winding core obliquely from above with largely wound film body;

1c eine schematische Ansicht auf einen Wickelkern von der Seite mit vollständig aufgewickeltem Folienkörper; 1c a schematic view of a winding core from the side with fully wound film body;

2 eine schematisierte Ansicht schräg von der Seite zeigend einen Wickelkern mit vollständig aufgewickeltem Folienkörper; 2 a schematic view obliquely from the side showing a winding core with fully wound film body;

3 eine schematisierte Ansicht schräg von der Seite eines scheibenförmigen Formkörpers; 3 a schematic view obliquely from the side of a disk-shaped molding;

4 eine Matrize vor und nach dem Formen des Formkörpers; und 4 a die before and after the molding of the molding; and

5 eine vergrößerte Teilansicht von 4. 5 an enlarged partial view of 4 ,

In 1 ist ein Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Gemäß 1 wird ein Folienkörper 10 auf einen Wickelkern 12, wie etwa eine Hohlwelle, aufgewickelt. Dazu kann der Wickelkern in Richtung des Pfeiles 14 rotiert werden.In 1 is shown part of the method according to the invention. According to 1 becomes a film body 10 on a winding core 12 , such as a hollow shaft, wound up. For this purpose, the winding core in the direction of the arrow 14 be rotated.

Der Folienkörper 10 ist erzeugbar, indem Verstärkungsfasern 20 in einer präkeramischen Polymermatrix 18 angeordnet werden und die präkeramische Polymermatrix 18 mit den Verstärkungsfasern 20 unter Ausbildung eines Folienkörpers 10 geformt, insbesondere extrudiert, werden. Als präkeramische Polymermatrix 18 können beispielsweise Polycarbosilane, Polysilazane und/oder Polysiloxane verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich können als Verstärkungsfasern 20 Siliziumkarbidfasern, Quarzfasern, Basaltfasern, Kohlefasern, Kohlenstoffnanoröhrchen, Aluminiumoxidfasern, Zirkonoxidfasern und/oder Siliziumnitridfasern verwendet werden. Weiterhin können die Verstärkungsfasern 20 eine Länge von größer gleich 1cm aufweisen, jedoch ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung nicht ausgeschlossen, dass als Verstärkungsfasern 20 Kurzfasern mit einer Länge von kleiner gleich 1 cm oder auch Endlosfasern Verwendung finden können.The film body 10 is producible by reinforcing fibers 20 in a preceramic polymer matrix 18 are arranged and the preceramic polymer matrix 18 with the reinforcing fibers 20 under formation of a film body 10 shaped, in particular extruded be. As preceramic polymer matrix 18 For example, polycarbosilanes, polysilazanes and / or polysiloxanes can be used. Alternatively or additionally, as reinforcing fibers 20 Silicon carbide fibers, quartz fibers, basalt fibers, carbon fibers, carbon nanotubes, alumina fibers, zirconia fibers and / or silicon nitride fibers. Furthermore, the reinforcing fibers 20 have a length greater than or equal 1 cm, but it is not excluded in the context of the present invention that as reinforcing fibers 20 Short fibers with a length of less than or equal to 1 cm or endless fibers can be used.

1a) zeigt dabei den Beginn des Aufwickelns, wenn der Folienkörper 10 noch nicht aufgewickelt ist sondern nur an dem Wickelkern 12 befestigt sein kann, etwa durch eine Klebung, mechanische Hilfsmittel oder weitere, dem Fachmann grundsätzlich bekannte Maßnahmen, und 1b) zeigt ferner einen Zustand, bei dem der Folienkörper 10 weitestgehend auf dem Wickelkern 12 aufgewickelt ist, so dass auf dem Wickelkern 12 ein Rohr aus dem extrudierten und aufgewickelten Material entsteht, in dem die Verstärkungsfasern 20 im Wesentlichen kreisförmig ausgerichtet sind. Weiterhin zeigt 1c) einen Zustand, bei dem ein Endabschnitt 11 des Folienkörpers 10 an eine darunter angeordnete Lage des aufgewickelten Folienkörpers 10 fixiert ist, wie dies der Pfeil 15 in 1b) darstellen soll. 1a) shows the beginning of winding when the film body 10 not yet wound up but only at the hub 12 can be fixed, such as by gluing, mechanical aids or other, the skilled person basically known measures, and 1b) further shows a state in which the film body 10 largely on the winding core 12 is wound up, so that on the winding core 12 a tube is formed from the extruded and wound material in which the reinforcing fibers 20 are aligned substantially circular. Further shows 1c) a state in which an end portion 11 of the film body 10 to an underlying layer of the wound film body 10 is fixed, as is the arrow 15 in 1b) should represent.

2 zeigt eine Ansicht schräg von der Seite von einem vollständig auf einem Wickelkern 12 aufgerollten beziehungsweise aufgewickelten und fixierten Folienkörper 10. 2 shows a view obliquely from the side of a completely on a winding core 12 rolled or wound and fixed film body 10 ,

Ausgehend von dem Verfahrenszustand gemäß 1c) beziehungsweise 2, kann wenigstens ein scheibenförmiger präkeramischer Formkörper 16 von dem aufgewickelten Folienkörper 10 abgetrennt werden. Ein abgetrennter scheibenförmiger präkeramischer Formkörper 16 ist in 3 gezeigt. Dieser präkeramische Formkörper 16 kann folgend unter Einwirkung von Wärme behandelt werden unter Ausbildung eines keramischen Formkörpers. Der keramische Formkörper kann in Abhängigkeit der verwendeten präkeramischen polymeren Matrix eine keramische Matrix umfassen, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid, Siliziumcarbonitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxycarbonitrid und/oder Siliziumnitrid.Based on the process state according to 1c) respectively 2 , At least one disc-shaped preceramic molding 16 from the wound-up film body 10 be separated. A separated disk-shaped preceramic molding 16 is in 3 shown. This preceramic molding 16 can be subsequently treated under the action of heat to form a ceramic shaped body. Depending on the preceramic polymer matrix used, the ceramic molding body may comprise a ceramic matrix which is selected from the group consisting of silicon carbide, silicon carbonitride, silicon oxycarbide, silicon oxynitride, silicon oxycarbonitride and / or silicon nitride.

Ein derartig hergestellter keramischer Formkörper umfasst somit ein Polymerkeramik-basiertes faserverstärktes Material als keramische Matrix, in der Verstärkungsfasern 20 angeordnet sind, wobei der keramische Formkörper zumindest teilweise scheibenförmig ausgestaltet ist und die Verstärkungsfasern 20 zumindest teilweise kreisförmig ausgerichtet sind. Dieser Formkörper kann beispielsweise Verwendung finden als Bremsscheibe. Dazu kann das keramische Material von dem Wickelkern 12 getrennt werden.A ceramic shaped body produced in this way thus comprises a polymer ceramic-based fiber-reinforced material as a ceramic matrix in which reinforcing fibers 20 are arranged, wherein the ceramic molded body is configured at least partially disc-shaped and the reinforcing fibers 20 are aligned at least partially circular. This shaped body can be used, for example, as a brake disk. For this, the ceramic material of the winding core 12 be separated.

Der scheibenförmige keramische Formkörper kann eine Dicke von beispielsweise größer gleich 2 mm bis kleiner gleich 20 mm aufweisen, etwa für eine Verwendung als Zahnrad. Für eine Verwendung als Bremsscheibe, beispielsweise, kann eine Dicke von größer gleich 3 mm vorteilhaft sein.The disc-shaped ceramic molded body may have a thickness of, for example, greater than or equal to 2 mm to less than or equal to 20 mm, for example for use as a gear wheel. For use as a brake disc, for example, a thickness of greater than or equal to 3 mm may be advantageous.

Insbesondere bei einer Verwendung des keramischen Formkörpers als Bremsscheibe können in diesen, vorzugsweise vor der Temperaturbehandlung, Löcher eingebracht werden. Dieser Schritt kann beispielsweise durch Bohren, Fräsen, Stanzen, Laserschneiden realisiert werden. Im Anschluss daran können auch die gelochten scheibenförmigen Körper einer Temperaturbehandlung unterzogen werden.In particular, when using the ceramic molding as a brake disc holes can be introduced into these, preferably before the temperature treatment. This step can be realized for example by drilling, milling, punching, laser cutting. Subsequently, the perforated disk-shaped body can be subjected to a temperature treatment.

In 4 ist ein weiterer optionaler Verfahrensschritt gezeigt. Dieser umfasst das Formen des scheibenförmigen präkeramischen Formkörpers 16 in einer Matrize 22, insbesondere unter Einwirkung von Druck. Dabei zeigen 4a eine unbefüllte Matrize 22 und 4b) eine Matrize mit eingelegtem präkeramischen scheibenförmigen Formkörper 16. Bei diesem sind die Verstärkungsfasern 20 in der Polymermatrix 18 insbesondere vollständig kreisförmig beziehungsweise im Wesentlichen kreisförmig ausgerichtet. In 4 a further optional process step is shown. This includes molding the discoid preceramic body 16 in a mold 22 , in particular under the action of pressure. Show 4a an empty stencil 22 and 4b) a matrix with inserted preceramic disc-shaped molding 16 , In this are the reinforcing fibers 20 in the polymer matrix 18 in particular completely circular or substantially circular.

4c) zeigt den Formkörper 16 in der Matrize 22 nach einer Formung. In 4c) beziehungsweise in 5, welche eine vergrößerte Darstellung des Formkörpers gemäß 4c darstellt, ist zu erkennen, dass die Verstärkungsfasern 20 in Inneren, also zumindest teilweise, kreisförmig ausgerichtet sind. Die Verstärkungsfasern 20 sind in diesem Bereich nicht verwoben, sondern in der Polymermatrix 18 parallel ausgerichtet. Entlang des Umfangs sind die Verstärkungsfasern 20 jedoch entlang den in der Matrize 22 geformten Zahnkanten 24 ausgerichtet. 4c) shows the shaped body 16 in the mold 22 after a molding. In 4c) or in 5 , which an enlarged view of the molding according to 4c represents, it can be seen that the reinforcing fibers 20 in interior, so at least partially, are aligned in a circle. The reinforcing fibers 20 are not interwoven in this area, but in the polymer matrix 18 aligned in parallel. Along the circumference are the reinforcing fibers 20 however, along the in the matrix 22 shaped tooth edges 24 aligned.

In dieser Ausgestaltung kann das erfindungsgemäße Verfahren somit beispielsweise geeignet sein, um Zahnräder, etwa für Elektromotoren, herzustellen.In this embodiment, the method according to the invention can thus be suitable, for example, for producing gears, for example for electric motors.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1685081 B1 [0003] EP 1685081 B1 [0003]
  • DE 102007009480 A1 [0004] DE 102007009480 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Herstellen eines keramischen Formkörpers, umfassend die Verfahrensschritte: a) Anordnen von Verstärkungsfasern (20) in einer präkeramischen Polymermatrix (18); b) Formen der präkeramischen Polymermatrix (18) mit den Verstärkungsfasern (20) unter Ausbildung eines Folienkörpers (10); c) Aufwickeln des Folienkörpers (10) auf einen Wickelkern (12); d) Fixieren eines Endabschnitts (11) des Folienkörpers (10) an einer darunter angeordnete Lage des aufgewickelten Folienkörpers (10); e) Abtrennen von wenigstens einem scheibenförmigen präkeramischen Formkörper (16) von dem aufgewickelten Folienkörper (10); und f) Behandeln des wenigstens einen scheibenförmigen präkeramischen Formkörpers (16) unter Einwirkung von Wärme.A method for producing a ceramic shaped body, comprising the method steps: a) arranging reinforcing fibers ( 20 ) in a preceramic polymer matrix ( 18 ); b) shaping the preceramic polymer matrix ( 18 ) with the reinforcing fibers ( 20 ) to form a film body ( 10 ); c) winding up the film body ( 10 ) on a winding core ( 12 ); d) fixing an end section ( 11 ) of the film body ( 10 ) at an underlying layer of the wound film body ( 10 ); e) separating at least one disk-shaped preceramic molding ( 16 ) of the wound film body ( 10 ); and f) treating the at least one discoid preceramic body ( 16 ) under the influence of heat. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als präkeramische Polymermatrix (18) Polycarbosilane, Polysilazane und/oder Polysiloxane oder Mischungen der vorgenannten Materialien verwendet werden.Process according to claim 1, wherein as preceramic polymer matrix ( 18 ) Polycarbosilanes, polysilazanes and / or polysiloxanes or mixtures of the aforementioned materials can be used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei als Verstärkungsfasern (20) Siliziumkarbidfasern, Quarzfasern, Basaltfasern, Kohlefasern, Kohlenstoffnanoröhrchen, Aluminiumoxidfasern, Zirkonoxidfasern und/oder Siliziumnitridfasern oder Mischungen daraus verwendet werden.Method according to one of claims 1 or 2, wherein as reinforcing fibers ( 20 ) Silicon carbide fibers, quartz fibers, basalt fibers, carbon fibers, carbon nanotubes, alumina fibers, zirconia fibers and / or silicon nitride fibers, or mixtures thereof. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verstärkungsfasern (20) eine Länge von größer gleich 1cm aufweisen. Method according to one of claims 1 to 3, wherein the reinforcing fibers ( 20 ) have a length greater than or equal to 1cm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Wickelkern (12) eine Hohlwelle verwendet wird.Method according to one of claims 1 to 4, wherein as a winding core ( 12 ) a hollow shaft is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend den weiteren Verfahrensschritt: g) Formen des scheibenförmigen präkeramischen Formkörpers (16) in einer Matrize (22), insbesondere unter Einwirkung von Druck.Method according to one of claims 1 to 5, comprising the further process step: g) molding the discoid preceramic body ( 16 ) in a die ( 22 ), in particular under the action of pressure. Keramischer Formkörper, umfassend eine keramische Matrix, in der Verstärkungsfasern (20) angeordnet sind, wobei der Formkörper scheibenförmig ausgestaltet ist und die Verstärkungsfasern (20) zumindest teilweise kreisförmig ausgerichtet sind.Ceramic molded body comprising a ceramic matrix in which reinforcing fibers ( 20 ) are arranged, wherein the shaped body is configured disk-shaped and the reinforcing fibers ( 20 ) are aligned at least partially circular. Formkörper nach Anspruch 7, wobei die keramische Matrix ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbid, Siliziumcarbonitrid, Siliziumoxycarbid, Siliziumoxynitrid, Siliziumoxycarbonitrid und/oder Siliziumnitrid oder Mischungen daraus, und/oder wobei die Verstärkungsfasern (20) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Siliziumkarbidfasern, Quarzfasern, Basaltfasern, Kohlefasern, Kohlenstoffnanoröhrchen, Aluminiumoxidfasern, Zirkonoxidfasern und/oder Siliziumnitridfasern oder Mischungen daraus.Shaped body according to claim 7, wherein the ceramic matrix is selected from the group consisting of silicon carbide, silicon carbonitride, silicon oxycarbide, silicon oxynitride, silicon oxycarbonitride and / or silicon nitride or mixtures thereof, and / or wherein the reinforcing fibers ( 20 ) are selected from the group consisting of silicon carbide fibers, quartz fibers, basalt fibers, carbon fibers, carbon nanotubes, alumina fibers, zirconia fibers and / or silicon nitride fibers, or mixtures thereof. Formkörper nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Verstärkungsfasern (20) in einer Menge von größer gleich 1 Vol.-% bis kleiner gleich 40 Vol.-% vorliegen.Shaped body according to claim 7 or 8, wherein the reinforcing fibers ( 20 ) are present in an amount of greater than or equal to 1% by volume to less than or equal to 40% by volume. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder eines keramischen Formkörpers nach einem der Ansprüche 7 bis 9 zum Herstellen einer Bremsscheibe oder eines Zahnrads.Use of a method according to one of claims 1 to 6 and / or of a ceramic shaped body according to one of claims 7 to 9 for producing a brake disc or a toothed wheel.
DE201210205284 2012-03-30 2012-03-30 Producing ceramic molded body useful for producing e.g. gear wheel, comprises e.g. arranging reinforcing fibers in pre-ceramic polymer matrix, molding them, winding obtained film body, and treating disk-shaped molded body with heat Withdrawn DE102012205284A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210205284 DE102012205284A1 (en) 2012-03-30 2012-03-30 Producing ceramic molded body useful for producing e.g. gear wheel, comprises e.g. arranging reinforcing fibers in pre-ceramic polymer matrix, molding them, winding obtained film body, and treating disk-shaped molded body with heat

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210205284 DE102012205284A1 (en) 2012-03-30 2012-03-30 Producing ceramic molded body useful for producing e.g. gear wheel, comprises e.g. arranging reinforcing fibers in pre-ceramic polymer matrix, molding them, winding obtained film body, and treating disk-shaped molded body with heat

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012205284A1 true DE102012205284A1 (en) 2013-10-02

Family

ID=49154765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210205284 Withdrawn DE102012205284A1 (en) 2012-03-30 2012-03-30 Producing ceramic molded body useful for producing e.g. gear wheel, comprises e.g. arranging reinforcing fibers in pre-ceramic polymer matrix, molding them, winding obtained film body, and treating disk-shaped molded body with heat

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102012205284A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016108782A1 (en) 2016-05-12 2017-11-16 Universität Stuttgart Process for the production of basalt fiber reinforced composite components and articles produced therefrom
CN111205034A (en) * 2020-01-16 2020-05-29 宁波西立混凝土有限公司 Compression-resistant concrete and preparation method thereof
CN112341207A (en) * 2020-11-20 2021-02-09 哈尔滨工业大学 Silicon nitride-silicon oxynitride column-hole composite ceramic material and preparation method thereof
CN114046181A (en) * 2021-11-16 2022-02-15 莫纶(珠海)新材料科技有限公司 Preparation method of temperature-resistant blade tenon prefabricated body

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1685081B1 (en) 2003-10-27 2008-01-02 Robert Bosch Gmbh Method for producing a composite part and metal/ceramic part
DE102007009480A1 (en) 2007-02-23 2008-09-04 Sgl Carbon Ag bicycle brake disc

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1685081B1 (en) 2003-10-27 2008-01-02 Robert Bosch Gmbh Method for producing a composite part and metal/ceramic part
DE102007009480A1 (en) 2007-02-23 2008-09-04 Sgl Carbon Ag bicycle brake disc

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016108782A1 (en) 2016-05-12 2017-11-16 Universität Stuttgart Process for the production of basalt fiber reinforced composite components and articles produced therefrom
CN111205034A (en) * 2020-01-16 2020-05-29 宁波西立混凝土有限公司 Compression-resistant concrete and preparation method thereof
CN111205034B (en) * 2020-01-16 2022-02-08 宁波西立混凝土有限公司 Compression-resistant concrete and preparation method thereof
CN112341207A (en) * 2020-11-20 2021-02-09 哈尔滨工业大学 Silicon nitride-silicon oxynitride column-hole composite ceramic material and preparation method thereof
CN114046181A (en) * 2021-11-16 2022-02-15 莫纶(珠海)新材料科技有限公司 Preparation method of temperature-resistant blade tenon prefabricated body
CN114046181B (en) * 2021-11-16 2023-09-22 莫纶(珠海)新材料科技有限公司 Preparation method of temperature-resistant blade tenon prefabricated body

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60004899T2 (en) SiC-C / C composite and its uses
EP1216213B1 (en) Friction or slip body comprising composite materials, reinforced with fibre bundles and containing a ceramic matrix
EP1154970B1 (en) Fibre-reinforced ceramic body and method for producing same
EP0797555B1 (en) Friction element
EP2471764B1 (en) Process for producing friction disks having a structured ceramic friction Layer
DE19736560C2 (en) Process for producing a porous body, body made of SiC, and use of the porous body
EP1640633B1 (en) Process for manufacturing carbon-ceramic brake discs
DE10157483C2 (en) Shaped body made of fiber-reinforced composite materials with a segmented cover layer, its manufacture and its use
EP1494980B1 (en) Composite ceramic body and method for producing the same
EP1741685A1 (en) Porous beta-SiC containing shaped ceramic body and method of making it.
WO2009080009A1 (en) Method for producing components with a wear-resistant coating, component produced in this way and use thereof
DE102012205284A1 (en) Producing ceramic molded body useful for producing e.g. gear wheel, comprises e.g. arranging reinforcing fibers in pre-ceramic polymer matrix, molding them, winding obtained film body, and treating disk-shaped molded body with heat
DE10014418C5 (en) Process for the production of a fiber-reinforced structural component and brake disk manufactured therefrom
DE10164627C1 (en) Production of hollow bodies made from fiber-reinforced ceramic materials used in the production of brake and clutch disks comprises forming molding cores
DE60010845T2 (en) Shaped composite material for brakes and method for its manufacture
EP3841076B1 (en) Additive manufacture of components based on silicon carbide with embedded diamond particles
DE10148658C1 (en) Production of hollow bodies made from fiber-reinforced ceramic materials used in the production of brake and clutch disks comprises forming cores, forming a green body
DE69806333T2 (en) Fiber composite and its use
DE10148659C1 (en) Production of hollow bodies made from fiber-reinforced ceramic materials, used in brake and clutch disk production, comprises forming cores, forming green body from cores and carbonizing
DE69925789T3 (en) Component for brakes
DE19749462C1 (en) Moulded body reinforced with carbon fibres
DE10130395A1 (en) Friction material used in the production of friction elements for brakes and couplings in vehicles comprises a structural component and an infiltration component formed as a penetrating network
EP2058545B1 (en) Method for producing friction discs from fibre-reinforced ceramic materials
EP3032126B1 (en) Ceramic brake disc
DE102009023797B4 (en) Plain bearing and method for its production

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee