DE102013225939A1 - Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils Download PDFInfo
- Publication number
- DE102013225939A1 DE102013225939A1 DE102013225939.5A DE102013225939A DE102013225939A1 DE 102013225939 A1 DE102013225939 A1 DE 102013225939A1 DE 102013225939 A DE102013225939 A DE 102013225939A DE 102013225939 A1 DE102013225939 A1 DE 102013225939A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- carbon fibers
- composite
- preform
- composite component
- carbon
- 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- Withdrawn
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
- B22D18/02—Pressure casting making use of mechanical pressure devices, e.g. cast-forging
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
- B22D18/06—Vacuum casting, i.e. making use of vacuum to fill the mould
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
- C22C47/04—Pretreatment of the fibres or filaments by coating, e.g. with a protective or activated covering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C47/08—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould
- C22C47/12—Infiltration or casting under mechanical pressure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/04—Light metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/04—Light metals
- C22C49/06—Aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
- C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
- C22C49/10—Refractory metals
- C22C49/11—Titanium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2302/00—Metal Compound, non-Metallic compound or non-metal composition of the powder or its coating
- B22F2302/40—Carbon, graphite
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils sowie ein Verbundbauteil, wobei das Verbundbauteil aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern und einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet wird, wobei aus den Kohlenstofffasern ein Faserverbund ausgebildet wird, wobei aus dem Faserverbund ein Vorformling ausgebildet wird, wobei die Kohlenstofffasern des Faserverbunds zur Ausbildung des Vorformlings mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet werden, wobei der Vorformling zumindest teilweise mit geschmolzenem Metall infiltriert wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils sowie ein Verbundbauteil, wobei das Verbundbauteil aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern und einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet wird.
- Die zur Ausbildung von Verbundbauteilen verwendeten Metallmatrix-Verbundwerkstoffe bestehen regelmäßig aus einer zusammenhängenden Metallmatrix mit einer aus Kohlenstofffasern gebildeten Verstärkung in ihrem Inneren. Diese Verbundbauteile finden aufgrund ihrer hohen Stabilität bei zugleich geringem Gewicht allgemein Verwendung im Leichtbau, wie zum Beispiel im Flugzeugbau oder in der Raumfahrt. Die die Metallmatrix verstärkenden Kohlenstofffasern können Kurzschnittfasern oder auch Endlosfasern sein. Die Kurzschnittfasern können beispielsweise einer Metallschmelze zugesetzt und mit vergossen werden. Dabei kann es jedoch leicht zu Inhomogenitäten bei der Verteilung des Fasermaterials kommen. So kann sich je nach Gestalt der Form oder nach Art des angewendeten Gießverfahrens eine zugegebene Menge Fasern innerhalb des so ausgebildeten Verbundbauteils in unerwünschter Weise ungleichmäßig verteilen. Dies wird insbesondere auch dadurch begünstigt, dass Kohlenstofffasern gegenüber Metall eine wesentlich andere Dichte aufweisen.
- Beim Vergießen oder Infiltrieren von Kohlenstofffasern mit beispielsweise Aluminium kann es darüber hinaus zur Bildung von Carbiden bzw. Aluminiumcarbid kommen, was bei einem längeren Verweilzeitraum der Kohlenstofffasern in einer Aluminiumschmelze zur Auflösung der Kohlenstofffasern führt, was wiederum die mechanischen Festigkeitseigenschaften des so ausgebildeten Verbundbauteils verschlechtert.
- Weiter ist es bekannt, kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff als Werkstoff zur Ausbildung eines Verbundbauteils zu verwenden. Bei einem kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff werden zunächst Kohlenstofffasern mit beispielsweise einem Harz getränkt, wobei das Harz nachfolgend pyrolysiert wird. Ein so ausgebildeter Vorformling kann dann allerdings nicht mehr oder nicht mehr vollständig mit einem Metall infiltriert werden, weil die Zwischenräume zwischen den Kohlestofffasern dann nahezu vollständig von Pyrokohlenstoff ausgefüllt sind, der dann die Matrix des Verbundwerkstoffes bildet. Gleichwohl ist es möglich einen kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff bzw. ein derartiges Verbundbauteil mit einem Metall zu beschichten, wobei dann jedoch nicht die mechanischen Festigkeitseigenschaften eines Metallmatrix-Verbundwerkstoffs erzielt werden können.
- Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils sowie ein mit dem Verfahren hergestelltes Verbundbauteil mit verbesserten Festigkeitseigenschaften vorzuschlagen.
- Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verbundbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils wird das Verbundbauteil aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern und einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet, wobei aus den Kohlenstofffasern ein Faserverbund ausgebildet wird, wobei aus dem Faserverbund ein Vorformling ausgebildet wird, wobei die Kohlenstofffasern des Faserverbunds zur Ausbildung des Vorformlings mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet werden, und wobei der Vorformling zumindest teilsweise mit geschmolzenem Metall infiltriert wird.
- Die mechanischen Festigkeitseigenschaften des Verbundbauteils können demnach dadurch verbessert werden, dass aus den Kohlestofffasern zunächst ein Faserverbund ausgebildet wird, der eine definierte Geometrie aufweist. Unerwünschte Inhomogenitäten der Kohlenstofffasern im Verbundbauteil können so vermieden werden. Aus dem Faserverbund wird ein formstabiler Vorformling dadurch ausgebildet, dass die Kohlenstofffasern des Faserverbunds mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet werden. Die Kohlenstofffasern werden dann vollständig von dem pyrolytischen Kohlenstoff umgeben, wobei die Kohlenstofffasern an ihren jeweiligen gegenseitigen Kontaktpunkten mittels der Beschichtung aus dem pyrolytischen Kohlenstoff miteinander verbunden werden. Da die Kohlenstofffasern mit einer vergleichsweise dünnen Schicht von pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet werden, verbleibt zwischen den Kohlestofffasern noch ein Zwischenraum, der eine ausreichende, für eine Infiltration mit einem geschmolzenen Metall geeignete Porosität des Vorformlings gewährleistet. Der formstabile Vorformling kann so mit dem geschmolzenen Metall infiltriert werden, ohne dass die geometrische Form des Vorformlings aufgelöst oder verändert wird. Auch bildet der pyrolytische Kohlenstoff eine Schutzschicht auf den Kohlenstofffasern aus, die eine Bildung von Carbiden, und damit ein Auflösen der Kohlenstofffasern, verhindert. Darüber hinaus bewirkt die Beschichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff eine verbesserte Benetzbarkeit der Kohlenstofffasern. Insgesamt kann so eine geometrische Orientierung der Kohlenstofffasern fixiert werden, wobei die Kohlenstofffasern selbst erhalten bleiben und aneinander anhaften. Ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Verbundbauteil weist dann gegenüber einem herkömmlichen Verbundbauteil verbesserte mechanische Festigkeitseigenschaften, auch im Bezug auf ein vergleichbares Bauteilgewicht, auf.
- Im Rahmen des Verfahrens kann der pyrolytische Kohlenstoff auf den Kohlenstofffasern aus der Gasphase abgeschieden werden. Dadurch wird es möglich die Kohlenstofffasern mit einer vergleichsweise dünnen Schicht aus pyrolytischem Kohlenstoff zu beschichten. Weiter ist eine Schichtdicke bei einer Beschichtung aus der Gasphase je nach Bedarf besonders einfach einstellbar. Auch ist es möglich Faserverbünde mit nahezu beliebigen Geometrien und Kohlenstofffaserdichten mit pyrolytischem Kohlenstoff zu beschichten, da das betreffende Gas den Faserverbund gut durchdringen kann.
- Vorzugsweise kann der pyrolytische Kohlenstoff als eine mittels eines CVD-Verfahrens oder eines CVI-Verfahrens auf den Kohlenstofffasern erzeugte Abscheidung ausgebildet werden. Die Beschichtung der Kohlenstofffasern mit pyrolytischem Kohlenstoff kann so besonders einfach durchgeführt werden. Auch ist es möglich mehrere Behandlungsschritte vorzusehen, bei denen der Faserverbund mittels des CVD- oder/und CVI-Verfahrens mit pyrolytischem Kohlenstoff bzw. sogenannten Glaskohlenstoff durch Abscheidung beschichtet wird.
- In einer Alternativen Variante des Verfahrens kann die Beschichtung mit dem pyrolytischen Kohlenstoff auf den Kohlenstofffasern durch Pyrolyse einer dünnen Harz- oder Pechschicht auf den Kohlenstofffasern ausgebildet werden. Eine Teilegröße wird durch eine Wandungsdicke des Faserverbunds bzw. Verbundbauteils bei einer Beschichtung aus der Gasphase aufgrund einer Durchdringung des Faserverbundes mit Gas und einer regelmäßig prozessbedingt begrenzten Größe einer Reaktorkammer zur Gasphasenbeschichtung bedingt. Durch die Beschichtung mit der dünnen, niedrig viskosen, flüssigen Harzschicht wird es möglich nahezu beliebig große Verbundbauteile herzustellen. Weiter kann die Pyrolyse in einem gebräuchlichen Pyrolyseofen erfolgen, dessen Größe nicht prozessbedingt begrenzt ist.
- Vorzugsweise kann eine Dicke der Harz- oder Pechschicht kleiner als eine Dicke der Kohlenstofffasern ausgebildet werden. Dies kann insofern erforderlich sein, um eine ausreichende Porosität des Vorformlings zur Infiltration zu gewährleisten. Insbesondere sind dann Zwischenräume zwischen den Kohlestofffasern nicht vollständig von Harz bzw. Pyrokohlenstoff ausgefüllt, so dass zusammenhängende Zwischenräume ausgebildet werden. Bevorzugt kann die Dicke der Harzschicht 50 Prozent kleiner und besonders bevorzugt 80 Prozent kleiner als eine Dicke der Kohlenstofffasern ausgebildet werden.
- Die Harzschicht kann einfach durch Tränken des Faserverbunds in einer stark verdünnten Phenolharzlösung, z. B. Phenolharz verdünnt mit Ethanol oder Aceton, ausgebildet werden. So ist es möglich, dass flüssiges Harz in den Faserverbund, unabhängig von einer Wandungsdicke, vollständig eindringen kann. Das Tränken mit Harz kann auch unter einer Vakuumatmosphäre erfolgen. Bei einer Nachfolgenden Pyrolyse durch zum Beispiel Aushärten und Verkoken bzw. Pyrolysieren bei ca. 1000 bis 2000°C kann so eine Beschichtung der Kohlenstofffasern aus pyrolytischen, glasartigen Kohlenstoff erzeugt werden.
- Vorteilhaft können die beschichteten Kohlenstofffasern mit einer weiteren Beschichtung aus Siliziumcarbid versehen werden. So wird es möglich die mechanischen Eigenschaften des Verbundbauteils in gegebenenfalls gewünschter Weise zu verändern, und, beispielsweise bei einer Verwendung von Aluminium als Matrixmaterial, eine unerwünschte chemische Reaktion des Aluminiums bei einer Infiltration zu vermeiden. Auch weisen derart beschichtete Kohlenstofffasern bzw. ein den Vorformling ausbildendes Geflecht oder Gewebe aus Kohlenstofffasern eine erhöhte Steifigkeit auf, die für den nachfolgenden Verfahrensschritt der Infiltration besonders vorteilhaft ist.
- Weiter kann es vorgesehen sein, eine zumindest teilweise unidirektionale Orientierung der Kohlenstofffasern des Faserverbundes auszubilden. Beispielsweise können Endlosfasern durch Wickeln oder eine andere beliebige Technik in eine gewünschte geometrische Form gebracht werden. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich Kurzschnittfasern ohne eine bestimmte räumliche Orientierung für eine Beschichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff zu verwenden. Die Kurzschnittfasern können in Form einer Fasermatte oder eines Vlies vorliegen, wobei die Fasermatte bzw. das Vlies selbst zur geometrischen Formgebung des Vorformlings verwendet werden kann. Bevorzugt können jedoch Fasergewebematten oder Filamentgarne zur Ausbildung eines gegebenenfalls mehrlagigen Faserverbundes verwendet werden.
- Weiter kann vorgesehen sein den Faserverbund vor der Ausbildung des Vorformlings durch Beschichten zu verpressen. So kann erreicht werden, dass die Kohlenstofffasern dicht aneinander anliegen und ein Volumenanteil an Kohlenstofffasern im Verbundbauteil wesentlich erhöht wird. Dem Faserverbund können beim Verpressen Hilfsstoffe zugegeben werden, die den Faserverbund bzw. die Kohlenstofffasern aneinander anhaften lassen und so vorläufig fixieren, ohne eine Porosität des Faserverbundes wesentlich herabzusetzen.
- Besonders bevorzugt kann der Faserverbund als eine räumlich orientierte Tragstruktur des Verbundbauteils ausgebildet werden, die an einen Lastfall des Verbundbauteils angepasst ist. Idealerweise kann der Faserverbund so im Verbundbauteil angeordnet werden bzw. die Kohlenstofffasern können so im Verbundbauteil ausgerichtet werden, dass bei einer vorgesehenen Verwendung des Verbundbauteils Kräfte bzw. Spannungen innerhalb des Verbundbauteils im Wesentlichen in Richtung der Längserstreckung der Kohlenstofffasern verlaufen, um eine größtmögliche mechanische Festigkeit des Verbundbauteils zu erzielen. Ein beispielsweise primär zugbelastetes Verbundbauteil kann dann eine Tragstruktur aus Kohlenstofffasern aufweisen, die in Richtung der Zugspannungen räumlich orientiert sind. Je nach vorgesehenem Lastfall des Verbundbauteils können die Kohlenstofffasern des Faserverbundes auch in einer Kombination von unterschiedlichen räumlichen Orientierungen angeordnet sein.
- Verbundbauteile mit besonders komplexen geometrischen Formen werden besonders einfach herstellbar, wenn eine Tragstruktur des Verbundbauteils durch eine Mehrzahl von Vorformlingen ausgebildet wird. So können einzelne Vorformlinge ausgebildet werden, die zu einer Tragstruktur des Verbundbauteils zusammengesetzt werden. Beispielsweise können die Vorformlinge dann formschlüssig ineinander greifen oder auch unabhängig voneinander innerhalb des Verbundbauteils angeordnet werden. Damit wird es dann möglich Verbundbauteile mit nahezu beliebigen Geometrien herzustellen, da eventuelle geometrische Beschränkungen bei der Ausbildung des Faserverbundes aus Kohlenstofffasern nicht mehr zwangsläufig berücksichtigt werden müssen. Auch ist es denkbar einen Vorformling vor einer Infiltration mechanisch, zum Beispiel spanend zu bearbeiten um eine gewünschte geometrische Form der Tragstruktur bzw. des Vorformlings zu erhalten. Dies wird insbesondere dadurch möglich, dass der Vorformling durch die Beschichtung mit pyrolytischem Kohlenstoff formstabil ist.
- Eine Infiltration des Vorformlings kann mit Aluminium, Titan, Magnesium, Kupfer oder einer Legierung eines dieser Metalle erfolgen. Prinzipiell ist für eine Infiltration jedes Metall bzw. jede Legierung geeignet, das bzw. die einen Schmelzpunkt aufweist, der nicht zur Auflösung der pyrolytischen Kohlenstoffbeschichtung der Kohlenstofffasern führt. Insbesondere Aluminium eignet sich besonders aufgrund seines geringen Gewichts und seiner guten Verarbeitbarkeit als Matrixwerkstoff für Leichtbau-Verbundbauteile.
- Wesentlich für die Herstellung eines Verbundbauteils ist, dass der Vorformling mit einer offenen Porenstruktur ausgebildet werden kann. So wird es möglich, dass der Vorformling leicht mit dem geschmolzenen Metall infiltriert werden kann. Zumindest teilweise geschlossene Porenstrukturen verhindern eine vollständige Infiltrierung des Vorformlings mit Metall und haben eine Bildung von sich negativ auf eine mechanische Festigkeit des Verbundbauteils auswirkenden Lunkern zur Folge.
- Demnach kann der Vorformling vollständig mit geschmolzenem Metall infiltriert werden. So kann dann eine zusammenhängende Matrix aus Metall erhalten werden, die im Wesentlichen alle Zwischenräume des Faserverbundes der Kohlenstofffasern des Vorformlings vollständig ausfüllt. In einer besonders einfachen Variante des Verfahrens kann es vorgesehen sein, den Vorformling lediglich durch Eintauchen in eine Metallschmelze mit dem geschmolzenen Metall zu infiltrieren. Der Vorformling kann dabei vergleichsweise lange in der Metallschmelze verbleiben, da eine Auflösung der Kohlenstofffasern bzw. eine Carbidbildung aufgrund der Beschichtung aus pyrolytischem Kohlenstoff verhindert wird. Auch besteht die Möglichkeit den Vorformling mehrfach mit geschmolzenem Metall zu infiltrieren, um eine vollständige Infiltration zu erreichen.
- In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich den Vorformling in einer Gießform anzuordnen. So kann ein Verbundbauteil mit einer gewünschten geometrischen Form gegossen werden, wobei der Vorformling dann während des Gießvorgangs mit geschmolzenem Metall infiltriert werden kann. Beispielsweise können ein oder mehrere Vorformlinge in Art eines Kerns in eine Gießform eingelegt werden, wobei der Vorformling die Gießform vollständig oder auch nur teilweise ausfüllen kann. Weiter kann der Vorformling so in der Gießform angeordnet werden, dass der Vorformling nur abschnittsweise mit Metall infiltriert wird, das heißt, ein Abschnitt des so erhaltenen Verbundbauteils kann ausschließlich aus beschichteten Kohlenstofffasern ohne Metallmatrix bestehen, wobei ein weiterer Abschnitt des Verbundbauteils beschichtete Kohlenstofffasern mit einer Metallmatrix umfasst. Das Verbundbauteil kann darüber hinaus auch einen Abschnitt aufweisen, der ausschließlich aus dem Matrixmaterial bzw. dem Metall ausgebildet ist. So wird es möglich Verbundbauteile herzustellen, die an Belastungsfälle oder bestimmte Anwendungen angepasste Bauteilabschnitte aufweisen.
- Eine Infiltration des Vorformlings kann mittels Druckguss, Pressgießen oder Vakuumgießen erfolgen. Beispielsweise sind mittels Druckguss besonders maßhaltige Verbundbauteile herstellbar. Durch das Vakuumgießen kann einfach erreicht werden, dass eine vollständige Infiltration des Vorformlings mit Metall erfolgt. Dadurch, dass der Vorformling formstabil ist, lässt er sich besonders einfach in die vorgenannten Gießverfahren zur Herstellung des Verbundbauteils integrieren.
- In einer Ausführungsform des Verfahrens kann das Verbundbauteil so ausgebildet werden, das es einen Metallanteil von mehr als 50 Volumenprozent aufweist. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn entsprechend der vorgesehenen Verwendung des Verbundbauteils sich ein höherer Metallanteil besonders günstig auf dessen Eigenschaften auswirkt.
- In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Verbundbauteil so ausgebildet werden, das es einen Kohlenstofffaseranteil von mehr als 50 Volumenprozent aufweist. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn eine vorgesehene Verwendung des Verbundbauteils durch einen besonders hohen Kohlenstofffaseranteil im Verbundbauteil begünstigt wird.
- Auch kann es vorteilhaft sein, wenn das Verbundbauteil so ausgebildet wird, dass die Kohlenstofffasern innerhalb des Verbundbauteils homogen verteilt sind. Das Verbundbauteil besteht dann aus einem homogenen Metallmatrix-Verbundwerkstoff mit, von einer Faserorientierung abgesehen, regelmäßigen Materialeigenschaften.
- Das Verbundbauteil kann jedoch auch so ausgebildet werden, dass die Kohlenstofffasern innerhalb des Verbundbauteils heterogen verteilt sind. Dies bedeutet, dass Abschnitte des Verbundbauteils einen mehr oder weniger großen Anteil an Kohlenstofffasern aufweisen können. Aufgrund des formstabil ausgebildeten Vorformlings ist es möglich den Anteil der Kohlenstofffasern innerhalb des Verbundbauteils sowie auch die räumliche Orientierung der Kohlenstofffasern gezielt festzulegen bzw. vorzubestimmen, um die mechanischen Eigenschaften des Verbundbauteils zu beeinflussen.
- Das erfindungsgemäße Verbundbauteil ist aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern und einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet, wobei aus den Kohlenstofffasern ein Faserverbund ausgebildet ist, wobei aus dem Faserverbund ein Vorformling ausgebildet ist, wobei die Kohlenstofffasern des Faserverbunds zur Ausbildung des Vorformlings mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet sind, wobei der Vorformling zumindest teilweise mit geschmolzenem Metall infiltriert ist. Das erfindungsgemäße Verbundbauteil ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar. Zu den vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verbundbauteils wird auf die Vorteilsbeschreibungen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen. Weitere Ausführungsformen des Verbundbauteils ergeben sich aus den auf dem Verfahrensanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüchen.
Claims (21)
- Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils, wobei das Verbundbauteil aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern und einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Kohlenstofffasern ein Faserverbund ausgebildet wird, wobei aus dem Faserverbund ein Vorformling ausgebildet wird, wobei die Kohlenstofffasern des Faserverbunds zur Ausbildung des Vorformlings mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet werden, wobei der Vorformling zumindest teilweise mit geschmolzenem Metall infiltriert wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pyrolytische Kohlenstoff auf den Kohlenstofffasern aus der Gasphase abgeschiedenen wird.
- Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der pyrolytische Kohlenstoff als eine mittels eines CVD-Verfahrens oder eines CVI-Verfahrens auf den Kohlenstofffasern erzeugte Abscheidung ausgebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der pyrolytische Kohlenstoff auf den Kohlenstofffasern durch Pyrolyse einer dünnen Harz- oder Pechschicht auf den Kohlenstofffasern ausgebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke der Harz- oder Pechschicht kleiner als eine Dicke der Kohlenstofffasern ausgebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Harzschicht durch Tränken des Faserverbunds in einer verdünnten Phenolharzlösung ausgebildet wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichteten Kohlenstofffasern mit einer weiteren Beschichtung aus Siliziumkarbid versehen werden.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest teilweise unidirektionale Orientierung der Kohlenstofffasern des Faserverbundes ausgebildet wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund verpresst wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbund als eine räumlich orientierte Tragstruktur des Verbundbauteils ausgebildet wird, die an einen Lastfall des Verbundbauteils angepasst ist.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Tragstruktur des Verbundbauteils durch eine Mehrzahl von Vorformlingen ausgebildet wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Infiltration mit Aluminium, Titan, Magnesium, Kupfer oder einer Legierung eines dieser Metalle erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling mit einer offenen Porenstruktur ausgebildet wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling vollständig mit geschmolzenem Metall infiltriert wird.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorformling in einer Gießform angeordnet wird.
- Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Infiltration mittels Druckguss, Pressgießen oder Vakuumgießen erfolgt.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil so ausgebildet wird, dass es einen Metallanteil von mehr als 50 Volumenprozent aufweist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil so ausgebildet wird, dass es einen Kohlenstofffaseranteil von mehr als 50 Volumenprozent aufweist.
- Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil so ausgebildet wird, dass die Kohlenstofffasern innerhalb des Verbundbauteils homogen verteilt sind.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundbauteil so ausgebildet wird, dass die Kohlenstofffasern innerhalb des Verbundbauteils heterogen verteilt sind.
- Verbundbauteil, gebildet aus einem Metallmatrix-Verbundwerkstoff aus Kohlenstofffasern und einem Metall oder einer Metalllegierung, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Kohlenstofffasern ein Faserverbund ausgebildet ist, wobei aus dem Faserverbund ein Vorformling ausgebildet ist, wobei die Kohlenstofffasern des Faserverbunds zur Ausbildung des Vorformlings mit pyrolytischem Kohlenstoff beschichtet sind, wobei der Vorformling zumindest teilweise mit geschmolzenem Metall infiltriert ist.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013225939.5A DE102013225939A1 (de) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils |
US15/102,456 US20160319410A1 (en) | 2013-12-13 | 2014-11-21 | Device for producing a composite component formed from carbon fibers coated with pyrolytic carbon |
EP14811786.4A EP3080325A1 (de) | 2013-12-13 | 2014-11-21 | Verfahren zur herstellung eines aus mit pyrolitischem kohlenstoff beschichteten kohlenstofffasern gebildeten verbundbauteils |
PCT/EP2014/075251 WO2015086290A1 (de) | 2013-12-13 | 2014-11-21 | Verfahren zur herstellung eines pyrolitiche kohlenschichte/kohlenfasern verbundbauteils |
PCT/EP2014/075254 WO2015086291A1 (de) | 2013-12-13 | 2014-11-21 | Verfahren zur herstellung eines aus mit pyrolitischem kohlenstoff beschichteten kohlenstofffasern gebildeten verbundbauteils |
EP14809776.9A EP3080324A1 (de) | 2013-12-13 | 2014-11-21 | Verfahren zur herstellung eines aus mit pyrolitischem kohlenstoff beschichteten kohlenstofffasern gebildeten verbundbauteils |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102013225939.5A DE102013225939A1 (de) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102013225939A1 true DE102013225939A1 (de) | 2015-06-18 |
Family
ID=52021161
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102013225939.5A Withdrawn DE102013225939A1 (de) | 2013-12-13 | 2013-12-13 | Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20160319410A1 (de) |
EP (2) | EP3080325A1 (de) |
DE (1) | DE102013225939A1 (de) |
WO (2) | WO2015086291A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016202755A1 (de) | 2016-02-23 | 2017-08-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fahrwerk und Verfahren zur Herstellung des Fahrwerks |
EP3228890A1 (de) * | 2016-03-24 | 2017-10-11 | Schunk Bahn- und Industrietechnik GmbH | Ableitungseinrichtung und verfahren zur ableitung elektrostatischer ladungen |
CN113737045A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-03 | 河南科技大学 | 一种双连续相SiC/Cu复合材料的方法 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015220994B4 (de) * | 2015-10-27 | 2021-05-06 | Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh | Elektrode für eine elektrochemische Anwendung und Verfahren zu deren Herstellung |
CN109070499A (zh) * | 2016-03-18 | 2018-12-21 | 申克碳化技术股份有限公司 | 纤维复合部件和生产方法 |
CN106191716A (zh) * | 2016-07-11 | 2016-12-07 | 无锡市华东电力设备有限公司 | 一种耐热抗磨复合金属材料 |
CN108930006B (zh) * | 2018-08-27 | 2020-07-03 | 中南大学 | 一种镀铜短切碳纤维增强铜/石墨复合材料及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2928955A1 (de) * | 1979-07-18 | 1981-02-12 | Glyco Metall Werke | Verfahren zum herstellen von verbundwerkstoff mit in einer im wesentlichen metallischen matrix angeordneten verstaerkungsfasern |
DE19815308C2 (de) * | 1998-04-06 | 2000-11-30 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur Herstellung von Verstärkungsfasern oder Verstärkungsfaserbündeln, so hergestellte Fasern oder Bündel und deren Verwendung |
DE19861035C2 (de) * | 1998-04-06 | 2000-11-30 | Daimler Chrysler Ag | Faserverbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102009048709A1 (de) * | 2009-10-08 | 2011-04-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verbundbauteil aus Metall und Faserverbundwerkstoff und Verfahren zur Herstellung |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS589822B2 (ja) * | 1976-11-26 | 1983-02-23 | 東邦ベスロン株式会社 | 炭素繊維強化金属複合材料プリプレグ |
US4415609A (en) * | 1980-07-30 | 1983-11-15 | Avco Corporation | Method of applying a carbon-rich surface layer to a silicon carbide filament |
JP3327637B2 (ja) * | 1993-07-14 | 2002-09-24 | 核燃料サイクル開発機構 | 銅と炭素との傾斜機能複合材料及びその製造方法 |
JP4019123B2 (ja) * | 2004-09-06 | 2007-12-12 | 三菱商事株式会社 | 炭素繊維Ti−Al複合材料及びその製造方法 |
CN1259445C (zh) * | 2004-09-07 | 2006-06-14 | 上海大学 | 碳-碳/铝复合材料用碳-碳预制件的制备方法 |
CN1316052C (zh) * | 2005-06-30 | 2007-05-16 | 上海交通大学 | 提高纤维增强镁基复合材料阻尼性能的方法 |
JP2009127116A (ja) * | 2007-11-27 | 2009-06-11 | Honda Motor Co Ltd | 金属基炭素繊維強化複合材料の製造方法 |
JP4669014B2 (ja) * | 2008-02-15 | 2011-04-13 | 日信工業株式会社 | 炭素繊維複合金属材料の製造方法 |
CN102952963B (zh) * | 2012-11-07 | 2014-12-10 | 中国路桥工程有限责任公司 | 一种碳纳米管增强碳铝铜复合材料滑板的制备方法 |
-
2013
- 2013-12-13 DE DE102013225939.5A patent/DE102013225939A1/de not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-11-21 EP EP14811786.4A patent/EP3080325A1/de not_active Withdrawn
- 2014-11-21 WO PCT/EP2014/075254 patent/WO2015086291A1/de active Application Filing
- 2014-11-21 US US15/102,456 patent/US20160319410A1/en not_active Abandoned
- 2014-11-21 WO PCT/EP2014/075251 patent/WO2015086290A1/de active Application Filing
- 2014-11-21 EP EP14809776.9A patent/EP3080324A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2928955A1 (de) * | 1979-07-18 | 1981-02-12 | Glyco Metall Werke | Verfahren zum herstellen von verbundwerkstoff mit in einer im wesentlichen metallischen matrix angeordneten verstaerkungsfasern |
DE19815308C2 (de) * | 1998-04-06 | 2000-11-30 | Daimler Chrysler Ag | Verfahren zur Herstellung von Verstärkungsfasern oder Verstärkungsfaserbündeln, so hergestellte Fasern oder Bündel und deren Verwendung |
DE19861035C2 (de) * | 1998-04-06 | 2000-11-30 | Daimler Chrysler Ag | Faserverbundwerkstoff und Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102009048709A1 (de) * | 2009-10-08 | 2011-04-14 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Verbundbauteil aus Metall und Faserverbundwerkstoff und Verfahren zur Herstellung |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102016202755A1 (de) | 2016-02-23 | 2017-08-24 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fahrwerk und Verfahren zur Herstellung des Fahrwerks |
WO2017144204A1 (de) | 2016-02-23 | 2017-08-31 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Fahrwerk und verfahren zur herstellung des fahrwerks |
US10850329B2 (en) | 2016-02-23 | 2020-12-01 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Use of a part in chassis of motor vehicles |
EP3228890A1 (de) * | 2016-03-24 | 2017-10-11 | Schunk Bahn- und Industrietechnik GmbH | Ableitungseinrichtung und verfahren zur ableitung elektrostatischer ladungen |
US10485083B2 (en) | 2016-03-24 | 2019-11-19 | Schunk Bahn— und Industrietechnik GmbH | Discharge device and method for discharging electrostatic charges |
CN113737045A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-03 | 河南科技大学 | 一种双连续相SiC/Cu复合材料的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP3080324A1 (de) | 2016-10-19 |
WO2015086291A1 (de) | 2015-06-18 |
EP3080325A1 (de) | 2016-10-19 |
US20160319410A1 (en) | 2016-11-03 |
WO2015086290A1 (de) | 2015-06-18 |
WO2015086290A9 (de) | 2015-11-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102013225939A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils | |
DE3783836T2 (de) | Vorgeformtes garn, geeignet zur herstellung von verbundkoerpern und verfahren zu seiner herstellung. | |
DE102004009264B4 (de) | Herstellung eines Vorformlings durch Verstärken einer faserartigen Struktur und/oder Verbinden von faserartigen Strukturen untereinander und Anwendung bei der Herstellung von Teilen aus Verbundwerkstoff | |
DE10257683A1 (de) | Anfertigung einer genadelten Faservorform zur Herstellung eines Verbundmaterialteils | |
EP1008569A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines mittels Kohlenstoffkurzfaser verstärkten Siliciumcarbid-Verbundwerkstoffes | |
DE60029298T2 (de) | Bremsscheibe für eine Scheibenbremse | |
EP1070027B1 (de) | Verstärkungsfasern und faserbündel, insbesondere für faserverbundwerkstoffe, verfahren zu deren herstellung sowie faserverbundwerkstoff mit verstärkungsfasern | |
EP3088556B1 (de) | Kohlefaser-metall-verbundwerkstoff | |
DE102019215661A1 (de) | Keramische Faserverbundbauteile | |
WO2005037733A1 (de) | Formteil auf der basis von kohlenstoff, verfahren zu seiner herstellung und verwendung desselben | |
DE102009047491A1 (de) | Herstellung einer 3D-Textilstruktur und Faserhalbzeug aus Faserverbundstoffen | |
EP1845075B1 (de) | Formkörper aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff und ein Verfahren zur deren Herstellung | |
DE102015201119B4 (de) | Herstellungsverfahren von Keramikmatrix-Halbzeugen | |
DE102011014244A1 (de) | Fasereinleger für Kraftfahrzeug-Faserbundkunststoffbauteil und Verfahren zur Herstellung des Kraftfahrzeug-Faserbundkunststoffbauteils | |
EP3856700B1 (de) | Verfahren zur herstellung eines carbon-keramischen formkörpers | |
EP3463871B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer trägerplatte und trägerplatte | |
DE69122984T2 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials mit einer Kohlenstoffzwischenschicht zwischen den verstärkenden Fasern und der Matrix für Hochtemperaturanwendung | |
EP0111080B1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten keramischen Verbundwerkstoffes | |
DE19815308C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Verstärkungsfasern oder Verstärkungsfaserbündeln, so hergestellte Fasern oder Bündel und deren Verwendung | |
DE102016205014A1 (de) | Faserverbundbauteil und Verfahren zur Herstellung | |
DE102010053841A1 (de) | Faserverstärkte Kraftfahrzeug-Strukturbauteile sowie Fertigungsverfahren und textiles Halbzeug zur Fertigung derselben | |
WO2021069723A1 (de) | Faserverbundbauteile | |
WO2021190821A1 (de) | Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines partikelverstärkten kompositwerkstoff-bauteils | |
DE4123677A1 (de) | Faserformkoerper und verfahren zu seiner herstellung sowie verwendung des formkoerpers zur herstellung faserverstaerkter aluminium-gussteile | |
DE102014223777A1 (de) | Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |