DE1250069B - Verfahren zur Herstellung on glasfaserverstärkten metallischen Ver bundwerkstoffen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C 03. c

Deutsche Kl.: 32 b - 27/02

Nummer: 1 250 069

Aktenzeichen: D 47425 VI b/32 b

Anmeldetag: 3. Juni 1965

Auslegetag: 14. September 1967

Es ist bekannt, metallische Werkstoffe durch metallische oder keramische Einlagen zu verstärken, sei es in Form von Drähten oder von Fasern. So hat man z. B. Aluminium- und Kupfergrundmassen durch 25 μ starke Wolframdrähte, Aluminium- und Silbergrundmassen durch Stahldrähte bzw. Drähte aus Molybdän oder rostfreiem Stahl, andererseits Silber-, Chromnickel-, Nickellegierungs- und Eisengrundmassen durch Aluminiumoxydfäden, -fasern oder auch -whisker verstärkt, ebenfalls Aluminiumgrundmassen durch Quarzglasfäden, umgekehrt auch eine Aluminiumoxydgrundmasse durch Drahtstücke aus Molybdän, Wolfram oder Tantal. Bei all diesen faserverstärkten Verbundwerkstoffen pflegt man die Fasern zunächst gesondert herzustellen und sie dann in die Grundmasse, z. B. durch Sintern, Spritzen, Umgießen oder auch durch ein Tränkyerfahren, einzubringen. Wesentlich ist dabei, daß sich die Fasern in der schmelzflüssigen oder zur Sinterung auf hohe Temperaturen erhitzten Grundmasse nicht auflösen, man ist daher auf die Verwendung solcher Werkstoffpaarungen beschränkt, bei denen der Faserwerkstoff einen nur mehrere hundert bis tausend Grad höheren Schmelzpunkt aufweist als der Grundwerkstoff.

Über die Verwendung von alkaliarmen E-Glasfasern und -fäden mit z. B. 54,5% SiO,, 17% CaO, 14,5% Al₂O₃, 8,5 «/o B₂O₃, 4,5% MgO und l«/o (Na₂O + K₂O +TiO^ + Fe₂O₃) zur Verstärkung von metallischen Fäden, insbesondere bei Temperaturen oberhalb 500° C, oder von Quarzglasfäden bei oberhalb 1000° C schmelzenden Grundmassen ist bisher nichts bekanntgeworden. Der Grund für ihren nicht erfolgten Einsatz dürfte in dem bekannten Alterungseffekt der E-Glasfäden durch Dehydrierung liegen, der zu einem Festigkeitsabfall in der Größenordnung 50 bis 90% der Ausgangsfestigkeit zu führen pflegt und auch bei dem Einbau von E-Glasfasern in polymere Kunststoffe nicht vermieden werden kann.

Erfindungsgemäß ist es möglich, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und weitgehend alterungsbeständige, hochfeste glasfaserverstärkte metallische Werkstoffe bzw. Glas-Metall-Verbundwerkstoffe aus beliebigen Werkstoffpaarungen aufzubauen, wenn man nur für eine gleichzeitige, sehr schnelle, mit einer sehr starken Querschnittsabnahme verbundene Formgebung' der im Verbundwerkstoff vereinigten Partner Grundmasse und Verstärkung sorgt, bei der diese keine Gelegenheit zur Reaktion miteinander oder zur Trennung durch Schweresteigerung haben. Als Beispiel seien gezogene, gewalzte oder stranggepreßte Silber-E-Glas- oder Platin-Quarzglas-Ver-Verfahren zur Herstellung

von glasfaserverstärkten metallischen

Verbundwerkstoffen

Anmelder:
ίο Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt

vormals Roessler, Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9

Als Erfinder benannt:

Dr. phil. Walter Dannöhl, Kelkheim (Taunus) - -

bundwerkstoffe genannt, zu denen man kommt, wenn man z. B. ein Metallrohr oder ein Glasrohr mit einer Anzahl von außen etwa durch Elektrolyse oder stromlos oder durch Aufspritzen metallisierten Glasstäben oder vorzugsweise entsprechenden beidseitig verschlossenen Glasrohren oder -kapillaren beschickt und die Zwischenräume gegebenenfalls mit Metalloder Legierungspulvern gleicher und anderer Zu-' sammensetzung füllt bzw. dorthin einen entsprechenden niedriger schmelzenden metallischen Werkstoff flüssig einsaugt und diesen Verbundrohling nach schneller, vorzugsweise induktiver, gleichzeitig zonenweise fortschreitender Erhitzung unter seitlicher Druckwirkung oder in ebenfalls bekannter Weise düsenfrei durch Ziehen in einem oder mehreren Arbeitsgängen unter starker Querschnittsabnahme verformt. Matrix und Verstärkung werden dabei gleichsinnig verformt ohne wesentliche Beeinträchtigung ihrer Anordnung relativ zueinander, auch bei Verformungsgraden, die vorzugsweise bis zu μ-starken Faserabständen Metall zu Metall bzwTjjlas zu Glas führen bzw. zu entsprechenden Wandstärken der Mikroglaskapillaren, die im Verbundwerkstoff gebildet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, an Stelle von Glasstäben relativ starke Glasstapelfasern, geflochtene Stränge, Gewebe oder auch Glassplitter bzw. Glaspulver in das Ausgangsrohr bzw. den Aufnahmebehälter einzubringen. Die Metallisierung dieser Verstärkungen kann auch erst während der Erhitzung des Ausgangsmaterials auf Verformungstemperatur erfolgen bzw. während die-

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Claims (8)

ser Verformung, um so eher, als bei diesen Prozessen die gegenseitige Benetzung besonders günstig ist. In den Ausgangsabmessungen der Ausgangswerkstoffe wie in deren Zusammensetzung besteht weitestgehend Freiheit der Wahl, wenn nur für eine mögliehst schnelle Erhitzung der Ausgangsrohlinge gesorgt wird, sei es durch Zufuhr induktiver Energie geeigneter Frequenz, sei es durch Strahlungsenergie oder gleichzeitige Anwendung beider Energiearten, und wenn nur für eine schnelle Verformung eingerichtete leistungsstarke Formgebungsmaschinen eingesetzt werden. Insbesondere können das metallische Außen- , rohr und die inneren Metallisierungen verschiedene Zusammensetzung aufweisen, letztere wieder untereinander verschieden sein. Entsprechendes gilt, falls außen ein Glasrohr verwendet wird, für dessen Zusammensetzung im Vergleich zur Zusammensetzung der Glasstäbe oder inneren Rohre bzw. Glasteilchen. Es ist auch durchaus möglich, daß die Außenrohre oder Behälter, die im wesentlichen der Begrenzung ao bei der Formgebung dienen, einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als die im Inneren befindlichen Teile und nur auf niedrigere Verformungstemperatur erhitzt werden als letztere. Selbstverständlich können sie auch einen höheren Schmelzpunkt haben; auch ist as es möglich, daß die äußere Begrenzung ein Metallrohr in einem Glasrohr ist, oder umgekehrt, und daß später nach dem Verformungsprozeß die äußerste Schicht abgeätzt wird. Es bedarf keiner näheren Erläuterung, daß bei diesem Aufbau der glasfaser- bzw. hohlglasfaserverstärkten Metalle und Legierungen und den beschriebenen Herstellungswegeen eine Alterung der entstehenden Glasfasern und Hohlglasfasern durch ihre Einbettung in die metallische Grundmasse weitestgehend vermieden wird. Mit ungünstigen Beeinflussungen durch an den Oberflächen der- Ausgangsbestandteile vorhanden gewesenen Fremdstoffen ist in Anbetracht der starken Grenzflächenvergrößerung bei der Verformung kaum zu rechnen, der Zutritt von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre ist bei und nach der Herstellung der Verbundwerkstoffe verhindert. Achtet man von vornherein darauf, daß in dem Verbundwerkstoff die Wandstärken der metallischen bzw. Glasfaserschichten in etwa gleich und vorzugsweise von der Größenordnung von einem oder eimV gen Mikron sind, so erhält man Verbundstoffe höchster Festigkeit, bei denen Metallmatrix und Glasfasern einzeln und im Verband Festigkeitswerte von z. B. 400 bis 1000 kg/mm2 und darüber aufweisen. Für den Verbundwerkstoff wirkt sich dabei die nur einen Bruchteil der metallischen Dichte ausmachende Dichte des Glasfaserwerkstoffes außerordentlich günstig aus. Andereseits ist es durch die Wahl des metallischen Werktsoffes und durch Wärmebehandlung des Verbundwerkstoffes möglich, dem metallischen Werkstoff anteil die für den Verbundwerkstoff erforderlichen Zähigkeitseigenschaften zu verleihen, sei es durch Erholungs- oder Spannungsfreiglühen, oder ihn selbst noch auszuhärten oder dispersionszuhärten oder ihn zu vergüten. Besonders wichtig ist es, daß man nach den beschriebenen Verfahren nicht nur hochfeste, sondern zugleich flexible Fertigerzeugnisse herstellen kann. Die Werkstoffe gemäß der Erfindung sind jedoch nicht nur als hochfeste und hochwarmfeste Verbundwerkstoffe von technischem Interesse, sondern auch wegen ihrer physikalischen Eigenschaften, gelingt es doch auf dem beschriebenen Weg z. B. neuartige magnetische Werkstoffe, mit besonderen Eigenschaften, etwa für die Speichertechnik oder für die Schalttechnik herzustellen, wenn man etwa zwei, verschiedene magnetische Werkstoffe isoliert durch den Glaswerkstoff in dem Verbundstrang unterbringt; anderer- , seits sei; die Herstellung von, supraleitenden'Verbund- ' Werkstoffen erwähnt, wobei die : intermetallische supraleitende Phase (z. B. auf Niob-Zinn-Basis) erst während des Verformungsvorganges gebildet wird. Als weiteres Beispiel seien Glas-Metall-Adern für die Gefäßchirurgie erwähnt. Man hat bereits Kunststoffadern als Arterienersatz verwendet, jedoch feststellen müssen, daß es bei diesen organischen Stoffen zur Bildung einer dünnen lebenden Innenauskleidung des künstlichen Rohres und zu Verkalkungen, schließlich zum Gefäßverschluß durch gestocktes Blut kommt. Demgegenüber lassen sich mit erfindungsgemäß aufgebauten flexiblen Glaskapillaren oder Kapillarbündeln, die außen mit einer zur Druckaufnahme geeigneten metallischen Schicht z. B. aus Silber, P4atin oder gegen Blutlaugensalz„beständigem 18/8/2 Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl versehen sind, diese Nachteile wegen der glatteren Innenfläche der Glaskapillaren im Vergleich zu Kunststoffadern vermeiden, während andererseits die metallischen Hüllen die Rolle der Ringmuskeln bei natürlichen Arterien einnehmen, als Verstärkung dienen, einen Wandbruch gegebenenfalls auffangen und schließlich auch zur Verbindung oder Vereinigung mehrerer Kunstadern benutzt werden können. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten metallischen Verbundwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die in einem Metall- oder Glasrohr parallel zueinander angeordneten, gegebenenfalls mit Metall überzogenen Glasfasern gleichzeitig-mit dem Rohr sehr schnell spanlos unter starker Querschnittsabnahme derart verformt werden, daß sich ein Durchmesser der Fasern von 0,1 bis 20 μ, vorzugsweise von 0,5 bis 5 μ, ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 unter Verwendung von vorzugsweise beidseitig verschlossenen Hohlglasfasern.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Glasfasern Metall- und/oder Legierungspulver gleicher oder verschiedener Zusammensetzung eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalle oder Legierungen aus dem Schmelzfluß zwischen die Glasfasern eingesaugt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundwerkstoff mit ausgehärteten, dispersionsgehärteten oder vergüteten metallischen Bestandteilen verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch sehr schnelle Erhitzung der Ausgangsrohlinge auf gleiche oder verschiedene Temperatur der verschiedenen Ausgangsbestandteile vor der vorzugsweise unter seitlicher Druckeinwirkung erfolgenden spanlosen Formgebung.

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7. Verfahren zur Herstellung von Verbund- laren die Ausgangsrohlinge düsenfrei durch Ziestoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da- hen verformt werden.

durch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung des

8. Verwendung der nach einem der Ansprüche

Zusammendrückens der Hohlglasfasern bzw. der 1 bis 7 hergestellten Verbundwerkstoffe für die

bei der Verformung entstehenden Hohlglaskapil- 5 Gefäßchirurgie.

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