DE1282245B - Glass fiber reinforced metal parts - Google Patents

Glass fiber reinforced metal parts

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DE1282245B
DE1282245B DES97388A DES0097388A DE1282245B DE 1282245 B DE1282245 B DE 1282245B DE S97388 A DES97388 A DE S97388A DE S0097388 A DES0097388 A DE S0097388A DE 1282245 B DE1282245 B DE 1282245B
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Dr Sc Nat Walter Haenlein
Dr Rer Nat Ulrich Roesler
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Description

Glasfaserverstärkte Metallteile Bei der Verwendung von Kunststoffen geht man seit geraumer Zeit in großem Umfang dazu über, zur Erhöhung der Festigkeit Glasfasern in Kunststoff einzubetten. Bei den niedrigen Bearbeitungstemperaturen der Kunststoffe ist diese Technik mit normalen Mitteln leicht und einfach durchzuführen.Glass fiber reinforced metal parts When using plastics there has been a major move towards increasing strength for some time Embed glass fibers in plastic. At the low processing temperatures of plastics, this technique is easy and simple to carry out with normal means.

Bei Metallen dagegen sind derartige Verfestigungsmethoden bisher nicht bekanntgeworden, obwohl auch hier, wie einfache Überlegungen zeigen, vorzugsweise bei nicht hochfesten Materialien große Festigkeitssteigerung insbesondere in Richtung der Glasfasern erwartet werden können.In the case of metals, on the other hand, such strengthening methods are not yet available became known, although here too, as simple considerations show, preferably in the case of non-high-strength materials, great increase in strength, especially in the direction of of glass fibers can be expected.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 121282 ist zwar ein metallisches Halbzeug mit eingegossenen Glasfasern zu entnehmen, diese Einlagen haben aber die Aufgabe, als Trennelemente zu wirken. Dies ist aber gerade das Gegenteil einer Festigungkeitssteigerung, die als Aufgabenstellung dieser vorliegenden Erfindung zugrunde liegt.From the German Auslegeschrift 1 121282 is a metallic one Semi-finished product with cast glass fibers can be taken, but these inserts have the Task to act as dividers. But this is exactly the opposite of an increase in firmness, which is the object of this present invention.

Diese bezieht sich auf glasfaserverstärkte Metallteile, wie Rohre und andere Konstruktionselemente hoher Festigkeit. Erfindungsgemäß sind die Glasfasern in einem metallischen Grundwerkstoff in einer Richtung parallel zur Richtung der Hauptzugbeanspruchung angeordnet. Dabei können die Glasfasern in Gestalt von Fasersträngen, Faserschläuchen, Fasermatten oder Fasernetzen in den metallischen Grundwerkstoff eingebettet sein. Für die Einbettung kommen insbesondere Glassorten in Frage, deren Schmelzintervall bei möglichst hohen Temperaturen liegt. Dabei ist es besonders vorteilhaft, die Ausdehnungskoeffizienten des Glases und des Metalls so aufeinander abzustimmen, daß in den Glasfasern nach dem Erkalten des Grundmetalls eine Druckspannung in der Hauptbeanspruchungsrichtung vorhanden ist.This refers to glass fiber reinforced metal parts such as pipes and other high strength structural elements. The glass fibers are according to the invention in a metallic base material in a direction parallel to the direction of the Main tensile stress arranged. The glass fibers can be in the form of fiber strands, Fiber tubes, fiber mats or fiber networks in the metallic base material be embedded. In particular, types of glass come into question for embedding Melting interval is at the highest possible temperatures. It is special advantageous, the expansion coefficients of the glass and the metal so on each other to agree that there is a compressive stress in the glass fibers after the base metal has cooled down is present in the main direction of stress.

Die Einbettung der Glasfasern kann dabei durch Umgießen mit dem Grundmetall oder auch durch einlegen zwischen Metallplattinen oder konzentrische Rohre, die anschließend miteinander in innigen Kontakt gebracht werden, ausgeführt sein. Dieser innige Kontakt kann z. B. durch Walzen, Strangpressen, Ziehen Explosionsplattieren, Aufschrumpfen u. dgl. erreicht werden. Insbesondere Zugbeanspruchungen, wie sie z. B. beim Ziehen auftreten, bewirken eine Reckung der Glasfasern in Verformungsrichtung und damit eine Erhöhung der Festigkeit des gesamten Werkstoffes. Solche Nachbearbeitungsverfahren empfehlen sich insbesondere bei Rohren und Profilmaterialien.The embedding of the glass fibers can be done by casting around the base metal or by inserting them between metal plates or concentric tubes that are then brought into intimate contact with each other. This intimate contact can e.g. B. by rolling, extrusion, drawing, explosion plating, Shrinking and the like can be achieved. In particular, tensile loads like them z. B. occur during drawing, cause a stretching of the glass fibers in the direction of deformation and thus an increase in the strength of the entire material. Such post-processing procedures are particularly recommended for pipes and profile materials.

Selbstverständlich können die Glasfasern auch in mehreren Schichten in den Grundwerkstoff eingebettet sein. Neben dem Einlegen von bereits faserförmigem Glas kann die Aufbringung des Glases auf den einzelnen Schichten des Grundwerkstoffes z. B. durch Spritzen oder durch Kataphorese vorgenommen werden, wobei nach der Überdeckung mit anderen Metallschichten wiederum eine entsprechende Nachverformung zweckmäßig ist. Diese Nachverformung wird bei Temperaturen vorgenommen, die über dem Erweichungspunkt des Glases liegen.Of course, the glass fibers can also be in several layers be embedded in the base material. In addition to inserting already fibrous Glass can be the application of the glass to the individual layers of the base material z. B. be made by injection or by cataphoresis, after the overlap with other metal layers, in turn, a corresponding post-deformation is expedient is. This post-deformation is carried out at temperatures above the softening point of the glass.

Besonders vorteilhaft ist in vielen Fällen die Verwendung von Glassorten, die sich durch eine entsprechende Temperaturbehandlung und/oder durch Zugabe besonderer Stoffe auskristallisieren lassen. Durch eine sinngemäße Führung des Kristallisationsvorganges können hierbei auch Einkristalle (Whisker) in den betreffenden glasfaserverstärkten Metallteilen hergestellt werden. Ein derartiges Verfahren kann beispielsweise so ablaufen, daß man den hergestellten Körper während des Kristallisationsvorganges mit definierter Geschwindigkeit durch ein in Richtung der Bewegung angeordnetes Temperaturfeld mit definiertem Temperaturgradienten laufen läßt.In many cases it is particularly advantageous to use types of glass, which can be achieved by appropriate temperature treatment and / or by adding special Let substances crystallize out. Through a corresponding management of the crystallization process can here also single crystals (whiskers) in the relevant glass fiber reinforced Metal parts are produced. Such a method can for example be as follows expire that the body produced during the crystallization process with a defined speed by a arranged in the direction of movement Lets run temperature field with a defined temperature gradient.

Derartige glasfaserverstärkte Metallteile können unter anderem auch in der Reaktortechnik von Bedeutung sein, wo es insbesondere auch auf die Strahlungsbeständigkeit von Strukturelementen ankommt. Man kann also z. B. die Festigkeit verhältnismäßig weicher Stähle, die eine gute Strahlungsbeständigkeit aufweisen, durch Einbettung ebenfalls strahlungsresistenter Glasfasern wesentlich erhöhen. Weiterhin sei in diesem Zusammenhang auf die Verwendung von korrosionsbeständigen Zirkonlegierungen, z. B. Zirkon-Kupfer (ZrCu 2,5 u. a.), als metallischem Grundwerkstoff hingewiesen. Aus derartigen glasfaserverstärkten korrosionsbeständigen Zirkonlegierungen könnten vorteilhafterweise Bauteile in der Strahlungszone eines Reaktors, insbesondere Brennstoffhüllrohre und Druckrohre hergestellt werden. Aber auch andere Metalle, wie z. B. Kupfer 'und Aluminium, könnten mit eingebetteten Glasfasern verstärkt werden, so daß damit die Reißfestigkeit von Kabeln und Leitungen, insbesondere auch. Freileitungen eventuell sogar unter Einsparung der bisher dazu notwendigen Metallmengen erhöht werden könnten.Such glass fiber reinforced metal parts can also, among other things be of importance in reactor technology, where there is also a particular focus on resistance to radiation of structural elements. So you can z. B. the strength is proportionate soft steels, which have good radiation resistance, by embedding also increase radiation-resistant glass fibers significantly. Furthermore, in in this context to the use of corrosion-resistant zirconium alloys, z. B. zirconium-copper (ZrCu 2.5 and others), pointed out as the metallic base material. From such glass fiber reinforced corrosion-resistant zirconium alloys could advantageously components in the radiation zone of a reactor, in particular fuel cladding tubes and Pressure pipes are manufactured. But also other metals, such as B. copper 'and aluminum, could be reinforced with embedded glass fibers, so that the tear resistance of cables and wires, in particular. Overhead lines possibly even below Savings in the amount of metal previously required for this could be increased.

Selbstverständlich sind auch noch andere Formen von Einbettungsmethoden durchführbar, mit denen eine Erhöhung der Festigkeit des gesamten Werkstückes erzielt werden kann. In diesem Zusammenhang sei lediglich auf die Einbettung von Glasfasern in Verklebungsschichten zwischen Metallteilen hingewiesen.Of course, other forms of embedding methods are also possible feasible, with which an increase in the strength of the entire workpiece is achieved can be. In this context, let me just mention the embedding of glass fibers indicated in adhesive layers between metal parts.

Claims (8)

Patentansprüche: 1. Glasfaserverstärkte Metallteile, wie- Rohre und andere Konstruktionselemente hoher Festigkeit, dadurchgekennzeichnet, daß Glasfasern in einem metallischen Grundwerkstoff in einer Richtung parallel zur Richtung der Hauptbeanspruchung angeordnet sind. Claims: 1. Glass fiber reinforced metal parts, such as pipes and other construction elements of high strength, characterized in that glass fibers in a metallic base material in a direction parallel to the direction of the Main stress are arranged. 2. Glasfaserverstärkte Metallteile nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern in Gestalt von Fasersträngen, Faserschläuchen, Fasermatten oder Fasernetzen in den metallischen Grundwerkstoff eingebettet sind. 2. Glass fiber reinforced metal parts according to claim 1, characterized in that the glass fibers in the form of fiber strands, fiber tubes, Fiber mats or fiber networks are embedded in the metallic base material. 3. Glasfaserverstärkte Metallteile nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Grundwerkstoff aus einer korrosionsbeständigen Zirkonlegierung, z. B. ZrCu 2,5, besteht. 3. Glass fiber reinforced metal parts according to claim 1 and 2, characterized in that that the metallic base material is made of a corrosion-resistant zirconium alloy, z. B. ZrCu 2.5. 4. Verfahren zur Herstellung glasfaserverstärkter Metallteile nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern mit dem Grundwerkstoff umgossen werden. 4. Process for the production of glass fiber reinforced metal parts according to claim 1 and 2, characterized in that the glass fibers with the base material to be poured over. 5. Verfahren zur Herstellung glasfaserverstärkter Metallteile nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern zwischen zwei einander umhüllenden und wenigstens durch Schrurilpfkräfte miteinander verbundenen Rohren eingebettet werden. 5. Process for the production of glass fiber reinforced metal parts according to Claim 1 and 2, characterized in that the glass fibers are between two each other enveloping pipes connected to one another at least by scraping forces be embedded. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas im Spritzverfahren oder durch Kataphorese auf einer der beiden einander zugekehrten Rohrflächen vor -dem Zusammenschrumpfen aufgebracht wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the Glass sprayed or by cataphoresis on one of the two facing each other Pipe surfaces before shrinking is applied. 7. Verfahren zur Herstellung von glasfaserverstärkten Metallteilen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile nach Einbringung der Glasfasern durch bekannte Warmverformungsverfahren, wie Walzen, Strangpressen, Ziehen oder Explosionsplattieren bei einer Temperatur, die über dem Erweichungspunkt des Glases liegt, in der Hauptbeanspruchungsrichtung verformt werden. 7. Method of manufacture of glass fiber reinforced metal parts according to claim 1 to 5, characterized in that that the parts after the introduction of the glass fibers by known hot forming processes, such as rolling, extrusion, drawing or explosion cladding at a temperature which is above the softening point of the glass, in the main direction of stress be deformed. 8. Verwendung von glasfaserverstärkten Metallteilen nach den vorhergehenden Ansprüchen für Bauteile in der Kernspaltungszone eines Kernreaktors, z. B. Brennstoffhüllrohre und Druckrohre. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 243 704, 286 701, 1121282.8. Use of glass fiber reinforced metal parts according to the preceding Claims for components in the fission zone of a nuclear reactor, e.g. B. fuel cladding tubes and pressure pipes. Considered publications: German Patent Specifications No. 243 704, 286 701, 1121282.
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