DE1621379B2 - Hochtemperaturbestaendige werkstoffe und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Hochtemperaturbestaendige werkstoffe und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Film von Tantal; auch hierbei können aber nur verhältnismäßig einfache Formen verwendet werden.
Das Beispiel erläutert im einzelnen eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Verwendet wurde ein Garn aus Kohlenstoff, das durch Erhitzen in Graphit übergeführt und zu Stücken
von etwa 5 cm Länge geschnitten war. Durch Elektrolyse wurde ein Film aus Tantal mit einer Dicke
von 0,2 bis 2,0 μπι auf den Fasern niedergeschlagen. Dieses Verfahren ist in der USA.-Patentanmeldung
-609 683 beschrieben. Dann brachte man diese. Fasern— in paralleler Anordnung in ein zylindrisches Rohr,
das oben und unten verschlossen war. Das Rohr hatte unregelmäßig angeordnete Löcher oder Öffnungen,
um den Zutritt des Aluminiums zu ermöglichen. Der Rohrabschnitt mit den Fasern wurde in eine
luftdichte Kammer gebracht, die auch ein Gefäß mit Aluminium enthielt. Die Kammer wurde dann auf
einen Druck von etwa 2 · 10~6 mm Hg-Säule evakuiert,
um die Fasern aus Kohlenstoff zu entgasen. Das Aluminium wurde auf eine Temperatur von
etwa 700° C erhitzt. Dann tauchte man den Rohrabschnitt mit den Fasern unter die Oberfläche des
geschmolzenen Aluminiums. Anschließend füllte man die Kammer mit gasförmigem Argon, bis ein Druck
von etwa einer Atmosphäre erreicht war. Das geschmolzene Aluminium drang in das Rohr ein und
füllte alle Hohlräume zwischen den Fasern aus. Nach etwa 30 Sekunden wurde das Rohr aus dem Aluminiumbad
herausgezogen, abgekühlt und aus der Kammer entfernt.
Eine metallographische Prüfung zeigte, daß das Aluminium die mit Tantal überzogenen Fasern gut
benetzt hat und zwischen die Fasern eingedrungen ist, ohne den Überzug aus Tantal zu zerstören, undohne
daß an der Berührungsfläche zwischen dem Aluminium und dem Tantal irgendwelche Umsetzun
gen stattgefunden hatten.
Die so hergestellten Stoffe sind ausgezeichnet brauchbar als Konstruktionsmaterial für Flugzeuge,
auch für Überschallflugzeuge, für.. Raumschiffe. undL
verschiedene andere Anwendungen.
Das Beispiel beschreibt Gegenstände, bei welchen die Fasern parallel zueinander und nebeneinander
angeordnet sind. Es ist aber klar, daß ein Fachmann die Fasern innerhalb der Matrix aus Aluminium auch
unregelmäßig anordnen kann, wenn stärker isotrope physikalische Eigenschaften erforderlich sind. Ebenso
ist es klar, daß die Dicke des Überzuges aus Tantal geändert werden kann. Voraussetzung ist nur, daß
der Überzug so dick ist, daß kein geschmolzenes Aluminium mit dem Kohlenstoff in Berührung
kommt. An Stelle von Fasern oder Garnen oder Geweben aus Graphit können natürlich auch noch
Fasern, Garne oder Gewebe aus nichtgraphitischem Kohlenstoff verwendet werden. Schließlich können
auch selbstverständlich andere Verfahren zum Tränken der Fasern mit geschmolzenem Aluminium verwendet
werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Hochtemperaturbeständige Werkstoffe aus nium über seinem Schmelzpunkt reagieren und eine
in einer Matrix eingelagerten Fasern aus Kohlen- 5 oder mehrere spröde, intermetallische Phasen bilden,
stoff oder Graphit, wobei letztere vorzugsweise Hierdurch werden entweder die mechanischen Eigenaus
Garnen bestehen oder parallel angeordnet schäften verschlechtert oder es wird das Benetzen
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das geschmolzene Aluminium verhindert. AusMatrix aus Aluminium besteht und die Fasern gedehnte Versuche wurden durchgeführt, um das
einen Überzug aus Tantal aufweisen. ίο Verhalten von Titan, Chrom, Nickel, Kupfer, Niob,
2. Hochtemperaturbeständige Werkstoffe nach Silber, Molybdän, Wolfram und Tantal in Berüh-Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß der rung mit geschmolzenem Aluminium zu prüfen. Überzug aus Tantal eine Dicke von etwa 0,2 Hierbei wurde überraschenderweise festgestellt, daß
bis 2 μτα hat. lediglich Tantal zufriedenstellende Ergebnisse gibt.
3. Verfahren zur Herstellung von hochtempe- 15 Ziel der Erfindung sind Werkstoffe aus in einer
raturbeständigen Werkstoffen nach Anspruch 1 Matrix eingelagerten Fasern aus Kohlenstoff oder
oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Graphit, die sich durch Beständigkeit bei hohen
Tantal überzogenen Fasern unter vermindertem Temperaturen und hohe Festigkeit auszeichnen.
Druck erhitzt, in geschmolzenes Aluminium ein- Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch ergetaucht, unter erhöhtem Druck mit dem ge- 20 reicht, daß die vorzugsweise aus Garnen bestehenden schmolzenen Aluminium getränkt und dann ab- oder parallel angeordneten Fasern einen Überzug aus gekühlt werden. Tantal aufweisen und in einer Matrix aus Aluminium
Druck erhitzt, in geschmolzenes Aluminium ein- Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch ergetaucht, unter erhöhtem Druck mit dem ge- 20 reicht, daß die vorzugsweise aus Garnen bestehenden schmolzenen Aluminium getränkt und dann ab- oder parallel angeordneten Fasern einen Überzug aus gekühlt werden. Tantal aufweisen und in einer Matrix aus Aluminium
eingelagert sind.
Der Überzug aus Tantal hat vorzugsweise eine
Der Überzug aus Tantal hat vorzugsweise eine
25 Dicke von etwa 0,2 bis 2 μΐη.
Die erfindungsgemäßen Werkstoffe können so hergestellt werden, daß die mit Tantal überzogenen
Die Erfindung betrifft hochtemperaturbeständige Fasern unter vermindertem Druck erhitzt, in geWerkstoffe
aus in einer Matrix eingelagerten Fasern schmolzenes Aluminium eingetaucht, unter erhöhtem
aus Kohlenstoff oder Graphit, wobei letztere Vorzugs- 30 Druck mit dem geschmolzenen Aluminium getränkt
weise aus Garnen bestehen oder parallel angeordnet und dann abgekühlt werden.
sind. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung Diese Werkstoffe können in an sich bekannter
solcher Werkstoffe. Weise in die gewünschte Form gebracht werden.
Bei der Herstellung von Raumfahrzeugen, Ge- Die Abbildung zeigt beispielsweise einen Gegenschossen,
Raketen u. dgl. wird ein Konstruktions- 35 stand aus einem erfindungsgemäßen hochtemperaturmaterial
benötigt, das besondere physikalische Eigen- beständigen Werkstoff. Der Gegenstand ist mit 1 beschaften
hat, wie beispielsweise eine geringe Dichte, zeichnet; in ihm befinden sich aus Graphit beeine
hohe Festigkeit und eine gute Steifheit. Hierzu stehende, parallel zueinander angeordnete Garne 2,
verwendet man häufig zusammengesetzte Stoffe. die an ihrer Oberfläche einen zusammenhängenden,
Aus Kohlenstoff oder Graphit bestehende Textilien, 40 etwa 1 bis 2 μπι dicken Überzug 3 aus Tantal haben,
die handelsüblich in jeder Textilien-Form erhältlich Die Fasern befinden sich in einer Matrix 4 aus Alusind,
sind hierfür besonders vielversprechend. Man minium. Im vorliegenden Falle hatten die Graphithat
auch schon zusammengesetzte Stoffe aus solchen fasern 2 eine Länge von etwa 5 cm, senkrecht zur
Textilien und Kunstharzen verwendet. Schnittebene.
Es ist auch schon versucht worden, zusammen- 45 Fasern aus Kohlenstoff können in beliebiger Form
gesetzte Stoffe aus solchen Kohlenstoff-Fasern und verwendet werden. Vorzuziehen sind Fasern aus
Metallen herzustellen. Hierbei soll die Festigkeit der Kohlenstoff in Form von Garnen oder Einzelf äden.
Metall-Matrix durch Einschluß der sehr festen Fasern Die Herstellung solcher Fasern ist in den USA.-
aus Kohlenstoff verbessert werden. Patentschriften 3 107152 und 3 116 975 beschrieben.
Es liegt nahe, Aluminium als Matrix zu verwen- 50 Tantal kann auf den Fasern aus Kohlenstoff nach
den, da es ein geringes spezifisches Gewicht hat. Ge- verschiedenen Verfahren abgelagert werden. Zu die-
schmolzenes Aluminium benetzt aber reinen Graphit sen gehört das elektrolytische Niederschlagen aus
nicht, wenn nicht eine Zwischenschicht von Alumi- einem geschmolzenen Salzbad, die thermische Zer-
rriumcarbid gebildet wird. Das Aluminiumcafbid ist setzung geeigneter Metallhalogenide oder das Auf-
aber thermisch so wenig stabil, daß eine praktische 55 sprühen. Das zu verwendende Verfahren hängt von
Verwendung nicht möglich ist. verschiedenen Umständen ab. Ein Aufsprühen kann
Es ist ferner nach der deutschen Auslegeschrift vorgenommen werden bei Gegenständen verhältnis-1204501
bekannt, Gold und Tantal enthaltende mäßig komplizierter Bauart; die hierbei erhaltene
Legierungen zum Verlöten von Gegenständen aus Bindung zwischen der Faser aus Kohlenstoff und
Graphit mit Gegenständen aus Metall zu verwenden. 60 dem dünnen Überzug aus Tantal ist sehr fest, was
Hierbei wurde angenommen, daß Legierungen mit für die erfindungsgemäßen Gegenstände erwünscht
einem Gehalt von mehr als 25fl/o Tantal nicht geeig- ist. Bei der thermischen Zersetzung geeigneter HaIonet
sind. Über die Verlötbarkeit von Graphit mit genide muß man die Faser aus Kohlenstoff erhitzen,
Aluminium läßt sich der Vorveröffentlichung nichts was der Form der zu überziehenden Gegenstände geentnehmen.
65 wisse Grenzen setzt. Das elektrolytische Nieder-
Zur Überwindung der Schwierigkeit, daß Fasern schlagen von Tantal aus einem geschmolzenen Salzaus
Kohlenstoff von geschmolzenem Aluminium bad ist ein ausgezeichnetes Verfahren zum Übernicht
benetzt werden, wurden zahlreiche Versuche ziehen von Fasern aus Kohlenstoff mit einem dünnen
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