DE1621379B2 - Hochtemperaturbestaendige werkstoffe und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

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 2 mit solchen Kohlenstoff-Fasern durchgeführt, die Patentansprüche: einen dünnen metallischen Überzug hatten. Hierbei zeigte es sich, daß die meisten Metalle mit Alumi-

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

eingelagert sind.
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 25^fl/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