DE1794382A1 - Versteifung von gegenstaenden aus kunststoff, glas oder metall - Google Patents

Versteifung von gegenstaenden aus kunststoff, glas oder metall

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DE1794382A1
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Description

  • Versteifung von Gegenständen aus Kunststoff, Glas oder Metall Die Erfindung bezieht sich auf die Versteifung von Gegenständen aus Kunststoff, Glas oder Metall.
  • Es ist bekannt, zur Versteifung von Kunststoffen, Glas und Metallen Whiskers zu verwenden. Unter Whiskers sind hier außer Kristallen mit rundem Querschnitt, also drahtförmigen Kristallen, auch Kristalle mit polygonalem, z.B. hexagonalem Querschnitt und bandförmige Kristalle zu verstehen. Whiskerartige Siliciumcarbidkristalle sind infolge ihrer sogar bei sehr hohen und niedrigen Temperaturen günstigen mechanischen Eigenschaften und ihrer chemischen Beständigkeit für den erwähnten Zweck besonders geeignet.
  • In der Literatur sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung whiskerartiger Siliciumcarbidkristalle beschrieben.
  • Dabei lassen jedoch die Ausbeute der Kristalle, ihre Ahmessungen und deren Gleichmäßigkeit sehr zu wünschen tibrig.
  • Zum Beispiel wurden in einer Atmosphäre von Wasserstoff und Stickstoff aus einem Gemisch von Silliciumoxyd und Kohlenstoff bei Temperaturen vOn 1375 - 15500C'Fasern aus kubischem Siliciumcarbid erhalten, deren Durchmesser von 0,1 @um - 5 @um and deren Länge von 10 @um bis zu einigen Zentimetern variierte (britische Patentschrift 1 015 844).
  • Weiter wurde beschrieben, daß bei Temperaturen von 14o0 bis 16000C aus Gemischen eines Methylchlorsilens und Wasserstoff oder von Siliciumchlorid, Kohlenwasserstoff und Wasserstoff auf einem Graphitsubstrat eine faserartige. Masse aus kubischem Siliciumcarbid gebildet wurde, wobei örtlich einige whiskerartige hexagonale Siliciumcarbidkristalie mit einer Starke von 3 - 10 @um gefunden wurden, die eine Länge bis 1 cm aufwiesen.
  • (K.M. Merz, Proc. Conf. Silicon Carbide, Eoston 1959, S. 73 -84, Pergamon Press 1960).
  • Auch wurde bereits beschrieben (Physiccal Revirew 143 (1966) 526), daß bei Reduktion eines Methylchlorsilans mit Wasserstoff bei Temperaturen von 1350 - 14300C auf eine Graphitsubstrat Kristalle aus hexagonalem Siliciuncarbid abgelagert werden kennen.
  • Anzahl und Abmessungen der Kristalle waren aber nicht reproduzierbar. Die größten Kristalle hatten eine Lönge von 3 mm und eine Stärke von 300 @um. Die Kleineren Whisker verzweigten sich öfters an gemeinsamen Seiten von kugelförmigen Ablagerungen. Wenn örtlich auf dem Substrat Metalle, wie Cr, Al, Fe, Co, Cu, Si oder Au durch Ausscheiden aus der Dampfphase angebracht wurden, wurde eine Vergrößerung der kugelförmigen Ablagerungen und eine Verringerung der Abmessungen der Kristalle erhalten. Es wurde festgestellt, daß in diesem Fall kein Anwachsen von Siliciumcarbidkristallen durch einen sog.
  • Vapour-Liquid-Solid (VLS) -Mechanismus stattfindet.
  • Es wurde nun gefunden, daß Siliciumcarbidwhiskers, die nach der VLS-Methode hergestellt sind, wobei Eisen als Lösungsmittel für das VLS-Wachstum auf einem Substrat in einer Menge verwendet wird, daß es sich vor dem Eintreten der Kristallisation nicht völlig verbrauchen kann, und wobei das Substrat in einer das Silicium und den Kohlenstoff für die Whiskers liefernden Gasphase auf Temperaturen von wenigstens 11500C erhitzt wird, wodurch Tröpfchen für das VLS-Wachstum gebildet werden und die Siliciumcarbidwhiskers auf das Substrat an der Fest-FlUssig-Phasengrenze aufwachsen, sich wegen ihrer günstigen Abmessungen und deren Gleichmäßigkeit besonders vorteilhaft zur Versteifung von Gegenständen aus Kunststoff, Glas oder Metall verwenden lassen.
  • Das zuvor erwähnte Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbidwhiskers ist in der Patentanmeldung P 16 67 657.6-43 vorgeschlagen worden.
  • Bei Verwendung zur mechanischen Versteifung von Gegenständen können die Kristalle während der Formgebung in Werkstoffe, wie Kunststoffe, Gläser und Metalle, aufgenommen werden.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung und eines Beispiels näher erläutert.
  • Beispiel Wie im Schnitt in der Zeichnung dargestellt ist, werden nach dem Verfahren gemäß Patentanmeldung P 16 67 657.6-43 erhaltene Whiskers 1 (mittlere Stärke 10 zum, Länge bis 6 cm) bis zu einer Höhe von 1 mm parallel in einer Kohlematrize 2 angeordnet, die die folgenden Innenabmessungen aufweist: Länge 6 cm, Breite 2 cm und Höhe 1 cm. Die Matrize wird zur Hälfte bei einer Temperatur von 7000C mit Aluminium ausgefüllt. Nach Ab-Kühlung wird der erhaltene Block aus der Matrize entfernt und in einer zur Längsrichtung der Whiskers senkrechten Richtung zu einer Folie mit einer Stärke von 100 Xum ausgewalzt. Die erhaltene Folie weist in der Längsrichtung der Whiskers eine erheblich größere Zugfestigkeit als eine auf gleiche Weise, aber ohne Zusatz von Whiskers erhaltene Folie auf.
  • Patentansprüche:

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verwendung von Siliciumcarbidwhiskers, die nach der VLS-Methode hergestellt sind, wobei Eisen als Lösungsmittel für das VLS-Wachstum auf einem Substrat in einer Menge verwendet wird, daß es sich vor dem Eintreten der Kristallisation nicht völlig verbrauchen kann, und wobei das Substrat in einer das Silicium und den Kohlenstoff für die Whiskers liefernden Gasphase auf Temperaturen von wenigstens 11500C erhitzt wird, wodurch Tröpfchen für das VLS-Wachstum gebildet werden und die Siliciumcarbidwhiskers auf das Substrat an der Fest-Flüssig-Phasengrenze aufwachsen, zur Versteifung von Gegenständen aus Kunststoff, Glas oder Metall.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung von mechanisch versteiften Gegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumcarbidwhiskers, die nach der VLS-Methode hergestellt sind, wobei Eisen als Lösungsmittel für das VLS-Wachstum auf einem Substrat in einer Menge verwendet wird, daß es sich vor dem Eintreten der Kristallisation nicht völlig verbrauchen kann, und wobei das Substrat in einer das Silicium und den Kohlenstoff für die Whiskers liefernden Gasphase auf Temperaturen von wenigstens 11500C erhitzt wird, wodurch Tröpfchen für das VLS-Wachstum gebildet werden und die Siliciumcarbidwhiskers auf das Substrat an der Fest-FlUssig-Phasengrenze aufwachsen, während der Formgebung in Werkstoffe, wie Kunststoffe, Gläser und Metalle, aufgenommen werden.
    L e e r s e i t e
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0509163A1 (de) * 1991-04-16 1992-10-21 Bp America Inc. Mit VLS-Siliciumkarbid-Whisker verstärkter Metallmatrixverbundwerkstoff und Pressgiessverfahren zu seiner Herstellung
US5207263A (en) * 1989-12-26 1993-05-04 Bp America Inc. VLS silicon carbide whisker reinforced metal matrix composites

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EP0509163A1 (de) * 1991-04-16 1992-10-21 Bp America Inc. Mit VLS-Siliciumkarbid-Whisker verstärkter Metallmatrixverbundwerkstoff und Pressgiessverfahren zu seiner Herstellung

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