DE1796219A1

DE1796219A1 - Verfahren zur Behandlung von Materialoberflaechen und durch diese Behandlung erhaltene Oberflaechenstruktur

Info

Publication number: DE1796219A1
Application number: DE19681796219
Authority: DE
Inventors: Shyne James J; Milewski John V
Original assignee: GEN TECHNOLOGIES CORP
Current assignee: GEN TECHNOLOGIES CORP
Priority date: 1967-09-26
Filing date: 1968-09-24
Publication date: 1972-05-10
Also published as: NL6812798A; GB1254732A; US3580731A; FR1586262A

Description

Verfahren sur Behandlung von Materialoherflächea und durch dieae Behandlung erhaltene Oberflächenstruktur

Di· Erfindung besieht sieh avf Verbesserungen der Struktur von ■ geschichteten Materialien« vie Fasern» Faden, Fadenbündels Matten, gewebten Verstirkungsstoffen sowie starren Körpern, deren Oberflächen ait anderen Materialien verbunden werden sollen. Zveck dieser Verbesserungen ist die Erhöhung der Festigkeit der jeweiligen Verbindung durch an den Außenflächen wachsenden Borsten, so daft diese an den versehiedenen Einbettungsfflllstoffen sicherer· haften und Verbindungen hoher Festigkeit ergeben· Weiterhin be» sieht sieh die Erfindung auf neue Verfahren sur Krsielung dieser verbesserten Oberflächenstrukturen durch Hervorbringen von aono« kristallinen, senkrecht sur .Oberfläche wachsenden Bor»«©α.

Oer höhere Elastisititsaodul einer polykristallinen Faser ist alt duroh die Ausbildung seiner Oberfläche bedingt, die eine hohe Oberflächenspannung, jedoch gleichseitig auch eine sehr glatte

20ti20/910·

BAD ORIGINAL

Oberfliehe ergibt· Venn diese Fasern geschichtet verden, stellt die Haftung die schwächste Stelle der Verbindung darι Versuch· s«ig«n, daft sieh «ine derartig· Verbindung leicht löst, vas ia allgeaeinen als "Oberflachen-Zwischsnhaftuagsf«kl«r" beseiehaat vird·

Bin hervorragend·· Beispiel für dies·· Problem bilden polykristallia· Kohlenstoffasern, deren Blasti si tit saodul «ehr hoch, «tva bei 25 bis $0 Millionen liegt ia Vergleich su Faserglas ait eiaea Blastisitlteaodul von ca. 10 Millioa«a, wobei jedoeh die Qberfliehenhaftfihigkeit des Kohlenstoffs aa Biabettaagtaaterial besonders gering ist· Kohleastoff ist nicht aar eia leiektsres Material« das stva aar svei Drittel des Oeviekts von Glasfaser aufweist, soadera aaek oheaiseh iaerter aad b«sitst eiaea koken Sersetsaagspuakt woa etwa 3315°C· Ev kaaa darek Bereetsaag tos Kaastseideagespiast oder -gewebe in redasieronder AtaeeakAre leiekt hergestellt oder vea versekiedeasa Quellea besogea werden» β·Β· aater des laadelsaakaea fkorasl troa der Firaa Vaisa Carbide Ceepasy. Vom laral Ordaaaee ^ct~ Lab or at ery stassteais aai ia verschiedenes, ia Batare Manasine in den Jahren 19<6 aad 196t sreebieaeaea Artikela verSffeatliekte Inforaatioaen seigea jedoch bei verschiedenen Zasaaaen-■etsangsn ein· aagekehrte Besi«hang swisehen der Swiseken-B«kioht-8«habfestigk*it aai dea Blastisititeaodal der Kohleastoffverstirkaages} diese lesiehaag wtrie die wirtschaftliche Bedeutung von Kehleastoff-Faserrerbiaiangen erheblich herab-

setsen, wenn nicht eine Möglichkeit gefunden verden konnte, deren Haftfähigkeit an Harsen wesentlich xu verbessern·

In verschiedenen Versuch_sprogramaen wurde angestrebt, die Oberflächenhärtung von Kohlenstoffaeern durch unterschiedliche chemische Oberflächenbehandlungen, vie Xtsen, Beixen und Brennen, Beschichten, Aufrauhen usw., tu verbessern, jedoch nur axt geringen Xrfolg, wobei der Verbesserungegrad etwa bis xu 3OJf be» ^ trug« Die erfindungsgemäBe LSsung dieses Problems bringt eine Verbesserung der Oberfl&ehenhaftung von ungefähr 50OJi oder mehr nit sich, sowie xus&txlich noch eine Anzahl weiterer Vorteile, die später aufgexeigt werden*

Hauptgegenstand der Erfindung ist die Behandlung von Oberflächen XUr Borstenbildung ("vhiakeriting"), üb die Fähigkeit der Oberfläche sum Haften an einen anderen, χ·Β· einem Einbettungsmaterial, xu erhöhen.

Ein weiterer, wesentlicher Gegenstand der Erfindung ist darin SU sahen, die Oberflächen «inselner Fasern so aussubilden, daß ein sicheres Haften ohne nennenswerte Versteifung der Fasern erfolgt. Eine solche Versteifung trat bei Beschichtungen nach den bisher bekanntgewordenen Vorsehlägen auf·

Einen anderen wichtigen Gegenstand der Erfindung bildet das Hervorbringen von Borsten an den einxelnen Fasern in einem

209820/0109

Faserbündel, Gespinst oder Gewebe, vobei diese Borsten mit denselben einstückig sind und sieh nach außen in allgemeinen senkrecht su den Oberflächen erstrecken« so daß sie eine Verstärkung in drei Dimensionen bilden und eine solche Lange aufweisen, daß sieh die an benachbarten Fasern wachsenden Borsten überlappen und ineinanderschlingen, vas eine außerordentliche Erhöhung der Zwischenschichten-Schubfestigkeit mit sich bringt. Ein Bündel von Kohlenstoffasern, die ein Gespinst bilden, enthält beispielsweise 720 oder ^kkO einseine F&serchen, die jeweils eines Durchmesser von etwa 10 Mikron sowie eine polykristalline Struktur aufweisen* Die auf diesen Ffteerchen gewachsenen Boraten haben jedoch einen Durchmesser von nur 0,1 bis 1 Mikron im Fall von Silisiumkarbidborsten und bilden eine monokristalline Züchtung; ihr Elastizitätsmodul ist sehr viel höher, da sie auf Grund ihrer monokristallinen Beschaffenheit frei von Kristallgrenzen, Oberflächenfehlern, Versetzungen und Verunreinigungen sind. Sie weisen eine Festigkeit auf, die allein wegen des hohen Grades ihrer Vollkommenheit erreichbar ist» Daraus folgt, daß bei der Beanspruchung derartiger Borsten der Zug eher entgegen den atomaren Kohasionskr&ften als entgegen den vielfachen Un-Vollkommenheiten erfolgt, die für polykristalline Strukturen kennzeichnend sind· Die ersteren nahem sich so der theoretischen Fettigkeit, wahrend die letzteren hinter dieser um viele Größenordnungen «urüekbleibene

Sin weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, faserige Schicht-

209820/0109

Strukturen en schaffen» bei denen die Borsten zwischen den ein· seinen Faserchen wachsen und eine derartige Lange sowie Dichte aufweisen, daß si« sich überkreusen, ineiaanderschlingen und jeden freien Banst »wischen den Vasern oder den benachbarten Paeerbündeln und/oder Faden la ein«« gewebten oder verfilstea Material ausfüllen. Derartige «it Borsten versehene Veretftrkungsprodukte weisen einen betrachtlichen Kohisionsgrad auf, selbst bevor sie eit linbettungo-Ffillstoffen, s.B. Harsen, ge- % trankt siad·

Roon eia weiterer Gegenstand der Irfinduag ist darin tu sehen, ait Borsten versehen· fadenfSraige Produkte su schaffen, bei denen die Borstenlangen entsprechend dea verschiedenen praktischen Bedürfnissen bestiaat werden. Xn einea Faserbündel der oben erwfihntea Art kSanen die Borsten beispielsweise etwa bis su 10 Bundeldurchaeesern wachsen, wodurch sie für einige Arten von Kinbettungenaterialiea, nftalich eolehen Bit großen Zwischen- rluaen, brauchbar werden· Wahlweise kdnaen die Borsten jedoch auch viel kürzer vorgesehen werden, wenn lediglich eine aufgerauhte FaseroberflAch« erwünscht und es nicht erforderlich ist, daß sich die Borsten in den durch das Bars ausgefüllten Zwischenräumen Cberkreuten· Das Vorbandensein einer dichten Schicht langer Borsten ist vorteilhaft bei Anwendungen unter hohen Teaperaturen, wie s«B· als Verstärkung der Einbettung voa »etalleaen Triebverksteileo, da die rein «onokristalline latur der Borsten diese besonders widerstandsfähig gegen Abtragung aaeht.

209820/0109

Ein su dichter Borstenbestand in dan Svisehenrauaen ist jedoch auch bedenklich, da hierdurch ein vollständiges Eindringen verhindert wird. Das Verhältnis τon Borstanlange su Durchmesser ist vichtig, da es deren fendem sua Verflechten, Verwickeln, Biegen oder sich gegenseitig absustoBen vie kleine Federn, d«h. den Füllfaktor beeinflußt· Das Borst enaat er . selbst ist ebenfalls wesentlich, da es die allgemeinen Eigenschaften der Züch-Bt tung sowie auch die neigung der Borsten so einer vertraglichen Verbindung ait den Einbettungssiaterial beeinflußt·

Einen weiteren Gegenstand der Erfindung bildet die Verbesserung der Oberflichenhaftflhigkeit tob Ftserehen, se Aal verhältnis* aaftig karte Fiserehea ait hohe« Eleetisitatsaodul alt Vorteil verwendet «ad sogar su Gare gespoaaen werden kSawea für Anwendungsgebiete, vo früher nur lange Fasern oder kontinuierliche Fäden benctst wurden« .

Ein veiterer Bauptgegenstand der Erfiaduag ist die Schaffung ^ von Veehniken und Verfahren sur ttehtaag vo« Borstea ait vor· bestiaater Ulnge und aus ausgevahlton Matorialiea aaf Fasern, Bündeln» Gespinsten oder Oevebea aas veraeaiedeaen anderen, ihnliohen oder unthnliehen Stoffob aat«r Vervoaduag von Gas-Obsrtragungsaecthanisaen, ua Borstoa tau niehtverdaayfanden Materialien entweder yartieaveito oder in kontinuierlichen Arbeitsgänge^ vathtoa t« lassen.

Die Efichtuag von Borstea erfolgt üblicherweise su dea Iweek,

203820/0109

diese Bersten selbst zu erhalten, die hierbei als KrIetallanschuß auf Pla&tenaaterial vaeheen und dann abgebrochen sowie gesaaaelt werden, «a sie als Verstärkung in verschiedenen Einbettungcmaterialian eu verwenden. Diese losen Borsten vurden sum Verstärken von Hochleistungsstrukturen, vie Turbinenschaufela, verwendet; es vurden auch Versuche unterncaacn₃ polcbe losen Borsten su Fäden xu spinnen· Sie vurden euch ru Matten» Papieren und volle&hnlichen Gebilden verarbeitet. Der uneitSiei- A baro Gegenstand der Erfindung ist «s jedoch, die Bersten direkt an den Oberflachen vaansen su lassen, nit denen si« einstückig verbunden bleiben, wahrend das IaprSgnieren in eine» geeigneten Xinbettungsmaterial oder das Verbinden der axt den Boraten versehenen Oberfläche nit einem anderen Stoff erfolg*,. Dies ergibt eine 87nergistische Wirkung« wodurch eine neue Oberflaehe entsteht, deren Sigenaaterial von desjenigen der Borsten verschieden sein kann und bei der keiner dieser unterschiedlichen Stoffe selbst alle die gewünschten Eigenschaften besitst, deran Koabiaaticn jedoeh neue und besondere vorteilhafte mechanische Gebilde ergibt.

Wahr&nd ein &ilgeneiner Gegenstand der Erfindung darin eu sehen ist„ die Zwischenβeh!chte«-3chubeigenschaften vieler vcrgchiedaaer Oijcrflteliaastcff· dusch Äöihturg von Borsten unaitteibas¹ auf desselben su verbessern« besteht ein besonderer Gagengtand der Erfindung darin, Kohlenstoff!den, «flserchen, »gespinste, «aatten oder Kohlenstoffgewebe auf diese Vei·« au verbessere.

209820/0109

BAD ORIGINAL

Wenn diese behandelten Fasern mit einem geeigneten Einbettungsmaterial, s«B. einem Har«, einem Metall oder einem Keramiketoff verbunden werden, tritt die verbesserte swieehenschichtliche Haftung durch die Tatsache offen «u Tage, daß sieh die entstehende Zusammensetzung in einer einem isotropen Material ahn» liebere Weise verhält*

Das Verfahren sur Borstenbildung ("vhiakeriking") ergibt 1« eine verbesserte Oberflächenchemie, die so gewählt verden kann, daß sie sich mit dem Sinbettungsmaterial besser verträgt,

2« eine verbesserte Oberfläcbeageometrle, die eine größere mechanische Haftung des Einhettungsmateriale an den Verstärkungen gewährleistet,

3« eine einstückige Verbindung «wischen Borsten und tragender Oberfläche, und

fc, einen hohen Verstärku&gsgrad des Kunststoffs $£ den Zwiechenräunen durch die Borsten, die in den norme erweise leeren Bereichen nahe und zwischen den Fasern gewachsen sied.

Diese Verbesserungen wurden durch Testen von in einer Richtung ver-

_{Λ # Λ} „ _{Λ Λ} BAD ORIGINAL

209820/010 9

stärkten Stangenproben mittels der waagerechten kurzarmigen Schermethode ausgewertet· Es vurden Zwischenschichten-Schubfestigkeiten von mindestens 773 kg/cm an Zusammensetsungea gemessen» die aus Oraphitfaaern mit einen Blaetisitätsmodul von 5* Millionen des Royal Aircraft Establishment (ϊηgland) und Epoxyharz bestanden, wobei diese· Material ohne Borsten» wachstum einen Schubwert ron nur etwa 176 kg/cm seigte* Schubfestigkeiten τοπ mindestens Bkk kg/cm² wurden erzielt mit Thor» nel 25 (Blastisitfttsmodul von f 758 000 kg/cm²), dessen Schubwerte vor dea Borstenwaehstum nur ca· 281 kg/cm betrugen· Tat» sächlich sind die Schubfestigkeiten grSBer als die angeführten Werte, da die Probe« sieht durch Abscheren, sondern durch Bio* gen versagten· Der Fehler war ähnlich dem, der sich eher bei einem homogenen als einem anisotropen Material teigt«

Das Verfahren *ur Borstensüchtung auf diesen Graphitfasern rief bei den ersten Versuchen eine wesentliche Verringerung der Zugfestigkeit der Pasern nach der Borsten-Behandlung, nämlich etwa 30% oder mehr, hervor· Außerdem trat als Begleiterscheinung ein erheblicher Gewichtsverlust der Fasern auf, der mit diesem Pestigkeitsverlust in Zusammenhang *u stehen schien. Is ist daher ein Gegenstand vorliegender Erfindung, ein verbessertes Verfahren xur Borstenbildung su schaffen, bei dem ein derartiger Verlust an Gewicht und Zugfestigkeit amf «in Mindestmaß herabgeeetxt wird, und svar

209820/0109

1) durch Anordnung von KohlenstoffSpendern in Behandlungsofen, usi die Menge des unmittelbar aus des Fasern umgesetzten Kohlenstoffe zu verringern, und

2) durch rasches Abkühlen der behandelten Fasern nach dea Verlassen des Ofeas, um die Tendenz derselben zur Oxydation su vermindern.

Einen anderen Gegenstand der Erfindung bildet die Auswertung der kohlenstoffspendenden Tendenzen der Fasern sur Erzeugung einer anderen Fon von Borsten tragendes Fasern ait leigungea auf den Faseroberflichea, wodurch sie aufgerauht werden, wenn auch auf Kosten einer gewissen Verringerung der Zug- . festigkeit«

Nachstehend sind verschiedene Atts führungen des Ye rf ahrens sowie der Vorrichtung und der Produktausbildangen aach der ■* Erfindung anhand von Beispielen und «it Bezug a«f die Zeichnung beispielsweise aiher erläutert; es «eigen:

Fig* 1 eine Ansieht einer Vorrichtung Bar Durchführung des

erfinduagsgemlBen Verfahrens, teilweise im Querschnitt}

Fig· 2 eine Teilaasioht naeh der Linie 2-2 von Fig. t;

Fig« 3 eins vergrößerte Ansieht eines Fadens nit Borsten* bildung;

209S20/&10S __nrio

Pig. Ii eine vergrößerte Ansieht einca wolle&hnlichen, dicht ■it Borsten bewachsenen Faden«;

Pig· 5 eine vergrößerte Ansieht eines Haufens von einseinen, ■it Boraten bewachsenen Teilchen;

Pig· 6 eine vergrößerte Ansieht eines Stapels aus aufein«

andergelegten Garnfasern, vobei die gebildeten Borsten die Stapel eu einer einsigen Hatte oder Stange ver° * flechten;

Pig· 7 eine vergrößerte Ansicht eines gewebten Stoffs ait Borsten, die nach des Weben gevachsen sind;

Fig. 8 eine Ansicht einer zweiten Ausführungshorn einer
Vorrichtung, mittels der die Borstenbildung auf
einen kontinuierlichen Faden- oder Bandanter£al_p das die Vorrichtung durchlauft» herbeigeführt werden k?.nn; Λ

Fig. 9 eine teilweise geschnittene Ansicht nach der Linie 9«=9 von Pig· 8;

Fig. 10 eine teilweise geschnittene Ansicht eiser dritten Ausfuhrungefor» der Vorrichtung tür Durchführung
des erfindungsgeaaßen Verfahrens;

Fig. 11 eine teilweise gsr.ehnittene Ansicht eine?· vierten

209820/0109

BAD ORIGINAL

Aueführungeforn der Vorrichtung tür Durchführung des erfindungsgeaä&en Verfahrens; und

Fig. 12 eine teilweise geschnittene Ansicht einer fünften Ausführungefont der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungegeaaßen Verfahrens·

Fig· 1 und 2 Beigen beispielsweise eine typische Vorrichtung mur Durchführung des vorliegenden Verfahrens durch Bewirken der Bor« stenbildung auf verschiedenen Faserstoffen, insbesondere solchen graphitischer Art· Die Vorrichtung übfaßt einen Ofen 1, χ.B. einen 20 kV ait Molybdän uagebenen Ofen, üb die erforderlichen hohen Vcaperaturen, ia allgaacinen in der Größenordnung von 1093,3 bis i6fc8,9°C, zn erteugen und avfrecht»«erhalten. Der Ofen weist eine Einlftßleitung 2 sowie eine Auslaßleitung 3 auf, sei daß sein Innere·^ kontinuierlich mit Wasseretoffgcs bespulbar ist, da« eich ait einer Geschwindigkeit won etwa 30,5 ca/eee ia Ofen nach reesbts bewegt und von einer Vorratsflasche U geliefert wird. Der vfassersteff wird ie Ofen etwa auf Ataospharendruck gehalten und führt •ine bestiante Menge von Vaeserdaapf Bit sich, wie weiter unten dargelegt· Der Ofen 1 iat ait nicht gezeigten, geeigneten Zugänge·» türen versehen.

Ib Ofen 1 befindet sich eine feste Kohlenstoff- oder Graphit· platt« 10, die eine andere Vorrichtung tragt und sie gegen den sehidliehen .V&raeecnock abschirat, wenn sie s.B. aqs einer Uk-

209820/0109 ■»«»«.

gebung ait Hauet«uperatur in den heißen Ofen geschoben vird. Di· Kohlenstoffplatte 10 tragt aueh svei feste Kohlenstoff-Abstandhalter 11 aod 12, avf denen ,eise Keramikvanne 13 ruht· Letstere ist ein handelefibIieher Artikel, bestehend aus etva 85Ji Tonerde, ca· 12Jf Silisiuaoxyd und etva 3Jl anderen Oxyden· Diese Zusammensetzung tritt aueh in einigen der nachfolgenden Beispiele auf· Die Wanne 13 enthält Aluminiumgries von 3-5 mesh} diese OrieBteilchen schmelsen und bilden eine Masse aus flüssi- Λ gea Aluminium 18 in der Vanne. tetstere vird durch einen keramischen Deckel ifc, s.B. «inen Johns-Maaville 30O0 Keramikstein aus etva 6OJt Tonerde, 3OjI Silisiumoxyd und 10Jf anderen Lehmen, verschlossen.

Di· Öffnungen xvisehen den Seiten der Vaane 13 und der Kohlenet off ρ latte 10 sind duroh Kohlenstoffleisten 15 und i6 geschloseen. di· im Oegensats xu den festen KohlenstofftrAgern 10, 11 und 12 gaas porös sind· Die*· Leisten dienen dazu, Sauerstoff aus der leeren Zone Z svisehen dem Bed·· der Wann« 13 und der ™ oberen Fliehe der Platte 10 aussuecnIie0eη und so eine Oxydation des Materials in der Zone S su verhindern, wenn die Vorrichtung in h«iß«a Zustand «us dea Ofen entfernt vird· Wenn diene Vorrichtung «ujt Behandlung von Kohlenstoffaaern benOtxt vird, dieses die porösen Leistern 15· i6 «veh «le Kohlenstoffspender EB des &r«ek, die Cohleostoffaenge, di· die vorliegenden Beaktionen direkt mute den behandelten Fasern uasetsen, su verringern, da eine solche Kohlenstofftms-etsuag einen Oevichtaverlust der

209820/0109

Fasern seibat und eine entsprechende Verhinderung der Zugfestigkeit derselben manchmal um 30% verursacht.

Das Material, auf dem Borsten vachsen sollen* wird in einigen Fallen in die Zone Z, in anderen Fallen in dan Bereich A in der Wanne zwischen de« flüssigen Aluminium 18 und dea Deckel ^k eingebracht, je nach der chemischen Zusammensetsung der gewünschten Borsten« Die oben erv&hnte Vorrichtung erzeugt in der Zone Z und ia Bereich A borstenbildend« Atmosphären» die unterschiedlich und einander entgegenwirkend sind» vie in Verbindung nit den verschiedenen nachstehenden Beispielen ausgeführt wird.

Da die Brostenmaterialien selbst nicht verdampfen» ist es erforderlich, für daa Hervorbringen der Borsten Oasübertragunga· mechanismen tu benütsen. Das Entstehen von ßiliciumkarbidborsten erfordert beispielsweise die Anwesenheit von Siliaiummonoxyd und Kohlenmonoxid im richtigen Verhältnis, wobei diese Dampfe durch die folgenden Reaktionen erhalten werden, welch letztere das in dar Wanne befindliehe flüssige Aluminium, das in der Zusammensetzung der Wanne 13 und das Deekele %k enthaltene Silicium sowie die Tonerde, den Kohlenstoff de* Leisten 15, 16 sowie den im Spülgas vorhandenen Wasserstoff and Wasserdampf umfassen}

209820/0109

Al	4,	«η* η	>	α ι η λ.	SiO	I	2HO
»J	♦	C ♦ SiO —	ν	AxU ♦ 9 *?i Π	H₂O²
ft				SiC ♦
CO		SiO ♦ 2H₂	cn ^ ι
			ι» ν ^ ι SiC +

Wenn diese Reaktionen in unmittelbarer H&he der Kohlenstofffasern stattfinden, wachsen Betasilisiumkarbidborsten senkrech aus den Faseroberflachen heraus· Diese Boraten sind mono- ™

kristalliner Art und ihre Wachstumsgeachwindigkeit sowie ihre endgültige Gestalt kann durch Bestimmung der Daapfkonzentra« tionen, d.h. der Ubersattigung*grade derselben, genau beeinflufttiverden. Wenn die !Concentration niedrig ist, jedoch innerhalb des Borstenvachstumsbereiches liegt, nimmt das Siliziumkarbid die Fora laager, nadelähnlieher Borsten an, wie z.B. in Fig· 3 gezeigt, vo der Fad#n 20 aus Kohlenstofffasern Borstet 22 ait einer Länge von sehn Durchmessern oder mehr aufweist. Die einzelnen, diesen Fadenbündel 20 bildenden Kohlenstoffäser* Λ eben 21 weisen einen Durchmesser von etwa 10 Mikron auf, während die Borsten 22 ca· 0,5 bis 1 Mikron besitzen, wobei die ersteren polykristallin und die letzteren monokristallin mit einer ausnehmend vollkommenen Kristallstruktur sind·

Wenn die Konzentration des Dampfes erhöht wird, nimmt die Borstendichte stark zu, 00 daß z.B. viel feinere Silisiunkarbidborsten mit nur 0,01 Mikron Durchmesser entstehen, die gemäß Fig. k einer dichten Volle gleichen· Hierbei weist der Faden

209820/0109

aus Kohlenetoffäserchen ein Wollenvaehstum 2h auf, dessen Dichte sehr hoch ist, vobei sich die Borsten oft gabeln und verzweigen, so daß sie sich weitgehend ineinander verflechten. In erheblicher Vergrößerung gleicht die Struktur gemäß Fig· 3 einer Reagensgl&ebürate, während die Struktur von Fig.k mehr einem Pfeifenreiniger ahnlich ist.

Wenn die Konsentration der Därcpfe weiter,, zieolieh fiber die Hohe des Wollevachetuns hinaus verstärkt wird, vird die Keitn- und Dampf aus fällung so groß, daß eher Silisiuakal-bidpulver als Boraten gebildet wird; die Konsentration hat daher für die besonderen, ausgewählten Däapfe den Borstenwachstutasbereieh über· schritten.

Wenn während des Bewirken* des Borstenwaehetuas an Kohlenstoffasern genügend anderer Kohlenstoff entweder sie feste Kohle, CO oder CH. vorhanden ist, wachst das Siliziumkarbid von den Faseroberflachen nach außen; wenn jedoch sub Verfahren wenig Kohlenstoff zur Verfügung steht, reagiert das Silisiuaaonoxrd direkt ait des Kohlenstoff des Fasersubatrats und bildet Sill«· siunkarbidpulver von Unter-Mikironfeinheit durch direktes Uneetren von Kohlenetoff, der den Substrat οeIbet entsagen wurde. Daraus folgt, daß das Siliziumkarbid nach innen in die Oberflache der Faser wachst und eine Schwächung der Zugfestigkeit derselben verursacht, wenn es auch einen Silisiunk&rbidübersug auf der Faser bildet, welcher die Haftfähigkeit der Faser an Kunetetoff«Kinbettungsn^terialien erhöht. Der dp.reus

209820/0109

resultierende Gewichtsverlust der Faser war v&hrend früherer Versuche, eine Borstenbildung auf Kohlenstoffaeerchen ohne Verringerung des Elastizitätsmodule derselben hervorzurufen, ein großes Problee.

Die praktischen Bedingungen für die Borstenbildung sind «it Besug auf Fig,1 und 2 die folgenden: Die keramische Wanne 13, die bei früheren Versuchen benütst vurda, var 1*5«72 ca lang,

Λ 12,70 cm breit und 5«08 cm tief* Ihre eigene ZusammeneetBung ™

var wie bereits angegeben und ihre Wandstärke betrug 0,61» cm·

Die Wanne wurde mit 907,2 g reinem AluminiumgrieQ gefüllt und

auf eine dichte Oraphitplatte 10 sowie auf dichte Graphit-Abstandhalter 11, 12 gestellt« Im Ofen 1 vurde die Temperatur auf ifc27°C erhöht und der Ofen vurde mit Wasserstoffgas bei annähernd atmosphärischem Drvek und mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 50 ppm gespült· Die Gasgeschwindigkeit betrug etva 30,5 em/eec· Hoch «vei Stunden wurden die Platte und die Wanne aus dem Ofen entfernt und ihre Untersuchung seigte, daß direkt unter der f Wanne und in unmittelbarer "ehe derselben Betasilisiumkarbidkristalle auf der Platte gewachsen varen, da die Konsentration des Silisiummonoxydd&mpfes unmittelbar neben der Wanne hoch war«. Das Wachstum erfolgte jedoch grdßtenteila in Form von Pulver in Unteroikroufeinheit, dag als Folge der direkten Qmsetsung des Kohlenstoffs unmittelbar auf der Oberfläche der Platte entstand, wo Kohlenstoffatome reichlieh vorhanden varen und die SiO-Koncentration hoch war. In etwas größeres Abstand von der Wanne var

209820/0109

— Io —

jedoch die SiO-Konzentration niedriger und das Si Ii si unkarb id wuchs daher in For» von Borsten statt als Palver. loch veiter von der Platte entfernt war die Konzentration dee SiO-Danpfes bis su einen Punkt abgesunken, bei des das Vechetua aufhörte· Dieser Versuch fand in Abwesenheit irgendwelcher Fasern in der Zone Z und ohne die porösen Kohlenstoffleisten 15» 16 statt·

Anse—hliefiend wurden poröse Kohlenstoffleistea 15* 16 in For« P von etwa 6,35 *■ bis 12,70 uv starken Platten eingeführt und,

vie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, auf die Kohlenstoffplatte unter die Wanne gelegt· Der Versuch wurde unter Benutsung der gleichen Paraneter, naelich reduzierende Atmosphäre, Yevperatur und Zeit wieder durchgeführt, wobei ein viel gröBcres tfaebstu* von 8ilisiumkarbidkristallen festgestellt wurde» «al ittr infolge der' durch die porösen Platten 15, i6 stark versrStertea Kohlenstoff»

Oberfläche, was dann sur Srseugung von entsprechende· Kohlenmonoxid führte· Diesnal erfolgte das Vacbstuai eher in Borsten- ^ als in Pulverforn und war auf den porösen Kohlenstoffplatten

ρ '■■--■

besonders dick, verteilte sieh aber auch dnren die Plattenporen· Der Durcbdringungsgrad des Boretenvachetuns ist dirfusionsabhangig, wobei das Wachetue etwa 6,35 ■■ von $Q$ porftseit Kohlenstoff pro Stunde bei tfc27°C durchdringt· le wurde auch gefunden, dftB durch Xndern der Pnranetes* sur Erhöhung dar 7eaperatur od^r durch Erhöhung der Porositftt des Kohlenstoff« die Durchdringung des BorstenwachetUBs in den porösen Kohleastoffplatten stark beschleunigt vurde. Nach diesen Erläuterungen dienen die folgen'-

209820/0109

den Beispiele fur Borstenvachstuni sum besseren Verständnis des erfindungsgeaaßen Verfahrens und der darauB resultierenden Erzeugnisse.

Unter Benützung der in den vorstehenden Abschnitten nngegebenen Parameter vurde in der Zone Z rwischen den festen Kohlen« st of f-Abrttandhaltern 11, 12 und den porösen Leisten 1?» 16 pul« verformiger Kohlenstoff aufgehäuft und dann auf letzterem Bor- M

otenvachstun erzeugt, und xver während eiiin? Zeit, die ausreicht« üb ein Durchdringen dee Wachstums durch den gansen Kohlenstoff» haufen »u ermöglichen* Die Gestalt des entstandenen Wachstums is* aus Fig· 5 ersichtlich· Die einseinen Kohlenstoffteilchen 30 varen mit Boretenvachstua versehen, so daß ein dichtes Zwischenwachstum ein vollständiges Borsten-Ietewerk un sämtliche Kohleteilchen bildete, vobei die Bersten durch Ineinanderschlingen eine neue, leichtgevichtig· poröse Struktur erseugten, die nicht nehr die allgesein«n Eigenschaften eines losen Pulvers seigte« β on der η einen veitgehenden strukturellen Zusasisenhang besaß· Dap "

so entstanden« Produkt vurde dann in einen Schvan« tue ineinand*rgeschliingen*»n BetaeiliBiumks.r*bidborsten uagevar.delt, indem es während vier bis sechs Stunden in Gegenwart von Sauerntoff auf 871°C erhits* vurde, ua die nicht unbesetzten Kohlenstoff~ tei Ichen ebsubrennen und nur die Borsten übrigxulaneen.

Beispiel XI Bei diesem Beispiel vurde in die durch die festen Kohlenstoff-

209820/0109

Abstandhalter It« 12 sowie den porösen Kohlenstoffleisten 15, i6 umgrenzte Zone Z ein geeigneter Träger eingebracht, bevickelt mit Βΰη*Γη von Graphit fasern hohen Elastizitätsmoduls in Fora eines Redens der in Fig.3 gezeigten Art, bestehend aus einer großen Anzahl von 10-Mikron-Faeerehen; die poronen Kohlenstoffleisten 1?« \6 vurden in die unmittelbare Mähe des Fadens gebracht, damit sie als Kohlenetoffepender virkten· Dann vurden sahireiche derartige Versuche durchgeführt, ura Silicium«» karbidboreten gemäß Fig· 3 und k su erzeugen, je nach der Konsentration der Dämpfe und der Zeitdauer des*Versuchs. Das allgemeine Experiment vurde dann erneut durchgeführt unter Vervendung ▼on Matten aus aufeinandergestapelten Fasern oder Garnen vie aus Fig« 6 ersichtlich, um eine dreidimensionale Stange mit den Abmessungen von etva 12,7 x 12,7 x 395*6 mm und dem Gevicht von ca· 20 Gramm zu bilden· Die einseinen benutzten Fasern waren von dem 9)rp vie er von der Firma Onion Carbide unter dem HändeIenaaen Thornel 25 oder Thornel fcO, oder von der Firma Hitco unter der Bezeichnung KGM 25 oder von British Royal Air Force Establishment hergestellt vird« Die Fasern bestanden aus Kohlenstoff in Form hochkristallisierten Graphits mit sehr glatten Außenflächen, die als Kohlenetoffspender nicht leicht umgesetzt verden; der größte Teil des Kohlenstoffs vurde daher von den porösen Leisten 15« 16 genommen, die ganz in die Nahe der behandelten Stange gebracht wurden· Der die Stange bildende Feeeretapel ist in Fig.6 im allg«neineB mit dem Bczugeseichen 35 versehen und umfaßt einzelne Kobleostoffäaerchen und Bündel 37.

209820/0109

ait einem dichten Wachstum von sich zwischen ihnen erstreckenden Borsten 38. Die Zeit, die zun Wachsen der Boraten durch die Stan' ge 35 erforderlich war, hing gewiß se maße η τοη der Dichte ab, uit der die die Stange bildenden Fasern zusammengepackt varen, ein gutes Borstenwachstum erfolgte jedoch innerhalb einer Stunde* Das Borstenwachstum betrug etva 1 bis 5 Gewichtsprozent. Mach der Borstenbildung var die Faserstenge, die zuerst nur lose iu-■amsiengesetst var, zusammengewachsen und bildete ein einheit« liöhes Bändel, das eich so verhielt, als wäre ea fest verbunden· Derartige Stangen ergeben, wenn sie mit einen geeigneten linbettungsmaterial imprägniert werden, eine Struktur mit sehr hoher Festigkeit.

In Abwandlung de» vorliegenden Beispiele können die Fasern in ungeordneten Sichtungen zusammengelegt werden, um eine Art von FiIs eu bilden, oder sie können in abwechselnden Schichten ge* kreuzt werden, so daß sie parallele, in einer Richtung verlaufend· Lagen bilden, die eich in der Z- und Y»Richtung abwechseln, wenn die Lagen gestapelt werden· Die X- und Y-Faaern können von gleichem Material bestehen oder auch nicht; each der Boraten» bildung gleicht die resultierende Zusammensetzung jedoch auf alle Falle nicht losen Faserschichten, sondern ist so gut xueamie gewachsen, daß sie einen dreidimensionalen Zwsifaeerkörper auf? Borsten bildet, welche nicht nur die verschiedenen Fasern mitteinander verbinden, sondern auch du ruh ihr Wachstum dip leerer: Raum« sviechen diesen Fasern und Bündoln ausfüllen* wobei die·

209820/0109

Leerriuae 36 beispielsweise größer sind «la die Leerräuae 39 und all« leeren Räume durch daa Borateavach&tua sekundär verstärkt werden. Wenn die Struktur »it eine» Kunststoffhars ge· trinkt wird, verstärken diese Borsten erheblieh daa die leeren Rtuae einnehmende Uars. Auf diese Weise ist die resultierende lusa«aensetsuBg noch zualtslich in eine» Aua»aB verstärkt, daa veit fiber ie» Yerstärkungsgrad liegt» der dureh blofies Aufrauhen der ursprünglichen Fasern und Bündel a»r Brhfthung ihrer (aft·· fihigkeit erreichbar i»t.

Beispiel III

Bei dieses Beispiel btffaadea sieh ia 4er Xoae 2 eise oder »ehre re Lagen aus gavebte» 8toff oder Bead, »anehaal übereiaandergelegt ia Gruppe«, tie etwa sehe Lage« BttfaAten. ta diese» Zweck wurden »obrere 8ehiehtea aus gewebte» Graphitstoff Bitco, typ

C-OC-1A unter der kera»isehen Vanne angeordnet und dieser 8toff

vurde dann unter den oben angegebenen Bedingungen »it Boraten versehen, »it de» Irgebnis, daft Betasilisiu»karbidborst*n entstanden, die von den Kohlenstoffaseroberfliehen nach allen Riehtungen abstanden· Diese Borsten vuehaea derart, dal sie alle leeren Zvischenr&uae sowohl i» Oewebe als auch swischen den Kohlenstoff gewebelagen ausfüllten und auaaaaen »it den Piden des Gewebes ein ineinandergewaehsenes Xetsverk bildeten, das *wei verschiedene Beschaffenheiten aufwies, ni»lich diejenige der KohXenstoffasern selbst und diejenige der eilisiuskarbidborsten. die in solcher Länge und Dichte wuchsen, d»B eine neue Art von*

209820/0109

Verstarkungselaraent entstand, nämlich ein dreidimensionales Zwei* fasergevote·

Beispiel. IY

Bei diesem Beispiel wurden Aluminiumcxydfasern in den Bereich A der V'ftnDJ und zwischen dem flüsaifen Aluminium 18 a ο vie dem keramischen Deckel \k eingebracht; in diesea Bereich führten die gleichen Versuuhsbedingungen zu einem anderen Verfahren sum Hervorbringen von Saphirborsten auf den Aluminiumoxyd-Oberflachen. Ia Λ der mit Aluminium gefüllten Wann· bewirkt die Gegenwart von Wasserdampf und Siliziummonoxyd eine Reaktion, durch welche auf den Oberflächen der Aluainiumoxydfasern vachsende Baphirkrietalle AlgO- gebildet verden· Oiβ Bedingungen für das Wachstum von Saphi: kristallen nind demjenigen von Hiliziumkarbidkristallen abtrfig-Iich und umgekehrt. Die Siliziunktrbidkristalle oind in Gegenwart reichlicher Kohlenstoffspender, in Form der porösen Leisten ΐ5, 16 fteweehsen, die sur Bildung von Kohlenmonoxid beitragen· Obwohl Kohlenmonoxid in der Zone E reichlich vorhanden ist, fehlt es jedoch offensichtlich im Bereich A (Fig.i) und deshalb wird Siliziumkarbid nicht gebildet· Bs entstehen vielmehr Caphirkristalle auf den Faseroberfl&chen im Bereich A. Saphirkristalle können auch auf Zirkon, Titanoxyd_t Molybdän uev. wachsan, vobei diose Materialien ebenfalls in der Wanne gerade über dem flüssigen Aluminium obne Kohlenstoff spender angeordnet werden. Eine weitere Aufstellung verträglicher Borsten» und Subetrtitx&teria-Ii en folgt später im Rahmen der Beschreibung.

209820/0109 bad original

2U -

Beispiel Y Diese Beispiel besieht sich auf Fig. 8 und 9 und beinhaltet

die kontinuierliche Behandlung von Fasern« die durch einen Ofen hindurch·

*1 gefordert werden; letsterer beaitst geeignete (nicht dargestellte) Heizmittel und eine Xinlaßleitung k2 sowie eine Absugsleitung ^3» dureh welche eine wasserstoffgasredusierende Atmosphir sirkulieren kann· Diese Teile sind «it waagerechten Kantian V2a, l*3a verbunden, welche geeignet ausgebildet sind, um einen kontinuierlichen 8trang von Fasern F aufzunehmen, der «wischen angetriebenen Rollen 38*. 39* den Ofen durchlauft« Ib Ofen ist eine keramisch ο Wanne Uk sit eines Deckel *»5 vorgesehen, die auf einer Platte U6 ruht; alle diese Teile entsprechen den in Fig. 1 und 2 gezeigten· Die Wann kk liegt hier auf svei porösen Kohlenstoffstaben J»Tt fc8, die nicht nur die Vanne kk tragen, sondern auch al· KoheInstoffspender bei der Behandlung der Fasern V dienen» wenn letttere den Ofen durchqueren· Die Vanne enthält flüssiges Aluminium «9 end das ganse System wird durch geeignete (nicht gezeigte) Mittel auf eine Temperatur von IkZT⁰C erhitzt.

Die Fasern F kennen «in einzelnes Bündel, eine Tielsahl paralleles Bündel oder einen gewebten Stoff bzw. ein solches Band im vorliegenden Beispiel bilden, da in der Behandlungsverfahren kein grund· legender Unterschied besteht. Die Kanal· >i?b und H3a können an ihren Außenenden mit Gasschleusen versehen sein, vas jedoch tatsächlich nicht notvendig ist, da das Vnesorstoffgas an diesen Stellen nach außen entweicht und den Eintritt atmosphärischer Oase in den Ofen verhindert.

BAD • 209*20/0109

Me Fasern F verlaufen «wischen dem Boden der Wanne UU und der Oberjeii'.e de:." Platte U6 sowie swischen den porSucn Kohlestäben i*7_a ^8₅ dia boiia yoriiegendes VereucU die Abae^nungen 25,1< * S5_ei» χ 508 tau besitzen. Der Kohlenatoffaden war nach einer Behandluag im Ofen von zehn Minuten bei 1^27 C ausreichend »it Borsten versehen« um seiae Zwisehenoehichten-Schubeigenschafteti zu verbessern; bei 11538 C varen hiersu veniger Ale zvei

Minuter. es-fsrderlAcfe· Zweifellos läßt aieh die i)urckla*af»:fc5.t bei

tSiig reirbsä^erier Bedingungen no<;h mehr verkürzen_s 90 z.B. ^ Zußfiibe von CO oder CH, sun Gaentron, um die Kohlonstoff- *;^ ^ermehrea. AuBerdea kann ein« virkoamere Ofenatruk- tür värgssehoc veirden, mit der Mehrere Stränge oder Bänder gleich« sei Sig b'-Aa^ii^I'i verden kdiicien,» wobei »an sie durch Eaünen mit größerer Länge leitet« Venn mehrerer nebeneinanderliegende Fäden ausammeη in gegenseitiger Transrersalberübrung durch den Ofen geführt wurden, traten eie als ein vereinigtes Band heraus, da die gewachsenen Borsten sich ineinander verschlungen hatten· Venn gewebte Baader in obiger Veise durch den Ofen g&eitet wurden., er- λ gaben eich kontinuierliche dreidimensional verstärkte Faserlaminate, die mit Einbattungsiaaterialien sueammengesetst in allen Richtungen erhöhte Festigkeiten aufwiesen·

Die obigen Beispiele betiehen sich hauptsächlich auf Kohlen-Hrt&fHa.-:e}jrsubatk-ate, es gibt jedoch viele andere prsktieche Beispiele, die verschiedene Substratmaterialien und Formen zeigen, '^βλ.ίϊιο glei'"hsei tig mit verschiedenen, entsprechend den nach-

209820/0109 BAD original

stehend beschriebenen Techniken erzeugten Boraten verträglich sind·

Beiapiel VI

Di* in rig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung kann in Hervorbringen ▼on Molybdäaailiiidborstan auf Molybdändraht varveadat verden, vobai letzterer in dar llhe einer Kohlaaatoffplatte 10 gebalten und die Vaana 13 unaittelbar über da« Molybdändraht in Aar Xoaa Z angeordnet vird· Dar Ofen vird auf 1538^eC erhitst und via in dan vorausgegangenen Beispielen atit eiaaat Ig-Qaaetrosi bespült, vobai das Verfahren *.B. eine Btuade laaaj fortgeaetat verden kann. Diese Ret>tionen uafassent

Al ♦ SiO₀ AlO ♦ SiO I«

28iO ♦ No

Dia resultierenden Molybdtndisilisidborstea he>ttea einen Durch-■esset von 0,5 bis 10 Nikroa und eine Ua^a bis a» einigen Kill!■ P aetern.

Beispiel VII

Liases Beispiel basiaht sieh auf Pig· 10 aad aaigt daa «aehatua von Borkarb idb ore tea auf Kohleast off A dan in aiaaat Oraphitrohrofen 50, dar ia dar llhe seines linken Indes daran eiae Ieisvicklung $1 stärker arhitst vird· Argongaa »it aiaasi Unterdruek von 50 Mikron vird duroh den Ofaa ia Riehtung da· Pfeila 5t ge-

209620/0109

- 2Τ -

et ν.ηά staunt über ein· Graphitvanne 53, die gepulvertes Borkarbid H-¹- enthält. Da^in etröat der One über die behandelten Kohlenetoffaden 5*»; dieses Beispiel r?igt einen Zylinder hub Kehlen at off & den 5k Mit offenes Macehen, der nach den Eeratenwaehstum Fig. ? fthnlich ist* Diese Boraten wurden durch die reine Daapfaethode hervorgebracht» bei der B^C-Pulver bei veraindertea Druck auf ca· 1927°C «rhitat und dessen Dampf dann stroaabwarts bei einer niedrigeren Temperatur von etwa 1732°C über den Kohlenstoffnets 5Ί kondensiert wird. Dieser Vorgang beansprucht eine Seitepanne von ca· 30 Minuten bis zu einigen Stunden, je nach der gewünschten Borstenlange·

Boinpicl VIII

Dicaea Beispiel veranschaulicht das Waehstua von Borsten nun Siliciumnitrid Si-K^ auf SiliciuHknrbid- oder Graphitf&den unt<-r BenÜtcung äer Verrichtung gea&B Fig. 't, Ein Ofen 60 nix. Wense;··» BtcFfatBOßph&re vird verwendet %vm Erhitzen eine>B pfi-ösen hoeh« eilisierten Steine 6t in Gegenwart anderer Oase, die in den Ofen eingeleitet varden_f vie durch den Pfeil 6?. seheaatisch geseißt. F-n*r»yon G*ee uafansen Vasseretoff Hg, 100 Teile: Aanoiiiak , 30 Teil««; rovle Methan CH. » 1 Teil. Di« Behandlung arfolßt »! be" Ί-anfrttn enetcigendnr Tecpnriitnr in At>r GroPpn» ve-. ^T 393 bi» t^5fc°c. VerirSgliche r«nrrn 63, wie b.B. aus Kchlenatrff -zatr Π! 2iziaalarbid ttrflen, in ύνη Uorsien-'Wache« tuaribereiC'i F Ewitiehen den in n«ringea Abstund befindlichen 8teinen 6" ei np.vhyn'Aii _; i!-?ifspi«2h«Kd d#n folf.rndrr, lleaktionfüi wihrend

I- ;'} 9 H? 0 / 0 * ' 9 BAD ORIGINAL

einer Zeitspanne von einer bis ceehe Stunden mit Borsten be

	'_g (Steine)	•ο- 3H«	—^ 3SiO ♦ :	SH	0
HH₃	, -* IJH° ♦ 4	Sh₂		6H
un°	♦ 2SiO * 31			2°
Endreaktion:	3SiOp * 1		> Si₃N₁, ♦	2°
tBK_ -~	-^ Si₃ ¹¹I. *

Tatsächlich kann aas Gierender Stickstoff nicht vorh^aden sein, er kann jedoch mit dea Methan, das fördernd virkt, ei^.en Koapicx biJ. deo· In diesem Fall kann «in· Rtine von Reaktionen wie? folgt at&t finden:

3SiO₂ (8tein·) + 3R₂ —> 3SiO ♦

♦ ·Χ

Komplex ,
3SiO ♦ 3H 8I₃M^ ♦ liX CH^ ♦ 3H_g0

Endreaktiont 38i0g ♦ MH₃ ⁸¹3^Mk * ^6έ2°

Der gering· Proxentsats an Methangas vird tür Förderung der Zer« settung des AaMoaiakgasas sugegeben, tut den Stickstoff freizulegen, der seinerseits »it des SilisioKnonoxyd reagiert, üb die Si,H^Boreter, hervorsubringec. Das Mittel sua Srhitzen dee Ofens ist in der vorliegenden Darstellung nicht geseigt·

Beispiel. IX Diese Beispiel vereasehmiliebt das Vachstaa von Metallborsten

209820/0108 bad original

auf Gittern oder Faden, die metallischer oder keramischer Art sein können* Kupferborsten können, ζ·Β· durch eine Behandlung, bei der die Reduktion eines Halogenide al«t»n unter Vervendung der Vorrichtung gea&B Fig. 12 erfolgt, auf rostfreien Stahl» sieben gebildet verden·

2CuJ «■ H ■■ ■ 2Cu ♦ 2HJ

Oase Reaktion findet in einem Quarzrohr 70 statt, das, vie durch ™ den Pfeil 71 veranschaulicht, ait trockenem* Wasser st off gas durchspült vird; dieses Oas strSmt fiber eine Wanne 72 ait erhitzten Kupferjodidkristallen, um Dampf mitaunehmen und diesen über die Drahte de· rostfreien Stahlsiebes 73 au leiten« Sie ■ Umgebung der Wann« 72 vird beispielweise mittels eine· Heisdr ah tee Jk auf «tva 76"0⁰C «rhitst* der liederschlag des Kupfers erfolgt jedoch la einem kfthleYen "borstenbildenden" Abschnitt S der Vorrichtung bei etva 53O⁰C.

Au· den obigem Beispielen geht hervor, daB die Borstenbildung in Systemen bevirkt verdea kana, la denen ent ve der einige Hemente oder keines dereelbea mit dea Boraten und den Fasern gemeinsam sind· Beispiele für Systeme mit gemeinsamen Elementen: Kohlenstoff·* oder Graphitborstea auf Kohlenstoff oder Graphit; Silisiumkarbidborttaa auf 8ilisiaa (oder auf Siliciumoxid oder auf Siliiittmkarbid)! Molybdandisilisidborsten auf Molybdän; Wolframdisilisidborst«n auf Wolfram» Borkarbidborsten auf Kohlenstoff; Borborst·» auf Borkarbid oder Bornitrid.

209820/0109 bad original

Oi* ander« Art von Systemen umfaBt völlig verschiedene Kleeente für Borsten «ad Bvbstrate· Beispiele hiersvi Silisiuakarbidborates avf Bert Baphirborsten auf Xirkonoxyd; Silisivsmitridborates avf Kohlenstoff ι Kopfet*borsten aef «olfrasit aovie Kisenboratea auf Molybdän· Die Anaabi der vertraglichen Kombinat ionen ist fast «abegrenst· Bemerkt sei noch, da· die vorliegenden Beaktionen nieht avf ein· Bg-Atmosphare beschrankt sind« Is ist ledi flieh notwendig, daB die Atstoe pb Ire nicht oxydierend ist· Avierdem uv· dafflr Borg« getragen verdaa, da· mmm vaver~ trigliehe Verbindungen, via *·Β· KohlonetoffborateB avf Bisen oder eashirborsten avf Kohlenstoff vomeidet, in erstgenanntes Fall» veil Kehleasteff Ib Bisen leelich ist vad lsi let st gen aasten, veil iie erforderliche Atmosphäre des Kohlenstoff sv ras«h oxydiert·

Sie vorliegende Brfiadvng beschrlakt sieh nicht aaf die gegebeaoB Beispiele vvd Beishsvngea, da 4er Bahste« der Avspriehe offeasiehtlieh viel grSBer ist.

209820/0109 BAD original

Claims

Patentansprüche

1J Verfahren cur Behandlung der Oberflache eine· Materials sur Erhöhung der Haftfähigkeit desselben bei« Verbinden mit einem anderen Stoff, gekennseicb.net durch folgende Yerfahrensachrittet Erhitsen der eu behandelnden Fliehe in einer nicht oxydierenden Atmosphäre; Erseugen von Dämpfen in letsterer, die Elemente ent» halten» welche Anregekristalle auf der Materialoberfliehe nieder» sehlagen und tee dieser aonokristalline Borsten wachsen lassen; Anvecdung dieser Dampfe in übersättigter Konsentration in der Bähe der genannten Oberfläche und Fortsetsen der Irhitsung und Dampfanwendung während einer Seitspanne, die ausreicht, die Ober« flieh· t«mindeet wesentlich aufanrauhen.

t· Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennseichest, daß der Orad der Übersättigung der Dämpfe in der Mähe der genannten Oberfläche nahe der minimalen stm Boratenvachstum erforderlichen Kon« titration gehalten wird, vobei verhältnismifiig wenig« Boraten alt verhältnisBafiig gro&em Querschnitt je naoh den ausgewählten Dämpfen gebildet werden·

3· Verfahren nach Anspruch 1, dAäurcb geken&seichnet, daß der Crad der übersatt!gueg der Däcpfe in der B&ha der genannten Oberfläche aahβ der maximales, stm Boreteavaehst^a erforderlichen Koasentration geheltsn wird, vobei ein v«rh&ltnis«äBig dichtes Vachstum von Boraten mit verhältnlsmä&ig kleinem Querschnitt je aaoa dec ansgewählten Dämpfen erfolgt·

209820/0109 BAD ORIGINAL

k» Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch das kontinuierlich· Hindurchführen des Materials durch den Bereich dieser Davpfkonftentratioa nit einer Geschwindigkeit, die so gewählt iet, daft jeder Mater! alabsehnitt lange genug in diesem Bereich verbleibt, tut seine Oberflache wesentlich su verändern*

5· Verfahrt» naeh Anspruch 1, gekennaeiebnet durch eine Behandlung der Oberflächen von kohlenstoffhaltigem Materialien sur

^ Bildung van Borsten auf denselben» die aus anderen Kohlenstoff-Verbindungen beeteken, indes das Anordnen des su behandelnden Kohlenstoffhaltige» Materials in nächster Vähe wesentlich anderer kohlenstoffspendender Materialien während der Anwendung des Daapfes erfolgt, wobei die Spender dasu dienen, die Menge des Kohlenstoffe *u verringern, der aus den gerade behandelten Materialien bei der Bildung der anderen Verbindungen ujigesetst wir·

6· Verfahren naeh Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oberflächenbehandlung kohlenstoffhaltiger Materialien >ur frzeugung von P Borsten darauf und sur Änderung ihrer Oberfläehencheeie, indem das kohlenstoffhaltige Material in eine koblenetofferee Umgebung eingebracht und Bilitiuaaenoxyddaapf in dieser Begebung bei otwr. Ifcfi? - 1538°C erseugt vird, vobei auf den kohlenstoffhaltigen Oberfl&ehen dureh tfsisetsurtg von «!mittelbar von denselben ent* •eemeeeo Kohlenstoff SiIisiusikarbiobersten gebildet werden*

7· Verfahren tür Bildung eines Verstärkuageelexents aus ait Borsten bewachsene« Material, gckeanseichnet durch folgende Vor-

209820/0109 PAD ORIGINAL

fahrensschritto: Zusammenbringen einer Vielzahl von Fasern aus diese» Material sveeks Bildung eines Bündele »it leeren Zvierben r&uaen sviaehen den Pasern und anschließende» Behandeln dieser Fasern geäfft des Verfahren nach Anspruch 1 v&hrend einer Zeitspanne, die für ein ausreichende« Vaehstn» der Borsten aus den Faseroberfliehen in die Zwischenräume hinein lang genug ist.

8· Verfahren nach Anspruch 7· dadurch gekennzeichnet, daß diese Seitspanne für ein derartiges Wachste» der Borsten ausreicht, daft sieh letztere durch die »eisten leeren Zvischenr&use hin-* durch gegenseitig aiteinander verflechten.

9· Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch das Aufat·- ■ pein von Faserbündel» in dreidimensionaler For» sur Herstellung tinea Verstirktmgsele»ents und anschlieftendes Behandeln desselben sveeks Hervorbriagung der Borste»«

10· Verfahren nach Anspruch 7· gekeatt« eich net durch das Aufstft« pein von Bündeln dsr besagten Fasern in abwechselnden Lagen, deren Faserrichtungen sich gegenseitig kremten, und anschlieftendcs Behandeln der gestapelten Bündel sveeks Hervorbringung der Borsten·

II· Verfahren eur Herstellung eines Veratftrknngseleaents aus ■it Borsten bevachsenea Material, gekannseicbnet durch folgende Verfahrensschritt·! Bildung eine« Qevebes aus Faden dieses Ma*

209820/0109

terials, wobei dieses Qewebe in dem Faden und um ihn herum leere Zwischenräume aufweist, und anschließendes Behandeln des öeveb»- stoffs gemaft dem Verfahren nach Anspruch 1 w&krend einer Zeitspanne die für ein ausreickcndes Vaehstmm 4er Bersten aus dem Material in diese leeren Zwischenräume hinein lang genug ist,

12. Vorfahren naek Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daS die Seitspanne ffir ein derartiges Wachstum der Borsten ausreicht, daß |w sieh let st ere durch die meisten leeren Zwischenräume hindurch gegenseitig miteinander verflechten«

13« Verfahren naek Anspruch 11, gekcnnseichnet durch das Auf-» stapeln rom liegen aus diesem Gewebe nmr Bildung eines dreidimensionalen Veretlrkmngselements und anschließendes Behandeln des letstereη sweeks Bervorbringuag der Boraten«

1·}_Λ Verfahren sur lerstelluag eines dreidimensionalen Versttrkungselements, gekennseiehnet durck folgende Verfakrenasekrittet

" Formen eines gewunsekten Gebildes aus feileben des Materials und

anschlieleades Behandeln der Teilehen gemftfi dem Verfahren nach Anspruch 1 während einer Zeitspanne, die lang genug ist, damit die Borsten aas den »eiIchenoberfliehen waekaea und sieh gcnftgend ineinanderscklingen kSnnen, um «ic gewünschte Form beikubehalten.

15« Verbesserte geschichtete Struktar, gekonnteiehηet durch ein Substrat mit einer polykristallinen Baschiohtungsotcrfliehe.

209820/0109

dureh «in« Vielsahl aonokristalliner Borsten» die jeveils ait Kristallen in der Substrat oberfläche feet verbunden sind and von letKterer nach außen abstehen.

16. Struktur neck Anspruch 15, dadurch gekennteiehnet, das flau

Substrat aus aiteinander gebündelten, eine verfiltt« Struktur

bildenden Fecers besteht und die Borsten einen viel kleineren

Durehaeeser als die Fasern aufweisen, jedoch lang genug sind, so

daB lie sieh in den Zwischenräumen »visehen den P«sern kreucen und »

Tersohlingea k&n&en »η* dadurch die verfilmte Struktur sueamaen-

halten·

17· Struktur nach Anspruch t5_t dadurch gekenneeiahnet, daft dan Substrat «us ei« i« vesentlieben dftidiaentionalee Sl?ment bilden» de« gevebtea Stoff besteht und die Soreten «inen viel kleineren Durchmesser ale die Pea era *vf weisen, jedoch lang gentie sind, so daB sie sich in den ZwischenrEuuen dee Qevebee kreuiren untl verschlingen kSnnen«

16· Struktur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß des Subotrat cus aufgehäuftes polykristallinen Teilchen beetebt vmd die Borsten einen viel kleineren Burcnaeseer fels Cxe Teilchen &uf<veioett, Jedoeh lang genug sind, so AmA ei· siob in den Zvischonrtuaen «wischen den Teilehea kreuten tnd verschlingen können und 4a4ureh die Teilehe« ia vee«atlick«n tusaanenhnlten·

209820/0109 _{BAD 0RIGt}NAL

19. Struktur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein auβ einseinen Fasern hergestellter Faden ist» wobei die Langen eine« wesentlichen Anteil» der Borsten die GrSBe des Fadendurchaeseers übersteigen.

20· Struktur nach Anspruch t9, dadurch gekennzeichnet, daß die durchschnittlichen Abstand« svicchec den Boraten viel kleiner als dl« durchschnittlichen Abstände sviachen den Fasern dee Fadens •iod·

81· Struktur nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein oder mehrere KohlenstoffAserchen enthalt und die moaokristalliaen Boraten ia Vergleich z« ihren aonokrietallinan Dus-ehKcssern lang mnd in gro&en Abattaden angeordnet sind·

22« Struktur naeh Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Boraten aus 8iliziunkarMdkri8tallen bestehen, deron DurchaeBtter ein Mikron nicht wesentlich übersteigt.

23· Struktur nach Anspr^t^h 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Borsten aus Saphirkristallen bestehen und die Beschichtungsstruktur polykristalline Aluminiumoxydfasera ucsfaßt.

BAD ORIGINAL 209820/0109

Leerseite