DE1914318A1 - Verfahren zur Herstellung von Verbundstoffen durch Vereinigung duenner Elemente aus einer Matrix und Faserstoffen - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE DR.-ING. H. FINCKE DIPL.-IN G. H. 3OHR 9 0 MRZ 1969 DIPL-K'G. G. STAcGER ~ "-

M0NCHEN5 ***.**«

. 31 1914313

Beschreibung M 7909

zum Patentgesuch

der Firma TRW INC., ßedonäo Beach, California / V.St.A.

betreffend

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON VERBUNDSTOFPEf DURCH VEREINIGUNG DÜNNER ELEMENTE AUS EIVER MATRIX UND PASER-

STOPPEN

♦♦*
PRIORITÄT: 21. Mära 1968 - V.St.A.

Kur«beechreibung

Gemäss der vorliegenden Erfindung werden längliche Teilchen oder Fasern aue Material hoher Festigkeit mit im Mikronbereich liegenden Abmessungen auf einem dünnen Unterlageina t er ial oder Material von niedriger Festigkeit so abgesetzt, dass die Fasern parallel zueinander in einer Schicht mit einer im Mikronbereich liegenden Dicke ausgerichtet werden. Eine Vielzahl derartiger mit Fasern beschichteter Abschnitte des Unterlagenmaterials wird durch Diffusionsverbindung lamelliert, wobei eine einstückige Struktur gebildet wird, in der die ausgerichteten Fasern durch die Matrix miteinander verbunden werden, welche durch die Diffusion des Unterlagematerials gebildet wird.

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Ausführliche Beschreibung

BIe Erfindung betrifft die Herstellung ron solchen Verbundstoff en, bei denen Fasern oder Whisker alt Absessungen im Mikronbereich aus hochfesten Material in eine Matrix aus Material von niedrigem Gewicht und geringerer Festigkeit eingegliedert werden. Das hieraus entstehende Verbundaaterial verbindet dl· hohe Festigkeit dar Fasern oder Whisker alt den günetigen Eigenschaften des Matrixesterials welche beispielsweise in eines hohen Verhältnis von Festig-) keit su Dichte oder in eines hohen aebsalapsskt liegen können. ^

Der grundlegende Gedanke bei Verbnndetoffen besteht in der Einbettung eines hohe Festigkeit aufweisenden Materials in eine weichere Matrix« Allgesain verwendet* Stoffe too hoher Festigkeit sind Fasern, Whisker oder stetige polykristalline Fäden. Sin« Faser ist als längliche« Talloben ait eines Surcbaesser la Mikronbereioh definiert, wobei ein Verhältnis von Längs au Surchaasser von sehr sie 10 BU 1 erreicht wird. Das Faseraaterial kann nicht kristal lin, elnkrlstallin oder polykristallin sein. Sin Faden unterscheidet sich von einer Faser darin» däaa sein abao-" luter Curohaessev us eine Grössenordnong bOher als derjenige einer Faser liegt.

Min WhiekeT ist deflnltlonsgeBftss eine eiaselne Kristallf&£3r mit eines hohen Grad an kristalliner Vollendung, der su deren ultrahohen Festigkeit»werten (sehr als

7x1O⁴ kp/oK²) beiträgt. Whisker sind auf Srund dar Art 111708 Wachstums kurz, und ihre Querschnitte liegen.is UL onberalch, während ihr Verhältnis won Länge su Durch messer üblicherweise von etwa 200 bis 10 000 reicht. Die Mal"i* ißt ein Metall oder ein keramisches oder plastisches

Material* Daa Grundprinzip für die Faser- oder Whiskerverstärkung liegt in folgendem: laser oder Whisker mit Längen grosser als ein kritischer Längenwert, welche auf die angewandten Belastungen richtig eingestellt sind und eine angemessene Konzentration besitzen, verteilen die Last über das Verbundmaterial wirksamer. Die Verstärkung der Matrix wird duroh Übertragung der Scherbelastungen zwischen der Matrix und den Whiskern erzielt, Die Belastung auf das zusammengesetzte Material wird folglich «wischen benachbarten Whlskern oder fasern durch 'die? Verbindung alt der Matrix Überträgen. Die grundsätzliche Solle der Matrix liegt in derjenigen eines Bindemittel» für die fasern und Whisker sowie eines Mittels sur Übertragung Von Belastung von eines Whisker oder einer faser su der nächsten unter irgendwelchen hierauf wirkenden Bolaetungszuständen.

Normalerweise werden optiaale physikalische Eigenschaften in den Verbundatoff ersielt, wenn dl« fasern in der Matrix parallel zueinander ausgerichtet sind. Bisher wurde die Ausrichtung der Whisker durch deren Beschichtung alt eines magnetischen Material, beispielsweise Hickel, und Elnbrlagung der beschichteten Whisker in ein Magnetfeld ersielt; Die ausgerichteten Whisker bilden eine Matte alt, einer Geaamtdicke entsprechend eines Vielfachen der Sicke eines einzelnen Whiskers· Sas Matrixmaterial« beispielsweise geschmolzenes Aluminium, wird alsdann über die Matte fliesee»- gelassen, um die Zwischenräume auszufüllen und die Whisker miteinander su verbinden. Dieses Verfahren hat den !«enteil, daββ es ziemlich schwierig iat, die Whisker mit einem Magnetfeld in Ausrichtung zu bringen. Ferner führt dieses Verfahren nicht ohne weiteres sehr leicht zu einer kontinuierlichen Massenherotellung von zusammengseetzten Bahnen grosser Abinees'mg «sid u«»ysc>*ied«ner formen.

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Ein anderes bekanntes Verfahren besteht darin, einen losen Schlamm aus Aluminiumpulver und Siliziumkarbldwhiskern zu mischen und alsdann den Schlamm durch eine feine Düse mit einem geringeren Durchmesser als die Länge der Whisker zu drücken, um die Whisker in der Strömungen richtung zu verdichten. Bas ausgepresste zusammengesetzte Material wird alsdann gesintert, um die Whisker mit der Aluminiuminatrix zu vereinigen. Dieses Verfahren bedingt wiederum eine Beschränkung des fertiggestellten zusammengesetzten Gegenstandes auf kleine Abmessungen und eine begrenzte Formgebung.

Die vorangehenden Haenteile nach dem Stand der Technik werden durch ein Verfahren beseitigt, welches das Absetzen von Fasern auf einer dünnen Unterlage umfasst, so das3 die Fasern parallel zueinander ausgerichtet sind» GemäBs einer Durchführungsform dient die Unterlage als ein Matrixmaterial. Eine Vielsahl derartiger faeerbeschichteter Unterlageteile wird alsdann duroh Diffueioneverbiäöttiig oder andere Laaellierungererfahren vereinigt,, so das· die. Unterlageteile Eueanaendiffundieren, um eine Struktur zu erzeugen, bei der die jraegerichteten durch das Matrixmaterial miteizuiitd«r rerbunden eittd«

Sie Erfindung iet nacheteheoa anhand der Zeiohmni4(«n erläutert. Be Beigen: .

Fig. 1 ein AuBführung»b#iepiel «iaex TorriolitaB« Durchführung d«e »rftnamiggg—»i>«B Ttfvfakr^aa i« Wendung auf die Beeohlohtuag dft»·* ltottfVlAl%alratfi Bit auegerichteten Fasern is ?ertikal«c!mit$ «owl· scheeatiecher Darstellung,

Fig. 2 einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 1 in perspektivischer Darstellung,

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Fig. 3 einen faserverstärkten, einstückig ausgebildeten, durch Lamellierung vieler Matrixbahnen und Faserstoffe gebildeten Gegenstand, dessen Bahnen nach de» erflndung· gemäesen Verfahren hergestellt wurden, in Schnitt längs zu den Pasern sowie in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 von.Fig. 3,

Fig. 5 ein Ausführungsbeieplel eines lenellierten Gegenstandes bei teilweise entfernten Schichten in vergrößerter bruchetückweiser Serstellung, wobei die Fasern in benachbarten Schichten Winkel von 45° aueinander bilden,

Fig. 6 einen Schritt bei dem Verfahren der Beschichtung einer Dralltmatrix mit Fasern in Draufsicht,

Fig. 7 eine Vielzahl von faserbeschichteten Drähten vor des Verbinden su einer einstückigen Struktur In Stirn» ansicht,

Fig. θ eine aus der Verbindung der fAserbeaohichteten Drähte nach Fig. 7 gebildete einstückig«? Struktur im Schnitt,

Fig. 9 Sie Polarisation von Fasern unfi

in einer einem elektrischen FeXi smmgematwbm

Lösung in ecbei&atischen, ©tark v^rgrHse&rtsr Baretsllung

fig« 10 faaerß te Veswieelusag alt MettisttHOfe®» ®uf ■

ia fGSEiasfcjBtag mit Eb^stst^ilöIieiB aet

t'fi

U ^:^ '-". IJ

Fig, 12 einen rechtwinklig'zu Fig. 11 verlaufendes Schnitt,

¹3, H Darstellungen der Strukturen gemäss Pig. 11 bzw. 12 nach Verbindung der Schichten, jeweils in vergrb'saerter Daratellung,

Fig« 15 ein Verfahren zur Beschichtung eine« Drahtes mit gemischten Fasern und Hatrixteilchen,

Fig. 16 ein Bündel von Drähten mit gemischten Fasern und Matrixteilchen vor der Verbindung in vergrößerter bruchstückweiser Sehnittdarstelluag,

Fig. 17 das Draht bündel nach Fig. 16 nach der Verbindung in vergrößerter bruchstückweise! Scimittdaretelliing,

Fig. 18 eine Vorrichtung ähnlich Fig. 1 zur rung eines Verfahrens, bei welche» ein FIX® mss ten Fasern und Ma tr ix teilchen auf einem endlos®® Sand gebildet und der Film von dem Band abgestreift in schematiecher Darstellung, .

Fig. 1S-22 unterschiedliche

Strukturen, welche laser» und oder polymerieierbaraa

iKi ¥ergrösserter bruchatücfei®is»i?

naoh Pig. 1 «saf&est s 4in«a unteröB feil 12, «ia feil 16 uisTsest·

ic· auf* Ms i^ssasz rS:ii 'jsiOESGUoico oäia«

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als Whisker bekannt sind. Im Querschnitt stellen die Kristalle drei, vier, sechs- oder noch mehr Seiten aufweisende Polygonaleylinder dar, deren Durchmesser von 0,5 bis 3 Mikron beträgt. Der Durchmesser der Kristall· kann als der Durchmesser des Kreises betrachtet werden, der tangential- zu den Seiten des Polygonal zylInders gezeichnet ist, welcher den Querschnitt des Kristalle bestimmt» Bie Kristalle weisen üblicherweise ein« Länge von 100 bis 200 Mikron auf. Zur Verwendung ale Verstärkungeelemente sollten sie ein Verhältnis der länge zum Durchmesser von zumindest 10:1 aufweisen.

Die Lösung, in welcher die Fasern suspendiert sind, kann eine polare oder nichtpolare Flüssigkeit sein. Amylazetat ist ein Beispiel einer polaren Flüssigkeit, währendBenzen und Toluen Beispiele für nichtpolar· Flüssigkeiten sind, die eis Suspendierungsmedien geeignet sind. Das Suspendierungsmediuat weist vorzugsweise geringe Viskosität auf, so dass sich die Fasern darin frei bewegen können. .

Ein magnetischer Rührer oder Rotor 18 umfaeet einen netisches Rührstab 19 in &·■ unteren Abschnitt 12. Der magnetische Ruhrβtab 19 ist durch einen 0~f$raigen Magnat 21 betätigt, der eich unterhalb dee Speicherbehälter· befindet und von eines Motor 23 angetrieben wird. Sine Drehung de« Magneten 21 durch den Motor 23 bewirkt, dass sich der Buhrβtab 19 dreht. Venn der Rührβtab 19 gedreht wird, übt er auf die Fasern eine nach oben gerichtete Anhebebewegung au· und bewirkt, dass di«ae durch ein Wabannet* 20 sue 01«β- oder PlaetikrChrea ο4·ϊ dergleichen 4n de» Zwischenteil 14 verlaufen. Die Faeera treten au· den Yafeennets au· und «tröaea in den oberen feil 16 la in wesentlichen vertikalen Bahnen« .

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Xq dem oberen Teil 16 werden die Fasern einem elektrischen Feld ausgesetzt, um eich über ihre Längsdimeneion parallel zueinander einzustellen. Das elektrische Feld wird ewiec&@ einem Paar im Abstand befindlicher paralleler raohteokig«? Elektroden 22, 24 erzeugt, die vertikal indes oberen 16 angeordnet sind. Uaβ elektrische Feld umfasst zueinander verlaufende Kraftlinien 26,

Eine Wechselspannung 26 let mit einer Seite en die eine Elektrode 24 angeschlossen. Die andere Seite der epannung liegt an der Nabe einer Metallwalse 30, über ein kontinuierlicher Streifen oder ein® kontinuierlich® Folie aua Matrixmaterial 32 von einer Holle 34 wird, die auf eine Aufnahmespul® 36 gewickelt ist, lim® a&hsaeepule 2Q₁ welche langsam durch einen kleinen zeigten) Motor getrieben wird, wickelt das nach seiner Beschichtung in noch zu beschreibender W<sis@

Ton der Spule 56 eusg*hen& durcäl^mft -ias den Weg über der Metallwals© 30» von wo se in dl® auspension 17 hinab verläuft« alsdann unter aw»i 42 in den Bodenteil des oberen Teile 16, alsdann k nach oben in Berührung alt der Innezifl&Qhe der SlektreS® 22, sodann aus dem Behälter 10 Über ein· Weise 44» einige kleinere Waisen 46 sowie auf die Aufnahaespul« Sie Spulen 36, 38, die Metallwalze 30 sowie äi® Walken 46 eind an einem Lagergestell 48 «angebracht. E±n% einrichtung 49 kann vorgesehen »eia_# uis ά&9 MatriXMiterial 32 bu trocknen, vmna «s d«a der tf«lse 44 und der Aufnaheeepul« 3β

Mm HfetrlsMtmrlftl 32 fc&tus «im !!«tell von Festigkeit eu Dicht® mis Titan oder Aergleichen od@^ ei^« von ähnlioheo Bigeaschaftae« Bio

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anwendbar zur Verstärkung von Matrixetoffen mit anderen günstigen Eigenschaften, Beispieleweise beaitsen Coluebiusi und Tantal hohe Sohmelzteaperaturen; Nickel weist eine gute Oxidationsbeständigkeit auf. Somit besitzt das aue dem Matrixaaterial und Faaern oder Whlsksrn susaaaenge·- setzte Material die günstigen Eigenschaften dee Hstrixmaterials in Verbindung mit der hohen Festigkeit der Fasern oder Whisker.

Wenn eine Seite der Wechselspannung 28 au die Metallwalββ 30 angeschlossen wird, ao erfolgt ein Anschluss an-das Matrixmaterial 32 durch den physikalischen Kontakt der Metallwalze 30. Diese gleiche 8eite der Spannung 28 liegt auch an der Elektrode 22 durch die physikalische Berührung zwischen der Elektrode 22 uod des Matrixesterial 32«

In Fällen, wo ein EiiebrU«! trades Hatrlyaat&slal 32, epieieweie· ein ?l&etiksfö*«?iel oäes ®1& &w$pm%meh** Poly»·?, -verwendet werden aoll_t kann Sie Spacoiziag 28 öß»ittelb«r ·» die Blöktrode/etatt an dl® Waise 30 aKga©oM.o*»®a wexdsa« lsi die a QEi Fall braucht dl® Wals» 30 ßlcht aue Motel! o&mranderem elektrisch leitend®^ J^tarial gefertigt %u Pi© llektrod© 22 ist an ih£>@a oberen glatt gukrüamts nm jegliche* Beaebädigtasg de© 32 auf Grund scharfer Kant®n zn

¥erbioauag iait Fig. 2 let

Absetze» auf &9® MatsisafttesiX

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unbewaffneten Auge erscheinen die Fasern 50 »Is lange Fäden. Tatsächlich liegt ein gewisses Hass an Bündelungen und Überlappung vor, welcheβ bewirkt, dass die Fasern 50 sich lose in Richtung der Einstellung angliedern und fadenartige Ketten bilden.

Die Anlegung einer Wechselspannung an die Elektroden 22, 24 erzeugt theoretisch ein elektrisches Wecbaelfeld in der Flüssigsuspsnsion 17 zwischen den Elektroden 22, 24. Während einer Halbwolle einer bestimmten Pclung wertem die Fasern 50 in einer Richtung entgegengesetzt zu dem elektrischen Feld polarisiert. Je grosser die Differenz der Bielektrisitätskonstanten swlachen den Fasern und Flüssigkeit ist, desto stärker wird die Polarisierung der Fasern* Bs die Fasern 50 aich in der Flüssigauspension sm bewegen vermögen»■ stellen sie sich parallel au dem elektrischen Feld ein« W®m da β elektrische Feld »ine Polung während der sJEslur&en -Baltewelle umkehrt, trifft dies auch für die ltolas£s$.«ruiig a@r Fasern 50 su_f so dass diese In der gleiches SfsiXiing mit dem elektrischen Feld ausgerichtet feat

Wenn -das elektrische Feld ein GleichepaiiiiiaKgs- u&d keia Wecheelspaanungsreld ist, erhält aaa eise SäEliefe* Ausrl©Si-> k ' tang do-·.' Fasern 50, wobei ein Unterschied isris liegt

keine Polungsumkehr des elektrischen Feldes is; äer Flüssi keit oder der* polarisierten Paaerii 50 erfolgte B®r . lio&e Grund Eur bevorzugten Anwendung eines

r eine» Gleichfeld liegt ±n Ser g dea iibsetxene άβτ Fasern 50 auf Ä*a forliegea irgendw®l©&®r iß ftes peraiaaeatsr Ion©Se Steök Wse&stiS. S-sf

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Während die Fasern Ια der Lösung bei angelegten elektrischen Feld suspendiert werden, erfolgt deren Polarisi^rung und Ausrichtung in. der oben beschriebenen Weise» Ie polarieierien Zustand werden die Fasern in dichter Smle-an-Bnde-Rachbareehaft aueiaander den Kräften des elaktroataHechen Feldes ausgesetzt, welche das Beetreben seig©Q, eaigegeageeetst geladene Pole dieser Fasern ansuslelifrii» Diese elektrostatischen Kräfte sind vermutlich für die Bildung ve» Fäden der angegliederten Fasern in der FlUssigsuepensioa verantwortlich»

In der Nacbbaraahßft; des Hstrixaaterisls 32 gelangen einige der Fasern^ die aneinander angegliedert sind öfter «uoa Bloat, in Berührung alt dem Matrixmaterial 32, «ei e® durch «lektrisofc® Ajazieiiußg daran oder durch die Wirk^fög &®v Oberflicken- ®p3nnung un dec FlUsslgkeiteaeniekoe ^ifed_ £m HsitriXMtterial 52. Wehrsciifiinliofe eiad Ale el»ktri»®fe* leislefeüßg oder die über fläche nspanskxäf te alleis aus? eiGis^s&ä, 'im ''3Bi errelehen, etch &t& Fasern 50 selbst an äi· F^lie See fistzixaa-

32 anlagera. Ua die A.nlagem&i&g de? Fasern 90 an die felle sä erleichtern, ist jedooh eis© geringe 9geng· an 18»- lichea Binde- oder Klebemittel, beiepielevreiae Nltrosellalose oder Polybutadien, in die Flüe»igsuepeneioa 17 eingebracht. Des Bindemittel beeohichtet sowohl die Fasern $0 ale such die Folie des Matrixmaterial© 32. Sie Bnden der ausgerlohteteoi Fasern 50 lagern eich selbst an die Folie Über ihre geaaste eingetauchte Länge a&. Wenn eich Ale Folie aus der Flöseigauspeneioii 17 bewegt, häagea die Faeern 50, w;>3.ohe durch dl« Flfiaelgkelteoberfläefee bx#8feeii* aa 4er Pc:·,ie und bÄOfiäa sieh disroh die Qb*znM3h.miEs&t%9 ®a die Folie* ae <£&es die ge^Hiise&t© pasmlla^l® aiohergeettllt wird« Sie aaf S®^ f^li© fasern 5ß eiad lsi liakesi Teil von

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Die faserbeecbichtete Folie bewegt sich durch den Troofcnungebereich der Beheizungseinrichtung 49» wo das Lösungsmittel verdampft und das Bindemittel verfestigt wird»

Die Fasern 50 werden auf der Folie des Matrixmateriala 32 als Schicht mit Abmessungen in Mikronbereich abgesetzt. Einige der Pasern legen eich als Klumpen su drei oder vier Fasern an, während andere aich einzeln abseteen. Einige der Fasern sind Ende an Sade gleich Fäden angegliedert«, während andere nicht miteinander verbunden eind. Wenn j®- doch ein Querschnitt an irgendeinem Punkt Über die Breite der Folie hergestellt wird, schneidet dieser eine gross® Anzahl der Fasern 50.

Ee wird erwartet, dase beim Vorliegen eines elektrischen Feldes Io der Fluselgsuepezielon 17 sotsie te®i gegenüber der Flüssigkeit, in welcher die Fasern 50 ®m©p©adiert sind, unterschiedlicher Dielektriaitätakosastsnt© eine stärkere elektrostatische Kraft auf dl® polarisierte» P®®#sra 50 ausgeübt wird, welche das Bestreben seur Anslehusig Fasern und deren Bewegung gegen die eine oder aadere trode hat. Je grosser die Dielektrizitätskonstante der Fasern 50, desto grosser die Anziehungskraft. Venn die Diel©k« trisltätskonstante der Fasern 50 grosser als diejenige der Flüssigkeit ist» werden die Fasern 50 au der Elektrode mit der höheren Konzentration der elektrostatische» Feldlinien angeflogen. Wenn die Dielektrizitätskonstante der Fasern 53 geringer als diejenige der Flüssigkeit ist, strebe» fii® Fasern gegen die Elektrode, wo die Felädlohta-.eavlaf·* Si» u^gleiehfüralge« elektrische» YeId k.im% lnde» eine der Elektroden, beispielsweise di© Seims!®? als die andere Elektrode, l»eiapi»2s%^ia^ Blsktrod** 24, gemaoht wird. Xa diesen FsIl w^rtea Si© Fasern 50 gegen die schmalere Elektrode 22 ang©s@g$Q_s die Dielektrizitätskonstante der Fasern 50 grosser ©lg jenige dsr Flüssigkeit iat.

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Während die Elektrode 22 nächst der Folie sieht so breit wie die andere Elektrode 24 zu Bein brauoht und auf den ersten Blick ale überflüssig erscheinen könnte, «trabt die Elektrode 22 wegen der Teile, die Über dia Sauten dar Polie dee Matrixmaterialβ 32 hinausragen, nach einer Begradigung der elektrostatischen Feldlinien an den Kanten der Folie und stellt welter sicher, da«· dl« Fasern 50 Ια den Kantenbereicheη der Polie la wesentlichen parallel zu den Fasern 50 in den Zentralbereiohen der Folie ausgerichtet sind. ·

Genuas einer in Betrieb ganpxu&enen AuaftÜttUQgttifoYa wurde eine Rolle aua Aluminiumfolie «It 1» 1*10 as Bleka und 75 am Breite nit einer Geschwindigkeit von vtvm 8,5 aw pro Sekund« duroh ein« FluaalgauapaBSioa «ue Slliaiuakarbidfaaern bewegt. Di· LOeux&g. beataad au« Agyl»s«t»t alt 0,1 Gewlohtaproalll« laokartigaa fitroe«lluloß»-BiBde«eterial (verkauft unter de» Var«n8aich«n Ityrosilis von der Fire« BuPont). Di3 Elektroden 22, 24 wares 150 m» breit und 50 am tief in der Lösung; der Abstand betrug 75 am. Di« en dl« Elektroden 22, 24 gelegte Veehselapamumg b«trug 4000 Y. Wenn ein nichtleitendes Matrixmaterial verwendet wird, beispielsweise Plaetiknaterial, lat das Verhalte» dar abzusetzenden PaBern ähnlich wie oben beschrieben. Die Spannung wird jedooh In diesem Fall unmittelbar an beide Elektroden 22» 24 angelegt. Dae elektrisch» Feld verläuft durch die nichtleitende Matrix, und die Fasern werden iß gleicher Weise abgasetst«, In di«s*a Fall iat ei» Bindemittel viall«loht wesentlich, aiaeffieem oder «Sergltiahen können anstell· der aua Sllleiuskavbld h99t9h<9v4*n Vhiakar verwendet werden. ?»aerfciseohiohtete Folien sue Matriz-

körmea in vl«X« Lage» laaatliiert eierda^j um «in« «laatUckige Struktur von irgamdeiaar gewmsohten Dicke &M ersielen. Per Vorgang der Vereinigung; ®i»®r Vielfalt von fasarheaohichtete&i Bahnen oder Drähten In eine

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einstüokige Struktur let Gegenstand eines nicht Bum Stande der Technik gehörigen Vorschlags· Ein Teil eines derartigen Gegenstandes ist in Fig. 3, 4 veranschaulicht, wobei Fig. 3 einen Schnitt quer au der Breite der Lamellen darstellt, während Fig. 4 einen Längsschnitt seigt.

Bs können irgendwelche bekannten Verfahren zur Herstellung lamellierter Strukturen verwendet werden· 2ur Laaellienrag faserbeschiohteter Metallfolien kann beispielsweise eine Diffusionsverbindung eineohliesslicfa Haissvalsen verwendet werden. Zur Lamelliecung faserbeschiehteter Plastikfilsra können solche Verbindungsverfahren eine Polymerisation oder Thermoplastifizierung umfassen.

Bin Verfahren der Diffusionsverbindung mist« verwendet» ura 120-580 Schichten aus Aluslniuafolie au leeelli»r«m_f welche mit Siliziumkarbldfasern verstirbt v«r· Die ten wurden Brücken von 70-700 kp/oa waä feaperaturaii 538-650⁰C über 5-10 Minuten unterworfen. Hßäere Drück® sollten vermieden werden, um ein Reissea fier fasern su vermeiden. Die verwendete Temperatur sollte höher als die halbe Schmelztemperatur des Matrixmaterial« sein, j®< doch unterhalb der Schmelztemperatur i

Während die Strukturen nach Pig. 3, 4 anxsh Diffusionsνβζ bindung vieler Schichten aus faserbesofeloateten Beaness hergestellt wurden, sei derauf hingewiesen, daae di© löDgreüSöfi oder Zwiechenflachen ewiaolieii &#a nicht klar unterecheidber sind. Der Orund fateyfÜr

die Ineinander diffundiertea

Einheit aus Matrixmateriftl MHeB₉ «obei ii# eingebetteten Fasern in gut definiertes verteilt sind.

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Eine lamelliert« Struktur aus Alumim«b verstärkt mit Siliziuiakarbidfasern ergab einen Elastizitätsmodul von 2,1x10⁶kp/cm² gegenüber 0,7x10⁶kp/ca² für io Handel erhältliches Reinaluaiiniusa. Die Zugfestigkeit der Lamellen aus faserverstärktem Aluminira beträgt 2_t1-3,5x10'kp/om gegenüber 0,4-0*6x1 (Kkp/eis für im Handel erhältliches Reinaluminiuza*

Mit einer Metsllmatriat wird eine echte metallurgische Verbindung hergestellt» in welehar di© Lamellen aechaniaoh und chemisch miteinander verbunden siad« Eint derartige Verbindung ist als Klebeverbindung gsksianseiolmet. Hierbei sind die Lamellen miteinander durch Kl$&@wi?kung ohne die Einwirkung eines gwisohenbeetandteile

Sie Schichten können so lamelliert seln₉ dass di® Fasern i& den gleichen parallelen Richtungen ¥®rlenf®n. Ia dieeea Pail kann der lamellierte Gegeostaaß ¥®^sug8^@iee in einer Richtung verstärkt seiÄ.

Wahlweise können die Lamellen in Porsi won Querschiohten ausgebildet sein, in denen die Fasern tmaachberter Schichten in Winkeln von 90°» 45° oder kleineren Winkeln sueinander orientiert sein können. In dieses Fällen kann die Verstärkung über verschiedene Winkel verteilt sein«

Fig. 3 sseigt einen lamellierten Gegenstand, bei dem Pasern in benachbarten Schichten in Winkeln von 45° zueinander verlegen»

Fig. 6 ist ©is© atas einem Draht fe@s teilende Matrix 52 zentral innerhalb elnar sylindriac&efi Elektrode 54 angeordnet. Vietus die Drahtmatrix 52 usicl die zylindrische llektrode 54 in eine Flüssig8iiepensioa 1? aingesetat werden und ein elslrtrisehes Pe3.d dsrass aisgglegt wird,

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richten sich die Fasern 50 radial längs der Kraftlinien des elektrischen Feldes aus. Wenn die Drahtmatrix 52 von der Flüssigsuspension 17 entfernt wird, setzen sich die Fasern 50 auf der Oberfläche der Drahtaatrix 52 In ähnlicher Weise wie vorangehend in Verbindung mit dea Folienmaterial 32 beschrieben ab.

Fig. 7 zeigt eine Vielzahl von faaerbesehichteten Drähten 52 vor dem Verbinden. Fig. 8 seigt einen zusammengesetzten Gegenstand, wie er aus der Verbindung der faeerbeechichteten Drähte 52 von Fig. 7 entsteht. Die Drähte 52 flieseen gemäes Fig. 8 in eine feste stetige Masse aus Matrixmaterial 56 zusammen, wobei die Fasern 50 darin eingebettet und parallel zueinander ausgerichtet sind. Ba versteht eicht dass die Drähte 52 aus Metall- oder Plaatikmatrizaiaterial bestehen können. Auch die Fasertr 50 können einzelne Kristall» whisker oder polykristallin oder nichtkristallin gea&es der vorangehenden Erläuterungen auegebildet sein.

Vorangehend wurde ein Verfahren zur Beschichtung.einer dünnen Bahn oder eines dünnen Drahtes aus Matrixmaterial mit einer Schicht aus auegerichteten Fasern la Hikronbereich und nachfolgende Vereinigung einer Vielzahl derartiger faserbeschichteter Bahnen oder Drähte in eiße einßtückige starre Struktur beschrieben, nachfolgend sind wahlweise Verfahren erläutert, denen zufolge eine dünne Unterlage In Fora eines Drahtes oder einer Bahn, welche ein Matrixmaterial oder ein Hiohtaatrlxnttterlal sein fcaira, alt einer Schicht aus gewischten Matrixtelieben und «uegerlcfrteten Fasern la Mikronherelch.beschichtet wlr£. Sine Vielaahl derartiger Schichten aus gemischten Mntrixteil-·' chea und auegerichteten Fasern, entweder an Ser Unterlag© angebracht oder hiervon entfernt, werden vereinigt und bilden etee etnstückige Struktur in ähnlicher Weise, wie vorangehend beschrieben, beispielsweise duroh Diffusiotisverbindung , Polymerisation, ThermoplastIfisierung oder dergleichen«

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Dae Verfahren der Beschichtung einer Unterlage mit gemischten Fasern und Matrixteilchen ist Gegenstand eines nicht zum Stande der Technik gehörigen Vorschlages. Bei einer Durchführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens wird eine Vorrichtung nach Pig. T verwendet. Der Speicher · tank 10 nimmt eine Flüssigsuspension aus Fasern alt la Mikronbereich liegenden Abmessungen und Matrixteilchen auf. Die Matrixteilchen weisen vorsugsweiee einen unter* halb des Mikronbereiches liegenden Durchmesser auf und können Teilchen oder Pulver sein, beispielsweise aus Aluminium, Vickel, Titan, Coluahiua oder Legierungen hiervon. Wahlweise können die Teilchen nichtmetallIsche Teilchen mit unterhalb des Mikronbereiches liegenden Abmessungen sein, beispieleweise organische Polymere oder Plastikmaterial. . "?.·>'.". : :.

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Die Unterlage ist vorzugsweise au» d·* gleichen Material

wie die Matrixteilchen gebildet. Tn dteee» Fall dienen die Matrixteilchen eur Erleichterung der Diffusion des Matrixmaterials mit den Fasern, wenn Bahnen au· ;faserbeechichtetea Matrixmaterial eur Bildung einer einstöckigen Struktur lamelliert werden, wie bereite erläutert wurde.

flg. 9 ^eigt, wie Pasern und Matrixtellohen da*u gebracht werden, sich auf einer Unterlag« nied«reu«Qhlagen_t wobei die Fasern parallel ausgerichtet elnd, Bei dieser Ansicht elnd die Fasern wiederum mit der Besugseiffer 50 versehe», öle Matrixteilchen mit der Besugsalffer 58,und Ale Unter» -lage alt der Betugasiffer 60. Die Unterlage 60 ni*»t die gleiche Stellung in der Vorrichtung von Fig. 1 ein, wie das Matrixmaterial 32. Die Abmessungen der Fasern 50 und der Matrixteilchen 58 sind zum Zwecke einer besseren Dar» stellung vergröasert gezeigt. Die Fasern 50 in der Flüssigsuspenaion 17a verlaufen im wesentlichen parallel zueinander sowie senkrecht zu den Flächen der Elektroden 22,24»

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Die Ausrichtung der Pasern 50 erfolgt längs der Kraftlinien des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 22, 24. Einige der Matrixteilchen 58 bündeln sich rund um die Enden der Whisker 50 infolge der Wirksamkeit elektrostatischer Kräfte zusammen, bewirken eine lose Angliederung der Pasern 50 in Sichtung der Ausrichtung und bilden fadenartige Ketten.

Die Anlegung einer Wechselspannung an die Elektroden 22, 24 baut ein elektrisches Wechselfeld in der Flüssigsuspension 17a zwischen den Elektroden 22, 24 auf. Während einer Halbwelle einer Polung werden die Fasern 50 und die Matrix teilchen 58 in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen des elektrischen Peldee polarisiert. Je gröeaer die Differenz der Dielektrizitätskonstanten zwischen den Pasern 50, den Matrixteilchen 58 sowie der Flüssigkeit ist, desto stärker wird die Polarisation der Faserteilchen 50 sowie der Matrixteilohen 58. Frei beweglich in der FlUesigsuspension 17a reihen eich die Fasern 50 parallel zu dem elektrischen Feld auf. Bei Polarisation «erden die Matrixteilchen 58 an die Pole der Fasern 50 angesogen. . Die negativen Pole der Matrixteilchen 58 werden an die positiven Pole der Fasern 50 und die positiven Pole der Matrixteilchen 58 an die negativen Pole der Fasern 50 angezogen. Wenn das elektrische Feld seine Polung während der nächsten Halbwelle umkehrt, trifft dies auch für dl· Fasern 50 sowie die Matrixteilohen 58 hineiohtlich deren Polung zu ι und die Fasern 50 sowie Matrixteilohen 58 bleiben in ihrer gleichen Lage fest, wobei die Fasern 50 ait dea ■ elektriechen Feld ausgerichtet sind.

Wenn das elektrische Feld ein Oleichfeld und kein Wechsel«· feld ist, wird eine ähnliche Auerichtung der Fasern 50 und eine Bündelung der Matrixteilohen 58 erhalten, wobei

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der einsige Unterschied darin besteht, dass keine Polungsumkehr dee elektrischen Feldes in der Flüssigkeit oder an den polarisierten Pasern 50 und Matrixteilchen 58 erfolgt. Der Hauptgrund zur Bevorsugung einea Wechselfeldes gegenüber einem Gleichfeld liegt darin, zu verhindern, dass irgendwelche in der Suspension vorliegende permanente Ionen den Niederschlag der Pasern 50 sowie der Matrixteilchen 56 auf der Unterlege 60 sturen» Durch Wechseln des Potentials an den Elektroden 22, 24- besitzen die Permanent ionen keine Vorzogsriehtung, in welcher sie wandern.

Während die Fasern 50 sowie die Matrixteilchen 58 in der Lösung m% dem angelegten elektrischen Feld suspendiert sind, werden sie polarisiert, und die Fasern 50 werden in der oben beschriebenen Weise ausgerichtet. Die Fasern 50 werden in dichter Bndnachbarschaft zueinander susaanen mit den gebündelten Matrixteilchen 58 durch elektrostatische Kräfte in der oben beschriebenen Weise angegliedert« Diese elektrostatischen Kräfte sind vermutlich für die Bildung von ?äden aus angegliederten fasern in der Flüeelgsüapension 17a verantwortlich.

In der Nachbarschaft der Unterlag· 60 koa»ea einige der Fasern 50, die durch die iiatrixteilehen 58 aneinander ungegliedert oder-auch nicht angegliedert βlad, jedoch alt daran angebündelten Matrixteilchen 5Θ, in Berührung alt der Unterlage 60, entweder infolg» eltktrlecher Ansiehttüg hieran oder unter Einwirkung der Oberfläohenepetnnung an den Flü88lgnenl8kua neben der Unterlage 00. Ee wird verautet, dass die Kräfte der elektrischen indenting oder Oberflächenspannung ausreichend eein kunnen, ua au bewirken, dass sich die Fesern 50 und die Matrixteilchen 58 selbst an die Unterlage 60 anlagern. Um jedoch die Anlagerung der Pasern 50 sowie der MatrixteilcÄen 58 an die Unterlage 60 zu erleichtern, wird ein© geringe Menge eines

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löslichen Bindemittels oder Klebemittele, beispielsweise Nitrozellulose oder Polybutadien, in die Flüssigsuspension 17a eingefügt. Das Bindemittel beschichtet die Fasern 50, die Matrixteilchen 58 sowie die Unterlage 60. Die Enden der ausgerichteten Pasern 50 lagern sich selbst an die Unterlage 60 über ihre eingetauchte Länge an. Venn eich die Unterlage 60 aus' der Flüssigsuspeneion 17a bewegt, hängen die Fasern 50 sowie die Matrixteilchen 58, welche durch die Flüaeigkeitsoberfläche brechen, gegen die Unterlage 60 und lagern sich infolge der Oberflächenkräfte vertikal an der Unterlage 60 an, um die gewünschte parallele Ausrichtung der Pasern 50 sicherbusteilen.

Die Fasern 50 sowie die Matrixteilchen 58 werden auf der Unterlage als Schicht mit Abmessungen im Mikronbereich abgesetzt. Einige der Fasern 50 setzen eich In ELuapen von 3 oder 4 oder mehreren Teilohen ab, wobei die Matrixteilchen 53 daran angelagert sind, während andere Teilchen sich einzeln absetzen. Einige der Fasern 50 sind Ende an Ende an die Ma tr ix teilchen 58 gleich Flden aage*·. gliedert, während andere dicht Biteinander Verbunden sind. Wenn jedoch ein Querschnitt an Irgendeine« Punkt über die Breite der Unterlage 60 genoaaen wird» rerlltaft dieser durch eine grosso Aneahl der Fasern $0 sowie der Matrixteilchen 58. Bei idealen Verhältnissen βο11te eich die grössere Masse der Fagern 50 als 1» wesentlichen gleichförmige Schicht alt einer Tiefe von einigen Vhlekern £·*&·* Flg. 10 niederschlagen.

Es wird vermutet, dass bei Erzeugung elnee ungleichförmigen elektrischen Feldes in der Flüsslgsnspeneion 17a sowie dann, wenn sich die Dielektrizitätskonstanten der Fasern 50 sowie der Matrixteilchen 58 von derjenigen der Flüssigkeit unterscheiden, in der die Fasern 50 sowie die

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Ma brixtelichen 58 suspendiert sind, eine gräesere elektrostatische Kraft auf die polarisierten Fasern 50 sowie die Matrixteilchen 58 ausgeübt wird, welche dae Beetreben zur Ar-ziehung sowie zur Bewegung der Teilchen gegen die eine oder andere Elektrode hat. Je gröeeer die Dielektrizitätskonstanten der Pasern 50 sowie der Matrixteilchen 56 sfacUdest) grosser ist die Anziehungskraft. Wenn die Dielektrizitätskonstanten der Pasern 50 sowie der Matrixteilchen 56 grosser als diejenige der flüssigkeit sind, wird postuliert, dass die Fasern 50 sowie die Matrixteilchen 53 an die Elektrode angezogen werden, welche die höhere Kraftliniendichte des elektrostatischen Feldes aufweist. Wenn die Dielektrizitätskonstanten der Fasern 50 sowie der Matrixteilchen 58 geringer als dieje nige der Flüssigkeit sind, werden die Fasern 50 sowie die Matrixteilchen 58 gegen die Elektrode angezogen, wo die Kraftliniendichte geringer ist. Ein ungleichförmiges elektrisches Feld kann erzeugt werden, indem eine der Elektroden, beispielsweise die Elektrode 22, sohaaler als die andere Elektrode, beispielsweise die Elektrode 24, gemacht wird. In einem solchen Fall werden die Fasern 50 sowie die Matrixteilchen 58 an die acnjwlexe Hektrodt 22 angezogen, wenn die Dielektrizitätskonstante der Fasern 50 sowie der Hatrixteliehen 58 grosser als diejenige der Flüssigkeit let.

Zur Veranschaulichung, wie ein Verfahren sub Absetzen gemischter Fasern und Matrixteilchen auf einer Unterlage durchführbar 1st, kann eine Rolle aus Aluminiumfolie von 1,1x10 mm und 75 mm Breite bei einer Geschwindigkeit von 8 mm pro Sekunde durch eine Flüaeigeuspension aus Aluminiumkarbidwhiskern und Aluminiums«trixteliehen bewegt werden. Die Lösung kann Allylacetat mit sin Gewichtßpromille Pyroxylin-Binderraaterial sein. Die Aluminiumteilchen können «inen Durchmesser von 44 Mikron

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oder darunter aufweisen, vorzugsweise indessen einen Durchmesser geringer als ein Mikron. Die Elektroden 22 können 150 buk breit sein, 50 am tief in die Lösung ragen und einen Abstand von 75 »» aufweisen. BIe angelegte Spannung an den Elektroden 22, 24 kann 4000-V Wechselspannung sein.

Wenn eine nichtleitende Unterlage aus Plastikaaterlal verwendet wird, ist der Vorgang des Abeetsene der Fasern und Ha tr ix teilchen ähnlich wie vorangehend beschrieben. In diesem Pail wird jedoch die Spannung unmittelbar an beide Elektroden 22, 24 angelegt. Bas elektrische Feld verläuft durch die nichtleitende Unterlage, und die Fasern oder Whisker sowie die Katrixteilchen werden in der gleichen Weise abgesetzt. In dieses Fall ist gegebenenfalls ein Sindeatittel erforderlich·

Unterlagestoffe aus Hatrlxaeterial können bei Beschichtung mit Fasern 50 und Ma tr Ixte Hohen 58 in verschiedenen Schichten lamelliert werden und eine starre einetüokige Struktur von irgendeiner gewünschten Blöke/ bilden· Bekannte Verfahren sur Bildung laeeltierter Strukturen können verwendet werden, wie bGispifpLeweieevorangehend in Verbindung mil? dent, Hiedereohlsg der obigen Fasern

erwähnt. ■ · :

fig. 11, 12 seigt einem teil einer Schicht*truktur vor ,·,'- verbindung, deren ^ede Öchioht atmXioh der Struktur wt--'^u j*lg. «Γ 1st. Jede Sohioht uRfseet ®±m§ TTnterlag· ^u- Matri^üiistirial, das alt Wm^^m üO in V^raaiecaiiEg mi,'f M&trixtellchen b& besohlohtet ist. Bi© A-batsaeuagen sind

ÄUi leichteren Darstellung &tark vergrb'ssert Teranschau-

iiv.i,, und ea sind ledigliefe eltti Schick itii geseigt, wo-" - ^s^h versteht, daBS eine tatsäcbl"cn %?a gestellte ίίin^*,θ hundert Sehlahtc-i sisse&iieset.

SAD ORiOJNAL

Die Unterlage 60 aus Matrixmaterial kann eine Dioke von 5 Mikron aufweisen,, die Fasern oder Whisker einen Durchmesser Ton 2 Mikron und die Matrixteilchen 58 einen Durchmesser von weniger als 1 Mikron. Die Dicke der Faserschicht kann 10 Pasern betragen, wobei ein Verhältnis von 4:1 awi-. sehen der Dicke der Faserschicht und der Dicke der unterlage 60 erreicht wird. Vor der Lamellierung zu einer einet Uck igen Struktur -gemäs a Pig. 11, 12 liegen klare Trennungslinien zwischen der Unterlage 60 sowie den Fasern 50 . und den Hatrixtelichen 58 vor. . . ·

Fig. 13, 1Λ zeigen eine lamellierte Struktur nach Verbindung der Schichten geiöäea dem vorangehend erwähnten Verfahren, beispielsweise mittels Diffusionsverbindung. Bei dieser Struktur ergibt sich, dass die Anwendung von Wärme und Druck zum Zusanunenquetschen der Fasern 50 sowie der Matrixteilchen 58 sowie zum Zusammenschmelzen der Matrixteilchen 53 in den Räumen zwischen den Fasern 50 führt. Perner verschmilst die Unterlage 60 des Matrixmaterial« alt den Matrixteilchen 53, wobei ein fester stetiger Körper aus Matrixmaterial 61 gebildet wird, in welchen die Fasern 50 ■ eingebettet werden. Die Fasern 50 werden in Schiohtea gequetscht, die eine .Dicke 62 aufweisen, die durch «in« Schicht aus Matrixmaterial nit einer Dicke 64 getrennt aind, welche die vorher durch die Unterlage besetzte Lag· darstellt- Als Ergebnis des Verbindungsvorgange wurde dae Verhältnis der Dicke 62 »ur Dicke 64 um etwa 3:1 reduziert. Ferner beaeteen die Fasern 50 den grbeeeren fell des volumens der lamellierten Struktur, und #ie 56 wurden In die vorangehend ewiechen det> Faeera 50 vorliegenden Hohlräume gefüllt. ■ ·^:

Ein Verfahren zur Diffusionsverbindung kann verwendet werden, um zwischen 100 bis 600 Schichten aus Aluminiumfolien-Unterlagematerial zu lamellieren, welche mit Silüaiumkarbid-

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whiskern in Vermischung mit Aluminiummatrixteilchen in Submikroni-Abmeesungsbereich verstärkt sind. Die Schichten werden Drücken von 70-700 kp/cm und Temperaturen zwischen 558 und 65O⁰C über 5-10 Minuten ausgesetzt. Höhere Drücke sollten vermieden werden, um ein Reissen der Fasern oder Whisker zu vermeiden. Die verwendete Temperatur sollte Über der halben Schmelztemperatur liegen, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur des Matrixmaterials.

A Eine lamellierte Struktur aus Aluminiuufolien-ünterlageabachnitten verstärkt mit Siliziumkarbid-Whiskem, die mit Aluminiummatrixteilchen im Submikronbereich vermischt sind, kann erwartungsgemäßa einen Elastizitätsmodul von 2,1x1O⁶ kp/cm² im Vergleich zu O,7x1O⁶ kp/cm² für im Handel erhältliches Reinaluminium aufweisen. Die Zugfestigkeit der Lamellen aus faserverstärktem Aluminium beträgt erwartungsgemäss 2,1x10 bis 3*5x10 kp/cm in Vergleich zu einer Zugfestigkeit von 0,4-0,6 kp/cm² für in Handel erhältliches Reinaluminium.

Mit einer Metallmatrix wird eine Metallurgische Bindung erzeugt, bei welcher die Lamellen mechanisch und chemisch w miteinander verbunden sind. Eine solche Verbindung ist als Adhgsionebindung gekennzeichnet. Dies bedeutet, dass die Lamellen durch Adhäsion ohne die Wirkung eines Bestandteils miteinander verbunden sind.

Die Schichten können so lamelliert sein, dass dl© fasern oder Whisker in gleichen parallelen Riebtungen In diesen Fall kann der lamellierte Gegenstand in einer Richtung verstärkt sein. Wahlweise kennen die Lamellen, wie vorangehend in Verbindung alt äisroh Fasern allein beschichteten Unterlagestoffen erwähnt wurde, in Form von kreuzweise verlaufenden Schichten angeordnet sein, bei denen die Fasern in benachbarten Schichten in

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von 90°, 45° oder kleineren Winkeln zueinander orientiert sind. In diesen Fällen kann die Verstärkung über verschiedene Winkel verteilt sein.

Fig. 15 zeigt ein Verfahren zur Beschichtung eines Matrixmaterials in Form eines Drahtes. Eine Jöralitsiatrix 66 ist zentral innerhalb einer zylindrischen Elektrode 68 angeordnet. Wenn die Drahtmatrix 66 und die zylindrische Elektrode 68 in einer Flüssigen^: ©nsion 17a angebracht und ein elektrisches Feld dazwischen aufgebaut aind, stellen sich die Fasern 50 und die Matrixteilchen 58 radial längs der Kraftlinien des elektrischen Feldes ein. Wenn die Drahtaatrix 66 von der Flüssigsuspension 17a entfernt wird, setzen sich die Fasern 50 sowie die Matrixteilchen 58 auf der Oberfläche der Drahtmatrix 66 in ähnlicher Weise ab, wie vorangehend in Verbindung mit dem Folieninateriel oder der Unterlage 60 beschrieben wurdec

Fig. 16 zeigt eine Vielzahl oder ein Bündel von Ha trlxdrähten 66 mit Fasern 50 sowie Matrixteilchen 58 beschicktet vor der Verbindung. Figo 17 zeigt einen BUsasuAeBgesetst^fi Segenstand, der sich aus der Verbindung der beschichteten Drähte 66 mach Fig. 16 ergibt. Genau«e Fig. 17 diffundieren die Drähte 66 suaaiaaen su einer festen kontinuierlichen Masse aus Matrixmaterial 70» wobei die Fasern 50 darin eingebettet u®& parallel zueinander ausgerichtet sind. Bs versteht sieh, dass die SDtrixdrBhte 66 aowi© die ltatrixteilelMn 58 aus Metall oder Plasttkaatrixisates-lal bestehen köanesi. Die

k'unmsn auch »ms elB®®l&*n £ristallwlile1e@^n bestepolykristallin odei? alshtkristallia gtin»

hohe Faserdichto gsggmüber d©ss MatriseeatwiaX f,n ,₉ insbesondere dasia₉ wsrm (Mm ffetrixsi^terial aioht« ist j beispielsweisQ ein Plß@tiSaBÄt®£lal_p kamn ¥©rfslir«ß ¥©rw@aö©t waries. im Faß@rira und

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Hatrixtelichen auf einer Unterlage atsusetsea, Bei Verfahren werden die Peβera und Ma tr ixt;« lichen auf Unterlage in ?orm eines endlosen Bandes abgesetzt, ua FiIa aus Fasern in Vereinigung mit fötr^xteilchen »w Beugen, wonach der FiIn von der unterlag« abgestreift

Fig. 18 zeigt die Durchführung dieses wahlweiften Verfahrens. Ein endloses Band 72 wird durch eine Waise 74 trieben und über eine zweite Waise 7€ sowie eine und vi^tD Waise 76 bzw. 80 in der Flüseigsuspeneion geführt, wonach das Band 72 über die Elektrode 22 gl eitel? eowie über eine fünfte und abschllsseende Wal%® 32 Das Band 72 kann aus Metall bestehen und 1st -vors mit einem Plastikmaterial, beispielsweise Teflon, tet, so daes eich eine öleitfläch« ergibt, γ@η welches abgesetzte Film leicht entfernt wtrien kaim_s

Die Matrizteilchen in der FltieBigeuspaiWiote 17« werden vorzugsweise aus pol yaer lsi er baren und therooplastischexi Stoffen hergestellt, beispielweise au» Polyäthjlea, Polyurethan, Epoxyhaγβ*π und Polyimiöea. Wahlwoiae kaim das in der PlUaelgsuepeneion 17· TOrvesdQte Blu4«lBittol ein polF*i?i1.si*trbere· {feterlal sein.

Ik Betrieb werden die alt Matrixteilol!M|ii gerichteten Paaern'auf dem eich beveg«nd«a BftaA J2 gleichan Weise, wie TorangthtEd richtung Hftoh Fig«, 1 bseefaritfe»»* Fasern und veraisoliteii Metrlxtstlofees gsbundetie« ?lln 84 % wobei ®is.s

Band 72 du?oh äaa Bindersterlel ersi^lt wkgü

b®weguB,g an 'der Walze 82 wiri ies ©bgeao.^D-ÖQ J?-ilss ©4 ©äiaos *?en einer Lampe 86 ter rstf.^xef'oQ_r ee·

trocknen und die Matrixteilchen und/oder das Bindematerial zu polymerisieren und einen zusammenhängenden Film von ausgerichteten Fasern in Einbettung in polymerisiertee Plastikmaterial zu bilden. Die Strahlung der Lampe 86 kann Infra- ·· rot, Ultraviolett oder in anderer Weise polymerisierend sein.

Der polymerisierte Film 84 wird alsdann von dem endlosen Band 72 durch ein Abstreifblatt 88 entfernt und auf einer Aufnahmespule 90 aufgerollt.

Gemäss Fig. 19 können lameliierte Strukturen aus polymer!- siertem Film 84 mit irgendeiner gewünschten Dicke ausgebildet sein, wobei zum leichteren Verständnis lediglich drei Schichten gezeigt sind. Jede Filmschicht 84 umfasst ausgerichtete Fasern 92 in polymerisiertes Matrixmaterial 94 eingebettet. Die Schichten oder Filme 84 werden durch eine Klebemittelschicht 96 miteinander verbunden, welche von gleichem Material wie das Matrixmaterial sein oder aus unterschiedlichem Material bestehen kann.

Bei einem wahlweisen Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 18 können die Matrixteilchen und/oder da« Bindermaterial in dem Film 64« welche auf den sich bewegenden Band 72 abgesetzt sind, partiell durch Strahlung von der Lampe 86 vor der Entfernung durch das Abetrelfblatt 68 polymerisiert werden. Partiell polymerisiorte Filme 84 , können alsdann in Schichten gemüse Fig. 20 ohne Hilfe dee. Klebematerials gestapelt werden, und die Schichtstruktur kann weiter polymerisiert werden, um einen fertiggestellten faserverstärkten Gegenstand gewünschter Dicke zu erBeugen.

Gremäss einem anderen Verfahren kann der auf dem Band 72 abgesetzte Film 84 der Wärme von der Lampe 86 her lediglich zur Entfernung von Lösungsmittel aus dem Bindematerial unterworfen werden, ohne dass entweder das Bindermaterial

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oder die Matrixteilchen polymerisiert werden« Gemäss Fig. 21 kann der Film 84-a nach Entfernung durch das Abstreifblatt 88 aus polymerisierbaren Hatrixteilehen 98 und ausgerichteten Fasern 92 bestehen, die durch Bindematerial . 100 zusammengehalten sind* Die Filme 84-a können in 4er gezeigten Weise aufeinandergestapelt und Värae und Druck ausgesetzt werden., um die Ma tr ix teilchen 98 sü polyaerisieren und das Bindermaterial na zerlegen. Gem&ec Fig. 22 besteht der fertiggestellte Gegenstand aua ausgerichteten Fasern 92, welche in eine Mass« aus polyaierieiertee Matrix·» material 102 eingebettet eind.

Gemäsa einer anderen Durchführungsform des Verfahrens kann die Vorrichtung gemäss Fig. 1 verwendet werden, us Metell«- matrixteilchen in Vermischung mit Fasern auf einer Unterlage abzusetzen, welche aus einem gegenüber den Matrix.·» teilchen unterschiedlichen Material besteht. Danach kann während dee Lamellierungsvorganga daa Ünterlageaaterial durch Vakuumverdampfung im Falle einer Metallunterlage ode? durch thermische Zerlegung la Falle einer plastischen oder nichtmetallischen Unterlage entfernt werden. In des Fall einer metallischen Unterlage können beispielsweise» Aluminluamatrixteilchen und Fasern auf einer Folio aua Blei oder anderem Metall abgesetst werden, das la Vakuum bei niedrigerer Temperatur als das Aluminium verdampft» Sie alt Fas©ra und Aluminiumteilohen beschichteten Bltifolien werdett alsdann aufeinandergestapelt und in einen yakuunofton bracht, wo die gestapelten Schichten Wlrp« und Druck ausgesetet werden. Di· Bleiunterlageschiohteii verdampfen, und der entstehende Danpf wird «bgeeaugt, die Aluminiumteilchen sich durch Diffusionsverbindung su einer festen stetigen Matrix vereinigen, welche dl» ausgerichtete Fasern enthält.

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In dem Falle einer plastischen oder anderen nichtmetallischen Unterlage können ähnliche Verfahrensschritte wie oben beschrieben durchgeführt werden, mit der Ausnahme, dass die Diffusionsverbindung bei Atmoephärendruck ausgeführt werden kann. Unter dem Einfluss von Wärme und Druck zerlegt sich die nichtmetallische Unterlage und verdampft, während die Aluoiniuimnatrixteilchen wiederum eine feste zusammenhängende Matrix bilden, in welche die ausgerichteten Fasern eingebettet

Claims (1)

1. Patentansprüche

   \1.λ Verfahren zur Herstellung von Verbund st of fen. bestehend aus Matrixmaterial und Fasern aus einem anderen Material mit unterschiedlichen Eigenschaften gegenüber denjenigen des Matrixmaterials, wobei die Pasern in jedem Element im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element in einer Schicht mit einer Dicke in> "Mikronbereich ausgebildet wird und dass die Elemente zur Bildung einer selbsttragenden Maase voa wesentlich grösserer Dicke gegenüber derjenigen jedes einzelnen Elementes vereinigt verden.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass da3 Matrixmaterial mit verhältnismäsaig niedriger Festigkeit und die Paeera mit verhältnismäseig hoher Festigkeit hergestellt werden»

   5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch gekennzeichnet , dass die Matrix aus einem Metall und die Fasern aus einer Einkristallstruktur hergestellt werden.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Elemente durch Diffusionsverbindung vereinigt werden.

   5« Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3® dadurch gekennzeichnet,, dass die Matrix Plaetikmaterial enthält und die Elemente durch Kl ebe»naterial vereinigt werden.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch zeichnet, dass die Matrix polymsrisie: enthält und dass in jefiem Element das teilweise polymerisiert wird_s üüzs die El,Gmm.t® % ten gestapelt werden und. &eae t^s PlasüiisiJtels^QtGS'i©! iffii den gestapelten Sahichte?? zv/sg!:e Bilöiüias Gieos ols3©ti©i-5i§©ia

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   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Elemente durch Ansetzen einer Suspension der Fasern in einem FlUssigma d ium hergestellt wird, dass die Suspension einen elektrischen Feld ausgesetzt wird, dass in die Flüssigsuspension eine Unterlage eingebracht wird und das« die Unterlage durch die Flüssigkeit bewegt wird, während das elektrische Feld angelegt ist.

   8. Verfahren nach einen der Ansprüche 1-7» gekennzeichnet durch Vereinigung der Unterlage- und Faserschichten mittels Anwendung von Wärme und Druck,

   9* Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, das3 das Absetzen der Fasern auf den Unterlage schichten das Vermischen τοη Metrixteilchen mit den Fasern und Absetzen der' mit den Fasern vermischten Matrixteilchen auf der Unterlage umfasst.

   10. Verfahren nach einen der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern in jeden Film in wechselnder Richtung parallel zueinander abgeeetst sind.

   11. Verfahren nach einen der Anspruch« 1-10, dadurch gekennzeichnet,, daββ die Matrixteilchen aus polymerieierbarem Material gebildet und die Fasern sowie die Matrixteilchen unter Polymerisierung der Hatrixteilchen vereinigt werden.

   12. Verfahren nach einen der Ansprüche 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern und Matrixteilohen durch teilweise Folymerisierung der Metrixteilchen vereinigt werden und dass bei der Kombinierung der Fasern eine weitere Polymerisation der Matrixteilchen durchgeführt wird. -

   Für Fima TRW IHO. ι

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