DE1940063A1 - Verfahren zur Herstellung eines faserverstaerkten Werkstoffs - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines faserverstaerkten WerkstoffsInfo
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- C22C—ALLOYS
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
Description
Dipl. Ing. C. Wallach , - wg
Dipl. Ing. G. Koch y " & AUG. |969
Dr. T. iSaibach ·
München 2
Kaufingerstr. 8, Tel. 240275
• / . ' 12 172 » H/B
The English laeetric Company Limited, JUondon9 W0Co2>
"Englaad, Sroßtaitannien
Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten
Werkstoffs -
Die Erfindung betrifft'e.iη Verfahren -"zur Herstellung faserverstärkter Werkstoffe ο: Derartige '/erkstoffe werden
norinalerwei,'3e in" der Weise hergestellt^ daß man ein
faser- bzwo fadenförmiges Material mit einem Matrix-Werkstoff
überzieht, und- sodann Stücke Tdsw=, -Abschnitte
dea so überaogensn faden- I)SW0 fa.serförmlgen Ifeterials .;*«
Icompaktiert bs5W„ Terdiob.tet5 um^ das Hatrixmatarial in eine
ausajiimönhängeiide9'koa*tinuieriictie Masse au verv/an»
delno : ::
Bei diesem Yerfahreii muß aas'Jasermaterial mit dem Matrixv/erkstoff
ifoersjogen werden0 Hierzu kann es beisprelswei-■se
notwenai,g sein, Stahldrähte mit Kupfer, zu überziehen,
Das am besten bekannte und beherrschte Verfahren, hierfür
ist die Elektronlattierungo Es hat sich jedoch ergeben* daß
zur. Erßieluiig der erforderlichen Übe3?augsdickQ eine sehr
lange ".eitdauer benötigt wird9 beispielsweise mehrere
Stunden» und ferner■ aucla., daß die^Übörzugsquälität für
die erforderliche Dicke schlecht/ Es sind auch andereVer-
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.: -":-■■:■ BAD ORIGINAL:;
fahren bekannt? beispielsweise dae Hindurchführen des
faden- bzw«, fas einförmigen Mater is le: durch ein Schraeizbsd '
des Matrlx'A.-erfcstof.fai jedoüTa. unterliegen auch diese ΠΓθγ-^
fahreneinschneidenden 3esehränkun.geu und sind, mit iiaeh-- * ^,
teilen behaftete ^ ' .■ -'.-:, :
Die Erfindung 'betrifft aomit ein Terlahren zur IJersteilung
eines faserverstärkten l'Jerkstoff3, b=i welchen ein faden»
baw„ faserförmiges Material mit einem Matrixmaterial'Überzogen und sodann Stücke bswo Zusohaitte des ao iiberzogenen
faden- bswi fasereföamigen Materials kompaktiert bgwo ver~
dichtet werden, um das 2fetrimmaterial in eine^ zusammeahangende
Hasse z-\ '.verwandeln. ' · "." ·
Gemäß der Irfindung ist aur TermeicLuGg der geschilderten.
Ifechteile t'er bekanaten Yez'MbT&a ^orge£>eh8n? daß das
faden«» bssw« fase:i'föTmigs.■■ Material duroh SiektzOphorese
mit dem In Pulverform: vorliegenäeii Matrixv/arkstoff iiber-
zogön wird, / V . ' /
Das ]?asermaterial kann runden oder anderweitigen Querschnitt haben j typisGhfö Beispiele bilden dünner Metall»
draht bzw. Metallband 70naoiier Festigkeit; Bohr- oder
Kohienstoffasern hoher Eeetigkeit und τοη hohem Elasti=
zitiätsiaociulj sowie das" üb 1 icherweis3 als fn.faiskeru
bezeichnete Material? ..d.lic kleine einzelne Kristalle
hoher Oberflächen-» und GitterVolIkonimeiifceit und mit ; ;"
einem gi.'o"ßenρ wenngleich endlichea Yerhäitnis von
Länge/Bu:?chmesser0. ..
Der Matri^aierkstoff kanu metalliseh oder nicht-metallisch,
sein. Daa I'aseiinaterial soll einen/höheren Elaatiaitäts«
ν-.- :".- -Λ': ■ - :.■■■." ."■'■■ -■■'■.■ 'ο -;3.-;;/.-. ■;■■■.
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■".■■■ .■:"■■■- '■ : '---„■/-:'■-
■ ■'"■■■-■■; ^ BADORfQiNAL
modul und eine nähere Elactiaitatsgrenise als der Ma tr ix-»
Werkstoff besitz an, derart, daß "bat einer Belastung des
aus dem verstärkten Werkstoff hergestellten Bauteils oder Gegenstandes dan Fasermateriai den größeren !"!eil de:: Belastung
aui'nimnt, da es dor gleichen Zugspannung wie die
Matrix ausgsse'ist ist..
Das faden- bzv, faser fb'rraige "Hnteria . kann-kontinuierlich
oder äißkOiitinuierlJ-ch vorliegen» "xm letaterea Falle müoseri
die Stücke baw« Abschnitte deB foscrföxmigen feterials
ein hinreichend großes LaugenADickG-^erhältni·? beüitBeüV
um die Bulostuug durch Scherkräfte von cer Matrix auf- .
einander au Ubertragen. Der-Hinfaahhsit
das faden- baw* fasurförriige Ifeterial, gl
ob es kontinuierlich oder diekontiimlerlioh vorliegt,
nachfolgend einfach als "Fnden haw« Fasern" bezeichnet.
Die Zun&hmo des Pestigkeit in einer heotirainiea Iiichtung
in ä,em verstärkten iierkßtcff (im Vergleich zu nicht-Terstärktera
itatrix-v/erlcßtoff von gleicher Formiiebung und Abmessung)
hängt von dem in dieser Hichtun-g ausgerichteten
yolumenahtöil der Fäden bisw. Fasern ab* Itaher kann durch
zueinander parallele Auerichtung der Faden bzw* Fasern
örxeicht;-vreröten, 'daß maximale Zugfestißlreitseigenöchaften
in am yersttirlcten Uerkßtoff in Richtung der Ausrichtung
Fäflfen bevr. Fasern auftreten.
derartige verstärkte '.erkstoife besteht ein veiter ;
;. Bereich von Anwendungßrapglichkeiten» Sine derartige Anv:
vfenduilgeraöglicljkeit ist die Terwenduug für elektrische
Iieiter, welche un^er Belostung eine erhöhte mechanische
besitzen.; insbesondere wo sie hohen (Cemperaturen
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- -. - 4 -■ ■-■-■- ,.: ■■..■■■
ausgesetzt werden müssen, sei es in der späterenVerwendung
oder im.Verlauf der Herstellung (beispielsweise bei Än<=>
Wendung von Hochtempemtui^ehandlunsescbritten zur Verbindung
derartiger Seile). "-■".."
Das erfindungsgeraäße Yei'fstoen eignet sich zur Anwendung
in lallen, wo die Fäden bzwo Fasern elektrisch leitend
sind oder wenigstens eine elektrisch leitende Oberfläche
"besitzenο "Zum Überziehen derFäden bzw. Pasern duroh
"Elektrophorese--wird das Matrix-Material in Pulverform in
■ einer geeigneten irägerflüssigkeit diepergiert, welche
auch einen· Leitfähigkeitszusatz -enthält, derart,. daß,."
ein elektrisch leitendes Bad innerhalb einerjZelleentsteht, mit"dom Faden bzw. der Faser als der einen Elektrode e Mit der uVdlööüng steht eine zweite· Elektrode in
Kontakt,' ein Gleichstrom wird in geeigneter Richtung
zwischen dem Faden (Xnd der zweiten Elektrode durch die
Zelle geleitöto Dies bewiiTkt| daß Mati immaterial zu dem
Faden bzw. der Faser wandert und an dieser haftete Zur
Unterstützung der Haftung kann ein .flüchtiges Bindemittel
zugesetzt sein. . : ■
Der Vorgang der Elektrophorese als solcher ist wohl bekannt und braucht daher hier nicht näher beschrieben* zu
werden. Bezüglich der Erläuterung eines Verfahrens zur
kontinuierlichen umhüllung eines Drahtes auf elektrophoretisch
em V.'ege wird auf die britische Patentschrift 1 114 769 verwiesen *
Vorzugsweise findet ein kontinuierlict.es Überzugsverfahren
Anwendung. Falls der Fadenbsw«, die Feeer in Draht-"oder
Bandform vorliegt, ist die kontinuierliche Herstellung des Überzugs wahrscheinlich sowohl vom Wir-tschaftlichkeits-
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-..'" : ■■■;.■ 'BAP ORJGiNAt
Standpunkt als auch im Hinblick auf die Erzielung eines durchweg gleichmäßigen Überzugs vorteilhafter* In diesem
lalle kann der überzogene Draht bzw« das Band gegebenen"
falls nachträglich auf die gewünschte länge geschnitten werden, bevor er vorbereitend für die Kompaktierungs-
bzw. Yerdiohtungs'behandlung angeordnet wird;» Jedoch können
auch eine oder mehrere bereits geschnittene oder anderweitig hergestellte S'aser-, bzwG Padenlängen nach einem
geeigneten Verfahren überzogen werden, "
Soweit ein kontinuierliches, elektrophoretiscties Überziehen
eines Drahts oder Bandes Anwendung findet9 wird der Draht
bzw» das Band durch das Elektrophoressbad in der Zelle geleitet und kann sodann erhitzt werden, beispielsweise
indem man ihn bzw„ es durch einen Ofen mit einer kontrollierten Atmosphäre leitet, um den Überzug zu sintern": T
und ein eventuell verwendetes Bindemittel zu verflüchtigenQ
Eine derartige Wärmebehandlung wird in der Praxis normalerweise
ein Teil des Verfahrens zum. Überziehen1 der .
Eäden bzwo Bisern sein, nachdem diese mit dem Matrixmaterial
verseilen wurden 9 falls dieses solcherart ist?"
daß es eine Wärmebehandlung erfordert,,
Kachdein die "JPäden bzw;0 Pas er η überzogen, sind., werden sie
konipaktiert oswo verdichtet« Hierzu können verschiedene
Verfahren Anwendung finden.. Ein zweckmäßiges Verfahren
ist die Heiß-Pressung, bei welcher die überzogenen Fäden
bzw. Paa es?α .Ln- dei gewünschten Ausrichtung in einem :
Kompafctierungs- bzw«, Verdichtungsgesertke angeordnet werden. Die Gesonkform ist in einer Kammer eingesöhioseen,
dia air?'ein hohes Vakuum evakuiert-oder mit-.einer geeigneten .(iasatinoSphäre, üblicherweise einem inerten Gas,
gefüllt werden kann. Die Gesenkförm wird In dlοβer Kammer
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- / . BAD
erhitzt und sodann ein geeigneter Kbir.paktiei?ungs~I)i*uck
während einer vorgegebenen Zeit ausgeübt, v/bnach. der
so erhaltene Block aus der Gesenkfarm ausgestoßen v/irdo
Je nach, eier Eörm des Gesenks kann dieser Block eine beliebige
geeignete !Formgebung erhalten... 4Oh0 die Form dea
gewünschten- Gegenstands bsv/0 Bauteils ο ICer in dieser
Weiss hergeiitellte GegenstandIkv/. Bauteil bestellt sodann
aus Längen "bzw*-Stücken äer Päden b.sw5 lasern,, die in
einer Ifesae des Matrixwerkstoffs gemäß der -vorgegebenen
Ausrichtung verteilt ■ eingebettet sine.."
Ein aacersa . sur Kompakliierung geeigr.etss Verfahrens ist
das
Indem man die Dicke des Überzugs wehrend des Überz!eh-Stadiums
den ITeriahrens kontrolliert, kann, der Tolumen·»
anteil der Verstärkungsfaden "bzwo ---fasern im Kiidprodukt
vorbestimmt werden, Die !Dicke kann in "beliebige!? Kweck»
mäßiger 'veiae kontrolliert werden, beiapielsv/eise durch
eütsprechenie iVabl der "Verweildauer der Fäden "bzw*, Taaern
in dem Über?.ugs-Elektrophoreseb3.d, '
Im folgendea v;ird ein JüsfUhrungsTbeispiäl' ö-ss s-^findungsgemäßen
Ter:?al'irens aur"Herstellung eines G-egensiandes
aus einem faserverstärkten Werkstoff bescbrieben.
Eine Stange·, bsVi0 ein Bergen von 100 rmLUnga und 1295
-■ Kantenhöhe v/urde als Verbundbaut ei In bestehend aaa 50
Vol,~^- Stahldräfcten voa 0,25 mn DurcfcnG3aer in einer .
Kupfer-Matrix nach dem folgenden Verfahren Bergesteilts
Ein Stahldraht 7tGher iu^feiii-igkeit von ,"ν?^·ν mm Durch-.
messer v/urdj kontinuierlich mit at^'a IC rotm aeco durch ''." ■-*·'■,.
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■:- ν''; '■'"■' B^DORiGiNAL!
t f ■"*'■ rf ir ι r - >
* f f (."
f r; f- j . ^ t; t %■ t *. ι » ά *
ein Entiettüngsbad aus Aceton und sodann durch, sine
Elefcttöphorese-Zelle gezogenο Die Elefctrophorese-Zelie
eathielt eine SuspenBion, die kontinuierlich, aus einem
gtoßeü.! ständig umgerührten Vorratöbeliälter im Kreislauf
durch äie Blektropiior^^eae-Zeile geführt wurde«
Die SuepehBlon hatte folgende Zusammensetzungs .
500Ό al Aceton
500 g Küpfetpülver (leilGhengröße 0P001 - 0,005 mm)
Ü5 g Äthylsellulöse V
0,2 toi iillcheaure f
Als Kathode in der Zelle diente ein Zylinder ?.us !Titan-Blech;
der durch die Mitte der Zelle geführte Draht bil- ^
dete die Anode, An die Zelle wurde eine Gleichspannung
im Bereich von 200 bis 250 V gelegt,
Xtaoh dem überziehen wurde der Draht durch einen vertikalen
Siliziumoxiä-Hb'hrenofen geleitet, der sich aui einer Temperatur yon 100O0C befand und eine Atmosphäre aus 90 c/i
Stickstoff und 10 Js Vaeeerstoff enthielt* Der Durchmesser
des Überzogenen Drahte betrug Ο»43 mm«,
Der mit Kupfer überzogene Btahldraht würde sodann auf |
Längen yon/100 mm geschnitten. Die Drahtzuechnitte vmrden ?
sodann in eine Hlille aus 0,075 mm dicker Eupferfolie ge- ;
pa'ckt und uur Ausrichtung der Drähte gestoßien bzw. ge- :
•klopft, ·;.■'■.■-;■-._-,.·■■■. ■ . ■ ■ ■ ■■ -,-..■ ]■.
Die' die Drähte enthaltende Umhüllung wurde sodann in . ..].
die Kompalctierungs-G-osenlvform in einer Heißpresse einge- ^
legt» Die Heißpresse bestand aus einer hydraulischen· j
Presse j;die mittels-zweier"entgegengesetzt wirkender *;
Stempel eine Preßkraft von 20 000 kg ausüben konnte; ' ·
"■ " 909887/UlB ■■"$■* ί·:.ν
BAD ORIGINAL
die Preßstempel waren durch Vakuumabdichtungen in eine
Vakuumkammer geführt, wo sie auf das Kompaktierungs-Gesenke einwirktene_ Die Vakuumkammer wurde, auf einen
Druck von IC" \ /"frskuiert und die Gesenkform durch
an den Seiten der Form angeklemmte Heizblöcke auf ene Temperatür von 40O0C erhitzt. Sobald die gewünsch-»; ,
te Temperatur erreicht war, wurde der obere Stempel
in das Gesenk mit einer Kraft von 16 000 kg eingedrücktr
was an dem Stempel von 100 χ 12,5 mm Abmessung einen
Druck von 15 kg/mm'" ergäbe Der Preßdruck wurde eine
Stunde lang aufrecht erhalten; danach wurden der Druck und die Wärme abgeschaltet. Mach dem Abkühlen der Gesenkform wu-rde der.aua dem Verbundwerkstoff bestehende
kompsktier.te Block durch den unteren Stempel aus der
Geaet'ikfprm ausgestoßen«.
Die metallographiBehe Unterauehung eines Querschnitts
durch den Verbundkörper ergab eine Struktur von offensichtlichunbeschädigten Stahldrähten, öie über die
Kupfermatrix verteilt waren* Zwischen den Ginzelnen
lupferüberzügen war keine Grenzfläche feststellbar und
es waren auch nur eine äußerst geringe Porosität wahrnehmbar.
"... ■ . ' ■ -."■■-■
- Patentansprüche -
BAD ORfGINAL
909887/1428
Claims (1)
- Patentans-prücheVerfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Werkstoffs,, bei welchem; ein faden- bzw,, faserförmiges Material mit einem Matrixmaterial überzogen und i3 ο dann in Stücke bzw0 Zuschnitte des so überzogenen faden- bzw» faser förmigen Materials kompaktiert bzw0 verdichtet werden, uin das Matrixmaterial in eine zusammenhängende Masse zu verwandeln, dadurch g e k e η η ze i α \h η e t 9 daß das faden- "bzw., iaserfötmige Material- durch Elektrophorese mit dem in Pulverform vorliegenden Ife.trixv;erk.sto-ff Überzogen wird.2 o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e Ic e η η ζ ei ch η et , · äa£3 das überzogene faden- bzx/, faaerförmige Material vor dem lompaktiererA der Eitücke baw« ~- SuschnittQ erhitzt wird» -3ο Verfahnen nach. Anspruch 2, dadurch g ek e η nzeichnet, daß zur Unterstützung der Haftung des Matrixmateriaig an dem faden- bzw? faserförmigen Ma~ terial während und nach der Elektrophorese-Behandlung ■ .ein ' flüchtiges" bindemittel verwendet Ad.rd„4« Verfahren näöh einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 9 dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t ,' däi3 die Sompaktlerung bzw* Terdichtung durch Pressen in einem Geae-ik erfolgt0 -,""-.'5 ο Verfahren nach eiatm oder mehreren der vorhergehenden Ansp:eücheP da'lurch g e fc e η η ζ e i c h η θ t 9 daß als .faden- bzwO faaer:i'Öj?ffi.:lges Material Stähl vervjendet_wirde909887/1428 ■c^V::^.■;\::"ΐ^;^■^-;■'^^.:l_:i:/ ■;.;■-■_ - ..'■·,-. : -" :.;; ;; bad"örigihal!• - ίο -6„ Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichn et 9 da3 als■ Matrix-7 Jerksto ff Kupfer verwendet v;lrdoBAD ORIGiNAL909887/14 28
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB3760268A GB1212623A (en) | 1968-08-07 | 1968-08-07 | Electrophoretic production of reinforced materials |
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| DE1940063A1 true DE1940063A1 (de) | 1970-02-12 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19691940063 Pending DE1940063A1 (de) | 1968-08-07 | 1969-08-06 | Verfahren zur Herstellung eines faserverstaerkten Werkstoffs |
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|---|---|
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| FR (1) | FR2022117A1 (de) |
| GB (1) | GB1212623A (de) |
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| JPS6121973A (ja) * | 1984-07-10 | 1986-01-30 | 住友電気工業株式会社 | 炭素繊維強化炭素材料の製造方法 |
-
1968
- 1968-08-07 GB GB3760268A patent/GB1212623A/en not_active Expired
-
1969
- 1969-08-06 DE DE19691940063 patent/DE1940063A1/de active Pending
- 1969-08-07 FR FR6927187A patent/FR2022117A1/fr not_active Withdrawn
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| US6752056B1 (en) | 1999-06-10 | 2004-06-22 | Weber Maschinenbau Gmbh & Co. Kg | Intercalated sheet feeding device for a cold cuts slicer |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1212623A (en) | 1970-11-18 |
| FR2022117A1 (de) | 1970-07-31 |
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