DE19504743A1 - Prodn. of carbon@ fibre-reinforced glass composite with low density and porosity, used in aerospace, car or electrical industry - Google Patents

Prodn. of carbon@ fibre-reinforced glass composite with low density and porosity, used in aerospace, car or electrical industry

Info

Publication number
DE19504743A1
DE19504743A1 DE19504743A DE19504743A DE19504743A1 DE 19504743 A1 DE19504743 A1 DE 19504743A1 DE 19504743 A DE19504743 A DE 19504743A DE 19504743 A DE19504743 A DE 19504743A DE 19504743 A1 DE19504743 A1 DE 19504743A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
further characterized
prepreg
composite
glass
silica
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19504743A
Other languages
German (de)
Inventor
Stanislav Serguevic Solntsev
Igor Vladimirovic Nadtoka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Group SAS
VIAM ALL
All Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials
Original Assignee
Airbus Group SAS
VIAM ALL
All Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Airbus Group SAS, VIAM ALL, All Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials filed Critical Airbus Group SAS
Publication of DE19504743A1 publication Critical patent/DE19504743A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C03C14/002—Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of fibres, filaments, yarns, felts or woven material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/16—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay
    • C04B35/18—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on silicates other than clay rich in aluminium oxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/02—Fibres; Filaments; Yarns; Felts; Woven material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2214/00—Nature of the non-vitreous component
    • C03C2214/02—Fibres; Filaments; Yarns; Felts; Woven material
    • C03C2214/03—Fibres; Filaments; Yarns; Felts; Woven material surface treated, e.g. coated

Abstract

Prepn. of a composite with a vitreous matrix reinforced with continuous C fibres comprises forming the matrix by applying a dense vitreous coating to the fibres. The coating is based on a glaze slip with a pH greater than 9, which contains a colloidal SiO2 soln. (I) and glass particles (II) with a high SiO2 content. (II) have the required ability to crystallise and consist of the SiO2-Al2O3B2O3 system, with a SiO2 content of over 90 wt.% and B2O3/Al2O3 wt. ratio of at least 26. Also claimed is the composite per se.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, die durch Endlos-Kohlenstoffasern ver­ stärkt sind und eine dichte glasartige Matrix aufweisen.The invention relates to a process for the preparation of composites made by continuous carbon fibers ver are strengthened and have a dense vitreous matrix.

Die Verbundwerkstoffe mit glasartiger oder glaskeramischer Ma­ trix und mit faserartiger Verstärkung aus Endlos-Kohlenstoff­ fasern können in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindu­ strie und auch in der Elektrotechnik eingesetzt werden, um Bauteile von Raumfahrzeugen, Wärmeschilder, Ausrüstungsteile für Laser und Teleskope, widerstandsfähige Teile zum Gebrauch in Einheiten, die reibenden Bewegungen unterworfen sind, oder Heizungselemente herzustellen, das heißt Bauteile, die unter Bedingungen verwendet werden, unter denen die polymeren Mate­ rialien nicht lange funktionsfähig bleiben oder wo der Einsatz von Metallen zu einer Gewichtserhöhung des realisierten Auf­ baus führt.The composites with vitreous or glass-ceramic Ma trix and with fibrous reinforcement made of endless carbon Fibers can be used in aerospace, the automotive industry and also used in electrical engineering to Components of spacecraft, heat shields, equipment for lasers and telescopes, resistant parts for use in units subjected to rubbing movements, or To produce heating elements, that is, components under Conditions are used, under which the polymeric Mate rials do not stay functional for long or where the use is of metals to an increase in weight of the realized up construction leads.

Die Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen nach den heutigen Techniken sind in den folgenden Veröffentlichungen beschrieben:The processes for the production of composites according to the Today's techniques are in the following publications described:

  • - R.A.J. Sambell, A. Briggs, D.C. Phillips, D.H. Bonen "Carbon fiber composites with ceramic and glass matrices", J. of Ma­ ter. Sci. 2, (1972), Seiten 676 bis 681; - R.A.J. Sambell, A. Briggs, D.C. Phillips, D.H. Bonen "Carbon fiber composites with ceramic and glass matrices ", J. of Ma ter. Sci. 2, (1972), pages 676 to 681;  
  • - Levitt "High-strength graphite fibre/lithium aluminosilicate composites", J. of Mater. Sci. 8, (1973), Seiten 793 bis 806;- Levitt "High-strength graphite fiber / lithium aluminosilicate Composites, J. of Mater, Sci., 8, (1973), pages 793-806;
  • - K.M. Prewo, T.T. Brennan, G.K. Layden "Fiber reinforced glasses and glass-ceramics for high performance applications", Am. Ceram. Bull., 65 (2), (1986), Seiten 305 bis 322.K.M. Prewo, T.T. Brennan, G.K. Layden "fiber reinforced glasses and glass-ceramics for high performance applications ", At the. Ceram. Bull., 65 (2), (1986), pages 305 to 322.

Das Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen durch Im­ prägnierung einerEndlos-Kohlenstoffaser mittels eines Schlic­ kers, der Glaspartikeln beinhaltet, umfaßt die Schritte, die daraus bestehen, eine Verstärkungsfaser durch einen Schlicker hindurchzuziehen, der darin verteilte Glaspartikel, ein orga­ nisches Bindemittel und ein Lösungsmittel beinhaltet, ein kon­ tinuierliches Aufwickeln der Endlos-Kohlenstoffaser auf eine Trommel auszuführen, um ein unidirektionales Prepreg zu erhal­ ten, das resultierende Prepreg einer Trocknung zu unterwerfen, um das Lösungsmittel zu eliminieren und dem Produkt seine Wi­ derstandsfähigkeit zu verleihen. Das erhaltene Prepreg wird anschließend zugeschnitten. Dann werden unidirektionale Pre­ pregs mit verschiedenen Orientierungen der Verstärkungsfaser aufeinandergeschichtet. Wenn die Prepregs aufeinandergeschich­ tet sind, wird das temporäre Bindemittel durch eine thermische Behandlung eliminiert, wonach die Prepregs in einer inerten Atmosphäre oder unter Vakuum einem Warmpreßvorgang unterworfen werden.The process for producing composites by Im impregnation of an endless carbon fiber by means of a Schlic kers, which includes glass particles, comprises the steps that consist of a reinforcing fiber through a slurry pull through, the glass particles distributed therein, an orga nisches binder and a solvent, a kon continuous winding of the endless carbon fiber on one Drum to obtain a unidirectional prepreg to subject the resulting prepreg to drying, to eliminate the solvent and give the product its Wi to confer durability. The resulting prepreg is then tailored. Then unidirectional pre pregs with different orientations of the reinforcement fiber stacked. When the prepregs are stacked tet, the temporary binder is a thermal Treatment is eliminated, after which the prepregs in an inert Atmosphere or under vacuum subjected to a hot pressing become.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Materialien weisen ei­ ne geringe Dichte oder volumenbezogene Masse und eine erhöhte Bruchfestigkeit auf.The materials produced by this method have egg ne low density or volume-related mass and increased Breaking strength on.

Allerdings besitzt ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen folgende Probleme:However, such a method of production has of composite materials the following problems:

  • - beträchtliche Erhöhung der Temperatur des Warmpreßvorgangs von 1000°C auf 1600°C aufgrund der erhöhten Thermostabilität der glasartigen Matrix;- Significant increase in the temperature of the Hotpreßvorgangs from 1000 ° C to 1600 ° C due to the increased thermal stability the glassy matrix;
  • - Verwendung von organischen Verbindungen und Notwendigkeit, diese zu eliminieren;- Use of organic compounds and need to to eliminate them;
  • - Restporosität der resultierenden Materialien von 2% bis 6%; Residual porosity of the resulting materials from 2% to 6%;  
  • - erschwerte Beherrschung des Verstärkungsfasergehaltes in den Proben, die aus Verbundwerkstoffen bestehen.- Difficult mastery of the reinforcement fiber content in the Samples consisting of composite materials.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von glaskeramischen Verbundwerkstoffen ist in den folgenden Veröffentlichungen be­ schrieben:Another method for the production of glass ceramic Composites is in the following publications be wrote:

  • - A.K. Hude "Fibre reinforced glass and ceramic composites", GEC. Journal of research, 6 (1), (1988), Seiten 44 bis 49;- A.K. Hude "Fiber reinforced glass and ceramic composites", GEC. Journal of research, 6 (1), (1988), pages 44 to 49;
  • - Walker et al., Am. Cer. Soc. Bull. 62 (8), (1983), Seiten 916 bis 923;Walker et al., Am. Cerium. Soc. Bull. 62 (8), (1983), p 916 to 923;
  • - Rice, Mat. Res. Soc. Sym. Proc., 32 (1984), Seiten 337 bis 345; und- Rice, Mat. Res. Soc. Sym. Proc., 32 (1984), pages 337 to 345; and
  • - Lannutty Clark et al., Mat. Res. Soc. Sym. Proc., 32 (1984), Seiten 369 bis 375 und Seiten 375 bis 381.Lannutty Clark et al., Mat. Res. Soc. Sym. Proc., 32 (1984), Pages 369 to 375 and pages 375 to 381.

Dieses Verfahren umfaßt die Schritte, eine Verstärkungsfaser durch eine kolloidale Sol-Gel-Lösung hindurchzuziehen, sie zum Trocknen aufzuwickeln oder aufeinanderzuschichten und sie dann zu imprägnieren. Die Imprägnierung kann mehrmals wiederholt werden.This method comprises the steps of a reinforcing fiber through a colloidal sol-gel solution, they to Wind up or laminate and then layer them to impregnate. The impregnation can be repeated several times become.

Das Problem bei diesem Verfahren besteht in der Tatsache, daß der Trocknungsvorgang des Prepregs (Hydrolyse, Pyrolyse) zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mit geringer Porosität ohne Risse langwierig und aufwendig ist. Die erhöhte Porosität der durch dieses Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffe ist in der Rißbildung der auf der Grundlage von kolloidalen Lösungen erhaltenen Gele während der Verdampfung des Alkohols bei der Trocknung begründet. Wenn die Faser im feuchten Zustand lami­ niert wird, besteht während der Behandlung der Faser die Ge­ fahr, daß sich die Lösung aufgrund der Luftfeuchtigkeit hydro­ lysiert und daß ihre Viskosität modifiziert wird. Außerdem treten während der thermischen Behandlung Spannungen aufgrund der räumlichen Umgruppierung der Faser auf, und es resultiert eine Relaxation der Spannungen, die sich im Auftreten von Riß­ bildung und von Porosität in den Verbundwerkstoffen manife­ stiert. Folglich weisen die nach diesem Verfahren hergestell­ ten Materialien keine ausreichende Dichte auf, und ihre Poro­ sität beträgt 20 Vol.-%.The problem with this method is the fact that the drying process of the prepreg (hydrolysis, pyrolysis) for Production of composites with low porosity without Tear is tedious and elaborate. The increased porosity of Composite materials produced by this process is known in cracking on the basis of colloidal solutions obtained gels during the evaporation of the alcohol in the Drying justified. When the fiber is in the wet state lami During the treatment of the fiber, the Ge exists driving, that the solution hydro due to the humidity lysed and that their viscosity is modified. also tensions occur during the thermal treatment the spatial rearrangement of the fiber, and it results a relaxation of the stresses resulting in the occurrence of crack formation and porosity in the composite materials stares. Consequently, the manufactured according to this method  materials have insufficient density, and their poros sity is 20% by volume.

Um eine verlängerte Trocknung zu vermeiden, haben die Erfinder (siehe Patent EP 0 125 772) vorgeschlagen, einen Warmpreßvor­ gang als späteren Schritt auszuführen. Allerdings weiß der Fachmann, daß die Gläser und die Keramiken, die durch die Sol- Gel-Technologie hergestellt werden, eine erhöhte Kristallisa­ tionsfähigkeit aufweisen, was auf die Verfestigung der Matrix des Verbundmaterials eine ungünstige Wirkung hat und die Her­ stellung eines Materials mit geringer Porosität verhindert. Es ist daher notwendig, dem in der Patentanmeldung EP 0 322 295 beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen ganz besondere Aufmerksamkeit zu schenken.To avoid prolonged drying, the inventors have (see patent EP 0 125 772) proposed a hot press to do it later. However, he knows Skilled in the art that the glasses and the ceramics produced by the sol- Gel technology to be produced, an increased crystallisa tion capability, indicating the solidification of the matrix the composite material has an adverse effect and the Her position of a material with low porosity prevented. It is therefore necessary to that in the patent application EP 0 322 295 described method for the production of composite materials to pay special attention.

Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß, wenn die Sol-Gel-Technologie und der Warmpreßvorgang zur Herstellung eines Materials verwendet werden, das Verstärkungsfasern und eine glasartige oder keramische Matrix auf der Basis von Sili­ ciumoxid beinhaltet, die vorzeitige Kristallisation des die Matrix bildenden Gels durch Zugabe eines Kristallisationsver­ zögerungsmittels, wie Boranhydrid, in das Sol verzögert wird.This method is characterized in that when the Sol-gel technology and the hot pressing process for the production a material used, the reinforcing fibers and a glassy or ceramic matrix based on sili cium oxide involves the premature crystallization of the Matrix-forming gel by adding a crystallization ver retardant, such as borane hydride, is retarded into the sol.

Allerdings ist ein Problem dieses Verfahrens in der Tatsache begründet, daß die Restporosität des resultierenden Verbundma­ terials nicht geringer als 5% bis 10% ist. Zudem gewährleistet die temporäre Unterdrückung der Kristallisation im Stadium der Herstellung nicht die Stabilität der Kristallisation des Mate­ rials während seiner weiteren Verwendung.However, one problem with this procedure is the fact justified that the residual porosity of the resulting Verbundma terials is not less than 5% to 10%. In addition, guaranteed the temporary suppression of crystallization at the stage of Do not produce the stability of the crystallization of the mate rials during its further use.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit Endlos-Kohlenstoffasern und einer glasartigen Matrix, das die Erzielung eines Verbundwerkstoffs erlaubt, der eine Dichte von weniger als 2,2 g/cm³ (2200 kg/m³), eine Porosität unter 2 Vol.-% sowie eine Gesamtheit von vorteilhaften, reproduzierbaren physikalisch-chemischen und mechanischen Eigenschaften auf­ weist, sowie die Bereitstellung eines Verbundwerkstoffs mit den genannten Eigenschaften zugrunde.The invention is the provision as a technical problem a method for producing a composite with Endless carbon fibers and a glassy matrix that the Achieving a composite that allows a density of less than 2.2 g / cm³ (2200 kg / m³), a porosity below 2% by volume and a whole of advantageous, reproducible physicochemical and mechanical properties  and the provision of a composite material based on the properties mentioned.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Verbundwerkstoff mit den Merkma­ len des Anspruchs 10 oder 11 gelöst. Verfahrensgemäß erfolgt die Bildung der glasartigen Matrix des Verbundwerkstoffs unter Umhüllung der Endlos-Kohlenstoffasern mit einem glasartigen Überzug. Dieser Überzug wird unter Verwendung eines Glasur­ schlickers erhalten.This problem is solved by a procedure with the characteristics of Claim 1 and by a composite material with Merkma len of claim 10 or 11 solved. According to the procedure the formation of the glassy matrix of the composite below Enveloping the endless carbon fibers with a glassy Coating. This coating is made using a glaze received slip.

Die vorgeschlagene Technik erlaubt es, die charakteristischen Schwierigkeiten des erwähnten Standes der Technik zu vermei­ den, und sie erlaubt die Herstellung eines Verbundwerkstoffs, der eine geringe Porosität aufweist.The proposed technique allows the characteristic To avoid difficulties of the mentioned prior art and it allows the production of a composite material, which has a low porosity.

Die Erfindung stellt damit ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit glasartiger Matrix, die durch Endlos- Kohlenstoffasern verstärkt ist, bereit, das charakteristi­ scherweise den Schritt beinhaltet, die glasartige Matrix des Verbundwerkstoffs durch Anbringen eines dichten glasartigen Überzugs über die Verstärkungsfasern auf der Grundlage eines Glasurschlickers mit einem pH-Wert größer als 9 zu bilden, der eine kolloidale Lösung aus Siliciumoxid sowie Glaspartikel mit einem hohen Siliciumoxidgehalt beinhaltet, wobei die Partikel eine auf das benötigte Maß eingestellte Kristallisationsfähig­ keit besitzen und hierbei aus dem System SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ ausge­ wählt werden, mehr als 90 Gew.-% SiO₂ beinhalten und ein Ge­ wichtsverhältnis von B₂O₃/Al₂O₃ von mindestens 26 aufweisen.The invention thus provides a method for producing a Composite material with vitreous matrix, which is formed by continuous Carbon fibers is reinforced, ready to characteristi The step involves, the glassy matrix of the Composite by attaching a dense glassy Coating over the reinforcing fibers on the basis of a Glazeschlickers having a pH greater than 9 to form the a colloidal solution of silica and glass particles with includes a high silica content, wherein the particles a crystallization grade adjusted to the required level own and in this case out of the system SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ are selected, more than 90 wt .-% SiO include and Ge weight ratio of B₂O₃ / Al₂O₃ of at least 26 have.

Das Verfahren zur Bildung eines derartigen Überzugs umfaßt in Ausgestaltung der Erfindung folgende Schritte:The process for forming such a coating comprises in Embodiment of the invention, the following steps:

  • - Anbringen eines porösen Überzugs aus Glas über die Endlos- Kohlenstoffasern auf der Grundlage eines Glasurschlickers;Applying a porous coating of glass over the endless Carbon fibers based on a glaze slip;
  • - Erzeugen einer dichten Struktur aus dem glasartigen Überzug über den Matten, die durch in Form bringen, Trocknung und Zu­ schneiden des auf diese Weise gewonnenen Prepregs erzielt wer­ den, indem auf diesen ein Überzug auf der Grundlage eines Gla­ surschlickers angebracht wird, der die gleiche Zusammensetzung wie zuvor aufweist, wobei dieser Überzug nach dem Stapeln die­ ser Matten einen in das halbfertige Verbundprodukt eingelager­ ten Überzug bildet;- Creating a dense structure of the glassy coating over the mats that get in shape, drying and closing cut the obtained in this way prepreg who achieved  by applying to this a coating on the basis of a Gla surschlickers attached, which has the same composition as before, this coating after stacking the These mats are embedded in the semi-finished composite product forming a coating;
  • - Trocknen des dichten Überzugs aus Glas auf dem halbfertigen Verbundprodukt durch eine schrittweise thermische Behandlung bei einer geringen Temperatur.- Dry the thick coating of glass on the half-finished Composite product by a stepwise thermal treatment at a low temperature.

Genauer umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren in dieser vor­ teilhaften Ausgestaltung folgende Schritte:More specifically, the method of the invention comprises in this prior Advantageous embodiment, the following steps:

  • - Herstellen eines Glasurschlickers, der eine kolloidale Lö­ sung aus Siliciumoxid und Partikel aus einem Glas mit hohem Siliciumoxidgehalt beinhaltet und eine auf das benötigte Maß eingestellte Kristallisationsfähigkeit besitzt;- Making a glaze slip containing a colloidal Lö silica and high-glass particles Silica content includes and one to the required degree has set crystallizability;
  • - Stabilisieren des hygroskopischen Verhaltens der Verstär­ kungsfasern;- stabilizing the hygroscopic behavior of the amplifiers kung fibers;
  • - Anbringen eines Überzugs auf der Grundlage des Glasurschlic­ kers auf den Verstärkungsfasern;- Applying a coating based on the glaze Schlic kers on the reinforcing fibers;
  • - Bilden eines Prepregs;- forming a prepreg;
  • - Trocknen des Prepregs;- drying the prepreg;
  • - Zuschneiden des Prepregs, um Matten zu bilden;- cutting the prepreg to form mats;
  • - Anbringen eines Überzugs auf der Grundlage des Glasurschlic­ kers auf den erhaltenen Matten des Prepregs;- Applying a coating based on the glaze Schlic kers on the resulting mats of the prepreg;
  • - Stapeln der überzogenen Matten des Prepregs, um ein halbferti­ ges Verbundprodukt herzustellen, das eingelagerte Gla­ surschichten beinhaltet;- Stack the coated mats of the prepreg to a semi-finished produce composite product, the stored Gla covers;
  • - schrittweises thermisches Behandeln des halbfertigen Ver­ bundprodukts bei einer niedrigen Temperatur; undStepwise thermal treatment of the semifinished Ver bund product at a low temperature; and
  • - Warmpressen des auf diese Weise behandelten halbfertigen Verbundprodukts.- Hot pressing of the semi-finished treated in this way Composite product.

In dem Glasurschlicker beträgt das Gewichtsverhältnis der kol­ loidalen Siliciumoxidlösung zu den Partikeln aus einem Glas mit hohem Siliciumoxidgehalt vorzugsweise 1 : 5 bis 1 : 1. In the glaze slip, the weight ratio of the col loidal silica solution to the particles from a glass high silica content preferably 1: 5 to 1: 1.  

Vorteilhafterweise beinhaltet der Glasurschlicker eine kolloi­ dale Siliciumoxidlösung, die bis zu 25 Gew.-% SiO₂ und ein Pulver aus einem Glas mit hohem Siliciumoxidgehalt enthält, das eine auf das benötigte Maß eingestellte Kristallisations­ fähigkeit sowie eine Oberflächenkennzahl aufweist, die nicht über 1,2 m²/g hinausgeht.Advantageously, the glaze slip contains a colloid dale silica solution containing up to 25 wt .-% SiO and a Contains high-silica glass powder, the one set to the required degree of crystallization ability and a surface code that does not exceeds 1.2 m² / g.

Die Verwendung eines Pulvers aus einem Glas mit hohem Sili­ ciumoxidgehalt, das die auf das benötigte Maß eingestellte Kristallisationsfähigkeit aufweist, in dem System SiO₂-Al₂O₃- B₂O₃, das mehr als 90 Gew.-% SiO₂ beinhaltet und ein Gewichts­ verhältnis von B₂O₃/Al₂O₃ nicht unter 26 aufweist, erlaubt die Einbringung von Bor in die glasartige Struktur und die Bildung von Si-O-B-Bindungen.The use of a powder of a high Sili glass cium oxide content, which adjusted to the required level Crystallizability, in the system SiO₂-Al₂O₃- B₂O₃, which contains more than 90 wt .-% SiO and a weight ratio of B₂O₃ / Al₂O₃ not below 26, allows the Introduction of boron into the vitreous structure and formation of Si-O-B bonds.

Die verwendeten Endlos-Kohlenstoffasern bestehen vorteilhaf­ terweise aus Fasern der Gruppe, die "ex-PAN" (PAN = Polyacryl­ nitril) genannt wird, das heißt aus Fasern, die auf der Grund­ lage von Polyacrylnitril erhalten werden.The endless carbon fibers used are advantageous from fibers of the group comprising "ex-PAN" (PAN = polyacryl nitrile) is called, that is from fibers, on the reason position of polyacrylonitrile can be obtained.

In jedem Fall können die verwendeten Endlos-Kohlenstoffasern zum Beispiel die Form von Litzen, Streifen oder unidirektiona­ len Matten, von einzelnen Fäden oder von Geweben aufweisen.In any case, the endless carbon fibers used can for example, the form of strands, strips or unidirectiona len mats, of individual threads or tissues.

Vorteilhafterweise werden die Mengen von Kohlenstoffasern und Glasurschlicker derart ausgewählt, daß der Gehalt an Verstär­ kungsfasern in dem erzielten Verbundwerkstoff zwischen 20 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt.Advantageously, the amounts of carbon fibers and Glaze slip so selected that the content of ampl fibers in the obtained composite material between 20 Vol .-% and 50 vol .-% is.

Die Stabilisierung des hygroskopischen Verhaltens der Kohlen­ stoffasern wird vorteilhafterweise durch thermische Behandlung an Luft bei einer Temperatur von 50°C bis 80°C während 2 Stun­ den bis 5 Stunden bewirkt.The stabilization of the hygroscopic behavior of the coals Fabric fibers is advantageously by thermal treatment in air at a temperature of 50 ° C to 80 ° C for 2 hours which causes up to 5 hours.

Die Verwendung eines Glasurschlickers, der Partikel aus einem Glas mit hohem Siliciumoxidgehalt, wie sie oben definiert sind, besonders in Form von Pulver, sowie eine kolloidale Si­ liciumoxidlösung beinhaltet, erlaubt es:The use of a glaze slip, the particles of a High silica glass as defined above  are, especially in the form of powder, as well as a colloidal Si contains licium oxide solution, it allows:

  • - Aufgrund der erhöhten Haftung des Glasurschlickers, die durch das stabilisierte hygroskopische Verhalten der Faser­ oberfläche erzeugt wird, und aufgrund der Beweglichkeit der Partikel aus kolloidalem, hydriertem Siliciumoxid sowie der verteilten Partikel aus Glas vom Borsilicat-Typ mit hohem Si­ liciumoxidgehalt einen porösen Überzug aus Glas auf jedem ein­ zelnen Faden aus Kohlenstoffaser anzubringen; und- Due to the increased adhesion of the glaze slip, the by the stabilized hygroscopic behavior of the fiber surface is generated, and due to the mobility of the Particles of colloidal, hydrated silica and the dispersed borosilicate-type glass particles of high Si licium oxide contains a porous coating of glass on each one to apply a single thread of carbon fiber; and
  • - ein Prepreg, das eine Widerstandsfähigkeit aufweist, die seine weitere Behandlung erlaubt, dank des "Sol-Gel"-Übergangs während der Trocknung an Luft in Form zu bringen.a prepreg having a resistance which his further treatment, thanks to the "sol-gel" transition during drying in the form of air.

Der Sol-Gel-Übergang wird durch die Partikel aus kolloidalem hydriertem Siliciumoxid hervorgerufen. Während der Herstellung des halbfertigen Verbundproduktes wird eine Einlagerungs­ schicht, die auf der Grundlage eines Glasurschlickers mit der gleichen Zusammensetzung erhalten wurde, auf den Matten des Prepregs angebracht. Die Stapelung der Matten des Prepregs wurde mit verschiedenen Orientierungen der Verstärkungsfasern gemäß den Schichten ausgeführt. Der Gehalt an Verstärkungsfa­ sern wird sowohl im Stadium der Anbringung des porösen Über­ zugs auf der Grundlage des Glasurschlickers auf den Kohlen­ stoffasern durch die Bedingungen oder die Art des Aufwickelns und die technologischen Eigenschaften des Glasurschlickers als auch im Stadium der Herstellung des halbfertigen Verbundpro­ duktes gelenkt bzw. gesteuert.The sol-gel transition is due to the colloidal particles hydrogenated silica caused. During manufacture of the semi-finished composite product becomes a storage layer based on a glaze slip with the same composition was obtained on the mats of the Prepregs attached. The stacking of the mats of the prepreg was made with different orientations of the reinforcing fibers according to the layers. The content of reinforcing fiber is both at the stage of attachment of the porous over on the basis of the glaze slip on the coals fabric fibers by the conditions or the type of winding and the technological properties of the glaze slip as also at the stage of production of the semi-finished composite pro ducted or controlled.

Die schrittweise thermische Behandlung des halbfertigen Ver­ bundproduktes wird vorteilhafterweise an Luft bei einer Tempe­ ratur von 20°C bis 250°C mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 5°C/h bis 50°C/h durchgeführt, wobei bei jedem Schritt während 1 Stunde bis 5 Stunden angehalten wird.The stepwise thermal treatment of the half-finished Ver Bundproduktes is advantageously in air at a Tempe temperature of 20 ° C to 250 ° C with a heating rate from 5 ° C / h to 50 ° C / h, with each step for 1 hour to 5 hours.

Die Adsorption von Partikeln des Glases aus kolloidalem Sili­ ciumoxid an der Oberfläche der Glaspartikel vergrößert die Kontaktoberfläche zwischen diesen Partikeln, was eine Verrin­ gerung der Temperatur des Warmpreßvorgangs für die Herstellung eines dichten Verbundwerkstoffs, d. h. eines solchen, der eine sehr geringe Porosität aufweist, zur Folge hat, ohne seine Be­ triebstemperatur herabzusetzen.Adsorption of Particles of Glass from Colloidal Sili cium oxide on the surface of the glass particles enlarges the Contact surface between these particles, what a verrin  the temperature of the hot pressing process for the production a dense composite, d. H. one that has one has very low porosity, without having its Be reduce operating temperature.

Das Warmpressen wird im Prinzip unter einem inerten Gas oder unter Vakuum ausgeführt, und die Parameter dieses Preßvorgangs können wie folgt gewählt sein: eine Temperatur von 1000°C bis 1300°C, eine Dauer von 5 Minuten bis 60 Minuten und ein Druck von 4 MPa bis 28 MPa.The hot pressing is in principle under an inert gas or carried out under vacuum, and the parameters of this pressing process may be chosen as follows: a temperature of 1000 ° C to 1300 ° C, a duration of 5 minutes to 60 minutes and a pressure from 4 MPa to 28 MPa.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt:The method according to the invention allows:

  • - Einen dichten Verbundwerkstoff (mit einer Porosität unter 2 Vol.-%) wie jenen zu erzielen, der in der oben zitierten Ver­ öffentlichung von R.A.J. Sambell et al. beschrieben ist;- A dense composite material (with a porosity below 2 % By vol.) Such as that described in the above cited Ver Publication of R.A.J. Sambell et al. is described;
  • - eine Gesamtheit von physikalisch-chemischen und mechanischen Eigenschaften zu gewährleisten, die von einer Verbundwerk­ stoffprobe zur anderen reproduzierbar ist;- a set of physical-chemical and mechanical To ensure characteristics of a composite substance sample to the other is reproducible;
  • - eine glasartige Matrix aus dichtem und amorphem Verbundwerk­ stoff, die durch Kohlenstoffasern verstärkt ist, bei viel niedrigeren Temperaturen als nach dem Stand der Technik zu er­ zielen, was es erlaubt, unter besseren Bedingungen zu arbei­ ten;- A glassy matrix of dense and amorphous composite fabric reinforced by carbon fibers, at much lower temperatures than in the prior art to him aim at what makes it possible to work in better conditions th;
  • - eine erneute Imprägnierung des Prepregs und ein erneutes Ab­ brennen zur Eliminierung des temporären Bindemittels zu ver­ meiden;- a new impregnation of the prepreg and a renewed Ab burn to eliminate the temporary binder avoid;
  • - die Verwendung von fremden organischen Bindemitteln zu ver­ meiden, wobei auf diese Weise die Gefahr reduziert wird, daß Restverunreinigungen in dem Prepreg verbleiben.- the use of foreign organic binders ver avoid, thereby reducing the risk that Residual impurities remain in the prepreg.

In dem erhaltenen Verbundwerkstoff kann der Gehalt an Fasern insbesondere zwischen 20 Vol.-% und 50 Vol.-% betragen.In the resulting composite, the content of fibers in particular between 20% by volume and 50% by volume.

Die folgenden Beispiele dienen dazu, die vorstehende Beschrei­ bung und die obigen Ausführungen zu veranschaulichen, ohne daß sie den Umfang der Erfindung oder die Wahl der verwendbaren Materialien einschränken sollen.The following examples serve to explain the above description and the above explanations, without They the scope of the invention or the choice of usable To limit materials.

Beispiel 1Example 1

Es wird ein Glasurschlicker hergestellt, indem das Pulver aus Glas mit hohem Siliciumoxidgehalt des Systems SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ (Gehalt an SiO₂ über 90 Gew.-%; Gewichtsverhältnis von B₂O₃ zu Al₂O₃ nicht unter 26) zu destilliertem Wasser hinzugegeben und der resultierende wäßrige Schlicker unter Verwendung von klei­ nen Kugeln aus Aluminiumoxid während 8 Stunden gemischt wird, wobei die Bestandteile in den Gewichtsverhältnissen von 1 : 2 : 0,5 vorliegen. Nach dem Mischen wird das überschüssige Wasser durch Filtration unter Vakuum eliminiert. Es wird eine kolloidale Lösung aus Siliciumoxid (Gehalt an SiO₂ nicht über 25 Gew.-%, pH-Wert über 9) zu dem resultierenden Gemisch hin­ zugefügt, und unter Verwendung von kleinen Aluminiumoxidkugeln wird während 24 Stunden erneut gemischt. Der Gehalt an kleinen Aluminiumoxidkugeln beträgt 10 Gew.-% in bezug auf das Gewicht der gemischten Bestandteile. Es werden 100 ml der kolloidalen Lösung aus Siliciumoxid für 70 g des Pulvers aus Glas verwen­ det. Vor dem Anbringen des Glasurschlickers wird ein Sieb mit einer Maschenweite von 0,27 mm (0056 Maschenweite) quer hin­ durchgeführt.A glaze slip is made by removing the powder High silica glass of the system SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ (Content of SiO over 90 wt .-%, weight ratio of B₂O₃ to Al₂O₃ not under 26) are added to distilled water and the resulting aqueous slurry using Klei alumina balls are mixed for 8 hours, wherein the components in the weight ratios of 1: 2: 0.5. After mixing, the excess becomes Water eliminated by filtration under vacuum. It will be one Colloidal solution of silicon oxide (content of SiO not over 25% by weight, pH above 9) to the resulting mixture added, and using small alumina balls is remixed for 24 hours. The content of small Alumina balls is 10% by weight by weight of the mixed ingredients. There are 100 ml of colloidal Use solution of silica for 70 g of the glass powder det. Before attaching the Glazeschlickers a sieve with a mesh width of 0.27 mm (0056 mesh) across carried out.

Eine Litze aus Kohlenstoffasern (5000 Fäden in einer Litze mit einer Dichte von 1,73 g/cm³ und einem Elastizitätsmodul von 230 GPa) wird an Luft bei einer Temperatur von 50°C während 5 Stunden thermisch behandelt. Auf der Litze aus Endlos- Kohlenstoffasern wird ein poröser Überzug angebracht, wobei durch Aufwickeln ein unidirektionales Prepreg gebildet wird. Vor dem Aufwickeln wird die Litze aus Kohlenstoffasern mit stabilisiertem hygroskopischem Verhalten quer durch ein Gla­ surschlickerbad hindurchgeführt. Die Litze wird auf einen hexagonale oder zylindrische Trommel aufgewickelt. Der Wick­ lungsschritt beträgt 1,1 mm. Das resultierende Prepreg wird ei­ nem Trocknungsvorgang an Luft bei einer Temperatur von 20°C bis 25°C während 24 Stunden unterworfen. Nach der Trocknung werden mittels einer Schablone Streifen oder unidirektionale Matten mit den Abmessungen des zu bildenden Verbundwerkstoffs geschnitten. Eine Zwischenschicht aus dem Überzug aus Glasur­ schlicker wird auf die zugeschnittenen Streifen aufgesprüht, und es wird ein halbfertiges Verbundprodukt mit einer Orien­ tierung von 0° gebildet. Die thermische Behandlung des resul­ tierenden halbfertigen Verbundproduktes wird bei einer Tempe­ ratur von 20°C bis 25°C ausgeführt. Die Erwärmungsgeschwin­ digkeit beträgt 50°C/h, wobei bei jedem Schritt während 2 Stunden angehalten wird. Das Warmpressen des halbfertigen Ver­ bundproduktes wird in einer Graphitform unter Verwendung eines Überzugs aus einer Molybdänfolie oder aus Bornitrid ausge­ führt, um das Anhaften des Materials beim Pressen in der Form zu verhindern. Die technologischen Parameter für das Warmpres­ sen sind die folgenden: eine Temperatur von 1000°C bis 1300°C; ein Druck von 4 MPa bis 28 MPa; und eine Dauer von 5 Minuten bis 60 Minuten.A strand of carbon fibers (5000 threads in a strand with a density of 1.73 g / cm³ and a modulus of elasticity of 230 GPa) is suspended in air at a temperature of 50 ° C during Thermally treated for 5 hours. On the strand of endless Carbon fibers, a porous coating is attached, wherein by winding a unidirectional prepreg is formed. Before winding, the strand of carbon fibers with stabilized hygroscopic behavior across a gla surschlickerbad passed. The strand is on one wound up hexagonal or cylindrical drum. The Wick lungsschritt is 1.1 mm. The resulting prepreg becomes egg drying process in air at a temperature of 20 ° C subjected to 25 ° C for 24 hours. After drying be using a stencil strip or unidirectional Mats with the dimensions of the composite to be formed  cut. An intermediate layer of the glaze coating slip is sprayed onto the cut strips, and it becomes a semi-finished composite product with an Orien formed by 0 °. The thermal treatment of the resul ting half-finished composite product is at a Tempe temperature of 20 ° C to 25 ° C carried out. The heating rate is 50 ° C / h, with each step during 2 Hours is stopped. Hot pressing of half-finished Ver bundproduktes is in a graphite form using a Coating made of a molybdenum foil or boron nitride leads to the adhesion of the material when pressing in the mold to prevent. The technological parameters for the warmpres are the following: a temperature of 1000 ° C to 1300 ° C; a pressure of 4 MPa to 28 MPa; and a duration of 5 minutes to 60 minutes.

Eigenschaften des resultierenden MaterialsProperties of the resulting material Dichte (g/cm³)|1,97Density (g / cm³) | 1,97 Porosität (Vol.-%)Porosity (% by volume) kleiner 1less 1 Gehalt an Verstärkungsfasern (Vol.-%)Content of reinforcing fibers (% by volume) 3030 Biegefestigkeit (MPa)Bending strength (MPa) 400400 Elastizitätsmodul (GPa)Young's modulus (GPa) 100100 Schlagzähigkeit (kJ/m²)Impact strength (kJ / m²) 44,444.4 Scherfestigkeit (MPa)Shear strength (MPa) 14,514.5 thermischer Ausdehnungskoeffizient (in Faserlängsrichtung) (20°C bis 700°C)Thermal expansion coefficient (in the fiber longitudinal direction) (20 ° C to 700 ° C) 1·10-6 K-1 1 × 10 -6 K -1

Die maximale Betriebstemperatur liegt gemäß diesen Bedingungen zwischen 700°C und 1000°C. The maximum operating temperature is according to these conditions between 700 ° C and 1000 ° C.  

Beispiel 2example 2

Es wird ein halbfertiges Verbundprodukt hergestellt, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit der Ausnahme, daß dieses Produkt in den Orientierungen 0°/90° laminiert wird. Die Bedingungen der thermischen Behandlung und des Warmpressens sind die glei­ chen wie in Beispiel 1.A semi-finished composite product is produced, as in Example 1, with the exception that this product is laminated in the orientations 0 ° / 90 °. The conditions Thermal treatment and hot pressing are the same as in Example 1.

Eigenschaften des resultierenden VerbundwerkstoffsProperties of the resulting composite Dichte (g/cm³)Density (g / cm³) 1,961.96 Porosität (Vol.-%)Porosity (% by volume) kleiner 2less than 2 Gehalt an Verstärkungsfasern (Vol.-%)Content of reinforcing fibers (% by volume) 3030 Biegefestigkeit (MPa)Bending strength (MPa) 150150 Schlagzähigkeit (kJ/m²)Impact strength (kJ / m²) 2727 Druckfestigkeit (MPa)Compressive strength (MPa) 276276 Reibungskoeffizient auf Stahl 30XGCACoefficient of friction on steel 30XGCA 0,80.8

Die maximale Betriebstemperatur liegt gemäß diesen Bedingungen zwischen 700°C und 1000°C.The maximum operating temperature is according to these conditions between 700 ° C and 1000 ° C.

Beispiel 3example 3

Es wird ein halbfertiges Verbundprodukt entsprechend dem Bei­ spiel 1 hergestellt, mit Ausnahme von zwei Besonderheiten:It will be a semi-finished composite product according to the Bei Game 1, with the exception of two special features:

  • 1. Der Glasurschlicker wird hergestellt, indem 100 ml einer kolloidalen Lösung aus Siliciumoxid (Gehalt an SiO₂: 24,5 Gew.-%; pH-Wert 9) und 70 g eines Pulvers aus einem Glas mit hohem Siliciumoxidgehalt des Systems SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ (Gehalt an SiO₂ über 90 Gew.-%; Gewichtsverhältnis von B₂O₃ zu Al₂O₃ gleich 26) in einer Trommel aus Aluminiumoxid mit kleinen Ku­ geln aus Aluminiumoxid während 24 Stunden gemischt werden. Der Gehalt an kleinen Kugeln beträgt 10 Gew.-% in bezug auf das Gewicht der gemischten Bestandteile.1. The glaze slip is prepared by adding 100 ml of a Colloidal solution of silica (content of SiO₂: 24.5 Wt .-%; pH 9) and 70 g of a glass powder high silica content of the system SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ (content of SiO over 90 wt .-%; Weight ratio of B₂O₃ to Al₂O₃ 26) in a drum of alumina with small ku Alumina is mixed for 24 hours. The  Content of small balls is 10% by weight with respect to Weight of mixed ingredients.
  • 2. Während der Herstellung eines unidirektionalen Prepregs be­ trägt die Schritthöhe 1,4 mm.2. During the preparation of a unidirectional prepreg be The step height is 1.4 mm.

Alle anderen Schritte sind die gleichen wie in Beispiel 1.All other steps are the same as in Example 1.

Eigenschaften des resultierenden VerbundwerkstoffsProperties of the resulting composite Dichte (g/cm³)Density (g / cm³) 2,052.05 Gehalt an Verstärkungsfasern (Vol.-%)Content of reinforcing fibers (% by volume) 2020 Biegefestigkeit (MPa)Bending strength (MPa) 300300 Schlagzähigkeit (kJ/m²)Impact strength (kJ / m²) 3030 Elastizitätsmodul (GPa)Young's modulus (GPa) 9090 Scherfestigkeit (MPa)Shear strength (MPa) 9,59.5

Die Betriebstemperatur liegt gemäß diesen Bedingungen zwischen 500°C und 1200°C.The operating temperature is between these conditions 500 ° C and 1200 ° C.

Beispiel 4example 4

Es wurde ein halbfertiges Verbundprodukt entsprechend dem Bei­ spiel 2 mit den in Beispiel 3 beschriebenen Besonderheiten hergestellt. Alle anderen Schritte sind die gleichen wie in Beispiel 2.It became a semi-finished composite product according to the Bei Game 2 with the features described in Example 3 manufactured. All other steps are the same as in Example 2.

Eigenschaften des resultierenden VerbundmaterialsProperties of the resulting composite material Dichte (g/cm³)Density (g / cm³) 2,052.05 Gehalt an Verstärkungsfasern (Vol.-%)Content of reinforcing fibers (% by volume) 2020 Biegefestigkeit (MPa)Bending strength (MPa) 100 100   Schlagzähigkeit (kJ/m²)Impact strength (kJ / m²) 1818 Elastizitätsmodul (GPa)Young's modulus (GPa) 3030 Scherfestigkeit (MPa)Shear strength (MPa) 2,82.8

Die Betriebstemperatur liegt gemäß diesen Bedingungen zwischen 500°C und 1200°C.The operating temperature is between these conditions 500 ° C and 1200 ° C.

Claims (11)

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs mit glas­ artiger Matrix, die durch Endlos-Kohlenstoffasern verstärkt ist, gekennzeichnet durch den Schritt, eine glasartige Matrix des Verbundwerkstoffs durch Anbringen eines dichten glasartigen Überzugs über die Verstärkungsfasern auf der Grundlage eines Glasurschlickers mit einem pH-Wert größer als 9 zu bilden, der eine kolloidale Lösung aus Siliciumoxid sowie Glaspartikel mit einem hohen Siliciumoxidgehalt beinhaltet, wobei die Partikel eine auf das benötigte Maß eingestellte Kristallisationsfähig­ keit besitzen und hierbei aus dem System SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ ausge­ wählt werden, mehr als 90 Gew.-% SiO₂ beinhalten und ein Ge­ wichtsverhältnis von B₂O₃/Al₂O₃ von mindestens 26 aufweisen.A method of making a vitreous matrix composite reinforced by continuous carbon fibers, characterized by the step of forming a vitreous matrix of the composite by attaching a dense glassy coating over the reinforcing fibers based on a glaze slurry having a pH greater to form as 9, which includes a colloidal solution of silica and glass particles with a high silica content, wherein the particles have a set to the required level crystallization ability and in this case out of the system SiO₂-Al₂O₃-B₂O₃ be selected, more than 90 wt. -% SiO₂ include and a Ge weight ratio of B₂O₃ / Al₂O₃ of at least 26 have. 2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:
  • - Herstellen eines Glasurschlickers, der eine kolloidale Lösung aus Siliciumoxid und Partikel aus einem Glas mit hohem Silicium­ oxidgehalt beinhaltet und eine auf das benötigte Maß eingestell­ te Kristallisationsfähigkeit besitzt;
  • - Stabilisieren des hygroskopischen Verhaltens der Verstärkungs­ fasern;
  • - Anbringen eines Überzugs auf der Grundlage des Glasurschlic­ kers über die Verstärkungsfasern;
  • - Bilden eines Prepregs;
  • - Trocknen des Prepregs;
  • - Zuschneiden des Prepregs, um Matten zu bilden;
  • - Anbringen eines Überzugs auf der Grundlage des Glasurschlic­ kers auf den erhaltenen Matten des Prepregs;
  • - Stapeln der überzogenen Matten des Prepregs, um ein halbferti­ ges Verbundprodukt herzustellen, das eingelagerte Glasurschich­ ten beinhaltet;
  • - schrittweises thermisches Behandeln des halbfertigen Verbund­ produkts bei einer niedrigen Temperatur; und
  • - Warmpressen des auf diese Weise behandelten halbfertigen Ver­ bundprodukts.
2. The method of claim 1, further characterized by comprising the steps of:
  • - Producing a Glazeschlickers, which includes a colloidal solution of silica and particles of a glass with high silicon oxide content and has a set to the required level crystallization ability te;
  • - Stabilizing the hygroscopic behavior of the reinforcing fibers;
  • - Applying a coating based on the Glaze Schlic kers on the reinforcing fibers;
  • - forming a prepreg;
  • - drying the prepreg;
  • - cutting the prepreg to form mats;
  • - Applying a coating based on the Glazeschlic age on the resulting mats of the prepreg;
  • - stacking the coated mats of the prepreg to produce a semi-finished composite product incorporating stored glaze layers;
  • - Stepwise thermal treatment of the semi-finished composite product at a low temperature; and
  • - Hot pressing of the half-finished composite product treated in this way.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Glasurschlicker das Gewichtsverhältnis der kolloidalen Lösung aus Siliciumoxid zu den Partikeln aus Glas mit hohem Siliciumoxidgehalt zwischen 1 : 5 und 1 : 1 liegt.3. The method of claim 1 or 2, further characterized gekenn records that in the glaze slip the weight ratio of colloidal solution of silica to the particles of glass high silica content is between 1: 5 and 1: 1. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Glasurschlicker eine kolloidale Lösung aus Siliciumoxid, die bis zu 25 Gew.-% SiO₂ enthält, und ein Pulver aus einem Glas mit hohem Siliciumoxidgehalt mit einer auf das benötigte Maß eingestellten Kristallisationfähigkeit und ei­ ner Oberflächenkennzahl, die nicht über 1,2 m²/g hinausgeht, be­ inhaltet.4. The method according to any one of claims 1 to 3, further characterized characterized in that the glaze slip a colloidal solution of silicon oxide containing up to 25 wt .-% SiO₂, and a High silica glass powder with one on the required measure set crystallization ability and egg ner surface coefficient, which does not exceed 1.2 m² / g, be tains. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Endlos-Kohlenstoffasern die Form von Litzen, Streifen oder unidirektionalen Matten, von ein­ zelnen Fäden oder von Geweben aufweisen.5. The method according to any one of claims 1 to 4, further characterized characterized in that the endless carbon fibers used are the Shape of strands, strips or unidirectional mats, of one individual threads or fabrics. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen an Kohlenstoffasern und an Gla­ surschlicker derart gewählt sind, daß der Gehalt an Verstär­ kungsfasern in dem erhaltenen Verbundwerkstoff zwischen 20 Vol.-% und 50 Vol.-% beträgt.6. The method according to any one of claims 1 to 5, further characterized characterized in that the amounts of carbon fibers and gla surschlicker are selected such that the content of ampl fibers in the resulting composite material between 20% by volume and 50% by volume. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierung des hygroskopischen Ver­ haltens der Kohlenstoffasern durch eine thermische Behandlung an Luft bei einer Temperatur von 50°C bis 80°C während 2 Stunden bis 5 Stunden bewirkt wird.7. The method according to any one of claims 2 to 6, further characterized characterized in that the stabilization of the hygroscopic Ver hold the carbon fibers by a thermal treatment Air at a temperature of 50 ° C to 80 ° C for 2 hours is effected for up to 5 hours. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die schrittweise thermische Behandlung des halbfertigen Verbundproduktes an Luft bei einer Temperatur von 20°C bis 250°C mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von 5°C/h bis 50°C/h ausgeführt wird, wobei bei jedem Schritt während 1 Stunde bis 5 Stunden angehalten wird.8. The method according to any one of claims 2 to 7, further characterized characterized in that the stepwise thermal treatment of semi-finished composite product in air at a temperature of 20 ° C to 250 ° C with a heating rate of 5 ° C / h to  50 ° C / h is carried out, with each step for 1 hour is stopped for up to 5 hours. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Warmpressen des halbfertigen Verbundpro­ duktes bei einer Temperatur zwischen 1000°C und 1300°C während 5 Minuten bis 60 Minuten bei einem Druck von 4 MPa bis 28 MPa ausge­ führt wird.9. The method according to any one of claims 2 to 8, further characterized characterized in that the hot pressing of the semi-finished composite Pro at a temperature between 1000 ° C and 1300 ° C during 5 Minutes to 60 minutes at a pressure of 4 MPa to 28 MPa leads. 10. Verbundwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist und eine Dichte von weniger als 2,2 g/cm³ und eine Porosität von we­ niger als 2 Vol.-% aufweist.10. Composite material, characterized in that it after the A method according to any one of claims 1 to 9 is prepared and a density of less than 2.2 g / cm³ and a porosity of we less than 2 vol.%. 11. Verbundwerkstoff nach Anspruch 10 oder hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, weiter dadurch ge­ kennzeichnet, daß er 20 Vol.-% bis 50 Vol.-% Verstärkungsfasern enthält.11. A composite material according to claim 10 or prepared according to the Method according to one of claims 1 to 9, further characterized ge indicates that it contains 20% by volume to 50% by volume of reinforcing fibers contains.
DE19504743A 1994-02-17 1995-02-14 Prodn. of carbon@ fibre-reinforced glass composite with low density and porosity, used in aerospace, car or electrical industry Withdrawn DE19504743A1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9401827A FR2716188B1 (en) 1994-02-17 1994-02-17 Process for manufacturing a glass matrix composite material reinforced with continuous carbon fibers, material obtained and applications.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE19504743A1 true DE19504743A1 (en) 1995-08-24

Family

ID=9460191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19504743A Withdrawn DE19504743A1 (en) 1994-02-17 1995-02-14 Prodn. of carbon@ fibre-reinforced glass composite with low density and porosity, used in aerospace, car or electrical industry

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19504743A1 (en)
FR (1) FR2716188B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2821348A1 (en) * 2001-02-26 2002-08-30 Atmostat Etudes Et Rech S COMPOSITE MATERIAL CONSISTING OF SINGLE FIBERS AND / OR FABRICS WIDELY IN A SILICA MATRIX AND ITS USE IN OPTICS

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4882304A (en) * 1986-04-25 1989-11-21 Ceramics Process Systems Corp. Liquification of highly loaded composite systems
FR2672283B1 (en) * 1991-02-04 1993-05-07 Onera (Off Nat Aerospatiale) CERAMIC COMPOSITE MATERIAL FIBER MULTI-LAYERED MATRIX AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF.
FR2684369B1 (en) * 1991-12-03 1995-05-24 Deutsche Forschungsanstalt Luft PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF FIBER REINFORCED STRUCTURES CONTAINING A GLASS MATRIX.

Also Published As

Publication number Publication date
FR2716188A1 (en) 1995-08-18
FR2716188B1 (en) 1996-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE1925009C3 (en) Fiber-reinforced composite material and its uses
EP0778815B1 (en) Process for producing fibre-reinforced xerogels and their use
DE2648459B2 (en) Process for the manufacture of refractory workpieces
DE3829039C2 (en) Composite component, process for its preparation and its use
DE3303295A1 (en) SILICON CARBIDE FIBER REINFORCED CERAMIC COMPOSITE
CH653955A5 (en) METHOD FOR PRODUCING A MOLDED COMPOSITE OBJECT FROM A GLASS MATRIX OR GLASS CERAMIC MATRIX WITH FIBER REINFORCEMENT.
DE4430642A1 (en) Airgel and xerogel composites, processes for their production and their use
EP1338583B1 (en) Fibre-containing ceramic composites with high thermal conductivity
EP0826651B1 (en) Method for producing an oxidation protection for porous ceramics based on SiC and Si3N4
EP0308742B1 (en) Fibre-reinforced composite material, and process for making it
DE2715290C2 (en) Composite element and process for its manufacture
DE102005027561B4 (en) Adjustment of the fiber volume content in oxide ceramic fiber composites
DE4240645C2 (en) Process for producing fiber-reinforced structures with a glass matrix
DE19504743A1 (en) Prodn. of carbon@ fibre-reinforced glass composite with low density and porosity, used in aerospace, car or electrical industry
DE2622657C3 (en)
EP0672637B1 (en) Fibre composite material having a ceramic matrix and method of making it
DE19546979A1 (en) Temperature-resistant mineral wool product
DE2737266A1 (en) METHOD FOR MANUFACTURING A MOLDED BODY FROM CERAMICS
DE3008368C2 (en) Process for manufacturing a glass-ceramic heat exchanger core
EP2091874B1 (en) Method and semifinished product for the production of opaque quartz glass, as well as a component produced from the semifinished product
DE2703814A1 (en) Dense alumina prosthetic bone implants - coated with biologically active glass
DE3427722C2 (en)
DE69531972T2 (en) Thermally insulating material based on aluminum oxide fiber and its manufacture
DE2647862C3 (en) Process for the manufacture of fiber-based refractory composite bodies from silicon carbide fibers and metallic silicon
EP0841311A2 (en) Silicon-, boron- and nitrogen-containing amorphous fibres, method of making them and their use as well as composites containing these fibres and their production

Legal Events

Date Code Title Description
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: PATENTANWAELTE RUFF, WILHELM, BEIER, DAUSTER & PAR

8110 Request for examination paragraph 44
8125 Change of the main classification

Ipc: C03C 14/00

8139 Disposal/non-payment of the annual fee