DE19747843C1

DE19747843C1 - Halbzeug und Verfahren zur Herstellung dieses Halbzeuges

Info

Publication number: DE19747843C1
Application number: DE1997147843
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Eberlein
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-10-30
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2017-10-31

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbzeug und ein Verfahren zur Herstellung dieses Halb zeuges.

Es ist bekannt, metallische Fasern durch Schmelzextraktion oder durch andere geeig nete Verfahren herzustellen. Aus diesen in loser Form vorliegenden Fasern werden zum Beispiel Bauteile durch Sintern hergestellt.

Es hat sich als nachteilig erwiesen,

- daß die Fasern bei ihrer Lagerung brechen und verschmutzen können;
- daß durch Unachtsamkeit ein Vermischen mit Fasern anderer Zusammensetzung erfolgen kann;
- daß sich bei der Handhabung Fasern in der Haut festsetzen können, was zu schmerzhaften Entzündungen führen kann und
- daß Fasern bei ihrer Lagerung und bei Herstellung von Bauteilen verloren gehen können, was sich als Unkostenfaktor erweist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Halbzeug zu entwickeln und ein Ver fahren zur Herstellung dieses Halbzeuges vorzuschlagen, damit nicht nur die ge nannten Nachteile vermieden werden, sondern daß sich auch Vorteile bei der Her stellung von aus diesem Halbzeug gefertigten Bauteilen ergeben.

Die Erfindung schlägt vor, das Halbzeug aus metallischen Fasern zu bilden, die in einer Matrix eingebettet sind, deren Schmelzpunkt oder Erweichungsbereich niedri ger ist als der Schmelzpunkt der metallischen Fasern und daß das Matrixmaterial durch Erwärmen von den Fasern trennbar ist.

Ferner schlägt die Erfindung ein Verfahren vor, bei dem die metallischen Fasern mit dem Matrixwerkstoff in Kontakt gebracht und durch Erwärmen und anschließendes Erkalten in die Form als Halbzeug übergeführt werden.

Die Erfindung bietet entscheidende Vorteile.

Durch das Einbetten der Fasern in geeignete Matrixwerkstoffe werden die Fasern im Halbzeug gebunden und können nicht mehr brechen oder verschmutzen. Auch ein Vermischen mit anderen Fasern ist ausgeschlossen. Verletzungen werden weitgehend vermieden und Fasern gehen bei der Lagerung des Halbzeugs und bei der Herstellung von Bauteilen aus diesem Halbzeug nicht mehr oder nur in unwesentlichem Maße verloren. Besonders zweckmäßig ist auch, daß das Matrixmaterial nach der Trennung von den Fasern in kostengünstiger Weise wiederverwendet werden kann. Ferner erweist es sich als äußerst vorteilhaft, daß das Halbzeug nicht nur problemlos gelagert werden kann, sondern daß es auch in den verschiedensten Formen gestaltbar ist und daß diese Formen bereits an die späteren Formen der herzustellenden Bauteile anpaßbar sind. Dadurch lassen sich bei der Herstellung von Bauteilen teure Bearbeitungsvorgänge vermeiden. Schließlich können auch angefallene Abfallstücke des Halbzeugs in zweckmäßiger Weise geeigneten Recyclingprozessen zugeführt werden.

Die DE 43 38 122 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Sinterformteilen und dafür geeignete Zusammensetzungen. Bei diesem gattungsgemäßen Verfahren wird vorgeschlagen, keramischem und/oder metallischem Pulver ein Bindemittel und einen kohlenstoffliefernden Zusatzstoff beizumischen. Das Entfernen des Bindemittels geschieht durch Behandlung der Sinterformteile mit einer gasförmigen Säure oder Pyrolyse. Dieses Verfahren läßt sich auf die hier vorliegende Erfindung nicht Übertragen, da ein kohlenstoffliefernder Zusatzstoff unerwünscht ist, um eine Aufkohlung der Fasern beim Erhitzen zu vermeiden. Darüberhinaus ist zu befürchten, daß die gasförmige Säure die metallischen Fasern in negativer Weise beeinflußt. Außerdem besteht ein großer Unterschied zwischen einem Pulver, bei dem bei einem Sintervorgang geschlossene Porosität auftreten kann und Fasern, bei denen ein Sinterprozeß ausschließlich zu offener Porosität führt.

In der japanischen Patentanmeldung JP 6-33107 A wird ein Verfahren vorgeschlagen, durch das die Schrumpfung von aus metallischem Pulver hergestellten Sinterformteilen minimiert werden soll. Auch dieses gattungsfremde Verfahren läßt sich auf die vorliegende Erfindung nicht übertragen, weil als Bindemittel ein Harz vorgeschlagen wird, das sich beim Erwärmen entweder nur vernetzen oder sich nur zersetzen kann. Eine Trennung des Matrixmateriales von den Fasern durch Erwärmen, wie es die hier vorliegende Erfindung vorschlägt, ist nicht möglich.

Die EP 0 297 151 A1 und die EP 0 299 102 A1 beschreiben Verfahren, wie man Faserfilme oder Fasermatten so herstellen kann, daß die Fasern immer in einer gewünschten, vorbestimmten Richtung angeordnet sind. Diese Verfahren unterscheiden sich von der hier vorliegenden Erfindung dadurch, daß die jeweils als Zusatzmedium vorgeschlagenen Stoffe, wie Tetrachlorkohlenstoff; fluor- und chlorsubstituierte Kohlenwasserstoffe, n-Hexan oder Cyclohexan bei Raum temperatur flüssig sind. Derartige Stoffe eignen sich nicht als Matrixmaterial im Sinne der hier vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung wird anhand von Ausfürungsbeispielen näher erläutert.

Das Halbzeug ist durch metallische Fasern gebildet, die in einer Matrix eingebettet sind. Der Schmelzpunkt oder Erweichungsbereich des Matrixmaterials ist niedriger als der Schmelzpunkt der metallischen Fasern. Als Matrixmaterial eignen sich Stoffe wie Wachse, Paraffine, Kunstfette, Silikone, Thermoplaste oder auch organische Verbindungen, wie zum Beispiel höherwertige Alkohole, die bei Raumtemperatur fest sind und die sich besonders leicht abdampfen lassen. Je nach Eigenschaften der Fasern sind auch Metalle mit niedrigem Schmelzpunkt denkbar.

Im Zustand als Halbzeug sind die Fasern vom Matrixmaterial umhüllt. Eine weitere wichtige Eigenschaft des Matrixmaterials besteht darin, daß eine schlechte Benetzung der Fasern durch das Matrixmaterial erfolgt, so daß eine Trennung der Fasern vom Matrixmaterial durch Erwärmen auf einfachste Weise möglich ist und das erhitzte flüssige Matrixmaterial leicht abfließen kann.

Zur Herstellung des Halbzeuges werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen.

Ein erstes Verfahren besteht darin, daß das Matrixmaterial in einer Vorrichtung er hitzt und auf die gewünschte Viskosität gebracht wird. Anschließend werden die Fa sern dem Matrixmaterial zugegeben. Nach dem Abkühlen des Matrixmaterials liegt das Halbzeug gebrauchsfertig vor und kann der Vorrichtung entnommen werden.

Als zweites Verfahren wird vorgeschlagen, den in einer Vorrichtung befindlichen Fasern das erhitzte Matrixmaterial, z. B. höherwertigen Alkohol zuzugeben und das so entstandene Halbzeug zum Zwecke des Gebrauchs abkühlen zu lassen.

Eine dritte Möglichkeit besteht darin, pulver- oder granulatförmiges Matrixmaterial mit den Fasern zu vermischen und anschließend das Matrixmaterial aufzuschmelzen oder mit den Fasern warm zu verpressen. Anschließend erfolgt das Abkühlen, um das Halbzeug zu erhalten. Dieses Verfahren bietet sich zum Beispiel bei der Verwendung von Thermoplasten in gemahlener Form an.

Bei der Herstellung eines aus Fasern bestehenden Bauteiles, z. B. eines Filters, wird das erforderliche Materialstück auf geeignete Weise vom Halbzeug abgetrennt. An schließend erfolgt die Trennung des Matrixmaterials vom Materialstück durch Er warmen des Materialstücks. Dabei fließt das flüssige Matrixmaterial beispielsweise durch ein Gitter oder dergleichen ab, das sich an der Unterseite einer Form befindet, die zur Aufnahme des Materialstückes bestimmt ist. Übrig bleibt ein aus Fasern be stehendes Werkstück, das durch anschließendes Sintern seine endgültige Form als Bauteil erhält.

Das Halbzeug kann unterschiedlichste Formen und Querschnitte aufweisen. Platten, Stangen, Klötze oder mit wenigstens einem Durchbruch ausgestattete Gebilde sind herstellbar. Mit dem zuerst genannten Verfahren läßt sich Halbzeug herstellen, das örtlich getrennte, stufenlos angeordnete, lange und kurze Fasern aufweist (Gradientenwerkstoff). Beim erwähnten Warmverpressen hingegen läßt sich Halb zeug herstellen, bei dem lange und kurze Fasern unterschiedlich geschichtet sind.

Claims

1. Halbzeug, dadurch gekennzeichnet, daß es aus metallischen Fasern gebildet ist, die in einer Matrix eingebettet sind, deren Schmelzpunkt oder Erweichungsbereich niedriger ist als der Schmelzpunkt der metallischen Fasern und daß das Matrix material durch Erwärmen von den Fasern trennbar ist.

2. Halbzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrixmaterial Wachse, Paraffine, Kunstfette, Silikone, thermoplastische Kunststoffe oder Me talle mit niedrigem Schmelzpunkt oder auch höherwertige Alkohole vorgesehen sind, die bei Raumtemperatur fest sind.

3. Halbzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixma terial in Bezug zu den Fasern schlechte Benetzungseigenschaften aufweist, um ei ne leichte Trennung der Fasern vom Matrixmaterial zu ermöglichen.

4. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es lange und kurze Fasern aufweist, die örtlich getrennt sind (Gradientenwerkstoff).

5. Halbzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es lange und kurze Fasern aufweist, die unterschiedlich geschichtet sind.

6. Verfahren zur Herstellung des Halbzeuges nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Fasern mit dem Matrixmaterial in Kontakt gebracht und die Fasern und das Matrixmaterial durch Erwärmen und anschlie ßendes Erkalten in die Form als Halbzeug übergeführt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial in einer Vorrichtung erhitzt und anschließend die Fasern dem erhitzten Matrixmaterial zugegeben werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Fasern erhitztes Matrixmaterial zugegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial mit den Fasern vermischt und anschließend das Matrixmaterial aufgeschmolzen oder mit den Fasern warm verpreßt wird.