DE2017267A1 - Verbund stoffgefuge - Google Patents

Verbund stoffgefuge

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DE2017267A1 DE19702017267 DE2017267A DE2017267A1 DE 2017267 A1 DE2017267 A1 DE 2017267A1 DE 19702017267 DE19702017267 DE 19702017267 DE 2017267 A DE2017267 A DE 2017267A DE 2017267 A1 DE2017267 A1 DE 2017267A1
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Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assrnann Dr. R. Koenlgsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zurnsteln Jun.
PATENTANWÄLTE
TELEFON:. SAMMEL-NR. 22 S341 TELEGRAMME: ZUMPAT POSTSCHECKKONTO! MÖNCHEN 01139
BANKKONTO: BANKHAUS H. AUFHÄUSER
8 MDNOHEN S.
Case EC 4607
THE DUNLGP COMPANY LIMITED, London B.W.-1..., England
Verbundstoffgefüge
Die vorliegende Erfindung "befasst sich, mit Verbund st off ge fügen. Gemäß der vorliegende Erfindung enthält ein Verbundstoffgefüge einen Körper aus einem starren porösen metallischen Gefüge, von dem mindestens eine Oberfläche eine Verstärkungsschicht besitzt, die eine Faserverstärkung und ein Bindematerial enthält. Die Faserverstärkung kann Fasern von Bor, reinem Siliciumdioxyd, Graphit, einem Metall mit hohem Modul und geringe Dehnfähigkeit, beispielsweise Stahl oder Glas, enthalten. Es ist jedoch besonders bevorzugt, daß die Verstärkung Kohlenstoff-Fasern enthält. Das Bindemittel kann sein ein vergießbäres Amid, keramischer Stoff, ein Metall, wie Messing, Phosphorbronze oder Aluminium, aber es ist vorzugsweise ein Harz. Das Harz kann irgendein Harz sein, das die gewünschten physikalischen Eigenschaften besitzt, beispielsweise Polyesterharze, Polyamidharze und Epoxydharze. Das starre poröse metallische Gefüge kann beispielsweise ein Metallschaum oder eine wabenartige Struktur sein. Ein besonders bevorzugtes starres poröses Gefüge ist ein Schaummetall, das ein dreidimensionales Netzwerk enthält und das so angeordnet ist, daß eine Vielzahl von cellularen Zwischenräumen entstehen, die miteinander in Verbindung stehen. Das Schaummaterial kann öffnungen besitzen, die sich mindestens teilweise über den Körper des Gefüges
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erstrecken, um die Gesamtdichte zu vermindern. Das poröse Material kann durch Versprühen» Eintauchen oder Elektroabscheidung des Metalls auf einem porösen Material hergestellt werden. Bas poröse Material kann in der Form eines Agglomerate von Fasern vorliegen, wie Filzmaterial oder als schwammäbnliche® Material oder als Schaummaterial» wie natürlicher Schwamm oder ein synthetischer Schaum aus Harz. Im allgemeinen sind Polyurethanschäume bevorzugt. Das poröse Material kann in dem Metall verbleiben oder es kann entfernt werden, beispielsweise durch !Erhitzen, wob@i das Metall das Material schmilzt oder "ausgesucht" (ash-out) wird.
Wird ein hoher Grad von Porosität gefordert, so kann der Schaum retikulierter Schaum sein, beispielsweise ©in Schaum» bei dem die organische Phase ein dreidimensionales Setswerk ist, wobei keine wesentlichen Wandteil© die Zellen umgrenzen· Solche retiJoilierten Schäume können hergestellt werden,, indem sam die relativ dünnen Zellwände aus Schaum entfernt, beispielsweise durch, ebesiseke Einwirkungen, wie wässriges Natriisalijdroayd isa falle von. Poljurethanschäumen«,
Wird das Metall auf elektrische® Wege abgeschieden, ist es natürlich aotwendig, ©is poröses Material zu fsrwendea, das elektrisch leitend ist oder das Material durch Anbringung einer leitenden Oberflächenschicht leitend zu machen. Nicht leitende Materialien können selbstleitend gemacht werden durcli Zugabe "won Graphit oder einem gepulverten Metall ο Eine leitende Oberflächenschicht kann angebracht werden, indem man das Material sit einem isärtfo&ran Harzmaterial, in das ein leitender Zusatzstoff" eingearbeitet; ist, überzieht oder indem man chemisch eia Metall darauf niederschlagt, bei« spielsweise durch Beduktion von asmoniakaliscli®® Silberaitrat in situ» Allgemein sollte bei"Verwendung von cheMische-a? Abscheidung, die Oberfläche mit einem oder mehr sensibilisieren&en Kitteln,wie Zinn-II-chlorid, gefolgt-von PaXladiumchlorid .für Silben·*,.behandelt werden.
Metalle, die elektrisch abgeschieden werden köansn, schließen Silber, Kupfer, Nickel und Eisen ©isu In ©isigeß Fällen können L@gierungsschäume durcii direktes Plattier©» hergestellt werden w&ü. la anderen Fällen können .ein oder mehrere Metalle nacheinander- abge-
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schieden werden und die Legierung wird durch Erwärmen des entstehenden Gefügeε erhalten.
Stahlschäume können hergestellt werden, indem man die erforderlichen Mengen von Kohlenstoff und/oder Stickstoff einarbeitet. Der . Kohlenstoff kann aus dem organischen Material, das den Grundschaum bildet, stammen oder er kann dem Elektroplattierungshad zugefügt werden. Die entstehenden Legierungsschäume können natürlich wärmebehandelt werden, um ihnen gewünschte physikalische Eigenschaften zu verleihen, wobei derartige Wärmebehandlungen gut bekannt sind. Bei der Herstellung der Verbundstoffgefüge kann ein Körper aus Metallschaum durch eine zuvor imprägnierte Verstärkungsschicht oder -schichten bedeckt werden, in denen die Fasern gewebt, nicht-gewebt oder zufällig angeordnet sein können« Das Harzgefüge wird dann aushärten gelassen, während die Verstärkungsschichten Druck ausgesetzt werden können, um sie zu befestigen und ebenfalls um die Adhäsion der Verstärkungsschicht an den Schaum zu verbessern. Alternativ können die Verstärkungsschichten auf einen Körper aus Schaummaterial aufgebaut werden, beispielsweise durch Filementwickeltechniken.
Um das Verbinden zwischen der Schaumoberfläche und den Verstärkungsschichten zu erleichtern, kann extra Harz oder im Falle von Metall Verbindungsmaterialien, wie Lötstoffe, Verschweißstoffe u.s.w. verwendet werden.
Gewünschtenfalls können Bindungsvorrichtungen, wie Schrauben bzw. Bolzen, Muttern und Metallgewindeeinsatz stücke in das Verbundstoffgefüge eingearbeitet werden·
Die Erfindung wird an Hand des folgenden Beispiels erläutert, wo·* bei Bezug genomen wird auf Figur 1.
Beispiel
Ein Sandwichgefüge wurde hergestellt, das zwei äussere Verstär- ■ kungsßchiehten aus Sob.leastoff-»Faßerepo2£ydhstrii (1,2) und einen lern aus Nickelseimi» (3) a&t einer Dichte von O9 28 g/ccm und eine Sicke von 2,5* «■ enthielt.
JMt durch &nlen8t©ff-Fasern verstärkte SeMcM (1, 2) war unge-
BAD ORIGINAL
fähr 1 mm dick und hatte eine geschichtete Konstruktion, bei der
benachbarte Einlagen (4, 5) von im wesentlichen parallelen Fasern mit ihren entsprechenden Pasernachsen mit einem Winkel von 90° in Bezug aufeinander geneigt waren. Die Einlagen (4, 5) waren Folien aus Kohlenstoff-Fasern, die mit einem Epoxydharz imprägniert waren. Mit Kohlenstoff-Fasern verstärkte Schichten wurden auf die
gegenüberliegenden Oberflächen des Schaumkerns (3) gelegt, während das Epoxydharz feucht war und das Epoxydharz wurde nachfolgend aushärten gelassen. Das Epoxydharz dient dabei sowohl als
Bindematerial in den mit Kohlenstoff-Fasern verstärkten Schichten (1, 2) und als Klebematerial, um die Schichten mit dem Nickelschaum (3) zu verbinden.
Das entstehende Verbundgefüge w~.r sehr stark und hatte einen Biegemodul von 10 500 kg/cm (150 000 psi). (Der Metallschaum selbst besaß einen Biegemodul von 2670 kg/cm (38 000 psi) ).
Die Festigkeit des Verbürg eefügeε zusammen mit der inherenten
Leichtigkeit macht dieses Gefüge besonders geeignet als Strukturelemente für Spannungsbeanspruchung.
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Claims (14)

Patentansprüche
1. Verbundstoffgefüge, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper eines starren porösen metallischen Gefüges mindestens auf einer Oberfläche eine Verstärkungsschicht besitzt, die eine Faserverstärkung und ein Bindematerial enthält.
2. Verbundstoffgefüge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserverstärkung nicht metallischer Art ist.
3. Verbundstoffgefüge gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht metallischen Verstärkungsfasern Fasern aus Bor, reinem Siliciumdioxyd, Graphit oder Glas sind.
4·. Verbundstoff gefüge gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, d^ß die Faserverstärkung Kohlenstoff-Faser ist.
Jj. Verbundstoffgefüge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die FaserverStärkung eine Metallfaser mit einem hohen Modul und geringer Dehnfähigkeit ist.
6. Verbundstoffgefüge gemäß Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Metallfaser Stahl ist.
7. Verbundstoffgefüge gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindematerial ein Harz ist.
8. Verbundstoffgefüge gemäß Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Polyesterharz, ein Polyamidharz oder ein Epoxydharz ist.
9. Verbundstoffgefüge gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern gewebt, nicht gewebt oder willkürlich angeordnet sind.
10. Verbundstoffgefüge gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein extra Harz verwendet wird, um die Verstär-
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klinge schichten nit dem porösen metallischen Gefüge zu verbinden.
11· Verbündstoffgefüge gemäß Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsschichten mit dem metallischen porösen Gewebe durch Löten oder Verschweißen verbunden werden.
12. Verbundstoffgefüge gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse metallische Gefüge durch Abscheidung eines Metalls aus einem porösen Substrat hergestellt wird. ■
13· Verbundstoffgefüge gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Substrat ein retikulierter Schaum ist.
14. Verbundstoff gefüge gemäß Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der retikulierte Schaum ein retikulierter Polyurethanschaum ist.
15· Verbundstoff gefüge gemäß Anspruch 12» dadurch gekennzeichnet, daß das Metall durch Elektroabscheidung abgeschieden wird.
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