DE2263381B2

DE2263381B2 - Process for the production of a metallic fiber-reinforced composite component

Info

Publication number: DE2263381B2
Application number: DE19722263381
Authority: DE
Inventors: Heinz 8011 Zorneding Huber; Just Dipl.-Ing. 8012 Ottobrunn Soehlemann
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1972-12-23
Filing date: 1972-12-23
Publication date: 1974-10-24
Also published as: GB1451505A; DE2263381A1; IT1000368B; FR2211323A1; DE2263381C3

Description

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Bei der Herstellung metallischer faserverstärkter Verbundwerkstoffe werden mehrere aufeinanderliegende und z. B. aus Aluminium- oder Titanlegierungen bestehende Folien mit darauf richtungsorientiert festgelegten Verstärkungsfasern durch Löten oder Diffusionsschweißen miteinander verbunden. Dies erfolgt in der Regel in einer evakuierten Tasche unter Preßdruck, um auf diese Weise unter anderem ein von Gaseinschlüssen und Oxyden freies Verbundbauelement zu erhalten (ASTM, American Society for Testing and Material, Berichte 1966, Nr. 427, Seite 80; Zeitschrift »Kunststoffe«, Bd. 59/1969, Seite 859 ff).In the manufacture of metallic fiber-reinforced composite materials, several superimposed and Z. B. made of aluminum or titanium alloys with fixed direction-oriented foils Reinforcing fibers connected to one another by soldering or diffusion welding. This is done in usually in an evacuated bag under pressure in order to avoid gas inclusions and to obtain oxide-free composite components (ASTM, American Society for Testing and Material, Reports 1966, No. 427, p. 80; "Kunststoffe" magazine, vol. 59/1969, page 859 ff).

Im allgemeinen werden Taschen aus rostfreiem Stahl verwendet, deren Innenseiten mit einem Sauerstoffgetter belegt sind. Sie werden mit Rücksicht auf Anpas- so sung an die Stärke der Verbundbaubleche sehr dünn gehalten und sind cbshalb mechanisch namentlich bei höheren Temperaturen leicht verletzlich. Praktisch können sie nur in Laboratorien od. dgl. verarbeitet werden, nicht aber in Werkstätten mit oft rauhem Betrieb. Hieraus erklärt sich unter anderem, daß ihre Verwendung bisher in der Regel auf kleinere Bauteile beschränkt blieb.In general, stainless steel pockets are used, the insides of which are provided with an oxygen getter are occupied. They become very thin in consideration of the adaptation to the strength of the composite building sheets and are therefore easily mechanically vulnerable, especially at higher temperatures. Practically they can only be processed in laboratories or the like, but not in workshops with often rough operations. This explains, among other things, that their use so far, it has generally been limited to smaller components.

Qft haften die äußeren Schichten der mehrlagig geschichteten Verbundbauelemente nach dem Verpressen an den Innenseiten der sie während dieses Verbindungsvorganges umhüllenden Taschea Zur Vermeidung dieses Nachteils werden in der Regel Trennmittel, z. B. Aluminiumoxyd, kolloidales Graphit od. dgl, aufgebracht Diese bekannten Trennmittel haben den 6s Nachteil, daß sie keine festhaftende Schicht bilden, sie neigen vielmehr zur örtlichen Inselbildung und werden von Rauhigkeiten auf der Oberfläche der faserverstärkten Bleche stellenweise durchstoüea Es entstehen dann Oberflächenfenter attf den Bauelementen, die durph TrennaiitteleinschlS^ oder durch Me*«ausbrücbe verursacht werden «pd afc partielle Bindungen zwischen Bauteü-Oberfttete und Tascheninnenseite in Erscheinung treten. Ähnlich unbefriedigende Ergebnisse werden mit anderen bekannten Trennmittel erzielt, die dazu noch äußerst empfindbeb und bruchig in der Handhabung sind und z. B. aus präpariertem dünnen Al2O3-Pspier bestehen. .Qft adhere to the outer layers of the multilayered Composite components after pressing on the inside of them during this connection process enveloping bag a To avoid this disadvantage, release agents, z. B. aluminum oxide, colloidal graphite or the like These known release agents have the disadvantage that they do not form a firmly adhering layer, they rather tend to local island formation and are caused by roughness on the surface of the fiber-reinforced Through the sheet metal in places Surface fenter attf the components that durph Separating agent inclusions or breakouts through me caused «pd afc partial bonds between Bauteü-Oberfttete and inside of the pocket in appearance step. Similar unsatisfactory results are achieved with other known release agents, which are also extremely sensitive and fragile to use and z. B. from prepared thin Al2O3-Pspier exist. .

Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, die äußeren Lagen eines mehrlagig geschichteten Paketes aus außen eloxierten Aluminiumfolien herzustellen. Deren Ränder können überstehen und miteinander ver schweißt werden, so daß diese Aluminiumfoüen gleichzeitig als Taschen dienen und über die nicht eloxierte Innenseite mit dem Paket der faserverstärkten Bleche verbunden werden. Das gleiche gilt im FaUe außen eloxierter Aluminiumfolien in Vakuumtaschen, wobei die Eloxalschicht an der Tasche anliegt Die Eloxalschicht ist dann zwar wirksame Trennschicht gegenüber tier Tasche aber da die eloxierte Aluminiumfolie zur Erze lung eines möglichst hohen Füllgrades mit Fasern au ßerst dünn sein muß, ist sie namentlich bei hohem Temperaturen und Drücken ebenfalls empfindlich ge gen mechanische Belastung, was die praktische Anwen dung außer im Laboratorium ebenfalls ausschließtIt has also been suggested that the external Producing layers of a multi-layered package from externally anodized aluminum foils. Whose Edges can protrude and be welded together ver, so that these aluminum foüen at the same time serve as pockets and over the non-anodized inside with the package of fiber-reinforced sheets get connected. The same applies in the case of externally anodized Aluminum foils in vacuum bags, with the anodized layer resting against the bag. The anodized layer is then an effective separation layer against animals But bag there the anodized aluminum foil for ores development of the highest possible degree of filling with fibers must be extremely thin, it is especially high Temperatures and pressures are also sensitive to mechanical stress, which is practical except in the laboratory

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die bisherigen Mängel zu vermeiden u-.d ein Verfahren aufzuzeigen, nach welchem auch große und kompliziert gestaltete Verbundbauelemente mittels einer wirksamen auf der Oberfläche des Paketes mehr lagig geschichteter faserverstärkter Bleche aufliegen den Trennschicht mit geringem Aufwand hergestelli werden köanen.The object on which the invention is based is to avoid the previous shortcomings and the like to show a method according to which large and complexly designed composite components by means of an effective layer of fiber-reinforced metal sheets layered on the surface of the package the separating layer can be produced with little effort.

Die Erfindung besteht bei einem Verfahren zur Her stellung eines metallischen faserverstärkten Verbund bauelementes durch Verpressen in einer Vakuumtasche darin, daß die dem Verbundbauelement zugekehrte Sei te der aus unlegiertem Stahlblech bestehenden Vaku umtasche vor dem Verpressen einem Oxydationspro zeß unterworfen wird. ....... „The invention consists in a method for producing a metallic fiber-reinforced composite position component by pressing in a vacuum pocket in that the side facing the composite component Before pressing, the vacuum pocket made of unalloyed sheet steel was subjected to an oxidation pro Zeß is subjected. ....... "

Unlegierte Stahlbleche (Tiefziehbleche) mim in allen gewünschten Dicken auf dem Markt erhältlich und die Aufbringung der Oxydschicht bringt keinen besonderen Aufwand mit sich. Versuche haben gezeigt, daß selbst Störungen in der Oxydschicht keine Beeinträchti gung der Trennwirkung nach sich ziehen.Unalloyed steel sheets (deep-drawn sheets) mim in all desired thicknesses available on the market and the application of the oxide layer brings no special Effort with itself. Tests have shown that even disturbances in the oxide layer have no adverse effects the separation effect.

Eine Fortbildung des Verfahrens nach der Erfindung bei der Herstellung profilierter Verbundbauelemente ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Vakuumtasche und Verbundbauelemente eine die Geometrie des Verbundbauelementes formende Einlage aus unlegiertem Stahl gelegt wird, deren dem Verbundbauelement zugekehrte Seite vor dem Verpressen einem Oxydationsprozeß unterworfen wird. Solche formgebenden Einlagen weisen mit dem zu erzeugenden Profil spiegelbildlich übereinstimmend ausgeformte Dickenabstu* fungen und/oder exakte geometrische Beendungen auf·.A further development of the method according to the invention in the production of profiled composite components is characterized in that the geometry of the between the vacuum pocket and composite components Composite component forming insert made of carbon steel is placed, whose the composite component facing side is subjected to an oxidation process before pressing. Such shaping ones Inlays have thicknesses that are mirror-inverted to match the profile to be created * connections and / or exact geometrical terminations on·.

Die Erzeugung der Qjcy4schiqht ist bei den formgebenden, z. B. in Dickenabstufungen verlaufenden Oberflächen ebenso problemlos wie. bei ebenen Tascheninnenseiten. The generation of Qjcy4schiqht is in the form-giving, z. B. in thickness gradations running surfaces just as easily as. with flat inside of the bag.

Die Oxydation der mit einer Oxydschicht zu versehenden Flächen kann gemäß, einer Weiterbildung des Verfahrens nach der Erfindung auch, durch Auftragen eines chemischen Wirkstoffes, wie Kochsalz od. dgl.The oxidation of those to be provided with an oxide layer According to a further development of the method according to the invention, surfaces can also be achieved by application of a chemical agent such as table salt or the like.

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bewirkt werden.be effected.

Als besondere zweckmäßig hat es sich verwiesen, gen Vorgang der Oxydation durch Erwärmung der mit ejner Oxydschicht zu versehenden Flächen zu intensivieren und gegebenenfalls zusätzlich mit einer Schicht aus chemischen Wirkstoffen bzw. einer herkömmlichen Trennschicht zu versehen.It has proven to be particularly useful To intensify the process of oxidation by heating the surfaces to be provided with an oxide layer and optionally additionally with a layer of chemical agents or a conventional one To provide separation layer.

EMe Erfindung ist an Hand der nachfolgend beschriebenen Zeichnung näher erläutertEMe invention is based on those described below Drawing explained in more detail

Show in schematic representations

F i g. 1 und 2 im Schnitt die Verpressung je eines Paketes mehrlagiger faserverstärkter Yerbundbauelemente ohne und mit formgebender Einlage in einer Vakuumtasche, F i g. 1 and 2 in section the pressing of a package of multi-layer fiber-reinforced composite structural elements with and without a shaping insert in a vacuum pocket,

F i g. 3 ist das Stufenblech gemäß F i g. 2 in perspektivischer Darstellung.F i g. 3 is the step plate according to FIG. 2 in perspective.

In gasdicht verschweißten Vakuumtaschen 1, die über Saugrohrstutzen 2 evakuiert sind, befinden sich die aus mehreren Lagen bestehenden Pakete von faserverstärkten Verbundbauelementen.In gas-tight welded vacuum pockets 1, which are evacuated via suction pipe socket 2, are the multi-layer packages of fiber-reinforced Composite components.

Das unfertige Bauelement 3 nach F i g. 1 besteht aus vier Lagen gleichgroßer einlagiger Bänder aus parallelen metallgebundenen Fasern und die Vakuumtasche 1 aus unlegiertem Stahlblech (Tiefziehblech). Sie wurde vor dem Einlegen der Bänder einer Behandlung unterzogen, in deren Verlauf sich eine Oxydschicht auf den inneren Taschenflächen gebildet hat,The unfinished component 3 according to FIG. 1 consists of four layers of equal-sized single-layer strips of parallel metal-bound fibers and the vacuum pocket 1 made of unalloyed sheet steel (deep-drawn sheet). she got subjected to a treatment prior to inserting the tapes, in the course of which an oxide layer forms on the has formed inner pocket surfaces,

Diese Schicht bewirkt, daß beim anschließenden Preßvorgang in Richtung der Pfeile 4 und 5 das Bauelement nicht an den Tascheninnenseiten haftet, sondern daß es sich nach öffnen der Tasche mühelos und mit glatten Oberflächen herauslösen IaBtThis layer has the effect that during the subsequent pressing process in the direction of arrows 4 and 5, the component does not stick to the inside of the bag, but that it easily and with the opening of the bag can be removed from smooth surfaces

Der Oxydationsprozeß kann durch elektrochemische Mittel oder z, B. durch das Aufsprühen eines Salzes, beschleunigt und so beeinflußt werden, da£ sich seine Trennwirksamkeit erhöht Das ist besonders zweckmäßig bei der Herstellung von sogenannten Stufenblechen, die auch aus mehreren Lagen faserverstärkter Bänder bestehen, welche aber nicht alle gleich groß sind, sondern je Stufe eine andere Kontut haben.The oxidation process can be accelerated by electrochemical means or, for example, by spraying a salt and be influenced in such a way that his Increased separation efficiency This is particularly useful in the production of so-called step plates, which also consist of several layers of fiber-reinforced tapes, but which are not all the same size are, but have a different Kontut for each level.

F i g. 2 zeigt die Herstellung eines solchen Stufenbleches. Das Bauelement 6 besteht in diesem Falle aus einer Mehrzahl von Lagen metallgebundener Fasern, deren Abmessungen den verschiedenen Stufen 7 und 8 des Maskenbleches 9 angepaßt sind. Das Maskenblech 9 stellt die negative Form des zu pressenden Verbundbauelementes dar und besteht aus unlegiertem Stahlblech, dessen dem Bauelement zugewandte Seite mit einer Oxydschicht bedeckt istF i g. 2 shows the production of such a step plate. The component 6 in this case consists of a plurality of layers of metal-bonded fibers, the dimensions of which are adapted to the various stages 7 and 8 of the masking plate 9. The mask sheet 9 shows the negative shape of the composite component to be pressed and consists of unalloyed sheet steel, whose side facing the component is covered with an oxide layer

infolge guter Trennwirkung der Oxydschicht ist die Anwendung eines Maskenbleches 9 für die Erzielung sowohl einer exakten Dickenstufung als auch maßgenauer Umrißformen der einzelnen Stufen ein beachtlicher technischer Fortschritt weil unter anderem das flüssig gewordene Aluminium im Falle der Verwendung eines Maskenbleches 9 insbesondere an den Stufen scharf abgegrenzt wird, während überflüssiges Aluminium nach außen zum Rand abfließen kann.as a result of the good separating effect of the oxide layer, the use of a masking plate 9 is necessary to achieve this both an exact thickness graduation and dimensionally accurate outlines of the individual steps a considerable Technical progress because, among other things, the aluminum that has become liquid in the event of use a mask plate 9 is sharply delimited, in particular at the steps, while superfluous aluminum can flow out to the edge.

Das Beilageblech 10 unter dem Bauelement 6 ist glatt und ebenfalls oxydiert so daß sich hier eine einwandfreie Trennung ohne Schwierigkeit durchführen läßtThe shim 10 under the component 6 is smooth and also oxidized so that a perfect one Separation can be carried out without difficulty

1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of a metallic fiber-reinforced connector component by blackmailing in a vacuum bag, characterized in that that the Verbundbaueleraent (3) facing side of the unalloyed Existing sheet steel vacuum flap (1) is subjected to an oxidation process before pressing will.

* '. Method according to claim 1 for production profiled composite construction elements, characterized in that that between the vacuum pocket (1) and the composite component (3) the geometry of the composite component (3) forming insert (masking sheet 9) made of carbon steel is placed, whose the composite component (3) facing side subjected to an oxidation process before pressing will.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxidation with a Oxide layer to be provided by applying a chemical agent such as table salt od. dgL, is effected.

4. The method according to claim 3, characterized in that the oxidation by heating Air is targeted.

5. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in addition a conventional Release agent is used.