DE2263381C3

DE2263381C3 - Process for the production of a metallic fiber-reinforced composite component

Info

Publication number: DE2263381C3
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: 1975-06-05
Also published as: DE2263381B2; DE2263381A1; IT1000368B; GB1451505A; FR2211323A1

Description

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Bei der Herstellung metallischer fatsrvcrstärktcr Verbundwerkstoffe werden mehrere aufeinanderlicgende und z. B. aus Aluminium- oder Titanlegierungcn bestehende Folien mit darauf richtungsorientiert festgelegten Verstärkungsfasern durch Löten oder Diffueionsschweißen miteinander verbunden. Dies erfolgt in der Regel in einer evakuierten Tasche unter Preßdruck, Um auf diese Weise unter anderem ein von Gascin-Schlüssen und Oxyden freies Verbundbauelcment zu erhalten (ASTM, American Society for Testing and Material. Berichte 1966, Nr. 427, Seite 80; Zeitschrift »Kunst-Stoffe«, Bd. 59/1969, Seite 859 ff).In the manufacture of metallic fiber reinforced Composite materials are several successive and z. B. made of aluminum or titanium alloys existing foils with reinforcing fibers fixed on them in a directionally oriented manner by soldering or diffusion welding connected with each other. This is usually done in an evacuated bag under pressure, In order to obtain in this way, among other things, a composite construction element that is free of gas and oxides (ASTM, American Society for Testing and Material. Reports 1966, No. 427, page 80; magazine "Kunst -offe", 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 Anpastung an die Stärke der Verbundbaubleche sehr dünn gehalten und sind deshalb mechanisch namentlich bei höheren Temperaluren 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 pasting 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 has so far generally been limited to smaller components stayed.

Oft haften die äußeren Schichten der mehrlagig geschichteten Vcrbiindbauclernente nach dem Verpressen fio an den Innenseiten der sie während dieses, Verbindungsvorganges umhüllenden laschen. Zur Vermeidung dieses Nachteils werden in der Regel Trennmittel, /.. B. Aluminiumoxyd, kolloidales Graphit od. dgl., aufgebracht. Diese bekannten Trennmittel haben den Nachteil, daß sie keine festhaftende Schicht bilden, sie neigen vielmehr zur örtlichen Inselbildung und werden von Rauhigkeiten auf der Oberfläche der faserverstärkten Bleche stellenweise durchstoßen. Es entstehen dann Oberflächenfehler auf den Bauelementen, die durch Trennmitleleinschlüssc oder durch Metallausbrüche verursacht werden und als partielle Bindungen zwischen Bauteil-Oberfläche und Tascheninnenseite in Erscheinung treten. Ähnlich unbefriedigende Ergebnisse werden mit anderen bekannten Trennmitteln erzieh, die dazu noch äußerst empfindlich und brüchig in der Handhabung sind und z.B. aus präpariertem dünnen AhOi-Papier bestehen.The outer layers of the multilayered composite components often adhere after pressing on the inside of the tabs surrounding them during this connection process. To avoid this disadvantage are usually release agents, for example 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 Pierce sheet metal in places. There then arise surface defects on the components, which by Release agent inclusions or metal breakouts and as partial bonds between Component surface and inside of the pocket appear. Similar unsatisfactory results are educated with other known release agents, which are also extremely sensitive and brittle in the Handling and consist e.g. of prepared thin AhOi paper.

Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, die äußeren Lagen eines mehrlagig geschichteten Paketes aus außen eloxierten Aluminiumfolien herzustellen. Deren Ränder können überstehen und miteinander verschweißt werden, so daß diese Aluminiumfolien gleichzeitig als Taschen dienen und über die nicht eloxierte Innenseite mit dem Paket der faserverstärkten Bleche verbunden werden. Das gleiche gilt im FaIIe außen eloxierter Aluminiumfolien in Vakuumtaschen, wobei die Eloxalschicht an der Tasche anliegt. Die Eloxalschichi ist oann zwar wirksame Trennschicht gegenüber der Tasche, aber da die eloxierte Aluminiumfolie zur Erzielung eines möglichst hohen Füllgrades mit Fasern äußerst dünn sein muß, ist sie namentlich bei höheren Temperaturen und Drücken ebenfalls empfindlich gegen mechanische Belastung, was die praktische Anwendung außer im Laboratorium ebenfalls ausschließt.It has also already been proposed to consist of the outer layers of a multilayered package produce externally anodized aluminum foils. Their edges can protrude and welded together so that these aluminum foils also serve as pockets and over the non-anodized Inside to be connected to the package of fiber-reinforced sheets. The same applies in the case of externally anodized Aluminum foils in vacuum bags, with the anodized layer resting on the bag. The Eloxalschichi Although it is an effective separating layer against the pocket, the anodized aluminum foil is used to achieve this the highest possible degree of filling with fibers must be extremely thin, it is especially with higher Temperatures and pressures also sensitive to mechanical stress, which is practical except in the laboratory also excludes.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die bisherigen Mangel zu vermeiden und ein Verfahren aufzuzeigen, nach welchem auch große und kompliziert gestaltete Verbundbaueleniente mittels einer wirksamen auf der Oberfläche des Paketes mehrlagig geschichteter faserverstärkter Bleche aufliegenden Trennschicht mit geringem Aufwand hergestellt werden können.The object on which the invention is based is to avoid the previous deficiencies and to show a method, according to which large and complexly designed composite components by means of an effective layer of fiber-reinforced sheet metal layered on the surface of the package Separating layer can be produced with little effort.

Die Erfindung besteht bei einem Verfahren zur Herstellung eines metallischen faserverstärkten Verbundbauelementes durch Verpressen in einer Vakuumtasche darin, daß die dem Verbundbauelcment zugekehrte Seite der aus unlegiertem Stahlblech bestehenden Vakuumtasche vor dem Verpressen einem Oxydationsprozeß unterworfen wird.The invention consists in a method for producing a metallic fiber-reinforced composite component by pressing in a vacuum pocket in that the side facing the composite component the vacuum pocket made of unalloyed steel sheet an oxidation process before pressing is subjected.

Unlegierte Stahlbleche (Tiefziehbleche) sind 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 Beeinträchtigung der Trennwirkung nach sich ziehen.Unalloyed steel sheets (deep-drawn sheets) are available on the market in all desired thicknesses and the Application of the oxide layer does not involve any particular effort. Tests have shown that even disturbances in the oxide layer do not impair the separation effect.

Eine Fortbildung des Verfahrens nach der Erfindung bei der Herstellung profilierter Verbundbauelemente ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Vakuumtasche und Vcrbundbauelemenle eine die Geometrie des Verbundbauelcmentcs formende Einlage aus unlegiertem Stahl gelegt wird, deren dem Verbundbauelemcnt zugekehrte Seite vor dem Verpressen einem Oxydalionsprozeß unterworfen wird. Solche formgebenden Einlagen weisen mit dem /u erzeugenden Profil spiegelbildlich übereinstimmend ausgeformte Dickenabstufungen und/oder exakte geometrische Beranduugen auf.A further development of the method according to the invention in the production of profiled composite components is characterized in that between the vacuum pocket and Vcrbundbauelemenle the geometry of the Verbundbauelcmentcs forming insert made of carbon steel is placed, whose the Verbundbauelemcnt facing side is subjected to an oxidation process before pressing. Such shaping ones Deposits are mirror images of the / u generating profile Correspondingly shaped thickness gradations and / or exact geometrical edge grooves on.

Die Erzeugung der Oxydschicht ist bei den formgebenden. 7. B. in Dickenabsiufungcn verlaufenden Oberflächen ebenso problemlos wie bei ebenen Tascheninncnseilen. The creation of the oxide layer is in the form-giving. 7. For example, surfaces running in thickness gradients are just as problem-free as with flat inner pocket ropes.

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

bewirkt werden.be effected.

Als besonders zweckmäßig hat es si--h verwiesen, den Vorgang der Oxydation durch Erwärmung der mit einer Oxydschicht zu versehenden [-lachen zu intensivieren und gegebenenfalls zusätzlich mit einer Schicht aus chemischen Wirkstoffen bzw. einer heikömnil'chen Trennschicht zu versehen.It has been shown to be particularly useful to intensify the process of oxidation by heating the [-puddles to be provided with an oxide layer and, if necessary, additionally with a layer of chemical active ingredients or a heikömnil'chen To provide separation layer.

Die Erfindung ist an Hand der nachfolgend beschriebenen Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing described below.

In schematischen Darstellungen zeigenShow in schematic representations

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

F i g. 3 ist das Stufcnblcch gemäß F i g. 2 in perspektivischer Darstellung.F i g. 3 is the stepped sheet according to FIG. 2 in perspective Depiction.

In gasdicht verschweißten Vakuumtaschen I, die über Saugrohrstutzen 2 evakuiert sind, befinden sich die aus mehreren Lagen bestehenden Pakete von faserverstärkten Verbundbauelcmenten.In gas-tight welded vacuum pockets I, which are evacuated via suction pipe sockets 2, are located the multi-layer packages of fiber-reinforced composite structural elements.

Das unfertige Bauelement 3 nach F i g. 1 besieht aus vier Lagen gleichgroßer einlagiger Bänder aus parallelen metallgcbundenen 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 single-layer strips of the same size from parallel metal-bonded 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 Bauclc ment nicht an den Tascheninnenseiten haftet, sondern daß es sich nach Öffnen der Tasche mühelos und mit glatten Oberflüchen herauslösen läßt.This layer has the effect that during the subsequent pressing process in the direction of arrows 4 and 5, the Bauclc ment does not stick to the inside of the bag, but that after opening the bag it can be effortlessly and with can be removed from smooth surfaces.

Der Oxydationsprozeß kann durch elektrochemische Miüel oder z. B. durch das Aufsprühen eines Salzes, beschleunigt und so beeinflußt werden, daß sich seine Trennwirksamkeii erhöht. Das ist besonders zweckmäßig bei der Herstellung von sogenannten Stufenblechcn, die auch aus mehreren Lagen faserverstärkter Bänder bestehen, welche aber nicht alle gleich groß sind, sondern je Stufe eine andere Kontur haben.The oxidation process can be carried out by electrochemical Miüel or z. B. by spraying a salt, accelerated and so influenced that its separation efficiency increases. This is particularly useful in the production of so-called stepped sheets, which are also made up of several layers of fiber-reinforced There are bands, which are not all the same size, but have a different contour for each step.

F i g. 2 zeigt die I lersiellung eines solchen Stufenbleches. Das Bauelement 6 besteht in diesem Falle aus einer Mehrzahl von Lagen mctallgebundcner Fasern, deren Abmessungen den verschiedenen Stufen 7 und 8 des Maskenblcches 9 angepaßt sind. Das Maskenblech 9 stellt die negative Form des zu pressenden Verbundbauelemcntes dar und besteht aus unlegiertem Stahlblech, dessen dem Bauelement zugewandte Seite mit einer Oxydsehicht bedeckt ist.F i g. 2 shows the implementation 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 mask plate 9. The mask sheet 9 shows the negative shape of the composite structural element to be pressed and consists of unalloyed sheet steel, whose side facing the component is covered with an oxide layer.

Infolge guter Trennwirkung der Oxydsehicht ist die Anwendung eines Maskenbleches 9 für die Erzielung sowohl einer exakten Dickenstufung als auch maßgenaucr IJmrißformcn 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 The outline of the individual stages is a considerable one 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 läßt.The shim 10 under the component 6 is smooth and also oxidized, so that a perfect one Separation can be carried out without difficulty.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Palent claims:

1. Process for the production of a metallic fiber-reinforced composite structural element by pressing in a vacuum bag, characterized in that the composite structure (3) facing ropes of the unalloyed sheet steel vacuum pocket (1) in front of the Pressing is subjected to an oxidation process.

2. The method of claim 1 profiled for producing composite components, characterized in that NND Verkundbauelement (3) the geometry of the Verfcundbauelementes (3) forming insert (Maskcn- biecb 9) is placed in carbon steel between the vacuum bag (1) having the composite component (3) the facing side is subjected to an oxidation process before pressing. Yo

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the oxidation with a Oxide layer to be provided by the application of a chemical agent such as table salt or the like., is effected. * 5

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.