DE2916299A1

DE2916299A1 - Verfahren zum herstellen eines verbundwerkstoffes

Info

Publication number: DE2916299A1
Application number: DE19792916299
Authority: DE
Inventors: Heinz Huber; Hans Dipl Phys Dr Leis; Alexander Schmoeller; Just Dipl Ing Soehlemann
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1979-04-21
Filing date: 1979-04-21
Publication date: 1980-10-23

Description

Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffes
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren der im Oberbegriff degAnspruchs 1 angegebenen Art. Ein nach diesem Verfahren aufgebauter Verbundwerkstoff ist bereits durch die US-PS 4.029.838 bekannt. Bei dem darin beschriebenen Verbundwerkstoff werden äußere Schichten aus mit Borfasern verstärktem Aluminium, innere Schichten aus mit Kohlenstoffasern verstärktem Kunstharz mit Deckschichten aus Titanfolien durch Klebeschichten miteinander verbunden. Die Verbindung der Schichten erfolgt dabei in mehreren Verfahrensschritten von unterschiedlicher Dauer bei verschiedenen Temperaturen und Drücken, wobei die höchste Temperatur entsprechend der verwendeten Kunstharzmatrix und dem Kleber etwa 1770C beträgt. Die hohe Widerstandsfähigkeit dieses Verbundwerkstoffs gegen Schlag, Bruch und Erosion wird somit durch ein äußerst kompliziertes Herstellungsverfahren erkauft.
Außerdem kann dieser Werkstoff nur für Teile verwendet werden, welche verhältnismäßig niedrige Temperaturbelastungen auszuhalten haben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß der zu schaffende Verbundwerkstoff leicht zu fertigen ist und auch höheren Temperaturen ausgesetzt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritte, wobei in den Unteransprüchen 2 bis 4 noch vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht sind, die teilweise Überschneidungen mit dem Stand der Technik aufweisen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auf einfache und billige Art ein durch Deckschichten geschützter metallischer Verbundwerkstoff hergestellt werden, der je nach den verwendeten Fasern und den Lagen des niedrigschmelzenden Metalls in seinen Festigkeitseigenschaften eingestellt werden kann. Bei der bevorzugten Verwendung von Aluminium als Matrixmetall wird ein geringes spezifisches Gewicht erzielt, so daß der Verbundwerkstoff insbesondere für Zwecke des Leichtbaus Verwendung finden kann. Außerdem kann durch Wahl der Anzahl der Lagen aus Fasergewebe und des niedrigschmelzenden eindiffundier,enden Metalls jede gewünschte Schichtdicke erzielt werden. Die Deckschichten haben im wesentlichen die Aufgabe, dem Verbundwerkstoff eine hochfeste Außenhaut zu verleihen, die auch extrem hohen äußeren Beanspruchungen wie Regen, Erosion, Kavitation und Fremdkörpereinschlägen standhält. Bei Verwendung von Deckschichten aus z.B. hochfestem Stahl oder Titan ist somit der erfindungsgemäße Verbundwerkstoff sogar für der Strömung ausgesetzte Teile von bei Überschall fliegenden Fluggeräten geeignet. Die Hartlötung des Schichtpaketes kann nach bekannten Verfahren, z.B. mit einer Vakuumtasche in einem Autoklaven erfolgen.
Die Merkmale der Erfindung und deren technische Vorteile ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen in Schnittdarstellungen Fig. 1 der einfachste Fall der aufeinander zu schichtenden Lagen zur Herstellung des Verbundwerkstoffes: Je eine Lage des Fasergewebes und des niedrigschmelzenden Metalls vor dem Hartlöten; Fig. 2 mehrere Lagen entspr. Fig. 1 vor dem Hartlöten; Fig. 3 ein fertiger Verbundwerkstoff aus den Schichten der Fig. 2 nach dem Hartlöten.
In den Figuren 1 bis 3 sind wegen einer übersichtlichen zeichnerischen Darstellung die einzelnen Schichten und Lagen gegenüber der tatsächlichen Ausführung wesentlich stärker gezeichnet.
In der Fig. 1 ist zur Vorbereitung zum Hartlöten zwischen zwei Deckschichten 2 je eine Lage aus niedrigschmelzendem Metall 3 und Fasergewebe 4 angeordnet. Als Deckschichten 2 können je nach Beanspruchung und Verwendung Folien oder dünne Bleche aus z.B. Aluminium, Stahl, Nickel, Titan oder anderen festen Werkstoffen angeordnet werden. Als niedrigschmelzendes Metall soll bevorzugt eine Aluminiumlegierung verwendet werden, z*Bo Alst 12.
Es können aber auch andere niedrigschmelzende Metalle und deren Legierungen zur Anwendung gelangen. Das Fasergewebe 4 besteht aus unidirektionalen parallel liegenden Fasern 5 aus z.B. Siliciumkarbid, Aluminiumoxid, Bor oder Kohlenstoff, die durch quer zu ihnen gewebten feinen Webbändern 6 gehalten sind. Die Webbänder 6 können aus härterem Aluminium als die Lage 3 oder auch aus anderen Materialien bestehen, sie dienen zum Fixieren der Fasern 5 sowohl beim Transport als auch beim Hartlöten und dem damit verbundenen Pressen der Lagen.
In der Fig. 2 sind je drei Lagen aus niedrigsohmelzendem Metall3 und Fasergewebe 4 zwischen Deckschichten 2 angeordnet. Die entsprechend den Fig. 1 und 2 vorbereiteten geschichteten Lagen 2 bis 4 werden unter Druck z.B. in einem Autoklaven, bei der für die einzelnen zur Anwendung gelangenden Materialien entsprechenden Temperatur einem Hartlötprozeß unterzogen. Dabei diffundieren die Lagen 3 aus niedrigschmelzendem Material in das Fasergewebe 4 ein und bilden entspr. Fig. 3 eine zusammenhängende Schicht 8 aus faserverstärktem Metall, die sich ihrerseits mit den Deckschichten 2 zu dem gewünschten Metall-Verbundwerkstoff verbindet. Die einzelnen Lagen aus Fasergewebe 4 können sowohl in paralleler als auch in kreuzweiser Faseranordnung zueinander zwischen die Deckschichten eingelegt werden Leerseite

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffes Patentansprüche Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffes aus einer oder mehreren faserverstärkten Lagen, die durch saubere Metallschichten abgedeckt werden, g e k e n n -z e i c h n e t durch die nachfolgenden Verfahrensschritte a) ein oder mehrere Lagen eines Fasergewebes (4) werden abwechselnd mit ein oder mehreren Lagen eines niedrigschmelzenden Metalls (3), insbesondere einer niedrig schmelzenden Aluminiumiegierung, geschichtet, b) beidseitig auf die geschichteten Lagen werden Deckschichten (2) aus einem Metall aufgebracht, welches gegenüber dem niedrigschmelzenden Metall (3) bessere mechanische und thermische Eigenschaften aufweist, c) die Deckschichten (2) mit den zwischen ihnen geschichteten Lagen werden unter Einwirkung von Druck hartgelötet, wobei das niedrigsohmelzende Metall (3) in das Fasergewebe (4) eindiffundiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d.adurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß zur Herstellung des Fasergewebes (4) parallel liegende Fasern (5) aus Siliciumkarbid, Aluminiumoxid, Bor oder Kohlenstoff mit quergerichteten feinen Webbändern (6) miteinander verbunden werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß für die Deckschichten (2) Folien oder dünne Bleche aus Aluminium, Stahl, Nickel oder Titan verwendet werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die einzelnen Lagen des Fasergewebes (4) in sich kreuzender Richtung zueinander angeordnet werden.