DE2929217A1 - Rotationssymmetrischer hohler verbundkoerper - Google Patents

Rotationssymmetrischer hohler verbundkoerper

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Description

- 3 Rotationssymme-rischer hohler" Verbündkörper.
Die Erfindung betrifft einen rotationssymmetrischen hohlen Verbundkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu seiner Herstellung.
Ein derartiger Verbundkörper ist aus der DE-/.S 21 18 84S bekannt bei dem die innere Schicht aus Metallegierungen und die Matrix für den faserverstärkten Werkstoff der äußeren Schicht aus dem gleichen für die i mere Schicht verwendeter. Metall besteht, und bei dem beide Schichten durch Schleudergieße;] hergestellt werden Ein solcher, insbesondere für Schleudertrommcln von Gaszentrifugenanlagen ausgelegter Verbundkörper ist zwar für hohe Zugspannungen aufgrund der Metallmatrix jedoch nicht für hohe Warmfestigkeiten über 1000 C geeignet. Außerdem ist das Fertigungsverfahren, bei dem das Metall für die Mptrix und d.ie innere Schicht flüssig auf die in einer Trommelkoki.Lle angeordneten Faserlagen aus Gußeisen gegossen und dann geschleudert wird, schwierig zu beherrschen. Die Fertigung ist lucli, weiJ. die schnee Ie Rotation der Kokille bis zum völliger. Erk ilten auch der inneren Schicht aufrechterhalten werden muß, ex'h ibld ch zeitaufwendig. Für Serienfertigung ist dieses Verfahre ι deshalb schlecht geeignet, zumal innerhalb der Kokille die eirlgüJtige Anordnung der Faserlagen nicht zu überwachen ist.
Die Aufgabe der Ei findung besteht darin, einen Verbundkörper der im Oberbegriff def Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, der eine extrem hohe Tarmfestigkeit aufweist und der mit bekannten technologischen Mitteln stets reproduzierbar herzustellen ist«
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen Verbundkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1 utid einem Verfahren zur Herste: lung des Verbundkürpers mit den Verfahrensschritten nach Ansprucl 3 gelöst. Die Ansprüche 2 und k stellen vorteilhafte Weiterbildungen doj ErfindiUif; dar.
Copy BAD
Der erf indungsgcinäße Verbundkörper ve 'eint aufgrund seines Aufbaus hohe Zug- und Druckfestigkeit mit einer extremen Warmfestigkeit. Die innere Schicht eines fertigen Verbundkörpers ist flüssigkeits- und gasdicht imd weist eine hohe Festigkeit auf, die ein Vielfaches des ursprünglichen Graphit-Vickelkörpers bevrägt. Diese hohe Festigkeit bleibt bis zu einer Temperatur von etwa 2000 C erhalten. Die äußere Schicht aus den abwechselnd aufgebrachten Lagen aus kreuzweisen oder radial gewickelten Kohlenstoffasern kann je nach den für den herzustellenden Bauteil erforderlichen Festigkeitseigenschaften in jedox· gewünschten Stärke durch bekannte Wickeltechnik aufgebracht werden. Die Kreuzwickellagen dienen insbesondere zur Drehmomentübertragung und zur Aufnahme der axialen Kräfte. Die Radialwicklungen nehmen insbesondere die Zugspannungen tangential zum Verbundkörper auf. Die Kombination der Kreuz- und Radial.-wicklungen garantiert außei der hohen Festigkeit bei der Vg rwendung den Zusammenhalt den \ erbmidkörpers bei der \^e^lcokung. Die Wickelschichten werder in bekannter T-.reise mit organischen Harzen oder Pechverbinduigen getränkt und in einer Kammer unter Temperaturen von etwa 1200 bis 1600°C zur Umwandlung der liatrix in Kohlenstoff unter Druck verkokt.
Der erfindungsgemäße Verbundkörper kann . axfgrund seiner Materialeigenschaften und des Herstellungsverfahrens zu hochbeanspruchten Bauteilen verschiedener Art veiter verarbeitet werden. Bisherige Anwendungen sind erfolgt bei Behältern für Schmelzflüssigkeiten, die durch Gase einen inneren hohen Druck erzeugen, bei der Herstellung von Zentrifugenrotoren, wobei durch mittiges Auftrennen eines Ve^kundkörpers quer zu seiner Längsachse zwei spiegelbildliche Rotoren herstellbar sind, und zur Fertigung von Raketen-Brennkammern. Diese drei Beispiele sind eine Aus\tfahl von einer Meiirzahl von Anwendungs-
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möglichkeiten, vobei der fertige Bauteil vom Zylinder· bis ZUi- Kugel jede Zivis eh. en f ο mn aufweisen kann.
Beispiel
Zur Fertigung von zwei gleichen Zentrifugenrotoren, die jede wie eine tic-fe t chüssel geformt sind und ο η Boden einen zentralen Einsatz auf ι eisen, wird ein entsprechender zylinderf örmiger Wickelkörpea mit Polkappen aus gesintertem Graphit gefertigt, dessen Aui endurchmesser etwa 10 mm größer ist als der Innendurchmesser des fertigen Rotors. Der Wickelkörper weist an den Enden zw i zylindrische Ansätze zum Einspannen beim Wickeln auf. Au: den Wickelkörper werden in bekannter Weise auf einer Wicke." maschine die erforderlichen Kreuz- und Radiallagen aus Kohlenstoff- bzw. Graphitfasern aufgebracht. Danach werden die Faserlagen mit einer Pechverbir-dung getränkt und der Wickelkörper in eine Druckkammer eingebracht, in der bei einez* Temperatur von etwa 1-1I-OO C die Pechverbindung zwischen den Fasern und auf den oberen Faserlagen verkokt. Je nach. Größe der Rotor.-n und der Druckkammer können mehrere Wickelkörper gleichzeitig behandelt werden. Nach dem Abkühlen des Wickelkörpers wird er in der Mitte quer zu seiner Längsachse aufgeschnitten und danach jede Hälfte auf einer Drehbank bis zum Fertigmaß ausgedreht und evtl. geschliffen. Danach erfolgt enWeder über dj e Gas- oder Flüssigphase eine Siliciumimprägnierung, die bed hohen Temperaturen durchgeführt wird und wodurch Si . mit dem Kohlenstoff eine SiC-\ erbindung eingeht. Dadurch werden eis Eigenschaften des Verbandes bezüglich Festigkeit und Oxidationsbeständigkeit verbessert,
COPY
BAD OniuiNAL

Claims (3)

  1. P v- tentansprüche
    Rotationss\:nmetrischer hohler Verbundkörper, bestehend
    aus zwei fi genlos ineinander überhöhenden Schichten, voi denen die i ußere Schicht aus fasex'vex'-itärlctein Werkstoff besteht, di durch gekennz e i chne t , daß dii innere Schicht aus gepreßten oder ge s Inter tem Graphit b< steht, die mit einer Karbidverbindunc durchsetzt ist, u: daß die äußere Schicht aus auf die innere Schicht aufge wiekelton Lagen von kohlofaserverstUrkteni Kohlenstoff b steht, die in bekannter ¥eise durch Dx-uckverlcoken verfestigt sind.
    -Z-
  2. 2. Verbundkörper nach Anspruch T , dad-irch gekennzeichnet , daß die Karb id verbindung aus SiI-ic ium karbid besteht.
  3. 3. Vorfahren zur Herstellung eines rotationssymmetrischen hohlen Verbundkörpers nach den Ansprüchen 1 und 2, g β kennzeichnet durch die nachfolgenden Verfahrensschritte:
    a) Herstellen eines Wickelkörpers aus gepreßtem oder gesintertem Graphit
    b) Aufbringen der Wickellagen aus Kohlenstoff- oder Graphitfasern
    c) Imprägnieren der Wickellagen mit organischen Harzen oder Pechverbindungen und deren Härtung und Druckverkokung
    d) Ausdrehen des Wickelkörpers bis auf die gewünschte Schichtstärke
    e) Imprägnierung des gesamten Verbundes mit Silicium.
    h. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß beim Aufbringen der Kohlenstoffoder Graphitfaserlagen abwechselnd eine oder mehrere Kreuz- und Radiallagen aufgebracht werden.
    COPY
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