DE3202957A1 - Process for the treatment of a graphite or ceramic fibre - Google Patents
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Abstract
Description
Verfahren zum Behandeln von Graphit- oder Keramikfasern Process for treating graphite or ceramic fibers
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vorbehandeln von Keramik- oder Graphitfasern vor deren Einbau in eine Metallmatrix bzw -grundmasse. Die Vorbehandlung umfaßt das Beschichten der Einzelfasern mit einer Nickelbeschichtung, gefolgt von einer anschließenden Kupferbeschichtung, die verlorengeht, wenn die Fasern in ein Schmelzbad eingetaucht werden. In bestimmten Fällen können die Fasern mit einer dritten Beschichtung aus Edelmetall, z. B. Silber, versehen werden. Aufgrund der Vorbehandlung der Fasern ist es möglich, die beschichteten Fasern unter gewöhnlichen atmosphärischen Bedingungen ohne Anwendung von Unterdruck oder Schutzgas in das Schmelzbad einzutauchen.The invention relates to a method for pretreating Ceramic or graphite fibers before they are incorporated into a metal matrix or base material. The pretreatment includes coating the individual fibers with a nickel coating, followed by a subsequent copper plating, which is lost when the Fibers are immersed in a molten bath. In certain cases the fibers can with a third coating of precious metal, e.g. B. silver, are provided. Because of The pretreatment of the fibers makes it possible to use the coated fibers under ordinary atmospheric conditions without the use of negative pressure or protective gas in the Immerse the molten bath.
Die beschichteten Fasern können entweder in ein Schmelzbad des erwünschten Matrixmetalls getaucht oder in eine geeignete Form eingebracht werden, wonach das Matrixschmelzbad um die Fasern gegossen wird, oder die Fasern können durch andere geeignete Maßnahmen in das Matrixschmelzbad eingebaut werden. In Verbindung mit dem vorliegenden Verfahren besonders geeignete Werkstoffe für das Matrixschmelzbad sind Blei, Aluminium, Zinn oder Legierungen dieser Werkstoffe.The coated fibers can either be in a molten bath of the desired Matrix metal dipped or placed in a suitable form, after which the Matrix molten bath is poured around the fibers, or the fibers can pass through others suitable measures are incorporated into the molten matrix bath. Combined with the present process particularly suitable materials for the molten matrix bath are lead, aluminum, tin or alloys of these materials.
Metallmatrix-Verbundwerkstoffe, die typischerweise aus hochfesten nichtmetallischen Fasern mit hohem E-Modul in einer Metallgrundmasse bestehen, sind für eine große Anzahl industrieller und militärischer Anwendungen geeignet, da sie eine Kombination der physikalischen Eigenschaften des Metalls mit den mechanischen Hochfestigkeitseigenschaften der Fasern bieten. Damit der Verbundwerkstoff optimale mechanische Eigenschaften hat, muß zwischen den Fasern und der Grundmasse eine gute Bindung stattfinden. Ferner sind erhebliche Einsparungen zu realisieren, wenn das Verbinden der Fasern mit dem Matrixmetall unter gewöhnlichen atmosphärischen Bedingungen durchführbar ist, ohne daß spezielle Unterdrucköfen eingesetzt werden müssen oder eine Schutzgasatmosphäre vorgesehen sein muß.Metal matrix composites, typically made of high strength non-metallic fibers with a high modulus of elasticity exist in a metal matrix suitable for a large number of industrial and military applications as they one Combination of the physical properties of the metal with the mechanical high strength properties the fibers offer. So that the composite material has optimal mechanical properties there must be a good bond between the fibers and the matrix. Further Significant savings can be made when connecting the fibers to the Matrix metal is feasible under ordinary atmospheric conditions without that special vacuum ovens must be used or a protective gas atmosphere must be provided.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung von Metallmatrix-Verbundwerkstoffen, wobei zuerst auf Keramik- oder Graphitfasern eine Nickelbeschichtung und anschließend auf diese eine Kupferbeschichtung aufgebracht wird. Ferner soll gemäß der Erfindung ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff geschaffen werden, wobei eine Keramik- oder Graphitfaser zuerst mit Nickel, dann mit Kupfer und dann mit Silber oder einem anderen geeigneten Edelmetall beschichtet wird. Ferner soll ein Metallmatrix-Verbundwerkstoff unter Verwendung der doppelt- oder dreifachbeschichteten Fasern geschaffen werden, indem die Fasern in ein Matrixschmelzbad getaucht oder anderweitig in das Schmelzbad eingebracht werden, wobei die Matrixwerkstoffe Blei, Aluminium, Zinn oder Legierungen dieser Werkstoffe sind und wobei das Blei, Aluminium oder Zinn die Legierungshauptkomponente ist.The object of the invention is therefore to create metal matrix composites, where first a nickel coating on ceramic or graphite fibers and then a copper coating is applied to this. Furthermore, according to the invention A metal matrix composite can be created using a ceramic or graphite fiber first with nickel, then with copper and then with silver or another suitable one Precious metal is coated. Furthermore, a metal matrix composite should be included Using the double or triple coated fibers can be created by the fibers are immersed in a molten matrix bath or otherwise introduced into the molten bath the matrix materials lead, aluminum, tin or alloys of these Materials are and where lead, aluminum or tin are the main alloy components is.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen vergrößerten Querschnitt durch einen Graphitfaser-Aluminiummatrix-Verbundwerkstoff, wobei die Graphitfasern zuerst mit Nickel und anschließend mit Kupfer beschichtet wurden; Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt durch Graphitfasern, die mit Nickel und dann mit Kupfer beschichtet und dann in eine Weißmetalllegierungsschmelze getaucht wurden, die aus 5 % Antimon, 5 % Kupfer, Rest Zinn, besteht.The invention is explained in more detail, for example, with the aid of the drawing. Show it: 1 shows an enlarged cross-section through a graphite fiber-aluminum matrix composite material, wherein the graphite fibers are coated first with nickel and then with copper became; Fig. 2 is an enlarged cross-section through graphite fibers coated with nickel and then coated with copper and then immersed in a white metal alloy melt which consists of 5% antimony, 5% copper, the remainder tin.
Wenn die Keramik- oder Graphitfasern zuerst mit Nickel und dann mit Kupfer beschichtet werden, können sie unter normalen atmosphärischen Bedingungen in die matrixbildenden Schmelzbadwerkstoffe getaucht werden; dabei ist es dann nicht erforderlich, einen Unterdruckofen oder eine Schutzgasatmosphäre vorzusehen, was notwendig wäre, wenn die Fasern nicht vorher derart beschichtet würden.If the ceramic or graphite fibers first with nickel and then with Copper coated, they can under normal atmospheric conditions are immersed in the matrix-forming weld pool materials; then it is not there required to provide a vacuum furnace or a protective gas atmosphere, what would be necessary if the fibers were not coated in this way beforehand.
Es ist zwar möglich, verschiedene Nickel- und Kupferdicken anzuwenden, es wurde jedoch gefunden, daß eine minimale Dicke von 0,5 >im Nickel und 0,5 jim Kupfer vorteilhaft ist, weil eine vollständige Infiltration durch das Matrixschmelz bad erzielt wird, während unterhalb dieser Beschichtungsdicke der Beschichtungsmetalle eine vollständige Infiltration des Matrixmetalls nicht unbedingt erzielt wird. Die Metallbeschichtungen können unter Anwendung der verschiedensten Verfahren auf die Fasern aufgebracht werden. Stromlose oder galvanische Verfahren eignen sich für die Erzielung gut haftender Metallbeschichtungen auf den Fasern. Im Fall von Keramikfasern ist das galvanische Verfahren wirkungslos, so daß hier eine stromlose Beschichtung erfolgt. Im Fall von Graphitfasern sind galvanische Beschichtungsverfahren anwendbar. Für manche Anwendungszwecke wird auf die Kupferbeschichtung eine Edelmetallbeschichtung, normalerweise Silber, aufgebracht. Eine Silberbeschichtung mit einer Dicke von 0,05-0,1 /um hat sich als ausreichend erwiesen, wenn eine solche Beschichtung aufgebracht wird. Die Silberbeschichtung ist besonders nützlich, wenn das Matrixmetall Blei ist.While it is possible to use different thicknesses of nickel and copper, however, it has been found that a minimum thickness of 0.5> in nickel and 0.5 jim copper is advantageous because it has a complete infiltration through the matrix melt bad is achieved while below this coating thickness of the coating metals complete infiltration of the matrix metal is not necessarily achieved. the Metal coatings can be applied to the Fibers are applied. Electroless or galvanic processes are suitable for the achievement of well-adhering metal coatings on the fibers. In the case of ceramic fibers the galvanic process is ineffective, so here an electroless coating he follows. In the case of Graphite fibers are galvanic coating processes applicable. For some applications, a noble metal coating is applied to the copper coating, usually silver, applied. A silver coating 0.05-0.1 thick / um has been found to be sufficient when such a coating is applied will. The silver coating is particularly useful when the matrix metal is lead is.
Die beschichteten Fasern können entweder in das flüssige Matrixmetall getaucht oder in einer geeigneten Form mit der Metallmatrix vergossen werden.The coated fibers can either be inserted into the liquid matrix metal dipped or cast in a suitable form with the metal matrix.
Unter keramisch wird im vorliegenden Zusammenhang jedes Fasermaterial verstanden, das aus kohärenten Oxiden von Silizium, Natrium, Aluminium, Bor oder aus hochschmelzenden Metallen und Verunreinigen besteht.In the present context, ceramic is any fiber material understood that made up of coherent oxides of silicon, sodium, aluminum, or boron consists of refractory metals and impurities.
"Graphit" umfaßt sämtliche Faserarten, deren Hauptbestandteil Kohlenstoff ist."Graphite" includes all types of fibers, the main component of which is carbon is.
Das stromlose Aufbringen von Nickelüberzügen umfaßt wärmekatalysierte Reaktionen für das Vernickeln, wobei es sich z. B. um Hypophosphit oder Aminboran handelt.Selbstverständlich gibt es andere industriell anwendbare Verfahren. Das Verfahren des Aufbringens von Nickel- oder irgendwelchen anderen Beschichtungen stellt keine Begrenzung der vorliegenden Erfindung dar.The electroless application of nickel coatings includes heat catalyzed Reactions for nickel-plating, it being e.g. B. to hypophosphite or amine borane There are of course other industrially applicable processes. That Method of applying nickel or any other coatings does not constitute a limitation of the present invention.
Fig. 1 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch einen Verbundwerkstoff mit Graphitfasern 1, die vorher mit aufeinanderfolgenden Überzügen aus Nickel und Kupfer versehen worden waren. Ferner ist eine Reaktionsbeschichtung 2 um die Einzelfasern 1 herum erkennbar. Eine kupferreiche Phase 3 in der Aluminiummatrix 4 bedeutet, daß die Kupferbeschichtung verlorengegangen ist und in das Aluminium eingebaut wurde.Fig. 1 shows an enlarged cross section through a composite material with graphite fibers 1 previously covered with successive coatings of nickel and Copper had been provided. Furthermore, a reaction coating 2 is around the Single fibers 1 recognizable around. A copper-rich phase 3 in the aluminum matrix 4 means that the copper coating has been lost and built into the aluminum.
Fig. 2 zeigt ein Craphitfasermaterial, das unter der Bezeichnung "Thornel 300" (Union Carbide Corporation) vertrieben wird. Der werkstoff ist aus Polyacrylnitril hergestellt und bei 5 gezeigt. Dieser Werkstoff, der zuerst mit Nickel und dann mit Kupfer beschichtet wurde, wurde in Weißmetallschmelze 6 getaucht; das Metall 6 ist mit der Nickelbeschichtung 7, die die Graphitfasern 5 umschließt, eng verbunden. Die Kupferbeschichtung, die sich auf der Nickelbeschichtung befand, ist verlorengegangen und hat sich in der Weißmetallmatrix gelöst.Fig. 2 shows a craphite fiber material under the name "Thornel 300 "(Union Carbide Corporation). The material is made of polyacrylonitrile and shown at 5. This material, first with nickel and then coated with copper was immersed in molten white metal 6; the metal 6 is closely connected to the nickel coating 7 which surrounds the graphite fibers 5. The copper coating that was on the nickel coating has been lost and has dissolved in the white metal matrix.
Die folgenden Beispiele von Faser-Matrix-Verbundwerkstoffen, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, verdeutlichen die Anwendungsmöglichkeiten des Verfahrens bei einer Vielzahl von Werkstoffen.The following examples of fiber-matrix composites made according to of the invention were made, illustrate the possible applications of the Process with a variety of materials.
Beispiel 1 Ein Keramik-Bleilegierungs-Verbundwerkstoff wurde wie folgt hergestellt: Die Keramikfaser war NEXTEL 312 (Wz der 3M Company), die aus vier fortlaufenden Faserbündeln mit je 390 Filamenten besteht. Dieser Werkstoff wurde in eine stromlose Nickellösung getaucht, die im wesentlichen Nickelchlorid und Natriumhypophosphit in Wasser enthielt und eine Temperatur von 90 °C hatte. Die Keramikfaser wurde aus der Lösung nach 30 s entnommen und auf 300 OC erwärmt, bis eine schwarze Beschichtung aus metallischem Nickel erhalten wurde, wonach die Faser für einige Minuten wieder in die stromlose Nickellösung verbracht wurde, bis eine Nickelbeschichtung mit einer Dicke von ca. 0,5>um aufgebracht war. Example 1 A ceramic-lead alloy composite was made as manufactured as follows: The ceramic fiber was NEXTEL 312 (TM of the 3M Company), which consists of consists of four continuous fiber bundles with 390 filaments each. This material was immersed in an electroless nickel solution, essentially nickel chloride and sodium hypophosphite in water and had a temperature of 90 ° C. The ceramic fiber was removed from the solution after 30 s and heated to 300 ° C, until a black coating of metallic nickel was obtained, after which the Fiber was placed back in the electroless nickel solution for a few minutes until a nickel coating applied with a thickness of approx. 0.5 µm was.
Die nickelbeschichtete Faser wurde dann mit einer stromlosen Kupferbeschichtung versehen, und zwar in einer Lösung, die im wesentlichen Kupfersulfat und Formaldehyd in Wasser enthielt und eine Temperatur von 25 OC hatte. Die Faser wurde in der Lösung während ca. 15 min bzw. solange gehalten, bis ca. 0,5 um Kupfer niedergeschlagen war. Die nickel-/kupferbeschichtete Faser wurde dann in ein Silberzyan-Galvanisierbad mit 25 OC verbracht, in dem 0,1 ,um Silber galvanisch mit 1 A/dm2 aufgebracht wurde. Die mikroskopische Untersuchung nach der Beschichtung zeigte, daß sämtliche Filamente in dem Faserbündel gleichmäßig mit Metall beschichtet waren.The nickel-coated fiber was then coated with an electroless copper plating provided, in a solution that essentially contains copper sulfate and formaldehyde contained in water and had a temperature of 25 OC. The fiber was in the solution held for approx. 15 min or until approx. 0.5 μm copper was deposited was. The nickel / copper coated fiber was then placed in a silver cyan plating bath spent at 25 OC, in which 0.1 μm silver was electroplated at 1 A / dm2. Microscopic examination after coating showed that all of the filaments in the fiber bundle were evenly coated with metal.
Mit dem wie oben beschichteten Werkstoff wurde ein Keramik-Blei-Verbundstab hergestellt, indem ca. zehn Stränge zu einem Büngel gelegt und dieses unter die Oberfläche eines Bleibads getaucht wurde, das in Luft auf 450 OC gehalten wurde. Nach der Entnahme und Abkühlung des Verbunderzeugnisses wurde gefunden, daß der Stab steif und auf der Außenseite gleichmäßig mit Blei beschichtet war. Die mikroskopische Untersuchung eines Querschnitts dieses Verbundwerkstoffs zeigte, daß Blei in sämtliche Zwischenräume zwischen den Filamenten eingedrungen war und eng mit dem Nickelring verbunden war, der vorher auf den Keramikwerkstoff aufgebracht worden war und an der Faser haften blieb.A ceramic-lead composite rod was made with the material coated as above made by putting about ten strands in a hanger and placing it under the Surface of a lead bath was immersed, which was kept in air at 450 ° C. After the composite product was removed and cooled, it was found that the The rod was stiff and evenly coated with lead on the outside. The microscopic Examination of a cross section of this composite showed that lead was present in all Interstices between the filaments had penetrated and tight with the nickel ring was connected, which had previously been applied to the ceramic material and on stuck to the fiber.
Beispiel 2 Eine unter der Bezeichnung fieber FP" (Wz der E.I. Dupont De Nemours and Company) vertriebene Aluminiumoxidfaser wurde ebenfalls wie die Keramikfaser von Beispiel 1 mit einer stromlosen Nickelbeschichtung von 0,6 Sm und einer stromlosen Kupferbeschichtung von 0,8 vum versehen, wonach eine Silberbeschichtung von ca. 0,1 pm aufgebracht wurde. Diese Faser wurde für 30 s in ein Bleibad von 450 OC getaucht; nach der Entnahme und der Abkühlung war die Faser mit Blei infiltriert und vollständig steif. Example 2 An under the name fieber FP "(trademark of E.I. Dupont Alumina fiber sold by De Nemours and Company) also became like the ceramic fiber of example 1 with a electroless nickel plating of 0.6 Sm and an electroless copper plating of 0.8 vum, followed by a silver plating of about 0.1 pm was applied. This fiber was immersed in a lead bath for 30 s 450 OC immersed; after removal and cooling, the fiber was infiltrated with lead and completely stiff.
Beispiel 3 Ein fortlaufendes Graphitfasermaterial, das unter der Bezeichnung "Thornel Type P Grade VSB-32" (Union Carbide Corporation) vertrieben wird, besteht aus Pech. Diese Faser umfaßt 2000 Filamente in einem fortlaufenden Strang, hat eine Zugfestigkeit von ca. 21090 kp/cm2 und einen Reckmodul von 3 515 000 kp/cm2. Wenn dieses Material in eine Metallmatrix eingebaut ist, werden Festigkeit und Steifigkeit somit erheblich gesteigert. Example 3 A continuous graphite fiber material which is used under the Marketed under the designation "Thornel Type P Grade VSB-32" (Union Carbide Corporation) is made of bad luck. This fiber comprises 2000 filaments in one continuous Strand, has a tensile strength of approx. 21090 kp / cm2 and a stretching modulus of 3 515 000 kg / cm2. When this material is built into a metal matrix, strength becomes and rigidity thus increased considerably.
Diese Graphitfasern wurden mit einem galvanischen Nickelüberzug versehen, indem sie durch eine wäßrige Lösung aus Nickelsulfamat und Borsäure, die auf 50 OC gehalten wurde, geführt wurden. Die Verweilzeit in der galvanischen Lösung betrug 2 min, und die Stromdichte betrug 2 A/dm2. Auf das nickelbeschichtete Graphit wurde ein galvanischer Kupferüberzug aufgebracht, indem die kontinuierliche Faser durch eine wäßrige Kupferzyanlösung, die auf 60 OC gehalten wurde, geschickt wurde, wobei während 2 min ein Gleichstrom von 1,5 A/dm2 angelegt wurde. Die Gesamtschichtdicke betrug ca. 2,5 m und setzte sich aus gleichen Schichten Nickel und Kupfer zusammen. Selbstverständlich hätten Nickel und Kupfer in der in Beispiel 1 angegebenen stromlosen Verfahrensweise aufgebracht werden können; die Herstellung eines galvanischen Überzugs bietet jedoch Vorteile hinsichtlich der Kosten und der Abscheidungsgeschwindigkeit.These graphite fibers were provided with a galvanic nickel coating, by being treated with an aqueous solution of nickel sulphamate and boric acid, which is reduced to 50% OC was held, were performed. The residence time in the galvanic solution was 2 minutes and the current density was 2 A / dm2. On the nickel-coated graphite was an electroplated copper plating applied by the continuous fiber through an aqueous copper cyanide solution, which was kept at 60 ° C., was sent, with a direct current of 1.5 A / dm2 was applied for 2 min. The total layer thickness was about 2.5 m and was composed of equal layers of nickel and copper. Of course, nickel and copper would have been in the electroless state given in Example 1 Procedure can be applied; however, the production of a galvanic coating offers Advantages in terms of cost and speed of deposition.
Es wurde ein Graphit-/Aluminiumverbunddraht mit einem Durchmesser von 1,27 mm hergestellt, indem das galvanische Nickel- und Kupferüberzüge aufweisende Garn unter der Oberfläche eines Aluminiumbads, das in Luft auf 750 OC gehalten wurde, durchgeführt wurde. Das beschichtete Garn wurde mit einer Geschwindigkeit von 101,6 cm/min durch das Bad gezogen, so daß die Verweilzeit ca. 6 s betrug. Der so erzeugte Draht hatte keine Hohlräume, kennzeichnete sich durch besondere Steifigkeit und eine Zugfestigkeit von 3515 kp/cm2, und seine errechnete Volumenbeladung war 11 Vol.-%.It was a graphite / aluminum composite wire with a diameter of 1.27 mm made by electroplated nickel and copper coatings Yarn under the surface of an aluminum bath kept at 750 oC in air, was carried out. The coated yarn was fed at a speed of 101.6 cm / min through the bath so that the residence time was about 6 s. The one created in this way Wire had no cavities and was characterized by its particular rigidity and a tensile strength of 3515 kgf / cm2, and its calculated volume loading was 11 % By volume.
Fig. 1 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch den Aluminiumverbunddraht.1 shows an enlarged cross section through the aluminum composite wire.
Beispiel 4 Graphitgarn, das wie in Beispiel 2 nickel- und kupferbeschichtet war, wurde zur Erzeugung eines zweiseitigen Gewebes in einfacher Würfelbindung handgewebt. Dieses Webmaterial war biegsam und ohne Ausfasern oder Filamentbruch leicht handhabbar. Beim Eintauchen des Webmaterials für 15 s unter die Oberfläche eines Aluminiumbads, das in Luft auf 750 OC gehalten wurde, fand ein spontanes Benetzen und eine Infiltration des Graphits statt. Nach dem Abkühlen resultierte eine sehr steife Graphit-Aluminium-Platte. Example 4 Graphite yarn coated with nickel and copper as in Example 2 was handwoven in a single cube weave to create a two-sided fabric. This woven material was pliable and easy to handle without fraying or filament breakage. When immersing the woven material for 15 s under the surface of an aluminum bath, kept at 750 ° C in air found spontaneous wetting and infiltration of graphite instead. After cooling, a very stiff graphite-aluminum plate resulted.
Beispiel 5 Ein Graphit-Blei-Verbundstab wurde durch konventionelles Investmentgießen in einer Gipsform hergestellt. Type-P-Graphitfasern wurden zuerst galvanisch mit 0,5 m Nickel aus einer wäßrigen Lösung aus Nickelazetat und Dimethylaminboran, die auf 75 OC gehalten wurde, beschichtet. Anschließend wurden die kontinuierlichen Fasern mit 0,7 um Kupfer galvanisch aus einem Kupferzyanbad in gleicher Weise wie in Beispiel 3 beschichtet. Schließlich wurden die nickel-kupfer-beschichteten Fasern durch eine Silberzyanlösung geschickt, wonach auf der Kupferbeschichtung der Fasern eine dünne Silberbeschichtung chemisch abgeschieden war. Ein Bündel dieser Fasern wurde in einen Gipsformhohlraum mit einer Größe von 3,17 x 3,17 x 203,2 mm eingebracht, und Bleischmelze mit einer Temperatur von 500 OC wurde eingeleitet; der Formhohlraum war vollständig ausgefüllt, und die beschichteten Fasern waren in den gegossenen Bleistab eingebaut. Example 5 A graphite-lead composite rod was prepared by conventional Investment casting made in a plaster mold. Type-P graphite fibers were first electroplated with 0.5 m nickel from an aqueous solution of nickel acetate and dimethylamine borane, which was kept at 75 OC coated. Then the continuous Fibers with 0.7 µm copper electroplated from a copper cyan bath in the same way as coated in example 3. Finally, the nickel-copper coated fibers were made sent through a silver cyan solution, after which on the copper coating of the fibers a thin silver coating was chemically deposited. A bundle of these fibers was placed in a plaster mold cavity with a size of 3.17 x 3.17 x 203.2 mm, and molten lead at a temperature of 500 OC was initiated; the mold cavity was completely filled and the coated fibers were in the cast Built-in lead rod.
Der erhaltene Graphit-Blei-Stab kennzeichnet sich dadurch, daß c a. 10 Vol.-% Graphitfasern gut mit Blei infiltriert war. Der Stab war wesentlich steifer als reines Blei und hatte eine Zugfestigkeit von ca. 2109 kp/cm², was erheblich über dem Wert von Blei ohne Faserverstärkung liegt.The graphite-lead rod obtained is characterized in that c a. 10% by volume of graphite fibers was well infiltrated with lead. The rod was much stiffer than pure lead and had a tensile strength of approx. 2109 kg / cm², which is considerable is above the value of lead without fiber reinforcement.
Beispiel 6 Ein in großem Umfang verwendetes Graphitgarnmaterial "Thornel 300" wird von der Union Carbide Corporation hergestellt. Es besteht aus Polyacrylnitril und umfaßt 3000 Filamente mit einem Durchmesser von jeweils 7 ,um. Example 6 A widely used graphite yarn material "Thornel 300 "is manufactured by Union Carbide Corporation. It is made of polyacrylonitrile and comprises 3000 filaments each 7 µm in diameter.
Thornel-Garn wurde zuerst galvanisch mit einem Nickelüberzug von 0,8 um versehen, indem die kontinuierliche Faser durch eine wäßrige Lösung aus Nickelsulfamat und Eorsäure, die auf 50 OC gehalten wurde, geschickt wurde. Die Verweilzeit in der Lösung betrug 3 min, und der galvanische Strom war 8 A.Thornel yarn was first electroplated with a nickel plating of 0.8 To be provided by passing the continuous fiber through an aqueous solution of nickel sulfamate and boric acid kept at 50 ° C. The dwell time in the solution took 3 minutes and the galvanic current was 8 A.
Dann wurde auf die Nickelbeschichtung eine Kupferschicht in einem auf 60 OC gehaltenen Kupferzyanbad aufgebracht. Eine duN ç chnittliche Beschichtungsdicke von 1 um Kupfer wurde innerhalb von 2 min mit einem galvanischen Strom von 10 A aufgebracht.Then a copper layer in one was applied to the nickel plating applied to a copper cyan bath held at 60 ° C. A thin average coating thickness of 1 μm copper was applied within 2 min with a galvanic current of 10 A upset.
Zehn Stränge des galvanisch nickel-kupfer-beschichteten Graphitgarns wurden zu einem Bündel zusammengefaßt und in ein Weißmetallbad aus 5 % Antimon, 5 % Kupfer, Rest Zinn, getaucht. Die Weißmetallegierung wurde in Luft auf 400 OC gehalten. Nach der Entnahme und Abkühlung des Produkts wurde ein gut infiltrierter Stab mit einem Durchmesser von ca.Ten strands of the electroplated nickel-copper-coated graphite yarn were combined into a bundle and placed in a white metal bath made of 5% antimony, 5% copper, the rest tin, dipped. The white metal alloy was in air at 400 oC held. After the product was removed and cooled, it became well infiltrated Rod with a diameter of approx.
3,81 mm und einer Länge von ca. 12.7 cm erhalten. Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt des Graphitfaser-Weißmetallmatrix-Verbundprodukts.3.81 mm and a length of approx. 12.7 cm. Fig. 2 shows one enlarged cross-section of the graphite fiber-white metal matrix composite product.
Zur Erzielung einer optimalen Infiltration der Fasermaterialien durch die Matrixschmelze wurde gefunden, daß eine Mindestbeschichtungsdicke von 0,5 um Nickel und von 0,5 ,um der anschließenden Kupferbeschichtung erforderlich ist.To achieve optimal infiltration of the fiber materials through the matrix melt was found to have a minimum coating thickness of 0.5 µm Nickel and of 0.5 to the subsequent copper plating is required.
Das nachfolgende Beispiel verdeutlicht die Wichtigkeit dieser Mindestdicke: Beispiel 7 Die Raumdichte eines Graphit-Aluminium-Verbundwerkstoffs kann minimiert werden, wenn die Gesamtbeschichtungsdicke von Kupfer und Nickel (die beide eine höhere Dichte als Aluminium haben) gering ist. Wie aus Beispiel 3 ersichtlich ist, waren Beschichtungsdicken von jeweils ca. 1 vum Kupfer und Nickel ausreichend, um in Luft einen AluminiumGraphit-Verbundwerkstoff herzustellen. Bei dem vorliegenden Beispiel wurden Dicken von weniger als 1 pm auf Graphitfasern aufgebracht.The following example illustrates the importance of this minimum thickness: example 7 The bulk density of a graphite-aluminum composite can be minimized, when the total coating thickness of copper and nickel (which both have a higher density than aluminum) is low. As can be seen from Example 3, coating thicknesses were of approx. 1 volume each of copper and nickel is sufficient to form an aluminum-graphite composite in air to manufacture. In the present example, thicknesses of less than 1 μm were found Graphite fibers applied.
In vier getrennten Versuchen wurden schrittweise erhöhte Dicken von 0,2/zum Nickel und Kupfer auf Graphitfasern in Schritten von jeweils 0,2, 0,4, 0,6 und 0,8,Um aufgebracht.Gradually increased thicknesses of 0.2 / for nickel and copper on graphite fibers in steps of 0.2, 0.4, 0.6 respectively and 0.8 µm applied.
Nach dem Beschichten wurden die Fasern unter der Oberfläche eines auf 750 OC in Luft gehaltenen Aluminiumbads gehalten und mit einer solchen Geschwindigkeit durchgezogen, daß die Gesamteintauchzeit ca. 6 s betrug.After coating, the fibers became beneath the surface of a maintained at 750 oC in air held aluminum bath and at such a rate solid that the total immersion time was approx. 6 s.
Es wurde gefunden, daß die mit jeweils 0,2 und 0,4 ym Nickel und Kupfer beschichteten Fasern nicht vollständig von Aluminium infiltriert waren, daß jedoch die mit jeweils 0,6 und 0,8 /um Nickel und Kupfer beschichteten Fasern sehr steif und gut infiltriert waren. Daher wurde eine fünfte Beschichtungsdicke von jeweils 0,5 um Nickel und Kupfer in der vorgenannten Weise aufgebracht und wurde gut -infiltriert, so daß 0,5 um Nickel und Kupfer eine wirksame untere Grenze für die Beschichtungsdicke darstellt.It was found that those with 0.2 and 0.4 ym respectively nickel and copper coated fibers were not completely infiltrated by aluminum, however the fibers coated with 0.6 and 0.8 μm nickel and copper in each case are very stiff and were well infiltrated. Therefore, a fifth coating thickness of 0.5 um nickel and copper applied in the aforementioned manner and was well -infiltrated, so that 0.5 µm nickel and copper are an effective lower limit on the coating thickness represents.
Es ist besonders darauf hinzuweisen, daß sämtliche vorstehenden Beispiele und das angegebene Verfahren unter normalen atmosphärischen Bedingungen ohne die Verwendung spezieller Unterdrucköfen oder einer Schutzgasatmosphäre durchführbar sind.It should be noted that all of the above examples and the specified procedure under normal atmospheric conditions can be carried out without the use of special vacuum ovens or a protective gas atmosphere are.
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|---|---|---|---|
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Cited By (2)
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| DE3922425A1 (en) * | 1989-07-07 | 1991-01-17 | Hoechst Ag | ELECTRODE FOR GALVANIC PRIMARY AND SECONDARY ELEMENTS |
| DE19751929A1 (en) * | 1997-11-22 | 1999-05-27 | Ks Aluminium Technologie Ag | Method for producing a casting |
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| US3720257A (en) * | 1970-01-07 | 1973-03-13 | Bbc Brown Boveri & Cie | Method of producing carbon fiber-reinforced metal |
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1982
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| 8125 | Change of the main classification |
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