DE3318813A1

DE3318813A1 - Verfahren zur formung von faserverstaerkten glasmatrix-verbundgegenstaenden

Info

Publication number: DE3318813A1
Application number: DE19833318813
Authority: DE
Inventors: George K. 06109 Wethersfield Conn. Layden; Karl M. 06066 Vernon Conn. Prewo
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1982-05-25
Filing date: 1983-05-24
Publication date: 1983-12-01
Also published as: IT8321202A0; FR2530618A1; GB8312437D0; IT1167655B; FR2530618B1; GB2120649B; AT386191B; DE3318813C2; ATA188883A; JPS58217436A; US4464192A; GB2120649A; CH653954A5

Description

PATENTANWALT

DR. RICHARD Kr¹EiSSL 2 /} M_a< iqqq

W|dJ-.aT3yc.:.L.-."46 ^a' ^m;3

D-8000 MÜNCHEN 22 DE 98 As/se Tel. 089/295125

United Technologies Corporation Hartford, Ct./V.St.A.

Verfahren zur Formung von faserverstärkten Glasmatrix·

Ve rbundge gen s t änden

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IQ Die vorliegende Erfindung betrifft Formgebungsverfahren, und insbesondere Formgebungsverfahren für faserverstärkte Verbundgegenstände.

Infolge der Knappheit und der steigenden Kosten für viele übliche Hochtemperatur-Konstruktionsmetalle hat man nicht-metallischen faserverstärkten Verbundmaterialien als Ersatz für übliche Hochtemperatur-Metallegierungen verstärkte Aufmerksamkeit gewidmet. Die Verwendung von Ersatzmaterialien für Metall, von hochfesten faserverstärkten Harz-Verbundmaterialien oder sogar hochfesten faserverstärkten Metallmatrix-Verbundmaterialien,ist bereits soweit fortgeschritten, daß derartige Materialien für Produkte, beginnend bei Sportartikeln bis hin zu hochentwickelten Teilen von Düsenflugzeugen kommerziell eingeführt sind. Eines der großen Probleme dieser Verbundmaterialien liegt jedoch darin, daß ihre maximale Verwendungstemperatur begrenzt ist.

Keramik-, Glas- und Glaskeramik-Körper, die für Hochtemperatur-Anwendungszwecke verwendet werden können, sind dem Fachmann gut bekannt. Leider weisen derartige Körper jedoch häufig nicht die gewünschte mechanische Festigkeit auf und sind stets im Hinblick auf ihre Zähigkeit und Schlagfestigkeit unzureichend. Diese Situation hat dazu geführt, daß Körper aus Verbundmaterialien hergestellt wurden, die aus einer Matrix aus

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einem Keramik-, Glas- oder Glaskeramik^Materiai bestehen, in der anorganische Pasern in kontinuierlicher: öder diskontinuierlicher Weise dispergiert sind* Diese im Folgenden als Glasmatrix- Verbundmaterlallen bezeichneten Materialien sind in den US-PSen 4 314 8 52 und 4 324 84 3 beschrieben. Die gemäß diesen Patenten hergestellten Teile aus Verbundstoffen mit einer Glaskeramik-Matrix und einer Siliciumcarbid-Paserverstärkung weisen physikalische Eigenschaften auf, die es gestatten, sie in Wärmekraftmaschinen und für andere Anwendungszwecke einzusetzen, um eine beträchtliche Verbesserung von deren Betriebsverhalten zu erreichen. Derartige Anwendungen machen es jedoch erforderlich, daß neue Verarbeitungsverfahren für die Herstellung von komplex geformten Teilen gefunden werden, in denen die verstärkenden Fasern beispielsweise in wenigstens drei Richtungen verteilt sind, um eine verbesserte Festigkeit zu bewirken.

Obwohl auf dem beschriebenen Fachgebiet große Fortschritte erzielt wurden, gibt es im Hinblick auf die Verfahren zur Herstellung derartiger verbesserter Verbundstoff-Gegenstände noch große Schwierigkeiten. In der Vergangenheit wurde eine kontinuierliche Faserverstärkung für Verbund-Gegenstände dadurch erreicht, daß man parallele Faser-Bänder, Filze und Papiere verwendete, die man mit Glas-Trägerauf schlämmungen tränkte, in die gewünschte Form schnitt, ausrichtete und dann.in einer Form für das Warmpressen aufeinänderschichtete. Ein derartiges Verfahren ist jedoch für komplexere Formen ungeeignet, da ^auf diese Weise nur eine, planare Anordnung der Fasern erreicht wird. Es ist ferner schwierig, unter Verwendung derartiger Materialien Zylinder und andere komplexe Formen zu erzeugen.

Darüber hinaus ist für viele Anwendungen von Harz-, j Metall- und selbst Glasmatrix-Verbundstoffen eine sorgfältige Vororientierung der Faserverstärkung nicht erforderlich, und eine eher willkürliche Verteilung von z.B. kurzgeschnittenen Fasern wurde zu zweckentsprechenden Verhaltenseigenschaften führen. Das würde ferner eine schnelle, kostengünstige Herstellung von präzise geformten Gegenständen gestatten.

Es besteht daher auf dem vorliegenden Fachgebiet ein

Bedarf nach einem schnellen, relativ einfachen Verfahren zur Formung von Glasmatrix-Verbundstoffen, das insbesondere für die Formung derartiger Verbundstoffe zu . komplexen Formen ausgelegt ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur

• Formung eines faserverstärkten Glasmatrix-Materials, das insbesondere für die Formung eines derartigen Materials in komplexen Formen (die z.B. gekrümmte Flächen oder Wände aufweisen) ausgelegt ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Mischung aus Glaspulver und Tcurzgeschnittenen, hochtemperaturfesten Verstärkungsfasern oder Whiskern (Haarkristalien)'in eine Form für eine derartige komplexe Gestalt eingespritzt. Die Mischung aus Fasern und Glaspulver kann direkt in die Form für eine komplexe Gestalt spritzgegossen werden, oder eine "Puppe" bzw. Block aus dem Glasmatrix-Material und den kurzgeschnittenen Fasern oder Whiskern einer Dichte, die etwa der des,endgültigen Verbundstoffes entspricht, kann im

gO . voraus hergestellt werden. Derartige Blöcke können direkt aus dem Glaspulver- kurzgeschnittene Fasern(oder Whisker-) -Verbundstoff hergestellt werden, oder es kann ein polymeres Bindemittel verwendet werden. Wenn ein polymeres Bindemittel verwendet wird, werden die Blöcke oder Puppen dadurch geformt, daß man die Fasern oder Whisker in eine Aufschlämmung aus Glaspulver, einem polymeren

Bindemittel und einer Trägerflüssigkeit einmischt. Nach dem Mischen wird die Materialmischung getrocknet, um das Trägerflüssigkeits-Volumen zu vermindern. Das auf diese Weise getrocknete Material wird dann zur Verminderung des Volumens kaltgepreßt. Danach wird es in eine Warmpreß-Form gegeben und die Temperatur wird erhöht, um die restliche Trägerflüssigkeit und das Bindemittel abzutreiben. Dieses Material wird anschließend unter Erzeugung des gewünschten Blocks warmgepreßt. Dieser Block oder "Puppe" ist danach fertig für seine Verwendung beim Spritzgießen.

Die Mischung aus Glaspulver und kurzgeschnittenen Fasern oder Whiskern oder die vorgeformte Puppe wird als nächstes in eine Spritzgußmaschine gegeben, und die Temperatur der Puppe wird soweit erhöht, daß das Glas erweicht und in eine erhitzte Form für die gewünschte Gestalt eingespritzt werden kann. Diese Einspritzung wird als nächstes durchgeführt, wonach man die Form auf eine Temperatur unterhalb des "strain points" des Glases abkühlen läßt, wonach das Teil aus der Form ausgeworfen oder in anderer Weise entfernt wird. Das erhaltene Produkt weist eine dreidimensionale Faserorientierung und Festigkeit auf. . ·

Die obigen Ausführungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1· eine für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbare Form für eine komplexe axialsymmetrische Gestalt,

Fig. 2 die verschiedenen Teile der auseinander-gebauten Form,

Fig* 3 ein geformtes Endprodukt.

■■■...

Obwohl jedes beliebige Glas, das den erfindungsgemäßen Verbundstoffen eine hohe Temperaturfestigkeit verleiht, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, wurde festgestellt, daß ein Aluminiumsilikatglas (Corning 1723, Corning Glass Works) für das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut geeignet ist. In ähnlicher Weise erwies sich ein Borsilikatglas (Corning 7740) und ein Glas mit hohem Siliciumgehalt'von etwa 96 Gew.-% Siliciumdioxid (Corning 7930), das durch Auslaugen des Bors aus einem Borsilikat-Glas erhalten wurde, als besonders bevorzugtes borsilikat- bzw. hochsiliciumdioxidhaltiges Glas. Während das Borsilikat-Glas und das Aluminiumsilikat-Glas in Form der handelsüblichen -0,044 nun Teilchen verwendet werden können, wurden die gewünschten Eigenschaften für die Verbund-Gegenstände mit dem hochsiliciumdioXidhaltigen Glas nur dann in befriedigender Weise erreicht, wenn das Glas vorher mehr als 100 Stunden in einer Kugelmühle in Propanol gemahlen worden war. Es ist ferner darauf hinzuweisen, daß auch Mischungen der oben erwähnten Gläser verwendet werden können.

Ein anderes' attraktives Matrix-Material für das erfindungsgemäße Verfahren ist ein glaskeramisches Material. Während der Verbundstoff-Verdichtung wird die Matrix im Glaszustand gehalten, wodurch eine Zerstörung der Fasern vermieden wird und eine Verdichtung bei niedrigen angewandten Drucken gefördert wird. Nach der Verdichtung zu der gewünschten Konfiguration aus Faser + Matrix ; kann die Glasmatrix in den kristallinen Zustand überführt werden, wobei das Ausmaß und der Grad der Kristalli-

sation von der Matrixzusammensetzung und dem Programm der Wärmebehandlung gesteuert wird. Auf die beschriebene Weise kann eine große Anzahl von glaskeramischen Materialien verwendet werden, wobei jedoch bei der Verwendung von Siliciumcarbid-Fasern eine strenge Begrenzung hinsichtlich der Menge und Aktivität des Titans, das in dem Glas vorliegt, von auschlaggebender Bedeutung ist. Wenn demzufolge Siliciumcarbid-Fasern und Titandioxid-Keimbildungsmittel verwendet werden, muß das Titandioxid desaktiviert werden oder unterhalb eines Anteils von 1 Gew.-% gehalten werden. Das kann dadurch erreicht werden, daß man einfach als Ersatz ein anderes Keimbildungsmittel wie Zirkoniumoxid an Stelle des üblichen Titandioxids verwendet, oder daß man ein Mittel zusetzt, das die Reaktivität des Titandioxids gegenüber •der Siliciumcarbidfaser maskiert. Es ist jedoch in jedem der Fälle erforderlich, entweder die Wirkungen des Titandioxids auf die Siliciumcarbidfaser auszuschließen oder zu maskieren, um ein' Verbundmaterial mit guten Hochtemperaturfestigkeits-Eigenschaften zu erhalten. .

Während übliches Lithium-Aluminiurnsilikat das bevorzugte glaskeramische Material ist, können auch andere übliche glaskeramische Materialien wie Aluminiumsilikat, Magnesium-Aluminiumsilikat und Kombinationen der obengenannten Materialien verwendet werden, solange das keramische Matrixmaterial titanfrei ist (weniger als etwa 1 Gew.-%) oder maskiert ist (vergl. US-PS 4 324 843) .

Im allgemeinen kann das glaskeramische Ausgangsmaterial im Glaszustand in Pulverform erhalten werden. Wenn jedoch das keramische Material in kristalliner Form erhalten wird, ist es erforderlich, das Material zu schmelzen und es in den Glaszustand zu überführen, es dann zu verfestigen und anschließend in Pulverform zu zerstampfen, vorzugsweise bis zu einer Teilchengröße von etwa -0,044 mm Teilchengröße, bevor man die erfindungsgemäß zu verwenden-

den Aufschlämmungen bereitet. Bei der Auswahl" eines glaskeramischen Materials ist es wichtig, daß eins ausge-. wählt wird, das im Glaszustand verdichtet werden kann, wobei die Viskosität niedrig genug ist, eine vollständige Verdichtung mit anschließender überführung in einen im wesentlichen vollständig kristallinen Zustand zuzulassen. Es ist jedoch auch möglich, das kristalline Pulver-Ausgangsmaterial während einer Wärmevorbehandlung in den Glaszustand zu überführen, bevor man zum Zwecke der Verdichtung einen Druck anlegt.

Obwohl bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedes beliebige Fasermaterial mit hoher Temperaturbeständigkeit verwendet werden kann, wie beispielsweise Graphit, Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid, sind Siliciumcarbidfasern ganz besonders bevorzugt. Ein Multifilament-Siliciumcarbid-Garn mit einem mittleren Faserdurchmesser bis zu 50 μΐη, beispielsweise 5 bis 50 μπ\, ist ganz besonders bevorzugt. Ein derartiges Garn mit etwa 250 Fasern P^ro Werggarn und einem mittleren Faserdurchmesser von etwa 10 μπι wird von der Nippon Carbon Company of Japan hergestellt. Die durchschnittliche Festigkeit der Faser beträgt etwa 2000 MPa, und seine Einsatztemperatur erstreckt sich bis hinauf zu 1200⁰C. Das Garn weist eine Dichte von etwa 2,6 g/cm³ auf und einen Elastizitätsmodul von etwa 221 GPa.

Vor ihrer Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine derartige Faser auf eine Länge kurzgeschnitten, die für die zu verwendende Form geeignet ist. Die gewählte Faserlänge hängt von der geringsten Dicke der Wand des zu formenden Teils ab. Die Formzusammensetzung muß durch eine derartige Formwand hindurchtreten und die Fasern sollten kurz genug sein, um sicherzustellen, daß es bei dem Durchtritt durch derartige Formbereiche zu keiner Klumpenbildung oder Blockierung kommt. Typischerweise

weisen derartige Fasern eine Länge von weniger als 19,05 mm auf, und für eine Formwand-Dicke von etwa 2,54 mm wurden beispielsweise Fasern einerLänge von weniger als 12,7 mm verwendet. Faser-Whisker wie F-9 Silicon Carbide, vertrieben von Exxon Enterprises, oder SNW-Silicon Nitride, hergestellt von Tateho Chemical Industries Co., Ltd. of Japan können ebenfalls verwendet werden.

In einigen Fällen, in Abhängigkeit von der Größe und der Gestalt des herzustellenden Teils, kann eine einfache mechanische Mischung von kurzgeschnittenen Fasern (oder Whiskern) mit Glaspulver, wie sie in einem geeigneten Mischer erzeugt werden kann, eine geeignete Formmasse bilden, die ohne weitere Vorverfestigung spritzgegossen werden kann. Die sehr geringe Dichte derartiger Mischungen (typischerweise von etwa 10% der Dichte des geformten Gegenstandes) würde es jedoch erforderlich machen, eine sehr große Formvorrichtung mit einem wesentlichen Zusammendrück-Vermögen zu verwenden. Eine geeignetere Formmasse bilden Pellets, Blöcke oder geeignet geformte Puppen eines vollständig verdichteten Verbundmaterials, die durch Warmpressen oder isostatisches Warmpressen, wie weiter unten beschrieben, erzeugt wurden.

Für die vorliegende Erfindung kann jedes beliebige polymere Bindemittel, das sich leicht in dem jeweiligen gewählten Trägermaterial löst oder dispergieren läßt und zur Erleichterung, des Kaltpressens eine ausreichende Schmierfähigkeit aufweist, verwendet'werden. Polyethylenglykole (insbesondere der Reihe der Carbowax-Polymere der Union Carbide Corporation, insbesondere Carbowax 4000) erwiesen sich als besonders geeignete Bindemittelmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren. Demgemäß kann jedes beliebige Trägermaterial, das mit derartigen Bindemitteln kompatibel ist, verwendet werden, wobei Wasser bevorzugt ist. - _ -.„...

Obwohl"(die Mengen der

die Aufscnläinmung im allgemeinen so ' hergestellt^da^?ß^i:die Mischung aus Glaspulver, Bindemittel und Trägerflüssigkeit eine steife Mischung ergibt, wenn sie den Fasern zu- gesetzt wird. Typischerweise ist die Menge des zugesetzten Glases so, daß eine Konzentration der Fasern von etwa 15 bis etwa 50 vol.-% erhalten wird;-" rvaohdeirv^dle^Ttagerflüssigkeit und das Bindemittel entfernt Wurden. Typischerweise werden pro g -0,044 mm Glaspulver" in*"der Äufschläminung etwa 0,75 ml Trägerflüssigkeit '"'(vor zugsweise Wasser) und etwa 0,1 g organisches'"Bindemittel'"verwendet⁴; Der 'end-*- gültig geformte Gegenstand enthält im allgemeinen von etwa 50 bis 85 Vol.-% Glasmatrix, vorzugsweise etwa 70"Vol.-%.

Wenn man die Aufschlämmung aus Glas, Bindemittel und' Wasser mit den Fasern vermischt, ist es bevorzugt, die Aufschlämmung über die Masse der kürzgeschnitterien Fasern zu gießen und mit geeigneten Vorrichtüngeri oder Werkzeugen zu vermischen. Wenn die oben abgegebenen· typischen Mischungsanteile verwendet werden, wird dabei festgestellt, daß die auf die Bestandteile einwirkende Rühr- und Umschütt -Einwirkung auf die Mischungsbestandteile dazu dient, die steife Mischung in Agglomerate auf zubrechen,· '■'-" deren Größe durch die Faserlänge wiedergegebettVird'.^ Es wird ebenfalls festgestellt, daß die Aufschlämmung "n-icift von den Agglomeraten abfließt; wenn die Mischung äfrg'e^ schlossen ist. ^: -"-"- ----- -f -^; -"-■- '- -ΐ^-; -^i rare:.

Nach der Bildung der Agglomerate werden die Trägerflüssigkeit und das Bindemittel ohne Beschädigung" der Fasern entfernt. Int Falle von Siliciumcarbid-^ oder^ Aluminiumoxid~ Fasern ist eine Lüftatmosphäre geeigrieit, während"Kohle-* fasern xlie Atmosphäre eines InertgasäsVie⁵ Argon benötigen. Ein Erhitzö« wird Üurchgöführt,^vum zuerst die-Träger fluss igkeit 2ü entfernen, darin das Bindemittel: ¥ü^: versetzen und ab^rzutreibeh" utnä schließlich- die ^Temperatur" soweit zü-^{:; :}

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steigern, daß das Glaspulver zu sintern beginnt. Das verhindert es, daß sich bei der nachfolgenden Handhabung die Glasbestandteile von den Agglomeraten ablösen. Das erhaltene Produkt kann dann warmgepreßt werden, um geeignete Puppen für das Spritzgießen zu formen.

Das bevorzugte Verfahren besteht jedoch darin, die Mischung aus Glas, Bindemittel, Trägerflüssigkeit und Fasern zu nehmen und zu trocknen, um ihren Wassergehalt zu vermindern, z.B. auf weniger als 25 Gew.-%, typischerweise auf etwa 10 Gew.-% Wassergehalt. Diese getrocknete Mischung wird dann in einer geeigneten Form kaltgepreßt, so daß eine Volumenverminderung bewirkt wird, z.B. um weniger als die Hälfte und typischerweise auf etwa 25% des Originalvolumens. Wenn der Preßstempel zurückgezogen wird, beobachtet man dabei ein geringfügiges Zurückfedern von etwa 5%.

In einer derartigen Form wird die Temperatur erhöht, um das restliche Wasser und das Bindemittel abzutreiben. Die Wandreibung verhindert während dieses Entgasens ein weiteres Zurückfedern. Anschließend wird ein Warmpressen bis auf die Dichte durchgeführt, die für das Endprodukt gewünscht ist. Dieses Verfahren einer kalten Vorverfestigung mit anschließendem Warmpressen ist sehr wirtschaftlich, da der Hauptteil der Verfestigung in einem relativ kostengünstigen Kaltpreß-Schritt bewirkt wird, weshalb eine sehr viel kleinere Warmpresse benötigt wird.

Der Block- oder die Puppe ist nunmehr fertig für das Spritzgießen. In einer geeignet ausgeführten Spritzgußmaschine wird die Temperatur der Glas-Faser-Puppe auf wenigstens die Temperatur des softening points des Matrixglases angehoben. Danach erfolgt das Spritzgießen in eine erhitzte Form für die gewünschte Gestalt, wonach man die Form auf eine Temperatur in der Nähe des strain points des Glases

-y-^AS' abkühlen läßt und der fertige Gegenstand wird aus der Form ausgeworfen oder in anderer Weise aus dieser entfernt.

Beispiel

Zu 58,7 g Siliciumcarbidfasern (Nicalon; Nippon Carbon Co.) von 12,7 mm Länge wurde eine Aufschlämmung aus 176,1 g Aluminiumsilicatglaspulver einer Größe von -0,044 mm (Corning 1723), 132,1 ml Wasser und 17,6 g Polyethylenglykol (Carbowax) gegeben. Die Mischung wurde durch Umrühren und Umschütten mit einem Löffel vermischt. Nachdem sie auf einen Wassergehalt von etwa 10 Gew.-% getrocknet worden war, wurde die Mischung in einen Behälter aus nicht-rostendem Stahl für das spätere isostatische Warmpressen kaltgepreßt. Der Behälter wurde dann entgast, verschlossen und bei einem Druck von 68,9 MPa bei einer Temperatur von 1200⁰C für eine 1/2 Std. in einer isostatischen Warmpresse gepreßt. Aus Graphit wurde eine vierteilige Spritzguß-Vorrichtung in der Gestalt eines komplexen axialsymmetrischen Isolators aus einem Düsentriebwerks-Zünder gedreht. Diese ist in einer Draufsicht in Fig. 1 gezeigt, während Fig. 2 die einzelnen Teile mit den entsprechenden Bezugszeichen zeigt. Aus den Figuren ist zu erkennen, was für komplizierte Formen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können. Die Bezugszeichen 1, 3 und 4 bezeichnen dabei den Form- oder Druckguß-Bereich, und 2 bezeichnet den Preßkolben. Das Volumen des Formbereichs 5 wurde sorgfältig ermittelt, und ein Block des oben beschriebenen Formmaterials identischen Volumens wurde aus dem durch isostatisches Warmpressen erzeugten Block geschnitten und in dem Behälter für die Preßmasse angeordnet, der dem in Fig. 1 dargestellten Bereich 2 entspricht, wobei dieser Bereich in Fig. 1 von dem Preßkolben eingenommen wird.

Die Spritzgußvorrichtung wurde dann in eine Vakuum-Warm-

presse gegeben und auf 130O⁰C erhitzt, und ein Druck, für den ein Wert von 13,8 MPa errechnet wurde, wurde auf den Preßkolben ausgeübt und 10 Min. aufrechterhalten. Die Beheizung wurde dann abgeschaltet, und man ließ die zusammengebaute Vorrichtung auf Raumtemperatur abkühlen. Das spritzgegossene Teil wurde aus der Form entfernt und der innere Dorn wurde herausgeschnitten. An dem Teil anhaftender Rest-Kohlenstoff wurde durch Erhitzen an der Luft auf eine Temperatur von 650⁰C und anschließendes Sandstrahlen zur Entfernung des weißen Ascherückstandes entfernt. Das fertige geformte Teil ist in Fig. 3 gezeigt. Die Muster der Siliciumcarbid-Fasern sind auf der sandgestrahlten Oberfläche klar zu erkennen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nicht nur ein Verfahren geschaffen, das in einfacher Weise der Herstellung von komplex geformten Gegenständen aus faserverstärkten Glasmatrix-Verbundstoffen in der Massenproduktion angepaßt werden kann, sondern der erhaltene Gegenstand weist infolge der dreidimensionalen willkürlichen Orientierung der Fasern auch eine ungewöhnliche dreidimensionale Festigkeit auf.

Typische komplexe Formen, die nach dem erfinduhgsgemäßen Verfahren erzeugt werden können, sind Zylinderformen wie . Gewehrläufe, Hohlbehälter wie beispielsweise Becher, Zündkerzen und Zünder-Isolatoren und andere Teile für Antriebsmaschinen mit innerer Verbrennung usw. Die erfindungsgemäßen Gegenstände weisen auf Grund der Zusämmensetzung ihrer Bestandteile ferner eine ganz besondere Nützlichkeit als Hochtemperatur-Konstruktionsteile für Umgebungen auf, in/ denen eine Oxidationsbeständigkeit, hohe Festigkeit und Zähigkeit erforderlich sind, beispielsweise als Teile für Gasturbinen-Triebwerke oder für einen Motor mit Innenverbrennung.

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Obwohl die Erfindung anhand spezieller Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, iül i,i für den Fachmann selbstverständlich, daß zahlreiche Veränderungen und Weglassungen der Form und anderer Einzelheiten möglich sind, ohne daß der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

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Claims

ι Patentansprüche

. Λ·}'- Verfahren zur Formung eines faserverstärkten Glasina tr ix- oder Glaskeramikmatrix-Verbundstoffes, insbe-"".Λ sondere zur Formung derartiger Verbundstoffe zu komplexen Formen, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t ,daß man

50; bis 80 Vol.-% Glaspulver mit hochtemperaturfesten Ζ kurzgeschnittenen Verstärkungsfasern mischt,

-ISV--- die Mischung auf eine Temperatur über dem. "softening ^: point" des Glases erhitzt,

die wärmeerweichte Mischung in eine erhitzte Form für eine vorausbestimmte Gestalt einspritzt,

die Form auf eine Temperatur unter dem "strain point" des Glases abkühlen läßt, und

das geformte Teil, das eine dreidimensionale Faserorientierung und Festigkeit aufweist, aus der Form entfernt.

. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß; man vor dem Erhitzen über den "softening point" des Glases die Mischung aus Glaspulver und kurzgeschnittenen Fasern durch Warmpressen in etwa auf die Enddichte des Verbundstoffes verfestigt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glas ein Aluminiumsilicat-Glas und die Faser eine Siliciumcarbid-Faser ist.

4. Verfahren zur Formung eines faserverstärkten Glasmatrix- oder Glaskeramikmatrix-Verbundstoffes, insbesondere zur Formung eines solchen Verbundstoffes zu komplexen Formen, dadurch gekennzeichnet, daß man

hochtemperaturfeste kurzgeschnittene Verstärkungsfasern mit Glaspulver, einem polymeren Bindemittel und einer Trägerflüssigkeit mischt,

die Mischung trocknet,

die getrocknete Mischung zur Verminderung ihres Volumens kaltpreßt,

die kaltgepreßte Mischung soweit erwärmt, daß die Trägerflüssigkeit verdampft und das polymere Bindemittel zersetzt und entfernt wird,

die auf diese Weise verfestigte Mischung zu einem Block vorbestimmter Dichte verfestigt,

den Block auf eine Temperatur über dem "softening point" des Matrixglases erwärmt,

den wärmeerweichten Block in eine erhitzte Form für eine vorausbestimmte Gestalt"einspritzt,

die Form auf eine Temperatur unter dem "strain point" des Glases abkühlen läßt, und

das geformte Teil, das eine dreidimensionale Faserorientierung und Festigkeit aufweist, aus der Form entfernt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerflüssigkeit Wasser ist, das Glas ein Aluminiumsilicatglas einer Teilchengröße von -0,044 mm

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lst, die Faser eine Siliciumcarbidfaser ist und das Bindemittel ein Polyethylenglykol (Carbowax) ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung auf einen Trägerflüssigkeits-Gehalt von etwa 10 Gew.-% trocknet und die getrocknete Mischung auf etwa 25% ihres ursprünglichen Volumens kaltpreßt.