DE3318813C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Formgebungsverfahren
für faserverstärkte Glasmatrix- oder Glaskeramikmatrix-
Verbundgegenstände, insbesondere für derartige Gegenstände
von komplexer dreidimensionaler Form.
Infolge der Knappheit und der steigenden Kosten vieler
üblicher Hochtemperatur-Konstruktionsmetalle hat man nicht-
metallischen faserverstärkten Verbundmaterialien als Ersatz
für übliche Hochtemperatur-Metallegierungen verstärkte
Aufmerksamkeit gewidmet. Die Verwendung von Ersatzmateria
lien für Metall, von hochfesten faserverstärkten Harz-
Verbundmaterialien oder sogar hochfesten faserverstärkten
Metallmatrix-Verbundmaterialien ist bereits so weit fort
geschritten, daß derartige Materialien für Produkte, begin
nend bei Sportartikeln bis hin zu hochentwickelten Teilen
von Düsenflugzeugen, kommerziell eingeführt sind. Eines der
großen Probleme derartiger Verbundmaterialien liegt jedoch
darin, daß ihre maximale Verwendungstemperatur begrenzt
ist.
Keramik-, Glas- und Glaskeramik-Körper, die für Hochtempe
ratur-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 Schlagfestig
keit unzureichend. Diese Situation hat dazu geführt, daß
Körper aus Verbundmaterialien hergestellt wurden, die aus
einer Matrix aus einem Keramik-, Glas- oder Glaskeramik-
Material bestehen, in der anorganische Fasern in kontinu
ierlicher oder diskontinuierlicher Weise dispergiert sind.
Derartige nachfolgend als Glasmatrix-Verbundmaterialien
bezeichnete Materialien sind in der GB-PS 12 72 651 und den
US-PS 41 58 687, 42 65 968, 43 14 852 und 43 24 843
beschrieben. Die in diesen Druckschriften beschriebenen
Glasmatrix-Verbundmaterialien unter Verwendung von ver
stärkenden Kohlenstoffasern, Siliciumcarbidfasern oder
Graphitfasern weisen physikalische Eigenschaften auf, die
es gestatten, sie für verschiedene neue Anwendungszwecke,
unter anderem in Wärmekraftmaschinen, einzusetzen, wobei
teilweise beträchtliche Verbesserungen des Betriebsverhal
tens erreicht werden. Anwendungen beispielsweise in Wärme
kraftmaschinen machen es jedoch erforderlich, derartige
Materialien zu komplex geformten Teilen zu verarbeiten, in
denen die verstärkenden Fasern vorzugsweise in wenigstens
drei Richtungen verteilt sind, um eine verbesserte drei
dimensionale Festigkeit zu bewirken.
Obwohl auf dem Gebiet der Formgebung von Verbundmaterialien
der genannten Art bereits große Fortschritte erzielt wur
den, gibt es im Hinblick auf die Formung von Gegenständen
mit komplexen dreidimensionalen Formen noch große Schwie
rigkeiten. In der Vergangenheit wurde eine kontinuierliche
Faserverstärkung für Verbundgegenstände dadurch erreicht,
daß man parallele Faserbänder, Filze und Papiere verwende
te, die man mit Glas-Trägeraufschlämmungen tränkte, in die
gewünschte Form schnitt, ausrichtete und dann in einer Form
für das Warmpressen aufeinanderschichtete. Ein derartiges
Verfahren ist jedoch für komplexere Formen ungeeignet, da
auf diese Weise nur eine planare Anordnung der Fasern
erreicht wird. Soweit eine Umformung vorgesehen ist, er
folgt diese durch Warmpressen. Bei einem derartigen Umform
verfahren ist der Vorrat an herstellbaren Formen jedoch auf
solche mit relativ einfacher Geometrie begrenzt. In der
US-PS 42 65 968 wird außer dem Formpressen auch die Mög
lichkeit einer Formgebung durch Extrusion oder "pull
trusion" durch ein formgebendes Mundstück erwähnt. Auch
dieses Verfahren gestattet keine Herstellung von Gegen
ständen mit komplexen dreidimensionalen Formen.
Nach den Verfahren des Standes der Technik werden ferner
Gegenstände mit einer sorgfältigen Vororientierung der
Faserverstärkung hergestellt. Eine derartige Vororientie
rung ist in vielen Fällen nicht erforderlich, und eine eher
willkürliche Verteilung von z. B. kurzgeschnittenen Fasern
könnte ebenfalls zu Produkten mit den gewünschten Festig
keitseigenschaften in drei Dimensionen führen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver
fahren zur Formung eines faserverstärkten Glasmatrix- oder
Glaskeramikmatrix-Verbundgegenstands, insbesondere eines
derartigen Verbundgegenstands von komplexer Form, zu schaf
fen, das relativ schnell und einfach durchgeführt werden
kann und die Beschränkungen von Warmpreßverfahren oder
Extrusionsverfahren im Hinblick auf die Formen der erzeug
baren Gegenstände überwindet.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der genannten Art
mit den Merkmalen des Kennzeichens von Patentanspruch 1
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu
entnehmen.
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 kurz
geschnittenen, hochtemperaturfesten Verstärkungsfasern
oder Whiskern (Haarkristallen) in eine Form für eine der
artige komplexe Gestalt eingespritzt.
Dazu wird eine "Puppe"
bzw. ein Block aus dem Glasmatrix-Material und den kurzge
schnittenen Fasern oder Whiskern einer Dichte, die etwa
der des endgültigen Verbundstoffes entspricht, im
voraus hergestellt. Derartige Blöcke können direkt
aus dem Glaspulver - kurzgeschnittene Fasern(oder Whisker-)
-Verbundstoff hergestellt werden, oder es kann ein poly
meres 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 Verminde
rung 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 Er
zeugung 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 einge
spritzt werden kann. Diese Einspritzung wird als nächstes
durchgeführt, wonach man die Form auf eine Temperatur
unterhalb des unteren Kühlpunkts 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 Vor
teile der vorliegenden Erfindung werden in der nachfol
genden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren
noch näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 eine für das erfindungsgemäße Verfahren ver
wendbare Form für eine komplexe axialsymme
trische Gestalt,
Fig. 2 die verschiedenen Teile der auseinandergebauten
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 mit der Nennzusammensetzung 57% SiO2, 16% Al2O3, 10% CaO, 7% MgO, 6% BaO und 4% B2O3
für das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut geeignet ist. In ähnlicher
Weise erwies sich ein Borsilikatglas
und ein Glas mit hohem Siliciumgehalt von etwa 96 Gew.-%
Siliciumdioxid, das durch Auslaugen des
Bors aus einem Borsilikat-Glas erhalten wurde, als be
sonders bevorzugtes borsilikat- bzw. hochsiliciumdioxid
haltiges Glas. Während das Borsilikat-Glas und das Alu
miniumsilikat-Glas in Form der handelsüblichen -0,044 mm
Teilchen verwendet werden können, wurden die gewünschten
Eigenschaften für die Verbund-Gegenstände mit dem hoch
siliciumdioxidhaltigen 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 erfin
dungsgemäße 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 über
führt 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 Ma
terialien verwendet werden, wobei jedoch bei der Ver
wendung von Siliciumcarbid-Fasern eine strenge Begren
zung hinsichtlich der Menge und Aktivität des Titans,
das in dem Glas vorliegt, von ausschlaggebender Bedeutung
ist. Wenn demzufolge Siliciumcarbid-Fasern und Titan
dioxid-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 üb
lichen 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-Aluminiumsilikat das bevorzugte
glaskeramische Material ist, können auch andere übliche
glaskeramische Materialien wie Aluminiumsilikat, Magnesium-
Aluminiumsilikat und Kombinationen der obengenannten Ma
terialien verwendet werden, solange das keramische Matrix
material titanfrei ist (weniger als etwa 1 Gew.-%) oder
maskiert ist (vergl. US-PS 43 24 843).
Im allgemeinen kann das glaskeramische Ausgangsmaterial
im Glaszustand in Pulverform erhalten werden. Wenn je
doch das keramische Material in kristalliner Form er
halten wird, ist es erforderlich, das Material zu schmel
zen 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 glas
keramischen 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-Aus
gangsmaterial während einer Wärmevorbehandlung in den
Glaszustand zu überführen, bevor man zum Zwecke der
Verdichtung einen Druck anlegt.
Obwohl bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedes be
liebige Fasermaterial mit hoher Temperaturbeständigkeit
verwendet werden kann, wie beispielsweise Graphit,
Aluminiumoxid oder Siliciumnitrid, sind Siliciumcarbid
fasern ganz besonders bevorzugt. Ein Multifilament-
Siliciumcarbid-Garn mit einem mittleren Faserdurchmesser
bis zu 50 µm, beispielsweise 5 bis 50 µm, ist ganz be
sonders bevorzugt. Ein derartiges Garn mit etwa 250 Fasern
pro Werggarn und einem mittleren Faserdurchmesser von
etwa 10 µm ist ein Handelsprodukt.
Die durchschnittliche Festigkeit der Faser
beträgt etwa 2000 MPa, und seine Einsatztemperatur er
streckt sich bis hinauf zu 1200°C. 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 einer Länge von weniger als
12,7 mm verwendet. Faser-Whisker
können ebenfalls verwendet werden.
Eine einfache
mechanische Mischung von kurzgeschnittenen Fasern (oder
Whiskern) mit Glaspulver, wie sie in einem geeigneten
Mischer erzeugt werden kann, bildet eine Formmasse, die es
aufgrund ihrer sehr geringen Dichte
(typischerweise von etwa 10% der Dichte des geformten Ge
genstandes) erforderlich macht, eine
sehr große Formvorrichtung mit einem wesentlichen Zu
sammendrück-Vermögen zu verwenden. Eine geeignetere Form
masse bilden daher die erfindungsgemäß einzusetzenden Pellets, Blöcke oder geeignet geformten Pup
pen eines vollständig verdichteten Verbundmaterials, die
durch Warmpressen oder isostatisches Warmpressen, wie
weiter unten beschrieben, erzeugt wurden.
Für die vorliegende Erfindung kann jedes beliebige poly
mere Bindemittel, das sich leicht in dem jeweiligen ge
wählten Trägermaterial löst oder dispergieren läßt und
zur Erleichterung des Kaltpressens eine ausreichende
Schmierfähigkeit aufweist, verwendet werden. Polyethylen
glykole erwiesen sich als besonders geeignete Bindemittelmate
rialien für das erfindungsgemäße Verfahren. Demgemäß
kann jedes beliebige Trägermaterial, das mit derartigen
Bindemitteln kompatibel ist, verwendet werden, wobei Was
ser bevorzugt ist.
Obwohl die Mengen der Materialien variieren können, wird
die Aufschlämmung im allgemeinen so hergestellt, daß die
Mischung aus Glaspulver, Bindemittel und Trägerflüssig
keit 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, nachdem die Träger
flüssigkeit und das Bindemittel entfernt wurden. Typischer
weise werden pro g -0,044 mm Glaspulver in der Aufschläm
mung etwa 0,75 ml Trägerflüssigkeit (vorzugsweise Wasser)
und etwa 0,1 g organisches Bindemittel verwendet. 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 Was
ser mit den Fasern vermischt, ist es bevorzugt, die Auf
schlämmung über die Masse der kurzgeschnittenen Fasern
zu gießen und mit geeigneten Vorrichtungen oder Werkzeu
gen zu vermischen. Wenn die oben angegebenen typischen
Mischungsanteile verwendet werden, wird dabei festgestellt,
daß die auf die Bestandteile einwirkende Rühr- und Um
schütt-Einwirkung auf die Mischungsbestandteile dazu
dient, die steife Mischung in Agglomerate aufzubrechen,
deren Größe durch die Faserlänge wiedergegeben wird. Es
wird ebenfalls festgestellt, daß die Aufschlämmung nicht
von den Agglomeraten abfließt, wenn die Mischung abge
schlossen ist.
Nach der Bildung der Agglomerate werden die Trägerflüssig
keit und das Bindemittel ohne Beschädigung der Fasern
entfernt. Im Falle von Siliciumcarbid- oder Aluminiumoxid-
Fasern ist eine Luftatmosphäre geeignet, während Kohle
fasern die Atmosphäre eines Inertgases wie Argon benötigen.
Ein Erhitzen wird durchgeführt, um zuerst die Trägerflüssig
keit zu entfernen, dann das Bindemittel zu zersetzen und
abzutreiben und schließlich die Temperatur soweit zu
steigern, daß das Glaspulver zu sintern beginnt. Das ver
hindert es, daß sich bei der nachfolgenden Handhabung die
Glasbestandteile von den Agglomeraten ablösen. Das erhal
tene 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.-%, typischer
weise 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 wei
teres Zurückfedern. Anschließend wird ein Warmpressen bis
auf die Dichte durchgeführt, die für das Endprodukt ge
wünscht ist. Dieses Verfahren einer kalten Vorverfestigung
mit anschließendem Warmpressen ist sehr wirtschaftlich,
da der Hauptteil der Verfestigung in einem relativ kosten
günstigen Kaltpreß-Schritt bewirkt wird, weshalb eine
sehr viel kleinere Warmpresse benötigt wird.
Der Block oder die Puppe ist nunmehr fertig für das Spritz
gießen. In einer geeignet ausgeführten Spritzgußmaschine
wird die Temperatur der Glas-Faser-Puppe auf wenigstens
die Temperatur des Erweichungspunkts des Matrixglases an
gehoben. Danach erfolgt das Spritzgießen in eine erhitzte
Form für die gewünschte Gestalt, wonach man die Form auf
eine Temperatur in der Nähe des unteren Kühlpunkts des Glases
abkühlen läßt, und der fertige Gegenstand wird aus der
Form ausgeworfen oder in anderer Weise aus dieser ent
fernt.
Zu 58,7 g Siliciumcarbidfasern
von 12,7 mm Länge wurde eine Aufschlämmung aus
176,1 g Aluminiumsilicatglaspulver einer Größe von
-0,044 mm, 132,1 ml Wasser und 17,6 g
Polyethylenglykol 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 an einen Be
hälter aus nicht-rostendem Stahl für das spätere iso
statische Warmpressen kaltgepreßt. Der Behälter wurde
dann entgast, verschlossen und bei einem Druck von 68,9
MPa bei einer Temperatur von 1200°C für eine 1/2 Std.
in einer isostatischen Warmpresse gepreßt. Aus Graphit
wurde eine vierteilige Spritzguß-Vorrichtung in der Ge
stalt 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 sorg
fältig 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 1300°C 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 zu
sammengebaute Vorrichtung auf Raumtemperatur abkühlen. Das
spritzgegossene Teil wurde aus der Form entfernt und der
innere Dorn wurde herausgeschnitten. An dem Teil anhaften
der Rest-Kohlenstoff wurde durch Erhitzen an der Luft auf
eine Temperatur von 650°C 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 Ober
fläche klar zu erkennen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nicht nur ein Ver
fahren geschaffen, das in einfacher Weise der Herstellung
von komplex geformten Gegenständen aus faserverstärkten
Glasmatrix-Verbundstoffen in der Massenproduktion ange
paßt werden kann, sondern der erhaltene Gegenstand weist
infolge der dreidimensionalen willkürlichen Orientierung
der Fasern auch eine ungewöhnliche dreidimensionale Festig
keit auf.
Typische komplexe Formen, die nach dem erfindungsgemäßen
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 er
findungsgemäßen Gegenstände weisen auf Grund der Zusammen
setzung ihrer Bestandteile ferner eine ganz besondere
Nützlichkeit als Hochtemperatur-Konstruktionsteile für
Umgebungen auf, in denen eine Oxidationsbeständigkeit,
hohe Festigkeit und Zähigkeit erforderlich sind, bei
spielsweise als Teile für Gasturbinen-Triebwerke oder
für einen Motor mit Innenverbrennung.
Claims (4)
1. Verfahren zur Formung eines faserverstärkten Glas
matrix- oder Glaskeramikmatrix-Verbundgegenstands, insbeson
dere eines derartigen Verbundgegenstands von komplexer Form,
dadurch gekennzeichnet, daß man
50 bis 80 Vol.-% eines Pulvers aus einem Glas mit hohem Siliciumgehalt, einem Borsilicatglas, einem Aluminiumsili katglas oder einem glaskeramischen Material im Glaszustand mit hochtemperaturfesten kurzgeschnittenen Verstärkungs fasern aus Graphit, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid sowie gegebenenfalls zusätzlich einem polymeren Bindemittel und einer Trägerflüssigkeit dafür mischt,
die erhaltene Mischung durch Warmpressen in etwa auf die Enddichte des Verbundgegenstands verdichtet,
die verdichtete Mischung auf eine Temperatur über der Erwei chungstemperatur des Glases erhitzt,
die wärmeerweichte Mischung in eine erhitzte Form für eine vorgegebene Gestalt einspritzt,
diese Form auf eine Temperatur unter der unteren Kühltempe ratur des Glases abkühlen läßt und
das geformte Teil, das eine dreidimensionale Faserorientie rung und Festigkeit aufweist, aus der Form entfernt.
50 bis 80 Vol.-% eines Pulvers aus einem Glas mit hohem Siliciumgehalt, einem Borsilicatglas, einem Aluminiumsili katglas oder einem glaskeramischen Material im Glaszustand mit hochtemperaturfesten kurzgeschnittenen Verstärkungs fasern aus Graphit, Aluminiumoxid, Siliciumnitrid oder Siliciumcarbid sowie gegebenenfalls zusätzlich einem polymeren Bindemittel und einer Trägerflüssigkeit dafür mischt,
die erhaltene Mischung durch Warmpressen in etwa auf die Enddichte des Verbundgegenstands verdichtet,
die verdichtete Mischung auf eine Temperatur über der Erwei chungstemperatur des Glases erhitzt,
die wärmeerweichte Mischung in eine erhitzte Form für eine vorgegebene Gestalt einspritzt,
diese Form auf eine Temperatur unter der unteren Kühltempe ratur des Glases abkühlen läßt und
das geformte Teil, das eine dreidimensionale Faserorientie rung und Festigkeit aufweist, aus der Form entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die zusätzlich ein polymeres Bindemittel und eine
Trägerflüssigkeit enthaltende Mischung vor dem Warmpressen
trocknet, die getrocknete Mischung unter Verminderung ihres
Volumens kaltpreßt und die kaltgepreßte Mischung so weit
erwärmt, daß die Trägerflüssigkeit verdampft und das polyme
re Bindemittel zersetzt und entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß man in der zusätzlich ein polymeres Binde
mittel und eine Trägerflüssigkeit enthaltenden Mischung als
Trägerflüssigkeit Wasser, als Glas ein Aluminiumsilicatglas
mit einer Teilchengröße von kleiner als 0,044 mm, als Faser
eine Siliciumcarbidfaser und als Bindemittel ein Polyethy
lenglycol verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß man die Mischung auf einen Trägerflüssigkeits
gehalt von etwa 10 Gew.-% trocknet und die derart getrock
nete Mischung beim Kaltpressen auf etwa 25% ihres ursprüng
lichen Volumens verdichtet.
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