DE3346539A1

DE3346539A1 - Verfahren zur herstellung einer whisker-vorform fuer ein verbundmaterial

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Publication number: DE3346539A1
Application number: DE19833346539
Authority: DE
Inventors: Minoru Nagoya Fukazawa; Shigeto Mori
Original assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Current assignee: Tokai Carbon Co Ltd
Priority date: 1982-12-25
Filing date: 1983-12-22
Publication date: 1984-06-28
Also published as: FR2538304A1; JPH0135931B2; GB2132596A; JPS59121196A; GB8332637D0; FR2538304B1; DE3346539C2; US4632794A; GB2132596B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur

Herstellung einer Whisker-Vorform, wie sie als Faser-"**■ Basis für die Herstellung eines whisker-verstärkten Verbundmaterials verwendet wird, indem ein Whisker-Material mit einem Matrixmaterial, wie beispielsweise einem Metall, einer Legierung oder einem Kunststoff imprägniert oder getränkt wird.

Verschiedene Typen von Whiskers, die aus Einkristallen aus SiC, Si₃N₄ oder Graphit bestehen, weisen als inhä-

rente Eigenschaften extrem hohe Werte für die Festigkeit, Elastizitätsmodulen, Wärmebeständigkeit und chemische Stabilität auf. Aus diesem Grund werden Whiskers schon seit langem als vielversprechende Verstärkungsmaterialien ^ für Metalle oder Kunststoffe diskutiert. Trotzdem wurden Whiskers bisher im praktischen Sinne noch nicht als Verstärkungsmaterialien für Metalle oder Kunststoffe verwendet. Der wichtigste technische Grund dafür liegt in der Schwierigkeit, eine gleichförmige Dispersion von Whiskers in einem Matrixmaterial zu erhalten. Genauer ge-

QQ sagt wurden bereits verschiedene Typen von Whiskers auf dem Wege einer Hochtemperatur-Reaktion verschiedener Rohstoffe hergestellt. Die erhaltenen Produkte weisen dabei eine solche strukturelle Form auf, daß dichte, kurze faserartige Whiskers miteinander auf statistische Weise verfilzt sind und nicht leicht in Einzelkristalle aufgelöst werden können. Das hat eine gleichförmige Dis-

pergierung eines Whisker-Materials in einem Matrixmaterial erschwert und die praktische Verwendung von Whiskern als Verstärkungsmaterial bisher verhindert.

Es wurde bereits festgestellt, daß eine Whisker-Strukturform in die Form eines schwammartigen Kuchens überführt werden kann, der eine extrem gleichmäßige Porenstruktur aufweist, und zwar in Abhängigkeit von der Auswahl des Reaktions-Systems. Auf der Basis dieser Ergebnisse wurde eine Herstellungstechnik für ein mit SiC-Whiskers verstärktes Verbundmaterial vorgeschlagen (japanische Patentanmeldung Nr. 57-130293), bei dem der schwammartige Kuchen der erhaltenen Whiskers als Faserbasis verwendet wird und ein Matrixmaterial in diese Faserbasis eingeführt wird. Wenn jedoch bei dieser Technik die Herstellungsbedingungen der Whiskers nicht unter Beachtung bestimmter Bedingungen strikt kontrolliert werden, kann keine Basis einer gleichförmigen Struktur ausgebildet werden, und die Eigenschaften des Verbundmaterials weisen als Nach-

2o teile auf, daß die Eigenschaften örtlich verschieden sind (infolge einer Auftrennung).

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Whisker-Vorform für ein Verbundmaterial anzugeben, durch das die Probleme der herkömmlichen Techniken überwunden werden und das die Herstellung von Verbundmaterialien mit gleichförmigen Eigenschaften ermöglicht.

30 Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung

einer Whisker-Vorform für ein Verbundmaterial erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Whisker-Dispersion in Wasser oder einem organischen Lösungsmittel zuerst gesiebt wird, indem sie durch ein Sieb gegeben wird, und an-

35 schließend filtriert wird, und daß der als Filterrückstand erhaltene feuchte Whisker-Kuchen ,'direkt oder nach

* ft

seinem Zusammenpressen auf eine vorgegebene Dichte, getrocknet wird. ν

Eine nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Whisker-Vorform weist eine extrem gleichförmige Struktur auf und weist dabei einen solchen einheitlichen, integralen Aufbau auf, daß nach dem Trocknen kein Zerfall möglich ist.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Zur Herstellung einer Vorform, die einen gleichförmigen Aufbau aufweist und schwierig zu zerlegen ist, und die einem Verbundmaterial gute Eigenschaften verleiht, werden gemäß der vorliegenden Erfindung als Rohmaterial Whiskers aus SiC, Si,.N. oder Graphit verwendet, wobei ein Whisker ein Einkristall ist, der einen Durchmesser von 0,1 bis 5 μΐη und eine Länge von 10 bis 500 μπι aufweist. Die Whiskers weisen, wenn sie als Rohmaterial ver-■ wendet werden, Üblicherweise die Form eines aggregierten Kuchens auf, in dem kurze faserartige Whiskers miteinander in regelloser Weise verfilzt sind. Dieser Whisker-Kuchen wird in einzelne Fasern aufgelöst oder zusammengepreßt und anschließend in Wasser oder ein organisches Lösungsmittel, wie einen Alkohol, Aceton oder einen Äther gegeben. Die Mischung wird unter Verwendung eines Rührers, wie ein Mischer oder ein Magnetrührer so lange gerührt, bis eine gleichförmige Dispersion der Whiskers erhalten wird. Das Wasser oder das organische Lösungsmittel wird vorzugsweise in einer Menge von 7 bis 200 Teilen {Gewichtsteilen) bezogen auf ein Teil Whiskers verwendet, um die Verarbeitung zu erleichtern. Wenn die verwendete Menge an Wasser oder organischem Lösungsmittel weniger als das 7fache des Gewichts der Whiskers beträgt, ist die erhaltene Dispersion der Whiskers un-

-δι befriedigend. Wenn andererseits die Menge an Wasser oder organischem Lösungsmittel das 200J.^:ache des Gewichts der Whiskers überschreitet, wird die Filterstufe sehr zeitaufwendig.

Die erhaltene Dispersion wird durch ein Sieb gesiebt, um nicht ausreichend dispergierte Aggregate der Whiskers abzutrennen. Das Sieb weist vorzugsweise eine Maschen größe von etwa 580 bis etwa 150 \im (32 bis 100 mesh)

10 auf. Wenn das Sieb eine größere Maschenweite als 580 μΐη (32 mesh) aufweist, können kleine Aggregate aus verfilzten Whiskers durch das Sieb hindurchgelangen. Wenn andererseits die Größe der Siebö'ffnungen kleiner ist als 150 um (100 mesh),werden beim Sieben auch beträchtliche

5 Anteile der eigentlichen Whiskers zurückgehalten.

Nach dem Sieben wird die erhaltene Dispersion durch ein Filter, wie beispielsweise Filterpapier oder einen Glasfilter, filtriert, um das Wasser oder das organische Lö-

sungsmittel, das Dxspersionsmedium war, als Filtrat abzutrennen. Der als Filterkuchen erhaltene feuchte Whisker-Kuchen weist im allgemeinen (nach dem Trocknen) eine Porosität von 75 bis 95% auf. Der feuchte Whisker-Kuchen wird direkt oder nach einem vorausgehenden Zu- sammendrücken getrocknet. Durch das vorausgehende Zusammendrücken wird er auf eine gewünschte Dichte (z.B. 0,96 g/cm³) in einer Form verdichtet, wobei der Vf-Wert (Volumenbruchteil), die Form und ähnliche Größen des Verbundmaterials berücksichtigt werden.

Bei einer auf diese Weise erhaltenen Whisker-Vorform

sind die gleichförmigen Whisker statistisch in einer zwei-dimensionalen Ebene verteilt, wobei eine extrem gleichförmige Struktur erhalten wird, die ein integrales gc Ganzes bildet, so daß nach dem Trocknen kein Zerfall oder keine Zerlegung möglich ist.

Ein Verbundmaterial,wie ein faserverstärkter Kunststoff (FK) oder ein faserverstärktes Metall (FM) wird dann dadurch hergestellt, daß man die auf die beschriebene Weise erhaltene Whisker-Vorform als Faserbasis mit einem Matrix-Material tränkt oder infiltriert oder imprägniert. Als Matrix-Material kann ein Metall wie beispielsweise Mg, Al, Si, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ag, Ta oder W und deren Legierungen verwendet werden, oder einer von verschiedenen Kunststoffen wie beispielsweise ein thermisch härtendes Harzj z.B. ein Epoxyharz, ein ungesättigtes' Polyesterharz, ein Phenolharz, ein Polyimidharz, oder ein Harnstoff-Harz, oder ein thermoplastisches Harz wie z.B. ein Vinylchlorid-Harz, ein Polyethylen, ein Polypropylen) ein Polyamid, ein Polyacetal, ein Polycarbonat oder ein gesättigtes Polyesterharz. Die Whisker-Vorform gemäß der vorliegenden Erfindung verleiht gleichförmige und gute Verstärkungseigenschaften und weist sehr geringe örtliche Variationen auf. Demgemäß kann eine erfindungsgemäße Whisker-Vorform beträchtlich dazu beitragen, verschiedene Typen von Verbundmaterialien als Struktur- oder Funktions-Materialien für Flugzeugtriebwerke, Kraftfahrzeugmotoren, Gebäude und Freizeitausrüstung auf dem Wege einer Massenproduktionvherzustellen.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von konkreten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

"Beispiel 1

Eine Mischung aus einem als Siliziumquelle dienenden Material und einem kohlenstoffhaltigen Material wurde in einen Reaktionsbehälter gegeben. Nachdem der Reaktionsbehälter 4 Std. in einem Ofen bei 1600⁰C in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre gehalten worden war, wurde das restliche kohlenstoffhaltige Material ausgebrannt.

Es wurde ein schwammartiger Whisker-Kuchen (d.h. ein Roh-

tsAD ORlGINAU

ι material) erhalten, das ein Whisker-Kuchen aus SiC-WhIskers vom ß-Typ war, die einen Durchmesser von 0,5 bis 1,5 u und eine Länge von 10 bis 300 um aufwiesen, wobei die Scheindichte des Whisker-Kuchens 0,04g/cm³ und die mittlere

5 . Porosität 98,7% betrugen.

Der schwammartige Whisker-Kuchen wurde zusammengedrückt. 84 g der zusammengepreßten Whiskers wurden zusammen mit 2000 ml Wasser in einen Entsafter/Mixer gegeben. Der

JO Mixer wurde 10 Sek. angeschalten, um die Whiskers in dem reinen Wasser zu dispergieren. Die Dispersion wurde durch ein Sieb mit Sieböffnungen von etwa 275 um (55 mesh) gesiebt und anschließend durch ein Filterpapier mit einem Durchmesser von 200 mm, das auf einen Saugfilter aufge- .

_1& legt worden war, filtriert. Der als Filterrückstand erhaltene feuchte Whisker-Kuchen (8 mm Dicke, 91% Porosität nach dem Trocknen) wurde von dem Filterpapier entfernt und anschließend mit einer Schneidvorrichtung in 10 Proben zerschnitten, die jeweils eine Breite von

10 mm und eine Länge von 120 mm aufwiesen. Jede Probe wurde in einer Form im nassen Zustand zusammengepreßt und anschließend getrocknet, so daß eine Whisker-Vorform mit einer Scheindichte von 0,63 g/cm³, einer Breite von 10 mm, einer Länge von 120 mm und einer Dicke von

25 4 mm erhalten wurde.

Jede der auf diese Weise erhaltenen Whisker-Vorformen wurde als Faserbasis für die Vakuum-Imprägnierung mit einer Expoxyharz-Lösung verwendet. Die imprägnierte

go Whisker-Vorform wurde warmgepreßt, um einen FK zu erzeugen. Jeder erhaltene FK wurde im Hinblick auf seine Scheindichte, seinen Biegemodul und seine Biegefestigkeit gemessen, und die erhaltenen Meßergebnisse sind zusammen mit den Standardabweichungen in der nachfolgen-

gg den Tabelle 1 wiedergegeben.

— 9 —

Zu Vergleichszwecken wurde der andere schwammartige SiC-Whisker-Kuchen (d.h. das Rohmaterial), das direkt in dem obigen Verfahren erhalten worden war, auf eine Scheindichte von 0,63 g/cm³ zusammengedrückt, und wurde anschließend in 10 Faserbasis-Proben zerschnitten, die jeweils eine Breite von 10 mm, eine·Länge von 120 mm und eine Dicke von 4 mm aufwiesen. Jede Probe wurde in ähnlicher Weise mit einer Epoxyharz-Matrix imprägniert. Für jedes erhaltene FK-Material wurden die gleichen Eigenschäften wie für die im obigen Beispiel 1 erhaltenen Proben gemessen, und die erhaltenen Werte sind in Tabelle 1 als Werte des Vergleichsbeispiels 1 wiedergegeben.

BAD ORIGINAL

Tabelle 1

Faserbasis	Beispiel 1	Scheindich te (g/an³)	Biege- irodul {kg/imt²)	Biege- festic-	Vergleichsbeispiel 1	Biege- nodul (kg/ητα²)	Biege festigkeit (kg/irm²)
\Sigenschaften No. ^*"""*^^^	1.604 1.601 1.605 1.605 1.601 1.602 1.598 1.604 1.600 1.592	980 1,005 1,062 998 1,024 993 1,023 1,011 981 986	16.0 16.7 16.9 15.9 16.0 16.4 16.5 15.7 15.6 16.0	Schein dichte (g/cm³)	826 754 895 981 968 890 765 916 792 923	14.2 13.6 15.6 14.1 16.0 14.2 13.8 15.1 12.8 15.5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	1.601	1,006	16.2	1.602 1.598 1.596 1.598 1.610 1.598 1.590 1.603 1.599 1.605	871	14.5
Mittelwert (X)	4 * 10"³	24	0.4	1.600	78	1.0
Standardab- weichung (cy)	5 * 10"³

CO CO -P-CD

] Wie aus der obigen Tabelle 1 zu erkennen ist, wiesen die FK-Materialien, die unter Verwendung der SiC-Whisker-Vorformen des Beispiels 1 gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, nur geringe Unterschiede im Hinblick auf ihre Festigkeit, gleichmäßige Gesamtstruktur sowie bessere Biegemodulen und Biegefestigkeiten auf als die FK-Proben, die unter Verwendung der SiC-Whisker-Vorformen des Vergleichsbeispiels 1 hergestellt worden waren.

Es wurden auch unter Verwendung von Si-N.- und Graphit-Whiskers ähnliche FK-Proben unter ähnlichen Bedingungen wie oben angegeben hergestellt und im Hinblick auf die gleichen Eigenschaften vermessen. Es wurden ähnliche Ergebnisse, wie die in Tabelle 1 berichteten, erhalten.

Beispiel 2

Ein schwammartiger Kuchen aus SiC-Whiskers (d.h. ein Rohmaterial) , die die gleichen Eigenschaften aufwiesen wie die gemäß Beispiel 1, wurde zerlegt. 100 g des zerlegten Whisker-Kuchens wurden zu 1000 ml Ethylalkohol gegeben, und die Mischung wurde gerührt, um eine gleichförmige Dispersion zu erzeugen. Die erhaltene Dispersion wurde durch ein Sieb mit einer Maschenweite von etwa 275 μπι (55 mesh) gesiebt und anschließend durch ein Filterpapier mit einem Durchmesser von 50 μπι vakuum-filtriert. Der als Filterrückstand erhaltene feuchte Whisker-Kuchen (eine 90% Porosität nach dem Trocknen) wurde von dem Filterpapier getrennt und anschließend getrocknet, so daß eine

QQ' säulenförmige Whisker-Vorform mit einer Scheindichte von 0,283 g/cm³/ einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 200 mm erhalten wurde.

Die Whisker-Vorform wurde so zerschnitten, daß 5 Proben gg einer Faserbasis erhalten wurden, die jeweils eine Dicke von 40 mm aufwiesen. Jede Probe wurde mit geschmolzenem.

-12-

1 reinem Aluminium unter einem Druck von 1000 kp/cm^? getränkt, um ein FM-Material zu erzeugen. Jedes FM-Material

wurde im Hinblick auf seine Scheindichte, seinen Zugmodul und seine Zugfestigkeit vermessen, und die erhaltenen Meßergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammen mit den Standard-Abweichungen gezeigt.

Zu Vergleichszwecken wurde der andere schwammartige Kuchen von SiC-Whiskers (d.h. das Rohmaterial), wie er

10 in Beispiel 2 verwendet worden war, direkt zusammengedrückt, so daß ein säulenförmiger Kuchen mit einer Scheindichte von 0,63 g/cm³, einem Durchmesser von 50 mm und
einer Höhe von 200 nun erhalten wurde. Der Kuchen wurde so aufgeschnitten, daß 5 Faserbasis-Proben erhalten wurden,

die jeweils eine Dicke von 40 mm aufwiesen. Jede der Proben wurde in der gleichen Weise,wie oben beschrieben, mit geschmolzenem reinem Aluminium getränkt. Die Eigenschaften der erhaltenen FM-Materialien sind ebenfalls in Tabelle 2 als Vergleichsbeispiel 2 gezeigt.

TaDeIIe 2

Faserbasis	Beispiel 2	Schein dichte (g/cm³)	ZugmD- dul ^ (kg/mm²)	Zugfestig keit ' (kg/mrrr)	Vergleichsbeispiel 2	Zugiro- äul (kg/irm²)	Zugfestig keit (kg/sm^)
N^Oiqenschaften No. ^*""\^^	2.755 2.763 2.756 2.760 2.759	9,200 9,300 9,200 9,100 9,300	18.8 18.9 17.9 18.3 18.5	Schein dichte (g/cm³)	12,100 11,500 10,000 12,500 11,900	33.1 29.5 24.3 39.2 27.5
1 2 3 4 5	2.759	9,220	18.5	2.841 2.815 2.783 2.911 2.795	11,600	30.7
Mittelwert (X)	3 x 10"³	75	0.4	2.829	863	5.1
Standardab weichung (σ)	45 x 10"³

CD ΟΊ CO CD

1 Der Vf-Wert des FM-Materials gemäß Beispiel 2 beträgt 12,8%, während der des Vergleichsbeispiels 2 21,1% beträgt. Es ist dabei Tabelle 2 zu entnehmen, daß die Festigkeit gemäß Vergleichsbeispiel 2 höher ist als bei

Beispiel 2. Das FM-Material gemäß Beispiel 2 weist jedoch beträchtlich geringere Streuungen bei den verschiedenen Eigenschaften auf und weist eine gleichförmige Struktur auf, die frei von einer Auftrennung (Segregation) ist.

Beispiel 3

Ein schwammartiger Kuchen (d.h. ein Rohmaterial) aus SiC-Whiskers vom ß-Typ mit einem Durchmesser von 0,5

bis 1,5 um und einer Länge von 10 bis 300 μΐη, der auf die gleiche Weise hergestellt worden war, wie in Beispiel 1, wurde zusammengepreßt. 20 g des Kuchens wurden zu 2000 ml Ethylalkohol gegeben, und die Mischung wurde gerührt, um eine gleichförmige Dispersion zu erzeugen. Nachdem die

20 Dispersion durch ein Sieb mit einer Sieböffnungsweite

von etwa 275 μΐη (55 mesh) gesiebt worden war, wurde sie durch ein einfaches Filter mit Innenabmessungen von 120 χ 110 mm vakuum-filtriert. Der als Filterrückstand erhaltene feuchte Whisker-Kuchen (4,4 nun Dicke; 89,1% Porosität nach dem Trocknen) wurde in 10 Proben zerschnitten, die jeweils eine Länge von 120 mm und eine Breite von 10 nun aufwiesen. Jede Probe wurde getrocknet, so daß eine Whisker-Vorform mit einer Scheindichte von 0,346 g/cm³, einer Länge von 120 mm, einer Breite von 10 mm und einer

30 Dicke von 4,4 mm erhalten wurde.

Es wurde ein FK-Material hergestellt, wobei die auf die beschriebene Weise erhaltenen Whisker-Vorformen verwendet wurden, wobei wie in Beispiel 1 beschrieben, vorgegangen wurde.

• ♦ A *

-15-

Jede erhaltene FK-Probe wurde im Hinblick auf ihre Scheindichte, ihren Biegemodul und ihre Biegefestigkeit gemessen, und die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 3 aufgeführt.

Zu Vergleichszwecken wurde der andere schwammartige Kuchen aus SiC-Whiskers (d.h. das Rohmaterial), wie es in Beispiel 3 verwendet worden war, auf eine Scheindichte von 0,346 g/cm³ zusarnmengedrückt. Die erhaltene Probe einer Faserbasis wurde in 10 Proben mit den gleichen Abmessungen wie oben zerschnitten, um FK-Proben zu erzeugen.

Jede erhaltene FK-Probe wurde ebenfalls im Hinblick auf ihre Eigenschaften gemessen, und die erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 3 als Vergleichsbeispiel 3 angeführt.

BAD ORIGINAL Tabelle 3

Faserbasis	Beispiel 3	Schein dichte (g/cm³)	Biegito- • dul (kg/mm²)	Biegfestig keit . 2 (kg/mm )	Vergleichsbeispiel 3	Bieg- modul (kg/mm )	Biegfestig keit (kg/mm )
N_n Eigenschaften No. \^^	1.471 1.470 1.470 1.470 1.473 1.471 1.470 1.472 1.470 1.472	753 731 728 725 742 725 719 756 731 726	14.8 15.2 15.1 15.1 15.2 14.7 14.9 15.3 15.1 15,0	Schein dichte (g/cm³)	751 718 727 692 713 741 720 713 695 759	14.3 43.8 15.0 15.1 15.0 14,1 14.8 14.5 13.6 14.7
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	1.471	734	15.0	1.475 1.465 1.471 1.476 1.470 1.472 X.468 1.477 1.468 1.473	723	14.5
Hittelwert (X)	1 x ΙΟ"³	12	0.2	1.472	21	0.5
Standardab weichung (σ)	4 x 10"³

CO CO 4>CD

CTi CO CD

φ. „ ,

— 1 7 — 1 Beispiel 4

140 g des gleichen schwammartigen Kuchens aus SiC-Whiskers (d.h. das Rohmaterial), wie er in Beispiel 2 verwendet worden war, wurden in 1500 ml Ethylalkohol auf die gleiche Weise dispergiert, wie in Beispiel 2 beschrieben. Die erhaltene Dispersion wurde durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 180 μΐη (80 mesh) gesiebt und anschließend unter Verwendung eines Filterpapiers mit einem Durchmesser von 50 mm auf einem Saugfilter abgesaugt. Der als Filterrückstand erhaltene feuchte Whisker-Kuchen (8-9% Porosität nach dem Trocknen) wurde von dem Filterpapier getrennt und getrocknet, so daß eine säulenförmige Whisker-Vorform mit einer Scheindichte von 0,350 g/cm³, einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 204 mm erhalten wurde.

Diese Vorform wurde wie in Beispiel 2 in 5 Proben zerschnitten, und jede Probe wurde unter Druck mit Magnesium getränkt, um ein FM-Material zu erzeugen.

Jedes der erhaltenen FM-Materialien wurde im Hinblick auf seine Scheindichte, seinen Zugmodul und seine Zugfestigkeit vermessen, und die erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 4 gezeigt.

» Zu Vergleichszwecken wurde der andere schwammartige Kuchen von SiC-Whiskers (d.h. das Rohmaterial), wie es in Beispiel 4 verwendet worden war, verpreßt, so daß ein säulenförmiger Kuchen mit einer Scheindichte von 0,350 g/cm³, einem Durchmesser von 50 mm und einer Höhe von 204 mm erhalten wurde. Dieser Kuchen wurde in Faserbasis-Proben zerschnitten, die jeweils eine Dicke von 40 mm aufwiesen. Jede Probe wurde unter Druck mit Magnesium getränkt, um FM-Materialien zu erzeugen. Die Eigenschaften der erhaltenen FM-Materialien wurden gemessen, und die erhaltenen

BAD ORIGINAL

1 Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 4 als Ver gleichsbeispiel 4 wiedergegeben.

BAD ORIGINAL

Tabelle 4

Faserbasis	Beispiel 4	Zugmo- modul	Zuqfestiq- keit	Vergleichsbeispiel 4	Zugmo- jZugfestig- modul keit	(kg/mm )
^Eigenschaften	Schein- • dichte	(kg/mm )	(kg/mm )	Schein dichte	(kg/mm²)	10.1
No. ^«^	(g/cm³)	5,780	14.2	(g/cm³)	5,500	15,5
1	1.926	5,840	15.8	1.915	5,780	12.8
2	1.925	5,750	14.5	1.942	5,450	14.6
3	1.918	5,800	14.3	1.926	5,810	12.5
4	1.936	5,790	15.1	1.930	5,430	13.1
5	1.931 -	5,792	14.8	1.928	5,594	2.1
Mittelwert (X)	1.927	33	0.7	1.928	186
. Standardab weichung . (σ)	6.8 x 10"³	9.7 x 10~³

cn co co

rv^WMM w « W # · · * * # vv

-20-

1 Beispiel 5

Ein schwammartiger Kuchen aus SiC-Whiskers (d.h. ein Rohmaterial) , die die gleichen Eigenschaften wie in Beispiel 1 aufwiesen, wurde zusammengepreßt. 943 g des Kuchens wurden mit 7000ml reinem Wasser gerührt, um eine gleichförmige Dispersion zu erzeugen. Die Dispersion wurde durch ein Sieb mit einer Sieböffnungsweite von etwa 275 μπι (55 mesh) gesiebt und unter Verwendung eines quadratischen Filterpapiers mit einer Seitenlänge von 300 mm filtriert, wobei ein Saugfilter verwendet wurde. Der als Filterrückstand erhaltene feuchte Whisker-Kuchen(mit einer Dicke von 30 mm; 89% Porosität nach dem Trocknen) wurde in eine quadratische Form mit einer Seitenlänge von 300 mm gegeben.

Nachdem in der Form ein quadratisches Filterpapier mit einer Seitenlänge von 300 mm angeordnet war, wurde der Kuchen zusammengepreßt. Der Kuchen wurde getrocknet, nachdem das Filterpapier entfernt worden war, und es wurde eine quadratische Whisker-Vorform erhalten, die eine Scheindichte von 0,70 g/cm³, eine Seitenlänge von 300 mm und eine Dicke von 15 mm aufwiesen. Die auf diese Weise erhaltene Whisker-Vorform wurde zwischen zwei quadratische Polyamid-Platten sandwich-artig angeordnet, wobei die Platte jeweils eine Seitenlänge von 300 mm und eine Dicke von 3 mm aufwiesen. Die erhaltene Kombination wurde in eine Form zum Warmpressen gegeben und in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre erhitzt. Nachdem das Polyamid geschmolzen war, wurde verpreßt, und es wurde eine quadratische FK-Probe erhalten, die eine Seitenlänge von 300 mm und eine Dicke von 8 mm aufwies. Die FK-Probe wurde in Proben zerschnitten, für die jeweils die Scheindichte, der Biegemodul und die Biegefestigkeit gemessen wurden. Die erhaltenen Ergebnisse und die Standard-Abweichungen sind in der nachfolgenden Tabelle 5 gezeigt.

-21-

Zu Vergleichszwecken wurde der andere Kuchen aus SiC-Whiskers (d.h. das Rohmaterial), wie es in Beispiel 5 verwendet worden war, zusammengepreßt, um eine Vorform zu erzeugen, die anschließend unter den gleichen Bedingungen^ wie oben beschrieben, zur Herstellung von FK-Proben verwendet wurde. Es wurden die gleichen Eigenschaften der erhaltenen FK-Proben bestimmt, wie im obigen Beispiel Die erhaltenen Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 5 als Vergleichsbeispiel 5 wiedergegeben. 10

Tabelle

Faserbasis	■ Schein·*- - dichte (g/cm³)	. Beispiel	5	VerrJleichsbeiSDiel 5	'Biege- modul (kg/mm )	Biege festigkeit (kg/nun )
NRLgenschaften *NO. ^\χ^^**	1.943	Biege- nodul . (kg/mm )	Siege- • festigkeit 2 (kg/mm )	Sqheirvr dichte ι (g/cm³)	3,590	62
1	1.943	3,620	72	1.941	3,580	62
. 2	1.942	3,650	73	1.935	3,810	60
3	1.948	3,720	70	1.949	3,780	63
4	1.942	3,830	70	1.945	3,730	65
- 5	1.945	3,750	72	1.946	3,610	62
6	1.946	3,770	71	1.939	3,690	68
7	1.946	3,800	75	1.932	3,700	66
8'	1.942	3,860	73	1.943	3,720	67
9	1,949	3,750	72	1.941	3,570	60
10	1.945	3,820	74	1.938	3,680	64
Mittelwert (X)	'2 χίδ"³;	3,760	72	1.941	82	2.7
Standaräab-. . weichung *^σ'	^r 73	1.5	5 x 10~³

OO GO

σ) er co cc

Claims

MITSCHERLICH · GUNSCHMANN · KÖRBER · SCHMIDT-EVERS

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT PROP HEPRFStNTATIVES BrFORr THE ΓυΠΟΡΕΑΝ PATENT OfHCt

Dipl.-Ing. H. Mitscherlich Dipl.-Ing. K. Gunschmann Dipl.-Ing. Dr. rer. nat. W. Körber Dipl.-Ing. J. Schmidt-Evers

Steinsdorf straße 10
D-8000 München 22 Telefon (089) 29 66 84-86 Telex 523 155 mitsh d
Psch-Kto. Mohn 195 75-803 EPA-Kto. 28 000 206

22. Dezember 1983

TOKAI CARBON CO., LTD. 2-3, 1-chome, Kitaaoyama Minato-ku, Tokyo/Japan

Verfahren zur Herstellung einer Whisker-Vorform für ein

Verbundmaterial

Patentansprüche

Γ ■.,

\1. ι Verfahren zur Herstellung einer Whisker-Vorform

für/ein Verbundmaterial, dadurch gekennzeichnet , daß eine Dispersion von Whiskers in Wasser oder einer organischen Lösungsmittel zuerst durch ein Sieb gegeben und anschließend filtriert wird, und daß der als Filterrückstand erhaltene feuchte Whisker-Kuchen direkt oder

nach seinem vorausgehenden Zusammenpressen auf eine vorgegebene Dichte getrocknet wird. _;.

BAD ORIGINAL

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1 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Whiskers in Wasser oder dem organischen Lösungsmittel dispergiert werden, nachdem die bei der Herstellung erhaltenen Whiskers in einzelne Whiskers aufgelöst wurden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Whiskers in Wasser oder dem organischen Lösungsmittel dispergiert werden, nachdem sie zusammengedrückt wurden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,. dadurch gekennzeichnet, daß ein Whisker ein Einkristall
aus einem Material ist, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus SiC, Si-,Ν. und Graphit besteht, und einen Durchmesser von 0,1 bis 5 μπι und eine Länge von 10 bis 500 μπι aufweist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel

20 aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Alkoholen, Aceton und Äthern besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser oder das organische

Lösungsmittel in einer solchen Gewichtsmenge verwendet

wird, die das Gewicht der Whiskers um das 7 bis 200-fache übersteigt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion durch ein Sieb mit Sieböffnungen von etwa 580 um bis etwa 150 um (32
bis 100 mesh) gesiebt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der feuchte Whisker-Kuchen

nach seiner Trocknung eine Porosität von 75 bis 90%
aufweist.