DE3526451A1 - Compositmaterial fuer dekorative anwendungen - Google Patents

Compositmaterial fuer dekorative anwendungen

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DE3526451A1
DE3526451A1 DE19853526451 DE3526451A DE3526451A1 DE 3526451 A1 DE3526451 A1 DE 3526451A1 DE 19853526451 DE19853526451 DE 19853526451 DE 3526451 A DE3526451 A DE 3526451A DE 3526451 A1 DE3526451 A1 DE 3526451A1
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Kazuo Kurahashi
Nobutoshi Hamamatsu Shizuoka Onodera
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Nippon Gakki Co Ltd
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Description

Anmelder: Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha Unser Az.: PA 379 DE 18. Juli 1985
Compositmaterial für dekorative Anwendungen
Die Erfindung betrifft ein Compositmaterial für dekorative Anwendungen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Verbesserung eines Compositmaterials, welches für Dekorationen an Modeartikeln und ähnlichen Gegenständen verwendet wird, z.B. für Armbanduhren und Brillengestelle. Ferner betrifft die Erfindung mit einem solchen Compositmaterial hergestellte Mode— und Schmuckgegenstände wie z.B..uhren und Brillengestelle.
Für solche dekorative Zwecke wurden bereits verschiedene Ti-Basis-Compositmaterialien verwendet, bei welchen ein metallischer Mantel auf einen Ti-Kern mit hoher Festigkeit, hoher Antikorrosion und niedrigem Gewicht aufplattiert oder durch "Cladden" aufgebracht wurde. "Cladden" bedeutet hierin das Aufbringen eines Überzugsmaterials unter Kraft und gegebenenfalls unter Wärmeeinwirkung
-X-
auf ein Trägermaterial, vorzugsweise in Form eines Kerns. Im folgenden wird "clad" bzw. "cladden" jeweils als plattieren bezeichnet. Beispielsweise wird ein Mantel aus Ni oder Ni-Cr-Legierung oder Cu-Legierung auf einen Kern aus Ti oder Ti-Basislegierung plattiert. In einem anderen Falle werden SiC-Fasern für eine Matrix verwendet.
Im allgemeinen ist für die oben genannten dekorativen Zwecke ein geringes Gewicht erforderlich, insbesondere für Brillengestelle. Die für den Mantel in den herkömmlichen Compositmaterialien verwendeten Legierungen haben alle ein verhältnismäßig hohes spezifisches Gewicht und eine niedrige mechanische Festigkeit. Zur Erzielung einer guten Bearbeitbarkeit und Geeignetheit zum Löten und Plattieren eines Compositmaterials wird der Mantel vorzugsweise so dick wie möglich gemacht. Im Hinblick auf die Forderung nach leichtem Gewicht sollte jedoch die übermäßige Verwendung von solchem schwerem Mantelmaterial eingeschränkt werden. Niedriges Gewicht und hohe Festigkeit kann durch erhöhten Einschluß eines Ti- oder Ti-Basiskerns erreicht werden, was aber zu einer schlechten Bearbeitbarkeit des Produkts führt und äußerst unpassend ist für komplizierte Formgebungen bei der Herstellung von Brillengestellen. Im Falle von SiC-Fasern enthaltenden Compositmaterialien, müssen zur bestmöglichen Ausnutzung einer hohen Festigkeit und der Elastizitätseigenschaften der Fasern möglichst lange SiC-Fasern verwendet werden. Leider brechen solche langen SiC-Fasern während der Produktion dieser Fasern leicht ab, so daß es fast unmöglich ist, gleichförmig lange SiC-Fasern mit hoher Wirtschaftlichkeit zu produzieren.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Produktion eines Compositmaterials für dekorative Anwendungen zu ermöglichen, welches hohe Festigkeit, hohe Elastizitätseigenschaft und gleichzeitig gute Lötbarkeit und Plattierbarkeit bei hohem Produktionswirkuhgsgrad zeigt.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Matrix aus einem der Materialien Ti, Ti-Basislegierung, Al- und Al-Basislegierung gebildet ist, und daß 5 bis 30 Volumen-% Whiskers mit einem Schlankheitsverhältnis von 10 bis 5000 in der Matrix dispergiert sind.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist ein Mantel aus Ni, Ni-Basislegierung, Cu oder Cu-Basislegierung mit einem 3 bis 30 %-igen Querschnittsflächenverhältnis auf einen Kern plattiert bzw. "cladded", welcher 5 bis 30 Volumen-% Whiskers mit einem Schlankheitsverhältnis von 10 bis 5.000 enthält, die in einer Matrix dispergiert sind, welche aus Ti, Ti-Basislegierung, Al oder Al-Basislegierung gebildet ist.
Gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist ein Mantel, hergestellt aus Au oder Au-Basislegierung, bei einem Querschnittsflächenverhältnis von 2 bis 15 %
auf einen Kern
plattiert oder "cladded", welcher 5 bis 30 Volumen-% Whiskers mit einem Schlankheitsgrad von 10 bis 5000 enthält, die in einer Matrix dispergiert sind, welche aus Ti, Ti-Basislegierung, Al oder Al-Basislegierung gebildet ist.
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Wie bereits oben erwähnt, ist gemäß dem einen Gedanken der Erfindung ein Compositmaterial gegeben, welches 5 bis '30 Volumen-% Whiskers mit einem Schlankheitsverhältnis von 10 bis 5000 enthält, die in einer Matrix dispergiert sind, welche aus Ti, Ti-Basislegierung, Al oder Al-Basislegierung gebildet ist. Für die in der Matrix dispergierten Whiskers werden vorzugsweise SiC-Whiskers, Tonerde- oder Aluminiumoxyd Whiskers, Zirkoniumoxyd-Whiskers, oL -Sialon-Whiskers, p-Sialon-Whiskers und Siliciumoxyd- oder Kieselerde-Whiskers verwendet.
Wenn das Schlankheitsverhältnis unter 10 fällt, ergibt sich keine ausreichende Kraftübertragung zwischen den Whiskers und der Matrix, wodurch die durch den Zusatz der Whiskers angestrebte Verbesserung geringer wird. Bei einem 5000 übersteigenden Schlankheitsverhältnis, erlaubt die zu lange Konstruktion nicht den Whiskers, der Spannung bei plastischer Verformung zu folgen, was zu. Brüchen der Faserkomponenten und als Folge davon zu einer Verringerung der Festigkeit führt.
Die Verwendung der oben beschriebenen Metalle für die Matrix gewährleistet ein für dekorative Anwendungen geeignetes niedriges Gewicht und günstige Korrionseigenschaften.
Eine Anteilsrate unterhalb 5 Volumen-% für die Whiskers stellt keine Stärkung durch die Whiskers mehr sicher. Eine Anteilsrate über 30 Volumen-% führt zu einer bedeutenden Festigkextssteigerung,
* * · * m * s <k * # f ♦ * w * ο α 4
welche die Bearbeitbarkeit des Compositmaterials beeinträchtigt.
Der Zusatz der Whiskers zu der Matrix ermöglicht die Herstellung eines Compositmaterials, welches ein niedriges Gewicht und hohe Antikorrosion hat, gleichzeitig aber auch eine hohe Festigkeit und günstige Elastizitätseigenschaften hat, wie sie für dekorative Anwendungen bestens geeignet sind. Falls z.B. das Compositmaterial gemäß der Erfindung für ein Brillengestell verwendet wird, welches gleich stark ist wie ein aus konventionellem Material hergestelltes Brillengestell, dann kann das Gewicht des Produkts bedeutend reduziert werden. Als Folge hiervon ergibt sich eine größere Freiheit bezüglich des Designs und die Festigkeit des Produkts kann erhöht werden. Außerdem kann durch richtige Wahl des Anteils an Whiskers die Festigkeit und/oder Elastizitätseigenschaften des Produkts frei eingestellt werden, ohne Einfluß auf das leichte Gewicht. Dadurch kann man durch die Verwendung von Compositmaterial nach der Erfindung einer großen Vielzahl von Festigkeitsanforderungen gerecht werden. Der fein verteilte oder dispergierte Einschluß der Matrix behindert nicht die Anwendung von Preßvorgängen, Gesenkbearbeitungen und Ziehvorgängen auf das Compositmaterial.
Gemäß dem zweiten Grundgedanken der Erfindung enthält das Compositmaterial einen Kern, welcher 5 bis 30 Volumen-% Whiskers eines Schlankheitsverhältnisses von 10 bis 5000 enthält, die in einer Matrix dispergiert oder fein verteilt sind, welche aus Ti, Ti—Basislegierung, Al oder Al-Basislegierung gebildet ist. Ferner ist ein Mantel, welcher aus Ni, Ni-Basislegierung, Cu oder Cu-Basislegierung hergestellt ist,
bei einem 3 bis 30 %-igen Querschnittsflächenverhältnis auf einen Kern plattiert bzw. "cladded".
Das Vorhandensein des Mantels gewährleistet zusätzlich zu den Vorteilen des Compositmaterials der erstgenannten Ausführungsform bzw. des erstgenannten Grundgedankens eine gute Geeignetheit zum Löten und Plattieren, was besonders günstig ist für dekorative Anwendungen. Der die Matrix deckende Mantel ist verhältnismäßig weich und duktil und ermöglicht eine glatte plastische Deformation.
Gemäß dem dritten Grundgedanken oder der dritten Ausführung der Erfindung enthält ein Compositmaterial einen Kern, der 5 bis 30 Volumen-% Whiskers mit einem Schlankheitsverhältnis von 10 bis 5000 enthält, die in einer Matrix dispergiert sind, welche aus einem der Materialien Ti, Ti-Basislegierung, Al und Al-Basislegierung gebildet ist. Ferner ist auf den Kern ein Mantel aus einem der Materialien Au und Au-Basislegierung plattiert oder "cladded", und zwar mit einem 2 bis 15 %-igen Querschnittsflächenverhältnis. Au oder Au-Basislegierung wird für besondere dekorative Anforderungen für den Mantel verwendet. Die Dicke des Mantels ist zu dünn, wenn das Querschnittsflächenverhältnis kleiner als 2 % ist. Ein Flächenquerschnittsverhältnis über 15 % beeinträchtigt das leichte Gewicht des Produkts.
Beispiele
Es wurden SiC-Whiskers verwendet, die einen Durchmesser im Bereich von 0,01 bis 1,0 μια, eine Länge im Bereich von 10 bis 100 ;im und eine Festigkeit (p B im Bereich von 400 bis 700 kp/mm hatten.
Mt A * * *
ft » * »A *
• 9·
Die Whiskers wurden mit Ti-Pulver mit Anteilsraten in Volumen-% vermischt, welche in Tabelle 1 angegeben sind. Jede Mischung wurde in einen Kautschukbehälter eingeschlossen, welcher dann einer hydrostatischen Extrusion bei 5000 kp/cm Druck ausgesetzt wurde, um eine Stange von 35 mm Durchmesser und 300 mm Länge herzustellen. Als nächstes wurde der Durchmesser auf 30 mm und die Länge durch Schneiden auf 100 mm reduziert. Die Stange wurde dann in ein Ni-Rohr von 3 mm Dicke eingesetzt, worauf die Enden durch elektronisches Strahlschweißen verschlossen wurden. Diese Kombination wurde dann einer Heißextrusion bei 750 bis 800° C zur Bildung eines Drahtes von 5 mm Durchmesser ausgesetzt. Der Draht wurde dann bei 700° C für eine Stunde in einer H2-Gasatmosphäre vergütet. Danach wurde der Draht in mehreren Drahtziehvorgängen mit einer 8 %-igen Deformationsrate bei jedem Drahtziehvorgang auf einen Drahtdurchmesser von 2,6 mm reduziert, worauf er dann nochmals bei 7OO° C für eine Stunde in einer EU-Gasatmosphäre vergütet wurde, um ein Teststück zu bilden. Die Teststücke Nr. 11 bis 18 in Tabelle 1 wurden auf diese Weise hergestellt. Das
.i s für Ni betrug 3 %.
-/ff -
40
Tabelle 1
Test-
stück
Nr.		 mech. Eigenschaften Streckung
(%)		 SiC-An-
teil in
VoIu-
men-%		 spez.
Ge
wicht		 Druck
(Ton)		 Dicke
(mn)		 Be
mer
kung
1 Festig
keit 2
. (kp/im )		 23 0 4.51 80 4.9 Bear
beit
bar
2 51 21 3 4.46 82 4.9 nicht
Bear-
beit-
bar
3 59 18 7 4.42 100 4.9 Bear
beit
bar
4 71 12 10 4.38 120 5.0
5 80 10 15 4.31 131 4.9
6 90 3 20 4.24 172 4.7
7 126 1 25 4.17 207 4.7
8 134 0.8 30 4.10 223 4.6
9 151 0.3 35 4.03 257 feine
Risse
10 181 0.1 40 3.96 293 Risse
11 192 28 0 4.64 78 5.0
12 49 24 3 4.60 80 5.0
13 58 20 7 4.55 98 4.9
14 65 14 10 4.51 111 4.9
15 73 12 15 4.44 127 4.9
16 83 5 20 4.37 169 4.7
17 115 1.0 30 4.23 220 4.7
18 139 0.6 35 4.16 255 4.6
170
Bei der Herstellung der Teststücke Nr. 1 bis 10 der Tabelle 1 i-n der oben beschriebenen Herstellungs-
weise wurde das Einsetzen in ein Ni-Rohr und das Verschließen der Enden weggelassen. Die Teststücke Nr. bis 18 wurden alle auf einer Presse auf eine Höhe von 1,0 mm zusammengepreßt. Dabei wurden die in Tabelle Λ angegebenen Brüche oder Risse beobachtet.
Die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß im Falle der Teststücke Nr. 1 bis 10, welche keinen Ni-Mantel haben, die Erzeugung von Rissen eine glatte Bearbeitung nicht ermöglichen, wenn die Anteilsmenge von SiC-Whiskers 35 % oder mehr beträgt. Im Falle der Teststücke Nr. 11 bis 18, welche Ni-Mäntel haben, wurden Risse selbst dann nicht erzeugt, wenn die Anteilsrate von SiC-Whiskers 35 % oder mehr beträgt. Dies zeigt, daß das Vorhandensein des Ni-Mantels die Bearbeitbarkeit der Teststücke stark verbessert. Je größer die Anteilsrate der SiC-Whiskers ist, desto höher ist die Festigkeit und desto kleiner ist das spezifische Gewicht. Aus den Ergebnissen ist klar, daß die Festigkeit und Elastizität des Produkts frei eingestellt werden kann, ohne irgendwelchen Einfluß auf das leichte Gewicht, indem die Anteilsrate an SiC-Whiskers entsprechend gewählt und geändert -wird.
unter Verwendung der in Tabelle 1 gezeigten Teststücke wurden Brillengestelle entsprechend Tabelle unter Beachtung der für die praktische Verwendung erforderlichen Festigkeit hergestellt. Für die Scharniere wurde Nickel-Silber verwendet.
-42-
Tabelle 2
Teststück
Nr.		 Gewicht
(g)		 Leichtgewichtsrate
(S) 		Bemerkung
r 12.1 41 Ti allein
3 12.1 41 SiC-Whiskers- J
Verstärkung
5 10.9 47
6 10.7 48
8 10.3 50
11 12.3 40.6 Ni-Mantel +
12 12.1 41
14 12.0 42
15 11.9 43
18 10.1 51
20.7 Vergleichsbei
spiel
Ni-Cr-Legierung
In Tabelle 2 bedeutet der Ausdruck "Leichtgewichts rate'' für jedes Teststück der Prozentsatz an Gewichtsreduktion mit Bezug auf das Gewicht des Vergleichsbeispiels. Wenn das Teststück Nr. 3 mit dem Teststück Nr. 15 verglichen wird, welches fast das gleiche spezifische Gewicht wie das Teststück Nr. hat, dann ist ersichtlich, daß die Leichtgewichtsrate für letzteres größer ist. Dies ist eine Folge der verbesserten Bearbeitbarkeit und Lötbarkeit, bedingt durch das Vorhandensein des Mantels. Das gleiche gilt für einen Vergleich zwischen den Teststücken Nr. 1 und 4 und den Teststücken Nr. 8 und 18.
Die Daten in Tabelle 2 zeigen deutlich, daß die Verwendung des Compositmaterials nach der Erfindung eine 40 bis 50 %-ige Gewichtsreduktion garantiert, verglichen mit einem Brillengestell aus Ni-Cr-Legierung, dem Vergleichsbeispiel.

Claims (4)

Patentanwalt E. O. VETTER, Bahnhof-Straße 30, D-8900 Augsb&rfj. SundeSsrepSliblil? DeutscKlancf * . ) Anmelder: Nippon Gakki Seizo Kabushiki Kaisha Unser Az.: PA 379 DE 18. Juli 1985 Patentansprüche
1. Compositmaterial für dekorative Anwendungen, gekennzeichnet durch eine Matrix, die aus einem der Materialien Ti, Ti-Basislegierung, Al und Al-Basislegierung gebildet ist, und durch 5 JbIs 30 Volumen-% Whiskers mit einem Schlankheitsverhältnis von 10 bis 5000, welche in der Matrix dispergiert sind.
2. Compositmaterial für dekorative Anwendungen, gekennzeichnet durch einen Kern, welcher 5 .bis 30 Volumen-% Whiskers mit einem Schlankheitsverhältnis von 10 bis 5000 enthält, die in einer Matrix dispergiert sind, welche aus einem der Materialien Ti, Ti-Basislegierung, Al und Al-Basislegierung gebildet ist, und durch einen Mantel, der aus Ni, Ni-Basislegierung, Cu und Cu-Basislegierung gebildet ist und bei einem Querschnittsflächenverhältnis von 3 bis 30 % auf den Kern plattiert oder durch Cladden aufgebracht ist.
-m *) mm
3. Compositmaterial für dekorative Anwendungen, gekennzeich.net durch einen Kern, welcher 5 bis 30 Volumen-% Whiskers mit einem Schlankheitsverhältnis von 10 bis 5000 enthält, die in einer Matrix dispergiert sind, welche aus einem der Materialien Ti, Ti-Basislegierung, Al und Al-Basislegierung gebildet ist, und durch einen Mantel, welcher aus einem der Materialien Au und Au-Basislegierung gebildet und bei einem Querschnittsflächenverhältnis von 2 bis 15 % auf den Kern plattiert oder durch Cladden aufgebracht ist.
4. Compositmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Whiskers aus einer Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus SiC-Whiskers, Aluminiumoxyd-Whiskers, Zirkoniumoxyd-Whiskers, oC -Sialon-Whiskers, /5-Sialon-Whiskers und Siliciumoxyd-Whiskers.
DE19853526451 1984-07-26 1985-07-24 Compositmaterial fuer dekorative anwendungen Withdrawn DE3526451A1 (de)

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