DE3828884C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärktem Metall durch Einbringen einer verstärkende Fasern, ein Bindemittel und Wasser enthaltenden, fluiden Fasermischung unter Bildung eines geformten Faserkörpers derart in eine wasserabsorbierende Form, daß sie mit der formenden Oberfläche in Kontakt kommt, Imprägnieren des geformten Faserkörpers mit geschmolzenem Metall und Verfestigen des geschmolzenen Metalls zur Bildung des faserverstärkten Metalls. Bei diesem Verfahren sind die verstärkenden Fasern in einer Metallmatrix dispergiert, wodurch die Eigenschaften der Metallmatrix im Hinblick auf die Festigkeit, die Zähigkeit, die Hitzebeständigkeit oder die Abrieb­ beständigkeit verbessert sind.

Es sind bereits faserverstärkte Metalle vorgeschlagen worden, die dispergierte verstärkende Fasern enthalten. Beispielsweise wird ein solches faserverstärktes Metall dadurch hergestellt, daß man die verstärkenden Fasern und ein Bindemittel in Wasser dispergiert unter Bildung einer Fasermischung. Die Fasermischung wird dann unter Anwendung eines Vakuums auf einem porösen Rahmen zusammengeballt unter Bildung eines geformten Faserkörpers. Diese Methode wird als Vakuumformverfahren bezeichnet. Es ist weiterhin möglich, zur Herstellung der Fasermischung ein Bindemittel zu den verstärkenden Fasern zuzusetzen. Die erhaltene Fasermischung wird unter Druck in eine Form eingebracht, um die gewünschte Form zu bilden, wodurch ein geformter Faserkörper erhalten wird. Diese Methode wird als Preßverformungsmethode bezeichnet.

Die in dieser Weise erhaltenen geformten Faserkörper werden dann in eine Gießform eingebracht. Das geschmolzene Metall wird in die Gießform eingefüllt, so daß die Fasern zur Bildung des faserverstärkten Metalls in dem Metall dispergiert werden. Dies kann beispielsweise durch das Schmelzmetallschmieden oder das Vakuumvergießen erfolgen. Diese Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Metallen sind beispielsweise in den veröffentlichten japanischen Patentanmeldungen No. 56-68 576 und No. 58-93 837 beschrieben.

Im Fall der Herstellung des geformten Faserkörpers nach dem oben beschriebenen Vakuumformverfahren ergeben sich Schwierigkeiten dann, wenn der geformte Faserkörper eine geringe Dicke oder eine hohe Schüttdichte aufweist, wobei sich bei der Bildung komplizierter Formen oder Formkörper mit Bereichen unterschiedlicher Dicke Schwierigkeiten ergeben.

Im Fall der Herstellung des geformten Faserkörpers mit Hilfe des oben beschriebenen Druckverformungsverfahrens ergeben sich Nachteile dahingehend, daß es schwierig ist, Formkörper komplizierter Form in der Form zu bilden, wobei es auch nicht ohne weiteres gelingt, die verstärkenden Fasern gleichmäßig in die Form einzubringen.

Aus der EP-A-0 170 396 ist ein Verfahren zum Herstellen von faserverstärktem Metall bekannt, bei dem Fasern, Wasser und Polymere, wie Polyvinylalkohol, Carboxymethylcellulose und Polyurethan als fluide Mischung in eine profilierte Gipsform eingebracht werden, so daß sie mit deren Oberfläche in Kontakt kommen und anschließend nach Entwässerung dieser Vorform in einer Gießform mit einer Al-Legierung imprägniert wird.

Daher ist es bei den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Metalle nicht möglich, die verstärkenden Fasern in wirksamer Weise in komplizierten Formen anzuordnen und Formkörper mit Bereichen unterschiedlicher Dicke herzustellen. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Dichte des geformten Faserkörpers insbesondere in jenen Bereichen, in denen die Dicke variiert, was zu einer Neigung des faserverstärkten Metalls zur Bildung von Rissen Anlaß gibt. Wenn Risse gebildet werden, wird die Metallmatrix ohne die verstärkenden Fasern freigelegt, wodurch die Eigenschaften des faserverstärkten Metalls in starkem Maße beeinträchtigt werden.

Wenn die geformte Fasermischung mit komplizierter Form mit dem geschmolzenen Metall imprägniert wird, und dieses unter Bildung des faserverstärkten Metalls verfestigt wird, bilden sich auf der Oberfläche oder in der Nähe der Oberfläche Bereiche ohne verstärkende Fasern. Weiterhin erfolgt unvermeidbar eine ungleichmäßige Verteilung der verstärkenden Fasern, was die Neigung des faserverstärkten Metalls zur Rißbildung fördert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Metalle komplizierter Form und mit hervorragenden Eigenschaften anzugeben, welches keine Bereiche ohne verstärkende Fasern an der Oberfläche oder in inneren Bereichen des Produktes aus dem faserverstärkten Metall aufweist.

Diese Aufgabe wird nun gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Verfahrens gemäß Hauptanspruch. Die Unteransprüche betreffen besonders bevorzugte Ausführungsformen dieses Erfindungsgegenstandes.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärktem Metall, durch Einbringen einer verstärkende Fasern, ein Bindemittel und Wasser enthaltenden, fluiden Fasermischung unter Bildung eines geformten Faserkörpers derart in eine wasserabsorbierende Form, daß sie mit der formenden Oberfläche in Kontakt kommt, Imprägnieren des geformten Faserkörpers mit geschmolzenem Metall und Verfestigen des geschmolzenen Metalls zur Bildung des faserverstärkten Metalls, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man eine zusätzlich einen Verdicker enthaltende, fluide Fasermischung einsetzt und ein gelatinierendes Mittel für die Fasermischung auf die formende Oberfläche der wasser­ absorbierenden Form aufbringt.

Aufgrund der erfindungsgemäß eingesetzten fluiden Fasermischung können die verstärkenden Fasern den gesamten Hohlraum der Form erreichen, so daß sie dar­ in gleichmäßig verteilt werden können, was zu einer gleichförmigen Verbindung der verstärkenden Fasern auch in dem gebildeten faserverstärkten Metall führt. Dies vermeidet eine ungleichmäßige Verteilung der verstärkenden Fasern und damit die Bildung von Bereichen ohne verstärkende Fasern. Weiterhin können in dieser Weise ohne weiteres geformte Faserkörper komplizierter Form und/oder in Form von Formkörpern mit variierenden Dicken hergestellt werden. Weiterhin ergibt sich durch die gute Fluidität der Fasermischung eine ausgezeichnete Orientierung der verstärkenden Fasern.

Als Folge der Verwendung eines gelatinierenden Mittels für die Fasermischung erhält man in der Form einen Faserkörper mit beträchtlicher Steifigkeit. Dies fördert wiederum die gleichmäßige Verteilung der verstärkenden Fasern in dem letztendlich gebildeten faserverstärkten Metall. Bei der Gelatinierung wird das freigesetzte Wasser durch die wasserabsorbierende Form absorbiert und beeinträchtigt daher die Bildung des steifen geformten Faserkörpers nicht. Bei dem in dieser Weise gebildeten geformten Faserkörper ergibt sich keine ungleichmäßige Verteilung der verstärkenden Fasern in dem letztendlich gebildeten faserverstärkten Metall, da keine Bereiche ohne verstärkende Fasern erzeugt werden, was zu einem qualitativ hochwertigen faserverstärktem Metall führt, welches ausgezeichnete Eigenschaften im Hinblick auf die Festigkeit, die Zähigkeit, die Hitzebeständigkeit, die Abrieb­ beständigkeit und dergleichen besitzt.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht eines Beispiels eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Produkts aus einem faserverstärktem Metall;

Fig. 2 eine vertikale Schnittansicht des Verfahrens zur Bildung des geformten Faserkörpers bei der Herstellung des Produkts nach Fig. 1;

Fig. 3 eine vertikale Schnittansicht des nach dem in Fig. 2 dargestellten Verfahren erhaltenen geformten Faserkörpers;

Fig. 4 eine vertikale Schnittansicht, welches ein Verfahren zur Herstellung des Produkts von Fig. 1 verdeutlicht, bei dem eine Gießform verwendet wird, in die der geformte Faserkörper der Fig. 3 eingebracht wird; und

Fig. 5 eine vertikale Schnittansicht ähnlich der Fig. 2, welche das Verfahren zur Herstellung des geformten Faserkörpers nach Fig. 3 gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Metalls umfaßt die Schritte der Herstellung einer Fasermischung, die verstärkende Fasern, ein Bindemittel, einen Verdicker und Wasser enthält und fluid ist; des Aufbringens eines gelatinierenden Mittels für die Fasermischung auf die Formoberfläche einer wasserabsorbierenden Form; das Einfüllen der Fasermischung in die wasserabsorbierende Form in der Weise, daß sie mit der formenden Oberfläche der Form in Kontakt kommt unter Bildung eines geformten Faserkörpers; und das Imprägnieren des geformten Faserkörpers mit geschmolzenem Metall und Verfestigen des geschmolzenen Metalls zur Bildung des faserverstärkten Metalls.

Bei diesem Verfahren werden verstärkende Fasern dazu verwendet, das als Matrixmaterial eingesetzte Metall teilweise oder vollständig zu verstärken. Beispiele für verstärkende Fasern sind Kohlenstoffasern, Metallfasern wie solche aus Bor oder nichtrostendem Stahl, und Keramikfasern, wie solche aus Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Zirkondioxid, Siliciumcarbid oder Siliciumnitrid. Es können Fasern aus einem dieser Materialien oder auch Mischungen daraus eingesetzt werden. Weiterhin kann man als verstärkende Fasern polykristalline Fasern, einkristalline Fasern und/oder amorphe Fasern einsetzen.

Das mit den verstärkenden Fasern vermischte Bindemittel dient dazu, die verstärkenden Fasern miteinander zu verbinden, so daß die Form des geformten Faserkörpers aus den verstärkenden Fasern auch bei hohen Temperaturen beibehalten wird. Beispiele für dieses Bindemittel sind kolloidales Siliciumdioxid und kolloidales Aluminiumoxid. Diese Materialien können einzeln oder auch in Kombination verwendet werden.

Der mit den verstärkenden Fasern und dem Bindemittel vermischte Verdicker dient dazu, die Fließfähigkeit der die verstärkenden Fasern, das Bindemittel, den Verdicker und das Wasser enthaltenden Fasermischung zu verbessern, um in dieser Weise zu bewirken, daß die Fasermischung gleichmäßig in eine Form eingebracht werden kann unter Bildung des geformten Faserkörpers. Weiterhin reagiert der Verdicker mit dem gelatinierenden Mittel und wird nach dem Einbringen der Fasermischung in die Form gelatiniert unter Koagulation der Fasermischung, so daß die Festigkeit des geformten Faserkörpers erhöht wird. Der Verdicker dient auch dazu, das Wasser während der Gelatinierung aus der Fasermischung zu entfernen, um in dieser Weise zu verhindern, daß die Fasermischung an der formenden Oberfläche der Form anhaftet. Beispiele für den Verdicker sind Polyvinylalkohol, Polyalkylenoxid, Natriumalginat und Carboxymethylcellulose.

Das Wasser dient dazu, die Fließfähigkeit oder Fluidität der Fasermischung zu ergeben. Das Wasser wird nach dem Einfüllen der Fasermischung in die Form von dem (den Verdicker enthaltenden) geformten Faserkörper abgetrennt und von der wasserabsorbierenden Form absorbiert, wodurch die Festigkeit des geformten Faserkörpers weiter erhöht wird.

Die Fasermischung kann zusätzlich Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Siliciumoxid, Siliciumcarbid und Siliciumnitrid in Form von Pulver oder Whiskers enthalten, je nachdem ob es notwendig ist. Weiterhin können oberflächenaktive Mittel und/oder organische Polymere in Mengen, durch die eine Gelatinierung nicht verhindert wird, zu der Fasermischung zugegeben werden.

Die wasserabsorbierende Form wird vorzugsweise aus Gips gebildet. Man kann wasserabsorbierende Formen auch aus Zikonsand oder pulverisiertem Siliciumcarbid bilden, welche 20 Gew.-% oder mehr Teilchen mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 50 µm enthalten, wobei die Teilchen des Zirkonsandes oder des pulverisierten Siliciumcarbides mit anorganischen Bindemitteln wie kolloidalem Siliciumdioxid oder kolloidalem Aluminiumoxid oder organischen Bindemitteln, wie Phenolharzen, Furanharzen, Epoxidharzen oder Polyurethanharzen miteinander verbunden sind. Wenn die Abtrennung des geformten Faserkörpers von der Form wegen der komplizierten Form des geformten Faserkörpers schwierig ist, kann man bei Verwendung einer Gipsform oder einer Form unter Verwendung eines anorganischen Bindemittels die Form durch Zerschlagen, Kugelstrahlen oder dergleichen entfernen. Im Fall der Verwendung eines organischen Bindemittels kann die Form durch thermische Zersetzung des Bindemittels durch Erhitzen zerstört und entfernt werden. Es ist daher möglich, wasserabsorbierende Formen einzusetzen, die solche Eigenschaften besitzen, daß sie ohne weiteres zerlegt werden können.

Das gelatinierende Mittel wird auf die mit der Fasermischung in Kontakt kommende formende Oberfläche der wasserabsorbierenden Form aufgetragen oder in Form einer Schicht aufgebracht, um die den Verdicker enthaltende Fasermischung zu gelatinieren. Beispiele für gelatinierende Mittel sind Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure, Schwefelsäure und Borsäure. Sie können mit einem pH-Wert von 4 oder darunter sowie einzeln oder auch in Kombination als gelatinierendes Mittel eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß wird dann die erhaltene Fasermischung in die wasserabsorbierende Form eingefüllt, deren formende Oberfläche mit dem gelatinierenden Mittel für die Fasermischung beschichtet worden ist, um in dieser Weise den geformten Faserkörper zu erzeugen. Da die Fasermischung den Verdicker und Wasser enthält, besitzt sie eine ausreichende Fließfähigkeit, so daß sie in wirksamer Weise den gesamten Formhohlraum auszufüllen vermag, der durch die Form gebildet und die formende Oberfläche definiert wird. Die in dieser Weise eingebrachte Fasermischung wird durch die Reaktion des Verdickers mit dem die Form beschichtenden gelatinierenden Mittel gelatiniert und koaguliert, wodurch die Festigkeit des geformten Faserkörpers erhöht wird. Bei dieser Gelatinierung wird das Wasser abgetrennt und von der wasserabsorbierenden Form absorbiert.

Anschließend wird der geformte Faserkörper aus der wasserabsorbierenden Form entnommen. Falls der geformte Faserkörper wegen seiner komplizierten Form nur schwer aus der Form entnommen werden kann, kann man die Form dann, wenn sie aus mit einem anorganischen Bindemittel gebundenen Pulverteilchen besteht, durch Kugelstrahlen oder Sandstrahlen entfernen, oder man kann sie dann, wenn sie aus mit einem anorganisch gebundenen Pulverteilchen gebildet ist, durch Zersetzen des organischen Bindemittels durch Erhitzen zerstören.

Der in dieser Weise erhaltene geformte Faserkörper kann getrocknet und erforderlichenfalls gebrannt werden. Anschließend wird der geformte Faserkörper an die vorbestimmte Stelle eines Hohlraums in einer Gießform eingebracht, wonach geschmolzenes Metall in den Hohlraum der Gießform eingegossen und mit Hilfe eines Stempels oder dergleichen unter Druck gesetzt wird, so daß das geschmolzene Metall den geformten Faserkörper imprägniert und nach der Verfestigung das faserverstärkte Metall ergibt. Dies wird auch als Schmelzmetallschmiedemethode bezeichnet. Dieses Imprägnieren des geformten Faserkörpers mit dem geschmolzenen Metall kann auch mit Hilfe des Schleudergießverfahrens, des Sauggießverfahrens oder Vakuumgießverfahrens erreicht werden.

Bei dieser Herstellung des faserverstärkten Metalles ist es bevorzugt, daß die Oberfläche des Gußstückes, die mit der Oberfläche des Hohlraumes der Gießform in Kontakt kommt, des in dieser Weise gebildeten faserverstärkten Metalls der Oberfläche eines Produkts entspricht. Weiterhin ist es gegebenenfalls bevorzugt, die Gießform für das faserverstärkte Metall als Musterform zur Bildung der wasserabsorbierenden Form zu verwenden.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

Das in der Fig. 1 dargestellte, nach diesem Beispiel 1 hergestellte faserverstärkte Metall 1 umfaßt ein Matrixmetall 2, in dem die verstärkenden Fasern 3 dispergiert sind.

Zunächst bildet man eine fluide Fasermischung durch Vermischen und Verrühren von 100 Gew.-Teilen Aluminiumoxidfasern mit einem Durchmesser von etwa 3 µm und einer Länge von 220 µm, mit 35 Gew.-Teilen kolloidalen Siliciumdioxids, welches als anorganisches Bindemittel eingesetzt wird und welches etwa 20 Gew.-% SiO₂ enthält, 2 Gew.-Teilen Polypropylenoxid (als Verdicker) und 500 Gew.-Teilen Wasser.

Als wasserabsorbierende Form verwendet man eine Gipsform. Man bildet eine wasser­ absorbierende Innenform 5, wie sie in der Fig. 2 dargestellt ist, wie folgt: Man verwendet als Mutterform eine innere Gußform 11, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist, welche negative Form dieser Mutterform unter Verwendung von Kautschuk gebildet worden ist. Dann gießt man Gips in diese Negativform unter Bildung der in der Fig. 2 dargestellten wasserabsorbierenden Innenform 5. Man beschichtet die mit der oben angesprochenen Fasermischung in Kontakt kommende Oberfläche der wasserabsorbierenden Innenform 5 mit einer als gelatinierendes Mittel eingesetzten Lösung, die 1 Gew.-Teil Essigsäure und 1 Gew.-Teil Wasser enthält in einer Menge von 0,2 g/cm².

Weiterhin wird die gleiche als gelatinierendes Mittel verwendete Lösung in gleicher Menge auf die mit der Fasermischung in Kontakt kommenden formenden Oberfläche einer unteren wasserabsorbierenden Außenform 6 oder eine seitlichen wasserabsorbierenden Außenform 6 aufgebracht, die beide aus Gips gebildet sind und in der Fig. 2 dargestellt sind. Die unteren und seitlichen wasserabsorbierenden Außenformen 6 und 7 bilden eine wasserabsorbierende Außenform unter Bildung eines formenden Hohlraums zwischen dieser Form und der inneren wasserabsorbierenden Form 5. Der formende Hohlraum wird mit der oben angesprochenen Fasermischung ausgefüllt.

Anschließend wird die Fasermischung in den Innenraum der äußeren wasserabsorbierenden Form 6, 7 eingegossen. Dann wird die wasserabsorbierende Innenform 5 in den Innenraum eingepreßt unter Bildung der im allgemeinen becherförmig geformten Fasermischung 8, wie es in der Fig. 2 dargestellt ist. Da die Fasermischung 8 den organischen Verdicker und Wasser in gemischtem Zustand enthält, besitzt die Fasermischung ein ausreichendes Fließvermögen, um den gesamten Formhohlraum auszufüllen. Beim Einpressen der wasserabsorbierenden Innenform 5 in den Innenraum der wasserabsorbierenden Außenform 6, 7 reagiert der die Formoberfläche der wasserabsorbierenden Formen 5, 6 und 7 bedeckende organische Verdicker mit dem gelatinierenden Mittel für die Fasermischung unter Koagulation der Fasermischung, wodurch die Form beibehaltende Eigenschaften der Fasermischung sichergestellt werden. Das in dieser Weise bei der Gelatinierungsreaktion abgetrennte Wasser wird von den wasserabsorbierenden Formen 4, 6 und 7 absorbiert.

Anschließend werden die wasserabsorbierenden Formen 5, 6 und 7 von der in dieser Weise gebildeten Fasermischung 8 entfernt. Die gebildete Fasermischung 8 wird getrocknet unter Bildung eines geformten Faserkörpers 10 der in der Fig. 3 dargestellten Form. Dieser geformte Faserkörper 10 enthält 10 Vol.-% verstärkende Fasern. Anschließend wird der in dieser Weise erhaltene geformte Faserkörper 10 zur Entfernung des organischen Verdickers unter Steigerung der Festigkeit auf 800°C erhitzt.

Dann wird der geformte Faserkörper 10 umgekehrt in die innere Gießform 11 eingebracht, wie es in der Fig. 4 dargestellt ist. Da die wasserabsorbierende Innenform 5 zur Bildung des geformten Faserkörpers 10 unter Verwendung der inneren Gießform 11 als Mutterform hergestellt worden ist, paßt der geformte Faserkörper 11 genau in die innere Gießform 11. Es besteht natürlich die Möglichkeit eines Schrumpfens des geformten Faserkörpers 10 während des Brennvorgangs, wobei dieses Schrumpfen von der Art, dem Volumenprozentsatz und der Formen der verstärkenden Fasern 3 abhängt. Wenn man unter Berücksichtigung dieser Tatsache das Ausmaß des Schrumpfens vorherbestimmt, kann man die wasserabsorbierende Innenform mit entsprechender Größe unter Berücksichtigung der Schrumpfung auslegen, indem man die Oberfläche der inneren Gießform 11 mit einem Film bedeckt, um in dieser Weise die wasserabsorbierende Innenform 5 zu vergrößern. Dies ermöglicht eine genaue Passung des geformten Faserkörpers und der Innengießform 11.

Nachdem der geformte Faserkörper 1 in der in der Fig. 4 dargestellten Weise angeordnet ist, wird eine geschmolzene Magnesiumlegierung 13 (Legierung AZ91 gemäß ASTM) bei 720°C in den Formhohlraum zwischen der inneren Gießform 11 und der äußeren Gießform 12 eingebracht. Anschließend wird der Stempel 14 nach unten gepreßt, um das geschmolzene Metall 13 einer Kraft von 7845 N/cm² auszusetzen, um in dieser Weise das geschmolzene Metall in den geformten Faserkörper 10 einzubringen, wonach das Metall verfestigt wird. Nach der Verfestigung des geschmolzenen Metalls 13 werden die in der inneren Gießform 11 vorgesehenen Stifte 15 nach oben bewegt, um das vergossene Metall von der inneren Gießform 11 abzulösen unter Bildung des faserverstärkte Metalls 1, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist. Ein Schnitt des faserverstärkten Metalls 15 zeigt, daß keine ungleichmäßige Verteilung der verstärkenden Fasern 3 und keine Risse vorliegen, da keine Bereiche des Metalls ohne verstärkende Fasern zu erkennen waren.

Beispiel 2

Zunächst wird durch Vermischen und Verrühren von 100 Gew.-Teilen (der als verstärkenden Fasern eingesetzten Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Fasern mit einem Durchmesser von etwa 2 µm und einer Länge von etwa 85 µm. 20 Gew.-Teilen kolloidalen Aluminiumoxids (anorganisches Bindemittel), 5 Gew.-Teilen Polyvinylalkohol (organischer Verdicker) und 140 Gew.-Teilen Wasser eine Fasermischung (siehe Fig. 5) hergestellt.

Als wasserabsorbierende Form verwendet man eine aus Gips gebildete Form, wie sie in Beispiel 1 beschrieben worden ist. Zur Bildung der Innengießform 25, wie sie in der Fig. 5 dargestellt ist, verwendet man die (in der Fig. 4 dargestellte) Innengießform 11 als Mutterform, wie es in Beispiel 1 angegeben ist. Weiterhin bildet man ebenso, wie in Beispiel 1 beschrieben, eine wasserabsorbierende Außenform 27 aus Gips.

Anschließend trägt man als gelatinierendes Mittel eine Lösung, die 0,03 Gew.-Teile Borsäure, 1 Gew.-Teil Milchsäure und 2 Gew.-Teile Wasser enthält, in einer Menge von 0,3 g/cm² auf die formende Oberfläche (die mit der Fasermischung in Kontakt kommt) der wasserabsorbierenden Innenform 25 und Außenform 27 auf.

Anschließend füllt man die Fasermischung 28 in den Hohlraum zwischen den wasserabsorbierenden Innen- und Außenformen 25 und 27 und läßt das Ganze stehen. In dieser Weise gelingt es, daß die Fasermischung den gesamten Hohlraum zwischen den wasserabsorbierenden Formen 25 und 27 ausfüllt, da die Fasermischung 28 den organischen Verdicker und Wasser enthält. Weiterhin kann als Folge des auf die wasserabsorbierenden Formen 25 und 27 aufgebrachten gelatinierenden Mittels die Umsetzung des organischen Verdickers in der Fasermischung 28 mit dem gelatinierenden Mittel erfolgen, wodurch eine Koagulation erfolgt, durch welche die Festigkeit des geformten Faserkörpers erhöht wird. Das bei dieser Gelatinierungsreaktion freigesetzte Wasser wird durch die wasserabsorbierenden Formen 25 und 28 absorbiert.

Anschließend werden die wasserabsorbierenden Formen 25 und 28 von der geformten Fasermischung 28 entfernt. Die geformte Fasermischung 28 wird getrocknet unter Bildung eines geformten Faserkörpers 10, der demjenigen entspricht, der in der Fig. 3 dargestellt ist.

Anschließend wird der geformte Faserkörper 10 auf die Innengießform und in das Innere der Außengießform 12 eingebracht. Dann gießt man eine geschmolzene Aluminiumlegierung (AC8A entsprechend dem Japanese Industrial Standard) in den Hohlraum zwischen die inneren und äußeren Gießformen (10, 12) und setzt diese mit Hilfe des Stempels 14 unter Druck, so daß das geschmolzene Metall den geformten Faserkörper imprägniert. Anschließend wird das geschmolzene Metall verfestigt unter Bildung des faserverstärkten Metalls 1, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist.

Bei einer Untersuchung des gebildeten faserverstärkten Metalls 1 durch Schnittproben hat sich gezeigt, daß keine ungleichmäßige Verteilung der verstärkenden Fasern in dem faserverstärkten Metall und auch keine Risse festzustellen sind, da keine Bereiche ohne verstärkende Fasern vorliegen.

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung von faserverstärktem Metall, durch Einbringen einer verstärkende Fasern, ein Bindemittel und Wasser enthaltenden, fluiden Fasermischung unter Bildung eines geformten Faserkörpers derart in eine wasserabsorbierende Form, daß sie mit der formenden Oberfläche in Kontakt kommt, Imprägnieren des geformten Faserkörpers mit geschmolzenem Metall und Verfestigen des geschmolzenen Metalls zur Bildung des faserverstärkten Metalls, dadurch gekennzeichnet, daß man eine zusätzlich einen Verdicker enthaltende, fluide Fasermischung einsetzt und ein gelatinierendes Mittel für die Fasermischung auf die formende Oberfläche der wasserabsorbierenden Form aufbringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den geformten Faserkörper in eine Gießform einbringt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Imprägnieren durch Einführen des geschmolzenen Metalls unter Druck in die Gießform bewirkt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aufbringen des gelatinierenden Mittels in der Weise bewirkt, daß das gelatinierende Mittel mit dem Verdicker unter Bildung eines Gels reagiert.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Aufbringen des gelatinierenden Mittels während der Reaktion des gelatinierenden Mittels mit dem Verdicker das Wasser entfernt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als verstärkende Fasern mindestens einen Vertreter der Kohlenstoffasern, Metallfasern und Keramikfasern umfassenden Gruppe verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Metallfasern mindestens einen Vertreter der Borfasern und Fasern aus nichtrostendem Stahl umfassenden Gruppe einsetzt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Keramikfasern mindestens einen Vertreter aus der Aluminiumoxidfasern, Siliciumdioxidfasern, Zirkondioxidfasern, Siliciumcarbidfasern und Siliciumnitridfasern umfassenden Gruppe einsetzt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Keramikfasern mindestens einen Vertreter der polykristalline Fasern, einkristalline Fasern und amorphe Fasern umfassenden Gruppe einsetzt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel mindestens einen Vertreter der kolloidales Siliciumdioxid und kolloidales Aluminiumoxid umfassenden Gruppe verwendet.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verdicker mindestens einen Vertreter der Polyvinylalkohol, Polyalkylenoxid, Natriumalginat und Carboxymethylcellulose umfassenden Gruppe verwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine aus Gips gebildete wasserabsorbierende Form verwendet.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine wasser­ absorbierende Form aus mindestens einem Material ausgewählt aus der Zikonsand und pulverisiertes Siliciumcarbid umfassenden Gruppe einsetzt, welches Material 20 Gew.-% oder mehr Teilchen mit einer Teilchengröße von nicht mehr als 50 µm enthält, wobei die Teilchen des Materials mit einem anorganischen Bindemittel und/oder einem organischen Bindemittel miteinander verbunden sind.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als anorganisches Bindemittel kolloidales Siliciumdioxid und/oder kolloidales Aluminiumoxid verwendet.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als organisches Bindemittel mindestens einen Vertreter der Phenolharze, Furanharze, Epoxidharze und Polyurethanharze umfassenden Gruppe einsetzt.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als gelatinierendes Mittel mindestens einen Vertreter der Ameisensäure, Essigsäure, Milchsäure, Schwefelsäure und Borsäure umfassenden Gruppe einsetzt.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als geschmolzenes Metall eine Magnesiumlegierung oder eine Aluminiumlegierung einsetzt.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsanteil des Wassers in der Fasermischung größer ist als der der verstärkenden Fasern.