DE4301974C1

DE4301974C1 - Verfahren zur Herstellung von Faserstrukturen

Info

Publication number: DE4301974C1
Application number: DE4301974A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Greulich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1993-01-26
Publication date: 1994-03-03
Anticipated expiration: 2013-01-27

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden, porösen Faserstrukturen annähernd zylindrischer Formgebung, bei dem ein Gewebeband auf einen Dorn gewickelt wird.

Es sind Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Keramikmaterialien bekannt, bei denen eine poröse Faserstruktur erzeugt und anschließend durch Gas- oder Flüssigphaseninfiltration eines Matrixmaterials verdichtet wird (z. B. EP 0 223 022). Bei allen diesen Verfahren wird vor dem Einbringen der eigentlichen keramischen Matrix eine Fixierungsmatrix in das Fasergelege eingebracht, die das Fasergelege in Kontur hält. Diese Fixierungsmatrix trägt aber nichts zu einer Erhöhung der Endfestigkeit des resultierenden faserverstärkten Keramikbauteils bei, sondern bewirkt im Gegenteil eine Reduzierung dieser mechanischen Endeigenschaften. Dies geschieht, da die Fixierungsmatrix Zwischenräume im Fasergelege in Anspruch nimmt, die von der eigentlichen keramischen Matrix gefüllt werden könnten. Die Fixierungsmatrix selbst hat bei weitem nicht die guten mechanischen Eigenschaften, die das Material der Keramikmatrix aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden, porösen Faserstrukturen annähernd zylindrischer Formgebung zu entwickeln.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst.

Das unter Zug aufgewickelte Gewebeband, das an den Stirnenden des Zylinders fixiert ist, erhält durch die mittels einer härtbaren Masse verklebten Enden und den Umfangsfasern eine ausreichende Steifigkeit, die es erlaubt, die Faserstruktur ohne Verwendung von Fixierungsmaterial für die weitere Behandlung zu handhaben. Die nur an den Zylinderenden miteinander verbundenen Fasern und Gewebelagen erzeugen die Struktur für einen anschließenden Gasphaseninfiltrationsprozeß. Die Zylinderlänge wird im Übermaß gewählt, da der Nutzbereich des Zylinders nur aus Fasern, d. h. ohne härtbare Masse bestehen soll. Das erlaubt eine bessere Infiltration des Matrixmaterials.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für zylindrische oder leicht konische Bauteile mit rundem, ovalem oder vieleckigem Querschnitt, und für Längen bis ca. 40 cm. Die Gewebebandbreite entspricht im einfachsten Fall der Zylinderlänge, die ihrerseits länger als die Nutzzylinderlänge gewählt wird, da die verklebten Endbereich nach Fertigstellung des Keramikbauteils abgetrennt werden.

Als härtbare Masse wird ein Material verwendet, das das Gewebe gut benetzt das aber so niederviskos ist, daß es nur dort in die Faserstruktur eindringt, wo es aufgetragen wird. Dazu eignet sich insbesondere ein mit einem hohen Füllstoffanteil versehenes Polysilazan, das nach einer Temperaturbehandlung bei Temperaturen oberhalb von 200°C härtet und das Gewebe gut in Form hält. Als Fasergewebe wird jede Gewebeart, aber auch Faserrowings verstanden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.

Um einen Dorn 10 wird ein Gewebeband 11 mit hoher Zugkraft F umwickelt, dessen Breite die volle Länge des resultierenden Zylinders einnimmt. Nach Erreichen der gewünschten Anzahl von Wickellagen werden die Stirnflächen bzw. die Endbereiche 12 und 13 mit einem Polysilazan bestrichen, das aufgrund seiner guten benetzenden Eigenschaften in die tieferen Gewebelagen eindringt. Der so hergestellte Faserkörper 14 wird auf 200°C gebracht, um das Polysilazan zu härten. Diese Verbindung an den Enden 12,13 des Faserkörpers 14 reichen aus, um in Verbindung mit den dadurch unter Zug gehaltenen, insbesondere umlaufenden Fasern 15 dem gesamten Faserkörper 14 eine ausreichende Festigkeit zu verleihen, die es erlaubt, den Faserkörper 14 handhaben und ohne weitere Maßnahmen einem Gasphaseninfiltrationsprozeß zu unterziehen. Nach diesem Prozeß werden die beiden mit der härtbaren Masse versehenden Enden mechanisch abgetrennt.

Diese Verfahren läßt sich für zylindrische Bauteile begrenzter Länge anwenden. Die Maximallänge hängt von der verwendeten Faser, der Wandstärke des Zylinders und der Faserorientierung im Zylinder ab.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden, porösen Faserstrukturen annähernd zylindrischer Formgebung, bei dem ein Gewebeband auf einen Dorn gewickelt wird, wobei die Faserstruktur unter Einbringung einer härtbaren Masse verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebeband (11) unter hohem Zug (F) auf den Dorn (10) gewickelt wird und daß die Stirnenden (12 und 13) des resultierenden Gewebezylinders (14) mit der härtbaren Masse bestrichen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als härtbare Masse ein siliziumorganisches Harz verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als härtbare Masse ein Kleber auf anorganisch-chemischer Basis eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als härtbare Masse ein Kleber auf organisch-chemischer Basis eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem siliziumorganischen Harz ein Füllstoff zugemischt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß anstatt Gewebeband Faserrowings verwendet werden.