-
Verbundwerkstoff Es ist bekannt, daß eine Reihe von Metallen, wie
z. B. Blei, Zinn, Antimon, Cadmium und ihre Legierungen, untereinander und mit anderen
Metallen durch einige besondere physikalische und chemische Eigenschaften ausgezeichnet
sind; so sind sie z. B. gegen den Angriff einiger chemischer Reagenzien besonders
widerstandsfähig.
-
Soweit es sich ferner hierbei um Weichmetalle (weiche Legierungen)
handelt, sind sie ihrer besonderen elastischen Eigenschaften wegen an sich hervorragend
für mannigfache akustische Zwecke geeignet, da sie als sogenannte stumpfe Metalle
bei der fraglichen Verwendungsart nicht in hörbare Eigenschwingungen geraten und
störende Resonanzeffekte infolgedessen nicht verursachen.
-
Diese Metalle (Metallegierungen) haben aber den erheblichen Nachteil,
daß sie meist ihrer zu geringen Biegefestigkeit und leichten plastischen Deforrnierbarkeit
oder auch ihrer zu großen Sprödigkeit wegen nicht als Konstruktionsmaterial verwendet
werden können. Hierdurch ist zunächst eine ihrer chemischen Widerstandsfähigkeit
entsprechende Verwendung- oft erschwert oder unmöglich gemacht. In einigen Fällen
kann man sich dadurch helfen, daß man etwa Holz oder Eisen als Konstruktionsmaterial
verwendet und den chemisch indifferenten Überzug durch das bekannte Spritzverfahren
erzeugt; in anderen Fällen verkleidet man die zu schützenden Teile, etwa Tischplatten,
z. B. mit Bleiblech. Bei weniger einfachen Körperformen ist die Verkleidung mit
Blech jedoch unmöglich, die Verwendung des schützenden Metalles ist in dieser Form
daher ausgeschlossen. Auch die Verwendung für Musikinstrumente und andere akustische
Geräte, wie z. B. Schalltrichter, Gehäuse von akustischen Sendern und Empfängern
oder anderen schwingungsbeanspruchten Teilen akustischer Apparate usw., ist nicht
möglich, da in den meisten Fällen ausreichende Festigkeit eine Materialstärke bedingen
würde, die eine Verwendung des großen aufzuwendenden Materialgewichts wegen ausschließt.
-
Aus diesen Beispielen ergibt sich also die neue, technisch in weitem
Umfange bedeutsame Aufgabe, solche Metalle, die ihrem natürlichen mechanischen Verhalten
nach als Konstruktionsmaterialien nicht brauchbar sind, dazu tauglich zu machen.
Bei einer anderen Fassung dieser Aufgabe ist etwa zu fordern, daß den fraglichen
Metallen auf künstliche Weise eine wesentlich höhere Biege- und Knickfestigkeit
bei verminderter Plastizität oder eine geringere Sprödigkeit gegeben wird, als sie
ihrem natürlichen Zustande entspricht.
-
Für zahlreiche Fälle läßt sich die vorstehende Aufgabe dadurch vollständig
lösen, daß man einen Verbundwerkstoff herstellt, der aus dem Metall (Metallegierung)
und=. einem natürlichen oder vorbehandelten organischen Faserstoff
(z.
B. Holz, Bambusrohr u. a.) besteht, derart, daß die Gefäße und die Fasern des organischen
Faserstoffs alle oder teilweise mit Metall erfüllt, die Zellwände aber unversehrt
und wesentlich frei von Metall sind und dessen Eigenschaften sich infolgedessen
bei der Unversehrtheit der Faserstruktur aus Metall und Faserart und dem gegenseitigen
Mengenverhältnis seiner Komponenten bestimmen. Insbesondere können die Eigenschaften
des Metalls oder die des organischen Faserstoffs überwiegen. Der Faserstoff kann
hierbei in einem oder mehreren Teilen in dem Verbundstoff enthalten sein; z. B.
kann er Holz in seinem natürlichen Zusammenhang oder in Form von einzelnen Stücken
(auch Späne oder Mehl) enthalten.
-
Das Verfahren zur Herstellung solcher metallischer Werkstoffe mit
Faserstruktur besteht darin, da.ß z. B. in das natürliche oder auch vorbehandelte
(etwa von Nichtfaserstoffen, z. B. Harzen oder organischen Säuren, durch chemische
Extraktion befreite) Holz das Müssige Metall oder die flüssige Metallegierung eingepreßt
oder eingesaugt wird. Die besondere Art des Einpressens oder Einsaugens des Metalls
in den organischen Faserstoff, bei der die nachteilige Beeinträchtigung oder die
Zerstörung seiner Faserstruktur vermieden wird, ist durch die chemischen und mechanischen
Bedingungen, unter denen das Verfahren durchgeführt wird, gegeben. Ferner ist neben
der in Einzelfällen notwendigen Vorbehandlung die Dauer des Produktionsprozesses
und der zeitliche Temperatur- und Druckverlauf, der nicht notwendig konstant sein
muß, für die Beschaffung des Endprodukts wesentlich.
-
Das Verfahren soll an dem Beispiel der Metallisierung von Holz beschrieben
werden.
-
Zur Metallisierung bringt man das Holz mit dem flüssigen Metall in
Berührung und setzt beide hohen Drucken aus.
-
Für das Verfahren sind@die Vorbehandlungen des Faserstoffs, die Temperaturen
des Holzes und des Metallbades sowie die angewandten Drucke von Wichtigkeit.
-
Die Vorbehandlung erstreckt sich, je nach dem Verwendungszweck, auf
eine Entfernung der Nichtfaserstoffe, die die Fabrikation stören oder die Eigenschaften
des Endproduktes nachteilig beeinflussen. Die in vielen Hölzern vorhandenen Bestandteile,
die bei der Fabrikationstemperatur gasförmig sind, wie Wasser, Harz u. dgl., führen
bei der Fabrikation zu störender Gasentwicklung und sind daher durch Trocknen, Extrahieren
mit geeigneten Lösungsmitteln, wie Alkohol, Äther oder alkalische Lösungen, oder
durch einfache Trockendestillation unter Umständen im luftverdünnten Raum zu entfernen.
Mineralische Einschlüsse, die in manchen Fällen, z. B. bei der Verwendung des Verbundwerkstoffes
in Gleitlagern, hinderlich sind, können durch Extraktion des Holzes mit geeigneten
chemischen Reagenzien entfernt werden.
-
Die Temperatur des Holzes muß an den zu metallisierenden Stellen so
hoch sein, daß das eindringende schmelzflüssige Metall bis zu der gewünschten Eindringtiefe
flüssig bleibt. Der Faserstoff muß daher an diesen Stellen auf eine dem Schmelzpunkt
naheliegende Temperatur gebracht werden.
-
Die Temperatur des Metallbades muß oberhalb dessen Schmelzpunkt liegen.
Eine Steigerung der Temperatur erhöht die Dünnflüssigkeit und erleichtert so den
Metallisierungsvorgang, doch sind hier durch die Gefahr der Schädigung des Faserstoffes
bei zu hoher Temperatur Grenzen gezogen.
-
Der anzuwendende Druck hängt einerseits von dem gewünschten Metallisierüngsgrade
und anderseits von den besonderen Eigenschaften des Faserstoffes ab, da sich die
Höhe des Druckes nach den zu überwindenden Gegenkräften zu richten hat. Diese bestehen
aus kapillaren Widerständen und dem durch teilweise Vergasung entstehenden Gegendruck,
die beide von Material zu Material wechseln. So gelingt beispielsweise die Metallisierung
von großporigen, wenig Gas entwickelnden Holzsorten mit Drucken von wenigen Atmosphären,
während engporige, harzreichere Hölzer Drucke von zoo Atm. und mehr erfordern können.
-
Die praktische Herstellung eines vollständig metallisierten Holzes
gestaltet sich beispielsweise wie folgt Man bringt das erforderlichenfalls vorbehandelte
Holz auf eine Temperatur; die dem Schmelzpunkt des zum Metallisieren dienenden Metallbades
nahekommt, und setzt das angewärmte Holz, unter das flüssige Metall untertauchend,
in einem geschlossenen Gefäß dem erforderlichen Druck aus. Das metallisierteiHolz
wird aus dem noch flüssigen Metallbad genommen und schnell abgekühlt.
-
Da.ß ein solcher Metallfaserstoffverbundkörper möglich ist, ist eine
neue, bisher weder in ihrer theoretischen Bedeutung noch ihrem technischen Werte
nach gewürdigte Erkenntnis. Die Beimischung mineralischer Faserstoffe, wie etwa
Hornblende, Asbest und der ihnen nahestehenden Mineralien, zu Metallen und#Metalllegierungen
ist seit langem bekannt, und ihre Möglichkeit stellt wegen der natürlichen Temperaturbeständigkeit
dieser Mineralien keine wesentliche Erkenntnis dar. Die Struktur dieser Stoffe schließt
ferner eine Vereinigung mit einem Metall in der oben angegebenen, nur bei einem
organischen Faserstoff möglichen Weise aus.
-
Der organische Faserstoff verbürgt insbesondere etwa bei einem Zinnholzverbundkörper
hohe Bieg- und Knickfestigkeit und verminderte
Plastizität; die
Verarbeitbarkeit des Verbundkörpers ist vielseitiger als die des Metalles, und seine
Verwendung als Konstruktionsmaterial ist für viele Verwendungszwecke aus diesen
Gründen gewährleistet. Man kann z. B. dort, wo es auf Beständigkeit gegen Säuredämpfe
ankommt, einen Verbundwerkstoff aus Blei und Holz benutzen, der etwa 5o °/o des
Raumgewichts des Bleis hat, dabei aber die Verarbeitbarkeit des Holzes besitzt,
also gehobelt, geleimt, gedreht, gebohrt, genagelt, gesägt und gespalten werden
kann. Auch die für die akustischen Verwendungszwecke erforderlichen Eigenschaften
besitzt der genannte Verbundkörper.
-
Es ist nun leicht ersichtlich, daß ein solcher Verbundwerkstoff (in
seinem Wesen dem Eisenbeton nicht unähnlich) als ein bisher unbekannter Werkstoff
über die obengenannten Beispiele hinaus für sehr verschiedenartige Verwendungszwecke
in Frage kommt, besonders, wenn er Holz oder Rohr als Faserstoff enthält (Metallholz).
-
Wenn es auch zur Zeit nicht möglich ist, alle Verwendungszwecke des
beschriebenen Verbundwerkstoffes, insbesondere dieses Metallholzes, zu übersehen,
so seien doch als Beispiel einige Fälle genannt. Teils wird das Metallholz Metalle,
teils Holz vorteilhaft ersetzen, teils auch dort einen Fortschritt bedeuten, wo
man sich bisher mit einer äußeren, mechanischen Kombination von Holz und Metall
begnügen mußte, wie im Falle des Schutzes gegen chemische Einflüsse oder auch des
Schutzes gegen elektromagnetische Strahlung, insbesondere Röntgenstrahlen und Rundfunkwellen,
wo man die Metallblechverkleidung wählt. So ist das Bleiholz sehr geeignet für die
Ausstattung von Röntgenräumen in allen Strahlungsschutzteilen, für Tische und Abzüge
in chemischen Laboratorien, für eine Reihe chemischer Geräte, wie sie im Laboratorium
und industriellen Betrieb benutzt werden (Filtriergestelle, Bürettenhalter, Stative
u. a.). Man wird das Metall (Metallegierung) des Verbundkörpers stets dem besonderen
Zweck anpassen. Das Bleiholz ist als Material für Akkumulatorenplatten geeignet.
Widerstände, Dynamobürsten, Elektroden, Instrumentenkästen, Zeichengeräte, Meßgeräte,
Rechenschieber, Lettern sind andere Anwendungsbeispiele. Die sehr geringe Reibung
des Metallholzes gegen Metall (Stahl) macht es als Gleitmaterial sehr geeignet.
-
Besondere Beachtung verdienen auch die Fälle, in denen das Metallholz
seiner Nichtentflammbarkeit und seiner Nichtquellbarkeit (Schutz gegen Mikroorganismen,
Bohrwürmer, Wasser) wegen mit Vorteil das Holz ersetzt. Hierher gehören z. B. seine
Verwendung für Modelle, Kernkasten und: Kehren für Gußzwecke, seine Verwendung für
Möbel, Geräte des täglichen Gebrauchs u. dgl. und für Innenausstattung von Räumen,
z. B. Eisenbahnabteilen, Schiffskabinen, Automobilen, Flugzeugen, Wohnräumen und
vieles andere mehr.
-
Bei einer Reihe von kunstgewerblichen Anwendungen, die durch das Aussehen
einiger Metallholzsorten nahegelegt werden, wie bei Lampen, Bürsten, Spielzeug,
Bilderrahmen, Schreibtischgarnituren, Stockgriffen, Knöpfen usw., wird seine Verwendung
wegen des gleichzeitig auftretenden technischen Vorteils, z. B. des großen Gewichts
und des Nichtarbeitens des Metallholzes oder wegen der Glätte seiner Oberfläche,
besonders wertvoll.