DE69000699T2 - Vervollkommnung von werkzeugen fuer die dampfphaseninfiltration eines materials ins innere faseriger vorformen im hinblick auf die herstellung von verbundwerkstoffen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Werkzeuge für die Dampfphaseninfiltration eines Materials ins Innere faseriger Vorformen im Hinblick auf die Herstellung von Verbundwerkstoffen, umfassend zwei Platten, die die faserige Vorform während des Infiltrationsvorgangs einspannen sollen, und deren Enden über die faserige Vorform hinausstehen und über die sie fest aneinander befestigt sind, und zwar im passenden Abstand, der durch Keilstücke bestimmt wird, die im Bereich der Plattenenden vorgesehen werden.
• Bei Verwendung eines Werkzeugs dieser Art zur Infiltration eines Materials ins Innere einer faserigen Vorform setzt sich das Infiltrationsmaterial an der Oberfläche der Werkzeugeinheit ab, wodurch eine größere Höhe entsteht, die die Abmessungen ihrer Bestandteile verändert. Dadurch wird zwischen jedem Infiltrationsvorgang eine Bearbeitung mindestens eines Teils der genannten Elemente notwendig, um die entscheidenden Verkeilungsmaße, die die Abmessungen der herzustellenden Teile bestimmen, wieder auf ihren Nennwert zu bringen.
• Die Neubearbeitung, die für jeden erneuten Einsatz des Werkzeugs nötig wird, bedeutet ein großes Hindernis, erst recht, da die immer komplizierteren Formen der herzustellenden Teile, also entsprechend angepaßte Werkzeuge, diese Neubearbeitung erschweren und verteuern.
• Die vorliegende Erfindung will diesem Hindernis abhelfen.
• Gemäß der Erfindung verfügt eine Platte an ihren Enden, an denen sie ebene Kontaktflächen mit den Keilstücken aufweist, über Rillen, die in der Form dem Umriß der Kontaktzonen der Keilstücke entsprechen, wobei die Breite dieser Rillen trotz der weiten Positionierung der Keilstücke, die durch das Montagespiel der Bestandteile des Werkzeugs entsteht, dadurch bestimmt wird, daß die Kanten, die die Auflageseiten der Keilstücke bilden, die wiederum die genannten Kontaktzonen bestimmen, sich immer vollkommen zwischen dem Innen- und Außenrand der sich gegenüberliegenden Rillen befinden.
• Dank des Vorhandenseins dieser Rillen wird die Gesamtfläche der Platten, die von einem Keilstück berührt werden kann, nach dem Infiltrationsvorgang in diesem Bereich nicht durch die Ablagerung des Infiltrationsmaterials zu hoch. Die Rillen sorgen auf diese Weise für den Schutz der geometrischen Bezugsflächen des Werkzeugs, so daß dieses noch einmal montiert werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß ein Keilstück auf der Ablagerung einer vorangegangenen Infiltration statt auf der eigentlichen Keilfläche einer Platte aufliegt. Dadurch wird die Lebensdauer des Werkzeugs ohne zwischenzeitliche Neubearbeitung erheblich erhöht, und eine Neubearbeitung wird erst notwendig, wenn die Rillen sich nach und nach völlig mit den Ablagerungen aus den vielen Infiltrationsvorgängen zugesetzt haben.
• Wenn das Werkzeug Zentrierstifte aufweist, mit denen die Platten genau positioniert werden können, wobei jeder Stift, eventuell herausnehmbar, an einer der Platten befestigt ist und durch den Zwischenraum zwischen ihnen geführt wird, um in eine dafür vorgesehene Aushöhlung in der anderen Platte zu fassen, ist es sinnvoll, um jeden Stift herum ein rundes Teil vorzusehen, das zwischen den beiden Platten zusammengedrückt wird, wenn diese in den richtigen Abstand voneinander gebracht werden, und das den Stift schützt, indem er ihn gegen jegliche Ablagerungen während des Infiltrationsvorgangs abdichtet, um die problemlose Entfernung und Anbringung des Stifts zu gewährleisten. Dieses runde Teil besteht vorzugsweise aus einer dicken Kohlenstoffilzscheibe, die beidseits von jeweils einer dünnen Metallscheibe flankiert ist, die beispielsweise aus Molybdän sein kann.
• Die Erfindung bezieht sich auf Werkzeuge für die Infiltration ins Innere einer faserigen Vorform von Pyrokohlenstoff oder jeglichem anderen Material, aus dem eine Matrize bestehen kann, und das in einer Dampfphase wie Siliziumkarbid SiC infiltriert werden kann.
• Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, die nicht erschöpfende Beispiele darstellen.
• Fig. 1 stellt aufgeschnitten einen Teil eines klassischen Werkzeugs nach einem Infiltrationsvorgang dar.
• Fig. 2 stellt das Werkzeug der Fig. 1 nach Aus- und Wiedereinbau für eine neue Infiltration dar.
• Fig. 3 stellt ein solches Werkzeug dar, das gemäß der Erfindung vervollkommnet wurde.
• Fig. 4 und 5 stellen zwei Ausführungsvarianten eines Werkzeugs gemäß der Erfindung dar.
• Fig. 6 stellt einen Schnitt eines Teils eines Werkzeugs mit einem Zentrierstrift der Platten dar.
• Das auf Fig. 1 teilweise dargestellte Werkzeug besteht aus Graphitelementen. Es weist zwei Platten 1, 2 auf, zwischen denen eine Vorform 3 aus Kohlenstoff-Faser eingespannt ist, die durch die Infiltration von Pyrokohlenstoff verfestigt werden soll, damit man ein Verbundstück erhält.
• An ihren über die faserige Vorform 3 hinausstehenden Enden sind die beiden Platten 1, 2 durch Verbindungsvorrichtungen miteinander verbunden, die jeweils aus einem Bolzen 4 und einer Mutter 5 bestehen, die an das gewindete Ende desselben angeschraubt wird; dazwischen sitzen Keilstücke, die aus runden Distanzstücken 6 bestehen. Jedes dieser Distanzstücke, die an den Schaft 4a eines Bolzens gesetzt werden, bestimmt durch seine Stärke, d.h. durch den Abstand, der ihre beiden runden, flachen und parallel zueinander liegenden Flächen trennt, den Abstand e zwischen den Platten 1, 2, der die für das herzustellende Verbundstück gewünschte Stärke festlegt.
• Beim Verfestigungsvorgang der faserigen Vorform 3 infiltriert der Pyrokohlenstoff diese nicht nur, sondern setzt sich auch auf allen exponierten Flächen des Werkzeugs ab. So entsteht auf den Außenseiten der Platten 1, 2, am obersten Ende 4b jedes Bolzens, auf einem Teil der Innenseiten der Platten 1, 2, die die Distanzstücke 6 umgeben, auf der Seitenfläche derselben und auf der entsprechenden Mutter 5 Ablagerungen 7. Allerdings bleiben die Kontaktzonen der Platten 1, 2 mit den ebenen Auflageflächen der Distanzstücke 6, die zu den geometrischen Bezugsflächen des Werkzeugs gehören, sowie die Flächen des Schafts 4a der Bolzen 4, der zentralen Öffnung der Distanzstücke 6 und der Löcher, die an den Enden der Platten 1, 2 zur Durchführung der Bolzen 4 vorgesehen sind, frei von Ablagerungen.
• Nach Abschluß des Infiltriervorgangs wird das Werkzeug 1, 2, 4, 5, 6 abmontiert, damit das Stück herausgenommen werden kann, und dann zur Verfestigung einer anderen Vorform wieder montiert. Wie auf Fig. 2 gezeigt, kann es vorkommen, daß sich bei der erneuten Montage des Werkzeugs aufgrund des Radialspiels zwischen dem Schaft 4a eines Bolzens 4 zum einen und den Löchern 1a, 2a, 6a der Platten 1, 2 und dem Distanzstück 6 zum anderen ein Teil der Ablagerung 7, die sich an den Innenseiten der Platten 1, 2 in den den Distanzstücken 6 nahegelegenen Bereichen 8 bildet, zwischen diesen Flächen und den entsprechenden Flächen des Distanzstücks 6 absetzt. Daraus ergibt sich ein zu großer Abstand e + e zwischen den Innenseiten der Platten, wodurch ein Stück mit nicht korrekter Stärke entsteht.
• Das auf Fig. 3 dargestellte Werkzeug weist entsprechende Eigenschaften auf, um diesen Problemen aus dem Weg zu gehen. In jeder der Innenseiten der Platten 1, 2 wurde eine ringförmige Rille 9 vorgesehen. Jede Rille 9 umgibt das Loch 1a, 2a der jeweiligen Platte 1, 2 entlang einer Spur um den Außenumriß des Distanzstückes 6, dessen Breite in Anbetracht der vorgenannten Radialspiele dadurch bestimmt wird, daß sich die Außenkante jeder Kontaktfläche des Distanzstückes 6 immer vollkommen gegenüber der entsprechenden Rille befindet. So kann sich die Ablagerung 7, die sich in jeder Rille bildet, nicht einfach zwischen die Innenseiten der Platten 1, 2 und das Distanzstück 6 setzen, und zwar unabhängig von der Position desselben zwischen den Platten. Dies gilt solange, bis die Pyrokohlenstoffablagerungen, die sich bei den Infiltrationsvorgängen nach und nach bilden, die Rillen 9 zugesetzt haben.
• Fig. 4 zeigt eine Variante, bei der die Keilstücke nicht aus runden Stücken bestehen, sondern aus geraden Stangen 6' rechteckigen Querschnitts. In diesem Fall erstrecken sich die Rillen 9 ebenfalls in gerader Linie entlang der Kanten, die an den Kontaktflächen der Stangen 6' liegen.
• Gemäß Fig. 5 können die Stangen 6' Bestandteil einer der Platten sein. Im vorliegenden Beispiel haben sie die Form gerader Leisten 6", die zur Platte 1 gehören, wobei das gesamte Teil aus Verbrauchsmaterial gefertigt sein kann. Hier weist nur die andere Platte 2 die Rillen 9 auf.
• Damit die Platten 1 und 2 richtig zueinander sitzen, verfügen sie über Zentrierstifte 10, von denen einer auf Fig. 6 dargestellt ist. Jeder Zentrierstift 10 wird in passende Öffnungen 11, 12 eingeführt, die jeweils in die eine und andere Seite der sich gegenüberliegenden Seiten der Platten 1, 2 gearbeitet ist. Damit sich auf den Stiften 10 und den angrenzenden Teilen der Innenseiten der Platten kein Pyrokohlenstoff ablagert, ist jeder Stift von einem runden Dichtelement 13 umgeben, das aus einer Kohlenstoffilzscheibe besteht, die zwischen zwei Scheiben 15 aus Molybdänfolie gesetzt wird (dieses Metall ist nicht schädlich für die Atmosphäre des Ofens, in dem sich das Werkzeug befindet, ist sehr temperaturbeständig und erleichtert das Abnehmen der Filzscheiben). Wenn die Platten 1, 2 voneinander in den Abstand e gebracht werden, der durch die Dicke der Distanzkeile bestimmt wird, wird die Scheibe 14 fest zwischen den Platten gehalten und sichert so durch den Abdichteffekt den Schutz der Stifte 10, die frei von jeglichen Ablagerungen bleiben und auf diese Weise problemlos eingesetzt und herausgenommen werden können.

Claims (5)

1. Werkzeug für die Dampfphaseninfiltration eines Materials ins Innere faseriger Vorformen im Hinblick auf die Herstellung von Verbundwerkstoffen, umfassend zwei Platten, die eine faserige Vorform während des Infiltrationsvorgangs einspannen sollen, und deren Enden über die faserige Vorform hinausragen und über die sie fest aneinander befestigt sind, und zwar in entsprechendem Abstand, der durch Keilstücke bestimmt wird, die im Bereich der Plattenenden vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (2) an ihren Enden, an denen sie über ebene Kontaktflächen mit den Keilstücken (6; 6'; 6") verfügt, Rillen (9) aufweist, die dem Umriß der Kontaktzonen der Keilstücke folgen, wobei die Breite dieser Rillen auch trotz der weiten Positionierung der Keilstücke, die durch das Montagespiel der Bestandteile des Werkzeugs entsteht, dadurch bestimmt wird, daß die Kanten, die die Auflageseiten der Keilstücke bilden, die die genannten Kontaktzonen bestimmen, sich immer vollkommen zwischen dem Innen- und Außenrand der sich gegenüberliegenden Rillen befinden.

2. Werkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilstücke aus Distanzstücken (6; 6') bestehen, die zwischen die Seiten der Enden der Platten (1,2) gesetzt werden, von denen beide Rillen (9) in den besagten Seiten aufweisen.

3. Werkzeug gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilstücke aus Leisten (6") bestehen, die zu einer der beiden Platten (1) gehören, wobei nur die andere Platte (2) an den Seiten der Enden über Rillen (9) verfügt.

4. Werkzeug gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es über Zentrierstifte (10) verfügt, die die genaue Positionierung der Platten (1, 2) sicherstellen, wobei jeder Stift, eventuell herausnehmbar, an einer der Platten befestigt ist und zwischen beiden Platten durchgesteckt wird und in eine Aufnahmehöhlung faßt, die in der anderen Platte vorgesehen ist, und daß um jeden Stift (10) herum ein rundes Element (13) vorgesehen ist, das zwischen den beiden Platten zusammengedrückt wird, wenn diese in den richtigen Abstand (e) voneinander gebracht werden, und das durch einen Abdichteffekt den Stift schützt.

5. Werkzeug gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das besagte runde Element (13) aus einer dicken Kohlenstoffilzscheibe (14) besteht, die flankiert ist von einem Paar dünner Scheiben (15) aus Metall, beispielsweise aus Molybdän.