DE69002578T2 - Herstellung von Metall/Faser-Verbundwerkstoff. - Google Patents
Herstellung von Metall/Faser-Verbundwerkstoff.Info
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbundwerkstoffe, bestehend aus Keramikfasern, die mit Metall überzogen sind.
- In unserer schwebenden veröffentlichten Patentanmeldung GB 2219006A ist ein Verfahren beschrieben und beansprucht, welches die Diffusion bestimmter Metalle in Siliziumkarbidfasern vermindert, wenn ein Verbundaufbau hergestellt wird, und gemäß diesem Verfahren wird die Faser mit einem Kontaktüberzug aus einem der Metalle bedeckt, die in der Anmeldung beschrieben sind, und es wird dann dieses Metall mit einem Überzug aus einem Oxid hiervon überzogen.
- Das Verfahren, welches in dieser Anmeldung GB 2219006A beschrieben ist, stellt eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, aber dennoch tritt auch hier eine gewisse Diffusion auf. Es hat sich jedoch gezeigt, daß jetzt die Diffusion nicht von der Art ist, wo ein Austausch von Atomen über die Zwischenfläche zwischen den unterschiedlichen Materialien erfolgt, was, wenn der Austausch stattfindet, zu einer Legierung führen würde, die aus dem Metall und Siliziumkarbid besteht. Statt dessen diffundiert das Metall in die Korngrenzen des Siliziumkarbids.
- Die vorliegende Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs aus einem bestimmten Metall oder seiner Legierungen und aus Keramikfasern.
- Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur unterbindung der Diffusion eines Metallüberzugs, das ein thermodynamisch stabiles Oxid bilden kann, in die Korngrenzen eines Siliziumkarbidsubstrats, und die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) in Luft vor Aufbringung des Metalls (14) derart erhitzt wird, daß die Substratoberfläche oxidiert, worauf das Metall (14) auf die oxidierte Oberfläche des Substrats (10) in der Weise aufgebracht wird, daß das Metall (14) veranlaßt wird, an der Zwischenfläche zu oxidieren, und daß dann ein weiteres Metall (18) auf das Metall (14) aufgebracht und das Ganze erhitzt wird, um eine weitere Oxidation an allen Zwischenflächen zu bewirken.
- Bevorzugte Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5.
- Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung veranschaulichen die Fig. 1 und 2 den erfinderischen Schritt, und die Fig. 3 und 4 zeigen die weiteren Schritte, die notwendig sind, um den Verbundwerkstoff zu vollenden.
- Im folgenden wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Fig. 1 zeigt eine Siliziumkarbidfaser 10 mit zylindrischem Querschnitt.
- Fig. 2 zeigt die gleiche Faser 10, nachdem sie in Luft acht Stunden lang bei einer Temperatur von 1000 ºC erhitzt wurde. Die äußere Oberfläche der Faser wurde oxidiert, d. h. sie wurde zu einer Siliziumdioxidschicht 12 umgewandelt.
- Nunmehr wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Auf die oxidierte äußere Schicht 12 der Faser 10 wurde Yttrium 14 unter Vakuumbedingungen oder statt dessen in einer inerten Atmosphäre, beispielsweise aus Argon, aufgebracht. Das Yttrium 14 wurde gemäß dem Ausführungsbeispiel durch das bekannte Sputter-Verfahren aufgebracht, aber es können auch andere Verfahren, beispielsweise eine Dampfablagerung, benutzt werden.
- In Fig. 4 hat das gesputterte Yttrium 14 mit dem Siliziumdioxid 12 an der Zwischenfläche reagiert und eine Schicht aus Yttriumoxid 16 gebildet.
- Dann wird eine Schicht aus Titan 18 auf die mit Siliziumdioxid, Yttriumoxid und Yttrium überzogene Faser dadurch aufgebracht, daß eine Titanfolie um die Yttriumschicht herumgelegt wird und indem das Ganze im Vakuum auf eine Temperatur von 925 ºC erhitzt und bei jener Temperatur 25 Minuten gehalten wird, wobei über die gleiche Zeitdauer ein Druck von 15 Megapascal auf diesen Aufbau ausgeübt wird.
- Dann wird eine Wärmebehandlung dadurch bewirkt, daß das Ganze auf 950 ºC erhitzt und auf dieser Temperatur zwei Stunden lang gehalten wird. Diese Endstufe bewirkt eine weitere Reaktion an allen Zwischenflächen der Schichten und erhöht so die Fähigkeit des Siliziumdioxids, die Diffusion von Yttrium in die Siliziumkarbidfaser zu unterbinden, und ebenso wird die Fähigkeit des Yttriumoxids verbessert, die Diffusion von Yttrium zu unterbinden.
Claims (5)
1. Verfahren zur Unterbindung der Diffusion eines
Metallüberzugs, welches Verfahren in der Lage ist, ein
thermodynamisch stabiles Oxid in die Korngrenzen eines
Siliziumkarbidsubstrats hinein zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) in Luft
erhitzt wird, bevor das Metall (14) aufgebracht wird, so daß
es die Substratoberfläche oxidiert, daß dann das Metall (14)
auf die oxidierte Oberfläche des Substrats (10) in der Weise
aufgebracht wird, daß das Metall (14) veranlaßt wird, an der
Zwischenfläche zu oxidieren, und daß dann ein weiteres
Metall (18) auf das Metall (14) aufgebracht und das Ganze
erhitzt wird, um eine weitere Oxidation an allen
Zwischenflächen zu erreichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in Luft auf 1000 ºC
erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in Luft während
einer Zeitdauer von acht Stunden erhitzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Yttrium (14) auf die oxidierte
Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Titan (18) oder eine Legierung
hiervon auf das Metall (14) aufgebracht wird.
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