DE69117298T2

DE69117298T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines gegenstandes aus verbundwerkstoff

Info

Publication number: DE69117298T2
Application number: DE69117298T
Authority: DE
Inventors: Torben Lindgaard; David Thomas
Original assignee: Obtec AS
Current assignee: Obtec AS
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1991-09-13
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2011-09-14
Also published as: JPH06500745A; WO1992005023A1; AU8528791A; CA2091334A1; BR9106847A; EP0548176B1; DE69117298D1; GR3019838T3; DK0548176T3; US5888645A; DK220990D0; PL169609B1; EP0548176A1; AU654675B2; ATE134332T1; CZ40993A3; ES2082992T3; HUT67391A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes aus einem Verbundmaterial bzw. Verbundwerkstoff-Material durch Schaffung eines Verbindungsmaterials; zur Herstellung eines Grünkörpers bzw. ungesinterten Körpers durch Formen und Pressen bzw. Verdichten des Verbindungsmaterials in die Form eines gewünschten Preßkörpers; zur Herstellung des Gegenstandes durch Härten eines härtbaren, eine Matrix bildenden Bindemittels in dem Grünkörper und gegebenenfalls Nachhärten der Matrix in dem Gegenstand; eine Vorrichtung, die bei der Durchführung des Verfahrens zu verwenden ist; und Gegenstände, die durch das Verfahren herstellt werden.
Gegenstände aus Verbundmaterialien bzw. Verbundwerkstoff-Materialien gemäß der vorliegenden Erfindung sind nützlich in einer Vielzahl von Anwendungen, insbesondere in den Fällen, in denen bei Gebrauch der Gegenstand seine Form und seine Eigenschaften beibehalten muß, wenn er Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes üblicher thermoplastischer Materialien ausgesetzt wird, z. B. oberhalb von 1.000 ºC. Typische Beispiele derartiger Gegenstände schließen Reibungskissen bzw. Bremsbeläge, Kommutatoren, Teile aus Kautschuk, Hitzeschilde, elektrische Isolationen, Verbindungsstücke, Maschinenteile sowie Magneten und Lager-Teile ein.

Offenbarung des Standes der Technik

Die GB-Patentanmeldung Nr.2,012,204 offenbart eine einen Verbundwerkstoff umfassende Reibungsanordnung, die wenigstens ein Reibungs-Bauteil und ein Träger-Bauteil umfaßt, wobei das Reibungs-Bauteil gebildet wird aus einer Mischung eines wärmehärtbaren Phenol- Aldehyd-Harzes und eines Füllstoffmaterials durch Erwärmen einer Form auf eine Temperatur des Harzes, üblicherweise zwischen etwa 160 ºC und 180 ºC, und Ausüben eines Drucks auf die Mischung, normalerweise zwischen etwa 2.068 bar (etwa 30.000 psi) und etwa 3.447 bar (etwa 50.000 psi) in einer Zeit zwischen etwa 2 s und 10 s.
Die europäische Patentanmeldung Nr.0352363 offenbart ein ein Acrylmaterial enthaltendes Reibungselement, das in der Weise hergestellt wird, daß man eine ein wärmehärtendes organisches Bindemittel, ein faserartiges Verstarkungsmaterial und eine wirksame Menge fibrillierter Acryl-Polymerfasern umfassende Mischung unter Bildung eines Vorformlings verdichtet, den Vorformling bei erhöhten Temperaturen preßt, das gepreßte Material bei einer Temperatur behandelt, die ausreichend dafür ist, ein Härten zu bewirken, und anschließend ein Reibungselement aus dem gehärteten Material formt, z.B. Bremsscheiben, Reibungskissen oder Kupplungsbeläge. Der Druck zur Ausbildung des Vorformlings liegt im Bereich von 140 bis 350 bar (2.000 bis 5.000 psi), und das Härten des Vorformlings wird bewirkt durch Erhitzen auf eine Temperatur im Bereich von 350 bis 600 ºF (175 bis 315 ºC) für eine Zeit von etwa 15 min, wonach der Vorformling einige Stunden lang nachgebrannt wird.
Ein Nachteil dieser Verfahrensweisen ist, daß die Verdichtung des Verbindungsmaterials bei Drücken in einer Höhe von 200 bis 500 kg/cm² oder mehr durchgeführt werden muß, damit ein zufriedenstellender Fluß und eine zufriedenstellende Verdichtung des Formkörper-Materials erreicht wird. Dies erfordert kostspielige Werkzeuge und Preßanlagen.
Außerdem hat im Hinblick auf eine wirtschaftliche kurze Zeit des Formens und Härtens die Härtung des härtbaren Matrix-Bindemittels bei einer erhöhten Härtungstemperatur abzulaufen, die typischerweise im Bereich von etwa 135 ºC bis etwa 250 ºC oder darüber liegt, um sicherzustellen, daß die Härtungstemperatur in allen Teilen des Gegenstandes erreicht wurde. Ansonsten sind dann, wenn niedrigere Härtungstemperaturen angewandt werden, lange Formungs- und Härtungszeiten erforderlich, was die Produktionsrate begrenzt.
Die Härtungszeit hängt von der Art des härtbaren Matrix-Bindemittels und den Dimensionen des Gegenstandes ab. Bei großen Gegenständen wie beispielsweise Reibungselementen für Bremsbeläge kann die Härtungszeit im Bereich von etwa 15 min bis etwa 75 min oder mehr liegen, bevor eine ausreichende mechanische Stabilität erhalten wird und der Gegenstand aus der Form entfernt und zur Nachhärtung in einen Ofen überführt werden kann.
Ein weiterer Nachteil dieser Verfahrensweisen ist, daß eine Härtung durch leitende Übertragung von Hitze aus der Form in das Verbindungsmaterial bewirkt wird, bei dessen Homogenität die Hitzeübertragung schwierig zu steuern ist und zu einer nicht einheitlichen Polymerisation des härtbaren, eine Matrix ausbildenden Bindemittels führt.
Dieser Mangel bei der leitenden Wärmeübertragung in Formen wurde erkannt, und es wurden Verfahrensweisen zur Sicherung einer homogenen und beschleunigten Übetragung von Energie in das Verbindungsmaterial offenbart.
Die EP-Patentanmeldung 0 347 299 offenbart die Verwendung einer kapazitiven Mikrowellenheizung bei Drücken von 50 bis 200 bar beim Formen von mit Glasfüllstoffen versehenen ungesättigten, ein Polyesterharz-Bindemittel enthaltenden Verbundstoffen. Die deutsche offengelegte Patentanmeldung Nr.29 06 842 offenbart die Verwendung einer kapazitiven Hochfrequenz-Mikrowellen-Heizung mit einer Frequenz von 2.450 MHz zum Formen wärmehärtender Materialien. Diese beiden Verfahren sind nicht für Verbundmaterialien bzw. Verbundwerkstoff-Materialien geeignet, die signifikante Mengen an Metallen enthalten. Außerdem schließen sie eine elektrische Schutzabschirmung ein, die unpraktisch zu handhaben ist, und die Vorrichtung ist kompliziert.
Die EP-Patentanmeldung Nr.0 093 655 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines metallorganischen Verbundmaterials bzw. Verbundwerkstoff-Materials, das eine Mischung aus einem wärmehärtenden Harz, einem Metallpulver und Zusätzen umfaßt, mit denen beabsichtigt ist, dem Endprodukt bestimmte Eigenschaffen zu verleihen. Die Herstellung erfolgt durch gleichzeitige Anwendung von Induktionswärme und Druck, wobei der Druck eine gute elektrische Leitfähigkeit des Verbundwerkstoff-Materials sicherstellt.
Dieses Verfahren erfordert einen hohen Gehalt an elektrisch leitendem Material, das einen merklichen Hysterese-Verlust bzw. Ummagnetisierungs-Verlust hat.
Die GB-Patentanmeldungen Nr.2 106 823 und 2 135 412 offenbaren ein Verfahren zum Widerstands-Heizen und Sintern metallischer, der Reibung ausgesetzter Materialien, das ein Verfahren zur Herstellung einer Reibungsanordnung aus einem Reibungsmaterial auf einem Trägerbauteil unter Anwendung von Widerstands-Heizen einschließt. Dieses Verfahren erfordert einen ausreichend hohen Anteil an elektrisch leitendem Material.
Nebenbei gesagt, führen die im Zusammenhang mit diesen Verfahren erwähnten Nachteile mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Schaffung von Gegenständen, bei denen sich Hohlräume bilden und sich eine nicht-einheitliche Verteilung der Materialkomponenten einstellt, insbesondere dann, wenn das Verbindungsmaterial Materialien mit Teilchen unterschiedlicher Größen und Dichten umfaßt und/oder einen oder mehrere Komponenten in sehr niedrigen Konzentrationen umfaßt.
Alternative Verfahrensweisen des Erhitzens durch Aufbringung von Ultraschall-Energie wurden ebenfalls offenbart.
Das US-Patent Nr.4,487,728 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus speziellen thermoplastischen Materialien in einer Form mit mehreren Form-Hohlräumen unter Anwendung von Ultraschall-Schwingungen. Es werden gesinterte Vorformlinge erhalten, die weiter unter Wärmeformen in die erforderliche Form gebracht werden können.
Das US-Patent Nr.4,548,771 offenbart ein Verfahren zum Vulkanisieren herkömmlicher Kautschukmaterialien, die 75 Vol.-% eines Grund-Elastomers, das also ausschließlich die Natur eines elastomeren Stoffes aufweist, und weniger als 25 Vol.-% eines Füllstoffmaterials umfassen. Die Vulkanisation erfolgt durch anfängliches Aufbringen von Ultraschall-Energie bei einer maximalen Intensität von 31 W/cm² und asymptotisches Verringern der Intensität auf einen Wert von 40 bis 45 % des Anfangswerts im Verlauf von 3 bis 5 min, wodurch ein Abbau des Elastomers aufgrund der Einstrahlung überschüssiger Wärme verhindert wird. Nichts wird offenbart oder vorgeschlagen im Hinblick auf eine Härtung von Verbundwerkstoff-Materialien, die ein härtbares, eine Matrix bildendes Bindemittel in einer Menge von weniger als 5 bis 50 Vol.-% enthalten.
Verfahren zur Herstellung von der Reibung ausgesetzten Produkten in einer zwei Schritte umfassenden Verfahrensweise, die das Vorwärmen von Reibungsmaterial durch Aufbringung von Ultraschall-Schwingungen auf das Material und die anschließende Aufbringung von Druck auf das vorgewärmte Material umfaßt, wurden offenbart. Die Druckschrift WPI Acc. Nr.83-263 93K/ 11 veröffentlicht eine Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung Nr.58-020 413 (Australische Patentanmeldung Nr.86 289-82), die ein Verfahren zum Formen eines Reibungsmaterials offenbart, das folgende Schritte umfaßt: Bereitstellen eines aus Metall bestehenden Stützmaterials auf einem Träger-Bett; Einfüllen von Teilchen eines Reibungsmaterials in den Form-Hohlraum, der zwischen dem Preßstempel und dem Träger- Bett gebildet ist; Schmelzen der Teilchen durch Erwärmen unter Anwendung von Ultraschall-Schwingungen; anschließend Überführen des Stempels und des Träger-Betts sowie der Teilchen und der aus Metall bestehenden Stütze in ein Preßverfahren, in dem die Teilchen so geformt werden, daß das geformte Reibungsmaterial auf die aus Metall bestehende Stütze aufgeschweißt wird.
Es wird ein Ultraschallwellen-Formverfahren erwähnt, das die gleichzeitige Aufbringung von Ultraschallwellen-Schwingungen und das Formen des Reibungsmaterials unter Druck umfaßt.
Jedoch führt diese Anmeldung von einem Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes im Rahmen eines aus einem Schritt bestehenden Prozesses weg, bei dem gleichzeitig Ultraschall-Heizen und Druck angewendet werden, da eine Erhöhung des Drucks angeblich zu einer Verlangsamung der Geschwindigkeit der Ultraschallwellen-Schwingungen führt.
Die Druckschrift WPI Acc. Nr.84-265 815/43 veröffentlicht eine Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung Nr.59-023 804, die ein Verfahren zur Herstellung eines Reibungsproduktes für Bremsen offenbart, das das Vorheizen eines anorganische, organische und/oder Metallfasern, ein Mittel zur Einstellung der Reibung, ein Filtermaterial und einen organischen Kuppler enthaltenden Reibungspulvers und das Heißpreßformen des Pulvers umfaßt.
Die Druckschrift WPI Acc. Nr. 85-046 916/08 publiziert eine Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung Nr. 60-004 536, die ein Verfahren zum Formen eines Reibungs-Bauteils offenbart, das folgende Schritte umfaßt: Einlegen eines aus Metall bestehenden Stützmaterials, das mit einem Klebemittel behandelt ist, auf den Boden einer Form; Einfüllen eines pulverförmigen Reibungsmaterials auf das aus Metall bestehende Stützmaterial; Vorwärmen des Reibungsmaterials durch Aufbringen von Ultraschall-Schwingungen auf das pulverförmige Reibungsmaterial; und Aufbringen eines hohen Drucks auf das Reibungsmaterial entweder mittels des die Schwingungen erzeugenden Horns der Ultraschall-Schwingungen erzeugenden Vorrichtung oder mittels einer Heißpresse, wodurch erreicht wird, daß Feuchtigkeit und Gase aus dem Reibungsmaterial während des Vorheizens entfernt werden. Ein Belüften ist in der nachfolgenden Stufe des Formens unter Anwendung eines hohen Drucks zu dem Reibungsmaterial nicht erforderlich, und das Formen kann in einer kurzen Zeitdauer erfolgen.
Die Druckschrift "Patent Abstracts of Japan, Band 11, Nr. 1 (M-550)" publiziert eine Zusammenfassung der japanischen Patentanmeldung Nr.61-181 630, die die Verwendung von Ultraschall-Energie bei der Reibungserhitzung sinterbarer Pulver offenbart. Die Materialien werden eingerüttelt, bis ihr Schmelzpunkt erreicht ist. In dieser Stufe sintern sie an den Kontaktpunkten zusammen. Ziel dieses Verfahrens ist speziell die Herstellung poröser Materialien, die kein Polymer-Bindemittel enthalten.

Offenbarung der Erfmdung

Herstellungsverfahren

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines dichten und zusammenhängenden Gegenstandes aus einem Verbundmaterial bzw. Verbundwerkstoff- Material einer gewünschten hohen Dichte zu schaffen.
Außerdem ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren zu schaffen, in dem der Gegenstand eine verringerte Porosität aufweist und eine verringerte Bildung von Hohlräumen zeigt.
Es ist auch die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren zu schaffen, in dem das härtbare, eine Matrix bildende Bindemittel in kurzer Zeit in einheitlicher Weise gehärtet werden kann.
Es wurde früher angenommen, daß Ultraschall-Energie nicht zur Härtung von pulverförmigen Materialien, die ein wärmehärtbares, eine Matrix bildendes Bindemittel enthalten, unter Druck in einem integrierten Heiz- und Härtverfahren angewendet werden kann, da sich die Ultraschall-Energie nicht in ausreichender Weise in dem pulverförmigen Material ausbreiten könnte, um den Wärmehärtprozeß zu initiieren und aufrechtzuerhalten.
Es wurde jedoch überraschend gefunden, daß ein ausgezeichnetes integriertes Verdichtungs-, Heiz- und Härtungsverfahren erreicht werden kann durch passende Auswahl des Drucks und der Amplitude der Ultraschall-Schwingungen.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben gelöst durch Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines Gegenstandes, wie es in Patentanspruch 1 definiert ist.
Durch die oben definierte Auswahl der Ultraschall-Strahlung wird eine passende Ausbreitung der Ultraschall-Energie sichergestellt. Die übertragene Ultraschall-Energie wird vornehmlich auf das teilchenförmige Material in Form von Teilchen-Schwingungsenergie übertragen. Diese wird nachfolgend in einheitlich verteilte Hitze umgewandelt.
Die gewünschte hohe Dichte läßt sich so in einfacher Weise durch einen Verdichtungsmechanismus erreichen, der erzielt wird durch die gemeinsame Wirkung von in geeigneter Weise eingestelltem Außendruck und gesteuerter Bewegung zwischen den Teilchen.
Die gewünschte Einheitlichkeit des gehärteten Matrixmaterials wird sichergestellt durch die einheitliche Verbreitung der Ultraschall-Energie in Form von Wärme, wodurch der gewünschte schnelle Anstieg der Temperatur ebenfalls erreicht werden kann.

Druck und Ausbreitung der Ultraschall-Energie

Der in diesem Verfahren angewendete Druck kann innerhalb weiter Grenzwerte schwanken. Drücke von 10 bis 200 kg/cm² sind normalerweise geeignet. Höhere Drücke können angewendet werden, wenn dies erforderlich ist. Bevorzugte Drücke im Bereich von 60 bis 120 kglcm², noch mehr bevorzugt im Bereich von 70 bis 100 kg/cm², werden angewendet, wenn die Ultraschall-Energie bei einem konstanten Druck angewendet wird.
Andererseits liegt bei Anwendung eines Druckprofils und einer konstanten Amplitude der Ultraschall-Schwingungen der Druck im Bereich von 5 bis 60 kg/cm², vorzugsweise im Bereich von 10 bis 40 kg/cm².
Die Ultraschall-Energie kann innerhalb weiter Grenzwerte schwanken. Allgemein wird eine Frequenz oberhalb von 18 khz angewendet, vorzugsweise von 18 bis 40 kHz, am meisten bevorzugt etwa 20 kHz.
Besonders kritisch ist die Amplitude der Ultraschall-Schwingungen, die geeignet klein sein sollte, abhängig von dem aufgebrachten Druck. So soll neben der Schaffung eines Verdichtungsdrucks zum Verdichten des pulverförmigen Materials der aufgebrachte Druck eine ausreichende Verbindung zwischen dem Ultraschall-Wandler und dem Material schaffen. So erhöht ein hoher Druck die Wahrscheinlichkeit für eine Dämpfung der Schwingungen. Es stellt sich daher als nötig heraus, eher die Amplitude der Ultraschall- Schwingungen zu erniedrigen als die Amplitude zu erhöhen. Diese Erniedrigung kann bei Verwendung eines Umkehr-Schallamplituden-Verstarkers (inverted sonic amplitude booster) erhalten werden.
In einem alternativen Herstellungsverfahren kann eine gleichzeitige Aufbringung von Druck und Ultraschall-Energie bei konstanter Amplitude der Ultraschall-Schwingungen und bei Aufbringen eines Druck-Profils erfolgen, das die folgenden Schritte umfaßt: Aufbringen eines Anfangsdrucks von 10 kg/cm² und Sich-Ausbreiten-Lassen der Ultraschall-Energie für 2 bis 5 s; Ansteigenlassen des Drucks mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit von 30 kg/cm² im Verlauf von 3 bis 5 s und fortgesetztes Sich-Ausbreiten-Lassen der Ultraschall- Energie; Unterbrechen der Übertragung von Ultraschall-Energie; und Auferlegen einer Halteperiode von 20 bis 30 s, während der der Druck bei 30 kg/cm² gehalten wird, während die Form abgekühlt wird. Dadurch wird erreicht, daß das Verfahren bei einem viel niedrigeren Druck durchgeführt werden kann.
Verglichen mit Verfahrensweisen des Standes der Technik liefert die vorliegende Erfindung Gegenstände, die eine einheitlichere Konsistenz bzw. Festigkeit, eine gesteuerte Porosität und weniger Hohlräume aufweisen. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist die verringerte Härtungszeit, wobei die Form- und Härtungszeiten häufig mehr als zehnmal kürzer sind als bei herkömmlichen Verfahren. So liegen typische Formzeiten für Bremsbeläge gemäß der Erfindung bei 3 bis 5 s.
Außerdem kann erfindungsgemaß das Verfahren zur Herstellung eines aus einem Verbundwerkstoff bestehenden Gegenstandes verwendet werden, der wenigstens ein Stützelement enthält.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das teilchenförmige Material ein Verstärkungsmaterial, ein elektrisch leitfähiges Material oder beides.
Wenn darüber hinaus höhere Herstellungsraten erforderlich sind, kann der Gegenstand teilweise in der Vorrichtung gehärtet und zum Nachhärten mit einer herkömmlichen Heizung an eine andere Stelle überführt werden.

Härtbares, eine Matrix bildendes Bindemittel

Gemäß der Erfindung können beliebige härtbare Bindemittel als eine Matrix bildendes Bindemittel verwendet werden, die vernetzte oder dreidimensionale Strukturen erzeugen. Die eine Matrix bildenden Bindemittel schließen ein: wärmehärtende Polymere des Kondensations-Typs einschließlich Kondensationspolymere von Formaldehyd in Kombination mit Phenol, Harnstoff, Melanin oder Resorcin(ol), Diallylphthalat und Diallylisophthalat; Polyesterharze einschließlich ungesättigter Polyesterharze und Kondensationsharze des Additions-Typs, die erhalten werden durch Reaktion von Polyolen mit mehrfunktionellen Carbonsäuren wie beispielsweise Adipinsäure oder Terephthalsäure; Vinylester; Epoxypolymere einschließlich Diglycidylether von Bisphenol A; Epoxy-Novolack-Harze, die erhalten werden durch Reaktion von Epichlorhydrin und Phenol-Novolack-Harze, die herkömmlich unter Zusatz von Aminen oder Anhydriden gehärtet werden; Polyamid-Imid- Polymere; Polyimid-Polymere; Polyurethane einschließlich die Polymerisationsprodukte von Polyolen und Diisocyanaten wie beispielsweise Trimethybipropan und Toluoldiisocyanat; und wärmebeständige Silicon-Polymere einschließlich Phenylmethyl-Silanolprodukte und Methyl-Hydroxy-funktionelle Silanolprodukte, die zur Reaktion gebracht werden mit Phenol- Harzen, Epoxy-Harzen, Polyester-Harzen oder anderen harzartigen Materialien, die Hydroxygruppen enthalten.

Teilchenförmiges Material

Gemäß der Erfindung können beliebige teilchenförmige Materialien verwendet werden. Diese schließen ein: Mineralteilchen wie z. B. Calciumcarbonat, Metalloxide, Baryt, Siliciumoxid, Ton, Glaskugeln, Graphit, Ruß oder Kokspulver; Verstarkungsmaterialien wie beispielsweise wärmebeständige synthetische Fasern einschließlich Mineralfasern, aromatische Polyamidfasern, Novolack-Fasern, Glasfasern, Steinwolle, Carbonfasern, Eisenschwamm, dendritisches Kupfer und zerkleinertes magnetisches Neodym-Bor-Eisen; hitzebeständige Mineralien mit länglicher Kristallform und einem Seitenverhältnis größer als 3 einschließlich Wollastonit, Attapulgit und Sepiolit; und hitzebeständige Kristalle mit einer glimmerartigen Form einschließlich Muscovit, Phlogopit, Lepidolit, Biotit und glimmerartiger Hämatit.
Es können auch organische Teilchen oder Fasern verwendet werden, z. B. Sägemehl und Textilfasern und insbesondere graphitisierte Carbonfasern, leitfahige Füllstoffe einschließlich leitfahigem Ruß, leitfahige Polymere einschließlich Polyethylenoxid oder elektrisch leitfähige Polymere einschließlich Polyacetylen.

Andere Zusätze

Gemäß der Erfindung können Additive zugesetzt werden, beispielsweise Oxidationsinhibitoren (Antioxidantien), Antistatikmittel, Färbemittel, Kupplungsmittel, flammhemmende Mittel, Schaumbildner, Hitzestabilisatoren, schlagzäh-machende Zusätze, Gleitmittel, Härtungsmittel (Initiatoren, Beschleuniger und Katalysatoren), Weichmacher, Konservierungsmittel und Verarbeitungs-Hilfsmittel (Formen-Trennmittel, Antihaftmittel und Viskositäts-Erniedriger) usw..

Vorrichtung zur Herstellung

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Herstellung zu schaffen, die bei der Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines Gegenstandes aus einem Verbundwerkstoff-Material gemäß der Erfindung mit hoher Herstellungsgeschwindigkeit, einheitlicher Qualität und niedrigen Kosten, verglichen mit einer herkömmlichen Herstellungsvorrichtung, zu verwenden ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch Schaffung einer Vorrichtung, wie sie in Patentanspruch 13 definiert ist.

Defmition von Ausdrücken

Im vorliegenden Kontext soll der Ausdruck "teilchenförmiges Material" ein Material in fluider Form eines Pulvers bezeichnen, vorzugsweise ein trockenes Pulver. Ein pulverförmiges Material kann Material in Pulverform, Fasern (verstärkende Mittel), blattförmige Materialien, aus Partikeln bestehende Stoffe (Füllstoffe) usw. umfassen. Diese Materialien können verstärkte Verbundwerkstoff-Materialien einschließen.
Im vorliegenden Kontext bezeichnet der Ausdruck "Verbindungsmaterial" eine Mischung eines härtbaren, eine Matrix bildenden Bindemittels mit wenigstens einem teilchenförmigen Material und gegebenenfalls mit weiteren Zusätzen einschließlich Füllstoffen, weichmachenden Mitteln, Weichmachern, Verstärkungsmitteln, Katalysatoren, Pigmenten oder Farbstoffen.
Im vorliegenden Kontext bezeichnet der Ausdruck "Verbundwerkstoff-Material" eine Kombination von zwei oder mehr unterschiedlichen Materialien, die ein in Teilchenform vorliegendes Material und eine Matrix umfassen, die im Hinblick auf Form oder Zusammensetzung im makroskopischen Maßstab voneinander verschieden sind. Die Bestandteile des Verbundwerkstoff-Materials behalten ihre Identität, d.h. sie lösen sich nicht vollständig ineinander oder vereinigen sich nicht vollständig miteinander, obwohl sie gemeinsam wirken. Normalerweise können die Komponenten identifiziert werden und zeigen eine Grenzfläche zueinander.
Im vorliegenden Kontext bezeichnet der Ausdruck "Matrix" eine im wesentlichen homogene kohärente (zusammenhängende) Phase in einem Verbundwerkstoff-Material, in die die teuchenförmigen Materialien des Verbundwerkstoffs eingebettet sind.
Im vorliegenden Kontext bezeichnet der Ausdruck "ein härtbares, eine Matrix bildendes Bindemittel" eine Vorstufe für die Matrix, die wahrend der Herstellung des Verbundwerkstoff-Materials in eine im wesentlichen homogene, kohärente (zusammenhängende) Phase eines gehärteten Bindemittels in dem Verbundwerkstoff-Material überführt wird.
Im Rahmen des vorliegenden Kontexts bezeichnet der Ausdruck "Härtung" die irreversible Änderung der Eigenschaffen eines ein wärmehärtendes Harz umfassenden Bindemittels durch chemische Reaktion, wodurch das Bindemittel verfestigt wird.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine Schnitt-Skizze eines Scheibenbrems-Belags, der nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde; und
Figur 2 zeigt die Verteilung der Scherfestigkeiten von Scheibenbrems-Belägen, die erfindungsgemäß hergestellt wurden, im Vergleich zu herkömmlich hergestellten Scheibenbrems-Belägen.

Detaillierte Beschreibung

Vorrichtung zur Herstellung

Es wird nun auf Figur 1 Bezug genommen. Eine Ultraschall-Verdichtungs- und -Härt- Vorrichtung 10 umfaßt einen elektrischen Oszillator 11, der elektrische Schwingungen im Bereich von 18 bis 200 kHz erzeugt, eine Ultraschall-Erzeugungseinheit 120, die einen piezoelektrischen Kristall umfaßt, der elektrische Schwingungen in mechanische Schwingungen umwandelt, und einen Umkehr-Schallamplituden-Verstärker 121, der die Amplitude der mechanischen Schwingung verstärkt/dämpft und ein gewünschtes Schwingungsmuster erzeugt, d.h. eine Verteilung von Maxima, Minima und Knotenpunkten der Schwingungen, sowie eine Sonotrode oder ein Horn 122, die bzw. das dafür gedacht und so geformt ist, daß die maximale Ultraschall-Energie auf einen Scheibenbrems-Belag 150,151, 152 übertragen wird, der geformt und gehärtet wird; eine Form oder Grundplatte 130, die bewegbare Teile aufweist und einen Form-Hohlraum 131 einschließt sowie eine Druck erzeugende Vorrichtung 140, die einen statischen vorbestimmten Druck auf die Form 130 aufbringt. Danach wird die Stützplatte 152 des Scheibenbrems-Belages geformt und gehärtet.
Eine spezielle Vorrichtung umfaßt einen elektrischen Oszillator 1300 P, der geliefert wird von der Firma Branson Sonic Power A/S, Kastrup, Dänemark.

Verstärker und Sonotrode

Allgemein hängt die Ultraschall-Energieübertragung von der Sonotrode 122 zu dem Verbindungsmaterial von der Amplitude und Frequenz der Ultraschall-Schwingungen und von dem Druck ab, mit dem die Energie auf das Material übertragen wird.
Um jedoch in der Lage zu sein, eine ausreichende Menge Energie zu Beginn der Form- Verfahrensschritte aufzubringen, ohne die Schwingungen vollständig zu dämpfen, müssen die Kombination der Amplitude der Ultraschall-Schwingung und der aufgebrachte Druck optimiert werden. So ist es ratsam, die Amplitude der Schwingungen zu verringern, indem man den Verstärker umkehrt, wenn ein hoher Formdruck aufgebracht wird.
Alternativ dazu kann es insbesondere für Materialien mit einem genau feststehenden plastischen Fließen bei Erwärmen auf die plastische Stufe erfoderlich sein, den Druck zu verringern, um eine Ausbreitung bzw. Dissipation der Ultraschall-Energie im erforderlichen Umfang aufrechtzuerhalten.
So wird beim Entwickeln einer passenden Ultraschall-Verdichtungs- und -Härt-Vorrichtung zur Herstellung eines bestimmten Gegenstandes die Sonotrode 122 in Übereinstimmung mit dem Gegenstand geformt und außerdem so entwickelt, daß sie die maximale Menge Ultraschall-Energie der gewünschten Frequenz und Amplitude in Abhängigkeit von dem zu formenden und zu härtenden Material und in Abhängigkeit von dem aufgebrachten Druck überträgt. Der Verstärker 121 ist so konstruiert, daß er mit den Erfordernissen der Sonotrode 121 und eines gegebenen herkömmlichen Ultraschall-Wandlers 120 übereinstimmt.
Außerdem können zur Optimierung der Übertragung der Ultraschall-Energie auf das Material, insbesondere auf die Verbundwerkstoff-Materialien, die eine Mehrzahl von Komponenten umfassen, die Frequenz, die Amplitude und der Druck während des Herstellungsverfahrens variiert werden.

Beispiele

Beispiel 1

Herstellung eines keinen Asbest enthaltenden Scheibenbrems-Belages Ein keinen Asbest enthaltender Scheibenbrems-Belag, z. B. 150, 151, 152 gemäß Veranschaulichung in Figur 1, wurde erfindungsgemäß hergestellt durch gemeinsames Verdichten eines keinen Asbest aufweisenden Reibungsmaterials 150 gemäß Formulierung (A) (siehe nachfolgend) mit einer die Haftung fördernden Unterschicht 151 der Zusammensetzung (B) und Verdichten des Materials und der Schicht auf einer Stahl-Stützplatte 152. Dem folgte ein Härten der Kombination aus Reibungsmaterial, Unterschicht und Stützplatte durch gleichzeitiges Aufbringen eines konstanten Drucks von 150 kg/cm² und Ausbreitung (Dissipation) von Ultraschall-Energie von 165 kW/kg (3,3 kW pro 20 g Verbundmaterial) unter Verwendung eines umgekehrten Black-1:2,5-Verstärkers (geliefert von der Firma Branson Sonics Power A/S; Kastrup, Dänemark).
(A) Reibungsmaterial-Formulierung der folgenden Zusammensetzung (angegeben in Volumen- %):
Künstliche Mineralfasern 16,2
Matrix bildendes Bindemittel mit Phenol-Novolack 14,8
Pulverförmiges Nitril-Elastomer 8,2
Baryte 10,5
Granulierter Elektrodengraphit 5,5
Hämatit 6,
Muscovit-Glimmer 16,
Calciumsilicat 10,
Erdöl-Koks 6,
Bleisulfid 6,8
(B) Haftungsfördernde Unterschicht der folgenden Zusammensetzung (angegeben in Volumen- %):
eine Matrix bildendes Bindemittel mit Phenol-Novolack 25
Pulverförmiger Nitril-Kautschuk 12
Steinwolle-Fasern (Lapinus 4164) 63
30 g der Formulierung A und 10 g der Unterschicht B wurden in den 16 cm² großen Form- Hohlraum einer Ultraschall-Verdichtungs- und -Härt-Vorrichtung überführt, wie sie in Figur 1 gezeigt ist.
Eine Stahl-Stützplatte 152 wurde zwischen die Unterschicht B der verdichteten Schichtenstruktur aus Reibungsmaterial A und haftungsfördernder Unterschicht B in den Form- Hohlraum 131 eingeschoben, indem man die flache Platte 141 der Druck erzeugenden Vorrichtung 140 einige Millimeter entfernte.
Danach wurde Druck auf die Stützplatte 152 aufgebracht. Nach Erreichen eines Drucks von 138 kg/cm² wurde Ultraschall einer Frequenz von 20 kHz mit einer Energie von 3.300 W für eine Zeitdauer von 6 5 aufgebracht und anschließend abgeschaltet. Der Druck wurde weitere 6 5 gehalten und dann gelöst. Der fertige Bremsbelag wurde aus der Form gestoßen, indem man die Formplatte 141 entfernte.
Der Bremsbelag wurde anschließend durch herkömmliche Hitzebehandlung in einem Luft- Umlaufofen 10 h lang bei 160 ºC nachgehärtet.
In einem alternativen Herstellungsverfahren erfolgte eine gleichzeitige Aufbringung von Ultraschall-Energie und Druck, wobei der Anfangsdruck 10 kg/cm² war und sich der Ultraschall für eine Zeit von 2 bis 3 5 ausbreitete, wonach man den Druck mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit auf 30 kg/cm² im Verlauf von 3 bis 4 5 ansteigen ließ und die Ausbreitung der Ultraschall-Energie fortsetzte. Danach wurde die Übertragung der Ultraschall-Energie unterbrochen und dem Material eine Haltezeit von 24 5 auferlegt, während der Druck bei 30 kg/cm² gehalten wurde und die Form abgekühlt wurde.

Vergleich der Scheibenbrems-Beläge

Die hergestellten Scheibenbrems-Beläge wurden mit Scheibenbrems-Belägen verglichen, die aus derselben Scheibenbrems-Belag-Formulierung (A), derselben haftungsfördemden Unterschicht (B) und der Stahl-Stützplatte hergestellt worden war, jedoch unter Anwendung eines herkömmlichen Heizprozesses gehärtet worden waren.
In einer Charge B2 wurden 17 Scheibenbrems-Beläge, die gemäß der Erfindung hergestellt worden waren, einem Test der Scherfestigkeit unterworfen. Alle fielen in einen Bereich der Scherfestigkeit oberhalb von 50 kg/cm², wie dies in Figur 2 gezeigt ist. Die 17 Scheibenbrems-Beläge hatten eine mittlere Scherfestigkeit von etwa 67 kg/cm² bei einem Bereich von 60 bis 74 kg/cm², verglichen mit der minimalen annehmbaren Scherfestigkeit von 50 kg/cm².
100 herkömmlich hitzegehärtete Scheibenbrems-Beläge hatten alle eine mittlere Scherfestigkeit von etwa 60 kg/cm² und einen signifikant größeren Bereich von 40 bis 80 kg/cm².
In einer anderen Charge B1 wurden 57 Scheibenbrems-Beläge, die gemäß der Erfindung hergestellt worden waren, einem Test der Scherfestigkeit unterworfen. Alle Beläge fielen in einen Bereich der Scherfestigkeit oberhalb von 50 kg/cm², wie dies in Figur 2 gezeigt ist.
Die 57 Scheibenbrems-Beläge hatten eine mittlere Scherfestigkeit von etwa 60 kglcm² bei einem Bereich von 52 bis 74 kg/cm², verglichen mit der minimalen annehmbaren Scherfestigkeit von 50 kg/cm².
Neben kürzeren Herstellungszeiten von wenigen Sekunden, verglichen mit Minuten für herkömmliche Wärmehärtung, zeigen die Scherfestigkeits-Tests, daß ein durch Druck und Ultraschall induziertes Härten gemäß der Erfindung zu einem viel festeren Gegenstand und zu einer signifikant verbesserten homogenen Qualität des Herstellungsverfahrens führt.

Reibungs-Tests

Gemäß der Erfindung hergestellte Scheibenbrems-Beläge wurden in einer Reibungs-Test- Maschine der Firma Allied Signal GmbH, Reinbeck, Deutschland, getestet, die zur Durchführung von Tests mit konstanter Reibgeschwindigkeit gemäß den Verfahrensweisen geeignet ist, die als Industriestandard in Europa akzeptiert sind.
Der Test wurde bei einer Geschwindigkeit von 660 Upm bei konstantem Drehmoment von 120 Nm an einem Scheibenbrems-Belag durchgeführt, der in einem Vorderrad eines 750 cm³-Motorrads verwendet wird.
Die Reibungs-Test-Ergebnisse für normale Beläge (Test Nr.8) und für gemäß der Erfindung hergestellte Beläge (Test Nr. 188) sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 Ergebnisse der Reibungs-Tests Test Nr. Material 8 Standard 188 Ultraschall Mittel (µm) Minimum (µm) Maximum (µm) Kalt (µm) Schwund (µm) Verschleiß Belag 1 Verschleiß Belag2
Die Ergebnisse zeigen, daß der Reibungs-Koeffizient geringfügig angehoben wurde, und zwar aufgrund einer Verbesserung der Reibungsstabilität bei Einzel-Bremsen-Anwendungen, während sich die Verschleißrate nicht geändert hat. Es gab eine marginale Verbesserung der Schwundeigenschaften.

Beispiel 2

Hart-Magnet-Elemente

Magnete wurden nach der folgenden Verfahrensweise aus einem Neodym-Bor-Magnetmaterial, das in einem eine Matrix bildenden Bindemittel mit Phenol-Novolack-Harz suspendiert war, hergestellt. 100 g eines gemahlenen Metall-Legierungsmaterials wurden innig mit 10 g Novolack gemischt, und die Mischung wurde in einen zylindrischen Form-Hohlraum gegeben und einem Druck von 200 kg/cm² und gleichzeitig einer Ultraschall-Energie von 20 kHz mit einer Dichte von 500 kJ pro Kilogramm Gewicht des Verbindungsmaterials unterworfen.

Beispiel 3

Weich-Magnetkern-Gegenstand

100 g Carbonyleisen mit einer Teilchengröße von 6 bis 8 µm wurden innig mit 50 g einer 30 %igen Alkohollösung eines Bisphenylepoxids gemischt. 2 g Phthalsäureanhydrid wurden zugesetzt, und die Mischung wurde zu einem Pulver getrocknet. Die Mischung wurde in einer Form gehärtet, die das Material in die gewünschte Form brachte, während das polymere Bindemittel eine ausreichende Vernetzung herbeiführte, um die Form während des folgenden Nachhärtungs-Schrittes beizubehalten. Dies wurde erreicht, indem man das Material einem Druck von 200 kg/cm² unterwarf, während es gleichzeitig einem Ultraschall von 20 kHz bei einer Gesamt-Energiedosis von 20 kJ pro Kilogramm Gewicht des Verbindungsmaterials unterworfen war.
Der verdichtete Gegenstand wurde bei 150 ºC 20 min lang nachgehärtet.
Der zylindrische Gegenstand war ein Magnet, der einen sehr niedrigen Hysterese-Verlust bzw. Ummagnetisierungs-Verlust aufwies.

Beispiel 4

Polster (pads) aus gewebten Glasfasern

Ein Polster aus gewebten Glasfasern wurde mit einem flüssigen Polyester-Polymer- Bindemittel gesättigt, das 10 % (Gew./Gew.) Calciumcarbonat-Pulver, 1 % Benzoylperoxid und 1 % Cobaltnaphthenat enthielt. Das Pad wurde 5 5 lang unter einem Druck von 120 kg/cm² und einem Ultraschall von 20 kHz bei einer Gesamt-Energiedosis von 50 KJ pro Kilogramm Gewicht des Verbindungsmaterials gehärtet.

Beispiel 5

Hitzebeständiger elektrisch isolierender Gegenstand

Ein Teig aus 70 % eines Verbundwerkstoff-Materials auf der Basis von amorphem Siliciumoxid und 30 % eines Silicon-Polymer-Bindemittels wurde in eine Form für einen isolierenden Becher überführt und einem Druck von 200 kglcm² und einem Ultraschall von 20 kHz bei einer Gesamt-Energiedosis von 1.000 kJ pro Kilogramm Gewicht des Verbindungsmaterials unterworfen.

Beispiel 6

Kollektor/Kommutator

Ein Kollektor für einen Elektromotor mit einem Außendurchmesser von 20 mm, einer Höhe von 24 mm und einer Innenbohrung mit einem Durchmesser von 10 mm wurde hergestellt aus 13 g einer Mischung, die 30 Gew.-% Phenolharz als Bindemittel und 70 Gew.-% eines aus Glasfasern und Siliciumoxid bestehenden Füllstoffes enthielt.
Die Mischung wurde in eine Form mit einem Innendurchmesser von 20 mm überführt und als Pulver innerhalb eines Kupferrings für einen Kollektor angeordnet. Der Kollektor/Kommutator wurde bei einem Druck von 160 kg/cm² gepreßt und gleichzeitig einem Ultraschall bei einer Frequenz von 20 kHz über 7 5 ausgesetzt. Der Kollektor/Kommutator wurde zum Abkühlen 25 s lang in der Form belassen. Danach wurde er bei 180 ºC 8 h lang nachgehärtet.
Die herstellten Kollektoren zeigten keine innere Porosität, und Step-Arbor-Tests des Materials zeigten eine Bruchdehnung von 60 µm und eine spezifische Festigkeit von 210 bis 400 kg bei einem Mittelwert von 301 kg.
Es wurde gefunden, daß die Druckfestigkeit signifikant verbessert war, verglichen mit herkömmlich verarbeiteten Kollektoren. In der axialen Richtung betrug die Längsbruchkraft für drei Kollektorröhren 7.500 (für alle drei). In radialer Richtung betrug die Kompressionskraft bei Bruch 454, 504 und 468 kg.
Es wird vorweggenommen, daß die signifikant verbesserten physikalischen Eigenschaften auf eine Verbesserung der Vorzugsorientierung der verstärkenden Fasern des Verbundwerkstoff-Materials bei Verdichten unter Anwendung von Ultraschall-Energie zurückzuführen sind.
Das herkömmliche Verfahren schließt ein Verdichten des vorgeformten oder granulierten Materials ein, das in den Ring der Form fließt. Während dieses Fließprozesses neigen die Verstärkungsfasern dazu, sich in Längsrichtung und parallel zur Achse zu orientieren. Dies verringert die Berst- und Kompressionsfestigkeit des Gegenstandes. Wenn diese Gegenstände unter Anwendung von Ultraschall verdichtet werden, führt der verstärkte Materialfluß in dem locker gefüllten Pulvermaterial zu einem verdichteten Gegenstand, in dem es eine viel geringere Vorzugsorientierung in axialer Richtung gibt. Da mehr Fasern in tangentialer oder Kreisumfangs-Richtung orientiert sind, sind die Step-Arbor-Test-Ergebnisse viel einheitlicher auf einem verbesserten Niveau. Die Kompressionstests in Längsrichtung und in radialer Richtung sind verbessert und zeigen eine schmalere Verteilung.

Beispiel 7

Kollektor-Bürste
Eine Elektrokontäkt-Bürste zur Verwendung in Elektromotoren mit einer Lange von 25 cm und einer quadratischen Querschnittsfläche von 1 cm² wurde aus einem Verbindungsmaterial hergestellt, das wie folgt zusammengesetzt ist (angegeben in Volumen- %):
Granulierter Elektrodengraphit (0 bis 0,5 mm) 30
Pulverförmiger Graphit (Lonza KS6) 15
Leitfähigkeits-Ruß (Ketjen EC) 7
Bronzepulver (90/10) 3
Phenol-Harz (J1311H) 32
Carbonfaser Sigrafil SF01MNT 4
Novolack-Faser Kynol KF0203 3
Novolack-Faser Kynol KF05BT 3
Pulverförmiges Kupfer(I)sulfid 3
Das Material wurde in eine Form mit einer Abschnittslänge von 25 mm und einer Abschnittshöhe von 10 mm gefüllt, so daß die Enddimensionen 25 x 10 x 10 mm betrugen.
Der Druckstempel wurde abgesenkt, und es wurde ein Druck von 100 kg/cm² aufgebracht.
Ultraschall-Energie wurde für die Zeit von 2,3 5 aufgebracht, und der Druck wurde weitere 3 s lang beibehalten, bevor die Bürste aus der Form ausgestoßen wurde.
Das endgültig erhaltene Teil hatte einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,128 Ωcm.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes (150, 151,152) aus einem Verbundwerkstoff-Material, das die Schritte umfaßt, daß man

(a) ein Verbindungsmaterial (150) bereitstellt, das besteht aus einer Mischung aus

(i) einem härtbaren, eine Matrix bildenden Bindemittel;

(ii) wenigstens einem teilchenförmigen Material; und

(iii) gegebenenfalls weiteren Zusätzen;

(13) einen Grünkörper herstellt, indem man das Verbindungsmaterial (150) in die Form des gewünschten Formlings bringt und verdichtet;

(c) den Gegenstand (150,151, 152) durch Härten des härtbaren, eine Matrix bildenden Bindemittels in dem Grünkörper herstellt; und

(d) gegebenenfalls die Matrix in dem in Schritt (c) hergestellten Gegenstand einer Nachhärtung unterwirft;

worin der Verdichtungs-Verfahrensschritt (b) die Anwendung von Druck umfaßt und der Härtungs-Verfahrensschritt (c) die Anwendung von Ultraschall-Energie umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an härtbarem, eine Matrix bildenden Bindemittel im Bereich von 5 bis 50 Vol.-%, vorzugsweise von 15 bis 45 Vol.-%, insbesondere von 20 bis 35 Vol.- % des verdichteten Verbindungsmaterials des Grünkörpers liegt und daß die Verfahrensschritte des Verdichtens und Härtens in Schritt (b) und (c) umfassen

(i) eine Verdichtungs- und Aufheizphase, worin das Verbindungsmaterial gleichzeitig einem Druck und der Ausbreitung von Ultraschall-Energie unterworfen wird, wobei der Druck größer ist als der innere Dampfdruck und die Amplitude der Ultraschall- Strahlung, die auf das Material aufgebracht wird, in einem solchen Bereich gewählt wird, daß dies die Überschreitung der inneren Reibungskräfte erlaubt, wobei eine gewünschte Dichte durch die gemeinsame Einwirkung von Druck und Bewegungen zwischen den Teilchen erreicht wird und eine einheitliche Erwärmung im Inneren im wesentlichen durch die Reibung zwischen den Teilchen erreicht wird, wobei eine ausreichende Menge Ultraschall-Energie in Hitze umgewandelt wird, um die Bildung einer zusammenhängenden, ungehärteten Matrix mit einer Temperatur sicherzustellen, bei der das Bindemittel zur Härtung bereit ist;

(ii) eine nachfolgende Anfangs-Härtungsphase, in der das Bindemittel durch gleichzeitige Anwendung von Druck und Ultraschall-Energie auf einen gewünschten Grad gehärtet wird; und

(iii) gegebenenfalls eine nachfolgende Halte- und Verfestigungsphase, in der das Bindemittel durch alleinige Anwendung von Druck auf einen gewünschten Grad gehärtet wird;

wobei der Grünkörper auf einen Grad gehärtet wird, mit dem eine sichere Handhabung und Formstabilität des Gegenstandes sichergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der angewendete Druck bei einem Wert im Bereich von 10 bis 200 kg/cm² konstant gehalten wird, vorzugsweise bei einem Wert von 60 bis 120 kg/cm², insbesondere bei einem Wert von 70 bis 100 kg/cm².

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Energiedichte pro Gewichtseinheit des Verbindungsmaterials unter Druck im Bereich von 33 bis 16.500 kJ/kg liegt, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 5.000 kJ/kg, besonders im Bereich von 100 bis 800 kJ/kg.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die angewendete Ultraschall-Energie-Ausbreitungsrate pro Gewichtseinheit des Verbindungsmaterials unter Druck im Bereich von 33 bis 660 kW/kg liegt, vorzugsweise im Bereich von 50 bis 400 kW/kg, insbesondere im Bereich von 66 bis 165 kW/kg.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultraschall-Energie eine Frequenz allgemein über 18 kliz aufweist, vorzugsweise von 18 bis 40 kHz, insbesondere etwa 20 kHz.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand durch thermisches Erhitzen nachgehärtet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand außerdem wenigstens ein Trägerelement umfaßt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige Material ein Verstärkungsmaterial umfaßt, das gewählt ist aus einer Gruppe, die besteht aus Mineralteilchen einschließlich Calciumcarbonat, Metalloxiden, Baryt, Siliciumoxid, Ton, Glaskugeln, Graphit, Ruß oder Kokspulver; hitzebeständigen synthetischen Fasern einschließlich Mineralfasern, aromatische Polyamidfasern, Novolack- Fasern, Glasfasern, Steinwolle, Carbonfasem, Eisenschwamm, dendritischem Kupfer und gemahlenem magnetischem Neodym-Bor-Eisen; hitzebeständigen Mineralien mit länglicher Kristallform und einem Seitenverhältnis größer als 3 einschließlich Wollastonit, Attapulgit und Sepiolit; und hitzebeständigen Kristallen mit einer glimmerartigen Form einschließlich Muscovit, Phlogopit, Lepidolit, Biotit und glimmerartigem Hämatit.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das teilchenförmige Material ein elektrisch leitfähiges Material ist, das gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus graphitisierten Carbonfasern, leitfähigen Füllstoffen einschließlich leitfähigem Ruß, leitfähigen Polymeren einschließlich Polyethylenoxid oder elektrisch leitfähigen Polymeren einschließlich Polyacetylen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix ein hartes, abnutzungsfestes und unschmelzbares wärmegehärtetes Polymer ist, das durch Härten eines härtbaren, eine Matrix bildenden Bindemittels unter dem Einfluß von Hitze erzeugt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Matrix bildende Bindemittel gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus einem wärmehärtenden Polymer des Kondensations-Typs einschließlich Kondensationspolymeren von Formaldehyd in Kombination mit Phenol, Harnstoff, Melanin oder Resorcin(ol), Diallylphthalat und Diallyisophthalat; Polyesterharzen einschließlich ungesättigten Polyesterharzen und Kondensationsharzen des Additions-Typs, die erhalten werden durch Reaktion von Polyolen mit mehrfunktionellen Carbonsäuren wie beispielsweise Adipinsäure oder Terephthalsäure; Vinylestern; Epoxypolymeren einschließlich Diglycidylethern von Bisphenol A; Epoxy- Novolack-Harzen, die erhalten werden durch Reaktion von Epichlorhydrin und Phenol- Novolack-Harzen, die herkömmlich unter Zusatz von Ammen oder Anhydriden gehärtet werden; Polyamid-Imid-Polymeren; Polyimid-Polymeren; Polyurethanen einschließlich der Polymerisationsprodukte von Polyolen und Diisocyanaten wie beispielsweise Trimethylolpropan und Toluoldiisocyanat; und wärmebeständigen Silicon-Polymeren einschließlich Phenylmethyl-Silanolprodukten und Methyl-Hydroxy-funktionellen Silanolprodukten, die zur Reaktion gebracht werden mit Phenol-Harzen, Epoxy-Harzen, Polyester-Harzen oder anderen harzartigen Materialien, die Hydroxygruppen enthalten.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand gewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus einem Scheibenbrems-Belag, der eine Schichtenstruktur aus einem Reibungsmaterial, einer die Haftung fördernden Unterschicht und eine Stützplatte aus Stahl umfaßt; einem elektrisch leitfähigen Material und einer Kollektor-Bürste, die ein elektrisch leitfähiges Material umfaßt.

13. Vorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes (150, 151, 152) eines Verbundwerkstoff-Materials nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend

(a) einen elektrischen Oszillator (11);

(b) eine Ultraschall-erzeugende Vorrichtung (120);

(c) ein in Bezug auf den Schall abgestimmtes Energie-Übertragungssystem, das einen Schallamplituden-Verstärker (121) und eine Sonotrode (122) umfaßt;

(d) einen geschlossenen Form-Hohlraum (131); und

(e) eine Druck erzeugende Vorrichtung (140),

dadurch gekennzeichnet, daß der Schall-Amplituden-Verstärker (121) ein Umkehr-Schallamplituden-Verstärker ist.