PL70988B1 - - Google Patents

Description

Uprawniony z patentu: British Railways Board, Londyn (Wielka Brytania) Sposób wytwarzania metalu wzmocnionego wlóknem weglowym Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania metalu wzmocnionego wlóknem weglowym.Wytwarzanie metalu wzmocnionego wlóknami weglowymi pozwala na uzyskanie struktury, która zacho¬ wuje mechaniczne wlasciwosci metalu w polaczeniu z anizotropowym wzmacniajacym wplywem wlókien weglowych.Znany jest sposób wytwarzania metalu wzmocnionego wlóknem weglowym bez zastosowania wysokich cisnien jedynie w tym przypadku, gdy stopiony metal zwilza wlókna. Jednakze wiekszosc metali stosowanych w technice nie zwilza wlókien weglowych.Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wytwarzania metalu wzmocnionego wlóknem weglowym, który nie ma tej niedogodnosci.Cel wynalazku zostal osiagniety przez to, ze do stopionego metalu wprowadza sie wlókna weglowe posiadajace ciagla powloke o grubosci nie przekraczajacej 500A wytworzona z weglika tytanu, wanadu, hafnu, tantalu, cyrkonu, niobu lub innych metali tworzacych monowegliki albo z wegliku chromu metoda reakcji metalu z weglem wlókien weglowych lub metoda osadzania z par halogenku metalu, przy czym do metalu osnowy dodaje sie ten sam metal, z którego wykonana jest powloka wlókien weglowych w ilosci 0,05% wago- » wyeh. i Do wytwarzania wyrobów z metalu wzmocnionego mozna stosowac znane sposoby odlewania metali.Sposób wytwarzania jest szybki. Mozliwe jest wytwarzanie tasm z metalu wzmocnionego wlóknami weglowymi, z których nastepnie mozna wykonywac elementy o zlozonych ksztaltach W sposobie wytwarzania metalu wzmocnionego wlóknami weglowymi wedlug wynalazku metoda stopowa stosuje sie wlókna weglowe pokryte weglikiem tytanu, wanadu, hafnu, tantalu, cyrkonu, niobu lub innych metali, które tworza monowegliki metali albo weglikiem chromu.Tego rodzaju powloka sama tworzy dostatecznie dobry uklad zwilzajacy dla wielu metali osnowy jak na przyklad aluminium. W innym rozwiazaniu sposobu wedlug wynalazku korzystne jest zastosowanie niewielkiej domieszki jednego z wymienionych metali do metalu osnowy.2 70988 Powloka na wlóknach weglowych, a takze domieszka jednego z metali w metalu osnowy wytwarza wiaza¬ nie chemiczne na powierzchni zetkniecia wlókno-metal. W przypadku zwlaszcza metali o niskim punkcie top¬ nienia pozwala to na zachowanie wysokiej temperatury i zapobiega zanikowi zwilzenia w przypadku lokalnego nadtopienia, na przyklad podczas zgrzewania na goraco. Najkorzystniejszym sposobem wytwarzania powlok * weglikowych na wlóknach jest reakcja metalu tworzacego weglik z weglem wlókien, na przyklad tak, jak w metodzie osadzania z par halogenków.W zaleznosci od metalu osnowy i od metalu domieszki metal ten wystepuje albo w roztworze stalym w metalu osnowy, albo jako zwiazek miedzymetaliczny z metalem osnowy. W przypadku gdy wystepuje on w roztworze stalym, korzystne jest, aby stezenie domieszki wynosilo co najmniej 0,05% wagowych metalu domieszki w roztworze stalym. W przypadku, gdy tworzy on zwiazek miedzymetaliczny, korzystne jest, aby ; temperatura stopu, do którego wprowadza sie pokryte wlókna weglowe byla utrzymana powyzej 700°C. \ Korzystne jest, aby powloka byla ciagla i aby jej grubosc nie przekraczala 500 A. Jak wynika z dotych¬ czas przeprowadzonych doswiadczen, najkorzystniejsze jest zastosowanie tytanu i to zarówno na powloke wegli¬ kowa, jak i jako metalu, który dodaje sie do metalu osnowy.Sposób wedlug wynalazku moze byc zastosowany miedzy innymi do takich metali osnowy, jak na przyklad stopy cyny i olowiu, co wiaze sie z zastosowaniem wynalazku w dziedzinie lozysk slizgowych, a po¬ nadto miedzi, aluminium i magnezu, co pozwala na wykonywanie wielu wyrobów o wzmocnionej strukturze W dalszej czesci opisu jest przykladowo opisany sposób wedlug wynalazku w którym zastosowano tytan jako metal tworzacy weglik na wlóknach weglowych, a takze jako domieszke w metalu osnowy.Na wlóknach weglowych wytwarza sie powloke weglikowa podczas reakcji tytanu z weglem wlókien przy zastosowaniu sposobu osadzenia z par jodku. Reakcja ta moze byc zapisana w nastepujacy sposób: 2 TiJ2 + C ^ TU4 + TiC Aby reakcja ta mogla zachodzic musi byc spelniona nierównosc: AG rea| przy czym G oznacza zmiane energii swobodnej Gibbssa.W zakresie temperatury od 700°C do 1000°C AGrozkijjj2jest dodatnia, ale AGreakcjj jest ujemna tak, ze tytan osadza sie wlasnie na weglu tworzac weglik tytanu.Powloka ta przylega do wlókien weglowych i jest rozmieszczona równomiernie. Rozmiary czastek sa rzedu 100 Ado 500 A, a grubosc powloki mozna uzyskac takiego samego rzedu.Powloka jest krucha i slabsza od wlókien weglowych ale jezeli jej grubosc jest mniejsza niz 500 A, to mozna dopuscic wystepujace przy tym zmniejszenie wytrzymalosci.Wlókna weglowe powleka sie przepuszczajac je przez piec reakcyjny, jednoczesnie w jednej lub dwóch warstwach, w atmosferze argonu, przy czym kazda warstwa sklada sie na przyklad z 10 000 wlókien.Komora reakcyjna jest oddzielona od atmosfery za pomoca syfonów plynowych które znajduja sie na wejsciu i na wyjsciu i które pozwalaja na utrzymanie reagentów jodu i tytanu w komorze i na utrzymanie tlenu poza komora. Wlókna przechodza na wejsciu i na wyjsciu przez komory odpowiednio skonstruowane, które zapobiegaja ulatnianiu sie jodu z pieca.Przy zastosowaniu temperatury reakcji 950°C, przy stosunku tytanu do jodu 5 :1 tworzy sie jodek tytanu, który reaguje z weglem w opisany uprzednio sposób. Szybkosc tworzenia sie powloki, która decyduje o szyb¬ kosci przesuwania warstw przez komore reakcyjna jest taka, ze warstwy przesuwa sie przez komore z szybkoscia 8 m/godz.Podobne rozwazania termodynamiczne wykazuja, ze sposób ten moze byc zastosowany do innych metali tworzacych wegliki, a mianowicie do chromu, niobu, cyrkonu, molibdenu, przy zastosowaniu jodu, lub innych halogenków. Jednakze tytan wytwarza najlepiej przylegajace i ciagle powloki, a proces jodowy pozwala w wiek¬ szym stopniu regulowac grubosc powloki.Wlókna pokryte weglikiem tytanu w opisany powyzej sposób sa wprowadzane do metalu osnowy przy zastosowaniu zwyklej techniki odlewania metali, przy czym do metalu osnowy dodaje sie niewielka ilosc tytanu/ Powloka wegliku tytanu i domieszka tytanu zapewnia zadowalajace zwilzanie powierzchni wlókien weglowych przez metal osnowy.Istnieja dwie glówne mozliwosci wystepowania tytanu w stopie okreslonego metalu osnowy, który sam moze byc stopem. Moze on wystepowac w roztworze stalym i w tym przypadku uwalnia sie on w punkcie topnienia stopu. Takiuklad wystepuje w stopach miedzi w przypadku, gdy zawartosc tytanu wynosi co najmniej 0,5% wagowych. Druga mozliwosc polega na tym, ze tytan moie miec ograniczona rozpuszczalnosc w roztworze stalym w metalu stopu, a stosunki termodynamiczne moga sprzyjac tworzeniu sie zwiazków miedzy-70988 3 metalicznych. W przypadku topnienia takiego stopu rozpuszczalnosc zwiazku miedzymetalicznego w plynnym metalu moze byc bardzo niska (a zatem i zawartosc wolnego tytanu) i z tego powodu mozna osiagnac tempera¬ ture przekraczajaca punkt topnienia stopu metalu osnowy zanim wystapi zwilzanie. Na przyklad stop cyna-olów, który stanowi podstawe bialych metali na stopy lozyskowe w polaczeniu z 0,5% wagowych tytanu tworzy zwiazek miedzymetaliczny cyny i tytanu, który slabo rozpuszcza sie w stopionej masie az do okolo 800°C.W celu wzmocnienia takiego stopu wlóknami stop ten przegrzewa sie do tej temperatury zanim wleje sie go do odkrytych wlókien weglowych.Wlasnosci wytrzymalosciowe metalu wzmocnionego sposobem wedlug wynalazku sa lepsze niz ukladów wytwarzanych innymi sposobami. Powierzchnie przelomów ukladów wzmocnionych stopów miedzi, cyny z olo¬ wiem i glinu nie wykazuja wyciagania wlókien ze stopu, co pozwala sadzic, ze polaczenie wlókien weglowych z metalem osnowy jest dobre. Wzmocnione za pomoca sposobu wedlug wynalazku stopy cyny z olowiem mozna zastosowac jako stopy lozyskowe.W celu wykonania wkladki lozyskowej wlókna weglowe uprzednio pokryte powloka weglika tytanu sa umieszczone w formie krzemionkowej. W szyjce tej formy umieszcza sie metal osnowy o nastepujacym skladzie: 8% cyny, 0,5% tytanu, reszta olów. Stop ten jest topiony w szyjce przy pomocy pradów wysokiej czestotliwosci, az caly przeplynie do formy cylindrycznej, w której umieszczone sa wlókna weglowe pokryte powloka z wegli¬ ka tytanu i utworzy w niej uklad stopu wzmocnionego, to jest pas metalu osnowy, w którym osadzone sa wlókna weglowe. Forma jest poddawana wibracjom celem optymalnego rozlozenia skladników. Otrzymany w ten sposób stop wzmocniony zawierajacy 10% objetosciowo wlókien weglowych jest nastepnie w formie laczony przez wtapianie z blokiem ze stopu cynowo-olowiowego. Otrzymuje sie w ten sposób obiekty do badan, w których wlókna weglowe sa skupione w poblizu powierzchni slizgowej i rozciagaja sie równolegle do tej powierzchni.Przebadano lozysko posiadajace taka wkladke i wyniki badan porównano z wynikami badan lozyska ze zwyklego bialego metalu. Badapia przeprowadzono na maszynie Amslera zgodnej z wymaganiami normy.Tablica Bialy metal (Sn 12%, Sb 13%, reszta Pb) Wkladka 2 Ubytek masy mg 23,0 12,0 Szerokosc zadrapan mm 0,17 0,11 PL PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe 1. Sposób wytwarzania metalu, takiego jak miedz, glin, magnez, stop miedzi lub stop cynowo-olowiowy, wzmocnionego wlóknem weglowym, polegajacy na wprowadzaniu wlókien weglowych do stopionego metalu osnowy, zna m i e n n y t y m, ze wprowadza sie wlókna weglowe posiadajace ciagla powloke o grubosci nie przekraczajacej 500 A wytworzona z weglika tytanu, wanadu, hafnu, tantalu, cyrkonu niobu lub innych metali tworzacych monowegliki albo z weglika chromu, metoda reakcji metalu z weglem wlókien weglowych lub metoda osadzania z par halogenku metalu, przy czym do metalu osnowy dodaje sie ten sam metal, z którego wykonana jest powloka wlókien weglowych w ilosci 0,05% wagowych.

2. Sposób wedlug zastrz. 1,znamienny tym, ze metal osnowy podgrzewa sie do temperatury, przy której ze zwiazku metalicznego stanowiacego osnowe wydziela sie dodany metal.KL. 31 ba, 19/02; 47b, 33/12 70988 MKP B22d 19/02; F^6c 33/12 FIG.3 civ .NIA Ur7.edu Poter.to* --qo ii |ntr- i= ''-i l ' ji Prac. Poligraf. UPPRL. Naklad 120+18 Cena 10 zl PL PL