DE2059179A1

DE2059179A1 - Formkoerper aus Faserwerkstoff und Herstellungsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE2059179A1
Application number: DE19702059179
Authority: DE
Inventors: Friedrich Schneider; Dieter Dipl-Ing Stoeckel
Original assignee: G RAU GmbH and Co KG
Current assignee: G RAU GmbH and Co KG
Priority date: 1970-12-02
Filing date: 1970-12-02
Publication date: 1972-06-08
Also published as: FR2116467A1; FR2116467B1; JPS5555210U; GB1369048A; DE2059179B2; DE2059179C3; CH538317A

Description

Dr-lng.Herbert Moser

Patentanwalt JSKarlsrahe.titimgerstraßeZa

Anmelderin: G. Rau, Pforzheim ' 2059179

Formkörper aus Faserwerkstoff und Herstellungsverfahren hierzu

Die Erfindung betrifft einen Formkörper aus Faserwerkstoff, bei dem in ein Matrixmaterial eine Vielzahl von gerichteten Fasern eingebettet ist. Außerdem sind vorteilhafte Herstellungsverfahren für derartige Formkörper angegeben.

Als Faserwerkstoffe werden in der Technik Kombinationen von Glas-, Keramik-, Polymerfasern oder metallischen Fasern eingebettet in eine metallische oder nichtmetallische Matrix bezeichnet. Derartige faserverstärkte Werkstoffe auf metallischer und nichtmetallischer Grundlage sind in weitem Umfang gebräuchlich und weisen gegenüber den bekannten Werkstoffen günstigere physikalische und chemische Eigenschaften auf. Diese Eigenschaften hängen von einer Mehrzahl von Einflußfaktoren ab, insbesondere von den Eigenschaften des Matrix- bzw. Fasermaterials, vom Flächenanteil der Fasern am Gesamtquerschnitt sowie von der Faseranordnung, -verteilung und -verbindung. Optimale Eigenschaften lassen sich bei derartigen Faserwerkstoffen im allgemeinen nur durch eine spezielle Orientierung und Verteilung der Fasern im Matrixmaterial erreichen.

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Die bisher bekannten Verfahren zur Herstellung derartiger Verbundwerkstoffe gehen davon aus, daß die vorgefertigten Fasern durch Schmelzprozesse, pulvermetallurgische Methoden oder Drucksintern zwischen kompaktem Material mit Matrixmetall umgeben werden. Bei anderen bekannten Verfahren werden vorgefertigte Fasern durch Behandeln in einem Schmelzbad, einem Schlicker, einem Elektrolysebad oder durch Besprühen, Vakuumbedampfen oder mit anderen Abscheidungsverfahren mit Matrixmaterial umgeben. Anschließend wird durch Stapeln und Pressen der so vorgefertigten Fasern der Verbundwerkstoff mit gleichmäßiger Verteilung der Fasern hergestellt. Bekannt sind ferner Herstellungsverfahren, bei denen die vorgefertigten Fasern zunächst ungerichtet in das Matrixmaterial eingegeben und anschließend durch Umformverfahren ausgerichtet werden.

Die Erfindung geht von der Aufgabenstellung aus, einen Formkörper aus Faserwerkstoff zu schaffen, welcher ohne vorgefertigte Fasern in einfacher Weise herstellbar ist und mit den nachträglich erzeugten und orientierten Fasern günstige physikalische Eigenschaften erzielt. Das Kennzeichnende der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Formkörper aus Manteldrähten besteht, deren Kern das Fasermaterial, und deren Mantel das Matrixmaterial enthält, und daß die Fasern durch die mechanische Formgebung unter Querschnittsverringerung gegenüber dem Manteldraht erzeugt und zu einem Formkörper verbunden sind. Vorteilhafte mechanische Formgebungsverfahren sind dabei Ziehen, Walzen und Hämmern. Ein derartiger Formkörper wird zweckmäßig zusätzlich mit einer äußeren Ummantelung aus Matrixmaterial versehen, die bei der mechanischen Formgebung mitverformt wird.

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Ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung derartiger Formkörper kann darin bestehen, daß die Manteldrähte gebündelt und anschließend unter Querschnittsverringerung durch Ziehen spanlos verformt werden. Das Bündel der Manteldrähte kann ferner zweckmäßig als zusätzliche äußere Ummantelung mit einer dünnen Schicht aus Matrixmaterial in fester Phase, z.B. in Form eines Rohres, umgeben werden. Dieser Rohling wird dann durch spanlose Formgebungsverfahren, insbesondere durch Ziehen, verdichtet. Bei dieser Verformung erfolgt einerseits eine metallische Verbindung der Mantelwerkstoffe untereinander und mit der zusätzlichen äußeren Ummantelung, und gleichzeitig eine Querschnittsverringerung des gesamten Formkörpers und damit auch des eingelagerten Kernmaterials. Diese Verformung wird zweckmäßig mehrfach durchgeführt und so lange fortgesetzt, bis der gewünschte Faserquerschnitt erreicht ist. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, eine Zwischenglühung zur Erweichung des Kernmaterials und/oder zur Verschweißung des Matrixmaterials durch Diffusion durchzuführen. Der Volumenanteil der Fasern läßt sich bereits bei der Auswahl der Manteldrähte festlegen und kann in weiten Grenzen verändert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung sind sowohl der Kern als auch der Mantel metallische Werkstoffe.

Die Durchführung der Erfindung soll am Beispiel eines speziellen vorteilhaften Faserwerkstoffes erläutert werden. Dabei besteht das Matrixmaterial aus Reinsilber, in das

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als Faserwerkstoff austenitischer Chrom-Nickel-Stahl eingelagert werden soll. Ausgangsmaterial der Manteldrähte bildet ein Silberrohr von 10 mm Außendurchmesser und 3,4 mm Wandstärke, dessen innere Oberfläche durch geeignete, bekannte Maßnahmen gereinigt wurde, und in aas ein Hundkern von 3 mm Durchmesser aus verkupfertem Edelstahl eingebracht wurde. Der Volumenanteil des Edelstahls beträgt etwa 10 fi des Silbermatrixmaterials. Das Ausgangsmaterial wird durch anschließende wuerschnittsverminderung z.B. in 10 Ziehvorgängen auf einen Außendurchmesser von etwa 1 mm gebracht. Die Mante1-

* drahte von kreisförmigem Querschnitt von etwa 1 mm Durchmesser werden gebündelt und in ein dünnwandiges Silberrohr 5 x 0,2 mm eingesteckt, welches zusätzliche äußere Ummantelung bilden soll. Dieser .Rohling wurde in 25 Ziehvorgängen derart verformt, daß schließlich unter Bildung der Fasern ein drahtförmiger Forn körper entstand, bei dem in das Matrixmaterial Stahlfasern mit einem Durchmesser in der Größenordnung von einigen λι eingelagert waren. Dabei wurde durch die Bündelung eine nahezu ideale Verteilung der Fasern im Matrixmaterial erreicht. Außerdem können diese Formkörper zur Erzielung noch geringeren Faser-

. durchmessers vorteilhaft nochmals (evtl. mehrmals) in oben beschriebener Weise angeordnet und erneut verformt werden.

Das angegebene Herstellungsverfahren kann m verschiedener Weise abgewandelt werden, beispielsweise lassen sich die Manteldrähte außer in Parallellage auch in besonderer Anordnung, beispielsweise mit Vorzugsbereichen oder schraubenförmig verwunden anbringen, so daß bestimmte Faserorientierungen auch mit reinem Matrixkern und dgl. jederzeit möglich sind.

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Die Herstellung ist nicht auf zylindrische Körper beschränkt, sondern es können nach dem angegebenen Verfahren auch rechteckige Formkörper, bzw. sonstige Querschnittsformen erzielt werden.

In der Zeichnung sind Querschnitte von Formkörpern aus Faserwerkstoff dargestellt; es zeigen:

Figuren
.1i 3, 5, 7 und 9 einen Querschnitt durch aus

Manteldrähten zusammengesetzte Rohlinge vor der Verformung,

Figuren

2, 4, 6, 8 und 10 einen Querschnitt durch die endgültig gestalteten Formkörper

gemäß der Erfindung·

In Figur 1 erkennt man in vergrößerter Darstellung ein als zusätzliche Ummantelung dienendes Rohr 1 aus Matrixmaterial, in dessen Innenraum eine Mehrzahl von Manteldrähten 2 eingelegt ist. Der Kern 3 dieser Manteldrähte 2 besteht aus Fasermaterial, während der Mantel 4 das Matrixmaterial enthält.

Nach der gerneinsamen Ziehverformung ergibt sich gemäß Fig. ein homogener Formkörper aus Matrixmaterial, in den die Fasern in Parallellage eingebettet sind.

Die weiteren Figuren 3 - 10 zeigen andere geometrische Anordnungen, wobei in den Figuren 5, 6 sowie 9,10 jeweils

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Kerne 5 des Formkörpers aus Matrixmaterial oder auch aus anderen gegebenenfalls vorteilhaften Werkstoffen (z.B. hoher elektrischer Leitfähigkeit) vorhanden sind.

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Claims

Ansprüche

1. Formkörper aus Faserwerkstoff, bei dem in ein Matrixmaterial eine Vielzahl von gerichteten Fasern eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus Manteldrähten besteht, deren
Kern das Fasermaterial, und deren Mantel das Matrixmaterial enthält,'"undΓ "daß dieΓ Fasern durch die mecharnische Formgebung unter Querschnittsverringerung gegenüber dem Manteldraht erzeugt und zu einem Formkörper verbunden sind.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper eine zusätzliche äußere Ummantelung aus Matrixmaterial aufweist.

3. Formkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Ummantelung vor der Verformung entsprechend der gewünschten geometrischen Endform und/oder der günstigen Anordnung der Fasern im Formkörper festgelegt ist.

4. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Matrixmaterial Silber und das Kernmaterial an seiner Oberfläche verkupferter austenitischer Chrom-Nickel-Stahl ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Manteldrähte gebündelt und anschließend spanlos verformt werden.

6. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gebündelten Manteldrähte vor der spanlosen Verformung in eine äußere Ummantelung aus Matrixmaterial eingelegt werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Ummantelung derart gestaltet ist, daß eine vorgegebene Verteilung der Fasern erreicht wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Formkörper ein metallischer homogener Kern gebildet wird.

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