DE3303295A1

DE3303295A1 - Siliciumcarbidfaserverstaerkter keramikverbundstoff

Info

Publication number: DE3303295A1
Application number: DE19833303295
Authority: DE
Inventors: John Joseph 06480 Portland Conn. Brennan; Karl Michael 06066 Vernon Conn. Prewo
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1982-02-05
Filing date: 1983-02-01
Publication date: 1983-08-18
Also published as: US4410635A; CH653662A5; GB2114620A; GB8303080D0; GB2114620B; JPH0348157B2; IT8319425A0; DE3303295C2; JPS58145668A; FR2521128A1; IT1175913B; AT385502B; ATA36883A; FR2521128B1

Description

Silicxumcarbidfaserverstärkter Keramikverbundstoff

Die Erfindung bezieht sich auf faserverstärkte Verbundstoffe.

Wegen der Knappheit und des steigenden Preises vieler herkömmlicher warmfester Metalle für Bauzwecke wird kein Metall enthaltenden Verbundstoffen als Ersatz für herkömmliche warmfeste, Metall enthaltende Materialien zunehmende Aufmerksamkeit gewidmet. Die Verwendung von Metall ersetzenden, hochfesten, faserverstärkten Kunstharz- und sogar hochfesten, faserverstärkten Metallmatrixverbundstoffen hat den Punkt kommerzieller Akzeptanz bei Produkten erreicht, die von Sportartikeln bis zu Bauteilen von modernen Düsenflugzeugen reichen. Eines der großen Probleme bei diesen Verbundstoffen ist bislang jedoch deren maximale Gebrauchstemperatur. Obgleich große Anstrengungen unternommen worden sind, die Gebrauchstemperatur zu erhöhen, beispielsweise durch Verwendung von Ver-

bundstoffen wie graphitfaserverstärktem Glas und aluminiumoxidfaserverstärktem Glas, gibt es immer noch viel Raum für Verbesserungen. Obgleich beispielsweise der graphitfaserverstärkte Glasverbundstoff hohe Festigkeits-, Dauerfestigkeits- und Bruchzähigkeitswerte aufweist, tritt bei ihm bei erhöhten Temperaturen eine nachteilige Faseroxidation auf. Obgleich Verbundstoffe wie aluminiumoxidfaserverstärktes Glas bei hohen Temperaturen oxidationsbeständig sind, sind die Gesamtfestigkeits- und -zähigkeitswerte, die bei diesen Verbundstoffen erzielbar sind, kleiner als sie beispielsweise bei einem graphitfaserverstärkten Glassystem möglich sind. Benötigt wird demgemäß ein Verbundstoff mit hoher Festigkeit, hoher Bruchzähigkeit und großer Oxidationsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Festigkeits-, Bruchzähigkeits- und Oxidationsbeständigkeitsprobleme zu lösen, die bei bekannten Verbundstoffen vorhanden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung mit unterbrochenen Siliciumcarbidfasern verstärkte Keramikverbundstoffe, die eine hohe Festigkeit, eine hohe Bruchzähigkeit und eine hohe Oxidationsbeständigkeit selbst bei erhöhten Temperaturen haben.

Die hochfesten Verbundstoffe nach der Erfindung, in denen die unterbrochenen Siliciumcarbidfasern in im wesentlichen ebener, willkürlicher Ausrichtung in der Keramikmatrix verlegt sind, haben Festigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften, die besser sind als die der KeramJJaiatribi, und zwar selbst bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise über 8 00 ⁰C und sogar über 1000 ⁰C.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher beschrieben.

Ein Glas, das in eine Keramik umgewandelt werden kann, ist das ideale Matrixmaterial zum Herstellen der Verbundstoffe nach der Erfindung. Während der Verbundstoffverdichtung wird die Matrix im glasartigen Zustand gehalten, wodurch eine Faserbeschädigung vermieden und die Verdichtung unter geringer Druckbeaufschlagung gefördert wird. Nach der Verdichtung zu der gewünschten Faser/Matrix-Konfiguration kann die glasartige Matrix in den kristallinen Zustand überführt werden, wobei der Grad und das Ausmaß der Kristallisation durch die Matrixzusammensetzung und das benutzte Wärmebehandlungsprogramm kontrolliert werden. Es könnte zwar eine Vielfalt von Gläsern auf diese Weise benutzt werden, eine strikte Beschränkung der Menge und der Aktivität von in dem Glas vorhandenem Titan ist jedoch von ausschlaggebender Bedeutung. Wenn Titandioxidkeimbildungsmittel benutzt werden, müssen diese demgemäß inaktiviert oder unter 1 Gew.-% gehalten werden. Das kann erreicht werden, indem einfach ein anderes Keimbildungsmittel, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid, statt des herkömmlichen Titandioxids benutzt wird oder indem ein Mittel, wie beispielsweise Blei, zugesetzt wird, um die Reaktivität des Titandioxids gegenüber der Siliciumcarbidfaser abzudecken. In jedem Fall ist es jedoch notwendig, die Auswirkungen des Titandioxids auf die Siliciumcarbidfaser entweder zu eliminieren oder abzudecken, um einen Verbundstoff mit den beschriebenen verbesserten Eigenschaften zu erzielen. Es wird angenommen, daß dieses Problem auf die Reaktivität des Titans gegenüber der Siliciumcarbidfaser zurückzuführen ist. Herkömmliches Lithiumaluminosilicat ist zwar die bevorzugte Glaskeramik, andere herkömmliche Glaskeramiken, wie Aluminosilicat, Magnesiumaluminosxlicat, Bariümaluminosilicat und Kombinationen derselben können jedoch benutzt werden, solange das Keramikmatrixmaterial

titanfrei ist. Mit titanfrei ist gemeint, daß die Zusammensetzung weniger als etwa 1 Gew.-% Titan oder zusätzliche Komponenten (wie beispielsweise Blei), die die Reaktivität des Titans gegenüber den SiC-Fasern abdecken oder inaktivieren, enthält. Es hat sich außerdem gezeigt, daß die Reaktivität des Titans und dessen nachteilige Auswirkungen auf den Verbundstoff durch eine Kombination aus geringerer Titandioxidkeimbildungsmittelkonzentration und niedrigeren Warmpreßtemperaturen verringert werden können, z.B. mit einer Glaskeramikzusammensetzung mit weniger als 2 Gew.-% Titandioxid, warmgepreßt bei Temperaturen unter etwa 1100 ⁰C. ZrOj ist, wie oben erwähnt, ein bevorzugter Ersatz für das Titandioxidkeimbildungsmittel in Mengen bis zu etwa 5 Gew.-%, ohne daß nachteilige Auswirkungen auf die Eigenschaften des Verbundstoffes hervorgerufen werden. Andere Keimbildungsmittel eignen sich ebenfalls als Ersatz für das Titandioxid. Es sei angemerkt, daß im allgemeinen das Ausgangsglaskeramikmaterial im glasartigen Zustand in Pulverform erhalten werden kann. Wenn jedoch das Keramikmaterial in kristalliner Form erhalten wird, wird es notwendig sein, das Material zu schmelzen, um es in den glasartigen Zustand zu überführen, es erstarren zu lassen und anschließend zu einem Pulver zu zerkleinern, vorzugsweise mit einer Teilchengröße bis zu etwa 0,044 mm. Ein wichtiger Teil der Erfindung ist, Glaskeramikmatrixmaterial so wie das oben beschriebene zu wählen, das (in Kombination mit den SiC-Fasern) in dem glasartigen Zustand verdichtet werden kann, und zwar bei einer Viskosität, die niedrig genug ist, um die vollständige Verdichtung zu gestatten, mit anschließender Umwandlung in einen im wesentlichen vollständigen kristallinen Zustand, was einen Verbundstoff mit einer Gebrauchstemperatur von über 1000 ⁰C ergibt. Es ist außerdem möglich, das kristalline Ausgangspulver während der Vor-

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Wärmbehandlung vor der Druckbeaufschlagung zur Verdichtung in den glasartigen Zustand zu überführen.

Jedes Siliciumcarbidfasersystem mit der erforderlichen Festigkeit kann benutzt werden, obgleich ein mehrfädiges Silicumcarbidgarn mit einem mittleren Fadendurchmesser von bis zu 50 μΐη bevorzugt wird und ein Garn mit einem mittleren Fadendurchmesser von 5 bis 50 μπι besonders bevorzugt wird. Die Nippon Carbon Company, Japan, stellt ein solches Garn mit etwa 250 Fasern pro Seil und einem mittleren Faserdurchmesser von etwa 10 μπι her. Die mittlere Festigkeit der Faser beträgt ungefähr 2000 MPa (300,000 psi), und sie hat eine Gebrauchstemperatur von bis 1500 ⁰C. Das Garn hat eine Dichte von ungefähr 2,7 g/cm³ und einen Elastizitätsmodul von ungefähr 221 GPa (32 χ 10 psi). Die Fasern werden durch irgendeine herkömmliche Vorrichtung auf Papierlänge (z.B. etwa 1,0 bis etwa 3,0 cm) zerhackt und durch herkömmliche Papierherstellverfahren zu Blättern geformt. Die Silicumcarbidfaser ist in dem Verbundstoff in einer Menge von etwa 15 bis etwa 50 Vol.-% vorhanden.

Das Siliciumcarbidpapier, das bei den Proben nach der Er-

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findung benutzt wurde, war zwar isotrop gelegt, d.h. mit im wesentlichen gleicher Faserzahl in der Ebene in jeder Richtung, die Faserlegung kann jedoch in Vorbereitung auf einen Gegenstand, wenn bekannt ist, daß dieser Gegenstand eine Spannung hauptsächlich in einer einzigen Richtung empfängt, in einer besonderen Richtung in der Ebene begünstigt werden. Damit jedoch die verbesserten Eigenschaften der Verbundstoffe nach der Erfindung gewährleistet sind, sollte diese begünstigte Legung etwa 90 % der gesamten Faserlegung nicht überschreiten, die Fasern sollten eben gelegt werden, und die mittlere Faserlänge sollte vorzugsweise etwa 1 bis etwa 3 cm betragen.

Die Verbundstoffe nach der Erfindung werden vorzugsweise hergestellt, indem das hergestellte Papier auf die gewünschte Verbundstofform zugeschnitten wird, woran sich das Entfernen des für die Papierherstellung benutzten Bindemittels anschließt, beispielsweise durch Eintauchen in ein Lösungsmittel oder durch Berühren jeder Lage mit einer Bunsenbrennerflamme, um das Bindemittel zu verbrennen. Die Lagen werden dann entweder in eine Aufschlämmung der Glaskeramik eingetaucht oder einfach mit Schichten pulverisierter Glaskeramik gestapelt, wobei die Schichten pulverisierter Glaskeramik ausreichen, um die Zwischenräume zwischen den Lagen im wesentlichen zu füllen,und jeweils zwischen die Lagen eingebracht werden. Die so gebildeten Gegenstände werden dann bei erhöhter Temperatur warmgepreßt, um die Verbundstoffe herzustellen.

Das Verfahren zum Herstellen des Verbundstoffes ist für das Erzielen der beschriebenen verbesserten Eigenschaften ebenfalls wichtig. Die Keramikbestandteile werden im allgemeinen in Pulverform (vorzugsweise mit einer Teilchengröße bis zu etwa 0,044 mm) im glasartigen Zustand (nichtkristalliner Form) erhalten und in diesem Pulverzustand mit den Silicumcarbidfasern durch Warmpreßfestigung kombiniert. Nach der Verdichtung wird der Verbundstoff ausreichend lange auf einer ausreichenden Temperatur gehalten, um die nichtkristalline Keramik durch kontrollierte Keimbildung und kontrolliertes Wachstum der kristallinen Phasen in den kristallinen Zustand umzuwandeln.

Die Verarbeitungsparameter und die Zusammensetzung des Materials, das benutzt wird, können in Abhängigkeit von

dem Endzweck des Gegenstands stark variieren. Es ist zwar nicht notwendig, die Lagen in irgendeiner besonderen Richtung zu legen, es hat sich jedoch herausgestellt, daß die besten Festigkeitseigenschaften erzielt werden, wenn jede einzelne Lage in derselben Richtung gelegt wird, d.h. wenn alle Lagen während des Legens so ausgerichtet werden, daß ihre ursprüngliche Ausrichtung bezüglich der Papierrollachse beibehalten wird.

Das bevorzugte Verfahren zum Herstellen der Gegenstände nach der Erfindung ist das Warmpressen des Gemisches aus Siliciumcarbidfasern und nichtkristallinem Keramikpulver, wie oben erwähnt. Dieses Verfahren ergibt eine besondere Entwurfsflexibilität hinsichtlich des Ausrichtens der Fasern, und die durch dieses Verfahren hergestellten Blätter eignen sich besonders zum Warmpressen in die gewünschten Formen. Ein exemplarisches Verfahren beinhaltet das kontinuierliche Abwickeln einer Rolle Siliciumcarbidpapiers von einer Trommel mitmäßiger Geschwindigkeit und das Hindurchleiten dieser Fasern durch eine Aufschlämmung aus der pulverisierten Keramik, einem Lösungsmittel und einem Weichmacher zum Tränken der Blätter. Die getränkten Blätter können dann wieder auf eine größere rotierende Trommel aufgewickelt werden. Eine Aufschlämmungszusammensetzung kann beispielshalber aus 40 g pulverisierter Glaskeramik und 780 ml Propanol bestehen. Eine andere Zusammensetzung kann aus 85 g Glaskeramik und 200 g Propanol, 10 g Polyvinylalkohol und 5 Tropfen (ungefähr 1 cm³) eines Netzmittels, wie beispielsweise Tergitor^ bestehen. Die Aufnahmetrommel wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von einer Umdrehung pro Minute oder einer linearen Geschwindigkeit von 1,52 m/min gedreht, überschüssige Glaskeramik und überschüssiger Feststoff können entfernt werden, indem ein Quetscher während des Aufwickeins gegen die Trommel gedrückt wird. Die gemahlene Keramik hat vorzugsweise eine derarti-

ge Teilchengröße, daß 90 % derselben durch ein Sieb hindurchgehen, das eine Öffnungsgröße bis zu 0,044 mm hat. Das so getränkte Band wird dann getrocknet, und zwar entweder bei Umgebungstemperatur oder mit einer Strahlungswärmequelle, um das Lösungsmittel zu entfernen.

Im Anschluß an das Tränken werden die Blätter von der Trommel abgenommen und in Streifen geschnitten, um sie den Abmessungen des herzustellenden Gegenstands anzupassen. In einem wichtigen Verfahrensschritt wird dann der zusammengesetzte Verbundstoff entweder unter Vakuum oder in einem Inertgas, wie beispielsweise Argon, in Metallformen, die mit kolloidalem Bornitrid überzogen sind, oder in Graphitformen,die mit Bornitridpulver besprüht sind, bei Drücken von 6,9-13,8 MPa (1000-2000 psi) und bei Temperaturen von 1100-1500 ⁰C warmgepreßt. Die Warmpreßzeit wird in Abhängigkeit von dem Verbundstoffaufbau zwar variieren, im allgemeinen wird sie jedoch zwischen etwa 10 min und 1 h liegen. Zusätzliches Glas, ebenfalls in Pulverform, kann jeweils zwischen die Schichten beim Legen derselben eingefügt werden. Der Gehalt an SiC-Fasern in dem Verbundstoff beträgt vorzugsweise etwa 15 bis etwa 50 Vol.-%. Die Form kann außerdem gerüttelt werden, um eine gleichmäßige Verteilung des Keramikpulvers über den gelegten Faseroberflächen zu gewährleisten. Das Verarbeiten durch Beginnen mit dem Matrixmaterial im glasartigen Zustand, um die Verbundstoffverdichtung durch Warmpressen zu gestatten, und durch anschließendes Umwandeln der Keramik in den kristallinen Zustand trägt weitgehend zu den überlegenen Eigenschaften des sich ergebenden Verbundstoffes bei. Wenn es sich nach dem Warmpressen herausstellt, daß ein nennenswerter Anteil des Keramikmatrixmaterials sich im glasartigen Zustand befindet, kann eine weitere Wärmebehandlung

notwendig sein, um die Matrix für eine optimale Leistungsfähigkeit bei hoher Temperatur im wesentlichen vollständig zu kristallisieren. Es wird zwar bevorzugt, daß das Keramikmatrixmaterial im vollständig keramischen Zustand vorliegt, akzeptable Verbundstoffeigenschaften sind jedoch selbst dann erzielbar, wenn ein Teil der Keramikmatrix in dem Verbundstoff im glasartigen Zustand bleibt, z.B. bis zu 25 Gew.-%.

Auf der Basis der Zusammensetzung des Matrixmaterials, der besonderen Faserverstärkung und des Verfahrens zum Herstellen des Verbundstoffes wird ein Gegenstand mit außergewöhnlich hoher Festigkeit, Bruchzähigkeit und Oxidationsbeständigkeit, insbesondere bei hohen Temperaturen, erzielt.

Die obige Verfahrensbeschreibung und das unten angegebene Beispiel zeigen, daß die Verbundstoffe nach der Erfindung viel leichter herstellbar sind als Verbundstoffe mit durchgehenden Fasern. Die besondere Sorgfalt, die erforderlich ist, wenn durchgehende Fasern gelegt werden, ist hier nicht notwendig. Weiter ist es bekannt, daß sich in Verbundstoffen, die durchgehend verlegte Fasern enthalten, Mikrorisse parallel zu der Faserlänge ausbilden können, wenn sie zusammengedrückt werden, was zur Bildung von Kanälen und zur Fluidleckage führen kann. Wegen der unterbrochenen Ausrichtung der Fasern bei dem Verbundstoff nach der Erfindung ist das nicht möglich. Es ist außerdem bemerkenswert, daß Keramikverbundstoffe, die mit durchgehenden Siliciumcarbidfasern verstärkt sind, zwar Werte der Zugdehnung bis zum Reißen (tensile strain to failure) in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3 % haben, daß die Verbundstoffe nach der Erfindung, die mit unterbrochenen Fasern verstärkt sind, jedoch Werte über 0,6 % haben dürften.

- Mr -Ail

Beispiel

Siliciumcarbidfasern wie die oben beschriebenen, die von der Nippon Carbon Company geliefert wurden, wurden in Stücke von etwa 2,0 cm Länge zerhackt und zu papierartigen Blättern verarbeitet (durch die International Paper Co.), die etwa 5 bis 10 Gew.-% eines Polyesterbindemittels enthielten und dann in einzelne Stücke von etwa 6,99 cm mal 1 ν 59 cm zerschnitten wurden. Das Bindemittel wurde entfernt, indem jede Lage über eine Bunsenbrennerflamme gehalten wurde, um das Bindemittel zu verbrennen. Die Lagen wurden dann in eine Aufschlämmung aus Lithiumaluminosilicatglaskeramikpulver (im wesentlichen das gleiche wie Corning 9608, wobei aber ZrO₉ den TiO^-Keimbildungszusatz des 9608 aus den oben angegebenen Gründen ersetzte) in Propanol eingetaucht. Eine exemplarische Aufschlämmungszusammensetzung bestand aus 40 g pulverisierter Glaskeramik in 780 ml Propanol. Vorzugsweise wird die Glaskeramik gemahlen, so daß 90 % von ihr durch ein Sieb mit einer Öffnungsgröße von bis zu 0,044 mm hindurchgehen. Die so getränkten Faserstücke können dann entweder an Luft getrocknet oder mit einer Strahlungswärmequelle, wie beispielsweise einem Heizgebläse, getrocknet werden, um das Lösungsmittel zu entfernen. Ebenso ist es nicht notwendig, die unterbrochenen Fasern in die gewünschte Form zu schneiden, bevor der Verbundstoff hergestellt wird, sie können aber nach der Tränkung mit der Glaskeramik so zugerichtet werden. Die sich ergebenden getränkten Papiere wurden etwa 50 Schichten hoch in einer Form zur Festigung bei erhöhter Temperatur gestapelt. Die Festigung durch Warmpressen wurde bei 1450 ⁰C bei einem Druck von etwa 6,9 MPa (1 χ 10³ psi) während etwa 15 min in inerter Atmosphäre (Vakuum und Argon) ausgeführt. Die sich ergebenden Verbundstoffe

enthielten etwa 40 Vol.-% Siliciumcarbidfasern, und der Rest bestand aus Lithiumaluminosilicatkeramik. Die Proben waren etwa 1,78 mm dick.

Überlegene Festigkeit, Reißdehnung (failure strain), Isotropie in der Ebene (für isotrop gelegte Fasern), Fluidundurchlässigkeit, Bruchzähigkeit, Verschleißfestigkeit, Verformbarkeit, maschinelle Bearbeitbarkeit und einfache Herstellbarkeit sind Schlüsseleigenschaften, die die Verbundstoffe nach der Erfindung von den bekannten unterscheiden. Dreipunktbiegefestigkeitstests wurden durchgeführt, um die Überlegenheit dieser Eigenschaften bei den Verbundstoffen nach der Erfindung zu demonstrieren. Bei den Dreipunktbiegetests hatten die getesteten Proben eine Größe von 5,5 cm χ 0,5 cm χ 0,2 cm. Alle Proben wurden vorher an der Oberfläche mit einem Diamantschleifrad geschliffen, um überschüssige Oberflächenglaskeramik, die aus der Fertigung resultiert, zu entfernen. Bei den drei getesteten Proben wurden Biegefestigkeitswerte von 162 MPa, 166 MPa bzw. 169 MPa (23.6 χ 10³ psi, 24.1 χ 10³ psi bzw. 24.6 χ 10³ psi) und Biegemodulwerte von 87 GPa, 90 GPa bzw. 89 GPa (12,7 χ 10⁶ psi, 13.1 χ 10⁶ psi bzw. 13.0 χ 10⁶ psi) aufgezeichnet. Weiter wird erwartet, daß diese Werte bei erhöhten Temperaturen (z.B. über 800 ⁰C und sogar über 1000 ⁰C) in einer oxidierenden Atmosphäre erhalten bleiben. Das ist einer der Hauptvorteile, den die Verbundstoffe nach der Erfindung gegenüber ähnlich aufgebauten graphitfaserverstärkten Verbundstoffen haben, bei denen diese Festigkeiten unter diesen Bedingungen nicht erhalten bleiben würden. Es sei beispielsweise Sp. 8, Z. 60 ff der US-PS 4 263 367 beachtet, wo die Probleme beschrieben sind, die bei durch unterbrochene Graphitfasern verstärkten Verbundstoffen bei Wärmebeaufschlagungstests in einer oxidierenden Umgebung auftreten.

Es ist besonders bemerkenswert, daß selbst nach anfänglichem Brechen die Verbundstoffe nach der Erfindung einen wesentlichen Bruchteil ihrer ursprünglichen Festigkeit vor dem Test behalten. Diese Bruchfestigkeit, selbst in Gegenwart einer begonnenen Beschädigung, ist ein deutlicher Unterschied zu der Sprödigkeit herkömmlicher Keramikgegenstände .

Die verstärkten Keramiken nach der Erfindung sind in Umgebungen besonders brauchbar, wo Oxidationsbeständigkeit, hohe Festigkeit und Zähigkeit erforderlich sind, und sind speziell an diese Eigenschaften in einer Hochtemperaturumgebung (z.B. über 1000 ⁰C und sogar, bei zusätzlicher Matrixmodifizierung, bei über 1200 ⁰C), wie beispielsweise in einem Gasturbinentriebwerk oder in einem Verbrennungsmotor sowie in warmfesten Keramikbauteilen, anpaßbar.

Weiter ist festgestellt worden,

- daß der Keramikverbundstoff nach der Erfindung eine Biegefestigkeit von über 68,8 MPa (10,000 psi) bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung hat;

- daß der Keramikverbundstoff nach der Erfindung eine Biegefestigkeit von mehr als 138 MPa (20,000 psi) bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung hat;

- daß der Keramikverbundstoff nach der Erfindung eine

1 /2
Bruchzähigkeit von über 3 MPa/m ' bei Temperaturen bei über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung hat; und

- daß der Keramikverbundstoff nach der Erfindung eine

1 /2
Bruchzähigkeit von über 5 MPa/m ' bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung hat. Der oben und in den Ansprüchen verwendete Begriff "Bruchzähigkeit" ist ein Maß für den Widerstand des Materials gegen die Ausbreitung eines bereits vorhandenen Risses oder Sprunges und kann auch als Faktor der kritischen Spannungsintensität bezeichnet werden.

Claims

Patentansprüche :

■ 1. Siliciumcarbidfaserverstärkter Keramikverbundstoff, gekennzeichnet durch hochfeste und einen hohen Elastizitätsmodul aufweisende, unterbrochene Siliciumcarbidfasern, die in im wesentlichen ebener, willkürlicher Ausrichtung in einer Keramikmatrix verlegt sind, so daß Festigkeits- und Bruchzähigkeitseigenschaften, die besser als die der Keramikmatrix sind, bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung erzielt werden.
2. Keramikverbundstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Biegefestigkeit von über 68,8 MPa bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung.
3. Keramikverbundstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Biegefestigkeit von über 138 MPa bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung.
4. Keramikverbundstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

1 /2 eine Bruchzähigkeit von über 3 MPa/m bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung.
5. Keramikverbundstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

1/2 eine Bruchzähigkeit von über 5 MPa/m bei Temperaturen über 800 ⁰C in einer oxidierenden Umgebung.
6. Keramikverbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikmatrix Lithiumaluminosilicat, Magnesiumaluminosilicat, Bariumaluminosilicat, Aluminosilicat oder irgendeine Kombination derselben ist.
7. Keramikverbundstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumcarbidfaser in einer Menge von etwa 15 bis etwa 50 Vol.-% vorhanden ist.
8. Siliciumcarbxdfaserverstärkter Keramikverbundstoff, gekennzeichnet durch etwa 15 bis etwa 50 Vol.-% an hochfesten, einen hohen Elastizitätsmodul aufweisenden Siliciumcarbidfasern, die eine mittlere Länge von 1 cm bis etwa 3 cm haben und in im wesentlicher ebener, willkürlicher Ausrichtung in einer Keramikmatrix mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten verlegt sind, was einen Verbundstoff mit Biegefestigkeit- und Bruchzähigkeitseigenschaften bei erhöhten Temperaturen ergibt, die besser als die der Keramikmatrix sind.