DE4100788A1 - Verfahren zum einstellen der groesse des innendurchmessers faserverstaerkter ringfoermiger gegenstaende - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung steht in enger Beziehung zu der deutschen Patentanmeldung (Anwaltsakte 12 898.3-RD-19851), für die die Priorität der US-Anmeldung mit der Serial-Nr. 493, 651 vom 15. März 1990 in Anspruch genommen wurde.

Die Erfindung betrifft allgemein ringförmige Strukturen, die mit einer Metallmatrix und einer Faserverstärkung hergestellt sind. Mehr im besonderen bezieht sie sich auf ringförmige Struk­ turen mit einer Matrix auf Titanbasis, verstärkt durch Fasern aus Siliziumkarbid und genaues Einstellen der inneren Abmes­ sungen solcher Strukturen auf einen vorbestimmten Wert inner­ halb sehr enger Grenzen.

Die Herstellung von Folien, Blechen und ähnlichen Gegenständen aus Titanbasislegierung und von verstärkten Strukturen, bei denen Siliziumkarbidfasern in eine Titanbasislegierung eingebet­ tet sind, sind in den folgenden US-PSen beschrieben: 47 75 547, 47 82 884, 47 86 566, 48 05 294, 48 05 833 und 48 38 337. Auf diese US-PSen wird ausdrücklich Bezug genommen. Die Herstellung von Verbundstoffen, wie sie in diesen US-PSen beschrieben sind, ist Gegenstand intensiver Untersuchungen, da diese Verbundstoffe im Hinblick auf ihr Gewicht sehr hohe Fe­ stigkeiten aufweisen. Eine der Eigenschaften, die besonders er­ wünscht ist, ist die hohe Zugfestigkeit, die den Strukturen durch die hohe Zugfestigkeit der Siliziumkarbidfasern oder -fäden verliehen wird. Die Zugfestigkeiten der Strukturen ste­ hen in Beziehung zur Mischungsregel. Nach dieser Regel ist der Anteil einer Eigenschaft, wie der Zugfestigkeit, die im Gegen­ satz zur Matrix den Fasern zugeschrieben wird, bestimmt durch den Volumenprozentgehalt an Fasern, der in der Struktur vor­ handen ist und durch die Zugfestigkeit der Fasern selbst. Ähnlich ist der Anteil der gleichen Zugfestigkeit, der der Ma­ trix zugeschrieben wird, bestimmt durch den Volumenprozentge­ halt, der in der Struktur vorhanden ist und die Zugfestigkeit der Matrix selbst.

Vor der Entwicklung der in den vorgenannten US-PSen beschrie­ benen Verfahren wurden solche Strukturen hergestellt durch sandwichartiges Anordnen der verstärkenden Fasern zwischen Fo­ lien aus Titanbasislegierung und Fressen der Stapel abwechseln­ der Schichten aus Legierung und verstärkenden Fasern, bis eine Verbundstruktur gebildet war. Diese Praxis nach dem Stand der Technik erwies sich jedoch als ungenügend, als Versuche unter­ nommen wurden, Ringstrukturen zu bilden, in denen die Fasern eine innere Verstärkung für den gesamten Ring bildeten.

Die in den obengenannten US-PSen beschriebenen Strukturen so­ wie die Verfahren, nach denen sie hergestellt wurden, stellten gegenüber der früheren Praxis der Bildung von Sandwiches aus Matrix und verstärkenden Fasern durch Zusammenpressen eine starke Verbesserung dar.

Später wurde festgestellt, daß diese Strukturen nach den obi­ gen US-PSen zwar eine starke Verbesserung gegenüber den vorher­ gehenden Strukturen darstellten, daß die potentiell sehr hohen Zugfestigkeiten dieser Strukturen praktisch nicht erreicht wur­ den. Die Untersuchung der Verbundstoffe, die nach den obigen US-PSen erhalten wurden, zeigte, daß zwar die Modulwerte all­ gemein in guter Übereinstimmung mit den Vorhersagen nach der Mischungsregel standen, daß jedoch die Zugfestigkeit üblicher­ weise sehr viel geringer war als aufgrund der Eigenschaften der Bestandteile des Verbundstoffes vorhergesagt. Es wurde eine Reihe von Anmeldungen eingereicht, die auf die Überwindung des Problems der zu geringen Zugfestigkeit gerichtet sind und die­ se Anmeldungen umfassen die folgenden: Die US-Patentanmeldung Serial-Nr. 4 45 203 vom 4. Dez. 1989 so­ wie die deutschen Patentanmeldungen P 40 33 959.9; P 40 40 439.0 und P 40 40 440.4. Auf diese Anmeldungen wird ausdrücklich Be­ zug genommen.

Eine der Strukturen, die sich bei der Anwendung der Technologie der genannten PSen als besonders erwünscht erwiesen hat, ist ein ringförmiger Gegenstand mit einer Metallmatrix und einer Siliziumkarbidfaser-Verstärkung, die sich mehrmals um den ge­ samten Ring erstreckt. Solche Ringstrukturen haben im Hinblick auf ihr Gewicht sehr hohe Zugfestigkeiten, insbesondere wenn sie mit gänzlich aus Metall hergestellten Strukturen verglichen werden. Es hat sich insbesondere wegen der sehr hohen Temperatu­ ren, die bei der Herstellung solcher Gegenstände angewendet werden müssen, als schwierig erwiesen, eine Ringstruktur herzu­ stellen, die in ihren inneren Abmessungen sehr genau ist. Diese Strukturen müssen hinsichtlich ihrer inneren Abmessungen sehr genau sein, da sie am wirksamsten bei Anwendungen eingesetzt werden, bei denen sie Teil einer komplexeren Struktur sind und zu diesem Zweck über ein oder mehrere Elemente in Kreisform pas­ sen müssen, um als verstärkender Ring zu dienen.

Eine der gebildeten Strukturen ist eine verstärkte Ringstruktur, bei der die verstärkende Faser viele Male und in vielen Schichten um den Umfang gewickelt ist. Der verstärkte Ring kann z. B. als verstärkender Ring für die Kompressorschaufeln einer Kompressor­ scheibe eines Strahltriebwerkes benutzt werden. Um die Schaufeln in einer Kompressorstufe eines Strahltriebwerkes zu halten, ist eine große Anzahl von Schichten aus verstärkenden Fasern erfor­ derlich. Es wurde festgestellt, daß es aufgrund der unterschied­ lichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und anderer Faktoren sehr schwierig ist, mehr und mehr Schichten aus Faserverstärkung zu einer Ringstruktur hinzuzufügen. Ein Weg, auf dem dieses Pro­ blem gelöst worden ist, besteht darin, eine Reihe konzentrischer Ringe zu bilden, die unter Schaffung einer verstärkten Ringstruk­ tur, die mehr als 100 Verstärkungsschichten enthält, zusammenge­ baut werden. Solche Ringstrukturen haben sehr große Durchmesser in der Größenordnung von 30 cm oder mehreren 30 Zentimetern und sie müssen nichts desto Trotz innerhalb sehr enger Toleranzen von nur wenigen 0,025 mm ineinander gesetzt werden. Es ist offen­ sichtlich sehr schwierig, ein solches Zusammenbauen mehrerer konzentrischer Ringe zu einer einzigen zusammengesetzten Ring­ struktur zu bewerkstelligen wenn diese Strukturen abmessungsmäßig außer Toleranz sind.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ fahren zu schaffen, mit dem ein faserverstärkter Ring mit einer Metallmatrix, der abmessungsmäßig die Anforderungen nicht erfüllt, so zu behandeln, daß er anschließend die Anforderungen erfüllt.

Eine andere Aufgabe ist die Schaffung eines Verfahrens zum Bilden einer verstärkten Matrixringstruktur mit inneren Abmessungen, die genau eine vorbestimmte Spezifikation erfüllen oder zumindest sehr dicht dabei liegen.

Eine andere Aufgabe ist die Schaffung eines mit Siliziumkarbid verstärkten Titanringes mit einem Durchmesser von mehreren 2,5 cm bis zu mehreren 30 Zentimetern, dessen innere Abmessungen inner­ halb weniger 0,025 mm genau sind. Andere Aufgaben sind teilweise offensichtlich und teilweise ergeben sie sich aus der folgenden Beschreibung.

Gemäß einem ihrer breiteren Aspekte werden die Aufgaben der vor­ liegenden Erfindung gelöst durch Schaffen einer verstärkten Ring­ struktur, bei der eine faserförmige Siliziumkarbidverstärkung in eine durch Plasmaspritzen aufgebrachte Matrix eingebettet ist, wobei die inneren Abmessungen des Ringes etwas geringer sind als die spezifizierten Abmessungen des Ringes. Als nächstes wird der Ring auf einem Metallzylinder aus einem Metall angeordnet, das einen bekannten Ausdehnungskoeffizienten hat, der merklich höher ist als der der verstärkten Struktur. Der Ring und der darin ent­ haltene Zylinder werden dann auf eine Temperatur oberhalb der Entspannungstemperatur der Matrix des Ringes erhitzt, bei der der Zylinder einen größeren Durchmesser hat als der Innendurch­ messer der Ringstruktur. Ring und Zylinder werden dann auf Raum­ temperatur abgekühlt und voneinander getrennt. Es wurde festge­ stellt, daß der abgekühlte Ring leichter vom Zylinder entfernt werden konnte, als er zuvor aufgesetzt werden konnte, weil der Innendurchmesser des Ringes durch das Erhitzen vergrößert worden ist.

Es wurde festgestellt, daß die Vergrößerung der inneren Abmes­ sungen einer Ringstruktur auf diese Weise tatsächlich die An­ ordnung des Matrixmaterials mit Bezug auf die Verstärkung modi­ fiziert und ändert. So wurde festgestellt, daß ein tatsächliches Verdichten des inneren Abschnittes der Ringstruktur als Ergebnis des Erhitzens und der Ausdehnung des Zylinders in der gerade be­ schriebenen Weise erhalten wird. Es wird etwas von dem Matrix­ material nach außen zu den verstärkenden Fasern bewegt, und es kann eine tatsächliche Bewegung des Matrixmaterials zwischen den Fasern geben. Das Ergebnis einer solchen Bewegung kann es sein, daß die faserförmige Verstärkung unter Zug gesetzt wird und das Matrixmaterial am inneren Abschnitt der Ringstruktur zusammenge­ preßt wird. Es ist bevorzugt, daß das faserförmige Verstärkungs­ material unter Zug steht und daß das Matrixmaterial unter Druck steht, da dies das Gesamtverhalten der Ringstruktur als Halte­ ring zur Verwendung in Triebwerken für Flugzeuge verbessert.

Einer der Gründe, warum es wichtig ist, die Abmessungen der Ring­ struktur genau einzustellen, besteht darin, daß dies das Zusammen­ bauen des Ringes zu einer größeren Struktur gestattet. Eine sol­ che Struktur besteht aus konzentrischen oder zusammengesetzten Ringen. Es ist möglich, Ringe zusammenzusetzen und sie durch eine übliche Behandlung mittels heißisostatischem Pressen (HIP) zu einer einzigen Ringstruktur zu verbinden. Damit die HIP-Be­ handlung jedoch bei der Bildung einer metallurgischen Bindung zwischen zwei oder mehr zusammengesetzten Ringen wirksam ist, müssen die Ringe konzentrisch so zusammengesetzt sein, daß die äußere Oberfläche eines inneren Ringes um nur etwa 0,075 mm von der inneren Oberfläche des nächst äußeren Ringes getrennt ist. Derart enge Toleranzen einiger verstärkter Ringstrukturen werden durch übliche maschinelle Bearbeitung nicht gut, wenn überhaupt erreicht.

Eine Struktur, die maschinell nicht zu solchen Toleranzen bear­ beitet werden kann, ist ein Ring, der nur eine, oder wenige Ver­ stärkungsschichten aufweist. Das Problem bei solchen Ringen be­ steht darin, daß sie für ein übliches maschinelles Bearbeiten nicht angemessen ergriffen oder gehalten werden können, ohne daß sie sich beim maschinellen Bearbeiten verbiegen oder ver­ formen. Während der Ring bei der maschinellen Bearbeitung rund erscheinen mag, verliert er jedoch seine Rundheit und zeigt eine unrunde Gestalt, nachdem man ihn aus der Halterung heraus ge­ nommen hat, in der man ihn während der maschinellen Bearbeitung gehalten hat. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Modi­ fikation der inneren Abmessungen derart dünner Ringe, ohne daß die endgültige Rundheit des Ringes verloren geht.

Ein anderer Fall, bei dem das konventionelle maschinelle Bear­ beiten ebenfalls nicht angemessen möglich ist, schließt eine Ringstruktur ein, die ein ovaler oder elliptischer oder sonst nicht runder Ring ist. Während es mit dem konventionellen ma­ schinellen Bearbeiten nicht möglich ist, die inneren Abmessungen solcher nicht-runden ringartigen Strukturen einzustellen, kann man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Abmessungen solcher Strukturen gleichmäßig ändern, ohne die nicht-runden Gestalten zu ändern.

Die folgende Beschreibung wird besser verständlich unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung, in der zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Zylinders und eines Ringes vor dem Zusammenbauen und

Fig. 2 eine Seitenansicht ähnlich der nach Fig. 1, die je­ doch Zylinder und Ring nach dem Zusammensetzen zeigt.

Für die Herstellung von mehrschichtigen Ringelementen, bei denen eine Titanbasislegierung als Matrix in einer Verbund­ struktur dient, die verstärkende Fasern enthält, wird das bei geringem Druck ausgeführte Hochfrequenz-Plasmaspritzen be­ benutzt. Die Siliziumkabidfasern sind für diese verstärkten Verbundstrukturen die hauptsächlichen Fasern. Die Titanbasis­ legierung kann eine übliche Titanlegierung sein, wie Ti-64 (Ti-6Al-4V); Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo); Ti-1421 (Ti-14Al-21Nb), wobei diese Zusammensetzungen in Gew.-% angegeben sind, oder es kann ein Titanaluminid sein. Ein solches Aluminid kann ein γ-Aluminid sein, das z. B. 48 Atom-% Titan, 48 Atom-% Alumi­ nium, 2 Atom-% Niob und 2 Atom-% Chrom enthält oder es kann ein anderes Aluminid mit einer deutlichen Duktilität von mehr als 1% sein.

Die Verbundringelemente werden durch Plasmaspritzen einer etwa 3 mm dicken Schicht aus der Matrixlegierung auf einen Zylinder aus Flußstahl hergestellt. Der Stahldorn wird von der Schicht aus Matrixlegierung durch chemisches Auflösen in einer Salpetersäurelösung oder durch thermisches Lösen ent­ fernt, wozu man den Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen der Titanlegierungsmatrix und dem Flußstahl nutzt. Der Titanlegierungs-Matrixring wird dann im gespritzten Zu­ stand mit einer kontinuierlichen SiC-Faser in einer nachfol­ genden Wickeloperation gewickelt, wie in den oben genannten US-PSen beschrieben. Der fasergewickelte Zylinder wird dann mit weiterer Titanbasislegierungsmatrix bespritzt, um die Faser vollständig zu bedecken. Das Wickeln und Spritzen wird wiederholt, bis die erwünschte Anzahl von Schichten auf den Verbundringelement erhalten ist.

Um den Faserabstand und die -ausrichtung sowie die Zwischen­ schichtbindung zu verbessern, kann die gespritzte Schicht ma­ schinell bearbeitet oder in anderer Weise geglättet werden.

Da das Hochfrequenz-Plasmaspritzen bei geringem Druck eine Dichte ergibt, die geringer ist, als die theoretische Dichte, ist es erforderlich, den Verbundring durch HIP zu verdichten. Beim HIP erfolgt ein Erhitzen und isostatisches Fressen, und es ist ein bekanntes übliches Verfahren. Die Abmessungsände­ rung des Ringes während des HIP kann zu einer ungewissen inneren Abmessung der Ringstruktur führen.

Die zu bildende Verbundstruktur hat so viel wie 150 Schichten. Eine Struktur mit etwa 150 Verbundschichten ist eine neue Struktur, die für geeignet angesehen wird, als Verstärkungs­ ring in Kompressorstrukturen von Flugzeugtriebwerken zu dienen. Ein Weg, diese Anzahl von Schichten zu erreichen, besteht im Ineinandersetzen mehrerer Verbundringelemente, die separat her­ gestellt wurden. Nach der separaten Herstellung und der sepa­ raten Verdichtung durch HIP werden die Verbundringelemente in­ einandergesetzt, um eine Ring-Baueinheit zu bilden, die unter Bildung eines Verbundringes mit der erwünschten Anzahl von Schichten durch HIP verbunden werden kann.

Hinsichtlich der einzelnen Ringelemente, die zu dem zusammenge­ setzten Verbundkörper vereinigt werden, wird ein einzelnes Ring­ element von etwa 20 Schichten im Zusammenhang mit dem Hochfre­ quenz-Plasmaspritzen 22 bis 23 thermischen Zyklen ausgesetzt. In Abhängigkeit von den anfänglichen Abmessungen des Ringes und dem Grad der Änderung aufgrund der HIP-Verdichtung des Ringes können die inneren Abmessungen des Ringes verändert werden. Um ineinandergesetzte Ringelemente durch Diffusion zu verbinden, ist es erforderlich, daß der Außendurchmesser des inneren Rin­ ges um etwa 0,075 bis etwa 0,125 mm kleiner ist als der Innen­ durchmesser des äußeren Ringes. Diese engen Toleranzen bei Teilen, die einen Durchmesser von mehreren 30 cm haben können, sind sehr schwierig zu erzielen, wenn die Ausgangsteile abmessungs­ mäßig außerhalb der Spezifikation liegen. Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren, das die Herstellung von Ringen gestat­ tet, die anfänglich die erwünschten und erforderlichen Abmessungen haben, oder mit dem die Abmessungen der Metallmatrix-Verbundringe vor dem Zusammensetzen wieder hergestellt werden können.

Es wurde festgestellt, daß ein Verbundring, der zu geringe innere Abmessungen aufweist, mittels einer einfachen thermischen Behand­ lung in Gegenwart eines festen runden Dornes, wie des Dornes 12 der Fig. 1, der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der größer als der des Verbundstoffes ist, ausgedehnt werden kann. Es wurde festgestellt, daß während der Wärmebe­ handlung oberhalb der Entspannungstemperatur der Matrixle­ gierung sich der Dorn mit dem hohen Ausdehnungskoeffizienten stärker ausdehnt als der Verbundstoff und so gegen den Innen­ durchmesser des Verbundstoffes drückt. Dieser Innendurchmes­ ser des Verbundstoffes wird dadurch vergrößert, während die inneren Spannungen der Matrixlegierung des Verbundstoffes bei der angewandten erhöhten Temperatur beseitigt werden. Dies erfolgt in der in Fig. 2 veranschaulichten Weise.

Ein Faktor, von dem der Erfolg des erfindungsgemäßen Verfah­ rens abhängt, ist der, daß die Entspannungstemperatur der faserförmigen Verstärkungen, die in den Metallmatrix-Verbund­ stoffen eingesetzt werden, beträchtlich höher ist als die der Matrixlegierung. Als Konsequenz können, wie angenommen wird, die inneren Spannungen des Verbundstoffes unter Anwendung der entwickelten Behandlung modifiziert werden. Es wird angenom­ men, daß die relativ großen Zugspannungen in der Matrixlegie­ rung und die Druckspannungen in den Fäden, die sich aus dem Unterschied der thermischen Ausdehnung zwischen Matrix und Verstärkung ergeben, vermindert werden können, wenn die Fäden in einem Zustande des Zuges gehalten werden , während der Verbundstoff bei oder oberhalb der Entspannungstemperatur der Matrix gehalten wird. Während des Abkühlens von der Wärmebe­ handlungstemperatur ändert sich die Faserspannung graduell von einer Zugspannung zu einer Druckspannung in Abhängigkeit von der relativen Spannung, der Temperatur und dem thermischen Ausdehnungs­ verhalten von Matrix und Fasern.

Darüber hinaus wird angenommen, daß das Halten der Fasern in einem Zustande des Zuges und der Matrix in einem Zustande des Zusammenpressens zu verbesserten Verbundstoffeigenschaf­ ten führt, insbesondere wenn eine spröde Matrixlegierung be­ nutzt wird. Es wird angenommen, daß eine Druckspannung in der Matrix die Dehnung bis zum Versagen von Matrix und Verbund­ stoff erhöht. Es wird angenommen, daß die beschriebene ther­ mische Behandlung den erwünschten Spannungszustand im Ver­ bundstoff erzeugt.

Im folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung anhand eines Beispiels erläutert und es werden Arten von Strukturen veran­ schaulicht, die damit gebildet werden.

Beispiel

Ein Verbundring von etwa 10 cm Durchmesser und etwa 10 cm Breite wurde unter Verwendung einer Ti-1421-Legierung als Matrixlegie­ rung hergestellt.

Die Ti-1421-Legierung enthält 14 Gew.-% Aluminium, 21 Gew.-% Niob, Rest Titan. Die Verstärkung für die Titanbasismatrix waren Siliziumkarbidfasern. Diese Fasern wurden unter der Bezeichnung SCS-6-Fäden von der Textron Corporation erhalten.

Es wurde ein Zylinder aus Flußstahl mit einem Durchmesser von etwa 10 cm geschaffen, der als Dorn dienen sollte. Durch Plasma­ spritzen von Aluminiumoxid in Luft wurde ein Überzug von etwa 0,125 mm Dicke aus Al₂O₃ auf den Dorn aus Flußstahl aufgebracht. Dann spritzte man eine Hülse in Form einer etwa 3 mm dicken Schicht aus der Matrixlegierung auf den Al₂O₃-überzogenen Zylin­ der aus Flußstahl. Die etwa 3 mm dicke Schicht aus der Matrixle­ gierung trennte sich nach dem Abkühlen spontan von der mit Al₂O₃ überzogenen Oberfläche des Dornes.

Der gespritzte Ring aus Titanlegierungsmatrix wurde maschinell geglättet. Dann versah man den glatten Matrixring mit einer zu­ sammenhängenden spiralförmigen Gewinderille von etwa 0,075 mm Tiefe, um die genaue Anordnung der SiC-Faser bei einer nachfol­ genden Wickeloperation zu gestatten. Es wurde ein zusammenhängen­ der SiC-Faden in die Spiralrille gewickelt und an jedem Ende fest­ gelegt. Der mit der Faser umwickelte Zylinder wurde dann mit weiterer Ti-1421-Legierung bespritzt, und man bearbeitete die Legierung und die plasmagespritzte Legierungsabscheidung ma­ schinell zur Herstellung einer glatten Oberfläche. In die glatte Oberfläche wurde wiederum eine zusammenhängende spiralförmige Gewinderille von etwa 0,075 mm Tiefe eingearbeitet, um wiederum die genaue Anordnung des zusammenhängenden SiC-Faden zu gestat­ ten. Der SiC-Faden wurde in die Rillen gewickelt, an jedem Ende festgelegt und wiederum mit weiterer Ti-1421-Legierung über­ spitzt.

Während der Herstellung der zweiten Schicht wurde der Ring ver­ sehentlich überhitzt und erfuhr eine beträchtliche Verformung und ein Schmelzen, wo er mit dem Stahldorn in Berührung stand. Der etwa 10 cm breite Verbundring aus zwei Schichten wurde in separate, etwa 18 mm breite Verbundringe mit zwei Schichten ge­ schnitten.

Einer der mehreren etwa 18 mm breiten Verbundringe mit einem Durch­ messer von etwa 10 cm wurde ausgewählt. Dieser Ring war von den verschiedenen geschnittenen Ringen am wenigsten beschädigt. Er wurde über einen festen, aus korrosionsbeständigem Stahl bestehen­ den Dorn gepreßt, dessen Durchmesser um etwa 1 mm kleiner war als der Innendurchmesser der Ringstruktur. Aufgrund der Beschä­ digung war der Ring anfänglich zu etwa 4,4 mm (entsprechend 175 tausendstel Zoll) unrund. Dorn und Ring wurden etwa 15 Minuten lang auf etwa 900°C erhitzt und dann in einem Vakuum auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach erwies sich der Ring aufgrund der Wärmebehandlung als innerhalb von etwa 0,075 mm wirklich rund.

Ein zweiter fester Dorn aus korrosionsbeständigem Stahl 304 L wurde durch maschinelles Bearbeiten mit einem Außendurchmesser versehen, der um etwa 0,125 mm kleiner war als der Innendurch­ messer des wärmebehandelten Verbundringes. Der Verbundring paßt fest um den Dorn aus korrosionsbeständigem Stahl. Dieser Dorn aus korrosionsbeständigem Stahl hatte einen thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten, der größer war als der der Verbundringstruktur. Verbundring und Dorn wurden auf 900°C erhitzt und 15 Minuten lang bei dieser Temperatur gehalten und danach in einem Vakuumofen auf Raumtemperatur abgekühlt. Der Innendurchmesser des zweiten Verbundringes erwies sich als um etwa 0,5 mm größer als vor der zweiten Wärmebehandlung. Er erwies sich als innerhalb von etwa 0,050 mm rund. Die zweite Wärmebehandlung hatte den Innendurch­ messer des Verbundringes ausgedehnt. Die chemische Auflösung der Matrixlegierung in einer Säurelösung zeigte, daß die SiC-Fasern durch die zweite Wärmebehandlung, die zu einer Ausdehnung des zweiten geschnittenen Verbundringes geführt hatte, nicht gebro­ chen waren.

Der Fachmann wird aufgrund der gegebenen Lehre feststellen, daß es möglich ist, die inneren Abmessungen einer faserverstärkten Ringstruktur auf genaue Werte unter Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens einzustellen. Diese genaue Einstellung der inneren Abmessungen ist auf Ringstrukturen anwendbar, die aus verschiedenen Gründen durch übliche maschinelle Bearbeitung nicht eingestellt werden können.

So kann z. B. ein Ringstruktur, die nur eine einzige oder nur wenige Verstärkungsschichten aufweist, mittels konventionellem maschinellen Bearbeiten nicht wirksam verarbeitet werden. Doch können, wie durch das obige Beispiel besonders veranschaulicht, die inneren Abmessungen dieser Ringstruktur mit dem erfindungs­ gemäßen Verfahren wirksam eingestellt werden.

Auch wenn die Ringstruktur eine ovale oder andere nicht-runde Konfiguration hat, kann man mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung eines geeignet geformten Dornes die inneren Ab­ messungen des Ringes wirksam ändern, während dies mit konventio­ nellem maschinellen Bearbeiten nicht möglich ist.

Claims (10)

1. Verfahren zum Vergrößern des Innendurchmessers einer faser­ verstärkten Verbundringstruktur auf einen genauen Wert, um­ fassend:
Schaffen einer faserverstärkten Verbundringstruktur mit einer Metallmatrix und einer faserförmigen Verstärkung, die in die Matrix eingebettet ist,
Schaffen eines festen Dornes mit einem Außendurchmesser, der etwas geringer ist als der Innendurchmesser der Verbundring­ struktur und der einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der größer ist als der der Ringstruktur,
Einführen des Dornes in die Öffnung der Ringstruktur,
Erhitzen des Dornes und der Ringstruktur auf eine Temperatur, bei der die äußeren Abmessungen des Dornes größer sind als die inneren Abmessungen der Ringstruktur und
Abkühlen des Dornes und der Ringstruktur und Herausnehmen des Dornes aus der Ringstruktur.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall der Matrix ein Titanbasismetall ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall der Matrix ein Titanaluminid ist, das eine Duktilität von mehr als 1% auf­ weist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die fadenförmige Verstär­ kung eine Keramikverstärkung ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die fadenförmige Verstärkung aus Siliziumkarbidfäden besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die fadenförmige Verstär­ kung aus einkristallinen Aluminiumoxidfäden besteht.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall Ti-64 ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall Ti-6242 ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall Ti-1421 ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall ein Titanalu­ minid der Formel Ti₄₈Al₄₈Nb₂Co₂ ist.