DE69714647T2

DE69714647T2 - Verbundwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE69714647T2
Application number: DE69714647T
Authority: DE
Inventors: Long Than Trong
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2003-04-03
Anticipated expiration: 2017-05-17
Also published as: EP0808711A3; DE69714647D1; EP0808711A2; US6416846B2; US20010001691A1; EP0808711B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial aus verschiedenen Arten von Elementen, ein Verfahren zu dessen Herstellung und ein Gleitmaterial, das aus dem Verbundmaterial hergestellt ist.
Mit der Entwicklung der industriellen Technologien in den letzten Jahren entsteht ein steigender Bedarf für ein Material, das eine Mehrzahl von Funktionen bereitstellt, die nicht von einem einzelnen Material bereitgestellt werden können, z. B. für ein Verbundmaterial, das durch Laminieren und Verbinden zweier Materialien mit verschiedenen Eigenschaften erzeugt wird. Zur Erzeugung eines Verbundmaterials durch Kombinieren von zwei verschiedenen Arten von Metallmaterialien kann ein Warmwalzverfahren (z. B. Plattieren) oder ein Flüssigmetall-Verfestigungsverfahren (z. B. ein Gußverfahren) angewandt werden. Durch ein solches Herstellungsverfahren kann eine relativ gute Bindungsfestigkeit erhalten werden.
Die Komplexität der Anforderungen hinsichtlich der Eigenschaften eines Verbundmaterials wird größer und es besteht ein Bedarf für das Kombinieren verschiedener Materialien, z. B. eines Metallmaterials und eines Harzmaterials. Die Erzeugung eines Verbundmaterials durch Laminieren eines Metallmaterials und eines Harzmaterials weist jedoch einen Nachteil dahingehend auf, dass eine ausreichende Bindungsfestigkeit durch ein komplexes Verfahren, das zur Erzeugung eines Verbundmaterials aus Metallmaterialien verwendet worden ist, nur schwer erhalten wird. Insbesondere dann, wenn verschiedene Metallmaterialien durch ein Flüssigmetall-Verfestigungsverfahren verbunden werden, findet eine Diffusionsreaktion statt, da die Metallmaterialien gegenseitig verbunden werden, was zu einem mechanischen und einem physikalischen oder chemischen Binden führt. Wenn jedoch ein Metallmaterial und ein Harzmaterial verbunden werden, kann eine ausreichende Bindungsfestigkeit nur sehr schwer erhalten werden, da zwischen dem Metallmaterial und dem Harzmaterial kein chemischer Bindungseffekt erhalten wird.
Wenn ein Metallmaterial und ein Harzmaterial bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck verbunden werden, wird aufgrund eines Unterschieds der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen diesen Materialien eine Spannung an einer verbundenen Grenzfläche erzeugt, und sie müssen für eine lange Zeit unter solchen Bedingungen gehalten werden, was zu Nachteilen wie der Erhöhung der Produktionskosten oder dergleichen führt.
Wenn ein Verbundmaterial aus einem Metallmaterial und einem Harzmaterial hergestellt ist, kann ein Kleber verwendet werden, um diese zu verbinden. Die Auswahl eines geeigneten Klebers, der gute Hafteigenschaften sowohl für das Metallmaterial als auch für das Harzmaterial aufweist, ist jedoch nicht einfach, und da ein Kleber auf Harzbasis eine verbundene Metall-Harz-Grenzfläche aufweist, kann die Bindungsfestigkeit zwischen dem Metallmaterial und dem Harzmaterial nicht grundsätzlich verbessert werden. Als Verfahren zur Verbesserung der Grenzflächenfestigkeit bei der Verbindung von zwei Arten von Elementen ist es bekannt, eine Verbindungsfläche durch Vergrößern der Oberfläche durch Honen oder chemisches Ätzen zu vergrößern. Die Vergrößerung der Oberfläche durch Honen oder chemisches Ätzen ist jedoch begrenzt und ein Widerstand gegen ein scherendes Abbrechen der Grenzfläche und gegen eine Zugbelastung in einer Richtung senkrecht zu der verbundenen Grenzfläche ist klein, so dass die Bindungsfestigkeit zwischen verschiedenen Arten von Materialien nicht ausreichend verstärkt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben kann im Fall eines herkömmlichen Verbundmaterials und eines Verfahrens zu dessen Herstellung eine ausreichende Bindungsfestigkeit nicht erhalten werden, wenn verschiedene Materialien wie ein Metallmaterial und ein Harzmaterial gegenseitig laminiert und verbunden werden. Außerdem wird das Harzmaterial verschlechtert und die Produktionskosten steigen.
Daher soll ein Verbundmaterial, das durch Kombinieren verschiedener Arten von Materialien wie z. B. eines Metallmaterials und eines Harzmaterials erzeugt wird, eine verbesserte Zuverlässigkeit zwischen den verschiedenen Arten von Materialien aufweisen, und zwar durch Verbessern der Bindungsfestigkeit zwischen den verschiedenen Arten von Materialien ohne Verschlechterung des Harzmaterials oder einer Verminderung der Festigkeit des Verbundmaterials selbst.
Die US-PS 4,857,411 beschreibt ein Verbundmaterial, das ein erstes Element, das aus einem ersten Material, nämlich Keramik, ausgebildet ist, und ein zweites Element umfasst, das aus einem zweiten Material, das von dem ersten Material verschieden ist, nämlich Metall, ausgebildet ist. Das zweite Material wird in Rillen gepresst, die um stabartige Abschnitte des ersten Elements ausgebildet sind, oder es wird so gepresst, dass es mit einer ausgenommenen oder konkaven Gestalt an der Außenseite des ersten Elements übereinstimmt.
Die JP 8-224805 (A) beschreibt ein Verbundmaterial gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 3 bzw. 9 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 16. Insbesondere wird ein einstückig verbundenes Element, das aus einem Polytetrafluorethylenmaterial und einem Trägermetall zusammengesetzt ist, durch Löten oder Schweißen an ein Lagergrundmetall verbunden.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend beschriebenen Nachteile auszuräumen und zielt auf die Bereitstellung eines Verbundmaterials, das die Bindungsfestigkeit zwischen verschiedenen Arten von Materialien verbessern kann, ohne dass ein Harzmaterial verschlechtert oder die Festigkeit des Verbundmaterials selbst vermindert wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verbundmaterial gemäß Anspruch 1 oder 3 oder 9 bzw. ein Verfahren gemäß Anspruch 16 gelöst.
Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Vorzugsweise weist das Strukturelement, welches das zweite Verbundmaterial ausbildet, eine Porosität von 10% bis 70% auf.
Das gekörnte Metallmaterial besteht aus Kugeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,001 bis 10 mm. Das faserförmige Metallmaterial besteht aus zylindrischen Materialteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,001 bis 10 mm.
Bei dem Verbundmaterial und dem Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials ist es besonders bevorzugt, dass ein Metallmaterial als erstes Element verwendet wird und das zweite Element ein Element ist, das aus der Gruppe bestehend aus einem Harzmaterial, einem Kautschukmaterial und einem Glasmaterial ausgewählt ist, die eine Erhärtungstemperatur aufweisen, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des Metallmaterials.
Bei dem Verbundmaterial und dem Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials wird die Zwischenschicht, in der ein Teil des zweiten Elements eingebracht wird, durch Binden eines Elements, das Öffnungen aufweist, die zu der Seite mindestens des zweiten Elements zu dem ersten Element geöffnet sind, ausgebildet, so dass die Festigkeit der Zwischenschicht selbst und die Bindungsfestigkeit zwischen dem ersten Element und der Zwischenschicht verbessert werden kann. Darüber hinaus können, da die Hohlräume, in welche das zweite Element eingebracht wird, von den Löchern ausgebildet werden, die mit dem zweiten Element beschickten Hohlräume groß ausgebildet werden. Mit anderen Worten: Die Menge des zweiten Elements, das in die Zwischenschicht eingebracht wird, kann erhöht werden.
Ferner weisen die Löcher eine derartige Gestalt auf, dass das eingebrachte zweite Element in den Löchern eine Widerstandskraft gegen eine Scherbelastung in einer Richtung parallel zu einer verbundenen Grenzfläche mit dem ersten Element und gegen eine Zugbelastung in eine Richtung senkrecht zur Oberfläche des Elements ausübt, z. B. eine Gestalt mit zweiten Öffnungen, die auf der Seite des zweiten Elements ausgebildet sind, und ersten Öffnungen, die einen Raum aufweisen, der nicht mit den zweiten Öffnungen überlappt, oder eine Gestalt mit Öffnungen auf der Seite des zweiten Elements mit einem Bereich, der kleiner ist als der der Öffnungen auf der Seite des ersten Elements. Das Strukturelement ist mindestens ein Element, das aus einem gekörnten Metallmaterial und/oder einem faserförmigen Metallmaterial ausgewählt ist es ist zu einer dreidimensionalen Netzwerkstruktur ausgebildet, die Hohlräume aus umlaufenden Durchgängen aufweist, und zwar dadurch, dass es gegenseitig und teilweise durch ein Metall verbunden wird, das einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger ist als der Schmelzpunkt des Metalls, aus dem das Komponentenelement aufgebaut ist. Wenn folglich ein Harzmaterial oder ein Glasmaterial als zweites Material verwendet wird, kann die Bindungfestigkeit dieser Materialien zu dem ersten Element verstärkt werden und die Zuverlässigkeit des Verbundmaterials aus den verschiedenen Arten von Materialien kann beträchtlich verbessert werden.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur des ersten Verbundmaterials gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 2A und Fig. 2B veranschaulichen eine Ausführungsform der Zwischenschicht des in Fig. 1 gezeigten Verbundmaterials; Fig. 2A ist eine Draufsicht und Fig. 2B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 2A;
Fig. 3A, Fig. 3B und Fig. 3C veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der Zwischenschicht des in Fig. 1 gezeigten ersten Verbundmaterials; Fig. 3A ist eine Draufsicht, Fig. 3B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 3A und Fig. 3C ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B von Fig. 3A;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur eines weiteren ersten Verbundmaterials gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt;
Fig. 5A und Fig. 5B veranschaulichen eine weitere Ausführungsform der Zwischenschicht des in Fig. 1 gezeigten Verbundmaterials; Fig. 5A ist eine Draufsicht und Fig. 5B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von Fig. 5A;
Fig. 6A ist eine Schnittansicht, die eine Ausführungsform der Zwischenschicht des zweiten Verbundmaterials zeigt;
Fig. 6B ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform der Zwischenschicht des zweiten Verbundmaterials zeigt;
Fig. 6C ist eine vergrößerte Schnittansicht, welche die in Fig. 6A gezeigte Zwischenschicht zeigt; und
Fig. 7 ist eine Draufsicht, die eine Ausführungsform für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials auf ein Gleitelement zeigt.
Erfindungsgemäße Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch die Struktur des ersten Verbundmaterials gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein erstes Element, das eines der Komponentenelemente des Verbundmaterials ist, und eine Zwischenschicht 2 ist auf dem ersten Element 1 ausgebildet. Ein erstes Material für das erste Element 1 ist nicht besonders beschränkt und es kann sich dabei um verschiedene Arten von Metallmaterialien handeln.
Die auf dem ersten Element 1 ausgebildete Zwischenschicht 2 ist aus einer oder zwei oder mehr Platten 4 mit einer Mehrzahl von Löchern 3 ausgebildet, die von der Seite des ersten Elements 1 zu der anderen Seite (der Seite eines zweiten Elements 5, das nachstehend beschrieben wird) ausgebildet sind. Diese Platte 4 ist mit der Oberfläche des ersten Elements 1 unter Ausbildung der Zwischenschicht 2 verbunden.
Wenn das erste Material für das erste Element 1 ein Metallmaterial ist, besteht die Platte 4, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet, vorzugsweise aus dem gleichen Metallmaterial. Ferner ist es besonders bevorzugt, ein Metallmaterial mit Eigenschaften wie z. B. einem angenähertem Wärmeausdehnungskoeffizienten zu verwenden. Insbesondere dann, wenn das erste Element 1 aus Stahl besteht, besteht die Platte 4 auch aus Stahl oder einer Legierung auf Eisenbasis oder dergleichen. Die Platte 4, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet, ist nicht auf eine bestimmte Dicke beschränkt und sie weist vorzugsweise eine Dicke von etwa 0,01 mm bis 100 mm auf, obwohl die Dicke abhängig von dem Material oder der Dicke des ersten Elements 1 oder eines nachstehend beschriebenen zweiten Elements 5 variabel ist.
Ferner kann das Loch 3 kreisförmig, oval, rechteckig oder in verschiedenen anderen Querschnittsgestaltungen ausgebildet sein. Ferner kann das Loch 3 so gestaltet werden, dass es eine derartige Größe oder einen Ausbildungsabstand aufweist, dass die Bindungsfestigkeit zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 5 durch das Material, die Dicke und dergleichen des ersten Elements 1 und des zweiten Elements 5 zufriedenstellen beibehalten werden kann, und es kann gegebenenfalls aus einem Bereich von mehreren zehn um bis mehreren zehn mm ausgewählt werden. Die Löcher 3 müssen nicht geordnet ausgebildet sein und sie können ungeordnet ausgebildet sein. Es ist jedoch erwünscht, die Löcher 3 geordnet auszubilden, um die Bindungsfestigkeit des ersten Elements 1 und des zweiten Elements 5 als Ganzes einheitlich zu verbessern.
Daneben ist die Platte 4, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet, mit einer dazwischen angeordneten Substanz mit dem ersten Element 1 verbunden, die einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger ist als der Schmelzpunkt der Platte 4 oder mit einer Substanz, die eine Substanz mit einem niedrigen Schmelzpunkt erzeugen kann (beide werden nachstehend als Bindungsmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt bezeichnet). Wenn die Platte 4 aus einem Metallmaterial hergestellt ist, ist das Verbindungsmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt ein Metallmaterial mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als der Schmelzpunkt der Platte 4 oder ein Metallmaterial, das mit der Platte 4 unter Erzeugung einer Substanz (wie z. B. einer Legierung) mit niedrigem Schmelzpunkt reagiert. Eine solche Substanz mit niedrigem Schmelzpunkt kann ein Material sein, das als sogenanntes Lötmaterial wirkt. Insbesondere dann, wenn die Platte 4 ein Material auf Eisenbasis ist, können Kupfer, dessen Legierungen, Aluminium, dessen Legierungen oder dergleichen verwendet werden.
In die Löcher 3 der Plätte 4, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet, wird ein zweites Material eingebracht, welches das zweite Element 5 ausbildet und das von dem Material des ersten Elements 1 verschieden ist, und das zweite Element 5 wird auf das erste Element 1 laminiert. Mit anderen Worten: Wenn das erste Element 1 und das zweite Element 5 miteinander verbunden werden, wird die Zwischenschicht 2, die auf dem ersten Element 1 ausgebildet und teilweise mit dem zweiten Element 5 beschickt ist, dazwischen gehalten. Bei dieser Kombination wird ein Verbundmaterial 6 ausgebildet.
Als zweites Material für das zweite Element 5 kann ein Material verwendet werden, das von dem ersten Element 1 verschieden ist und in der vorliegenden Erfindung kann z. B. ein Harzmaterial, ein Kautschukmaterial, ein Glasmaterial oder dergleichen verwendet werden, das ein geringes Bindungsvermögen mit dem Metallmaterial für das erste Element 1 und eine geringe Festigkeit aufweist. Die Erfindung ist besonders zur Verwendung eines Harzmaterials, eines Kautschukmaterials, eines Glasmaterials oder dergleichen als zweites Element 5 geeignet, das eine Erhärtungstemperatur aufweist, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des. Metallmaterials für das erste Element 1. Ferner wird ein spezifisches Material gemäß den für das Verbundmaterial erforderlichen Eigenschaften ausgewählt.
Wenn ferner ein Harzmaterial oder ein Kautschukmaterial als zweites Material für das zweite Element 5 verwendet wird, bedeutet dessen Erhärtungstemperatur dessen Hitzehärtungstemperatur oder dessen Erweichungs/Erhärtungstemperatur. Wenn ein Glasmaterial verwendet wird, bedeutet dessen Erhärtungstemperatur dessen Schmelztemperatur (oder Fluidisierungstemperatur)/Erhärtungstemperatur oder dergleichen.
Die Löcher 3 der Platte 4, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet, weisen eine Form auf, so dass ein Widerstand des eingebrachten zweiten Materials in den Löchern und somit ein Widerstand gegen eine Zugbelastung in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche des ersten Elements 1 ausgeübt wird. Wenn eine Zugbelastung (eine Abzugs- bzw. Ablösungskraft) zur Trennung des zweiten Elements 5 und der Zwischenschicht 2 einwirkt, deren Löcher 3 mit dem zweiten Material, welches das zweite Element 5 ausbildet, beschickt sind, üben die Löcher 3, die eine Widerstandskraft gegen die Zugbelastung aufweisen, einen Keileffekt aus, wodurch die Bindungsfestigkeit zwischen dem zweiten Element 5 und dem ersten Element 1 verstärkt wird. Nachstehend sind Beispiele für diese Löcher 3 angegeben.
(1) Ein Durchgangsloch mit einer zweiten Öffnung, die auf der Seite des zweiten Elements ausgebildet ist, und einer ersten Öffnung, die mit der zweiten Öffnung in Verbindung steht und einen Bereich aufweist, der mit der zweiten Öffnung nicht überlappt.
(2) Ein Loch, das derart ausgebildet ist, dass eine zweite Öffnung auf der Seite des zweiten Elements kleiner ist als eine erste Öffnung auf der Seite des ersten Elements.
(3) Ein Lochdurchgang mit einer Netzwerkstruktur, die aus den Räumen in dem Element ausgebildet ist, welches die Zwischenschicht ausbildet.
Wie vorstehend beschrieben wird in dem Verbundmaterial 6 dieser Ausführungsform die Zwischenschicht 2, die mit dem zweiten Material beschickt ist, welches das zweite Element 5 ausbildet, durch Verbinden der Platte 4 mit den darauf befindlichen Löchern 3 mit dem ersten Element 1 ausgebildet, so dass die Festigkeit der Zwischenschicht 2 selbst und die Bindungsfestigkeit zwischen dem ersten Element 1 und der Zwischenschicht 2 verbessert werden kann. Zusätzlich zur Verbesserung der Bindungsfestigkeit können, da die Räume, in die das zweite Material für das zweite Element 5 eingebracht wird, aus den Löchern 3 ausgebildet sind, diese Räume groß gemacht werden.
Folglich kann das zweite Material in ausreichender Menge in die Zwischenschicht 2 eingebracht werden. Darüber hinaus kann dann, wenn ein Harzmaterial oder ein Glasmaterial für das zweite Element 5 verwendet wird, dessen Bindungsfestigkeit zu dem ersten Element 1 verbessert werden und die Zuverlässigkeit des Verbundmaterials 6, das aus verschiedenenen Materialien ausgebildet ist, in einem hohen Maß verbessert werden, da die Löcher 3 in der Gestalt der vorstehend genannten Beispiele (1), (2) oder (3) ausgebildet sind, so dass sie den Widerstand des eingebrachten zweiten Materials gegen die Zugbelastung ausüben.
Wenn beispielsweise ein Harzmaterial als zweites Material für das zweite Element 5 verwendet wird, kann das Harzmaterial einfach in großer Menge in die Zwischenschicht 2 eingebracht werden (nämlich in die Durchgangslöcher 3). Daher kann durch Einbringen eines gepulverten Harzmaterials im kalten Zustand, Beaufschlagen mit Druck und Hitzehärten eine ausreichende Bindungsfestigkeit erreicht werden. Im Unterschied zum herkömmlichen Beaufschlagen mit Druck und Imprägnieren bei hoher Temperatur, wird das Harzmaterial in dem vorstehenden Verfahren nicht verschlechtert und das zweite Element 5 kann so erhalten werden, dass es die inhärenten Eigenschaften des Harzmaterials besitzt.
Die Platte 4, welche die Löcher 3 mit einer derartigen Gestalt aufweist, dass das eingebrachte zweite Element in den Löchern der Zugbelastung widersteht, ist zufriedenstellend, wenn sie die vorstehend genannten Funktionen aufweist. Daher ist sie nicht auf eine gewöhnliche Platte mit Löchern beschränkt, sondern es kann sich um eine Mehrzahl von Netzmaterialien handeln, die miteinander verbunden sind, wobei die Netze nicht vollständig ausgerichtet sind. In die Löcher 3 der Platte 4, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet, wird das zweite Material eingebracht, welches das zweite Element 5 ausbildet und das von dem Material des ersten Elements 1 verschieden ist.
Anschließend wird die Platte 4 mit den Löchern 3, die einen Widerstand gegen die Zugbelastung ausüben, wie es vorstehend beschrieben wurde, detailliert unter Bezugnahme auf die Fig. 2A, Fig. 2B, Fig. 3A bis Fig. 3C, Fig. 4, Fig. 5A und Fig. 5B beschrieben.
Als erstes werden die vorstehend in (1) genannten Durchgangslöcher genau beschrieben. Die Platte 4, welche die in den Fig. 2A und 2B gezeigte Zwischenschicht 2 ausbildet, ist aus einer Verbindungsplatte hergestellt, die durch Verbinden einer ersten Platte 8, die erste kreisförmige Löcher 7 aufweist, die in einer um 60º gestaffelten Anordnung ausgebildet sind, und die auf der Seite des zweiten Elements 5 positioniert ist, und einer zweiten Platte 10, die zweite kreisförmige Löcher 9 aufweist, die in dem gleichen Muster und dem gleichen Abstand wie die ersten Löcher 7 ausgebildet sind, die jedoch einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als der Durchmesser der ersten Löcher 7, ausgebildet wird, und wobei die zweite Platte auf der Seite des ersten Elements 1 angeordnet ist, wobei die Zentren der ersten Löcher 7 im Wesentlichen mit den Zentren der zweiten Löcher 8 ausgerichtet sind,. Ferner wird die Platte 4, die aus dieser Verbindungsplatte ausgebildet ist, mit dem ersten Element 1 unter Ausbildung der Zwischenschicht 2 verbunden. Zur Verbindung der ersten Platte 8 mit der zweiten Platte 10 wird das vorstehend beschriebene Verbindungsmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt verwendet und dieses wird auch bei der nachstehenden Beschreibung angewandt.
Das erste Loch 7 und das zweite Loch 9 bilden ein abgestuftes Loch, dessen untere Hälfte einen großen Durchmesser auf der Seite des ersten Elements 1 aufweist. Dieses abgestufte Loch ist auch zu den Löchern äquivalent, wie sie vorstehend in (2) erwähnt worden sind. Das so ausgebildete Loch 3 weist einen großen Durchmesser auf der Seite des ersten Elements 1 zur Bildung eines Raums in dem zweiten Loch 9 auf, der nicht mit dem ersten Loch 7 überlappt und der entsprechende Teil übt einen Widerstand gegen eine Zugbelastung aus, wodurch die Bindungsfestigkeit des zweiten Elements 5 an dem ersten Element 1 verstärkt wird. Mit anderen Worten: Eine untere Fläche 8a der ersten Platte 8 um das erste Loch 7, das auf dem zweiten Loch 9 liegt, nämlich eine Terassenfläche des abgestuften Lochs, die aus dem ersten Loch 7 und dem zweiten Loch 9 ausgebildet ist, übt eine Widerstandskraft gegen eine Zugbelastung aus.
Ferner können diese Platten 8 und 9 eine Platte sein, bei welcher die Löcher 7 und 9 durch Ätzen oder eine Bearbeitung wie z. B. Stanzen ausgebildet werden, und Stanzplatten mit unterschiedlichem Lochdurchmesser können verwendet werden. Auch dies wird auf die nachstehende Beschreibung angewandt.
Durch die Verwendung der Platte 4, die aus den verbundenen Platten ausgebildet ist, welche aus der ersten Platte 8 und der zweiten Platte 10 bestehen, kann das zweite Loch 9, das eine Widerstandskraft des eingebrachten zweiten Elements gegen eine Zugbelastung ausübt und einen Raum aufweist, der nicht mit dem ersten Loch 7 überlappt, einfach erhalten werden. Da ferner das zweite Loch 9, das einen Raum aufweist, der nicht mit dem ersten Loch 7 überlappt, in einfacher Weise einheitlich ausgebildet werden kann, kann die Bindungsfestigkeit zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 5 einheitlich gemacht werden. Insbesondere kann eine Trennung oder eine Verschlechterung von Eigenschaften aufgrund der partiellen Absenkung der Bindungsfestigkeit verhindert werden.
Fig. 2 zeigt, dass die erste Platte 8 und die zweite Platte 10 miteinander verbunden sind, so dass das Zentrum des ersten Lochs 7 im Wesentlichen mit dem Zentrum des zweiten Lochs 9 ausgerichtet ist. Es können jedoch verschiedene Arten verbundener Materialien verwendet werden, die durch Verbinden der ersten Platte 8 und der zweiten Platte 10 ohne Ausrichtung des Zentrums des ersten Lochs 7 mit dem Zentrum des zweiten Lochs 9 ausgebildet werden, und zwar durch Verbinden der ersten Platte 8 und der zweiten Platte 10, wobei das erste Loch 7 und das zweite Loch 9 teilweise überlappen, und durch Verbinden von drei oder mehr Platten zur Ausbildung abgestufter Löcher mit mehreren Stufen. Insbesondere kann eine verbundene Platte verwendet werden, die durch Verbinden der ersten Platte 8 und der zweiten Platte 10 ausgebildet wird, wobei das erste Loch 7 und das zweite Loch 9 teilweise überlappen. Die in Fig. 2 gezeigte Lochgestalt ist jedoch bevorzugt, da das zweite Element 5 leicht eingebracht werden kann und die Widerstandskraft gegen eine Zugspannung aus irgendeiner Richtung einheitlich ist.
Ferner wurde in der vorstehenden Ausführungsform das abgestufte Loch mit einem großen Durchmesser auf der Seite des ersten Elements 1 durch Verbinden der Platten 8 und 10 ausgebildet, wobei die Löcher 7 und 9 unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Dieses abgestufte Loch kann jedoch auch durch Ätzen auf beiden Seiten einer einzelnen Platte ausgebildet werden und der gleiche Effekt, wie er vorstehend beschrieben wurde, kann erreicht werden.
Nachstehend wird eine weitere Ausführungsform der vorstehend in (1) beschriebenen Löcher erläutert. Die Platte 4, welche die in den Fig. 3A, 3B und 3C gezeigte Zwischenschicht 2 ausbildet, ist aus einem verbundenem Material hergestellt, das durch Verbinden einer ersten Platte 8, die erste kreisförmige Löcher 7 aufweist, die in einer um 60º gestaffelten Anordnung ausgebildet sind, und die auf der Seite des zweiten Elements 5 angeordnet ist, und einer zweiten Platte 10 ausgebildet wird, die zweite Löcher 9 aufweist, die in einer um 60º gestaffelten Anordnung mit dem gleichen Abstand, jedoch bezüglich der ersten Löcher 7 um 180º invertiert ausgebildet sind, wobei die Zentren der ersten Löcher 7 im Wesentlichen mit den Schwerpunkten der Positionen ausgerichtet sind, an denen die zweiten Löcher 9 ausgebildet sind.
Mit anderen Worten: Die ersten Löcher 7 sind so angeordnet, dass sie drei zweite Löcher 9 überlappen, die so angeordnet sind, dass sie ein gleichseitiges Dreieck ausbilden und mit diesen drei zweiten Löchern 9 in Verbindung stehen. Insbesondere sind die zweiten Löcher 9 unterhalb der Fläche angeordnet, welche die drei ersten Löcher 7 verbindet, die zur Ausbildung eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind, und diese Fläche bildet eine Brückenstruktur, und eine untere Fläche 8a, die der Brücke der ersten Platte 8 entspricht, übt eine Widerstandskraft gegen eine Zugbelastung aus. Ein auf diese Weise ausgebildetes Loch 3 weist einen Raum auf, bei dem drei zweite Löcher 9 nicht mit einem einzelnen ersten Loch 7 überlappen. Umgekehrt bildet ein einzelnes zweites Loch 9 den Raum, der nicht mit den drei ersten Löchern 7 überlappt, so dass der Zustand des zweiten Elements 5, das in die Löcher 3 eingebracht worden ist, komplex und einheitlich ist. Folglich kann die Bindungskraft des zweiten Elements 5 an dem ersten Element 1 einheitlicher verstärkt werden.
Durch die Verwendung der Platte 4, die aus einer verbundenen Platte ausgebildet ist, welche aus der ersten Platte 8 und der zweiten Platte 10 besteht, die vorstehend beschrieben worden sind, kann das zweite Loch 9, das eine Widerstandskraft des in das Loch eingebrachten zweiten Materials gegen eine Zugbelastung ausübt und einen Raum aufweist, der nicht mit dem ersten Loch 7 überlappt, einfach in gleicher Weise wie in der vorstehenden Ausführungsform erhalten werden und die Produktionskosten des Verbundmaterials 6 können vermindert werden. Da ferner eine Mehrzahl von ersten Löchern 7 mit einer Mehrzahl von zweiten Löchern 9 überlappt, kann die Bindungskraft zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 5 weiter verbessert und einheitlich gemacht werden.
Die Fig. 3A, 3B und 3C zeigen, dass die erste Platte 8 und die zweite Platte 10 so miteinander verbunden sind, dass das Zentrum des ersten Lochs 7 im Wesentlichen mit dem Schwerpunkt des Bereichs ausgerichtet ist, an dem die zweiten Löcher 9 ausgebildet werden. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, können jedoch verschiedene verbundene Materialien verwendet werden, die durch Verbinden ausgebildet werden, beispielsweise die erste Platte 8 und die zweite Platte 10, wobei die ersten Löcher 7 und die zweiten Löcher 9, die so ausgebildet sind, dass sie den gleichen Durchmesser in dem gleichen Muster (nicht auf die in Fig. 4 gezeigte um 60º gestaffelte Anordnung beschränkt; es kann sich auch um ein Quadratmuster handeln) und den gleichen Abstand aufweisen, um den halben Abstand verschoben sind. Die in Fig. 4 gezeigte verbundene Platte bildet einen nicht-überlappten Raum durch zwei zweite Löcher 9 bezüglich einem ersten Loch 7. Umgekehrt wird der nicht-überlappte Raum durch ein zweites Loch 9 bezüglich zwei ersten Löchern 7 ausgebildet. Insbesondere ist es möglich, ein verbundenes Material zu verwenden, das durch Verbinden der ersten Platte 8 und der zweiten Platte 10 ausgebildet wird, wobei die ersten Löcher 7 und die zweiten Löcher 9, die mit dem gleichen Muster ausgebildet sind und im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweisen, in einer größeren Zahl überlappen. Die verbundene Platte, die gemäß Fig. 3 ausgebildet ist, ist jedoch besonders bevorzugt, da eine einheitlichere Widerstandskraft erhalten wird.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, eine verbundene Platte zu verwenden, die einen nicht-überlappten Raum aufweist, der durch ein einzelnes zweites Loch 2 ausgebildet wird, das bezüglich eines einzelnen ersten Lochs im Wesentlichen den gleichen Durchmesser aufweist. Wie es in den Fig. 3A, 3B und 3C und in Fig. 4 gezeigt ist, ist es jedoch bevorzugt, dass eine höhere Widerstandskraft durch Ausbilden des nicht-überlappten Raums durch die Mehrzahl von zweiten Löchern 9 bezüglich des einzelnen ersten Lochs 7 erhalten wird.
Nachstehend werden die vorstehend in (2) beschriebenen Löcher erläutert. Eine Platte 4, welche die in den Fig. 5A und 5B gezeigte Zwischenschicht 2 ausbildet, weist ein gekürztes kegelförmiges Loch 3 auf, das so ausgebildet ist, dass es auf der Seite des ersten Elements 1 eine Öffnung 3b aufweist, die größer ist als eine Öffnung 3a auf der Seite des zweiten Elements 5. Ferner ist die Platte 4 unter Bildung der Zwischenschicht 2 mit dem ersten Element 1 verbunden. Dieses gekürzte kegelförmige Loch 3 übt zur Verstärkung der Bindungsfestigkeit des zweiten Elements 5 an dem ersten Element 1 als ganzes eine Widerstandskraft gegen eine Zugbelastung aus.
Durch die Verwendung der Platte 4 mit den gekürzten kegelförmigen Löchern 3 kann die Widerstandskraft gegen eine Zugspannung durch die Löcher 3 als ganzes erhalten werden und die Bindungsfestigkeit zwischen dem ersten Element 1 und dem zweiten Element 5 kann verbessert und einheitlich gemacht werden.
Die Widerstandskraft gegen die Zugbelastung kann durch die Löcher als ganzes erreicht werden, wie es in den Fig. 5A und 5B gezeigt ist. Es ist jedoch mehr bevorzugt, die Widerstandskraft durch die Löcher zu erhalten, wenn die Flächen die Widerstandskraft ausüben, wie es in den Fig. 2 bis 4 gezeigt ist, so dass das erste Element 1 und das zweite Element 5 zuverlässig mit einer höheren Festigkeit verbunden werden können.
Das in der vorstehenden Ausführungsform beschriebene Verbundmaterial 6 kann wie folgt hergestellt werden. Als erstes wird die Platte 4, die wie vorstehend beschrieben verschiedene Formen aufweisen kann, auf die Oberfläche des ersten Elements 1 laminiert, wobei sich das Verbindungsmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt dazwischen befindet. Wärme wird bei einer Temperatur angewandt, die dem zum Verbinden der Platte 4 und dem ersten Element 1 verwendeten Verbindungsmaterial mit niedrigem Schmelzpunkt entspricht, wodurch die Zwischenschicht 2 gebildet wird, die mit dem ersten Element 1 verbunden ist.
Anschließend wird das zweite Element 5 auf das erste Element 1 laminiert, während es in die Löcher 3 der Platte 4, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet, eingebracht wird. Dieses Laminierverfahren umfasst ein Verfahren, bei dem ein gepulvertes Material für das zweite Element 5 unter Druck in die Poren 3 der Zwischenschicht 2 eingebracht und Hitze zum Härten angewandt wird, sowie ein Verfahren, bei dem eine Schmelze oder eine Lösung des Materials, welches das zweite Element 5 ausbildet, imprägniert wird.
Um das vorstehend beschriebene gepulverte Material einer Hitzehärtung zu unterwerfen, kann auch ein Erweichen und Imprägnieren oder Schmelzen und Imprägnieren eingesetzt werden. In der vorliegenden Erfindung kann jedoch jedes Loch 3 in der Zwischenschicht 2 relativ groß sein und das gepulverte Material kann einfach in großer Menge eingebracht werden. Daher kann auch mit gewöhnlichen Verfahren des Einbringens mit Druck und Hitzehärtungsverfahren eine zufriedenstellende Bindungsfestigkeit erreicht werden. Dies ist besonders effektiv, wenn ein Harzmaterial für das zweite Element 5 verwendet wird und es kann vor dem Abbau bewahrt werden.
In der vorstehenden Ausführungsform wurde ein Verbundmaterial beschrieben, das durch Laminieren des zweiten Elements 5, das aus einem Harzmaterial, einem Kautschukmaterial oder einem Glasmaterial auf das erste Element 1, das aus einem Metallmaterial hergestellt ist, ausgebildet wird. Die jeweiligen Elemente, die das erfindungsgemäße Verbundmaterial ausbilden, sind jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Elemente beschränkt. Beispielsweise kann für das erste Element 1 ein Keramikmaterial oder Glasmaterial verwendet werden und ein Metallmaterial, ein Harzmaterial oder ein Kautschukmaterial kann für das zweite Element 5 verwendet werden. Zur Verwendung eines Keramikmaterials oder eines Glasmaterials für das erste Element 1 kann die zu verwendende Platte aus dem gleichen Material hergestellt sein.
Nachstehend wird ein zweites erfindungsgemäßes Verbundmaterial unter Bezugnahme auf Fig. 6A und Fig. 6B beschrieben. Die Fig. 6A und 6B sind Schnittansichten, die schematisch eine Struktur des zweiten erfindungsgemäßen Verbundmaterials zeigen. In den Zeichnungen bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein erstes Element auf einer Seite des Verbundmaterials und eine poröse Zwischenschicht 2 ist mit dem ersten Element 1 verbunden. Das erste Element 1 ist nicht auf ein spezielles Material beschränkt und verschiedene Arten von Metallmaterialien können verwendet werden.
Die poröse Zwischenschicht 2, die auf der Oberfläche des ersten Elements 1 aufgebracht ist, ist aus einem partikulären Material ausgebildet, wie z. B. den Kugeln 3 in Fig. 6A. Ferner ist ein poröses Strukturmaterial aus einem Gemisch aus einem faserförmigen Material 8 und dem partikulären Material aus Kugeln 3 in Fig. 6B ausgebildet.
Die Struktursubstanz für die poröse Zwischenschicht ist nicht auf die Kugeln und das faserförmige Material beschränkt, sondern es kann sich um eine zylindrische Substanz oder um ein Gemisch davon handeln. Das Material für die Struktursubstanz ist ein Material, das eine Affinität zu dem ersten Element 1 aufweist, nämlich ein gutes Verbindungsvermögen und eine gute Reaktivität und auch einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wenn das erste Element 1 ein Stahlmaterial ist, kann das gleiche Material oder eine Legierung auf Eisenbasis verwendet werden.
Die partikulären Materialien, wie z. B. die Kugeln 3 oder das faserförmige Material 8 werden so ausgebildet, dass sie eine Größe aufweisen, so dass die poröse Zwischenschicht 2 selbst eine ausreichende Festigkeit beibehalten kann. Ferner ist es bevorzugt, dass die Kugeln 3 einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,001 bis 10 mm aufweisen und dass die zylindrische Substanz einen durchschnittlichen Durchmesser von 0,001 bis 10 mm und ein durchschnittliches Seitenverhältnis von 100 oder weniger aufweist. Wenn der durchschnittliche Durchmesser weniger als 0,001 mm beträgt, ist es schwierig, das zweite Element in die poröse Zwischenschicht 2 einzubringen und die Bindungsfestigkeit wird vermindert. Auch die Festigkeit der porösen Zwischenschicht 2 selbst kann vermindert werden. Wenn der durchschnittliche Durchmesser 10 mm übersteigt, ist die verbundene Fläche zwischen den partikulären Materialien und zwischen den partikulären Materialien und dem ersten Element klein und die Festigkeit der porösen Zwischenschicht 2 selbst wird vermindert. Das gleiche gilt für das durchschnittliche Seitenverhältnis.
Ferner handelt es sich bei dem faserförmigen Material 8 vorzugsweise um kurze Fasern mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,001 bis 10 mm und einem durchschnittlichen Seitenverhältnis von 2 bis 100. Die partikulären Materialien und das faserförmige Material 8 werden vorzugsweise zusammen verwendet, da mit dem einzelnen Einsatz der partikulären Materialien oder des faserförmigen Materials 8 die Härte und die Porosität der porösen Zwischenschicht 2 nur schwer zu steuern sind.
Demgemäß kann durch die Verwendung eines porösen Körpers aus den partikulären Materialien, wie z. B. den Kugeln 3 oder des faserförmigen Materials 8 zur Herstellung der porösen Zwischenschicht 2 die Porosität in hohem Maß bestimmt werden, ohne die Festigkeit der porösen Zwischenschicht 2 selbst abzusenken, und es kann eine Raumstruktur so hergestellt werden, dass sie eine räumliche dreidimensionale komplexe Struktur aufweist. Folglich kann die Menge eines Materials, welches das zweite Element 5 ausbildet, das in die poröse Zwischenschicht 2 imprägniert werden soll, erhöht werden, und die imprägnierte Form kann komplex gemacht werden. Folglich können die Haftung und die Bindungsfestigkeit des zweiten Elements 5 verbessert werden. Eine bevorzugte Porosität der porösen Zwischenschicht 2 liegt vorzugsweise bei etwa 10 bis 90%.
Die poröse Zwischenschicht 2 ist nicht auf eine bestimmte Dicke beschränkt, vorzugsweise beträgt die Dicke jedoch etwa 0,001 bis 100 mm. Ferner kann die poröse Zwischenschicht 2 auf verschiedene Weise modifiziert werden, beispielsweise kann deren Porosität in der Dickenrichtung verändert werden.
Um die partikulären Materialien wie z. B. die Kugeln 3 oder die faserförmigen Materialien 8 miteinander zu verbinden oder um sie mit dem ersten Element 1 zu verbinden, wird ein Material mit einem Schmelzpunkt, der niedriger ist als der von Materialien oder ein Material verwendet, das ein solches Material mit niedrigem Schmelzpunkt 4 erzeugen kann (beide werden nachstehend als Material mit niedrigem Schmelzpunkt bezeichnet), wie es in Fig. 6C gezeigt ist. Wenn das Material mit dem niedrigen Schmelzpunkt 4 nicht verwendet wird, wird die poröse Zwischenschicht 2 mit ausreichender Festigkeit kaum durch Festphasenbindung erhalten, da die partikulären Materialien, wie z. B. die Kugeln 3 eine kleine Kontaktfläche aufweisen. Dadurch, dass sie mit dem Material mit niedrigem Schmelzpunkt 4 verbunden werden, kann die Bindungsfestigkeit verstärkt werden.
Wenn die partikulären Materialien, wie z. B. die Kugeln 3 aus einem Metallmaterial hergestellt sind, ist das Material mit niedrigem Schmelzpunkt 4 ein Metallmaterial mit einem niedrigeren Schmelzpunkt oder ein Metallmaterial, das ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt durch Umsetzen mit den partikulären Materialien, wie z. B. den Kugeln 3, erzeugen kann (Legierung oder dergleichen). Das Material mit niedrigem Schmelzpunkt 4 kann ein Material sein, das als sogenanntes Lötmaterial wirkt und vorzugsweise ein Material, das ein Flüssigphasensintern unter den partikulären Materialien, wie z. B. den Kugeln 3 fördert. Es ist mehr bevorzugt, ein Metallmaterial zu verwenden, das die Festigkeit des porösen Bindungsmaterials durch Erzeugen einer Legierung aus den partikulären Materialien verstärkt, wie z. B. den Kugeln 3. Insbesondere ist es bevorzugt, dass das Flüssigphasensintern zum Verbinden der partikulären Materialien, wie z. B. der Kugeln 3 miteinander oder der partikulären Materialien 3 und des ersten Elements 1 durchgeführt wird. Die faserförmigen Materialien 8 werden auch in der gleichen Weise verwendet.
Insbesondere dann, wenn die partikulären Materialien, wie z. B. die Kugeln 3 ein Material auf Eisenbasis sind, können Kupfer, dessen Legierungen und Aluminium sowie dessen Legierungen verwendet werden. Kupfer oder dessen Legierungen bilden bei einer Temperatur eine flüssige Phase, die niedriger ist als die Temperatur, bei der die Kugeln 3 eine flüssige Phase bilden, was zu dem Flüssigphasensintern zwischen den partikulären Materialien, wie z. B. den Kugeln 3 und zwischen den partikulären Materialien, wie z. B. den Kugeln 3 und dem ersten Element 1 beiträgt, und auch zur Erzeugung einer Fe-Cu-Legierung an einer Grenzfläche zwischen dem Kupfer oder der Kupferlegierung 4 und den Kugeln 3, wodurch die Bindungsfestigkeit weiter verstärkt wird.
Diese poröse Zwischenschicht 2 wird durch Aufbringen eines Gemischs der Zwischenschicht, die aus den partikulären Materialien wie z. B. den Kugeln 3 oder den faserförmigen Materialien 8 ausgebildet ist, des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt 4 und eines organischen Bindemittels auf das erste Element 1 und Sintern dieser aufgebrachten Schicht bei einer Temperatur ausgebildet, die der des Materials mit niedrigem Schmelzpunkt 4 entspricht, wodurch eine Verbindung der Materialien, welche die Zwischenschicht ausbilden, und zwischen den Materialien, welche die Zwischenschicht ausbilden und dem ersten Element mit der dazwischen angeordneten Substanz mit niedrigem Schmelzpunkt 4 ausgebildet wird.
So wird die mit dem ersten Element verbundene poröse Zwischenschicht 2 erhalten. Zur Änderung der Porosität in der Dickenrichtung der Zwischenschicht 2 wird die Zusammensetzung der aufgebrachten Schicht verändert und mehrmals aufgebracht.
Für das zweite Element 5 wird ein Material verwendet, das von dem Material für das erste Element 1 verschieden ist. Vorzugsweise handelt es sich um ein Harzmaterial, ein Kautschukmaterial oder ein Glasmaterial, das selbst eine niedrige Festigkeit aufweist.
Zur Imprägnierung eines solchen Materials in die poröse Zwischenschicht 2 wird ein Material in Form eines Pulvers für das zweite Element 5 in die poröse Zwischenschicht 2 unter Druck eingebracht und erhitzt, um ein Erweichen und Imprägnieren oder ein Schmelzen und Imprägnieren zu bewirken. Darüber hinaus kann zur Imprägnierung auch ein Verfahren zur Imprägnierung einer Schmelze oder einer Lösung des Materials, welches das zweite Element 5 ausbildet, verwendet werden.
In dem Verbundmaterial 6 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, weist die Zwischenschicht eine große Porosität und eine komplexe Struktur in Form eines dreidimensionalen Netzwerks auf. Wenn folglich das zweite Element 5 in die poröse Zwischenschicht 2 imprägniert wird, kann die Kontaktfläche zwischen dem zweiten Element 5 und der porösen Zwischenschicht 2 groß gemacht werden und ein guter Keileffekt kann erhalten werden. Mit anderen Worten: Da die poröse Zwischenschicht 2 und das darin imprägnierte zweite Element 5 gegenseitig in einer komplexen Form gegen eine Zugrichtung miteinander in Eingriff gebracht worden sind, wird ein starker Keileffekt zur Verstärkung des verbundenen Zustands ausgeübt, und die Kontaktfläche kann zur Verbesserung der Hafteigenschaften wesentlich verbessert werden.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 7 eine Ausführungsform beschrieben, bei der das erfindungsgemäße Verbundmaterial auf ein Gleitelement angewandt wird.
Ein in Fig. 7 gezeigtes Gleitelement wird durch Verbinden einer Platte 14 mit Löchern 13 mit einer Seite eines Gleitelementkörpers 12, der aus einem Metallmaterial, wie z. B. verschiedenen Arten von Legierungen hergestellt ist, zur Ausbildung einer Zwischenschicht und Laminieren einer Harzschicht auf Fluorbasis 15 auf die Zwischenschicht ausgebildet, wobei diese in die Löcher 13 der Platte 14, welche die Zwischenplatte ausbildet, eingebracht wird. Die Löcher 13 weisen eine derartige Gestalt auf, dass die eingebrachte Harzschicht einer Zugbelastung in einer Richtung senkrecht zu ihrer Oberfläche (verbundene Oberfläche) widersteht. Die Gleitoberfläche des Gleitelements 11 ist auf der Harzschicht auf Fluorbasis 15 ausgebildet. Die spezifische Struktur des Gleitelements 11 ist mit der Struktur identisch, wie sie in der Ausführungsform bezüglich des erfindungsgemäßen Verbundmaterials beschrieben worden ist.
Diese Harzschicht auf Fluorbasis 15 ist ein Harz auf Fluorbasis, beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) und, PTFE kann allein oder als Gemisch mit Glasfasern oder Molybdändisulfid verwendet werden. Es ist auch möglich, eine laminierte Struktur auszubilden, die eine Schicht nur aus PTFE und eine Schicht aus PTFE gemischt mit Glasfasern oder Molybdändisulfid umfasst. In diesem Fall kann dann, wenn die einzelne PTFE-Schicht auf der Seite des Gleitelementkörpers 12 angeordnet wird, das PTFE einfach in die Poren 13 eingebracht werden und die Gleitfläche weist aufgrund des niedrigen Reibungskoeffizienten und einer guten Gleiteigenschaft von PTFE, in das Glasfasern und Molybdändisulfid eingebracht sind, eine gute Abnutzungsbeständigkeit auf. Die einzelne PTFE-Schicht und die mit Füllstoffen versehene PTFE-Schicht können gleichzeitig thermisch verbunden werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Gleitelement 11 kann die Harzschicht auf Fluorbasis 15, die aus PTFE oder einem Gemisch aus PTFE und Glasfasern oder Molybdändisulfid hergestellt ist, gleichförmig mit dem Gleitelementkörper 12 mit hoher Festigkeit in der gleichen Weise verbunden werden, wie es in der Ausführungsform bezüglich des erfindungsgemäßen Verbundmaterials beschrieben worden ist. Daher kann die Zuverlässigkeit des Gleitelements 11 und verschiedener Vorrichtungen, in denen dieses verwendet wird, beträchtlich verbessert werden.
Nachstehend werden spezifische erfindungsgemäße Ausführungsformen beschrieben.

Ausführungsform 1:

Als Platte 4, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet, wurde eine SS41 Stahlplatte 10 mit Abmessungen von 200 mm · 200 mm · 1 mm mit Durchgangslöchern 9 mit einem Durchmesser von 3 mm und einer um 60º gestaffelten Anordnung mit einem Abstand von 4 mm (erste Platte 10), und eine weitere SS41-Stahlplatte 8 mit der gleichen Größe hergestellt, die Durchgangslöcher 7 mit einem Durchmesser von 2 mm, die in einer um 60º gestaffelten Anordnung mit einem Abstand von 4 mm ausgebildet sind (zweite Platte 8) hergestellt, wie es in den Fig. 2A und 2B gezeigt ist.
Andererseits wurde als erstes Element 1 eine SS41 Stahlplatte mit Abmessungen von 200 mm · 200 mm · 20 mm hergestellt. Außerdem wurde eine Paste aus reinem Kupfer, die durch Mischen eines reinen Kupferpulvers mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 um und einer geeigneten Menge eines organischen Bindemittels hergestellt worden ist, auf diese SS41-Stahlplatte in einer Dicke von 0,2 mm aufgebracht. Die SS41- Stahlplatte 10 mit den Durchgangslöchern 9 mit einem Durchmesser von 3 mm und einer um 60º gestaffelten Anordnung wurde auf diese Schicht der Paste aus reinem Kupfer aufgebracht, die Paste aus reinem Kupfer wurde in einer Dicke von 0,2 mm auf die SS41- Stahlplatte aufgebracht und die SS41-Stahlplatte 8 mit den Durchgangslöchern 7 mit einem Durchmesser von 2 mm, die in einer um 60º gestaffelten Anordnung ausgebildet sind, wurde auf der Kupferpastenschicht angeordnet, wobei die Zentren der jeweiligen Durchgangslöcher 7, 9 ausgerichtet waren.
Anschließend wurde das erste Element 1, auf dem die Platten 8, 10, welche die vorstehend beschriebene Zwischenschicht ausbilden, angeordnet waren, in einer Wasserstoffgasatmosphäre bei 1100ºC (1373 K) 30 min zur Verbindung der Zwischenschicht 4, welche die Löcher 3 in einer abgestuften Gestalt im Querschnitt aufweist, mit dem ersten Element 1, das aus der SS41-Stahlplatte hergestellt worden ist, kalziniert.
Das erste Element 1, auf dem die Zwischenschicht 4 gebunden worden ist, wurde auf dem Boden einer Form platziert, PTFE-Pulver als Material für das zweite Element 5 (Fig. 1) wurde unter einem Druck von 40 MPa in die Form eingebracht und das PTFE wurde bei 400ºC (673 K) ein Stunde schmelzgebunden. So wurde das PTFE zur Verbindung mit der Zwischenschicht 4 laminiert, die aus den Platten mit den Löchern ausgebildet und mit der SS41- Stahlplatte gebunden worden ist, während das PTFE auch in die Zwischenschicht zur Erzeugung eines Verbundmaterials 6 eingebracht worden ist (Fig. 1).
Zur Bewertung der Eigenschaften des Verbundmaterials wurde dessen Scherfestigkeit wie folgt gemessen. Zwischen zwei ersten Elementen, bei denen die Zwischenschicht auf der Oberfläche gemäß den Bedingungen der ersten Ausführungsfarm ausgebildet worden ist, wurde PTFE als das zweite Element zur Herstellung einer Probe gehalten (eingebracht, laminiert). Die Probe wurde einem Schertest parallel zu ihren verbundenen Flächen unterworfen. Sie hatte eine gute Scherfestigkeit von 15,5 MPa.

Ausführungsform 2:

Als Platte 4, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet, wurde eine SS41-Stahlplatte mit den Abmessungen 200 mm · 200 mm · 1 mm hergestellt, auf der Durchgangslöcher 7, 9 mit einem Durchmesser von 2 mm in einer um 60º versetzten Anordnung und einem Abstand von 4 mm ausgebildet waren. Löcher mit einem Durchmesser von 3 mm wurden zu diesen Löchern konzentrisch in einer Tiefe von 1 mm von einer Seite der SS41-Stahlplatte ausgebildet.
Ein Verbundmaterial wurde in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform erzeugt, jedoch wurde die vorstehend hergestellte Platte als Zwischenschicht verwendet. Dieses Verbundmaterial wurde hinsichtlich seiner Scherfestigkeit auf die gleiche Weise gemessen wie bei der ersten Ausführungsform. Es hatte eine gute Scherfestigkeit von 14,7 MPa.

Ausführungsform 3:

Wie es in den Fig. 3A, 3B und 3C gezeigt ist, wurden als Platte 4, welche die Zwischenschicht ausbildet, zwei SS41-Stahlplatten 8, 10 mit den Abmessungen 200 mm · 200 mm · 1 mm hergestellt, auf denen Durchgangslöcher 7, 9 mit einem Durchmesser von 3 mm in einer um 60º versetzten Anordnung und einem Abstand von 4 mm ausgebildet waren. Anschließend wurde die gleiche Paste aus reinem Kupfer wie in der ersten Ausführungsform in einer Dicke von 0,2 mm auf eine SS41-Stahlplatte 1 mit den Abmessungen 200 mm · 200 mm · 20 mm als erstes Element 1 aufgebracht. Eine der beiden SS41- Stahlplatten 10 wurde auf die aufgebrachte Schicht der Paste aus reinem Kupfer platziert und die gleiche Paste aus reinem Kupfer wurde in einer Dicke von 0,2 mm auf die platzierte SS41-Stahlplatte 1 aufgebracht. Anschließend wurde, wie es in den Fig. 3A, 3B und 3C gezeigt ist, die andere SS41-Stahlplatte 8 mit den um 60º versetzten Durchgangslöchern 7 so platziert, dass die Schwerpunkte der Positionen, an denen diese Löcher ausgebildet worden sind, nämlich die jeweiligen Flächen, welche drei Durchgangslöcher verbinden, mit den Mittelpunkten der um 60º versetzten Durchgangslöcher 9 der unteren SS41-Stahlplatte 10 zur Ausbildung einer Brückenstruktur ausgerichtet.
Anschließend wurde die Kalzinierung unter den gleichen Bedingungen wie in der ersten Ausführungsform zur Verbindung der Zwischenschicht 4, welche die Löcher 3 in der Brückenstruktur aufweist, mit dem ersten Element 1 durchgeführt, das aus der SS41-Stahlplatte hergestellt ist. Unter den gleichen Bedingungen wie in der ersten Ausführungsform wurde PTFE zur Verbindung mit der Zwischenschicht 4 laminiert, während es auch in die Löcher der Zwischenschicht zur Erzeugung eines Verbundmaterials eingebracht wurde. Dieses Verbundmaterial wurde hinsichtlich seiner Scherfestigkeit auf die gleiche Weise gemessen wie bei der ersten Ausführungsform. Es hatte eine gute Scherfestigkeit von 15,3 MPa.

Vergleichsausführungsform 1:

Ein Verbundmaterial wurde auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform hergestellt, jedoch wurde eine SS41-Stahlplatte mit den Abmessungen 200 mm · 200 mm · 2 mm, auf der Durchgangslöcher mit einem Durchmesser von 3 mm in einer um 60º versetzten Anordnung und einem Abstand von 4 mm ausgebildet waren, als Platte 4 verwendet, welche die Zwischenschicht 2 ausbildet. Dieses Verbundmaterial wurde hinsichtlich seiner Scherfestigkeit auf die gleiche Weise gemessen wie bei der ersten Ausführungsform. Es hatte eine niedrige Scherfestigkeit von 5,0 MPa, da das PTFE, das in die Löcher der Zwischenschicht eingebracht worden ist, abgetrennt und aus den Löchern herausgezogen wurde.

Ausführungsform 4:

Als erstes Element wurde eine kreisförmige S45C-Kohlenstoffstahlplatte mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 10 mm hergestellt. Ein Gemisch aus Kohlenstoffstahlkugeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 mm als Substanz für die Zwischenkomponente, Kugeln aus reinem Kupfer mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,3 mm als Substanz mit niedrigem Schmelzpunkt und eine geeignete Menge eines organischen Bindemittels wurde auf die kreisförmige S45C-Kohlenstoffstahlplatte aufgebracht.
Die Kohlenstoffstahlkugeln und die Kugeln aus reinem Kupfer wurden in einem Verhältnis von 10 : 1 bezogen auf das Gewicht gemischt und das Gemisch wurde in einer Dicke von 3 mm aufgebracht.
Die kreisförmige S45C-Kohlenstoffstahlplatte, auf der eine Schicht des aufgebrachten Gemischs ausgebildet war, wurde unter einem verminderten Druck von 1,33 · 10&supmin;² Pa bei 1100ºC (1373 K) zur Ausbildung einer porösen Schicht auf der kreisförmigen S45C- Kohlenstoffstahlplatte 2 Stunden kalziniert. In dieser porösen Zwischenschicht war die Bindung zwischen den Kohlenstoffstahlkugeln und zwischen den Kohlenstoffstahlkugeln und der kreisförmigen S45C-Kohlenstoffstahlplatte aufgrund des Cu und der Cu-Fe-Legierung gut. Die Zwischenschicht wies eine große Zahl von Durchgangslöchern und eine hohe Festigkeit auf. Die Porosität der Zwischenschicht betrug etwa 20%.
Die kreisförmige S45C-Kohlenstoffstahlplatte, auf der die poröse Zwischenschicht ausgebildet war, wurde auf den Boden einer Form platziert, ein Pulver auf PTFE-Basis als Material für das zweite Element wurde in die Form eingebracht und unter einem Druck von 40 MPa imprägniert und das Pulver auf PTFE-Basis wurde bei 400ºC (673 K) 2 Stunden schmelzgebunden. Somit wurde das Pulver auf PTFE-Basis zur Verbindung mit der porösen Zwischenschicht laminiert, die aus einer an die kreisförmige Kohlenstoffstahlplatte porösen gebundenen Substanz ausgebildet worden ist, während das Pulver auf PTFE-Basis zur Erzeugung eines Verbundmaterials auch in die poröse Zwischenschicht eingebracht worden ist.
Zur Bewertung der Eigenschaften des Verbundmaterials wurde dessen Scherfestigkeit wie folgt gemessen. Zwischen zwei ersten Elementen, bei denen jeweils die poröse Zwischenschicht auf der Oberfläche gemäß den Bedingungen der vierten Ausführungsform ausgebildet worden ist, wurde das Pulver auf PTFE-Basis als das zweite Element zur Herstellung einer Probe gehalten. Die Probe wurde für den Schertest in einer Richtung parallel zu deren gebundenen Flächen gezogen. Sie hatte eine gute Scherfestigkeit von 7,0 MPa.

Ausführungsform 5:

Als erstes Element wurde eine kreisförmige S45C-Kohlenstoffstahlplatte mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 10 mm hergestellt. Ein Gemisch aus Kohlenstoffstahlkugeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 mm und Edelstahldrähten mit einem Durchmesser von 0,5 mm und einer durchschnittlichen Länge von 10 mm als Substanz für die Zwischenkomponente, Kugeln aus reinem Kupfer mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,3 mm als Substanz mit niedrigem Schmelzpunkt und einer geeigneten Menge eines organischen Bindemittels wurde auf die kreisförmige S45C- Kohlenstoffstahlplatte aufgebracht. Die Kohlenstoffstahlkugeln und die Edelstahldrähte wurden in einem Verhältnis von 10 : 2 bezogen auf das Gewicht gemischt und sie wurden mit den Kugeln aus reinem Kupfer in einem Verhältnis von 10 : 1 bezogen auf das Gewicht gemischt. Das Gemisch wurde in einer Dicke von 3 mm aufgebracht.
Die kreisförmige S45C-Kohlenstoffstahlplatte, auf der eine Schicht des aufgebrachten Gemischs ausgebildet war, wurde unter einem verminderten Druck von 1,33 · 10&supmin;² Pa bei 1100ºC (1373 K) zur Ausbildung einer porösen Schicht auf der kreisförmigen S45C- Kohlenstoffstahlplatte 2 Stunden kalziniert. In dieser porösen Zwischenschicht war die Verbindung zwischen den Kohlenstoffstahlkugeln und zwischen den Kohlenstoffstahlkugeln und den Edelstahldrähten und zwischen diesen und der kreisförmigen S45C- Kohlenstoffstahlplatte aufgrund des Cu und der Cu-Fe-Legierung gut. Die Zwischenschicht wies eine große Zahl von Durchgangslöchern und eine hohe Festigkeit auf. Die Porosität der Zwischenschicht betrug etwa 35%.
Die kreisförmige S45C-Kohlenstoffstahlplatte, auf der die poröse Zwischenschicht ausgebildet war, wurde auf den Boden einer Form platziert, ein Pulver auf PTFE-Basis als Material für das zweite Element wurde in die Form eingebracht und unter einem Druck von 40 MPa imprägniert und das Pulver auf PTFE-Basis wurde bei 400ºC (673 K) 2 Stunden schmelzgebunden. Somit wurde das Pulver auf PTFE-Basis zur Verbindung mit der porösen Zwischenschicht laminiert, die aus einer an die kreisförmige Kohlenstoffstahlplatte porösen gebundenen Substanz aus den Kohlenstoffstahlkugeln und den Edelstahldrähten ausgebildet worden ist, während das Pulver auf PTFE-Basis zur Erzeugung eines Verbundmaterials auch in die poröse Zwischenschicht eingebracht wurde.
Das Verbundmaterial wurde für den Schertest in einer Richtung parallel zu deren gebundenen Flächen in der gleichen Weise wie in der fünften Ausführungsform gezogen. Es hatte eine gute Scherfestigkeit von 7,5 MPa.

Ausführungsform 6:

Als erstes Element wurde eine kreisförmige SS41-Stahlplatte mit einem Durchmesser von 100 mm und einer Höhe von 10 mm hergestellt. Ein Gemisch aus Edelstahldrähten mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,5 mm und einer durchschnittlichen Länge von 10 mm als Substanz für die Zwischenkomponente, Kugeln aus reinem Aluminium mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,1 mm als Substanz mit niedrigem Schmelzpunkt und einer geeigneten Menge eines organischen Bindemittels wurde auf die kreisförmige SS41- Stahlplatte aufgebracht. Die Edelstahldrähte und die Kugeln aus reinem Aluminium wurden in einem Verhältnis von 2 : 1 bezogen auf das Gewicht gemischt. Das Gemisch wurde in einer Dicke von 3 mm aufgebracht.
Die kreisförmige SS41-Stahlplatte, auf der eine Schicht des aufgebrachten Gemischs ausgebildet war, wurde in einer Wasserstoffgasatmosphäre bei 702ºC (975 K) zur Ausbildung einer porösen Zwischenschicht auf der kreisförmigen SS41-Stahlplatte 2 Stunden kalziniert. In dieser porösen Zwischenschicht war die Bindung zwischen den Edelstahldrähten und zwischen den Edelstahldrähten und der kreisförmigen SS41-Stahlplatte aufgrund des Al und der Al-Fe-Legierung gut. Die Porosität der Zwischenschicht betrug etwa 40%.
Die kreisförmige SS41-Stahlplatte, auf der die poröse Zwischenschicht ausgebildet war, wurde auf den Boden einer Form platziert, ein Pulver auf PTFE-Basis, das 15 Gew.-% Glasfasern enthielt, als Material für das zweite Element wurde in die Form eingebracht und unter einem Druck von 40 MPa imprägniert und das Pulver auf PTFE-Basis wurde bei 400ºC (673 K) 2 Stunden schmelzgebunden. Somit wurde das Pulver auf PTFE-Basis zur Verbindung mit dem porösen Zwischenschicht laminiert, die aus einer an die kreisförmige SS41-Stahlplatte porösen gebundenen Substanz aus den Edelstahldrähten ausgebildet worden ist, während das Pulver auf PTFE-Basis zur Erzeugung eines Verbundmaterials auch in die poröse Zwischenschicht eingebracht wurde.
Das Verbundmaterial wurde für den Schertest in einer Richtung parallel zu deren gebundenen Flächen gezogen. Es hatte eine gute Scherfestigkeit von 8,0 MPa.

Ausführungsform 7:

Als erstes Element wurde eine Permalloyplatte (78,5 Gew.-% Ni, 0,3 Gew.-% Mn, Rest Fe) mit einer Breite von 10 mm, einer Länge von 100 mm und einer Dicke von 1 mm hergestellt. Ein Gemisch aus SUS416-Edelstahldrähten mit einem Durchmesser von 0,1 mm und einer durchschnittlichen Länge von 3 mm als Substanz für die Zwischenkomponente, einem Cu- Pulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 10 um als Substanz mit niedrigem Schmelzpunkt und einer geeigneten Menge eines Bindemittels wurde auf die Permalloyplatte aufgebracht. Die Edelstahldrähte und das Kupferpulver wurden in einem Verhältnis von 10 : 1 bezogen auf das Gewicht gemischt. Das Gemisch wurde in einer Dicke von 0,5 mm aufgebracht.
Die Permalloyplatte, auf der eine Schicht des aufgebrachten Gemischs ausgebildet war, wurde in einer Wasserstoffgasatmosphäre bei 1100ºC (1373 K) zur Ausbildung einer porösen Zwischenschicht auf der Permalloyplatte 2 Stunden kalziniert. In dieser porösen Zwischenschicht war die Bindung zwischen den Edelstahldrähten und zwischen den Edelstahldrähten und der Permalloyplatte aufgrund des Cu und der Cu-Fe-Legierung gut. Die Porosität der Zwischenschicht betrug etwa 40%.
Borosilikatglasfritten zur Emaillierung mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 10 um als Material für das zweite Element wurden auf die Permalloyplatte aufgebracht, auf welcher die poröse Zwischenschicht ausgebildet worden ist, und das Borosilikatglas wurde bei 850ºC (1123 K) fünf Minuten schmelzgehärtet. Das Borosilikatglas wurde zur Verbindung mit der Permalloyplatte laminiert, während es zur Erzeugung eines Verbundmaterials auch in die poröse Zwischenschicht der Edelstahldrähte eingebracht wurde.
Das Verbundmaterial wurde einem 90º-Biegetest (Krümmungsradius = 20 mm) unterworfen, zeigte jedoch keine Ablösung.

Ausführungsform 8:

Als erstes Element wurde eine SS41-Stahlplatte mit einer Breite von 10 mm, einer Länge von 100 mm und einer Dicke von 1 mm hergestellt. Ein Gemisch aus S45C- Kohlenstoffstahlkugeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,1 mm als Substanz für die Zwischenkomponente, reinem Kupferpulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 10 um als Substanz mit niedrigem Schmelzpunkt und einer geeigneten Menge eines organischen Bindemittels wurde auf die SS41-Stahlplatte aufgebracht. Die Kohlenstoffstahlkugeln und das reine Kupferpulver wurden in einem Verhältnis von 10 : 1 bezogen auf das Gewicht gemischt und das Gemisch wurde in einer Dicke von 1 mm aufgebracht. Auf diese erste aufgebrachte Schicht wurde ein Gemisch aus S45C-Kohlenstoffstahlkugeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,1 mm und SUS416-Edelstahldrähten mit einem Durchmesser von 0,1 mm und einer durchschnittlichen Länge von 3 mm als Substanz für die Zwischenkomponente, reinem Kupferpulver mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 10 um als Substanz mit niedrigem Schmelzpunkt und einer geeigneten Menge eines organischen Bindemittels in einer Dicke von 1 mm zur Bildung einer zweiten Schicht aufgebracht. Die Kohlenstoffstahlkugeln und die Edelstahldrähte wurden in einem Verhältnis von 1 : 1 bezogen auf das Gewicht gemischt und diese wurden mit dem reinen Kupferpulver in einem Verhältnis von 10 : 1 bezogen auf das Gewicht gemischt.
Anschließend wurde die SS41-Stahlplatte, auf der die aufgebrachte Schicht in der Zweischichtstruktur ausgebildet war, in einer Wasserstoffgasatmosphäre bei 1100ºC (1373 K) zur Ausbildung einer porösen Zwischenschicht auf der SS41-Stahlplatte 2 Stunden kalziniert. In dieser porösen Zwischenschicht war die Bindung zwischen den Kohlenstoffstahlkugeln, zwischen den Kohlenstoffstahlkugeln und der SS41-Stahlplatte und zwischen den Kohlenstoffstahlkugeln und den Edelstahldrähten aufgrund des Cu und der Cu-Fe-Legierung gut. Die Porosität betrug etwa 20% an einer Position, die der ersten aufgebrachten Schicht entsprach und etwa 35% an einer Position, die der zweiten aufgebrachten Schicht entsprach.
Die SS41-Stahlplatte, auf der die poröse Zwischenschicht in der Zweischichtstruktur ausgebildet worden ist, wurde auf dem Boden einer Form platziert, ein Epoxyharzpulver, das 10 Gew.-% Kohlefasern enthielt, wurde als Material für das zweite Element in die Form eingebracht, unter einem Druck von 20 MPa unter Erhitzen bei 100ºC (473 K) imprägniert und bezüglich des Epoxyharzes imprägnierungsgehärtet. So wurde das Kohlefasern-enthaltende Epoxyharz zur Verbindung mit der porösen Zwischenschicht in der Zweischichtstrukturlaminiert, die auf der SS41-Stahlplatte ausgebildet worden ist, während das Kohlefasernenthaltende Epoxyharz auch in die poröse Zwischenschicht aus den Edelstahldrähten zur Erzeugung eines Verbundmaterials eingebracht wurde.
Das Verbundmaterial wurde einem 90º-Biegetest (Krümmungsradius = 20 mm) unterworfen, zeigte jedoch keine Ablösung.
Wie vorstehend beschrieben weist das erfindungsgemäße Verbundmaterial eine verstärkte Bindungsfestigkeit zwischen verschiedenen Arten von Materialien auf, ohne das Harzmaterial oder die Festigkeit des Verbundmaterials selbst zu verschlechtern. Daher kann die vorliegende Erfindung ein zuverlässiges Verbundmaterial bereitstellen, das aus verschiedenen Materialien ausgebildet ist. Mit dem Verfahren zur Erzeugung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials kann ein Verbundmaterial hergestellt werden, das aus verschiedenen Materialien ausgebildet ist.

Claims

1. Ein Verbundmaterial (6), umfassend

ein erstes Element (1), das aus einem ersten Material ausgebildet ist,

eine Zwischenplatte (4) mit einer Mehrzahl von Löchern (3), wobei die Platte (4) mit dem ersten Element (1) verbunden ist, und

ein zweites Element (5), das aus einem zweiten Material ausgebildet ist, das von dem ersten Material verschieden ist, wobei das zweite Material in die Mehrzahl von Löchern (3) eingebracht ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Platte (4) im Vorhinein mit dem ersten Element (1) verbunden wird,

das zweite Material in die Löcher (3) der Platte (4) eingebracht wird, die mit dem ersten Element verbunden ist, um eine Zwischenschicht (2) auszubilden, und

jedes der Löcher eine erste Öffnung auf der Seite des ersten Elements und eine zweite Öffnung auf der Seite des zweiten Elements aufweist, um mit der ersten Öffnung in Verbindung zu stehen, und einen abgestuften Durchgang ausbildet, der einen abgestuften Abschnitt derart aufweist, dass die Platte und das zweite Material einen Widerstand gegen eine Zugbelastung in einer Richtung senkrecht zu einer Verbindungsoberfläche des ersten Elements zusätzlich zu einem Widerstand gegen eine Scherbelastung ausüben.

2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, bei dem die erste Öffnung eine Fläche aufweist, die gleich der Fläche der zweiten Öffnung oder größer als diese ist.

3. Ein Verbundmaterial (6), umfassend

ein erstes Element (1), das aus einem ersten Material ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

jedes der Löcher (3) eine erste Öffnung (3b) auf der Seite des ersten Elements (1) und eine zweite Öffnung (3a) auf der Seite des zweiten Elements (5) aufweist, wobei eine Fläche der ersten Öffnung (3b) so eingestellt wird, dass sie größer ist als die Fläche der zweiten Öffnung (3a), und zwar derart, dass die Platte und das zweite Element mit dem in die Löcher (3) eingebrachten zweiten Material einen Widerstand gegen eine Zugbelastung in einer Richtung senkrecht zu einer Verbindungsoberfläche des ersten Elements ausüben.

4. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 3, bei dem die Zwischenplatte miteinander in Verbindung stehende abgestufte Durchgänge aufweist, die jeweils aus der zweiten Öffnung ausgebildet sind und wobei die erste Öffnung eine größere Fläche als die zweite Öffnung aufweist und mit einer im Querschnitt abgestuften Gestalt ausgebildet ist.

5. . Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Zwischenplatte (4) eine verbundene Platte aus einer ersten Platte (10) mit ersten Öffnungen (9) und einer zweiten Platte (8) mit zweiten Öffnungen (7) ist, wobei die zweiten Öffnungen (7) einen kleineren Durchmesser als die ersten Öffnungen (9) aufweisen, wobei die erste Platte (10) und die zweite Platte (8) mit den ersten Öffnungen (9) und den zweiten Öffnungen (7) ausgerichtet verbunden sind und wobei sich die ersten Öffnungen (9) auf der Seite des ersten Elements (1) befinden.

6. Verbundmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Zwischenplatte (4) eine verbundene Platte aus einer ersten Platte (10) mit ersten Öffnungen (9) und einer zweiten Platte (8) mit zweiten Öffnungen (7) ist, wobei die zweiten Öffnungen (7) einen Durchmesser aufweisen, der im Wesentlichen gleich dem Durchmesser der ersten Öffnungen (9) ist, wobei die erste Platte (10) und die zweite Platte (8) mit den ersten Öffnungen (9) und den zweiten Öffnungen (7) teilweise überlappend verbunden sind und wobei sich die ersten Öffnungen (9) auf der Seite des ersten Elements (1) befinden.

7. Verbundmaterial nach Anspruch 6, bei dem bei der verbundenen Zwischenplatte die ersten Öffnungen und die zweiten Öffnungen in einer Vielzahl überlappend ausgebildet sind.

8. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das erste Element (1) aus einem Metallmaterial hergestellt ist und das zweite Element ein Element ist, das aus der Gruppe bestehend aus einem Harzmaterial, einem Kautschukmaterial und einem Glasmaterial ausgewählt ist, die eine Erhärtungstemperatur aufweisen, die niedriger ist als der Schmelzpunkt des Metallmaterials.

9. Ein Verbundmaterial (6), umfassend

ein erstes Element (1), das aus einem ersten Material ausgebildet ist,

ein zweites Element (5), das aus einem zweiten Material ausgebildet ist, das von dem ersten Material verschieden ist, und

eine Zwischenschicht (2), die mindestens ein Strukturelement umfasst,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Strukturelement aus der Gruppe bestehend aus einem gekörnten Metallmaterial (3) und einem faserförmigen Metallmaterial (8) ausgewählt ist und ein dreidimensionales Netzwerk mit Hohlräumen aufweist, und

das zweite Material in das dreidimensionale Netzwerk mit Hohlräumen der Zwischenschicht (2) derart eingebracht wird, dass das in die Hohlräume des dreidimensionalen Netzwerks eingebrachte zweite Material einen Widerstand gegen eine Zugbelastung in einer Richtung senkrecht zu einer Verbindungsoberfläche des ersten Elements ausübt.

10. Verbundmaterial nach Anspruch 9, bei dem das Strukturelement dadurch zu dem dreidimensionalen Netzwerk mit Hohlräumen ausgebildet wird, dass das gekörnte Metallmaterial und das faserförmige Metallmaterial teilweise diffusionsverbunden und/oder teilweise durch ein Metall verbunden werden, das einen Schmelzpunkt aufweist, der niedriger ist als der Schmelzpunkt des Metalls, aus dem das Strukturelement aufgebaut ist.

11. Verbundmaterial nach Anspruch 9, bei dem die Zwischenschicht (2) eine Porosität von 10% bis 90% aufweist.

12. Verbundmaterial nach Anspruch 9, bei dem das gekörnte Metallmaterial aus Kugeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,001 bis 10 mm besteht.

13. Verbundmaterial nach Anspruch 9, bei dem das faserförmige Metallmaterial aus zylindrischen Materialteilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 0,001 bis 10 mm besteht.

14. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem das erste Element ein Metallmaterial auf Fe-Basis und das zweite Element ein Element ist, das aus einem Harzmaterial, einem Kautschukmaterial und einem Glasmaterial ausgewählt ist.

15. Ein Gleitelement, das aus einem Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt ist, bei dem das erste Element ein aus Metall ausgebildeter Gleitelementkörper ist, die Zwischenplatte (4) aus Metall hergestellt ist und das zweite Element eine Schicht aus einem Harz auf Fluorbasis ist, die einstückig auf der Metallplatte ausgebildet ist.

16. Ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials durch Laminieren eines ersten Elements (1), einer Zwischenplatte (4) mit einer Mehrzahl von Löchern und eines zweiten Elements (5), das aus einem Material hergestellt ist, das von dem Material des ersten Elements verschieden ist, gekennzeichnet durch die Schritte:

Herstellen der Platte (4) mit der Mehrzahl von Löchern (3), die jeweils einen abgestuften Abschnitt aufweisen;

Verbinden der Platte (4) mit der Mehrzahl von Löchern mit der Oberfläche des ersten Elements; und

Laminieren des zweiten Elements auf das erste Element, während ein Teil des zweiten Elements in die Löcher der Platte (4) eingebracht wird.