DE4036386A1 - Ueberzogene verstaerkende faser und verfahren zum aufbringen eines oxidischen sperrueberzuges - Google Patents
Ueberzogene verstaerkende faser und verfahren zum aufbringen eines oxidischen sperrueberzugesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf oxidische Sperrüberzüge auf
Fasern und mehr im besonderen auf eine überzogene Faser,
sowie ein Verfahren zum Aufbringen eines oxidischen
Sperrüberzuges auf eine verstärkende Faser, wie sie für
verstärkte Keramikmatrix/Verbundstoffe eingesetzt wird.
Festigkeit und Zähigkeit können Verbundstoffen durch den
Einsatz eingebetteter verstärkender Fasern verliehen
werden. Solche Strukturen sind hier in der Patent- und
anderen Literatur beschrieben worden. Verbundstoffe, die in
einer oxidierenden Umgebung bei Temperaturen von mehr als
1000°C eingesetzt werden sollen, haben jedoch nur eine
begrenzte Anzahl von Materialien für die Faser und für die
Matrix zur Verfügung, in der die Faser eingebettet wird.
Bei verschiedenen Kombinationen solcher Materialien können
sich nachteilige Auswirkungen ergeben. So kann zum Beispiel
eine nachteilige chemische Wechselwirkung, Oxidation oder
ein unerwünschtes (d. h. entweder zu starkes oder zu
schwaches) Verbinden zwischen der Faser und der Matrix die
Zähigkeit und den praktischen Nutzen des Verbundstoffes
vermindern.
Weil die Grenzfläche zwischen einer Faser und der sie
umgebenden Matrix in verstärkten Verbundstoffen von
Bedeutung ist, sind Überzüge als Übergangsmedium
vorgeschlagen worden. Eine Anzahl von Untersuchungen, in
denen hierüber berichtet wird, schließen folgende ein:
"Fiber Coating and Characterization" von David C. Cranmer,
"Ceramic Bulletin" Band 68, 415-419 (1989) und "The Role
of the Fiber-Matrix Interface in Ceramic Composites" von
Ronald J. Kerans et al in "Ceramic Bulletin", Band 68,
429-442 (1989). Diese Artikel beleuchten den Hintergrund und
schließen eine Erläuterung der einbezogenen Mechanismen
ein, sodaß der Einfachheit halber auf diese Artikel Bezug
genommen wird.
Wie in diesen Artikeln und an anderem Ort in der Literatur
ausgeführt, befinden sich die Versuche, die
Grenzflächeneigenschaften zu steuern, derzeit noch im
Anfangsstadium. Es wurde jedoch beobachtet, daß relativ
schwache Grenzflächenschichten nützlich sein können, zum
Beispiel im Hinblick auf den Bruchmechanismus von Faser
und/oder Matrix. Faserverstärkungen größerer Festigkeit und
größeren Moduls als der Matrix können die Eigenschaften des
Verbundstoffes verbessern, wenn eine Last richtig von der
Matrix zur Faser übertragen werden kann. Es ist
augenscheinlich, daß ein Grenzflächenüberzug mit einer
vorausgewählten Zusammensetzung und einem solchem Gefüge,
das für die Kombination aus Matrix und Faser nützlich ist,
den Verbundstoffen verbesserte Festigkeit und Zähigkeit
verleihen kann. Dies ist besonders wichtig für den Einsatz
in einer oxidierenden Umgebung bei Temparaturen von mehr
als 1000°C, da das Aussetzen gegenüber solchen Temparaturen
sowohl das Potential für den Faserabbau, als auch für
Reaktionen zwischen den an der Grenzfläche in Kontakt
befindlichen Materialien, zum Beispiel Faser mit Überzug
und Überzug mit Matrix, erhöht.
Es wurde beobachtet, daß in einigen Fällen ein relativ
feines Gefüge, das als kristallin, mikrokristallin oder
Kristallite bezeichnet wird, eine solche nützliche
Überzugsstruktur liefern kann. In anderen Fällen wird
angenommen, daß ein Gefüge relativ grober
ineinandergreifender Kristalle nützlich sein kann.
In einer Ausführungsform schafft die vorliegende Erfindung
kurz gesagt ein Verfahren zum Aufbringen eines oxidischen
Sperrüberzuges auf eine verstärkende Faser, zum Beispiel
eine Keramikfaser, wobei der Überzug eine vorausgewählte
Dicke und ein vorausgewähltes Gefüge aufweist. Es wird eine
Flüssigkeit vorgeschlagen, die ein Metallsalz in einer Form
einschließt, das sich beim Erhitzen in einen Zersetzungs-
Temperaturbereich zu einem Metalloxid zersetzt, das bei
mehr als 1000°C in einer oxidierenden Umgebung brauchbar
ist und das nicht in nachteiliger Weise chemisch mit der
verstärkenden Faser reagiert. Wenn zum Beispiel ein solches
Salz in Wasser als der Flüssigkeit oder dem Lösungsmittel
gelöst wird, dann entsteht im allgemeinen ein
Metallhydroxid. Die Konzentration des Metallsalzes in der
Flüssigkeit wird so ausgewählt, daß ein vorausgewähltes
Gefüge bzw. eine vorausgewählte Mikrostruktur für den
Überzug erhalten wird. So ergibt zum Beispiel eine
Konzentration im Bereich von etwa 1 Gew.-% bis weniger als
etwa 15 Gew.-% ein relativ feines Oxid, das im allgemeinen
nichtkristallin oder mikrokristallin ist, während eine
Konzentration im Bereich von mindestens etwa 15 Gew.-% bis
zum Beispiel etwa 20 Gew.-% ein Überzugsgefüge relativ
grober ineinanderergreifender Oxidkristalle ergibt.
Die verstärkende Faser wird mit der Flüssigkeit, einer
Überzugslösung, benetzt, vorzugsweise vollständig benetzt,
um eine Schicht in Form eines Metallsalzes, zum Beispiel
des Hydroxids, auf die Faser aufzubringen. Die Schichtdicke
ist so ausgewählt, daß die Faser nach dem
Zersetzungserhitzen einen Überzug einer Dicke im Bereich
von etwa 0,05 bis 7% des Durchmessers der Faser trägt.
Danach wird die Schicht in den Bereich der
Zersetzungstemperaturen erhitzt, um die Metallsalzform in
das Metalloxid zu zersetzen und eine verstärkende Faser zu
schaffen, die einen oxidischen Sperrüberzug der
vorausgewählten Mikrostruktur trägt.
Eine Vielfalt von Überzugstechniken für Fasern ist in der
Literatur beschrieben worden, zum Beispiel in dem o. g.
Artikel "Fiber Coating and Characterization". Am häufigsten
werden das beschriebene chemische Dampfabscheiden (CVD),
die Sol-Gel-Abscheidung und die polymere Vorläufer-
Abscheidung sowie das Zerstäuben benutzt. Letzteres bezieht
sich auf ein Überziehen durch Entfernen des
Überzugsmaterials von einem Target, indem man dessen
Oberfläche mit einem Ionenstrahl bombardiert. Während der
Auswertung der vorliegenden Erfindung wurde jedoch
festgestellt, daß solche Techniken, wie CVD oder Zerstäuben
unpraktisch sind, um gewisse Oxide abzuscheiden, die sich
als bevorzugte Faserüberzugsmaterialien bei der
Durchführung der Erfindung erwiesen haben. Das Verfahren
nach der vorliegenden Erfindung ist vielseitig
beziehungsweise anpassungsfähig, wirksam und
kosteneffektiv, es gestattet das Herstellen mit einem
Sperrüberzug versehener Fasern unmittelbar nach der
Faserherstellung als seperaten Überzugsschritt oder als
einen Prozeß in Reihe mit einer Matriximprägnierung oder
einem Faserwickelverfahren.
Wie in der Literatur ausgeführt, enthält ein Keramik-
Matrixverbundstoff (CMV) Keramikverstärkungen innerhalb
einer spröden Keramik-Matrix. Auf diese Weise können CMVs
geschaffen werden, die Mechanismen gestatten, die mit einer
fortschreitenden Rißfront verbundene Energie zerstreuen und
den CMV mit Zähigkeit versehen. Wie in dem o. g. Artikel
"The Role of the Fiber-Matrix Interface in Ceramic
Composites" und anderswo in der Literatur ausgeführt,
beruhen die Mechanismen zur Energiestreuung auf dem
Entkoppeln der Faser von der Matrix, wenn sich die Rißfront
der Faser nähert. Dies erfordert eine schwache Bindung an
der Grenzfläche zwischen Faser und Matrix. Das
erfindungsgemäße Verfahren gestattet das Schaffen eines
Überzuges an der Grenzfläche zwischen Faser und Matrix, der
eine vorausgewählte Zusammensetzung und ein vorausgewähltes
Gefüge hat, wie sie für eine bestimmte Kombination aus
Faser und Matrix erwünscht sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird ein Metallsalz oder mehrere solche Salze zum
Einführen in eine Flüssigkeit, vorzugsweise eine Lösung
oder sehr feine Aufschlämmung als einem Vorläufer zur
Schaffung eines Faserüberzuges aus einem Oxid von Hafnium,
Zirkonium oder deren Mischungen ausgewählt. So haben sich
zum Beispiel HfO2 und ZrO2 als Faserüberzüge geringer
Festigkeit und geringem Moduls erwiesen. Selbst im
verbundenen Zustand wird von einem solchen Überzug
angenommen, daß er eine sich annähernde Rißfront ablenkt.
Solche Oxide unterliegen nützlichen Phasenänderungen bei
Temperaturänderungen, insbesondere oberhalb etwa 1000°C.
Auch ändert sich ihr Volumen mit dem Gefüge, was zu einem
erwünschten, Mikrorisse aufweisenden Überzug nach einer
thermischen zyklischen Behandlung führt.
ZrO2 und HfO2 als Faserüberzüge haben sich als besonders
nützlich zum Einsatz bei Temperaturen von mehr als 1000°C
erwiesen, weil sie mit Al2O3-Fasern, wie in der
einkristallinen Form des Saphirs, verträglich sind. Wie
bereits erwähnt, ist die Anzahl der Materialien für Fasern,
die bei Temperaturen von mehr als 1000°C in CMVs brauchbar
sind, begrenzt. Aluminiumoxid als Saphirfaser ist eine
Verstärkung, die für eine solche Anwendung besonders
attraktiv ist. Seine Reaktion mit anderen oxidischen
Überzugsmaterialien bei Temperaturen oberhalb von 1000°C
kann jedoch ein ernstes Problem sein. So kann eine Lösung
im Festzustand bei solchen Temperaturen mit Materialien
auftreten, wie Oxiden von Cer, Silizium und Yttrium sowie
Nitriden von Bor, Silizium und Aluminium, die manchmal in
der Literatur als Faserüberzüge vorgeschlagen werden.
Andere Fasermaterialien schließen Aluminosilikate und
Siliziumkarbid ein.
Metallische Elemente, wie Hf und Zr, können geschaffen
werden, in einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung in Form eines löslichen Salzes, wie
eines Metalloxihalogenids. Üblicherweise wurden HfO2- und
ZrO2-Überzüge gemäß der vorliegenden Erfindung auf
keramische Verstärkungen unter Verwendung der
hydratisierten Oxychloridsalze in wäßriger Lösung
aufgebracht, aus der eine Salzschicht auf eine verstärkende
Faser, zum Beispiel eine Keramikfaser, aufgebracht werden
kann. Werden solche Salze in Wasser gelöst, dann bildet
sich die Hydroxidform. Es sind auch Formeln erhältlich, die
in anderen Lösungsmitteln löslich sind, zum Beispiel
organometallische Salze. Die Zersetzung durch Erhitzen
einer solchen Metallsalzschicht führt zu einem Überzug aus
Metalloxid auf der Faseroberfläche.
Nach der vorliegenden Erfindung wird das Gefüge des
oxidischen Sperrüberzuges durch die Konzentration des
Metallsalzes in der Flüssigkeit, wie der Überzugslösung,
die aufgebracht wird, um eine Schicht auf der Faser zu
erzeugen, kontrolliert. So wurde während der Auswertung der
vorliegenden Erfindung festgestellt, daß bei Verwendung von
Zirkoniumoxichlorid oder Hafniumoxichlorid als dem
Metallsalz die Kristallisation des Oxides nach dem Trocknen
erst begann, wenn die Konzentration der Lösung größer als
etwa 10 Gew.-% war, zum Beispiel bis zu nahe 15 % des
Oxichloridsalzes eingesetzt wurde, und es war mindestens
etwa 1 Gew.-% erforderlich, um einen genügend haftenden,
gleichförmigen Überzug auf der Faseroberfläche zu schaffen.
Bei einer 5gew.-%igen Konzentration traten in dem Überzug
diskrete mikrokristalline wasserfreie Oxide mit einer
Teilchengröße von etwa 0,7 µm auf. Bei einer Konzentration
oberhalb von etwa 15 Gew.-% kristallisierte der Überzug und
bei etwa 20 Gew.-% waren Dentrite und ineinandergreifende
Kristalle des Oxides vorhanden. Erweist sich daher bei
Einsatz von Zirkoniumoxichlorid, Hafniumoxichlorid oder
deren Mischungen bei der Durchführung der vorliegenden
Erfindung ein relativ feiner Überzug diskreten
Oxidmaterials als nützlich, dann wird eine Flüssigkeit mit
etwa 1 bis weniger als etwa 15 Gew.-% des Metallsalzes
benutzt, um vor dem Erhitzen zur Zersetzung eine
Metallsalzschicht zu schaffen. Ist ein relativ grober
Überzug aus Dentriten oder ineinandergreifenden Kristallen
aus dem Oxidmaterial erwünscht, dann benutzt man eine
Flüssigkeit, die mindestens etwa 15 Gew.-% und vorzugsweise
etwa 15 bis 20 Gew.-% des Metallsalzes enthält. Die Auswahl
des Charakters des Überzuges beruht zumindest teilweise auf
der Bindung, die an der Grenzfläche zwischen der Faser und
der Matrix erwünscht ist. Die vorliegende Erfindung
gestattet die Schaffung der erwünschten Bindung. Der
Einsatz anderer Metallsalze kann andere Grenzen bedingen,
um die Auswahl der erwünschten Bindung zu kontrollieren und
zu gestatten.
Die Dicke des Faserüberzuges ist ebenfalls von
Bedeutung. Im allgemeinen ist es erwünscht, einen Überzug
mit einer Minimaldicke zu haben, der noch ein
Übergangsmedium darstellt und sich bei einer beabsichtigten
Einsatztemperatur nicht auflöst. In der vorliegenden
Erfindung wurde festgestellt, daß eine Oxidüberzugsdicke
von mindestens etwa 0,05% des Faserdurchmessers für ein
Metalloxid erforderlich ist, um die Faseroberfläche zu
bedecken und seine Aufgabe zu erfüllen. Bei einer
Oxidüberzugsdicke von 7% oder mehr des Faserdurchmessers
ist der Überzug jedoch zu dick und er beginnt als Matrix zu
wirken. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Dicke der
aufgebrachten Form der Metallsalzschicht so ausgewählt, daß
man einen Metalloxidüberzug einer Dicke im Bereich von etwa
0,05 bis weniger als 7% des Faserdurchmessers erhält. Im
Zusammenhang mit einer Saphirfaser wurde beobachtet, daß
eine Konzentration des Oxihalogenidsalzes von Zirkonium
oder Hafnium in einer wäßrigen Lösung im Bereich von etwa
1 Gew.-% bis weniger als 15 Gew.-% zu einem Überzug führt,
der mindestens etwa 50% feines mikrokristallines
Oxidmaterial enthält.
Bei der Herstellung der Überzugsflüssigkeit, als eine
Lösung oder feine Aufschlämmung von Metallsalz, ist es
bequem und praktisch, einen Binder zu verwenden, wie ein
organisches Material, das üblicherweise auf diesem Gebiete
benutzt wird, das sich während des Erhitzens zum Zersetzen
des Metallsalzes ohne nachteiligen Rückstand ebenfalls im
wesentlichen zersetzt. Beispiele solcher Binder, die bei
der Auswertung der vorliegenden Erfindung benutzt wurden,
schließen Methocellulose und Polyvinylalkohol ein. Nach dem
Trocknen der aufgebrachten Schicht, wie in Luft, hält der
Binder die Metallsalzform, wie das Hydroxid, als Schicht
auf der Faser an Ort und Stelle, bevor das Zersetzen durch
Erhitzen stattfindet. In dieser Form schließt die
Flüssigkeit einen Vorläufer des Metalloxids oder der
Kombination von Oxiden und einen geeigneten temporären
organischen Binder ein.
Eine Vielfalt bei hoher Temperatur beständiger Fasern wurde
im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ausgewertet.
Diese schlossen die als Saphir bezeichnete einkristalline
Form des Al2O3, das im Handel erhältliche Monofilament-
Material Textron SCS-6 sowie Aluminosilicate Fasern ein,
die kommerziell als Sumitomo oder Nextel erhältlich sind.
Alle solche Materialien sind zum Einsatz bei mindestens bis
zu 1000°C ohne nachteilige Veränderung in den mechanischen
Eigenschaften geeignet.
In einem Satz spezifischer Beispiele wurde eine Reihe von
Flüssigkeiten in Form wäßriger Lösungen von
Zirkoniumoxidchlorid als dem Metalloxihalogenidsalz in
Konzentrationen von 1 Gew.-%, 5 Gew.-%, 10 Gew.-% und 20
Gew.-% zubereitet. Die Lösungen enthielten als organischen
Binder Methocellulose mit einer Konzentration von etwa 1
Gew.-%. Saphirfasern mit einem Durchmesser von etwa 150 µm
wurden durch Hindurchziehen der Fasern durch die
Flüssigkeit mit dieser benetzt. Nach dem Trocknen bei etwa
30°C bildete sich eine Schicht aus Zirkoniumoxyhydroxid und
Binder mit einer Dicke von etwa 1 µm. In diesem Beispiel
wurde die behandelte Faser dann in Luft auf etwa 600°C
erhitzt, um einen Zersetzungstemperaturbereich von etwa 50
bis etwa 500°C zu erhalten, in dem die vollständige
Zersetzung stattfand. Die Salzform zersetzte sich zu ZrO2
mit einer Überzugsdicke von 0,01 bis 2,5 µm.
Beispiel 1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß
Hafniumoxidchlorid als Metalloxihalogenidsalz eingesetzt
wurde.
Bei der Ausführung der Beispiele 1 und 2 erhielt man eine
Reihe mit Oxid überzogener Saphirfasern mit den folgenden
Eigenschaften:
Salzkonzentrationen | |
Gefüge des Oxidüberzuges | |
1% | |
dünn, haftend, feinkörnig, mikrokristallin | |
5% | 0,7 µm, mikrokristallin |
10% | dicker und beginnende Kristallisation |
15% | ausgeprägtere Kristallisation |
20% | ineinandergreifende Kristalle oder Dentrite |
Diesen typischen Beispielen läßt sich entnehmen, daß die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen eines
oxidischen Sperrüberzuges mit einem Gefüge auf eine oder
mehrere Fasern gestattet, das für die beabsichtigte
Anwendung oder Matrix vorausgewählt ist. In einer
spezifischeren Form schafft die Erfindung einen Überzug,
der in einzigartiger Weise mit Al2O3-Fasern bei
Temperaturen bis mindestens 1000°C, zum Beispiel in Form
des einkristallinen Saphirs, verträglich und nicht reaktiv
ist.
Claims (19)
1. Verfahren zum Aufbringen eines oxidischen
Sperrüberzuges auf eine verstärkende Faser mit einem
vorbestimmten Faserdurchmesser zur Schaffung eines
Überzuges mit einer vorausgewählten Mikrostruktur und
Dicke,
gekennzeichnet durch die Stufen:
Aufbringen einer Schicht aus Metallsalz in einer Form, die beim Zersetzen auf einen vorbestimmten Zersetzungs- Temperaturbereich zu einem Metalloxid sich zersetzt, das bei einer beabsichtigten Betriebstemperatur nicht in nachteiliger Weise chemisch mit der verstärkenden Faser reagiert, auf die Faser, wobei
Aufbringen einer Schicht aus Metallsalz in einer Form, die beim Zersetzen auf einen vorbestimmten Zersetzungs- Temperaturbereich zu einem Metalloxid sich zersetzt, das bei einer beabsichtigten Betriebstemperatur nicht in nachteiliger Weise chemisch mit der verstärkenden Faser reagiert, auf die Faser, wobei
- a) die Konzentration des Metallsalzes in der Schicht so ausgewählt ist, daß man die vorausgewählte Mikrostruktur des Überzuges erhält,
- b) die Dicke der Schicht so ausgewählt ist, daß man auf der Faser nach dem Erhitzen in den Zersetzungs- Temperaturbereich einen Überzug aus Metalloxid einer Dicke im Bereich von etwa 0,05% bis weniger als 7% des Faserdurchmessers erhält und nachfolgend die Schicht in den Zersetzungs-Temperaturbereich erhitzt, um das Metallsalz unter Bildung von Metalloxid zu zersetzen und eine verstärkende Faser zu schaffen, die einen oxidischen Sperrüberzug der vorausgewählten Mikrostruktur und Dicke aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metallsalz ein
Metalloxihalogenid ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das
Metalloxihalogenid ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend
aus Zirkoniumoxihalogenid, Hafniumoxihalogenid und deren
Mischungen.
4. Verfahren nach Anpruch 3, bei dem das
Metalloxihalogenid hydratisiertes Zirkoniumoxichlorid ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das
Metalloxihalogenid hydratisiertes Hafniumoxichlorid ist.
6. Verfahren zum Aufbringen eines oxidischen
Sperrüberzuges auf eine verstärkende Faser mit einem
vorbestimmten Faserdurchmesser, die ohne nachteilige
Änderungen in den mechanischen Eigenschaften in einer
oxidierenden Umgebung mehr als 1000°C ausgesetzt werden
kann,
dadurch gekennzeichnet,
daß man zur Schaffung eines vorausgewählten Überzugsgefüges und einer vorausgewählten Überzugsdicke die folgenden Stufen ausführt:
Bereiten einer Flüssigkeit, die eine Konzentration von Metallsalz in einer Form enthält, die bei Erhitzen in einen vorbestimmten Zersetzungs-Temperaturbereich sich zu einem Metalloxid zersetzt, das bei mehr als 1000°C in einer oxidierenden Atmosphäre brauchbar ist und bei einer solchen Temperatur nicht in nachteiligerweise chemisch mit der verstärkenden Faser reagiert, wobei die Konzentration des Metallsalzes in der Flüssigkeit so ausgewählt ist, daß man das vorausgewählte Überzugsgefüge erhält,
Inberührungbringen der verstärkenden Faser mit der Flüssigkeit zum Aufbringen einer Schicht von Metallsalz auf die verstärkende Faser, wobei die Dicke der Schicht auf der Faser so ausgewählt ist, daß nach dem Erhitzen in den Zersetzungs-Temperaturbereich ein Überzug aus Metalloxid einer Dicke im Bereich von 0,05% bis weniger als 7% des Faserdurchmessers erhalten wird und nachfolgend Erhitzen der Schicht in den Zersetzungs-Temperaturbereich zum Zersetzen des Metallsalzes in Metalloxid und zur Schaffung einer verstärkenden Faser mit einem oxidischen Sperrüberzug der vorausgewählten Mikrostruktur und Dicke.
daß man zur Schaffung eines vorausgewählten Überzugsgefüges und einer vorausgewählten Überzugsdicke die folgenden Stufen ausführt:
Bereiten einer Flüssigkeit, die eine Konzentration von Metallsalz in einer Form enthält, die bei Erhitzen in einen vorbestimmten Zersetzungs-Temperaturbereich sich zu einem Metalloxid zersetzt, das bei mehr als 1000°C in einer oxidierenden Atmosphäre brauchbar ist und bei einer solchen Temperatur nicht in nachteiligerweise chemisch mit der verstärkenden Faser reagiert, wobei die Konzentration des Metallsalzes in der Flüssigkeit so ausgewählt ist, daß man das vorausgewählte Überzugsgefüge erhält,
Inberührungbringen der verstärkenden Faser mit der Flüssigkeit zum Aufbringen einer Schicht von Metallsalz auf die verstärkende Faser, wobei die Dicke der Schicht auf der Faser so ausgewählt ist, daß nach dem Erhitzen in den Zersetzungs-Temperaturbereich ein Überzug aus Metalloxid einer Dicke im Bereich von 0,05% bis weniger als 7% des Faserdurchmessers erhalten wird und nachfolgend Erhitzen der Schicht in den Zersetzungs-Temperaturbereich zum Zersetzen des Metallsalzes in Metalloxid und zur Schaffung einer verstärkenden Faser mit einem oxidischen Sperrüberzug der vorausgewählten Mikrostruktur und Dicke.
7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Flüssigkeit eine
Lösung von Metalloxihalogenidsalz in einem Lösungsmittel
für das Salz ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Flüssigkeit
eine wäßrige Lösung von Metalloxihalogenidsalz ist,
ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Zirkoniumoxihalogenid, Hafniumoxihalogenid und deren Mischungen und
die Konzentration des Salzes in der Flüssigkeit im Bereich von etwa 1 Gew.-% bis weniger als 15 Gew.-% liegt, wenn die vorausgewählte Mikrostruktur des Überzuges ein im wesentlichen mikrokristallines Material sein soll und die Konzentration mindestens etwa 15 Gew.-% beträgt, wenn die vorausgewählte Mikrostruktur des Überzuges kristallines Material enthalten soll.
Zirkoniumoxihalogenid, Hafniumoxihalogenid und deren Mischungen und
die Konzentration des Salzes in der Flüssigkeit im Bereich von etwa 1 Gew.-% bis weniger als 15 Gew.-% liegt, wenn die vorausgewählte Mikrostruktur des Überzuges ein im wesentlichen mikrokristallines Material sein soll und die Konzentration mindestens etwa 15 Gew.-% beträgt, wenn die vorausgewählte Mikrostruktur des Überzuges kristallines Material enthalten soll.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das
Metalloxihalogenid hydratisiertes Zirkoniumoxichlorid ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das
Metalloxihalogenid hydratisiertes Hafniumoxichlorid ist.
11. Verbesserte verstärkende Faser, umfassend in
Kombination:
Eine verstärkende Faser mit einem vorbestimmten Faserdurchmesser und aus einem Fasermaterial, das ohne nachteilige Veränderung in den mechanischen Eigenschaften in einer oxidierenden Atmosphäre mehr als 1000°C ausgesetzt werden kann und
einen oxidischen Sperrüberzug auf der Faser, der aus einem Oxid besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumoxid, Hafniumoxid und deren Mischungen und der Überzug eine Dicke im Bereich von etwa 0,05 bis weniger als 7% des Faserdurchmessers hat.
Eine verstärkende Faser mit einem vorbestimmten Faserdurchmesser und aus einem Fasermaterial, das ohne nachteilige Veränderung in den mechanischen Eigenschaften in einer oxidierenden Atmosphäre mehr als 1000°C ausgesetzt werden kann und
einen oxidischen Sperrüberzug auf der Faser, der aus einem Oxid besteht, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumoxid, Hafniumoxid und deren Mischungen und der Überzug eine Dicke im Bereich von etwa 0,05 bis weniger als 7% des Faserdurchmessers hat.
12. Faser nach Anspruch 11, bei dem das Fasermaterial
ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxid,
Aluminiumsilikat und Siliziumkarbid.
13. Flüssigkeit zur Verwendung beim Überziehen einer
verstärkenden Faser mit einem oxidischen Sperrüberzug,
umfassend:
Metalloxihalogenidsalz in einer Form, die beim Erhitzen in einen vorbestimmten Zersetzungs-Temperaturbereich sich zu einem Metalloxid zersetzt, das bei einer beabsichtigten Betriebstemperatur nicht in nachteiliger Weise chemisch mit der verstärkenden Faser reagiert und
ein Lösungsmittel für das Salz,
wobei die Konzentration des Salzes in der Flüssigkeit im Bereich von etwa 1 bis 20 Gew.-% liegt.
Metalloxihalogenidsalz in einer Form, die beim Erhitzen in einen vorbestimmten Zersetzungs-Temperaturbereich sich zu einem Metalloxid zersetzt, das bei einer beabsichtigten Betriebstemperatur nicht in nachteiliger Weise chemisch mit der verstärkenden Faser reagiert und
ein Lösungsmittel für das Salz,
wobei die Konzentration des Salzes in der Flüssigkeit im Bereich von etwa 1 bis 20 Gew.-% liegt.
14. Flüssigkeit nach Anspruch 12, bei dem das
Metalloxihalogenidsalz ausgewählt ist aus der Gruppe
bestehend aus Zirkoniumoxihalogenid, Hafniumoxihalogenid
und deren Mischungen.
15. Flüssigkeit nach Anspruch 14, bei dem das
Metalloxihalogenidsalz hydratisiertes Zirkoniumoxihalogenid
ist.
16. Flüssigkeit nach Anspruch 14, bei dem das
Metalloxihalogenidsalz hydratisiertes Hafniumoxichlorid
ist.
17. Keramikmatrix-Verbundstoff, umfassend eine Matrix
und eine in der Matrix eingebettete verstärkende Faser,
wobei
die Faser einen Überzug aus einem Oxid trägt, der
ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zirkoniumoxid,
Hafniumoxid und deren Mischungen.
18. Keramikmatrix-Verbundstoff nach Anspruch 17, bei dem
der Überzug aus Zirkoniumoxid besteht.
19. Keramikmatrix-Verbundstoff nach Anspruch 17, bei dem
der Überzug aus Hafniumoxid besteht.
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