DE4112749A1 - Verfahren zum herstellen von faserverstaerkten verbundstoffen mittels abschleifen - Google Patents
Verfahren zum herstellen von faserverstaerkten verbundstoffen mittels abschleifenInfo
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Description
Die vorliegende Anmeldung steht in enger Beziehung zu der
am gleichen Tage eingereichten deutschen Patentanmeldung,
für die die Priorität der US-Patentanmeldung mit der Ser.-
Nr. 5 46 200 vom 29. Juni 1990 in Anspruch genommen ist, zu
der US-PS 49 81 643 sowie zu der US-Patentanmeldung Ser.-
Nr. 5 46 951 vom 2. Juli 1990, für die der
Erteilungsbeschluß bereits ergangen ist. Auf diese
Anmeldungen wird ausdrücklich Bezug genommen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf
Verfahren zum Herstellen von faserverstärkten Matrixmetall-
Verbundstoffen. Mehr im besonderen bezieht sich die
Erfindung auf ein Verfahren, mit dem eine Siliziumkarbid-
Faserverstärkung wirksam in einen Verbundstoff mit einer
Metallmatrix auf Titanbasis eingebracht werden kann.
Es ist bekannt, daß faserverstärkte Verbundstrukturen, die
Matrices aus Metallen auf Titanbasis aufweisen, unter
Anwendung der Plasmaspritz-Abscheidung hergestellt werden
können. Der Anmelderin ist eine Anzahl von US-Patenten auf
diesem Gebiet erteilt worden. Die Herstellung von Folien,
Blechen und ähnlichen Artikeln aus Titanlegierung und von
verstärkten Strukturen, bei denen Siliziumkarbid-Fasern in
eine Titanbasislegierung eingebettet sind, ist in den
folgenden US-PSen beschrieben: 47 75 547; 47 82 884;
47 86 566; 48 05 294; 48 05 833 und 48 38 337. Auf diese
US-PSen wird ausdrücklich Bezug genommen.
Die Herstellung von Verbundstoffen, wie sie in diesen PSen
beschrieben ist, ist Gegenstand intensiver Untersuchungen,
da die Verbundstoffe sehr hoher Festigkeiten mit Bezug auf
ihr Gewicht aufweisen. Eine der Eigenschaften, die
besonders erwünscht ist, ist die hohe Zugfestigkeit, die
den Strukturen durch die hohe Zugfestigkeit der
Siliziumkarbid-Fasern verliehen wird. Die Zugfestigkeit der
Strukturen steht in Beziehung zur Mischungsregel. Nach
dieser Regel ist der Anteil der Eigenschaft, wie der
Zugfestigkeit, der den Fasern zugeordnet ist, im Gegensatz
zur Matrix, durch den Volumenprozentanteil der in der
Struktur vorhandenen Fasern und durch die Zugfestigkeit der
Fasern selbst bestimmt. In ähnlicher Weise ist der Anteil
der gleichen Zugfestigkeit, der der Matrix zugeschrieben
wird, durch den Volumenprozentanteil der in der Struktur
vorhandenen Matrix und die Zugfestigkeit der Matrix selbst
bestimmt.
Vor der Entwicklung der in den oben genannten PSen
beschriebenen Prozesse wurden solche Strukturen hergestellt
durch sandwichartige Anordnung verstärkender Fasern
zwischen Folien aus Titanbasislegierung und Pressen der
Stapel abwechselnder Schichten aus Legierung und
verstärkenden Fasern, bis ein Verbundstoff gebildet war.
Das Vorgehen nach dem Stande der Technik erwies sich jedoch
als weniger befriedigend, als Versuche gemacht wurden,
Rohr- oder Ringstrukturen herzustellen, bei denen die
Fasern eine innere Verstärkung für das gesamte Rohr oder
den gesamten Ring darstellten.
Die in den oben genannten PSen offenbarten Strukturen und
die Verfahren, nach denen sie hergestellt wurden, stellten
eine große Verbesserung gegenüber der früheren Praxis der
Bildung von Sandwiches aus Matrix und verstärkenden Fasern
durch Zusammenpressen dar.
Später wurde festgestellt, daß die gemäß den oben genannten
PSen hergestellten Strukturen zwar Eigenschaften aufwiesen,
die eine große Verbesserung gegenüber früheren Strukturen
darstellten, daß jedoch die tatsächlich erhaltenen
Zugfestigkeiten dieser Strukturen die theoretisch möglichen
Werte nicht erreicht. Die Untersuchung der nach den
Verfahren der oben genannten PSen hergestellten
Verbundstoffe zeigte, daß die Modulwerte zwar in guter
Übereinstimmung mit der Vorhersage aufgrund der
Mischungsregel standen, daß jedoch die Zugfestigkeit
üblicherweise sehr viel geringer war als durch die
Eigenschaften der einzelnen Bestandteile des Verbundstoffes
vorhergesagt. Es wurde eine Anzahl von Anmeldungen
eingereicht, um das Problem der zu geringen Zugfestigkeiten
zu lösen, und eine Anzahl dieser Anmeldungen ist noch
anhängig. Diese schließen ein: die deutschen
Patentanmeldungen P 40 33 959.9, P 40 40 440.4 und
P 40 40 439.0 sowie die US-Patentanmeldung Ser.-Nr. 4 45 203
vom 4. Dezember 1989. Auf diese Anmeldungen wird
ausdrücklich Bezug genommen.
Eine der Strukturen, die sich als besonders erwünscht bei
der Anwendung der Technologie dieser PSen erwiesen hat, ist
ein ringförmiger Gegenstand mit einer Metallmatrix und
einer Siliziumkarbid-Faserverstärkung, die sich mehrmals um
den gesamten Ring erstreckt. Solche Rohr- oder
Ringstrukturen haben sehr hohe Zugfestigkeiten mit Bezug
auf ihr Gewicht, insbesondere wenn man sie mit vollständig
aus Metall hergestellten Strukturen vergleicht. Solche
Strukturen müssen in ihren Abmessungen genau sein, damit
sie wirksam für die vorgesehenen Anwendungen eingesetzt
werden können, da die Strukturen häufig als Teil einer
komplexeren Struktur benutzt werden und für diesen Zweck
über eine oder mehrere Elemente mit Kreisform gepaßt
werden, um als verstärkender Ring zu dienen.
Eine der gebildeten Strukturen weist eine Verstärkungsfaser
auf, die mehrmals und in vielen Schichten um den Umfang
einer verstärkten Ring- oder Rohrstruktur gewickelt ist.
Ein verstärkter Ring kann zum Beispiel als eine Verstärkung
für eine integral mit Schaufeln versehene Kompressorscheibe
eines Strahltriebwerkes verwendet werden. Um die Schaufeln
in einer Kompressorstufe eines Strahltriebwerkes zu halten,
ist eine große Anzahl von Schichten aus verstärkenden
Fasern erforderlich.
Es wurde festgestellt, daß es sehr schwierig ist, mehr und
mehr Schichten aus Faserverstärkung zu einer Rohr- oder
Ring-Struktur hinzuzufügen wegen der Unterschiede in den
thermischen Ausdehnungskoeffizienten und wegen anderer
Faktoren. Eine Weise, in der dieses Problem gelöst wurde,
ist in der US-PS 49 81 643 beschrieben. Das in dieser US-PS
offenbarte Verfahren schließt das Bilden einer Reihe
konzentrischer Ringe ein, die zusammengesetzt werden, um
eine verstärkte Ringstruktur mit mehr als 100
Verstärkungsschichten zu ergeben. Solche Ringstrukturen
haben einen recht großen Durchmesser in der Größenordnung
von etwa 30 cm oder mehreren 30 cm, und sie müssen daher
innerhalb sehr enger Toleranzen zusammengesetzt werden.
Während die Lehren nach dem Stande der Technik gemäß den
obigen PSen allgemein auf die erfolgreiche Herstellung
verstärkter Verbundstrukturen mit Siliziumkarbid-Fasern
gerichtet sind, die in Metallmatrix eingebettet sind, haben
sich die Verfahren, nach denen diese Strukturen hergestellt
werden, als nicht vollständig reproduzierbar und
zuverlässig zu einem Grade erwiesen, der für ein
Herstellungsverfahren geeignet ist. Ein Teil der
Schwierigkeiten, die mit der Herstellung von
Verbundstrukturen nach den Lehren dieser PSen verbunden
ist, bezieht sich auf den Abstand der Fasern. Es wurde zum
Beispiel festgestellt, daß dort, wo die Abscheidung der
Matrix zu einer unebenen Oberfläche führt, der Abstand der
Fasern ebenfalls ungleichmäßig wird, so daß sich die Fasern
an einigen Stellen berühren und an anderen Stellen zu weit
voneinander getrennt sind. Wo die Fasern sich in Gruppen
von 2, 3, 4 oder mehr Strängen berühren, führte der
unangemessene Abstand zwischen den Fasersträngen zu einem
ungenügenden Eindringen des plasmagespritzten
Matrixmetalles zwischen den Fasern, so daß es nicht
zwischen diesen Fasern hindurchgelangte und eine Bindung
mit dem darunter befindlichen Metall bildete. Das
plasmagespritzte Metall schied sich vielmehr auf den
aneinanderstoßenden Fasersträngen ab und hinterließ einen
Hohlraum darunter, der später durch ein
Verdichtungsverfahren gefüllt werden mußte. Insgesamt
führte jedoch der ungleichmäßige Abstand zu einer zu
dichten Anordnung von Verstärkungsfasern an einigen Stellen
und zu einer zu wenig dichten Anordnung von Fasern an
anderen Stellen des Verbundproduktes.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zu schaffen, nach dem verstärkte
Verbundstrukturen hergestellt werden können, die durch die
ganze Struktur hindurch im wesentlichen gleichförmige
Eigenschaften aufweisen. Eine andere Aufgabe ist die
Schaffung eines Verfahrens, das die Schwierigkeit
überwindet, die bisher bei einem ungleichmäßigen Abstand
der Verstärkungsfasern auftrat und zu einer ungleichmäßigen
Verteilung des Matrixmetalles mit Bezug auf die
Faserverstärkung führte. Weiter ist Aufgabe der Erfindung
die Schaffung eines Verfahrens, das einen gleichmäßigeren
Abstand der Fasern in einer faserverstärkten
Verbundstruktur und gleichmäßigere Eigenschaften durch die
Verbundstruktur hindurch sicherstellt.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung
sind teilweise augenscheinlich und werden teilweise in der
folgenden Beschreibung ausgeführt.
Gemäß einem ihrer breiteren Aspekte werden die Aufgaben der
vorliegenden Erfindung gelöst durch Herstellen einer
Plasmaspritz-Abscheidung aus einem Matrixmetall auf einem
allgemein zylindrischen Substrat. Die Abscheidung wird dann
zur Glättung ihrer Oberfläche behandelt, indem man
Matrixmetall von den hohen Stellen der gebildeten
Abscheidung abschleift. Nach dem Glätten der abgeschiedenen
Oberfläche wird eine Faserverstärkung in einem Muster auf
die geglättete Oberfläche gewickelt, die eine relativ
gleichmäßige Verteilung der Faser über diese
Substratoberfläche ergibt. Nachdem die Faserverstärkung
angeordnet worden ist, scheidet man eine zusätzliche
Schicht aus plasmagespritztem Matrixmetall auf und zwischen
der Faserverstärkung sowie um diese herum ab, die auf die
Oberfläche gewickelt ist. Die erhaltene Struktur hat eine
relativ gleichmäßige Verteilung sowohl der Fasern als auch
des Matrixmaterials und ergibt demgemäß relativ
gleichmäßige Eigenschaften im wesentlichen durch die
gesamte Verbundstruktur hindurch.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt
Fig. 1 eine halbschematische Darstellung eines
Bruchteiles einer Schicht aus Matrixmetall mit einer
ungleichmäßigen irregulären Oberfläche, wie sie durch
Abscheiden erhalten wird,
Fig. 2 eine halbschematische Darstellung der in Fig.
1 gezeigten Struktur, nachdem die Oberfläche mechanisch
geglättet worden ist,
Fig. 3 eine halbschematische Darstellung einer
Wicklung aus Faserverstärkung auf der Oberfläche der
Struktur der Fig. 2 und
Fig. 4 eine halbschematische Darstellung einer
Verbundstruktur, erhalten durch Plasmaspritz-Abscheidung
von Matrixmetall auf den Fasern der Struktur nach Fig. 3
und um diese herum.
Es ist bekannt, daß Pulvermetallurgie-Techniken in weitem
Umfange für die Herstellung von Metallgegenständen genutzt
worden sind. Ein damit verbundenes Problem besteht darin,
daß gelegentlich ein Teilchen des Pulvers kein
Metallteilchen, sondern vielmehr ein Oxid-, Keramik- oder
anderes nichtmetallisches Teilchen ist. Solche
nichtmetallischen Teilchen werden in der Pulvermetallurgie
gelegentlich als Einschlüsse oder nichtmetallische
Einschlüsse bezeichnet. Ein Einschluß ist unerwünscht,
insbesondere weil er als Brennpunkt für die Entwicklung von
Rissen in der pulvermetallurgisch hergestellten Struktur
mit solchen Einschlüssen dienen kann. Es ist daher
allgemein erwünscht, die Anwesenheit keramischer Teilchen
in Metallstrukturen zu vermeiden, insbesondere wo solche
Teilchen den Brennpunkt für den Beginn von Rissen bilden
können.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß es möglich ist,
keramische Schleifteilchen in Verbindung mit der
Herstellung von Schichten aus plasmagespritztem
Matrixmetall ohne nachteilige Wirkungen zu benutzen. Im
besonderen wurde festgestellt, daß die irreguläre und
ungleichmäßige Oberfläche der plasmagespritzten Struktur
mechanisch mit Schleifsubstanzen behandelt und im
wesentlichen regulär oder eben gemacht werden kann, indem
man Schleifmittel vor der Verdichtung benutzt, ohne daß ein
nachteiliges Einfangen oder Zurückhalten der
Schleifteilchen erfolgt, die zum Einleiten von Rissen bei
der hergestellten verdichteten Struktur führen. Es wurde
festgestellt, daß der am wenigsten dichte Teil der
plasmagespritzten Schicht der oberste Teil der
abgeschiedenen Schicht ist, und daß dieser Teil rasch und
wirksam durch Schleifen unter Verwendung von Schleifmitteln
entfernt werden kann, wobei man die Gesamtmasse der
abgeschiedenen Schicht nur minimal verringert. In anderen
Worten wurde festgestellt, daß der oberste Teil einer
plasmagespritzten Schicht der Teil der Schicht mit der
geringsten Dichte ist.
Die noch nicht verdichtete plasmagespritzte Abscheidung hat
eine geringere Dichte als die verdichtete Matrix, und die
geringere Dichte liegt in der Bildung von Hohlräumen in der
plasmagespritzten Struktur beim Plasmaspritzen des
Matrixmetalles begründet. Die spätere Verdichtung, wie
durch heißisostatisches Pressen, erhöht die Dichte der
Matrix und vermindert das Hohlraumvolumen in der Matrix.
Obwohl es möglich ist, daß ein Teil des beim Glätten der
Oberfläche der Matrix benutzten Schleifmittel in die vor
der Verdichtung vorhandenen Hohlräume des Matrixmetalles
gelangt, wurde trotzdem festgestellt, daß die durch Fasern
verstärkten plasmagespritzten Strukturen keine erhöhte
Neigung zur Bildung von Matrixrissen als Ergebnis der
Anwendung des Schleifmaterials bei der Glättung der
Oberfläche des durch Plasmaspritzen abgeschiedenen
Matrixmaterials aufweisen.
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnung näher erläutert.
In Fig. 1 ist ein geringer Teil, der weniger als 0,25 mm
des abgeschiedenen Matrixmetalles repräsentiert,
dargestellt. Die Abscheidung 10 ist durch eine rauhe
Oberfläche 12 ungleichmäßigen Charakters charakterisiert,
wie sowohl die Draufsicht als auch die geschnittene Kante
zeigen.
Die rauhe Oberfläche wird durch Schleifen entfernt, und die
gleichmäßigere Oberfläche 14 ist in Fig. 2 dargestellt.
Auf diese Weise wurden etwa 20 bis 40% der Dicke der
abgeschiedenen Schicht entfernt.
Dann wird die Reihe von Windungen 16 aus verstärkender
Faser auf die glattere Oberfläche 14 gewickelt, von der ein
Teil in Fig. 3 gezeigt ist. Der relativ gleichmäßige
Abstand der Windungen 16, die zu mehr als 100 pro 2,5 cm
vorhanden sind, läßt den gleichmäßigeren Abstand erkennen.
Das in Fig. 3 dargestellte Fragment ist ein Teil der
Oberfläche einer Trommel, um die eine einzige
Verstärkungsfaser mehrmals gewickelt ist, um die Schicht
aus faserförmiger Verstärkung zu bilden.
Fig. 4 zeigt die Struktur der Fig. 3 nach dem Aufbringen
einer zweiten Schicht 20 aus durch Plasmaspritzen
abgeschiedenem Titanbasismetall. Die Oberfläche 22 dieser
Schicht hat wiederum die charakteristische Rauheit und
Ungleichmäßigkeit der durch Plasmaspritzen abgeschiedenen
Schicht. Es ist diese Rauheit, die gemäß der vorliegenden
Erfindung entfernt wird, bevor man eine zweite Schicht aus
faserförmiger Verstärkung aufbringt.
Die Art der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist im folgenden Beispiel erläutert.
Ein hohlzylindrischer Dorn aus weichem Stahl mit einem
Durchmesser von etwa 10 cm und einer Länge von etwa 10 cm
wurde in eine Kammer zur Plasmaabscheidung bei geringem
Druck eingeführt. Die Kammer war ähnlich denen, die in den
eingangs genannten PSen beschrieben ist. Es wurde eine
Hochfrequenz-Kanone benutzt, einen Überzug aus
Titanbasismetall und insbesondere Ti-6242 (Ti-6Al-2Sn-4Zr
2Mo) auf den Dorn mittels Plasmaspritzen aufzubringen.
Der überzogene Dorn wurde aus der Plasma-Abscheidekammer
herausgenommen, und es wurde leicht festgestellt, daß ein
ungleichmäßiger Überzug sowohl mit hohen als auch tiefen
Stellen und einem merklichen Grade von Rauheit auf der
Oberfläche gebildet worden war. Dorn und Überzug wurden in
einer Drehbank montiert und die rauhe, unebene Oberfläche
des plasmaabgeschiedenen Überzuges wurde mit
Siliziumkarbid-Schleifmittel einer Teilchengröße von etwa
0,25 mm (entsprechend 60 Maschen) in einem Schleifgerät
geschliffen. Im einzelnen war das benutzte Werkzeug eine
Band-Kurbelwellenschleifmaschine. Es wurde festgestellt,
daß das Schleifen wirksam war hinsichtlich der Verbesserung
der Glätte der Oberfläche als auch der Gleichmäßigkeit der
Abscheidung über der Oberfläche des Dornes. Es wurde
beobachtet, daß die meisten hohen Stellen entfernt wurden.
Durch Messen des Durchmessers vor und nach dem Schleifen
wurde festgestellt, daß sich der Durchmesser zuerst nach
sehr geringem Schleifen rasch änderte, später langsamer.
Eine Faser aus Siliziumkarbid, speziell eine von der
Textron Specialty Materials, Lowell, MA, erhaltene SCS-6-
Faser wurde auf die geglättete Oberfläche der
Titanbasislegierung auf dem Dorn gewickelt. Die Faser wurde
an einem Ende befestigt und dann kontinuierlich auf die
geglättete Oberfläche des Dornes gewickelt und dann am
anderen Ende ebenfalls befestigt. Es wurde festgestellt,
daß, obwohl mehr als 100 Windungen aus der Faser auf die
geglättete Oberfläche gewickelt wurden, der Abstand der
Faser auf dem überzogenen Dorn recht gleichmäßig war und
das es nur wenige Stellen gab, an denen die Faser die
benachbarte Faser in einer Weise berührte, daß dies den
Durchgang gespritzten Metalles dazwischen verhindern
könnte. Dies steht im Gegensatz zur Aufbringung einer
gewickelten Faser auf eine Oberfläche, die nicht geglättet
worden ist, da dort die Faser eine starke Neigung zum
Zusammenballen in schmalen Taschen auf der rauhen
Oberfläche hatte, so daß der Durchgang von gespritztem
Metall zwischen den einzelnen Fasersträngen verhindert
wurde.
Der Dorn mit seinem Matrixüberzug und der Schicht aus
Faserverstärkung wurde wieder in die Niederdruck-Kammer zur
Plasmaabscheidung eingeführt, und es wurde eine zweite
Schicht aus Matrixmetall durch Plasmaspritzen auf und
zwischen die Windungen der Faser gebracht, um eine Schicht
zu bilden, die die faserförmige Verstärkung im wesentlichen
innerhalb der abgeschiedenen Matrixschicht einbettete. Der
Dorn und seine abgeschiedenen Schichten wurden abgekühlt
und aus der Plasmakammer herausgenommen, die rauhe
ungleichmäßige Oberfläche der abgeschiedenen Matrix wieder
mittels Schleifgeräten abgeschliffen, was die äußere
Schicht aus Matrixmetall glatter und gleichmäßiger macht.
Dann wickelte man eine zusätzliche Schicht aus
faserförmiger Verstärkung auf die äußere Oberfläche des
Matrixmetalles und führte das Verfahren des
Spritzabscheidens einer weiteren Schicht aus Matrixmetall
wie oben beschrieben aus.
Nachdem dieses Verfahren des Schleifens, Wickelns und
Spritzabscheidens viermal wiederholt worden war, entfernte
man die auf dem Dorn gebildete Ringstruktur durch
maschinelle Bearbeitung und Auflösen des Dornes. Nach dem
Entfernen des Dornes wurde die Ringstruktur durch
heißisostatisches Pressen innerhalb eines angepaßten HIP-
Behälters verdichtet und danach der HIP-Behälter entfernt.
Es können auch andere faserförmige Verstärkungsmaterialien,
wie Aluminiumoxidfasern statt der im obigen Beispiel
speziell erwähnten benutzt werden, und es können auch
andere Matrixmaterialien anstelle des im Beispiel
genannten, wie andere Titanbasislegierungen, benutzt
werden.
Die Anmelderin hat ein wirksames und wirtschaftliches
Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten
Metallmatrix-Struktur geschaffen. Der Abstand von Faser zu
Faser in den mit Hilfe der Schleifstufe hergestellten
Verbundstoffen ist gleichförmiger als der Faserabstand bei
Verbundstoffen, bei denen man die Schleifstufe weggelassen
hat.
Claims (5)
1. Verfahren zum Herstellen einer faserverstärkten
Verbundring-Struktur, umfassend:
Schaffen eines Dornes, auf der eine solche Struktur ausgebildet werden soll,
Abscheiden einer Schicht aus Titanbasis-Matrixmetall auf der Oberfläche des Dornes durch Plasmaspritzen,
Abschleifen der unebenen Oberfläche der abgeschiedenen Schicht, um sie eben und relativ glatt zu machen,
Aufbringen einer Wicklung aus faserförmiger Verstärkung auf die geschliffene Oberfläche,
Abscheiden einer zweiten Schicht aus Matrixmetall über der und um die faserförmige Verstärkung herum durch Plasmaspritzen,
Abschleifen der ungleichmäßigen Oberfläche der zweiten abgeschiedenen Schicht, um sie eben und relativ glatt zu machen und
Wiederholen der Stufen des Wickelns, Spritzens und Schleifens für eine vorbestimmte Anzahl von Malen, wodurch eine Verbundstruktur gebildet wird.
Schaffen eines Dornes, auf der eine solche Struktur ausgebildet werden soll,
Abscheiden einer Schicht aus Titanbasis-Matrixmetall auf der Oberfläche des Dornes durch Plasmaspritzen,
Abschleifen der unebenen Oberfläche der abgeschiedenen Schicht, um sie eben und relativ glatt zu machen,
Aufbringen einer Wicklung aus faserförmiger Verstärkung auf die geschliffene Oberfläche,
Abscheiden einer zweiten Schicht aus Matrixmetall über der und um die faserförmige Verstärkung herum durch Plasmaspritzen,
Abschleifen der ungleichmäßigen Oberfläche der zweiten abgeschiedenen Schicht, um sie eben und relativ glatt zu machen und
Wiederholen der Stufen des Wickelns, Spritzens und Schleifens für eine vorbestimmte Anzahl von Malen, wodurch eine Verbundstruktur gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Abschleifen
zwischen 10 und 50% der Dicke der abgeschiedenen Schicht
entfernt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Abschleifen
zwischen 20 und 40% der Dicke der abgeschiedenen Schicht
entfernt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin die faserförmige
Verstärkung aus Siliziumkarbidfaser besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Wicklung aus
faserförmiger Verstärkung mehr als 100 Windungen auf 2,5 cm
aufweist.
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CA (1) | CA2042273A1 (de) |
DE (1) | DE4112749A1 (de) |
FR (1) | FR2663954B1 (de) |
GB (1) | GB2245597B (de) |
IT (1) | IT1247524B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19837945A1 (de) * | 1998-08-21 | 2000-02-24 | Asea Brown Boveri | Schaltanordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5491030A (en) * | 1992-06-26 | 1996-02-13 | Asahi Tec Corporation | Surface finishing for metal moldings |
JP3094320B2 (ja) * | 1994-11-02 | 2000-10-03 | 株式会社先進材料利用ガスジェネレータ研究所 | Frmディスク用プリフォーム |
US5980604A (en) * | 1996-06-13 | 1999-11-09 | The Regents Of The University Of California | Spray formed multifunctional materials |
US5967218A (en) * | 1998-07-06 | 1999-10-19 | Ford Motor Company | Method of integrating detailed features into a spray formed rapid tool |
FI20030978A (fi) * | 2003-06-30 | 2004-12-31 | Metso Powdermet Oy | Menetelmä monimateriaalikomponenttien valmistamiseksi sulakerrostuksella sekä monimateriaalikomponentti |
US7350558B2 (en) * | 2004-10-22 | 2008-04-01 | Grigoriy Grinberg | Method of venting a spray metal mold |
DE102007004531A1 (de) * | 2007-01-24 | 2008-07-31 | Eads Deutschland Gmbh | Faserverbundwerkstoff mit metallischer Matrix und Verfahren zu seiner Herstellung |
US10626751B2 (en) * | 2017-05-30 | 2020-04-21 | United Technologies Corporation | Turbine cooling air metering arrangement |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1466294A (fr) * | 1965-07-28 | 1967-01-20 | Trefimetaux | Perfectionnement à l'élaboration de produits à base d'aluminium |
US3926624A (en) * | 1972-03-17 | 1975-12-16 | Jones & Laughlin Steel Corp | Production of ferritic stainless steels containing zirconium |
US3948309A (en) * | 1973-08-20 | 1976-04-06 | Ford Motor Company | Composite rotor housing with wear-resistant coating |
JPS5428225A (en) * | 1977-08-05 | 1979-03-02 | Nippon Musical Instruments Mfg | Method of casting composite materials |
CH633868A5 (de) * | 1977-09-07 | 1982-12-31 | Alusuisse | Verschleissfeste beschichtung der arbeitsoberflaeche von scheibenfoermigen maschinenteilen aus aluminium oder aluminiumlegierungen. |
GB2109821B (en) * | 1981-08-05 | 1985-08-14 | Lucas Ind Plc | Method of manufacturing bearing blocks |
US4805294A (en) * | 1987-02-04 | 1989-02-21 | General Electric Company | Method for finishing the surface of plasma sprayed TI-alloy foils |
US4775547A (en) * | 1987-02-25 | 1988-10-04 | General Electric Company | RF plasma method of forming multilayer reinforced composites |
US4886202A (en) * | 1988-11-07 | 1989-12-12 | Westinghouse Electric Corp. | Method of making metal matrix monotape ribbon and composite components of irregular shape |
-
1990
- 1990-07-02 US US07/546,969 patent/US5228493A/en not_active Expired - Fee Related
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1991
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- 1991-05-09 CA CA002042273A patent/CA2042273A1/en not_active Abandoned
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19837945A1 (de) * | 1998-08-21 | 2000-02-24 | Asea Brown Boveri | Schaltanordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
US6211478B1 (en) | 1998-08-21 | 2001-04-03 | Asea Brown Boveri Ag | Switching arrangement and method for its production |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ITMI911142A0 (it) | 1991-04-24 |
CA2042273A1 (en) | 1992-01-03 |
FR2663954A1 (fr) | 1992-01-03 |
GB9108805D0 (en) | 1991-06-12 |
GB2245597A (en) | 1992-01-08 |
IT1247524B (it) | 1994-12-17 |
FR2663954B1 (fr) | 1993-07-30 |
ITMI911142A1 (it) | 1992-10-24 |
JPH04231429A (ja) | 1992-08-20 |
US5228493A (en) | 1993-07-20 |
GB2245597B (en) | 1994-02-02 |
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