Herstellung von faserverstärkten Leichtmetallen aus thermokinetisch beschichteten Faserhalbzeugen:
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| Format: | Thesis Book |
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| Published: |
Aachen
Shaker
2012
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| Series: | Forschungsberichte des Institutes für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile (IFKB)
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
I N H A L T S V E R Z E I C H N I S I
S Y M B O L V E R Z E I C H N I S V
A B K UE R Z U N G S V E R Z E I C H N I S V I I
E X T E N D E D A B S T R A C T V I I I
1 E I N L E I T U N G U N D M O T I V A T I O N 1
2 Z I E L S E T Z U N G U N D G L I E D E R U N G 3
3 S T A N D D E R W I S S E N S C H A F T U N D T E C H N I K 4
3.1 VERBUNDWERKSTOFFE MIT METALLISCHER MATRIX 4
3.1.1 EINLEITUNG, BEGRIFFE UND DEFINITION 4
3.1.2 EIGENSCHAFTEN VON METAL MATRIX COMPOSITES (MMC) 6
3.1.3 PARTIKELVERSTAERKTE LEICHTMETALLE 9
3.1.4 KURZFASER- UND WHISKERVERSTAERKTE LEICHTMETALLE 11
3.1.5 ENDLOS- UND LANGFASERVERSTAERKTE LEICHTMETALLE 14
3 . 2 GRUNDLAGEN LANGFASERVERSTAERKTER VERBUNDWERKSTOFFE 1 6
3.2.1 FESTIGKEIT UND STEIFIGKEIT IN FASERRICHTUNG - ZUGBELASTUNG 18
3.2.2 FESTIGKEIT UND STEIFIGKEIT QUER ZUR FASERRICHTUNG - ZUGBELASTUNG
21
3.2.3 FESTIGKEIT UND STEIFIGKEIT IN FASERRICHTUNG - DRUCKBELASTUNG 23
3.2.4 THERMISCHE AUSDEHNUNG UNIDIREKTIONAL FASERVERSTAERKTER
VERBUNDWERKSTOFFE 24
3.3 WERKSTOFFE FUER LANGFASERVERSTAERKTE LEICHTMETALLE 2 5
3.3.1 VERSTAERKUNGSFASERN 25
3.3.1.1 FASERFLEXIBILITAET 27
3.3.1.2 EINLEITUNG KERAMISCHE FASERN 28
3.3.1.2.1 EINLEITUNG SILIZIUMKARBIDFASER 28
3.3.1.2.2 SILIZIUMKARBIDFASERN MIT KERNFAEDEN AUS WOLFRAM 2 9
3.3.1.2.3 SILIZIUMKARBIDFASER OHNE KERNFAEDEN 31
3.3.1.2.4 EINLEITUNG ALUMINIUMOXIDFASERN 34
3.3.1.2.5 HERSTELLUNG VON ALUMINIUMOXIDFASERN 34
3.3.1.2.6 BASALTFASER 38
3.3.1.2.7 KOHLENSTOFFFASERN 4 5
3.3.1.2.8 STAHLDRAEHTE UND METALLFASERN 5 2
3.3.1.3 FASERKOSTEN 55
3.3.2 MATRIXWERKSTOFFE FUER MMC 56
3.3.3 FASER-MATRIX-GRENZFLAECHE 56
3.4 FASERARCHITEKTUR UND DEREN FERTIGUNGSTECHNIK 6 2
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IMAGE 2
II INHALTSVERZEICHNIS
3.4.1 GEWEBE 63
3.4.2 GELEGE UND MULTIAXIALGELEGE 64
3.4.3 3D-FASERSTRUKTUREN 65
3.4.4 STICKEN UND TAILORED FIBER PLACEMENT 66
3.4.5 FIBER-PATCH-PREFORMING TECHNOLOGIE (FPP) 67
3.5 HERSTELLUNG VON VERBUNDWERKSTOFFEN MIT METALLISCHER MATRIX 6 7
3.5.1 GASDRUCKINFILTRATION 68
3.5.2 PRESSGIESSEN (SQUEEZE CASTING) 69
3.5.3 DIFFUSION BONDING 70
3.5.4 VERDICHTEN VON BESCHICHTETEN FASERHALBZEUGEN 70
3.5.4.1 THIXOFORMING (WARMUMFORMUNG IM TEILFLUESSIGEN ZUSTAND) 72
3 . 6 T HERMOKINETISCHE BESCHICHTUNGSVERFAHREN 7 7
3.6.1 BEGRIFFE UND DEFINITIONEN DES THERMISCHEN SPRITZENS 77
3.6.2 ATMOSPHAERISCHE PLASMASPRITZEN (APS) 78
3.6.3 LICHTBOGENSPRITZEN (AS) 78
4 H E R S T E L L U N G U N D C H A R A K T E R I S I E R U N G
V O N F A S E R V E R S T AE R K T E N L E I C H T M E T A L L E N 8 1
4.1 FERTIGUNGSVERFAHREN, EINGESETZTE ANLAGENTECHNIK UND HERSTELLUNG VON
FASERHALBZEUGEN UND M M C - P R O B E N 8 1
4.1.1 THERMOKINETISCHE SPRITZENVERFAHREN 81
4.1.2 ANLAGENTECHNIK UND HANDHABUNGSSYSTEME FUER DIE
FASERHALBZEUGHERSTELLUNG 86
4.1.3 EINGESETZTE FERTIGUNGSVERFAHREN UND ANLAGENTECHNIKEN ZUR
VERDICHTUNG DER FASERHALBZEUGE 94
4.1.3.1 THIXOSCHMIEDEN 95
4.1.3.2 GESENKSCHMIEDEN MIT OFFENEN WERKZEUG 95
4.1.3.3 HEISSAXIALPRESSEN 97
4.1.3.4 HEISS ISOSTATISCHES PRESSEN (HIP) 98
4.1.3.5 THIXOPRESSEN 100
4.1.3.6 ENTWICKLUNGEN ZUR INFRAROTERWAERMUNG DER FASERHALBZEUGE 100
4 . 2 FERTIGUNGSMESSTECHNIK 1 0 2
4.2.1 MESSTECHNIK ZUR CHARAKTERISIERUNG DER BESCHICHTUNGSPROZESSE 102
4.2.1.1 SPRAYWATCH 102
4.2.1.2 INFRAROT THERMOGRAFIE 102
4.2.2 FERTIGUNGSMESSTECHNIK ZUR CHARAKTERISIERUNG DER WERKSTOFFE,
HALBZEUGE UND BAUTEILE 103
4.2.2.1 ERMITTLUNG DER GEFUEGEEIGENSCHAFTEN 103
4.2.2.2 ERMITTLUNG VON MECHANISCHEN KENNWERTEN VON MMC 104
4.2.2.2.1 BIEGEFESTIGKEIT 105
4.2.2.2.2 ZUGFESTIGKEIT 106
4.2.2.2.3 DRUCKFESTIGKEIT 107
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS III
4.2.2.2.4 HAERTEMESSUNG 108
4.2.2.2.5 FASERSTRANGZUGVERSUCHE 109
4.2.2.2.6 EIGENSPANNUNGSMESSUNGEN 110
4.2.2.3 ERMITTLUNG VON THERMISCHEN UND PHYSIKALISCHEN EIGENSCHAFTEN 111
4.2.2.3.1 THERMISCHE AUSDEHNUNG UND SCHMELZTEMPERATUREN 111
4.2.2.3.2 DICHTEBESTIMMUNG NACH DER AUFTRIEBSMETHODE 112
4 . 3 CHARAKTERISIERUNG 1 1 3
4.3.1 CHARAKTERISIERUNG DER AUSGANGSWERKSTOFFE 113
4.3.1.1 BASALTFASER 113
4.3.1.2 AL 203-FASER NEXTEL 610 124
4.3.1.3 SIC-FASERN TYRANNO LOX-M 125
4.3.1.4 KOHLENSTOFFFASERN 125
4.3.1.5 STAHLFASERN UND GEWEBE 127
4.3.1.6 ALSIUE (4043)-DRANT 131
4.3.2 CHARAKTERISIERUNG DES SPRITZPROZESSES UND DER DARAUS ENTSTANDEN
SCHICHTEN UND HALBZEUGEN 132
4.3.2.1 CHARAKTERISIERUNG DES SPRITZPROZESSES DURCH DAS
IN-FLIGHT-PARTIKELDIAGNOSESYSTEM SPRAYWATCH 3I 132
4.3.2.2 BESTIMMUNG DER THERMISCHEN BELASTUNG DES SUBSTRATES WAEHREND DER
BESCHICKUNG MITTELS THERMOGRAPHIEMESSUNG 142
4.3.3 LASERSCHNEIDVERSUCHE ZUR BEARBEITUNG VON BESCHICHTETEN
FASERHALBZEUGEN 149
4.3.4 CHARAKTERISIERUNG DER FASERHALBZEUGE 153
4.3.5 CHARAKTERISIERUNG DER HERGESTELLTEN MMC-PROBEN 157
4.3.5.1 UNTERSUCHUNGEN UNTERSCHIEDLICHE FASERVOLUMENGEHALTE,
BESCHICHTUNGSVARIANTEN UND FASERTYPEN VON KOHLENSTOFFFASERN 157
4.3.5.2 CHARAKTERISIERUNG DES ALUMINIUMMATRIXMATERIALS 6082 159
4.3.5.3 BASALTFASERVERSTAERKTE MMC UNTERSCHIEDLICHER
HERSTELLUNGSVERFAHREN 162
4.3.5.3.1 THIXOSCHMIEDEN 162
4.3.5.3.2 GESENKSCHMIEDEN MIT OFFENEM WERKZEUG 165
4.3.5.4 KOHLENSTOFFFASERVERSTAERKTE MMC UNTERSCHIEDLICHER
HERSTELLUNGSVERFAHREN 167
4.3.5.4.1 THIXOPRESSEN AM IFKB 167
4.3.5.4.2 GESENKSCHMIEDEN MIT OFFENEM GESENK 170
4.3.5.4.3 HEISSAXIALPRESSEN 172
4.3.5.5 ALUMINIUMOXIDFASERVERSTAERKTE MMC UNTERSCHIEDLICHER
HERSTELLUNGSVERFAHREN . 173
4.3.5.5.1 THIXOSCHMIEDEN 173
4.3.5.5.2 THIXOPRESSEN 174
4.3.5.5.3 HEISSAXIALPRESSEN 175
4.3.5.6 SIC-FASERVERSTAERKTE MMC UNTERSCHIEDLICHER HERSTELLUNGSVERFAHREN
177
4.3.5.6.1 THIXOSCHMIEDEN 177
4.3.5.6.2 THIXOPRESSEN 178
4.3.5.7 UNIDIREKTIONALE UND ZWEI DIMENSIONALE STAHLFASERVERSTAERKUNGEN IN
MMC 179
4.3.5.7.1 THIXOPRESSEN 179
4.3.5.7.2 HEISSAXIALPRESSEN 181
IMAGE 4
IV INHALTSVERZEICHNIS
4.3.5.7.3 HEISS ISOSTATISCHES PRESSEN (HIP) 184
4.3.5.8 VERGLEICH AUSGEWAEHLTER MECHANISCHEN KENNWERTEN 185
4.3.5.8.1 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN DER ALUMINIUMLEGIERUNG EN AW-6082 IN
UNTERSCHIEDLICHEN ZUSTAENDEN 185
4.3.5.8.2 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN DER KOHLENSTOFFFASERVERSTAERKTEN M M
C 185
4.3.5.8.3 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN DER UNIDIREKTIONAL ALUMINIUM-
FASERVERSTAERKTEN MMC 186
4.3.5.8.4 VERGLEICH DER SIC-FASERVERSTAERKTEN MMC 187
4.3.5.8.5 VERGLEICH DER STAHLFASERVERSTAERKTEN MMC 188
4.3.5.8.6 VERGLEICH DER DRUCKFESTIGKEITEN 189
4.3.5.8.7 VERGLEICH DER INTERLAMINAREN SCHERFESTIGKEIT (ILSS) 192
4.3.5.8.8 VERGLEICH VON BIEGEFESTIGKEITEN IN ABHAENGIGKEIT DER
FASERORIENTIERUNG U N D SCHMIEDERICHTUNG 192
4.3.5.9 EINORDNUNG DER ERZIELTEN MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN 193
4.3.5.10 ERMITTLUNG VON EIGENSPANNUNGEN 194
4.3.5.11 BESTIMMUNG DER THERMISCHEN AUSDEHNUNG DER HERGESTELLTEN
MMC-PROBEN .... 195
4.3.5.12 GRENZSCHICHTANALYSE BEI EINER STAHLFASERVERSTAERKTER
ALUMINIUMMATRIX EN AW-6082 198
4.3.5.13 DETALLIERTE UNTERSUCHUNGEN ZU KOHLENSTOFFFASERVERSTAERKTEN MMC
203
4.3.5.13.1 EINZELFILAMENTZUGVERSUCHE 204
4.3.5.13.2 ERGEBNISSE ZUR BERECHNUNG DER DEFEKTSTELLENDICHTE 205
4.3.5.13.3 BERECHNUNG DER THEORETISCHEN KENNWERTE 207
5 W E I T E R E N T W I C K E L T E U N D A N G E P A S S T E H A L B Z
E U G F E R T I G U N G 2 0 9
5.1 DREIDIMENSIONALE VORFORMUNG 2 0 9
5 . 2 WICKELTECHNIKEN 2 1 1
5 . 3 VERSTAERKUNG VON ALUMINIUMROHREN 2 1 2
5 . 4 SIMULTANES WICKELN UND BESCHICHTEN MIT FASERTAPES 2 1 5
6 Z U S A M M E N F A S S U N G 2 1 8
7 A U S B L I C K 2 2 3
8 L I T E R A T U R V E R Z E I C H N I S 2 2 4
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