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DE10319852B3 - Composite material used in the production of vehicles and engines comprises a metallic material which infiltrates a porous fibrous body which forms a blank - Google Patents

Composite material used in the production of vehicles and engines comprises a metallic material which infiltrates a porous fibrous body which forms a blank Download PDF

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DE10319852B3
DE10319852B3 DE2003119852 DE10319852A DE10319852B3 DE 10319852 B3 DE10319852 B3 DE 10319852B3 DE 2003119852 DE2003119852 DE 2003119852 DE 10319852 A DE10319852 A DE 10319852A DE 10319852 B3 DE10319852 B3 DE 10319852B3
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Germany
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composite material
metallic
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fibers
metallic fibers
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DE2003119852
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German (de)
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Edgar Brütsch
Klaus Dr. Drechsler
Lutz Dipl.-Ing. Ristow
Helmut Dipl.-Ing. Schäfer (FH)
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Abstract

Composite material comprises a metallic material (1) which infiltrates a porous fibrous body which forms a blank. The fibrous body has a textile-like structure and consists of non-metallic fibers (2) and metallic fibers (3). The metallic fibers are joined together by locally heating at their crossing points (K). An independent claim is also included for a process for the production of composite material.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The The invention relates to a composite material according to the preamble of the claim 1 and a method for producing composite material according to the preamble of claim 9.

Generell werden in heutiger Zeit erhöhte Anforderungen an Materialien gestellt, wie sie beispielsweise im Fahrzeugbau als Lagermaterialien oder als Materialien speziell im Motorenbau Verwendung finden. So wird allgemein gefordert, dass einerseits eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig reduziertem Gewicht vorhanden ist und andererseits solche Materialien möglichst kostengünstig herstellbar und in der verarbeitbar sind. In letzter Zeit finden beispielsweise Verbundmaterialien Anwendung, welche aus porösen Faserkörpern bestehen, welche eine Vorform bilden, die wiederum durch Verwendung von metallischen Materialien infiltrierbar ist und somit im eingegossenen Zustand ein entsprechendes Verbundmaterial bildet.As a general rule are increased in today's time Requirements placed on materials, such as those in the Vehicle construction as storage materials or as materials specifically in the Engine construction find use. Thus, it is generally demanded that on the one hand a high strength and reduced weight exists and on the other hand, such materials as possible economical can be produced and processed. Lately find for example composite materials application, which consist of porous fiber bodies, which form a preform, in turn, by using metallic Materials infiltratable and thus in the cast state forms a corresponding composite material.

So ist beispielsweise aus dem deutschen Patent DE 19712624 C2 ein Aluminiummatrix-Verbundwerkstoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung bekannt, wobei ein poröser Faserkörper, welcher durch Sinterung zu einem festen, porösen Vorkörper verbunden wurde, mit einer siliziumhaltigen Aluminiumgusslegierungsschmelze infiltriert wird, um einen entsprechenden Verbundwerkstoff zu ergeben. Die Infiltration kann dabei beispielsweise durch Druckgießverfahren erfolgen. Der so entstandene Verbundwerkstoff kann beispielsweise als Lagerwerk stoff Anwendung finden. Anzumerken ist jedoch, dass der Herstellungsprozess des dort beschriebenen Verbundwerkstoffs aufgrund der erforderlichen Sinterung mit der damit verbundenen Volumenschrumpfung der Vorform, welche in der Konstruktion bereits berücksichtigt werden muss, und aufgrund des hohen konstruktiven und energetischen Aufwandes für entsprechende Sinter-Apparaturen verhältnismäßig hoch ist. Des Weiteren bildet der durch Sinterung hergestellte Formkörper eine äußerst spröde Ausgangsbasis für das Verbundmaterial, wobei bestimmte Materialparameter, wie beispielsweise Schubmodule, Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit oder Ähnliches kaum über einen relativ weiten Bereich auf einfache Weise abgestimmt werden können, um jeweils optimale Produkteigenschaften dieses Verbundwerkstoffs für unterschiedlichste Anwendungsbereiche vorzusehen.For example, from the German patent DE 19712624 C2 an aluminum matrix composite and a method for its production, wherein a porous fiber body, which has been bonded by sintering into a solid, porous preform, is infiltrated with a siliceous cast aluminum alloy melt to give a corresponding composite material. The infiltration can be done for example by die casting. The resulting composite material can be used for example as bearing material application. It should be noted, however, that the manufacturing process of the composite material described there due to the required sintering with the associated volume shrinkage of the preform, which must already be considered in the design, and due to the high design and energy costs for corresponding sintering equipment is relatively high. Furthermore, the molded body produced by sintering forms an extremely brittle starting base for the composite material, wherein certain material parameters, such as shear moduli, thermal conductivity, strength or the like can hardly be tuned over a relatively wide range in a simple manner to each optimal product properties of this composite material for a variety To provide areas of application.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 41 23 677 A1 ist ein Faserformkörper und ein Verfahren zur Herstellung faserverstärkter Aluminium-Gussteile bekannt, wobei eine aus mehreren Schichten bestehende Kurzfasermatrix mit zwischen den Schichten der Kurzfasermatrix punktuell sich berührenden Langfasern vorgesehen ist. Die entsprechenden Fasern sind rein keramische Fasern, und ein entsprechend hergestellter poröser Faserformkörper kann mit flüssigem Aluminium infiltriert werden, wodurch ein entsprechendes Verbundmaterial herstellbar ist.From the German patent application DE 41 23 677 A1 a fibrous formed body and a process for producing fiber-reinforced aluminum castings is known, wherein a multi-layer short-fiber matrix is provided with long fibers intermittently contacting between the layers of the short-fiber matrix. The corresponding fibers are purely ceramic fibers, and a correspondingly produced porous fiber shaped body can be infiltrated with liquid aluminum, whereby a corresponding composite material can be produced.

Aus der deutschen Patentschrift DE 32 09 575 C2 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer faserverstärkten Einlage versehenen Verbundkörpers bekannt, wobei zwischen den parallel angeordneten organischen Fasern einer Einlage einige sehr dünne Kupferdrähte ebenfalls parallel angeordnet sein können, und wobei durch Erhitzen eine teilweise Diffusionsbindung zwischen den Fasern erzielbar ist.From the German patent DE 32 09 575 C2 For example, a method of making a fiber reinforced insert composite body is known wherein between the parallel organic fibers of an insert, some very thin copper wires may also be disposed in parallel, and wherein partial diffusion bonding between the fibers can be achieved by heating.

Das Dokument DE 689 13 172 T2 beschreibt ein Verfahren zum Verbinden eines keramischen Fasergefüges mit metallischen Substraten, wobei in die keramischen Fasergefüge Metallfasern einwebbar sind, deren Enden dann mit entsprechenden metallischen Substraten hart verlötet werden können.The document DE 689 13 172 T2 describes a method for bonding a ceramic fiber structure with metallic substrates, wherein in the ceramic fiber structure metal fibers are weaved, the ends of which can then be brazed hard with corresponding metallic substrates.

Das Dokument DE 693 12 831 T2 beschreibt ein Kohlenfasergewebe sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Weben dieses Kohlenfasergewebes.The document DE 693 12 831 T2 describes a carbon fiber fabric and a method and apparatus for weaving this carbon fiber fabric.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbundmaterial und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verbundmaterials vorzusehen, welches einerseits eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht, eine breite Einstellmöglichkeit der Materialeigenschaften und Produktparameter sowie eine dabei verhältnismäßig kostengünstige und relativ einfache Herstellbarkeit und Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verbundmaterials bietet.It Therefore, the object of the present invention is a composite material and a method for producing such a composite material to provide, on the one hand a high strength at the same time low weight, a wide adjustment of the material properties and product parameters and a relatively inexpensive and relatively simple Manufacturability and usability of the composite material according to the invention offers.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein Verbundmaterial gemäß Anspruch 1 und, ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials gemäß Anspruch 9.The Object of the present invention is achieved by a composite material according to claim 1 and, a method for producing a composite material according to claim 9th

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.advantageous embodiments The present invention is defined in the respective dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verbundmaterial besteht aus einem porösen Faserkörper, welcher eine Vorform bildet, und aus einem metallischen Material, mit welchem der poröse Faserkörper infiltrierbar ist. Gemäß der Erfindung weist der poröse Faserkörper eine textilartige Struktur auf, und er besteht aus nichtmetallischen Fasern und aus metallischen Fasern. Die metallischen Fasern des Faserkörpers sind erfindungsgemäß durch gezielte lokale Wärmeeinwirkung zumindest an einigen ihrer Kreuzungspunkte miteinander verbunden oder verbindbar.The composite material according to the invention consists of a porous fiber body, which forms a preform, and of a metallic material with which the porous fiber body can be infiltrated. According to the invention, the porous fibrous body has a textile-like structure and is made of non-metallic fibers and metallic fibers. The metallic fibers of the fiber body are invented in accordance with the invention by targeted local heat at least at some of their intersection points connected or connectable.

Das erfindungsgemäße Verbundmaterial bietet allgemein breit einstellbare Werte beispielsweise des Elastizitätsmoduls durch entsprechende Variation der Gestaltung und/oder Zusammensetzung des die Vorform bildenden porösen Faserkörpers. Gleichzeitig weist das entsprechende Verbundmaterial aufgrund der textilartigen Struktur des porösen Faserkörpers eine sehr geringe Dichte von beispielsweise weniger als 2 g/cm2 auf und ist somit besonders leicht bei gleichzeitig sehr hoher Belastbarkeit und Steifigkeit.The composite material according to the invention generally provides broadly adjustable values, for example of the modulus of elasticity, by appropriate variation of the design and / or composition of the porous fiber body forming the preform. At the same time, due to the textile-like structure of the porous fiber body, the corresponding composite material has a very low density of, for example, less than 2 g / cm 2 , and is therefore particularly light with at the same time very high load-bearing capacity and rigidity.

Die gezielte Einstellung der Materialeigenschaften kann durch gezielte Variation der textilartigen Struktur des porösen Faserkörpers und durch Lage, Richtung und Materialauswahl der verwendeten nichtmetallischen Fasern und/oder der metallischen Fasern auf besonders einfache Art und Weise vorgenommen werden. Beispielsweise kann durch gezielte Auswahl des Verhältnisses zwischen dem Anteil nichtmetallischer Fasern und dem Anteil metallischer Fasern ein poröser Faserkörper des erfindungsgemäßen Verbundmaterials hinsichtlich der geforderten Eigenschaften des Verbundmaterials auf einfache Art und Weise eingestellt und angepasst an den jeweiligen Einsatzzweck hergestellt werden. Insbesondere kann durch die Kombination der unterschiedlichen Materialien, insbesondere der unterschiedlichen Fasermaterialien, eine Kompensation unterschiedlicher Werkstoffeigenschaften hinsichtlich möglicher Längsausdehnung unter Temperatureinfluss vorgenommen werden, was beispielsweise bei Lagerungen im Motorbereich, beispielsweise einer Kurbelwelle, von Bedeutung ist, um in diesem Bereich eine gute Anpassung der im Motor verwendeten unterschiedlichen Materialien hinsichtlich ihrer Eigenschaften zu erzielen.The targeted adjustment of material properties can be achieved through targeted Variation of the textile-like structure of the porous fiber body and by position, direction and material selection of the non-metallic fibers used and / or made of metallic fibers in a particularly simple manner become. For example, by targeted selection of the ratio between the proportion of non-metallic fibers and the proportion of metallic Fibers a porous one fiber body the composite material according to the invention with regard to the required properties of the composite material adjusted in a simple way and adapted to the respective Purpose to be produced. In particular, by the combination the different materials, especially the different ones Fiber materials, a compensation of different material properties in terms of possible longitudinal extension be made under the influence of temperature, which for example at Bearings in the engine area, such as a crankshaft, from Importance is to get a good fit in the engine in this area used different materials in terms of their properties to achieve.

Durch die erfindungsgemäße Verbindung der metallischen Fasern des porösen Faserkörpers textilartiger Struktur des erfindungsgemäßen Verbundmaterials ist es möglich, eine besonders stabile Vorform des Verbundmaterials zu erzielen, welche dann mit dem metallischen Material infiltrierbar ist. Dies erleichtert die Herstellbarkeit des erfindungsgemäßen Verbundmaterials wesentlich. Insbesondere müssen keine Dimensionsänderungen während der Herstellung der Vorform berücksichtigt werden, wie dies im Fall beispielsweise der Sinterung eines porösen Faserkörpers als Vorform gemäß dem Stand der Technik erforderlich ist.By the compound of the invention metallic fibers of the porous Fiber body textile-like Structure of the composite material according to the invention Is it possible, to achieve a particularly stable preform of the composite material, which is then infiltrated with the metallic material. This facilitates the manufacturability of the composite material according to the invention essential. In particular, need no dimensional changes while considered in the preparation of the preform be as in the case, for example, the sintering of a porous fiber body as Preform according to the state the technique is required.

Selbstverständlich gilt allgemein das hier weiter oben und im Folgenden im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial Gesagte auch entsprechend für den porösen Faserkörper der Vorform als solchen, das heißt, der erfindungsgemäße poröse Faserkörper des erfindungsgemäßen Verbundmaterials weist für sich im wesentlichen bereits alle wesentlichen erfindungsgemäßen Vorteile auf, wie sie auch das erfindungsgemäße Verbundmaterial aufweist.Of course In general, this is related here above and below the composite material according to the invention Also said accordingly for the porous one fiber body the preform as such, that is, the porous fiber body of the invention composite material according to the invention points for essentially all the essential advantages of the invention on, as it also has the composite material according to the invention.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundmaterials ist die textilartige Struktur des porösen Faserkörpers eine gewobene, geflochtene, gestrickte, durch Fiber Placement herstellbare, gestickte oder sonstige, ähnlich textilartig herstellbare Struktur. Allgemein können also sämtliche bekannten textiltechnischen Verfahren zur Herstellung des porösen Faserkörpers aus den nichtmetallischen Fasern und den metallischen Fasern verwendet werden. Auf diese Art und Weise ist eine verhältnismäßig einfach herzustellende Vorform des erfindungsgemäßen Verbundmaterials realisierbar, welche durch geeignete Wahl der Herstellungsart der textilartigen Struktur die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundmaterials erfindungsgemäß über einen weiten Bereich einstellbar und einfach in der Herstellung steuerbar macht.According to one preferred embodiment of composite material according to the invention the textile-like structure of the porous fiber body is a woven, braided, Knitted, by Fiber Placement manufacturable, embroidered or otherwise, similarly textile-like producible structure. In general, therefore, all known textile technology Process for the preparation of the porous fiber body from the non-metallic Fibers and the metallic fibers are used. In this manner and way is one relatively easy to be produced preform of the composite material according to the invention, which by suitable choice of the production of the textile-like Structure according to the invention the properties of the composite material according to the invention via a Wide range adjustable and easy to control in production power.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Verbindung der metallischen Fasern, welche zumindest an einigen der Kreuzungspunkte erfolgt, eine Punktschweißverbindung, welche durch gezielte lokale Wärmeeinwirkung die metallischen Fasern an den entsprechenden Kreuzungspunkten miteinander verbindet. Generell kann eine Verbindung der metallischen Fasern an jedem der Kreuzungspunkte erfolgen, es ist jedoch auch möglich, die metallischen Fasern allgemein nur an einigen ihrer Kreuzungspunkte miteinander zu verbinden.According to one another preferred embodiment the invention is the compound of the metallic fibers, which at least at some of the crossing points, a spot weld joint, which by targeted local heat the metallic fibers at the respective crossing points with each other combines. In general, a compound of metallic fibers However, it is also possible to do so at each of the crossing points metallic fibers generally only at some of their crossing points to connect with each other.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist das metallische Material des erfindungsgemäßen Verbundmaterials durch Druckguss oder durch Pressgießen infiltrierbar. Die bestehende sehr steife Vorform, welche insbesondere aufgrund ihrer Stabilität allen Anforderungen an die großindustrielle Fertigung hinsichtlich einfachem Handling, beispielsweise durch Robotereinsatz, gerecht wird, kann somit besonders einfach durch an sich bekannte Druckguss- oder Pressgießvorgänge zum erfindungsgemäßen Verbundmaterial ausgeformt werden.According to the invention preferred is the metallic material of the composite material according to the invention Die casting or by compression molding infiltratable. The existing very stiff preform, which in particular because of their stability all the requirements of the large industrial Manufacturing in terms of easy handling, for example by Robot use, can be, therefore, particularly easy by per se known die casting or compression molding processes for composite material according to the invention formed become.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die nichtmetallischen Fasern des porösen Faserkörpers des Verbundmaterials aus Kohlenstofffasern und/oder Fasern auf Kohlenstoffbasis und/oder aus keramischen Fasern, wie beispielsweise Al2O3. Bevorzugt können Kohlenstofffasern, welche eine besonders hohe Zähigkeit und/oder hohe Schubmodule aufweisen, beispielsweise gebildet auf PAN oder Pechbasis, vorgesehen sein. Durch Lage und Orientierung der Fasern kann eine gezielte Anpassung an die Belastungserfordernisse des Verbundmaterials hinsichtlich des jeweiligen Verwendungszwecks, beispielsweise im Bereich spezieller Motorlagerungen, erfolgen. Auch die Auswahl der Länge der Fasern kann im Hinblick auf bestimmte Anforderungen erfolgen. Je nach der verwendeten textilartigen Struktur können dabei beispielsweise auch Endlosfasern, welche entsprechend durch ein geeignetes textiles Verfahren, wie oben beschrieben, verbunden sind, Verwendung finden.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the non-metallic fibers of the porous fiber body of the composite material consist of carbon fibers and / or carbon-based fibers and / or of ceramic fibers, such as Al 2 O 3 . Carbon fibers which have a particularly high toughness and / or high shear moduli, for example formed on PAN or pitch-based, may preferably be provided. By location and orientation of the fibers For example, a specific adaptation to the load requirements of the composite material with regard to the respective intended use, for example in the area of special engine mounts, can take place. The selection of the length of the fibers can also be made with regard to specific requirements. Depending on the textile-like structure used, it is also possible, for example, for continuous fibers, which are correspondingly connected by a suitable textile process, as described above, to be used.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundmaterials bestehen die metallischen Fasern aus metallischen Drähten und/oder Litzen und/oder Litzenbündeln. Durch entsprechende Auswahl der Lage und/oder der Anzahl und/oder der Länge der metallischen Fasern des erfindungsgemäßen porösen Faserkörpers können die Materialeigenschaften des erfindungsgemäßen Faserkörpers, welcher die erfindungsgemäße Vorform bildet, und damit die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verbundmaterials auf besonders einfache Art und Weise an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst sein, ohne übermäßig hohe Herstellungskosten.According to one preferred embodiment of composite material according to the invention The metallic fibers consist of metallic wires and / or Strands and / or strand bundles. By appropriate selection of the location and / or the number and / or the length The metallic fibers of the porous fiber body according to the invention may have the material properties of the fiber body according to the invention, which forms the preform according to the invention, and thus the properties of the composite material according to the invention in particular simple way adapted to the respective application be without being excessively high Production costs.

Generell können die Materialeigenschaften des erfindungsgemäßen porösen Faserkörpers bzw. der daraus gebildeten Vorform bzw. des entsprechenden erfindungsgemäßen Verbundmaterials durch ein vorbestimmtes Verhältnis der Menge und Gestaltung der verwendeten nichtmetallischen Fasern und der verwendeten metallischen Fasern eingestellt sein.As a general rule can the material properties of the porous fiber body according to the invention or of the formed thereof Preform or the corresponding composite material according to the invention by a predetermined ratio the amount and design of the non-metallic fibers used and the metallic fibers used.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundmaterials besteht das metallische Material, mit welchem der textilartige poröse Faserkörper infiltrierbar ist, bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung oder aus einer Magnesiumbasislegierung. Somit lässt sich besonders einfach ein möglichst belastbares und dennoch leichtes Verbundmaterial herstellen.According to one preferred embodiment of composite material according to the invention consists of the metallic material, with which the textile-like porous fiber body infiltrierbar is, preferably of an aluminum alloy or of a magnesium-based alloy. Thus lets especially easy one possible produce strong yet lightweight composite material.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundmaterials, bei welcher die nichtmetallischen Fasern und/oder die metallischen Fasern der textilartigen Struktur des porösen Faserkörpers entsprechend den Belastungen, welche in dem aus dem Verbundmaterial hergestellten Werkstück auftreten, angeordnet sind. Eine relativ einfache und kostengünstige Anpassbarkeit an unterschiedliche Ver wendungsvorgaben ist somit für das erfindungsgemäße Verbundmaterial problemlos möglich.Especially preferred is an embodiment the composite material according to the invention, in which the non-metallic fibers and / or the metallic Fibers of the textile-like structure of the porous fiber body according to the loads which occur in the workpiece made of the composite material, are arranged. A relatively simple and inexpensive adaptability To different application requirements is therefore for the composite material according to the invention easily possible.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial, insbesondere von Verbundmaterial, wie es oben beschrieben wurde, umfasst die folgenden Schritte:
Herstellung einer Vorform aus einem porösen Faserkörper mit einer textilartigen Struktur aus nichtmetallischen Fasern und aus metallischen Fasern durch ein textiltechnisches Verfahren,
gezielte lokale Wärmeeinwirkung auf zumindest einige Kreuzungspunkte der metallischen Fasern des Faserkörpers, um diese metallischen Fasern dort miteinander zu verbinden,
Infiltrieren der Vorform des porösen Faserkörpers mit einem metallischen Material.The method according to the invention for producing composite material, in particular composite material, as described above, comprises the following steps:
Production of a preform from a porous fiber body with a textile-like structure of non-metallic fibers and of metallic fibers by a textile-technical process,
targeted local heat on at least some points of intersection of the metallic fibers of the fiber body to connect these metallic fibers together,
Infiltrating the preform of the porous fiber body with a metallic material.

Wie bereits die Angaben zum erfindungsgemäßen Verbundmaterial weiter oben deutlich gemacht haben, bietet auch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials den Vorteil einer möglichst einfachen Herstellbarkeit bei gleichzeitig flexibler Einstellbarkeit und mit wenig Aufwand verbundener Optimierbarkeit eines durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten erfindungsgemäßen Verbundmaterials. Insbesondere sind wenige Prozessschritte nötig, was zu einer Kostenreduzierung im Vergleich zu den Verfahren des Standes der Technik führt.How already the information on the composite material according to the invention on have made clear above, also provides the inventive method for the production of the composite material according to the invention the advantage one possible easy manufacturability with simultaneous flexible adjustability and with little effort associated optimizability of the inventive method produced composite material according to the invention. In particular, few process steps are necessary, resulting in a cost reduction Compared to the methods of the prior art leads.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von erfindungsgemäßem Verbundmaterial ist das textiltechnische Verfahren zur Herstellung der Vorform des porösen Faserkörpers ein Verfahren aus der Gruppe Weben, Flechten, Stricken, Fiber Placement, Sticken oder ein sonstiges ähnliches textiltechnisches Herstellungsverfahren, welches an sich bekannt ist.According to one preferred embodiment of inventive method for the production of composite material according to the invention is the textile technology A method for producing the preform of the porous fiber body is a method of Group weaving, braiding, knitting, fiber placement, embroidery or another similar textile-technical production process, which is known per se is.

Bevorzugt ist, falls die gezielte lokale Wärmeeinwirkung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Verbundmaterial durch ein Punktschweißverfahren erfolgt, dass die metallischen Fasern des porösen Faserkörpers lokal an ihren Kreuzungspunkten bzw. zumindest an einigen ihrer Kreuzungspunkte verschweißt werden. Da Punktschweißverfahren allgemein bekannt sind, werden sie hier aus Gründen der Einfachheit nicht näher erläutert.Prefers is, if the targeted local heat according to a preferred embodiment the method according to the invention for producing composite material by a spot welding process takes place that the metallic fibers of the porous fiber body locally at their crossing points or welded at least at some of their crossing points. Since spot welding process are generally known, they are not here for the sake of simplicity explained in more detail.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erfolgt das Infiltrieren der Vorform des porösen Faserkörpers durch Druckguss oder Pressgießen. Auch diese Verfahren sind allgemein bekannt und werden hier aus Gründen der Einfachheit nicht näher erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass trotz Verwendung dieser an sich bekannten Infiltrationsverfahren dennoch eine breite Variationsmöglichkeit der Eigenschaften des Verbundmaterials gegeben ist, welches gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.According to one preferred embodiment of Method of the present invention, the infiltration of the Preform of the porous fiber body by die casting or pressure casting. Again, these methods are well known and will become apparent here establish not closer to simplicity explained. The inventive method offers the advantage that, despite the use of these known per se Infiltration method nevertheless a wide variation possibility the properties of the composite material is given, which according to the inventive method will be produced.

Es sei noch angemerkt, dass – wie gesagt – alle im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial weiter oben beschriebenen Ausführungsformen und Vorteile entsprechend auch hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemäßen Verbundmaterials gelten. So ist das Verfahren äußerst flexibel und erlaubt dennoch, auf kostengünstige Weise ein hochwertiges Verfahrensprodukt im Sinne der obigen Ausführungen bereitzustellen.It should be noted that - as I said - all embodiments and advantages described above in connection with the composite material according to the invention apply correspondingly also with regard to the method according to the invention for producing the composite material according to the invention. Thus, the method is extremely flexible and yet allows to provide in a cost effective manner a high-quality process product in the sense of the above statements.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundmaterials anhand der beigefügten Zeichnung näher beschrieben und erläutert werden.in the Following is an embodiment of the composite material according to the invention with the attached Drawing closer described and explained become.

Dabei zeigt:there shows:

1 in perspektivischer, teilweise freigeschnittener schematischer Ansicht ein Verbundmaterial gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 in perspective, partially cutaway schematic view of a composite material according to an embodiment of the present invention.

Die 1 zeigt in teilweise freigeschnittener perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform des Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung.The 1 shows in partially cut-away perspective view an embodiment of the composite material of the present invention.

Das in 1 gezeigte erfindungsgemäße Verbundmaterial besteht aus einem metallischen Material 1, welches durch Druckguss oder Pressgießen in einen porösen Faserkörper infiltriert ist, welcher aus nichtmetallischen Fasern 2 und aus metallischen Fasern 3 besteht. Der poröse Faserkörper weist eine textilartige Struktur auf, welche beispielsweise eine gewobene, geflochtene, gestrickte, durch Fiber Placement hergestellte, gestickte oder sonstige ähnliche, textilartig hergestellte Struktur ist. Im Fall der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundmaterials handelt es sich bei dem porösen Faserkörper um einen Faserkörper, welcher durch verwobene nichtmetallische Fasern 2 und metallische Fasern 3 gebildet ist. Der gezeigte poröse Faserkörper bildet dabei eine Vorform, welche dann durch das metallische Material 1 infiltriert und somit ausgefüllt wurde. Man sieht in der Ausführungsform der 1, dass die einzelnen Lagen der verwobenen Fasern des porösen Faserkörpers des erfindungsgemäßen Verbundmaterials durch nichtmetallische Fasern 2, welche in 1 schlangenlinienförmig dargestellt sind, miteinander verbunden bzw. verwoben sind. Dargestellt ist eine entsprechende Verwebung durch nichtmetallische Fasern 2. Selbstverständlich kann die entsprechende Verwebung auch durch metallische Fasern 3 oder durch nichtmetallische 2 und metallische 3 Fasern erfolgen, was jedoch in 1 nicht gezeigt ist.This in 1 shown composite material according to the invention consists of a metallic material 1 , which is infiltrated by die casting or compression molding into a porous fiber body made of non-metallic fibers 2 and metallic fibers 3 consists. The porous fiber body has a textile-like structure which is, for example, a woven, braided, knitted, fabricated by fiber placement, embroidered or other similar, textile-like structure. In the case of in 1 As shown in the embodiment of the composite material according to the invention, the porous fiber body is a fiber body which is made of interwoven non-metallic fibers 2 and metallic fibers 3 is formed. The porous fiber body shown forms a preform, which then by the metallic material 1 infiltrated and thus filled out. It can be seen in the embodiment of 1 in that the individual layers of the interwoven fibers of the porous fiber body of the composite material according to the invention are characterized by non-metallic fibers 2 , what a 1 are shown serpentine, interconnected or interwoven. Shown is a corresponding interweaving by non-metallic fibers 2 , Of course, the corresponding interweaving also by metallic fibers 3 or by non-metallic 2 and metallic 3 Fibers are made, which is however in 1 not shown.

Die Verwebung der nichtmetallischen Fasern 2 und der metallischen Fasern 3 ist in einem freigeschnittenen Bereich an der Oberfläche des in 1 dargestellten Verbundmaterialblocks gemäß der Erfindung dargestellt. Die nichtmetallischen Fasern 2 und die metallischen Fasern 3 kreuzen sich jeweils an verschiedenen Stellen. Dargestellt ist ein Kreuzungspunkt (K), an dem sich zwei metallische Fasern 3 kreuzen. An allen bzw. zumindest einigen dieser Kreuzungspunkte K der metallischen Fasern können diese durch lokale Wärmeeinwirkung, beispielsweise durch Punktschweißverbindungen, miteinander verbunden sein. Dies erhöht erfindungsgemäß die Stabilität des porösen Faserkörpers bzw. des Verbundmaterials.The interweaving of non-metallic fibers 2 and the metallic fibers 3 is in a cut-free area on the surface of the in 1 represented composite block according to the invention. The non-metallic fibers 2 and the metallic fibers 3 intersect each other in different places. Shown is a crossing point (K), where two metallic fibers 3 cross. At all or at least some of these intersections K of the metallic fibers, these can be connected to one another by local heat, for example by spot welding. This increases according to the invention the stability of the porous fiber body or of the composite material.

In der in 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Verhältnis der verwobenen Menge an nichtmetallischen Fasern 2 und metallischen Fasern 3 des porösen Faserkörpers bei ca. 1:9 bezogen auf das Volumen des porösen Faserkörpers. Andere Werte, beispielsweise im Bereich von 1:2 bis 1:15, sind je nach Anwendungsbereich des verwendeten Verbundmaterials möglich. Die als weiße Kreise bzw. weiße Schlangen dargestellten nichtmetallischen Fasern 2 bestehen bevorzugt aus Kohlenstofffasern und/oder Fasern auf Kohlenstoffbasis und/oder keramischen Fasern, während die in 1 als schwarze Punkte bzw. schwarze Schlangen dargestellten metallischen Fasern 3 aus metallischen Drähten und/oder Litzen und/oder Litzenbündeln, beispielsweise aus Kupfermaterial, bestehen können.In the in 1 In the embodiment of the present invention shown, the ratio of the interwoven amount of non-metallic fibers 2 and metallic fibers 3 of the porous fiber body at about 1: 9 based on the volume of the porous fiber body. Other values, for example in the range from 1: 2 to 1:15, are possible depending on the field of application of the composite material used. The non-metallic fibers represented as white circles or white snakes 2 are preferably made of carbon fibers and / or carbon-based fibers and / or ceramic fibers, while those in 1 as black dots or black snakes represented metallic fibers 3 may consist of metallic wires and / or strands and / or strand bundles, for example of copper material.

Das in 1 gezeigte erfindungsgemäße Verbundmaterial kann beispielsweise im Motorenbau als optimiertes Lagermaterial beispielsweise einer Kurbelwelle Verwendung finden. Insbesondere ist das erfindungsgemäße Verbundmaterial kostengünstig herstellbar und bietet dennoch über einen weiten Bereich einstellbare Materialeigenschaften, welche auf den jeweiligen Anwendungszweck hin optimierbar sind, ohne das Gewicht des erfindungsgemäßen Verbundmaterials übermäßig hoch werden zu lassen.This in 1 shown composite material according to the invention can be used for example in engine construction as optimized bearing material, for example a crankshaft. In particular, the composite material according to the invention is inexpensive to produce and yet provides over a wide range adjustable material properties, which can be optimized to the particular application, without the weight of the composite material according to the invention can be excessively high.

Claims (12)

Verbundmaterial, bestehend aus einem porösen Faserkörper, der eine Vorform bildet, und aus einem metallischen Material (1), mit welchem der poröse Faserkörper infiltrierbar ist, wobei der poröse Faserkörper eine textilartige Struktur aufweist und aus nichtmetallischen Fasern (2) und aus metallischen Fasern (3) besteht, wobei die metallischen Fasern (3) des Faserkörpers durch gezielte lokale Wärmeeinwirkung zumindest an einigen ihrer Kreuzungspunkte (K) miteinander verbunden sind.Composite material consisting of a porous fibrous body forming a preform and a metallic material ( 1 ), with which the porous fiber body is infiltratable, wherein the porous fiber body has a textile-like structure and made of non-metallic fibers ( 2 ) and metallic fibers ( 3 ), the metallic fibers ( 3 ) of the fiber body by targeted local heat at least at some of their crossing points (K) are interconnected. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die textilartige Struktur des porösen Faserkörpers eine gewobene, geflochtene, gestrickte, durch Fiber Placement herstellbare, gestickte oder sonstige ähnlich textilartig herstellbare Struktur ist.Composite material according to claim 1, characterized in that the textile-like structure of the porous fiber body is a woven, braided, ge knitted, by fiber placement manufacturable, embroidered or other similarly textile fabricable structure is. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zumindest an einigen der Kreuzungspunkte (K) der metallischen Fasern (3) eine Punktschweißverbindung ist.Composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the connection is formed at least at some of the intersection points (K) of the metallic fibers ( 3 ) is a spot welded joint. Verbundmaterial nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material (1) durch Druckguss oder Pressgießen infiltrierbar ist.Composite material according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the metallic material ( 1 ) is infiltrated by die casting or compression molding. Verbundmaterial nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallischen Fasern (2) aus Kohlenstofffasern und/oder Fasern auf Kohlenstoffbasis und/oder keramischen Fasern bestehen.Composite material according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the non-metallic fibers ( 2 ) consist of carbon fibers and / or carbon-based fibers and / or ceramic fibers. Verbundmaterial nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Fasern (3) aus metallischen Drähten und/oder Litzen und/oder Litzenbündeln bestehen.Composite material according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the metallic fibers ( 3 ) consist of metallic wires and / or strands and / or strand bundles. Verbundmaterial nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Material (1) aus einer Aluminiumlegierung oder einer Magnesiumbasislegierung besteht.Composite material according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that the metallic material ( 1 ) consists of an aluminum alloy or a magnesium-based alloy. Verbundmaterial nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallischen Fasern (2) und/oder die metallischen Fasern (3) der textilartigen Struktur des porösen Faserkörpers entsprechend den Belastungen, welche in dem aus dem Verbundmaterial hergestellten Werkstück auftreten, angeordnet sind.Composite material according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the non-metallic fibers ( 2 ) and / or the metallic fibers ( 3 ) of the textile-like structure of the porous fiber body according to the stresses occurring in the workpiece made of the composite material. Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial, insbesondere von Verbundmaterial nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend folgende Schritte: Herstellung einer Vorform aus einem porösen Faserkörper mit einer textilartigen Struktur aus nichtmetallischen Fasern und aus metallischen Fasern durch ein textiltechnisches Verfahren, gezielte lokale Wärmeeinwirkung auf zumindest einige Kreuzungspunkte der metallischen Fasern des Faserkörpers, um diese metallischen Fasern dort miteinander zu verbinden, Infiltrieren der Vorform des porösen Faserkörpers mit einem metallischen Material.Process for the production of composite material, in particular of composite material according to at least one of claims 1 to 8, comprising the following steps: Production of a preform a porous one fiber body with a textile-like structure of non-metallic fibers and from metallic fibers by a textile technology process, targeted local heat on at least some points of intersection of the metallic fibers of the fiber body to to connect these metallic fibers together there, infiltrating the preform of the porous fiber body with a metallic material. Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das textiltechnische Verfahren ein Verfahren aus der Gruppe Weben, Flechten, Stricken, Fiber Placement, Sticken oder ein sonstiges ähnliches textiltechnisches Herstellungsverfahren ist.Process for producing composite material according to Claim 9, characterized in that the textile-technical process a method from the group weaving, braiding, knitting, fiber placement, embroidery or something similar textile manufacturing process is. Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte lokale Wärmeeinwirkung durch einen Punktschweißverfahren erfolgt.Process for producing composite material according to Claim 9 or 10, characterized in that the targeted local the effect of heat by a spot welding process he follows. Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Infiltrieren der Vorform des porösen Faserkörpers durch Druckguss oder Pressgießen erfolgt.Process for producing composite material according to at least one of the claims 9 to 11, characterized in that the infiltration of the preform of the porous one fiber body by die casting or pressure casting he follows.
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