Derartige Keramikfasern mit einer Metallbeschichtung werden zur Herstellung von faserver- stärkten Folien, Blechen oder Bändern mit einer Metallmatrix verwendet, wie sie beispiels- weise in der US-PS 4,733, 816 und der US-PS 4, 499, 156 offenbart sind. Als Fasern werden Siliziumkarbidfasern, siliziumbeschichtete Siliziurnkarbidfasern, siliziumkarbidbeschichtete Borfasern oder borkarbidbeschichtete Borfasern verwendet. Als Matrixmaterial stehen aus- schließlich Titanbasislegierungen zur Verfügung.

Die letztlich aus Fasern verstärkten Folien, Blechen oder Bändern entstehenden Bauteile werden auch als Metal-Matrix-Components (MMCs) bezeichnet.

Die bekannten Verstärkungsfasern aus Keramikfaser mit einer Metallbeschichtung haben im Schnitt eine kreisförmige Außenform. Hierbei ist sowohl die Keramikfaser im Schnitt kreis- förmig als auch die auf die Keramikfaser aufgebrachte Metallschicht kreisringförmig. Derar- tige Verstärkungsfasern werden auf Basisteile gewickelt, derart, dass mehrere Verstär- kungsfasern nebeneinander als auch übereinander aufgebracht werden, wobei Hohlräume zwischen den Verstärkungsfasern entstehen. Nach dem Aufbringen der Verstärkungsfaser wird das Ganze konsolidiert, und zwar durch heißisostatisches Heißpressen. Dies führt zu Volumenstromschrumpfung, die Hohlräume verschwinden und führt hierbei zu der damit verbundenen Faserwanderung. Bei dreidimensionalen Strukturen sind darnit Faserbelastun- gen, wie Knickung und Bruch, und unterschiedliche Faserverschiebungen, wie Fasermissori- entierung verbunden. Die gleichförmige Außenan ordnung der Fasern ist jedoch für eine ho- he Bruchsicherheit und Wechselfestigkeit von großer Bedeutung. Die bekannten Konstrukti- onen mit den Verstärkungsfasern führen daher unter anderem zu Ermüdu ngsrissen, gerin- gerer Bruchsicherheit und einer verkürzten Lebenszeit, insbesondere bei den aus den Ver- stärkungsfasern hergestellten Metal-Matrix-Components (MMCs).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eine r Keramikfaser mit einer Metallbeschichtung gemäß der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, dass unter Vermeidung der genannten Nachteile ein kostengünstiges Verfahren angegeben wird, bei dem die Verstärkungsfasern in eine vorbestimmte exakte Anordnung zueinander auf einfache Weise gebracht werden können.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 in Verbindung mit seinen Oberbegriffsmerkmalen gelöst.

Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es Außenformen gibt, die ein hohlraum- freies Aneinanderordnen von mehreren Verstärkungsfasern neben-und übereinander er- möglichen. Hierdurch können anschließende Pressvorgänge ohne die Hohlraum beseitigen- de Volumenschrumpfung durchgeführt werden, wodurch es zu keiner Faserwanderung und somit zu einer exakten Faseranordnung über den Querschnitt beispielsweise eines Metal- Matrix-Components (MMCs) kommt.

Nach der Erfindung wird die Metallbeschichtung auf der Keramikfaser in eine im Querschnitt polygonale Außenform überführt, die einen hohlraum freien Verbund aus aneinanderliegen- den Verstärkungsfasern ne ben-und übereinander errnöglicht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die polygonale Außenform durch Kaltwal- zen auf die Metallschicht aufgeprägt. Beispielsweise kann jeder Fläche eine Walze zugeord- net sein oder es sind profilierte Walzen vorgesehen, die zusammen das Polygonprofil bilden.

Vor allem ist dabei das Polygonprofil der Außenform der Verstärkungsfaser im Schnitt hexa- gonal ausgeführt.

Vorzugsweise wird die Keramikfaser zunächst mit einer Metallbeschichtung versehen und anschließend die polygonal e Außenform aufgeprägt. Hierdurch können herkömmliche Ver- stärkungsfasern verwendet werden, da diese erst nachträglich die polygonal e Außenform aufgeprägt bekommen. Die herkömmlichen Verstärkungsfasern weisen in der Regel eine im Schnitt runde Außenform a uf. Ebenso haben die Keramikfasern eine runde Außenform.

Die Metallbeschichtung ist vor dem Aufprägen mit einer über den Umfang im wesentlichen konstanten Dicke versehen.

Diese wird insbesondere in einem PVD-Verfah ren (physical vapor deposition) auf die Kera- mikfaser oder durch Aufwalzen eines Metalldrahtes auf die glühende Keramikfaser unter einer Schutzgasatmosphäre aufgebracht.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird als Metallbeschichtung Titan, insbesonde- re Ti64, verwendet.

Insbesondere umfassen die Keramikfaser im wesentlichen die Elemente Silizium (Si), Koh- lenstoff (C), Bor (B), Sauerstoff (0), Aluminium (Al) und/oder Stickstoff (N).

Die Verstärkungsfasern werden vor allem für die Herstellung von Meta l-Matrix-Components (MMCs) verwendet.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Verstärkungsfasern zur Herstellung eines Halbzeugs verwendet. Hierbei wird die Keramikfaser ohne Hohlraum auf ein Basisteil gewickelt. Dies ist durch die polygonale Außenform ohne weiteres möglich. Der Wickelpro- zess mit der polygona len Außenform der Verstärkungsfasern erzeugt e ine identische Nut- vorlage für die nächste Wickellage. Hierdurch ergeben sich auch bei Schwankungen der Metal schicht maßlich ex- akte Anlageflächen. Es erfolgt eine geometrische exakte Faseranordnu ng ohne Fehlerakku- mulation. Zudem ist ein leicht überprüfbares Wickeln in Nuten-spiegelnde Oberfläche- ohne weiteres möglich.

Damit auch die unterste Lage der Verstärkungsfasern auf dem Basistei 1 exakt angeordnet werden kann, weist das Basisteil Nuten an ihrer Oberfläche auf, in welche die Keramikfasern eingebracht werden.

Nach dem Aufwickeln der Verstärkungsfaser auf das Basisteil erfolgt ein heißisostatisches Pressverfahren. Durch die hohlraumfreie Wicklung kann das heißisostatische Pressverfah- ren ohne Volumenschrumpfung erfolgen. Hierdurch kommt es zu keiner Faserwanderung, wodurch wiederurn eine exakte und vorbestimmte Faseranordnung auf dem Basisteil er- möglicht wird.

Auf das Basisteil werden insbesondere mehrere Lagen von nebeneinander angeordneten Verstärkungsfasern aufgebracht. Hierbei kann die Steigungshöhe beispielsweise 0,4 mm betragen, wodurch nur eine halbe Faserlänge pro Lage notwendig ist-Lmax-Forderung-.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindu ng wird auf die freien Enden des gewickelten Ba- sisteils ein Abschlussteil, insbesondere aus dem Metall, das die M etallschicht der Verstär- kungsfaser bildet, aufgeschrumpft. Zudem kann die äußere Lage mit einer weiteren Metall- lage, wie beispielsweise einem aufgeschru mpften Metallring bedeckt werden.

Vorzugsweise ist dabei das Basisteil als rotationssymmetrischer K. örper ausgebildet. Die Fasersprünge sind beispielsweise bei einer runden Faser 30 um und bei einer Verstärkungsfaser nach der Erfindung, beispielsweise mit hexagonaler Außenform 100 , um.

Die Enden der Verstärkungsfasern laufen unter 45° an axialen stirnflächen-/oberflächennah aus. Durch anschließendes Kugelstrahlen führt dies zu Druck-Es am Faserende.

Die Verstärkungsfaser kann gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dadurch herge- stellt werden, dass eine Keramikfaser und zwei Metallfolien durch eine Doppelwalze mit Polygonprofil für die Außenform geführt wird.

Weitere Vorteile und Merkmale ergeben si ch aus der Beschreibung, mehrere Ausführungs- formen der Erfind ung im Zusammenhang mit der Zeichnung. Es zeigen : Fig. 1 eine schematische, perspektivische Ansicht von zwei Walzen und einer Ver- stä rku ngsfaser ; Fig. 2 einen Querschnitt durch die Walzen mit der Verstärkungsfaser von Fig. 1 ; Fig. 3 ein Basisteil mit Nuten, auf das die Verstärkungsfaser gewickelt wird ; Fig. 4 die Verstärkungsfaser vor und nach dem Aufprägen einer polygonalen Außen- form und Fig. 5 mehrere Walzen, die auf eine Verstärkungsfa ser eine polygonale Außenform aufprägen gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 sind zwei Walzen 10 und 12 schematisch dargestel lt. Die Walzen 10 und 1 2 sind einander entsprechend aufgebaut und weisen im Walzbereich 14 jeweils einander zugeord- nete polygonale Vertiefungen 16 und 18 auf. Die beiden eirb ander zugeordneten po lygonalen Vertiefungen 16 und 18 prägen einer Verstärkungsfaser 20 eine hexagonale Außenform auf, in einer eine Keramikfaser 22 umgebende Metallschicht 24, siehe Fig. 2.

Die Verstärkungsfaser 20 besteht aus der Keramikfaser 22 und der Metallbeschich tung 24.

Die Keramikfaser 22 hat vor dem Aufprägen der polygonalen Außenform eine im Schnitt runde Außenform sowie darauf eine kreisringförmige Metall beschichtung 24. Die Metallbe- schichtung 24 ist mittels eines PVD-Verfahrens aufgebracht worden. Bei der Keramikfaser 22 handelt es sich um eine Siliziurnkarbidfaser. Bei der Metallbeschichtung 24 handelt es sich um ei ne Titanlegierung. Beispielsweise weist die Keramikfaser 22 einen Durchmesser von 140 urn auf mit einer Metallbeschichtung 24 von 30 prn, siehe Fig. 4.

Nach dem Umformen der Verstärkungsfaser 20 in eine hexagonale Außenform, siehe Fig. 4, weist die Länge a ca. 1 10, um und die Länge b ca. 190 um a uf.

Nach dem Aufprägen der hexagonalen Außenform wird die Verstärkungsfaser 20 auf ein rotationssymmetrisches Basisteil 26 gewickelt, siehe Fig. 3 Die Oberfläche des Basisteils 26 weist Nuten 28 auf, die an die polygonale Außenform derart angepasst sind, dass die Hälfte der Verstärkungsfaser 20 in die Nut 28 eingebracht werden kann. Die Nut 28 verläuft an der Oberfläche spiralförmig, sodass eine endlose Wicklung erzeugt werden kann. Ist die erste Lage Verstärkungsfasern 20 entsprechend der Darstellung von Fig. 3 in die N ; ut 28 eingebracht, wird in die Zwischenräume zwischen benachbarten Verstärkungsfasern 20 eine weitere Lage Verstärkungsfasern 20 eingebracht. Die weitere Lage Verstärkungsfasern 20 liegt dabei unmittelbar und hohlraumfrei an der ers-ten Lage Verstärkungsfasern 20 sowie an der Oberfläche des Basisteils 26 an. Die Nuten 28 sind im Abstand zueinander spiralför- mig in die Oberfläche des Basisteils 26 eingebracht.

Durch das Aufbringen der Verstärkungsfaser 20 in mehreren Lagen auf das Basisteil 26 bildet sich ein hohlraumfreier Verbund aus mehreren neben-und übereinander angeordne- ten Verstärkungsfasern 20. Anschließend wird der Verbund zusammen mit dem Basisteil hei ßisostatisch gepresst, wobei es zu keiner Volum enschrumpfung mit den damit verbun- denen Nachteilen kommt- In Fig. 5 ist eine Anordnung aus sechs Walzen 30,32, 34,36, 38 und 40 dargestellt. Jede Walze 30 bis 40 ist einer Fläche der polygonalen Außenform der Verstärku ngsfaser 20 zu- geordnet. Mit Hilfe der Walzen 30 bis 40 wird die Verstärkungsfaser 20 aus einer im Schnitt runden Außenform in eine im Schnitt polygonale Außenform, in diesem Fall hexagonale Au- ßenform, überführt. Hierdurch ergeben sich die oben angesprochenen Vorteile.