Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

1 einen schematisierten Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbzeug;

2 ein vergrößertes Detail des Halbzeugs im Bereich des Trägermaterials; und

3 eine beschichtete Faser zur Herstellung des erfindungsgemäßes Halbzeugs.

1 zeigt einen schematisierten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Halbzeug 10, wobei das Halbzeug 10 aus einem metallischen Matrixmaterial 11 und aus in das Matrixmaterial 11 eingebetteten, zugfesten Fasern 12 gebildet ist. Wie 1 entnommen werden kann, sind die Fasern 12 mit einem hohen geometrischen Ordnungsgrad innerhalb des Matrixmaterials 11 positioniert.

Bei dem metallischen Matrixmaterial 11 handelt es sich um Titan oder um eine Titanbasislegierung. Als zugfeste Fasern finden bevorzugt Siliziumcarbidfasern (SiC-Fasern) Verwendung. Es können jedoch andere Fasern als Verstärkungsfasern verwendet werden, wobei die Verstärkungsfasern im Wesentlichen die Elemente Silizium, Kohlenstoff, Bor, Sauerstoff, Aluminium und/oder Stickstoff aufweisen.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind zur Erhöhung bzw. Steigerung der Festigkeit des Halbzeugs 10 gegenüber Torsionsbeanspruchung oder Transversalbeanspruchung keramische Partikel 13 in das metallische Matrixmaterial aus Titan oder der Titanbasislegierung eingelagert. 2 zeigt ein vergrößertes Detail aus dem Matrixmaterial 11 des Halbzeugs 10, wobei es sich bei den dunklen Partikeln um die eingelagerten, keramischen Partikel 13 und bei den hellen Partikeln um das Material der Matrix, also um Titan oder eine Titanbasislegierung, handelt. Der in 2 dargestellten Maßstabsskala kann entnommen werden, dass die in das Matrixmaterial 11 eingelagerten, keramischen Partikel 13 eine Größe im Mikrometerbereich bis Nanometerbereich aufweisen. Die keramischen Partikel 13 sind gleichmäßig im Matrixmaterial 11 verteilt. Die keramischen Partikel 13 sind vorzugsweise aus Titannitrid gebildet.

Das erfindungsgemäße Halbzeug 10 ist demzufolge aus einem metallischen Matrixmaterial aus Titan oder einer Titanbasislegierung gebildet, wobei in das Matrixmaterial aus Titan oder der Titanbasislegierung einerseits Siliziumcarbidfasern eingelagert sind und wobei andererseits in das Matrixmaterial 11 keramische Partikel 13 aus Titannitrit eingebettet sind. Mithilfe der eingebetteten, keramischen Partikel ist eine Steigerung der Festigkeit des erfindungsgemäßen Halbzeugs 10 gegenüber Torsionsbeanspruchung oder Transversalbeanspruchung realisierbar. Die fein-disperse Verteilung der nanometergroßen bzw. mikrometergroßen Keramikpartikel 13 im Matrixmaterial 11 führt nämlich zu einer Blockierung der in der metallischen Matrix unter Torsionsbeanspruchungen bzw. Transversalbeanspruchungen auftretenden Scherbänder, was in einer Steigerung der Festigkeit des Halbzeugs 10 resultiert. Weiterhin wird eine Rissausbreitung im Matrixmaterial 11 erschwert und somit eine Lebensdauererhöhung ermöglicht. Das erfindungsgemäße Halbzeug 10 verfügt demnach insgesamt gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Halbzeugen über verbesserte Festigkeitseigenschaften.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Halbzeugs wird, wie nachfolgend beschrieben, vorgegangen:

In einem ersten Schritt werden die zugfesten, zu beschichtenden Fasern, nämlich vorzugsweise Siliziumcarbidfasern, bereitgestellt. Darauffolgend werden die bereitgestellten Siliziumcarbidfasern mit dem Matrixmaterial, also mit Titan oder einer Titanbasislegierung, beschichtet. Das Beschichten der Siliziumcarbidfasern mit Titan oder einer Titanbasislegierung erfolgt im Sinne der hier vorliegenden Erfindung vorzugsweise unter Verwendung eines PVD (Physical Vapor Deposition) Prozesses. Als PVD-Verfahren kommt insbesondere das sogenannte Sputtern, welches auch als Kathodenzerstäuben bezeichnet wird, zum Einsatz. Beim Sputtern wird ein Target aus dem Beschichtungsmaterial, hier aus dem Matrixmaterial, mechanisch zerstäubt und das so zerstäubte Matrixmaterial wird auf der zu beschichtenden Siliziumcarbidfaser abgeschieden. Details derartiger PVD-Verfahren sind dem hier angesprochenen Fachmann geläufig.

Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung werden die Siliziumcarbidfasern nicht lediglich mit dem Matrixmaterial aus Titan oder der Titanbasislegierung beschichtet, vielmehr werden bei der Beschichtung der zugfesten Fasern mit Titan oder mit der Titanbasislegierung keramische Partikel in die Beschichtung der Fasern eingelagert. Hierzu wird die PVD-Beschichtung unter einer reaktiven Atmosphäre durchgeführt. Insbesondere erfolgt die PVD-Beschichtung der Siliziumcarbidfasern mit Titan oder der Titanbasislegierung unter einer Stickstoffatmosphäre. Simultan bzw. gleichzeitig zu der Abscheidung des Titans bzw. der Titanbasislegierung auf den Siliziumcarbidfasern erfolgt demzufolge der atomare Einbau von Stickstoffatomen in die metallische Beschichtung der Fasern.

Die Keramikpartikel werden nun entweder in-situ während der PVD-Beschichtung durch eine Reaktion der Stickstoffatome mit den metallischen Legierungskomponenten in der Gasphase mit abgeschieden, oder im Anschluss an die PVD-Beschichtung durch eine nachfolgende thermo-mechanische Behandlung abgeschieden. Bei der Abscheidung reagieren die Stickstoffatome mit dem Titan bzw. der Titanbasislegierung zu keramischem Titannitrid, welches letztendlich die eingelagerten Keramikpartikel bereitstellt.

Die sich beim PVD-Beschichtungsprozess einstellenden, hohen Abkühlraten erlauben eine Einstellung der Partikelgrößen für die eingelagerten Keramikpartikel im Mikrometerbereich bis Nanometerbereich. Gleiches gilt, wenn die Abscheidung der keramischen Partikel durch eine nachfolgende thermo-mechanische Behandlung erfolgt.

Nach der obigen Beschichtung der Fasern liegen demnach mit Titan oder einer Titanbasislegierung beschichtete Siliziumcarbidfasern vor, wobei in die Beschichtung der Fasern die keramischen Partikel eingelagert sind. 3 zeigt eine derart mit Titan oder einer Titanbasislegierung beschichtete Faser 14, wobei die eigentliche Faser mit der Bezugsziffer 12, die Beschichtung der Faser 12 mit Titan oder der Titanbasislegierung mit der Bezugziffer 11 und die in das Titan bzw. die Titanbasislegierung eingelagerten Keramikpartikel mit der Bezugsziffer 13 gekennzeichnet sind.

Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Halbzeugs 10 werden mehrere derart beschichtete Fasern 14 in der gewünschten Geometrie angeordnet und dann wie bei der Herstellung von Halbzeugen aus MMC-Verbundwerkstoff üblich, unter Druckeinwirkung bei hohen Temperaturen zum eigentlichen Halbzeug verdichtet.

Der Kern der hier vorliegenden Erfindung liegt demnach, wie bereits oben ausgeführt, in der Einlagerung keramischer Partikel 13 in das Matrixmaterial aus Titan oder einer Titanbasislegierung. Hierdurch lassen sich verbesserte Festigkeitseigenschaften des Verbundwerkstoffs bzw. von Halbzeugen aus Verbundwerkstoff, insbesondere gegenüber transversalen Belastungen oder Torsionsbelastungen, erzielen.