Borfaser

Die Borfaser ist eine künstlich hergestellte anorganische Mischfaser als Sekundärfaser, deren Primärfaser eine monofile Wolfram-Mikrofaser ist und deren Fasermantel durch Abscheidung von Bor (als Hüllschicht) in eine Borfaser umgewandelt wird.<ref>Günter Schnegelsberg: Handbuch der Faser – Theorie und Systematik der Faser. Deutscher Fachverlag, Frankfurt am Main, 1999, ISBN 3-87150-624-9, S. 482.</ref><ref>Erwin Riedel, Christoph Janiak: Anorganische Chemie. Walter de Gruyter, Berlin/Boston 2015, ISBN 978-3-11-035526-0, S. 591.</ref><ref>Dieter Veit: Geschichte, Erzeugung, Eigenschaften, Markt. Springer Vieweg, Berlin, 2023, ISBN 978 -3-662-64468-3, S. 996.</ref> Die Borfaser ist ideal für Konstruktionsverbundstoffe von Weltraumsystemen, da sie Strahlungsabschirmung, mechanische Festigkeit und Leichtbau gewährleistet.<ref>Anthony R. Bunsell (Hrsg.): Handbook of Properties of Textile and Technical Fibers. 2. Auflage. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7, S. 930.</ref> Auf dieses Eigenschaftsprofil hat Claude P. Talley im Jahr 1959 hingewiesen.<ref>C. P. Talley: Mechanical Properties of Glassy Boron, J. Appl. Phys 30, 1114(1959).</ref>

Herstellung

Der Herstellungsprozess beruht auf dem Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung von Anton Eduard van Arkel,<ref>E. Fitzer, J. Schlichting: Anorganische Fasern. Herstellung, Eigenschaften und Verwendung. In: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. Volume 11, Issue 9, 1980, S. 330–341, doi:10.1002/mawe.19800110910.</ref><ref>{{#if:{{#ifexpr:{{#if:DE|0|1}} or {{#if:440658|0|1}}|1}}||}}{{#if: {{#invoke:Expr|TemplateBooland}}|{{#ifeq:|Patentanmeldung|Patentanmeldung|{{#ifeq:|Gebrauchsmuster|Gebrauchsmuster|Patent}}}} {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}|DE440658|{{#switch: {{{DB}}} | DEPATIS =DE440658 | WIPO = DE440658 | Google = DE440658 | #default =DE440658 }}}}{{#if:Verfahren zum Niederschlagen von Bor1911-06-021926-06-12N.V.Philips` GloeilampenfabriekenEduard van Arkel|:|.}}{{#if:Verfahren zum Niederschlagen von Bor| Verfahren zum Niederschlagen von Bor.}}{{#if:1911-06-02| Angemeldet am {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}{{#if:1926-06-12N.V.Philips` GloeilampenfabriekenEduard van Arkel|,}}}}{{#if:1926-06-12|{{#if:1911-06-02| veröffentlicht am | Veröffentlicht am }}{{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}{{#if:N.V.Philips` GloeilampenfabriekenEduard van Arkel|,}}}}{{#if:N.V.Philips` Gloeilampenfabrieken| Anmelder: N.V.Philips` Gloeilampenfabrieken{{#if:Eduard van Arkel|,}}}}{{#if:Eduard van Arkel| Erfinder: Eduard van Arkel}}{{#if:| ({{{Kommentar}}})}}{{#if:1911-06-021926-06-12N.V.Philips` GloeilampenfabriekenEduard van Arkel|.}}‌}}{{#invoke:TemplatePar|match |template= Vorlage:Patent |cat= {{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Patent}} |format= |preview= |1=Land= ABC+ |2=V-Nr= /^[0-9A-Z]+$/ |3=Titel= * |4=Erfinder= * |5=Anmelder= * |6=A-Datum= * |7=V-Datum= * |8=Typ= ASCII |9=Code= ASCII |10=Kommentar= * |11=KeinLink= ASCII |12=DB=ASCII }}</ref> wobei Bor aus gasförmigen Verbindungen auf einen heißen Kernfaden abgelagert wird. Als Kernfäden sind Wolfram- aber auch Kohlenstofffäden am geeignetsten, die zur Herstellung der Borfaser-Filamenten am Ein- und Ausgang des als Reaktionskammer dienenden geschlossenen Glasbehälters über Quecksilberkontakt elektrisch aufgeheizt werden. Die Kernfäden werden dabei einzeln von Speicherspulen kontinuierlich mittels Aufwickelns der fertigen Borfasern auf Spulen durch den Reaktionsbehälter gezogen.<ref>{{#if:{{#ifexpr:{{#if:US|0|1}} or {{#if:3574649|0|1}}|1}}||}}{{#if: {{#invoke:Expr|TemplateBooland}}|{{#ifeq:|Patentanmeldung|Patentanmeldung|{{#ifeq:|Gebrauchsmuster|Gebrauchsmuster|Patent}}}} {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}|US3574649|{{#switch: {{{DB}}} | DEPATIS =US3574649 | WIPO = US3574649 | Google = US3574649 | #default =US3574649 }}}}{{#if:PROCESS FOR PRODUCING CONTINUOUS BORON FILAMENTS1967-02-241971-04-13United Aircraft CorporationRoy Fanti, Urban E. Kuntz|:|.}}{{#if:PROCESS FOR PRODUCING CONTINUOUS BORON FILAMENTS| PROCESS FOR PRODUCING CONTINUOUS BORON FILAMENTS.}}{{#if:1967-02-24| Angemeldet am {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}{{#if:1971-04-13United Aircraft CorporationRoy Fanti, Urban E. Kuntz|,}}}}{{#if:1971-04-13|{{#if:1967-02-24| veröffentlicht am | Veröffentlicht am }}{{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}{{#if:United Aircraft CorporationRoy Fanti, Urban E. Kuntz|,}}}}{{#if:United Aircraft Corporation| Anmelder: United Aircraft Corporation{{#if:Roy Fanti, Urban E. Kuntz|,}}}}{{#if:Roy Fanti, Urban E. Kuntz| Erfinder: Roy Fanti, Urban E. Kuntz}}{{#if:| ({{{Kommentar}}})}}{{#if:1967-02-241971-04-13United Aircraft CorporationRoy Fanti, Urban E. Kuntz|.}}‌}}{{#invoke:TemplatePar|match |template= Vorlage:Patent |cat= {{#ifeq: 0 | 0 | Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Patent}} |format= |preview= |1=Land= ABC+ |2=V-Nr= /^[0-9A-Z]+$/ |3=Titel= * |4=Erfinder= * |5=Anmelder= * |6=A-Datum= * |7=V-Datum= * |8=Typ= ASCII |9=Code= ASCII |10=Kommentar= * |11=KeinLink= ASCII |12=DB=ASCII }}</ref> Bei der Prozesstemperatur von 1350° müssen die Fäden noch ihre Festigkeit behalten. Als Gas-Präkursor verwendet man meist Bortrichlorid, weil es im Vergleich zu anderen Halogenen konsistenter, besser handhabbar und kostengünstiger ist.<ref>Manfred Flemming, Gerhard Ziegmann, Siegfried Roth: Faserverbundbauweisen – Fasern und Matrices. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1995, ISBN 978-3-642-63352-2, S. 120f.</ref> Wasserstoff dient als Träger- und Reduktionsgas. Die Umsetzung erfolgt wie folgt:

<math>\mathrm{2BCl_3 + 3 \ H_2 \longrightarrow 2B + 6 HCl}</math>

Die komplizierte Herstellung hat auch Einfluss auf die Preise von Borfaserfilamenten, die bei einem Durchmesser von ca. 100 µm (4,0 mil) zwischen ca. 2500 und 3170 USD/kg liegen.<ref>Preisliste von Borprodukten der Specialty Materials Inc. Abgerufen am 1. Dezember 2021.</ref>

Eigenschaften

Die Borfaser mit einem Wolframkernfaden wird kommerziell häufig mit einem Durchmesser von 102 µm erzeugt. Der Querschnitt ist kreisrund. Die Dichte liegt bei 2,61 g/cm³. Sie weist Elastizitätsmoduln bis zu 428 GPa. bei Zugfestigkeiten von rund 4,0 GPa. Die Druckfestigkeit liegt geschätzt bei über 6,0 GPa. Die Knoophärte weist einen Wert von 3200 Knoop auf.<ref>Manfred Flemming, Gerhard Ziegmann, Siegfried Roth: Faserverbundbauweisen – Fasern und Matrices. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1995, ISBN 978-3-642-63352-2, S. 127.</ref><ref>Anthony R. Bunsell (Hrsg.): Handbook of Properties of Textile and Technical Fibers. 2. Auflage. Elsevier Ltd. 2018, ISBN 978-0-08-101272-7, S. 931.</ref><ref>Eigenschaften von Borfasern nach Angaben der Specialty Materials Inc. Abgerufen am 1. Dezember 2021.</ref>

Verwendung

Borfasern werden überwiegend als Prepregs mit Epoxiden angeboten und finden insbesondere für Materialien in Luft- und Raumfahrt und im Sportartikelbereich (Schaft des Golfschlägers, Hockeyschläger, Fliegenfischerruten, Fahrradrahmen) Anwendung. Als Verstärkungsfasern in Metallmatrices wie Aluminiumlegierungen und Titan ermöglichen sie höhere Einsatztemperaturen und ein besseres Ermüdungsverhalten.<ref>Manfred Flemming, Gerhard Ziegmann, Siegfried Roth: Faserverbundbauweisen – Fasern und Matrices. Springer-Verlag Berlin, Heidelberg 1995, ISBN 978-3-642-63352-2, S. 130.</ref><ref>Anwendung von Borfasern. Abgerufen am 2. Dezember 2021.</ref> Die Leitwerke der Kampfflugzeuge F-14 und F-15 wurden mit Borfaser-verstärktem Epoxidharz hergestellt,<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> da zu dem Zeitpunkt der Entwicklung die Verwendung von Kohlenstofffasern zu teuer gewesen wäre.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>

Einzelnachweise

<references />