Thermal expansion behaviour of fibre-reinforced DURAN glass

Abstract

The thermal expansion coefficients of DURAN glass reinforced by SiC and various carbon fibres are determined in order to investigate the influence of the different types of fibres and the preparation parameters on the thermal expansion behaviour of the composites. The coefficient of thermal expansion decreases with increasing Young's modulus of the fibres and with increasing fibre volume content. Composites with high-modulus carbon fibres and/or with high fibre volume concentration show a transition from contraction at lower temperatures to expansion at higher temperatures. "Zero expansion composites" can be produced for certain temperature intervals by selection of the fibre types and the fibre volume concentration. The experimentally determined expansion coefficients are compared with the theoretically calculated ones by the mixing rule. The agreement is very good for the high-modulus fibres, less good for the high-strength fibres.

Die thermischen Ausdehnungskoeffizienten von mit SiC- und verschiedenen Kohlenstoff-Fasern verstärktem DURAN-Glas werden bestimmt, um den Einfluß der unterschiedlichen Fasertypen und der Herstellungsparameter auf das thermische Ausdehnungsverhalten der Composites zu untersuchen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient nimmt mit zunehmendem E-Modul der Fasern und mit zunehmendem Faservolumengehalt ab. Verbundwerkstoffe mit hochmoduligen Kohlenstoff-Fasern und/oder mit hohem Faservolumengehalt zeigen einen Übergang von Kontraktion bei tieferen Temperaturen zu Expansion bei höheren Temperaturen. "Nullausdehnungs-Composites" können für bestimmte Temperaturintervalle hergestellt werden durch Auswahl der Fasertypen und der Faservolumenkonzentration. Die experimentell bestimmten Ausdehnungskoeffizienten werden mit den aus der linearen Mischungsregel berechneten verglichen. Die Übereinstimmung ist sehr gut für die Hochmodulfasern, weniger gut für die hochfesten Fasern.