CN1034688A

CN1034688A - 制取金属基复合材料的方法

Info

Publication number: CN1034688A
Application number: CN89100159A
Authority: CN
Inventors: 拉特尼什·库玛·德威夫迪; 威尔吉尔·伊里克
Original assignee: Lanxide Technology Co LP
Current assignee: Lanxide Technology Co LP
Priority date: 1988-01-11
Filing date: 1989-01-10
Publication date: 1989-08-16
Also published as: DE68909061T2; PH25592A; ATE94522T1; DK7989A; MX165625B; CA1321055C; PL277121A1; JP3247363B2; AU2670488A; JPH02197368A; DK7989D0; BR8900067A; FI890121A0; IN171652B; IE60954B1; FI93945B; EP0324706B1; AU621072B2; BG60294B2; DD301869A9

Abstract

一种铝金属基复合材料，它包括埋置了陶瓷之类的二次填料中的铝金属基体，并在一个由多晶氧化反应产物生长进入一次填料而形成的陶瓷不渗透模中使熔融铝金属与二次填料可渗透物接触而制得。由于用熔融铝金属体密封模子中的二次填料，此熔融铝金属在适中的温度如约900℃下不需要任何其它的渗透手段即可自发地渗透入二次填料。含有渗透入陶瓷填料的熔融物固化以便得到可从模子中回收的金属基复合材料。

Description

本发明涉及在陶瓷预制坯中，利用置于该预制坯中的渗透性填充物与熔融铝或镁，或其合金间的自发渗透来制取金属基复合材料的方法。本发明还涉及铝和镁金属基复合材料体及其结构。

有若干种复合材料制品，由于它们兼有强化相的强度与硬度和金属基体的延性与韧性，因而在各种各样的应用中是很有前途的，这些复合材料制品是由金属基体埋入陶瓷粒子，晶须，纤维或其他类似的填充物组成的强化或增强相中所组成。一般而言，金属基复合材料体在如强度，刚度，抗接触磨损性以及在对基体金属本身来说已可算高温的情况下仍保持强度的这样一些性质上都有改进。在某些情况下，该复合材料体的重量可能比大小相同的基体金属体要轻些。然而，任何一个特性可能得到改进的程度主要取决于所采用的具体组分，它们在复合材料体中所占的体积或重量百分比以及将它们加工成复合材料体的方法。例如，用诸如，呈颗粒状，片晶或晶须状的碳化硅这类陶瓷填料增强的铝基复合材料，由于它们有较高的刚度，以及相对于未加填料的铝来讲，有较高的耐磨和耐温性能，而使人关注。

人们已介绍了各种生产铝基复合材料的冶金方法，其中包括借助于粉末冶金技术的方法以及诸如借助于增强材料的熔融金属渗透作用的压力注浆法。

就粉末冶金技术而言，它是把呈粉末状态的金属和呈粉末，晶须，短纤维等状态的陶瓷增强材料掺合在一起，然后，或是用冷压加烧结，或是用热压法加工。但采用传统工艺的粉末冶金技术生产金属基复合材料，会使所得产品的性能受到一定限制。在该复合材料中，陶瓷相所占的体积百分率通常被限制在约40%，压制操作使得到制品的实际体积受到限制，以及若无后续的加工过程（例如，成形或机加工），或不利用复杂的压制过程，就只能得到形状比较简单的制品。再者，在烧结过程中，不均匀的收缩以及由于压坯中的偏析和晶粒长大而致的显微组织的不均匀性就可能发生。

例如，当生产填充氧化铝的铝基复合材料中使用熔融铝时，熔融铝不容易浸润氧化铝增强材料，因此，使它难以形成组织致密的制品。先有技术提出了对该问题的各种解决办法，其中包括，用浸润剂包覆氧化铝（或其他填充物）;通过加压，把熔融铝压进增强材料或填充物中;利用真空把熔融铝抽进填充物中;在大大超过铝熔点的非常高的温度下进行操作;以及综合应用以上方法。这些方法的使用势必使加工过程复杂化，要求有价值昂贵的设备，诸如，压力机，真空设备，控制装置等，使可成形的制品的体积和形状受到限制，而且有时会以浸润剂或类似形式将有害组份渗入制品中。

在美国专利3，364，976中，申请人是N.Reding等，公开了利用模子中截留的反应性气氛，以促进熔融金属的渗透作用的方法。此专利公开了一种浇铸诸如铝和镁合金的金属浇铸方法，在该方法中，选择性地装有适当填充物的模空腔中，含有能与被浇铸的熔融金属起反应的气体并可形成体积小的固态反应产物。因该模是严格密封的，因而熔融金属的反应所消耗的是被截留的气体并且在模空腔内产生真空，因此，熔融金属被抽吸进来。例如，在第三栏第55行及其后叙述了熔融镁与空气中所含的氧和氮反应而生成氧化镁和氮化镁，因此所产生的真空足以使熔融镁基本上完全充满该模子。附图介绍一种箱形模子10，模子内有一个通向腔14的单一开孔12，腔内含有与熔融金属16起适当反应的气体。文中说明把该模子浸入熔融金属体中（如图3所示），模子就没有必要完全气密封或液密封（第二栏第57-61行）以及模子内截留的气体与熔融金属的反应使熔融金属充满模子。实例5和10分别说明了在1300°F（704℃）下，氧化铝晶粒与熔融镁合金以及在1400°F（760℃）下，碳化硅与含5%的镁的熔融铝合金之间的渗透过程。

Danny K.White等人于1987年5月13日提出了美国专利申请号为049.171，题为“金属基复合材料”，对该专利申请已指派了代理人，该专利公开了一种生产铝基复合材料的方法。按照这个方法，至少含约1%（重量）的镁，最好至少含约3%（重量）的镁的熔融铝，在有由约10%到100%（体积）的氮，其余是非氧化性气体（例如，氩或氢）所组成的气体存在的情况下，与渗透性陶瓷填辖哟ァＮ露仍嘉?00℃到1200℃之熔融铝合金自发渗透渗透性填充物，即渗透填充物的过程无需施加机械压力或借助真空的作用。熔融体凝固后，就形成已渗入陶瓷填充物的金属基体，即，一种金属基复合材料体。陶瓷填充物包括如氧化物，碳化物，硼化物以及氮化物等，例如氧化铝。

概括地讲，本发明提供一种模制金属基复合材料的方法，该方法是通过使熔融铝或镁自发渗透进置于模内的一种填料或填料床中（以下称为“二次填料”），该填料保持在一种基本上气密的环境中。该模子是通过熔融的产物母体金属或母体金属与一种氧化剂的直接氧化反应而成，这种反应使多晶氧化反应产物产生或长大，并至少部分嵌入由适当填料（以下称为“一次填料”）所组成的预制坯中。该气密的填料床可能含截留的空气，但截留的空气和模子内含物是隔离的或密封的，以便排除或隔断外部或周围的空气。模子内装有二次填料并与熔融金属接触，模子内含物是被密封住的，通常用密封住模子的入口或开口的办法达到。通过提供一种密封的环境，在中等的熔融金属温度下，即可实现二次填料的有效自发渗透，因而就不必使用浸润剂、或在该熔融铝金属或镁金属中使用特种合金元素、施加机械压力、应用真空、特殊的气体气氛或其他任何渗透手段。

因此，在下面宣布的共同占有专利申请中所述的最重要的是利用直接氧化方法制成一，基本上不渗透的模子。由一次填料组成的并提供所需形状的空腔的渗透性预制坯与熔融母体金属接触并与一种氧化物反应。这种反应形成一种不渗透性氧化反应产物。该反应是在高于母体金属熔点但低于氧化反应产物熔点的温度范围内完成的。在反应过程中，至少有部分氧化反应产物与熔融母体金属和氧化剂保持接触并在其间扩展，这样就逐渐地把熔融母体金属穿过氧化反应产物引向氧化剂并进入预制坯，从而在预制坯内，氧化反应产物在氧化剂和早先形成的氧化反应物之间的界面上连续生成。由于氧化产物至少在部分预制坯中生长，使得氧化反应可在前述温度范围内在反应产物中深入，从而提供渗入了一次填料的陶瓷体不渗透模。例如，至少是确定空腔界限的那部分预制坯可以被埋入氧化反应产物内。无论如何，不渗透性模子的空腔至少部分是被渗透性的二次填料充满，然后在足以使二次填料进行自发渗透的一段时间内与熔融铝接触，同时在密封环境中保持这种状态。自发渗透完成后，熔融金属凝固，就得到该金属基复合材料体。

本发明的一种应用方法是，使用一种延伸在模子空腔之上的熔融铝或镁的储留体或贮存池来实现模子容物的密封环境。通常，模子空腔开孔或入口都用熔融铝的储留体或液位差封住。

按照本发明的另一个实例，金属基复合材料体在熔融金属凝固之后，与模子结合。在该工艺条件下，凝固的熔融金属与不渗透性模子保持接触，或与其部分接触，以便使得到的金属基复合材料至少与部分模子结合。按此方式，金属基复合材料同模子或其部分成为一个整体，以形成一种金属基复合材料-陶瓷层状材料或结构。

此外，在又一个实例中，模子空腔是预成型的，有预定的几何形状，所得到的金属基复合材料与该几何形状一致。当把模子和金属基复合材料公开时，金属基复合材料的表面反向复制出模子空腔的几何形状，因此，用本专利是可以制作出成型的金属基复合材料体。

定义

本文中和权利要求中所用的下列术语具有一定的含义。

术语“铝”和“镁”所指并包含基本上纯的金属，例如，一种比较纯的，市场上可以买到的非合金铝或镁，以及其他等级的金属和金属合金，诸如，市场上可以买到的，含有某些杂质和/或合金组分的金属，例如，铁，硅，铜，镁，锰，铬，锌等。从这个定义来讲，铝合金或镁合金是其中的铝或镁分别是主要组分的一种合金。

术语“母体金属”意指多晶氧化反应产物的产物母体金属例如，铝，硅，钛，锡或锆，并包含一种基本上纯的金属，或一种市场上可以买到的，在其中含杂质和/或合金组分的那种金属，从这个定义来讲，金属合金是其中的产物母体金属为主要组分的一种合金。

术语“陶瓷”所指并包含的并不局限于作为该种材料的术语的经典定义，按该定义它完全由非金属和无机材料组成，但在本文定义范围内，它还包括，无论就其组成或主要特性而论，均以陶瓷为主，但该材料体可芎嗟笔康囊恢只蚨嘀执幽柑褰鹗粞苌吹慕鹗簦?含量通常在约1-40%（体积）这个范围以内，但也可能含更多的金属。

术语“填料”意指并包含适用于实施本发明的任何一种填料，其中包括陶瓷填料本身，诸如，纤维，短纤维，粒子，晶须，泡沫材料，球体材料，纤维网或类似形态的氧化铝或碳化硅，以及诸如涂覆有氧化铝或碳化硅的碳纤维一类陶瓷涂层纤维，以保护碳不受熔融铝金属的侵蚀。

术语“一次填料”意指至少是一种填充材料，它适于埋入通过母体金属的直接氧化作用所得到的多晶氧化反应产物内，下文对此有更详细的叙述。

术语“二次填料”意指至少是一种填充材料，它适于通过熔融铝或镁金属的渗透作用埋入凝固的金属基质中。

术语“不渗透性”当用来说明一种模子或其他材料，结构或环境时，意指对空气基本上是不渗透的，即基本上是气密的。

附图的概要说明

图1是一个熔融铝体和一个不渗透性模子组件的剖面示意图，在模子内，示出的是按照本发明的一个实例中的二次填料正处在被熔融铝金属自发渗透的中间阶段。

图2是与图1相对应的一张图，图中示出的是，按照本发明的一个实例中的一种结构，它是被陶瓷套筒或衬底包覆并与之相连接的一种金属基复合材料。

图3是一个剖面图，图中示出的是另一个熔融铝金属体和在其中含二次填料的不渗透性陶瓷模子或外壳的装置实例。

图4是一个完成本发明另一个实例的装置的正剖视图，它是通过把大量二次填料浸入熔融铝中，使填料与周围空气隔离。

图5是，按照本发明某些实例，制作浇铸金属基质复合材料用的一种模子的母体金属和预制坯装置的正剖视示意图。

图6是一个埋入大量一次填料内的一次使用模型体装置正剖视示意图，按照本发明的另一个实例，它可用来制作一种陶瓷复合材料模子。

图7是与图6相对应的图，图中示出的是，在使用图6的装置制作陶瓷复合材料模子工艺过程中的后一个步骤。

图8是利用图6和图7中的装置所得到的陶瓷复合材料模子的剖面示意图。

图9是母体金属和一次填料预制坯装置的正剖视图，按照本发明的另一实例，该预制坯可用来制作陶瓷复合材料模子。

图10是按照实例10制作的凸轮轴的照片。

最佳实例的详细描述

按照本发明的一个实例的作法，使熔融铝或镁接触，或送至大量渗透性二次填料，例如，陶瓷粒子，晶须或纤维的表面。二次填料同熔融金属在可能截留有空气的密封环境中接触，但是，由于该模子基本上是不渗透性的，所以，被截留的空气不会再得到补充，因为，它与熔融铝或镁起反应，或换句话说，被熔融铝或镁所消耗（虽然，此处全部特别涉及的是空气，但应当说明，任何同熔融金属中的至少一种成分起反应的气体都可以作为被截留的气体介质来利用）。在这些条件下，熔融铝或镁自发地并渐进地渗透模子内的渗透性二次填料，从而形成金属基复合材料制品，在该制品中，金属基质渗入二次填料中。金属基复合材料将呈现出模子的形状，并可能含约10%～45%（体积）的二次填料，最好是含约45%～65%（体积）的二次填料。

在使用本发明方法的条件下，当把二次填料加进模子时，空气通常被截留并渗透该物质或基床。再者，在该工艺条件下，该填充物质的可渗透性足以使熔融铝或镁渗透。但是，如果模子内的空气没有补充，即使在有空气存在的情况下二次填料一般不被熔融铝所浸润，也能被熔融铝或镁自发渗透，在中等的熔融金属温度下形成一种铝金属基复合材料或镁金属基复合材料。渗透的发生和完成，无需借助于高温，真空，机械压力，特殊的气体气氛，浸润剂或诸如此类的办法。总之，该工艺淌峭ü韵掳旆ú皇雇獠靠掌?密封不渗透性模子内的模子内含物以及密封所有通向模子的开口，或者把含大量二次填料的模子浸没在熔融铝或镁体内，以保护或把二次填料与环境空气隔绝。

自发渗透的程度和金属基质的形成是随诸如，合金的组分以及铝或镁的含量;可以选择使用的浸润剂的存在;所用的二次填料的尺寸，表面条件和类型;渗透接触处理的时间;以及采用的金属的温度等给定的工艺条件而变化的。熔融铝或镁保持接触的温度可以随不同的金属合金和不同的二次填料而变化。总之，在熔融铝金属的情况下，自发的或渐进的渗透会在至少约为700℃的工艺操作温度下发生，最好是在至少约800℃或更高的温度下，这要取决于各种条件。一般来讲，温度超过1000℃是不必要的，并已发现，特别有效的温度范围是从约800℃到～1000℃，最好是从850℃到～950℃。

本发明的方法，并不依赖于使用外加机械压力把熔融金属压入陶瓷材料中，就可生产出含高体积百分率的二次填料以及低孔隙率的基本上均匀的铝金属基复合材料或镁金属基复合材料。使用孔隙率低的，也就是，间隙体积小的二次填料可以使二次填料的体积百分率在一组工艺条件下改变或增加。如果在二次填料与熔融金属接触之前用常规方法将其压缩，则其体积百分率还可提高，条件是不能把二次填料物质压成带闭合孔穴的压实物质或会阻止熔融铝或镁渗透那样的致密结构。已经观察到，对于一给定的金属-二次填料体系，铝或镁的渗透和基质形成的主导渗透机理是：用熔融金属浸润二次填料;使熔融金属与来自密闭环境的氧或氮反应以在该密封环境中形成真空，或这两种机理的某种结合。如果向体系补充空气以及如果该工艺过程是在较低的温度下，即在不高于1000℃下进行，就只会有微不足道的或最少量的二次填充料浸润和渗透发生。然而，对熔融铝金属而言，若将二次填料密封在模子内，使空气无法补充，即通过密闭该渗透过程，则在温度不超过～1000℃下，即使是在不超过～950℃下，自发渗透也会发生。例如，已发现，在许多情况下，温度约为～900℃已令人满意，因为在该温度下已能在容许时间内完成自发渗透，而不会过分破坏二次填料或侵蚀耐火容器，结构部件以及类似的装置。

现参阅图1，其中示出用10泛指的一个不渗透性外罩装置或模子12，它通常为圆柱套筒状结构，其中心有一贯穿圆柱孔并在该处形成一对在纵向彼此隔开的，直径大于孔B的圆盘形室“a”和“b”。从图1上用虚线示出的孔B的轮廓可以看出，孔B的底部被模子12的底板14封闭。不渗透性模子12的壁（图上未编号）是由使用下面叙述的某些共同占有专利申请书中的一种或几种技术生产出的陶瓷材料组成。因此，不渗透性模子12是由埋入适当填料，此处称为一次填料，诸如，氧化铝，碳化硅或其他任一适宜的陶瓷填料或其组合的陶瓷多晶氧化反应产物所组成。一次填料可以呈任何所需要的形式，诸如，微粒，微球，晶须，短纤维，泡沫材料，粉末，纤维网等，或其任一种组合形式。

孔B和大直径小室“a”和“b”充填有适当的二次填料22，与一次填料相同，它可由任何所需要的适当的填料所组成并可以呈微粒，微球，晶须，纤维，短纤维，泡沫材料，粉末，纤维网等物理形态，或其任一种组合形式。无需提供特殊的气体气氛就可以把二次填料放入模子12的腔B内，也就是说，这种充填过程可以在空气中完成，因此，空气可能被截留在二次填料内，并保留在不渗透性模子12的孔B内。

如图1所示把底面或底板上开有圆孔18的耐火熔池16设置在模子12的顶部，在该处密封环24使熔池16和模子12之间基本保持气密封（即，至少是液态金属密封）。熔池16装在模子12顶上后向其中充注熔融铝，也可把固态铝放在熔池16内，再将该装置加热到使熔池16内的铝金属熔融。虽然本发明特别以铝为基准加以说明，但应该说明，镁也是适用的。在任一情况下，熔融铝金属体20封住通向不渗透性模子12的唯一开孔或入口，以防环境空气进入，因此可使二次填料22与环境空气有效地隔离，而熔融金属则在孔B之上表面与二次填料接触。按照本发明，在这些条件下，熔融铝将向下自发渗透进整个二次填料22。装置10可在普通空气气氛中加工，而对自发渗透没有不利的影响。

图1示出的是一个自发渗透的中间阶段，此时，熔融铝20已渗透在二次填料床22的一半左右，该点在室“a”和“b”之间距离的一半左右。经一段时间之后，若温度保持在足以使铝20保持熔融状态的高温时，例如，约900℃，铝将自发渗透整个二次填料床22，达到模子12的底板14处。这种自发渗透的发生，并不需要向填料提供浸润剂（虽然可以选择地使用），不需要向金属20施加机械压力或使二次填料床22造成真空，或在诸如，实质上超过1000℃的高温下操作，不需要用惰性的或其他特殊气体气氛吹洗二次填料床22，或使用其他渗透办法。本发明的方法在整个操作过程中是非常有利的，该过程包括，模子12的制备（如下文所述），用二次填料22充填模子12，以及可以在空气中完成渗透过程需要的加热过程，而不需使用专门的气体气氛，从而省去附带的费用和引起的各种不便之处。

人们不想就此止步，确信二次填料22被熔融铝自发渗透是可以达到的，因为截留在二次填料22间隙内的空气会同熔融铝发生反应并被消耗掉，此外，由于不渗透模12是密封的，夹带的或被截留的空气得不到补充。然而，如果由于模子12原来有孔隙，或由于开孔或在该处形成的裂缝或裂纹未封住，就会使它成为渗透性的，消耗掉的空气就会得到补充，补充进来的空气就可能妨碍这种自发渗透过程。下面给出的对照实例看来似乎有助于说明这个问题。

在二次填料完成渗透之后，将该装置从炉子中取出，或关闭该炉子，使温度下降即可使熔融材料在不可渗透模子12内冷却和凝固。然后，把所得到的复合材料结构26（由模子和金属基复合材料芯所组成，如图2所示），从图1所示的装置中分离开。如图所示，该结构26可能基本上包含整个模子12（在图2上称为结构件或模子或外罩部件12′）或有的地方仅需要其部分，并还包括金属基复合材料芯28。

熔融金属渗透和凝固可在能实现模子和芯之间结合的适当条件下完成。通过下述方法可实现这种结合，例如，使熔融金属和模子12之间获得一定浸润;控制冷却速度（即，采用退火消除应力）使熔融材料与模子12的内壁保持直接接触;调节模子12和金属基复合材料的相对热膨胀系数;和/或基本上保持金属熔池的压头，以便充分消除或减少正凝固的熔融材料从制模壁脱离。金属基复合材料的热膨胀系数比陶瓷模子的大，如果相差太大而浸润又太少，两者间的结合强度就不能承受这种热收缩失配，那就是说，在冷却时，金属基复合材料可能因收缩而脱离模子内壁。形成金属基复合材料时所用的二次填料能减少该金属基复合材料的热膨胀，因而缩小料芯与模子之间的热膨胀失配。填料在降低热膨胀所起的作用，在很大程度上可能取决于填料的类型，几何形状以及长径比。当二者的热膨胀系数相差不太大时，就可实现牢固的结合。最好是，金属基芯的膨胀系数稍高于外壳的，以便在外壳上产生压缩应力。人们已经发现，基本上等轴的碳化硅晶粒（24目）按约47%（体积）加入铝中可使热膨胀系数从纯铝的～25×10^-6英寸/英寸/℃降低到约12-16×10^-6英寸/英寸/℃。碳化硅晶须具有相同的效应，但是其加入量可以低得多。因此，通过控制一种或多种条件，凝固的熔融材料，即金属基复合材料，可与结构26（图2）中的构件12′相结合。在结构26中，由金属基复合材料26组成的料芯被包容并结合在模子或外壳部件12′中。

在熔融材料冷却并凝固之后，也可把模子12′破碎或者使其与金属基复合材料芯28分离，使后者成为一个不受模子12′妨碍的独立体。在这种情况下，在保证模子12′的不渗透性并可在加工过程中保持结构的完整性的条件下，模子一般做得越薄越好。同样，加工工艺条件应能使模子12′和金属基复合材料芯28之间的结合力最小，以便于回收料芯。在装料和加工过程中，为了机械增强和支持模子12，可以在其周围包上适当的外壳（图1未示出）。

再参阅图1，当使用共同占有专利申请书中所述的一种或几种方法而不提供适宜的密封装置，诸如密封环24时，可将熔池16和不渗透性模子12做成一个整体。在熔融材料冷却和凝固之后，可以从整体模子/熔池中切下所要的制品。例如，图3示出的一个整体模子/熔池是按照本发明应用的另一个装置的实例。具有所需任一种形状的用30泛指的中空体是由不渗透性陶瓷材料，诸如采用本文后面所论述的共同所有专利申请中的技术所制造的一种复合陶瓷材料的壳体所组成。此外，采用共同未决和共同占有美国专利申请，申请号为908，119，1986年9月6日提出申请，申请人是Ratnesh K.Dwivedi，题目是“表面致密的多孔陶瓷复合材料”中所揭示的方法，可获得一种不渗透陶瓷材料外壳，现将其主题作为本文的参考。从剖面上看中空体30稍成枕头形，在它的主体部分的周围有一个环形的外缘30a，在其上下两端尚有与30a同轴布置外伸的圆筒30b及凸底30c。圆筒30b有一个向外扩的喇叭口30d，它构成一个漏斗形的结构，其中熔融铝20′可以从顶上进入并与二次填料床22′接触。喇叭口30d构成中空体30的唯一孔口并由熔融铝20′的静压头与环境气氛或空气密封，因而能有效地将二次填料22′与环境或外部空气隔离。

根据图1的实例以及类似图1的实例所述，在完成二次填料22′的自发渗透时，如需要的话，可以向熔池20′补充熔融金属，以便提供足够的铝金属来完成渗透并使熔融铝体20′液位保持恒定，从而使孔口30d-中空体30的唯一入口或孔口与环境空气隔离，直到自发渗透完成。在凝固后，若因二次填料22′的渗透而与熔融材料牢固结合的话，就得到一种由中空体30包复的金属基复合材料结构件。也可用破碎中空体30的方法来将其去除，以得一个反相复制了中空体30内表面几何形状的金属基复合材料体。在所取得的结构凝固之后，可以沿C-C线将其切断，以提供一个以套筒30d为末端的结构。可以把再凝固的铝留在套筒30b内，也可把套筒30b内的再凝固的铝部分地或全部地除去并用另一种材料取代，诸如，可以将呈熔融状态的另一种金属引入并在其中凝固。作为另一个可供选择的办法，一开始就可在套筒30b内，部分地或全部地充填进二次填料22′，这样，所得到的金属基复合材料就延伸进套筒30b。在后一情况下，可以用套筒30b的延伸部分或独立的储存容器（类似图1实例中的熔池16）来容纳熔融铝金属。

图4示出的是用来进行二次填料物自发渗透的另一种方法，其中，耐火容器32内装熔融铝体22″，在熔融铝体22″内，浸有耐火多孔容器34。容器34与耐火容器32的内壁（未编号）是隔开的，这样，熔融铝金属20″就使多孔容器34及其组成物完全地与环境气氛隔绝或隔开。多孔容器34上有许多孔眼36并用经适当的连接装置40固定在该处的钢索或杆38挂住。大量二次填料是装在有一个或多个孔口的适当模子中之后放在容器34内的。（图4上未示出该模子和二次填料）。孔眼36用作熔融铝33进入容器34的入口，在那里熔融铝同二次填料接触并随之发生自发渗透。多孔容器34，钢索或棒38以及连接装置40可用能长时间同熔融铝33接触的适当耐火材料制造。如果需要，可以取消容器34，而把顶部开孔并装有二次填料的模子浸在或浸入熔融金属中。随后，进行与前述相同的渗透及回收金属基复合材料体过程。

图5到图9说明了按照本发明的作法制备不渗透性陶瓷模子的过程，但应当说明，该模子的制备方法也适用于本发明的其他实例。如上文所述这样制得的模子，可以破碎以便从中回收凝固的金属基复合材料，也可作为与金属基复合材料连接的或结合的制品结构部件而保留。

共同所有专利申请

生产上文所述的这种陶瓷材料的技术已在许多共同所有专利申请中公开，这些专利申请也由本申请的代理人代理，它们公开了一种生产自支持陶瓷材料的新方法，该方法包括，把陶瓷埋入适当的一次填料的自支持陶瓷复合材料。

Marc S.Newkirk等人在题为“新型陶瓷材料及其制作方法”这一共同占有美国专利NO.4，713，360中（与之相对应的已公布的欧洲专利，申请号为NO.0155831，1985年9月25日公布），从本质上公开了一种生长陶瓷氧化产物的方法。当发现可以通过向母体金属中加入合金元素使氧化加强这一现象后，即可利用产物母体金属的氧化反应生成自支持陶瓷体。

进一步的研究提供了一种从母体金属中将氧化反应产物长入渗透性填料基层来生产自支持陶瓷复合材料的新方法。这一方法在Marc S.Newkirk等先后提出的两件题为“陶瓷复合材料制品及其制作方法”的共同所有美国专利申请中描述过。其中一件于1985年1月4日提出的NO.697878已经废弃。作为其接续部分的NO.819397于1986年1月17日提出申请，与之对应的已公布的欧洲专利申请号为NO.0193292，1986年9月30日公布。

以上方法由于应用外部合金元素涂敷在产物母体金属表面而获得改善。这是Marc S.Newkirk等在1986年1月27日提出申请的共同占有专利申请NO.822，999，题为“制作自支持陶瓷材料的方法”中公布的，与之对应的已公布的欧洲专利申请号为NO.0169067，1986年1月22日公布。

在上述专利申请NO.819，397中所公开的生产渗入填料的自支持陶瓷复合材料的技术是有效的，但它没有说明所得到的陶瓷复合材料体的预选形状或几何形状。然而，这种要求曾通过对上述方法的进一步研究得到了满足，它们能使陶瓷复合材料结构反向复制出产物母体金属阳模子的形状。这些方法在Marc S.Newkrik等提出的两个共同占有美国专利申请中描述过。其中一个申请号为NNO.823，542，1986年1月27日提出（与之对应的已公布的欧洲专利申请号为NO.0234704，1987年9月2日公布），题为“制作陶瓷复合材料制品的逆向成型复制法及用该法得到的制品”。第二个申请号为NO.896，157，1986年8月13日提出，题为“制作带再现模型表面的陶瓷复合材料制品的方法及用该法得到的制品”。此外ANdrew W.Urguhart等在1986年9月16日提出的共同占有美国专利申请NO.907，919，题为：“用一次使用模型的反面形状复制法制作陶瓷复合材料制品的方法”中叙述了用一次使用模型体的反面形状复制法。

曾研究过制作有预定形状或几何形状的陶瓷复合材料体或结构的其他方法。这些方法包括利用渗透性填料的成型坯，通过产物母体金属的氧化，使陶瓷基质长入该填料中。上述方法在共同占有美国专利，申请号NO.861，025，1986年5月8日提出申请（与之对应的已公布的欧洲专利申请号为NO.0245192，1987年11月11日公布），申请人是Marc S.Newkirk等，题目是“成型的陶瓷复合材料及其制作方法”中做了叙述。另一种制作这类成型陶瓷复合材料的方法包括，在限定陶瓷复合材料结构形状或几何形状的予定轮廓处，利用一种阻挡材料来阻止或限制氧化反应产物生长。这项技术在共同所有美国专利申请NO.861，024，1986年5月8日提出申请（与之对应的已公布的欧洲专利申请号为NO.0245193，1987年11月11日公布）申请人是Marc S.Newkirk等，题目是“使用阻挡装置制作成型陶瓷复合材料的方法”中做了叙述。

通过设置与母体金属体（氧化反应的产物母体）保持不断接触的母体金属熔池并利用该熔池来促进陶瓷复合材料体或结构，特别是成型体或结构的生产是又一进展。补充供给母体金属这项技术使能从只能容纳有限量的母体金属的位置长成大体积的氧化反应产物。在共同占有美国专利申请号为NO.908，067，1986年9月16日提出申请，申请人Marc S.Newkirk等，题目是“制作陶瓷复合材料结构的熔池加料方法及用该法制作的结构”中叙述了这一熔池加料技术。

特此将上述所有共同占有美国专利申请所公开的内容作为本文的参考。

按照上述一件或多件共同占有专利申请中的技术，在本发明中把氧化反应产物长入其中后能得到不透气的陶瓷复合材料模子的这种填料，称为一次填料以便把它同在熔融铝或镁自发渗透进入其中后能获得金属基质复合材料的二次填料区别开。许多材料既适于作一次填料，又适于作二次填料，因而，在某一给定的条件下，一次和二次填料可能相同也可能不同。但这些填料都应在该工艺条件下基本上不与熔融母体金属和熔融铝或镁起反应。

现参阅图5和5A，这里示出的是一个用来制作陶瓷复合材料体的装置42，它既可用作可从中回收金属基复合材料的易碎模子，又可用作与金属基复合材料结合在一起的模子/结构件。装置42包括，阻挡材料容器44，其形状基本上呈圆柱形，它的内表面是被屏蔽网46确定（从图5A上看得清楚）。多孔圆柱体48包容并加强了屏蔽网46，起着加强圆柱形屏蔽网46的外部刚性构件的作用。可以用多孔金属板，诸如多孔不锈钢板代替屏蔽网46。多孔圆柱体48虽因很多孔50穿透其表面而形成多孔结构，但其刚度仍足以使一次填料52或填料体在加工成形过程中保持不变，这种填料可以是一种可模塑的填充物，也就是说，它可以由颗粒，晶须，纤维或大体上类似的物质所组成，在形状上，它形成的填料床包容母体金属66并与其形状相符。可模塑的一次填料52也与圆柱形屏蔽网46的内壁形状相一致。因而，可模塑的一次填料床52是由渗透性预制坯所组成，该预制坯上由母体金属体66构成一个特定形状的空腔，该空腔首先用母体金属填充。在一个可供选择的实例中，一次填料52可以用常规的方法，例如注浆成形技术，或诸如此类的办法，利用颗粒，纤维，粉末等被预注成凝聚物，其中尚可添加一种适当的粘结剂，以提高生坯强度。此时，母体金属可呈熔融状态注入预制坯的空腔中。

屏蔽网46上的开孔（未编号）会与圆柱体48上的许多开孔50相通，这样，阻挡剂容器44就有孔隙，可使周围气体进入其中。许多不锈钢角撑54按一定的间隔设置在圆柱体48的外表面上并用压紧环56固定就位，该压紧环从结构上起到加强装置42的作用。最下边的压紧环56的一部分在图5上未示出，而图5上其余的压紧环和图5A示出的压紧环是以剖面示出。底板58盖住阻挡剂容器44的底。母体金属的熔池体60设于惰性材料床62内，惰性材料装在阻挡剂容器44的上部内并用板64与一次填料床52隔开。当铝是母体金属时，栊圆牧洗?2可由惰性粒子材料床（诸如^＃90粒度EIAIundum（Norten公司）所组成，在该工艺条件下，多晶氧化反应产物不会在其中生长。

板64上的中心孔（未编号）可使包在一次填料床52内的母体金属66的上段从其中穿过。在所述实例中，母体金属体66呈长圆柱形，在其纵向一定间隔上，有一对圆盘形的突块66a，66b。母体金属体66因而成为母体金属芯伸进一次填料床52并与之接触。为了促进母体金属的氧化反应，可以把一种或多种合金元素掺进母体金属体66和母体金属体熔池60内，和/或可以从外部施加给母体金属体66，和/或施加给或加入一次填料52内，至少是在母体金属体66的附近。

在有一种氧化剂存在的条件下，把装置42加热到高于母体金属熔点但低于生成的氧化反应产物熔点的温度范围内，并保持该温度范围并使装置42置于氧化气氛，诸如空气中，氧化反应产物就会在熔融母体金属体66和一次填料床52之间的界面上形成。如在一件和几件共同发明专利申请中所述，该氧化剂可以是固体，液体，或气体，或其结合。比如，在把固体氧化剂掺入一次填料（例如硅与氧化铝填料的混合物）时，可以使用空气，然后熔融母体金属在与两种氧化剂接触时，将进行氧化反应。需从母体金属熔池体中补入母体金属体66的熔融母体金属与生成的氧化反应产物保持接触，这些反应产物与氧或其他氧化剂气体接触。这些气体则穿过圆柱体48上的孔口50，再穿过屏蔽网46和一次填料床52进入并与氧化反应产物的生长面接触。周围的氧化气氛是通过向装有装置42的炉内提供空气循环例如，只要向炉子保证足够的通风，以让空气进入而补充或置换的。当氧化反应继续时，氧化反应产物继续在一次填料床52内氧化剂和先前形成的氧化反应产物之间的界面上，同时，该反应继续把至少是部分一次填料床52埋入氧化反应产物内。

如需要的话，可在氧化反应产物生长到图5上虚线68的附近时中止反应。虽然图5上的虚线68画得不大精确，但可体会到，如果氧化反应在相当厚的一层多晶氧化反应产物已在母体金属体66中形成之后才中止，该陶瓷构件的内部形状可能不大规整，但这对于把所得陶瓷构件作为制取金属基复合材料用的不渗透性模子并没有不利影响。按照有关的共同发明专利申请中的解释，生成的陶瓷的内部将反向复制出母体金属体66的形状。也可以用熟石膏和碳酸钙组成的阻挡材料，或由一种材料，诸如，制作屏蔽网46的材料构成的阻挡材料做成基本上呈虚线68标出的一个中空腔，以便中止或限制氧化反应产物的生长，而得到一陶瓷材料外壳，其形状与生长方向上的阻挡构件内表面形状相反。用这种方法，可使所得到的陶瓷复合材料壳的外表面的几何形状得到精确的控制，它使陶瓷复合材料壳可作为耐久的结构部件连接到金属基复合材料体上。在图5的实例中，生成的陶瓷外表面的几何形状是受屏蔽网46的内表面形状控制的。

如果陶瓷复合材料壳只用作可从中回收金属基复合材料体的模子的话，其外壳的厚度往往只需要使其在工艺过程中具有足够的结构强度和不渗透性即可。金属基复合材料凝固并冷却之后，将模子破碎并与金属基复合材料体分离或分开。比如，在熔融材料已经凝固之后，但该装置仍处在比铝金属熔点低的较高温下，如大约300-500℃时，可以把被模子包住的金属基复合材料体浸入冷却液，比如水中进行骤冷处理，这样产生的热冲击会使包住金属基复合材料体的薄壁模子破裂。此模子也可以用机械方法破碎。所得到的金属基复合材料的表面基本上反向复制出模子的内部几何形状。此外，为便于从复合材料体上除去外壳，最好避免金属基复合材料体与外壳之间的结合。

当陶瓷复合材料外壳或体，或其一部分，成为最终制品的结构部件时，就把外壳连接或结合到金属基复合材料上。陶瓷结构部件可按照其最后制品使用所要求的形状预成型。比如，在图5和5A所述实例中，氧化反应可以继续进行到使整个一次填料床52埋入生成的多晶氧化反应产物内，这样，阻挡材料44就起到中止或抑制氧化反应产物生长的作用，因而，使最后制品的外形呈圆柱体。如果阻挡材料是由网或多孔材料组成，所得到的陶瓷圆柱体的外表面将是粗糙的或带花纹的。该圆柱体的外表面可以进行机加工，研磨、抛光，或类似的加工。用另一种办法，阻挡材料44的表面比较光滑，因而就可使复合材料体也获得光滑的外表面。比如，可以把熟石膏浆（最好掺入碳酸钙或硅酸钙的）涂覆在基底52的边缘并使它凝固。该熟石膏层可防止多晶氧化反应产物生长过量，以及在该过程完成之后，该阻挡层可通过喷砂，刮研或类似的办法方便地除掉，从而使复合材料具有一个比较光滑的表面。无论如何，陶瓷外壳要设计成结构件并能与金属基复合材料良好结合，以形成一个整体结构。

如果母体金属体66在氧化反应过程中能从熔池体60得到适当补充，所得到的套筒形的陶瓷体内部将被母体金属芯所充填。该母体金属可在熔融状态下从制得的陶瓷套筒中直接排掉或倒出。如果熔融母体金属芯再次凝固或者有金属残留物并凝固的话，在母体金属为铝时可以用机械的和/或用盐酸溶液酸洗的办法，从所得到的陶瓷套筒中至少除去要求数量的残留金属。留下的中空陶瓷套筒反向复制了母体金属体66的形状。然后，可把中空芯用作模子空腔，在其中放入二次填料并与熔融铝或镁接触，以形成金属基复合材料。

图6到图8示意性说明，利用一次性使用的模型体的方法制备不渗透性陶瓷复合材料模子的制备过程。图6示出一种耐火容器70，诸如氧化铝容器，它含一个与之形状一致的一次填料床72，在此填料床中，埋入一次性使用的模型体74，以便在床72之内将其成型腔壁限制在一次填料和一次使用的模型体74之间的界面处。腔壁的几何形状与一次使用的模型体74的外表面的几何形状相叠合，即，是其反向复制品。一次使用的模型体74可以用任何适当的可汽化的或可烧材料，诸如聚苯乙烯泡沫材料或腊类材料制作此模型体有一个中心段76，基本上为圆柱形，并有一个底段78，其轴比中心段76短而直径较大。一个适当的阻挡材料80（未按比例画出）可以由不锈钢丝网或多孔钢制圆筒所组成，它确定了待制备的陶瓷复合材料体的外部轮廓。阻挡材料80也可以由熟石膏和硅酸钙所组成，它一般可以利用把该材料的浆料涂敷到衬底或薄板上，诸如，厚硬纸板上并让泥浆凝固的办法取得。总之，阻挡材料80的制作应使它能抑制氧化反应产物生长并以此确定该产物的轮廓。

如图7所述，可以从适当的容器84直接向埋入的一次使用的模型体74上浇铸熔融母体金属82。熔融母体金属使一次使用的用聚苯乙烯泡沫或其他可汽化的材料制造的模型体74汽化，汽化物或是通过一次填料床72或向上通过加入熔融母体金属的同一部位，或是通过可能提供的一个单独的排气口（未示出）排出该装置。在熔融母体金属完全取代了一次使用模型体74后，把装置加热到或保持在高于母体金属熔点但低于氧化反应产物熔点的生长温度下。汽相氧化剂渗透填料72的可渗透床并与熔融金属接触，以便将其氧化形成多晶氧化反应产物，如上所述，这些产物穿过预制坯生长并与阻挡材料80接触。如果需要，可把固体氧化剂或液体氧化剂掺合进床72，或在阻挡材料80范围内的那部分床中。熔融金属与基底内的氧化剂反应，因而不断生成氧化反应产物。再者，可以配合使用两种或多种氧化剂，诸如通过在床内使用活泼的硅酸盐并在空气中进行该过程。如有必要，可以补充熔融母体金属82，使其液面保持在填料床72的顶部。如共同发明专利申请NO.823，542和NO.907，919（本文前面已提到）所述，为了防止腔壁断裂或变形，填料床72或至少是包住一次使用模型体74的该床支撑区86应达到或高于自身结合温度，最好是稍低于其氧化反应温度，并使其达到自身结合。因此，在被加热到其自身结合温度之后，一次填料72或其支撑区86就发生烧结，或自身结合并附着到生长着的氧化反应产物上，从而在氧化反应产物生长的初始阶段中，有效地使熔融母体金属周围的一次填料具有足够的机械强度。自结合填料的机械强度能承受压力不均匀并保持腔的结构完整性，直到生成的陶瓷复合材料达到足够的厚度。

在氧化反应产物生长到被阻挡材料80限定的边缘之后，可以把剩下的或未反应的熔融金属82从加工过程形成的陶瓷复合模子88（图8）中取出。陶瓷复合材料模子88有一个缩颈部位90和直径较大的底部92。在模子88内形成一空腔94并有一个进口孔94a。可以看出，该空腔94反向复制了一次使用模型体74的几何形状。

现参阅图9来说明另一个实例，在该实例中，耐火容器96的装置中有一个惰性材料渗透性床98，在床内埋入固态母体金属体100和由一次填料做成的预制坯102。预制坯102做成具有足够的生坯强度的组织致密的成型制品，以使它能承受住处置并埋入惰性材料床98内。因此，可以把一种适当的粘合剂同第一填料粒子混合而模制成预制坯102。或用其他方法把一次填料粒子制成预制坯102。预制坯102可以由一件或多件组成。例如，预制坯102的下部102a一般呈杯形，这样，其成型的腔壁104就给出具有所需几何形状的空腔106。预制坯的上盖102b上有一个孔口106a并位于102a之顶部。预制坯102是渗透性的，以使氧化反应产物长向其内。

把图9示出的装置加热到高于母体金属98熔点，但低于生成的氧化反应产物熔点的生长温度范围内。如上所指出，以及如上述某些共同未决和共同发明专利申请中所详细说明的那样，惰性材料床98不会维持氧化反应产物的生长，而该氧化反应产物将长入并穿过一次填料预制坯102中，该操作进行的时间应足以使整个预制坯102中渗入陶瓷氧化反应产物，以提供一个具有空腔106和入口孔106a的陶瓷复合材料模子。可能还有必要提供阻挡材料（如本文上面所述）150，以防止或抑制氧化反应产物的生长。

以下所示的实施例中具体说明当与周围大气即空气隔离时，铝金属、熔融铝金属自发渗透入包容在不渗透模子中的可渗透二次填料体。一般说来，本发明中使用的铝中可包括多种合金元素以便在金属基复合材料体中得到所希望的机械和物理特性。例如，可在铝金属中添加铜，得到的基质可以热处理以便提高硬度和强度。

实施例1

用上述共同占有专利申请的技术制备了气密性的园柱形陶瓷复合材料体。具体地说，首先用含有49.5%（重量）粒度1000的绿碳化硅（由纽约州托那旺达的Exolon-ESK公司提供，商品名Carbolon F1000）、19.8%（重量）“100GL”绿碳化硅（由伊利诺伊州芝加哥的Superior Graphite公司提供）和30.7%（重量）蒸馏水的混合物的浆料注浆成型了3个高为6吋外径为2吋的透气性的园柱形预制坯。Carbolon F1000的平均粒度约为4微米，100GL的平均粒度约为0.8微米。将“100GL”、水、少量“Darvan-7”（由康湟狄格州诺沃克的R.T.Vanderbilt公司提供），和少量的藻朊酸铵通过初级球磨1小时制备泥浆。每用1228克水，Darvan-7的添加量为1.6克，藻朊酸铵的用量约4克。

将混合物经球磨1小时后，将约占总量1/2的Carbolon F1000加到混合物中，然后将这种新混合物球磨1/2小时。此时，添加剩余的Carbolon并将全部混合物球磨24小时。24小时终了时测量pH及粘度值并通过缓慢添加少量Darvan-7来调节pH和粘度直至粘度约为200-500CPS。而pH约为6-7为止。达到该状态时，再将最终混合物球磨48小时然后将它用作浆料。

由浆料制成的注浆成型园柱体放在90℃的窑内干燥，继而在1100℃的空气中煅烧10小时然后冷却至室温。加热速度为200℃/小时，而冷却速度为100℃/小时。煅烧和冷却后，每个园柱体的内部用粒度500的硅粉（由新泽西州贝根菲尔德的Atlantic Equipment Engineers公司提供）作界面涂敷。园柱形预制模的外部用含有35%（重量），熟石膏泥（由俄亥俄州布伦斯俄克的International Iuc公司提供的“Bondex”）、15%粒度500的“Minusil”（由西林吉尼亚贝克利斯普林的U、S、Silica Co公司提供）和50%水的混合物隔层包覆。然后在电阻炉内将制得的预制坯加热至900℃，继而将900℃的熔融铝合金450克注入每个预制坯中。铝合金的标称组成是（按重量）约2.5-3.5%Zn，3-4%Cu，7.5-9.5%Si，0.8-1.5%Fe，0.2-0.3%Mg，不超过0.5%Mn，0.5%Ni，0.001%Be0.01Ca，和0.35%Sn，余量为铝。空气经扩散通过可渗透的阻挡层和预制坯，使熔融铝合金氧化而形成多晶氧化反应产物。该氧化反应持续100小时。在此期间，熔融合金的氧化反应产物生长并基本上完全渗入每个园柱形预制坯。100小时反应期结束时，排出剩余的熔融合金以便得到周围大不可渗透的中空陶瓷复合材料园柱体。这些园柱体的一端封闭而另一端敞开。还是在900℃下，用二次填料部分填充每个陶瓷复合园柱体，其深度在其顶部下方，可使得每个园柱体中的填料床上方留下100毫升的“超高”体积。三个园柱体中使用的三种对应的二次填料包括（1）150克由Norton公司提供的粒度24的绿碳化硅粒料（Crystolon39）填料床，（2）200克由Norton公司提供的粒度24的38号钢铝石填料床，（3）100克由宾夕伐尼亚州城的Pennsylvania Foundry Supply and San公司提供的粒度100的二氧化硅组成的填料床。约100毫升（约200克）的标准纯级1100铝合金以熔融状态注入各园柱体中的二次填料床的上部。填充园柱体内填料床上面的超高空间后所得之熔融铝储留体通过渗透过程密封住园柱体的唯一开口，从而将二次填料床密封或与周围空气隔离。将该装置保持在900℃下并且熔融铝金属渗入二次填料床的自发渗透作用几乎立即开始并通常在20分钟内完成。在900℃保持5小时后，停止加热并使装置冷却至室温，从而得到包含埋有不同填料的梁辖鸬慕鹗艋春喜牧咸濉Ｈ欢蒙白鞫翁盍系奶逑抵校爸械娜慷趸栌肷氲穆练从ι裳趸梁徒鹗艄琛Ｍü梅从κ头懦龅慕鹗艄枞苋肴廴诼林行纬梢恢致?硅合金。因而，通过这种反应最终获得的金属基复合体含有埋入氧化铝填料的铝-硅合金。上述渗透过程是在环境空气中完成，不必应用外部形成的真空、机械压力、浸润剂或其它有利于渗透的技术。

实施例1论证了由熔融金属自发渗透入含截留空气的填料床形成金属基复合材料的过程。渗透作用是在不渗透模或含有二次填料的容器中进行，上述不渗透模子或容器则用熔融金属来实现与周围大气的密封。

实施例2

将300克熔融铝合金作为母体金属装入150毫升的多孔粘土坩埚（由新泽西州南普兰菲尔德的J、H、Berge公司制造的＃28-100DFC坩埚）。铝合金的组成与实施例1提到的第一种铝合金相同。（根据上述共同所有专利申请的技术）由坩埚和熔融铝合金构成的装置在电阻加热炉中900℃的空气中加热3小时以便使来自熔融铝母体金属的多晶氧化产物生长进入预制坯。然后将剩余的熔融铝母体金属由坩埚倒出此时可观察到多晶氧化反应产物已渗入坩埚的内表面深约1～2毫米，从而得到气密性的陶瓷衬里坩埚。应当注意：在该渗透过程中，熔融铝母体金属与空气和坩埚本身都发生反应。还是在900℃下，将粒度24的绿碳化硅颗粒（Norton公司的Cryctolon39）130克放入150毫升的坩埚中使碳化硅填料床深度在坩埚顶部下方，并在坩埚内底床上方形成约60毫升的超高体积。将大约130克熔融的1100号铝（标准纯）注入碳化硅填料床的上部以便形成熔融铝储留体，使坩埚敞开的顶部密封并使碳化硅填料床与周围空气隔绝。已被填充的坩埚放入本实施例所述之同一炉中加热至900℃并在900℃下保持10小时。在此期间熔融铝金属渗透整个碳化硅填料床。然后将该装置充分冷却使铝金属凝固。同时在约500℃时将整个装置浸入水中，从而使粘土坩埚及其内表面的陶瓷衬里薄层同时破裂。然后可回收含有埋在碳化硅颗粒中的1100铝合金的金属基复合材料，该复合材料的外表面形状基本在反向复制了原粘土坩埚的内部形状。

实施例2表明诸如粘土坩埚之类的多孔材料，在将氧化反应产物薄层生长入其中后使之变成气密性时，即可作为模子使用。根据上述共同占有专利申请，该氧化反应产物是母体金属与空气直接氧化所产生的。所得之气密性陶瓷复合材料薄层使得原来渗透性的粘土坩埚也变成气密性的。从而可以将坩埚用作金属基复合材料的防渗透外壳和模型。

实施例3

使用二种不同的铝合金和同一种二次填料将实施例2的流程重复两次。在第一轮中，所用铝合金的标称组成为（按重量）：约2.5-3.5%Zn、3-4%Cu、7.5-9.5%Si、0.8-1.5%Fe、0.2-0.3%Mg、和最大量约0.5%Mn、0.5%Ni、0.001%Be、0.01%Ca及0.35%Sn、余量是铝，使用的二次填料包括由Norton公司提供的粒度90的38号钢铝石氧化铝颗粒。形成含有埋入氧化铝颗粒的铝合金的金属基复合材料。在第二轮中，使用的是标准纯的1100号铝合金和粒度90的38号铝钢石二次填料。也形成含有埋入氧化铝颗粒的铝合金的金属基复合材料。本实施例表明使用粒度比实施例2中使用的更细的氧化铝填料仍然能得到本发明之金属基复合材料。本实施例还表明使用这种较细的氧化铝填料和1100铝合金仍然能得到本发明之金属基复合材料。

实施例4

用粒度100的绿碳化硅颗粒组成的二次填料重复实施例1所述的流程。使用的渗透铝合金是1100铝合金和约1%（重量）的添加锂。从熔融铝合金注入底床上部5分钟后就形成含有埋入碳化硅颗粒的铝合金的金属基复合材料。

用粒度220的绿碳化硅组成的二次填料重复本实施例的过程。也是从熔融铝合金注入底床上部5分钟后就形成含有埋入碳化硅颗粒的铝合金的金属基复合材料。

本实施例表明当含有约1%（重量）锂的1100铝合金被用作渗透金属时，用不同粒度的二次填料也能得到本发明之金属基复合材料。

实施例5

下述实施例的目的是确定用含钠的化合物包覆填料颗粒是否有助于金属基复合材料形成。采用实施例1所述流程，不同处是填料颗粒包含带有Na₂O涂层的粒度220的绿碳化硅颗粒。将碳化硅颗粒首先浸泡在氢氧化钠溶液中3-4小时即可形成该涂层。通过这种浸泡在颗粒料上形成氢氧化钠覆层，从溶液中取出后在窑内干燥，基本上变成Na₂O覆层。用研钵和杵锤研磨这些被涂覆的颗粒料以消除干燥时形成的团块。当涂覆的碳化硅颗粒再次呈散粒形态时，将它们用作实施例1所述过程中的填料。使用的渗透铝合金标称成份是（按重量）2.5-3.5%Zn，3-4%Cu、7.5-9.5%Si、0.8-1.5%Fe、0.2-0.3%Mg，和不超过约0.5%Mn，0.5%Ni，0.001%Be，0.01%Ca及0.35%Sn，余量为铝。形成含有埋入涂覆碳化硅颗粒的铝合金的金属基复合材料。

用未涂覆的粒度200的绿碳化硅颗粒重复刚做过的实验。铝合金未渗透进碳化硅颗粒底床，因而不形成金属基复合材料。本实施例表明填料颗粒上使用Na₂O覆层能在采用本发明方法时促进铝合金渗入更细的颗粒中。

实施例6

用包括粒度54的碳化硅二次填料和添加约5%镁的1100铝合金的基质合金进行实施例1所述之过程。在熔融铝合金注入底床上面5分钟后就形成含有埋入碳化硅颗粒的铝合金的金属基复合材料。使用粒度90的碳化硅作为填料重复上述过程序。当熔融铝合金注入底床上面5分钟后再次形成含有埋入碳化硅颗粒的铝合金的金属基复合材料。

实施例7

在三个较低的渗透温度下重复实施例1的过程，试图确定温度对渗透时间的影响。在800℃、750℃和700℃时进行渗透试验，相应的渗透时间分别是10分钟、40分钟和90分钟。本实施例表明完成熔融金属渗入填料床所需的渗透时间随过程温度的降低而增加。

实施例8

用粒度90的碳化硅填料重复实施例1所述之过程。该填料比实施例2所用的粒度24的碳化硅填料细得多。在熔融铝合金注入填料底床上面5分钟后就形成含有埋入碳化硅颗粒的1100铝合金的金属基复合材料。而该复合材料的外表面形状基本上反向复制了原粘土坩埚的内部几何形状。本实施例论证了使用粒度等级更细的填料和标准纯1100铝仍然可以得到本发明之金属基复合材料。

实施例9

为了进行对比，本实施例除了不在预制坯中设置起气密隔离作用的填料床外，其余条件完全与本发明方法相同。

A·约100克实施例2中所用的粒度24的绿碳化硅颗粒（Norton公司的Crystolon39）放在透气性的粘土-石墨坩埚（由纽约州布法罗的Ferro公司设计的“＃6”粘土-石墨坩埚）中，使其深度在坩埚顶部下方，并在坩埚内底床上方形成约90毫升超高体积的填料床。将约190克实施例1中所述之初始铝合金放在碳化硅填料床的上面，并将该装置放在电阻加热炉中于空气中加热至900℃并持续15小时使铝熔融。使用足够的铝合金以便在填料床的上部保持一个熔融铝金属的储留体，因而只利用坩埚上部的熔融铝合金就可将坩埚顶部密封以使填料床与周围空气隔绝。在900℃保持15小时后将该装置冷却使铝金属合金凝固。当从坩埚中回收内容物时，可观察到熔融金属基本上未渗透进碳化硅填料床中去。

B·重复A节的实验，不同之处是用作填料的50克粒度500的预烧碳化硅颗粒（Norton公司的Crystolon39）放在100毫升再结晶氧化铝的园柱体中（由宾夕伐尼亚州比弗福尔斯的Mc Danel Refractory公司提供），该园柱体因底部造成裂缝而成透气性的。该装置在电阻加热炉中加热至900℃，然后将约150克的熔融1100铝（公称纯）注入填料床上面形成一储留体并将填料床覆盖，因而使坩埚敞开的顶部密封。用熔融铝金属封住开口的坩埚在炉中900℃下保持5小时，然后用钢条搅拌碳化硅颗粒和熔融铝。尽管施加搅拌，碳化硅也未被熔融铝金属渗透或浸润。

C·在A节中所述的那种透气性的粘土石墨坩埚中重复B节的实验，该坩埚的内表面用透气性的硫酸钙涂覆（俄亥俄布伦斯威克International公司提供的熟石膏“Bondex”）以防止熔融铝与空气的氧化反应产物生长进入坩埚壁（如实施例2所述）。所得结果与B节所述实验相同。即碳化硅填料基体被熔融铝金属渗透或浸润。

D·重复B节的实验，不同之处是在5小时的接触时间之后把1.5%（重量）的合金元素镁加入熔融铝中。使所得之熔融铝-镁合金在900℃与填料再保持接触3小时。观察表明蓟杼盍匣旧衔幢蝗廴诮鹗羯富蚪蟆?

E·重复B节实验，不同之处是用作填料的是50克粒度24的绿碳化硅颗粒（Norton公司的Crystolon39）。将2～3%（重量）的合金元素硅（而不是镁）在最初的5小时接触时间之后加入熔融铝中。所得之熔融铝-硅合金在900℃与填料再保持接触3小时。观察表明碳化硅填料基本上未被熔融铝浸润和渗透。

实施例10

本实施例公开了一种生产具有陶瓷基复合材料外壳和金属基复合材料芯的凸轮轴的方法。凸轮轴外壳预制坯首先是用向熟石膏凸轮轴铸模中注浆的方法制得。熟石膏凸轮轴铸模由新泽西州特伦顿的Holland Mold公司制造。本实施例中所用浆料之组分与实施例1所述之浆料相同，并用相同方法制备。100GL的平均粒度约0.8微米，而Carbolon F1000的平均粒度为4微米。将该注浆成型的凸轮轴外壳预制坯置于90℃干燥至少4小时，一般干燥时间是20小时。用这种方法制得的预制坯约5mm厚，其重量根据其厚度不同在380-480克之间变化。这些预制坯一端封闭而另一端敞开，敞开的一端为漏斗状。

完成干燥工序之后，将凸轮轴预制坯的封闭面朝上放入炉内并在1025-1100℃下煅烧5-20小时。经常使用的煅烧温度为1025℃，时间为20小时。装有预制坯的炉子在5小时内将温度从室温升至煅烧温度，并在试验结束时在5小时内将煅烧温度下降至室温。煅烧过程中，每个凸轮轴预制坯大约增重11%。预煅烧时每个预制坯在直线方向和直径方向的膨胀率约为3%，而厚度方向的膨胀率约为8%。

煅烧后，每个预制坯的整个内表面用含有硅金属的泥浆（粒度500，新泽西州贝尔菲尔德的Atlantic Equipment Enginees，公司提供）涂覆。每个凸轮轴的涂层厚度各不相同，从完全不涂覆至最厚涂层约0.1时。改变涂层厚度是为了确定能获得均匀生长和生长速率的最佳涂层厚度。所得的最佳涂层厚度大约在0.005～0.01吋。在预制坯用硅金属浆涂覆其内部后进行干燥，随后再用含有35%（按重量）“Bondex”（由俄亥俄州布伦斯威克的Internaltional，公司提供的熟石膏），15%粒度500的SiO₂（“Minusil”，西费吉尼亚贝克利斯普林的U、S、Silica公司提供）和50%蒸馏水的浆料涂覆其外部。将二次涂层放入90°的烘箱中干燥约2小时，然后将预制坯放入炉中在5小时内由室温加热至900℃。当炉温达到900℃时将预制坯在该温度下保持一段时间然后将熔融铝合金注入每个预制坯中。炉子到达900℃和向每一预制坯内添加熔融铝合金之间的间隔时间有意控制得各不相同。某些预制坯是在炉温刚到达900℃就立即添加熔融铝合金，而另外一些则在最后才添加铝合金。炉温到达900℃与添加熔融铝合金之间经过的最长时间间隔为4小时。

添加到每个预制坯中的熔融铝合金的量为330克。该铝合金的组分与实施例1中所述之初始铝合金相同。当此预制坯还在900℃的炉中就将熔融铝合金通过预制坯漏斗状开口端注入预制坯中。漏斗状开口端有助于将熔融金属注入预制坯并形成一个储存熔融金属的熔池。由于空气渗过预制坯的可渗透壁，熔融铝合金被氧化。根据上述共同所有专利申请之技术，由熔融铝合金的氧化作用形成的氧化反应产物生长、渗透每个预制坯的壁。在生长过程中。消耗掉的铝合金由900℃的熔融1100铝合金补充。生长过程进行100-150小时。尽管主要生长过程发生在开始的30小时，但超长的反应时间从生长相观点看会产生更均匀的反应产物。

在氧化反应产物完全渗透了各个预制坯并形成陶瓷复合材料凸轮轴外壳之后，在外壳仍然保持900℃情况下将熔融的熔合金倒出外壳。然后用粒度24的绿SiC（Crystolon39，Norton公司提供）作为二次填料填充陶瓷复合材料凸轮轴外壳（一直保持在900℃）并在900℃用金属基合金复盖。已使用的某些金属基合金包括铝合金1100;实施例1中所述之初始铝合金，含有1100铝合金和约0.25-3%添加锂的铝合金，含有1100铝合金和约0.5-5%添加镁的铝合金;含有实施例1中所述初始铝合金并添加约0.25-3%锂的铝合金;和添加了约0.5-5%Mg的实施例1所述之初始铝合金。只要每个预制坯中的SiC底床被基质合金覆盖时，基质合金立即向底床渗透并在约20分钟内完成渗透过程。在这20分钟内，如果需要还可将基质合金补充添加到各个预制坯中以使每个底床始终被基质合金复盖。渗透过程完成之后将凸轮轴在12-15小时内冷却至室温，经清理、切削和研磨以达到技术要求。形成的凸轮轴用喷砂清理并用金刚砂轮切削成合适的长度。用树脂粘合的粒度100的金刚砂轮研磨园柱表面。用树脂粘合的粒度220的金刚砂轮研磨凸轮。切割时的进给量约为0.002-0.003吋，磨削时的进给量约为0.0005-0.0008吋。用本方法制得的凸轮轴示于图10。

实施例10表明可以制得具有一个陶瓷基质复合材料外壳和金属基质复合材料芯的几何形状错综复杂的部件。陶瓷基复合材料外壳首先通过用铝合金与空气的氧化反应产物渗透包含一次填料的成型预制坯而制得。然后利用熔融铝自发渗透进入气密性的含截留空气的二次填料床，制得金属基复合材料芯，二次填料放在陶瓷基复合材料壳的空腔内。本方法生产出兼有陶瓷基复合材料和金属基复合材料特性的成品。

本发明方法适用于各种二次填料，特别是陶瓷填料，并且二次填料的选择将取决于所使用的特殊铝和镁金属、采用的工艺条件、二次填料的类型和大小以及试图获取的最终金属基复合材料制品的特性等之类的因素。二次填料（即金属基复复材料的补强剂或加强剂）最好在本工艺条件下不与熔融铝金属或镁金属发生反应。合适的二次填料包括，例如（a）氧化物，如氧化铝、氧化镁、二氧化钛、二氧化锆和二氧化铪;（b）碳化物，如碳化硅和碳化钛;（c）硼化物，如二硼化钛、十二硼化铝和（d）氮化物，如氮化铝，氮化硅和氮化锆。如果二次填料有与熔融铝或镁反应的趋势，则可以通过将渗透时间和温度降到最低或在填料上涂覆非反应覆盖层来调节。二次填料可能包括带有陶瓷覆层的碳或其它非陶瓷材料之类的物质，以防止基体受到破坏或剥蚀。特别适合用于本发明方法的陶瓷包括颗粒、片晶，晶须和纤维形式的氧化铝和碳化硅。纤维可以是不连续的细丝，例如多丝束。二次填料还包括均质的或非均质的团块或预制坯。

碳化硅有可能与纯的熔融铝反应形成碳化铝，如果碳化硅被用作二次填料，则希望防止或最大限度地减少这种反应，因为碳化硅易受湿气侵蚀，这会削弱金属基复合材料体的强度。因而，为了最大限度地减少或防止这种反应，可以在空气中预烧碳化硅以便在其上形成活性氧化硅覆层，或可将铝和硅熔合成合金，或两种方法兼用之。两种方法的作用都是增加合金中的硅含量以防止碳化铝形成。为防止不希望有的与其它二次填料的反应，还可使用其它方法。

为获得金属基复合材料体和产品所希望的性能，二次填料可根据需要制成各种大小和形状。因此，二次填料可以是颗粒，晶须，片晶或纤维形式，因为熔融铝金属对二次填料的渗透作用不受其形状限制。还可采用其它诸如球、细管、小丸、耐火纤维织物之类的形式。此外，二次填料物的大小不限制渗透作用，但是颗粒较小的比颗粒较大的物料在完成渗透作用时所需要的温度较高而时间也更长。二次填料既可以是在它的浇注密度也可以压缩成适中的密度。

与常用的金属基复合材料工艺比较，本发明不需要特殊的气体气氛和高压、高温、以及为强制熔融铝或镁进入二次填料而从外部施加真空或机械压力。本发明可以在环境气氛中操作并能生产带有各种二次填料、一定范围二次填料填充度并具有低孔隙度的铝金属基复合材料或镁金属基复合材料。

实施例11

本实施例说明生产成型金属基质部件方法的变化。在这种情况下下，通过将模型浸渍在含Leecote

的烧杯中使约4″×2″×1″的泡沫材料模型包覆一层Leecote

（LX-60，俄亥俄州马迪森的Aune树脂公司提供）浆料。然后将模型取出，其外表面已附上Leecote

薄层。在还发粘时把粒度^＃90的38钢铝石撒到模型材料上使其附在Leecote 覆层上。将具有Leecote

覆层的模型干燥并重复几次浸涂Leecote 和喷撒^＃90钢铝石的过程以使泡沫材料模型上得到厚度约1/8″的Leecote

/^＃90，38号钢铝石覆层。然后将包覆的模型干燥并在4小时内加热到约900℃。该泡沫材料模型在加热期间挥发，因而留下一个反向复制了泡沫材料模型外部形状的空腔。

泡沫材料的挥发作用基本完成之后，将含有（重量）约2.5-3.5%Zn，3-4%Cu，7.5-9.5%Si，0.8-1.5%Fe，0.2-0.3%Mg，和不超过约0.5%Mn，0.5%Ni，0.01%Be，0.01Ca和0.35%Sn，余量为铝的熔融母体金属注入所形成的空腔中并经受氧化作用24小时以获得用于形成金属基复合材料体的不渗透模。这样就用上述共同占有美国专利申请的技术制出模子。将残余的母体金属，即未转换成反应产物的母体合金从已形成的模中排出，模子并用约166克的粒度24的碳化硅（Crystolon39，Norton公司提供）填充并用100克铝合金覆盖，该合金的标称组成是（按重量）约2.5-3.5%Zn，3-4%Cu，7.5-9.5%Si，0.8-1.5%Fe，0.2-0.3%Mg，和不超过约0.5%Mn，0.5%Ni0.01%Be，0.01Ca和0.35%Sn，余量为铝。该铝合金在5分钟后渗透底床并产生一个包含在不渗透模子中的金属基复合材料。该模子及其内容物冷却至550℃以下，然后在水中骤冷，由于热冲击导致热应力而使模子破裂。得到的成型金属基复合材料基本上具有与初始泡沫材料模相同的形状。预计若不用泡沫材料模或腊模，改用其它模子也会得到同样的结果。

实施例12

重复实施例11，不同之处是使用的填料为^＃500钢铝石38，容器是个焊接的304不锈钢园柱体（2″×2″×4″），而基质合金的标称组成是12.5%Si，6%Mg，5%Zn，其余是铝。在这种情况下，渗透过程进行2小时然后将金属冷却，可观察到钢铝石床被铝合金渗透。

Claims

1、一种生产金属基复合材料的方法，该方法包括：

(a)由以下步骤形成基本上不渗透的模子：

(i)提供一个具有空腔且由一次填料组成的可渗透预制坯；

(ii)将熔融母体金属与上述预制坯和氧化剂接触使熔融母体金属与上述氧化剂反应以便在高于上述母体金属熔点但低于氧化反应产物熔点温度范围内形成上述氧化反应产物；

(iii)至少使上述氧化反应产物的一部份与上述熔融母体金属和上述氧化剂之间保持接触并扩大以使熔融母体金属逐渐穿过氧化反应产物流向氧化剂并进入所述预制坯从而在上述预制坯中，在上述氧化剂和早先形成的氧化反应产物之间的界面上连续形成氧化反应产物；

(iv)在上述温度范围内继续上述氧化反应使至少上述预制坯的一部分由于氧反应产物的生长而埋在上述氮化反应产物之中从而得到具有上述空腔的不渗透模；

(v)从上述空腔中除去至少一部分没有与上述氧化剂反应而形成氧化反应产物的过剩金属；

(b)将二次填料可渗透物安放在上述不渗透模的上述空腔中，并使上述二次填料与选自于铝或镁中至少一种的熔融金属接触；

(c)将模子的内容物密封足够长的时间以使上述二次填料充分地被上述至少一种熔融金属所自发渗透；

(d)一旦完成(c)步骤，就立即使上述至少一种熔融金属固化以得到上述金属基复合材料。

2、根据权利要求1所述之方法，该方法包括使用上述至少一种熔融金属来有效地完成（c）步骤之密封。

3、一种生产金属基复合材料的方法，该方法包括以下步骤：

（a）通过以下步骤形成基本上不渗透的模子：

（ⅰ）提供一个包括一次填料、且其中有一空腔而且在其外表面至少有一开口的可渗透预制坯;

（ⅱ）将熔融母体金属与上述预制坯及氧化剂接触使熔融母体金属与上述氧化剂在高于上述母体金属熔点但低于氧化反应产物熔点的温度范围内进行反应;

（ⅲ）至少使上述氧化反应产物的一部分与上述熔融母体金属和上述氧化剂之间保持接触并扩大以使熔融母体金属逐渐穿过氧化反应产物流向氧化剂并进入上述预制坯从而在上述预制坯中，在上述氧化剂和早先形成的氧化反应产物之间的界面上连续形成氧化反应产物;

（ⅳ）在上述温度范围内继续上述氧化反应使至少上述预制件的一部分由于氧化反应产物的生长而埋在上述氧化反应产物之中，从而得到具有上述空腔及上述的至少一个开口的上述不可渗透模;

（ⅴ）从上述空腔中除去至少一部分没有与上述氧化剂反应的剩余金属;

（b）将二次填料可渗透物安放在上述不渗透模子的空腔中;

（c）将选自于铝和镁的至少一种熔融金属导入至少一个开口以便密封上述空腔中所述的二次填料并在其中使上述第二次填料与至少一种上述熔融金属接触足够长的时间以便上述至少一种熔融金属自发渗透上述二次填料，从而得到上述二次填料溶在其中的熔融物;

（d）一旦完成步骤（c），就立即将上述至少一种熔融金属固化并得到所述金属基复合材料。

4、根据权利要求1，2或3中任一项所述之方法，其中，所述一次填料包括选自于氧化铝和碳化硅的材料，所述母体金属包括铝、所述二次填料包括碳化硅，以及上述步骤（b）中至少一种熔融金属包括铝。

5、根据权利要求1、2或3中任一项所述方法，该方法包括在（a）（ⅳ）步骤中于上述氧化反应产物中埋入了至少是限定上述空腔的预制坯的一部份。

6、根据权利要求1，2或3中任一项所述之方法，其中（a）（ⅱ）步骤的接触作用是在上述可渗透的预制坯的所述空腔中完成。

7、根据权利要求1、2或3中任一项所述之方法，其中（a）（ⅴ）步骤中，将上述剩余金属从上述空腔中作为熔融母体金属除去。

8、根据权利要求1、2或3中任一项所述之方法，它包括通过带有上述一次填料物的至少一个阻挡材料来限定上述氧化反应产物生长边界的同时来限定上述基本不渗透模的至少部分几何形状。

9、根据权利要求4所述方法，它也包括通过带有上述一次填料物的至少一个阻挡材料来限定上述氧化反应产物生长边界的同时来限定上述基本不渗透模的至少部分几何形状。

10、根据权利要求1、2和3中任一项所述之方法，其中，所述一次填料物包括可模塑填料的可渗透底床、在上述底床中的上述成型空腔壁是由成型母体金属形成，而该成型母体金属具有正模图形将其反向复制即可得到上述成型空腔所希望的几何形状。在上述可模塑填料底床中至少埋入上述正模图形;然后将埋置的母体金属加热至所述温度范围内以便形成与上述成型空腔壁接触的上述熔融母体金属。

11、根据权利要求1、2或3中任一项所述之方法，其中所述一次填料物包括可模塑填料的可渗透底床;在上述底床中的上述成型空腔壁是由提供一个一次性使用的模体而形成，该模体可反向复制成所希望几何形状的上述模子空腔;在上述可模塑填料的底床中埋入一次性使用的模体;然后用与上述成型空腔壁接触的熔融母体金属取代上述埋入的一次性使用模体。

12、根据权利要求4所述之方法，其中上述一次填料物包括可模塑填料的可渗透底床;在上述底床中的上述成型空腔壁是由成型母体金属形成，该成形母体金属具有正模图形，将其反向复制即可得到上述模子空腔所希望的几何形状;在上述可模塑填料的底床中至少埋入上述正模型;然后将埋置的母体金属加热至上述温度范围内以便形成与上述成形的空腔壁接触的上述熔融母体金属。

13、根据权利要求4所述之方法，其中上述一次填料物包括可模塑填料的可渗透底床，上述底床中的上述成型空腔壁是由一个一次性使用模体而形成，该模体的形状可以反向复制成上述模空腔所希望的几何形状;在上述可模塑填料底床中埋入上述一次性使用模体;然后用与上述成型的空腔壁接触的熔融母体金属取代上述埋入的一次性使用模体。

14、根据权利要求1、2或3中任一项所述方法，它包括将上述金属基复合材料从上述模子中分离出来。

15、根据权利要求14所述之方法，它包括通过将上述模子在它尚处于高温时浸没在冷却剂液体中利用热冲击使模子破碎的方法使金属基复合材料脱离上述模子。

16、根据权利要求1、2或3所述之方法，它包括使在固化过程中的熔融金属与至少一部分上述不渗透模保持接触的结合条件下进行步骤（d）的固化过程，

从而与上述至少一部分上述不渗透模一起整体形成上述金属基复合材料。

17、根据权利要求1、2或3中任一项所述之方法，其中，所述空腔具有按金属基复合材料反向复制的精选几何形状。

18、根据权利要求1、2或3中任一项所述之方法，其中，上述二次填充材料选自于至少一种氧化物，碳化物，硼化物和氮化物。

19、根据权利要求1、2或3中任一项所述之方法，其中，所述母体金属包括铝母体金属。

20、根据权利要求19所述之方法，其中，所述氧化剂包括空气。

21、根据权利要求4所述之方法，其中，所述氧化剂包括空气。

22、根据权利要求1、2或3所述之方法，其中，所述熔融铝和所述二次填料是在700℃-1000℃的温度范围内接触。

23、根据权利要求22所述之方法，其中温度范围是850℃-950℃。

24、根据权利要求4所述之方法，其中所述温度范围为850℃-950℃。

25、根据权利要求1、2或3所述之方法，其中所述熔融母体金属包括铝，所述二次填料包括碳化硅颗粒，所述碳化硅颗粒用Na₂O包覆。