CS354890A3 - Process for producing shaped composite body with a metallic matrix and a body being produced in such a manner - Google Patents

Description

F-ťí/“"'·· .- StZJOČbn.,^-jf*,?.Ji - -:-:-’-h -',, ·'. ř,

Vynález se týká výroby tvarových kompozitních těless kovovou matricí, při které se roztavený matricový kovuvede do styku s výplňovým materiálem nebo_ s.. předliskem. vpřítomnosti reaktivní atmosféry a v jistém okamžiku postupureaguje roztavený matricový kov bud částečně nebo úplněs reaktivní atmosférou, což vyvolá infiltrování roz-taveného matricového kovu do výplňového materiálu nebopředlisku samovolně vzniklým vakuem. Taková inf iltracepři samovolném vytvoření vakua, probíhá bez vnějšíhotlaku i bez vnějšího vakua.

Kompozitní produkty, obsahující matricový kov avyztužovací nebo zesilovací fázi jako jsou keramickéčástice, vlákénka, vlákna nebo podobně, jsou veliceslibné pro nejrůznější aplikace, protože v nich jekombinována, tuhost a odolnost proti opotřebení vyztužovacífáze a tažnost a houževnatost kovové matrice. Obecněmá kompozit s kovovou matricí zlepšené vlastnosti jakoje pevnost, tuhost, odolnost proti opotřebení v kontak-tu s jinými materiály a pevnost pří zvýšených teplotáchve srovnání s matricovým kovem v monolitní formě;stupeň zlepšení kterékoli z těchto vlastností závisí značněna konkrétních složkách, jejich obj emové-nebo hmotnostnífrakci a na tom, jak jsou zpracovány při výrobě kompozitu. V některých případech může být kompozit lepší než sa-motný matricový kov. Kompozity s hliníkovou matricí,vyztužené keramickými látkami jako je karbid křemíku veformě částic, destiček nebo vláken, jsou například velmi

» -- zajímavé, protože mají vyšší tuhost, odolnost protiopotřebení a pevnost při vysokých teplotách nežsamotný hliník.

Byly popsány četné mnetalurgické pochodypro výrobu kompozitu, s hliníkovou matricí, včetnězpůsobu na bázi techniky práškové metalurgie atechniky infiltrace roztaveného kovu, kde se používátlakového li-tí, vakuového lití, míchání materiálua přidávánísmáčedel. V technice práškové metalurgie se smíchákov ve formě prášku a vyztužovací materiál ve forměprášku, vlákének, střiže apod. a směs se pak bu% . lisuje zastudena a slinuje nebo lisuje za horka. Výroba kovových matricových kompo-zitů technikou » práškové metalurgie přináší jistá omezení co dovyráběných produktů. Objemový podíl keramické fáze vkompozitu je omezený a v případě částic bývá asi <* 40 %. I možnosti lisovací techniky omezují prakticky dosažitelné rozměry výrobku. Při tom lze vyrábět jenom poměrně j ednoduché tvary produktů bez nezbytného násleujícího dal-šího zpracování, například tvářeního nebo strojní/obrábění, nebo bez použití složitýchlisů. Během slinování může dojít k nerovnoměrnémusmrš tování a může nastat nerovnoměrná mikro struktura _ v .důsledku segregace látek ve výliskách"a v důsledkunepravidelného růstu zrn.

e» -4- .,.. . V US pat. spise 3 pyO I36 se popisuje způsob výroby kovového matricového kompo-žitu s vláknitouvýztuží, například z vláken karbidu křemíku nebo zoxidu hlinitého/ kde vlákna jsou orientována dopředem stanoveného obrazce. Kompozit se vyrábí tak,že se rovnoběžná rouna nebo plstě z ko^planárníchvláken vloží do formy se zásobou roztaveného matrico-vého kovu, například hliníku, umístěnou alespoňmezi některé z těchto rohoží, a na soustavu se působítlakem, aby se roztavený kov protlačil rohožemi aobklopil orientovaná vlákna. Roztavený kov se může na-lévat na stoh rohoží a vtlačovat do nich. Uvádí seobjemový podíl vyztužovacích vláken v kompozitu aždo 50 %. '* V důsledku toho, že popsaný inf iltrační způsobje závislý na vnějším tlaku, který protlačuje roztavenýnatrícový kov stohem vláknitých rohoží, má stejnénevýhody jako všechny postupy pracující s nucenýmprouděním materiálu vyvolaným tlakem, tzn. nebezpečínerovnoměrné tvorby matrice, pórovitosti atd. Ne-rovnoměrné vlastnosti produktu mohou vzniknout iv případě, když se roztavený kov zavádí do vláknitýchsoustav na několika místech. Při tom je třeba vytvořitkomplikova.né sousta.vy rohoží a zásoby kovu a dráhypro průtok kovu, aby roztavený kov rovnoměrně pro- -I ααν,,ΖϊϊΐΓ,εΛυ,Λιί a-íi-lt’ ί,.!ίίώ.'·ί>^!;·^ΚΛνΛΛνΛ?;·^<;^!ήΛ'ΥΛ^ •4-5.·:,·? -Ί* ‘"«V - L ?A·**- >.- .¾^ ' nikal vláknitými útvary. Uvedený tlakový inf iltrač-ňí způsob umožňuje mimo to jen poměrně nízký poměrvýztuže ,k obj'emn matrice, a to v důsledku známýchobtíží, vyskytujících se při infiltraci rohoží svelkým objemem. lAimoto je k výrobě produktu třebaforem, které obs-dahují roztavený kov pod tlakem,což zvyšuje náklady na celý postup. Konečně není tentopostup, omezený na infiltraci vzájemně srovnanýchČástic nebo vláken, zaměřen na kompozity s kovomatricí, vyztužené materiály vě formě náhodněorientovaných částic, vlákének nebo vláken. Při výrobě kompozitu, s hliníkovou matricía výplní z oxidu hlinitého nesmáčí hliník snadnooxid hlinitý, takže je obtížné vytvořit soudržnou,hmotu. K vyřešení tohoto problému byly navrženyrůzné postupy, jeden z nich spočívá v tom, že seoxid hlinitý povleče kovem, například niklem nebowolframem, který se pak lisuje za horka společněs hliníkem. Podle jiného postnpn se hliník legujelithiem a oxid hlinitý se může povléknout oxidemkřemičitým. Tyto kompozity však mají kolísavé vlast-nosti, povlaky mohou zhoršit jakost výplně a matriceobsahuje lithium, které může nepříznivě ovlivnitjejí vlastnosti. Některé obtíže, spojené s výrobou kompozitus hliníkovou matricí a výplní z oxidu hlinitéhoodstraňuje Způsob popsaný v lis pat. spi.se 4 232 Ος>1,kde se popisuje, že roztavený hliník nebo roztavená

w hliníková slitina se vtlačuje pod tlakem 7,5 až 37,5 MPa do vláknité rohože z_oxidu hlinitého, přede-hřáté na 7OO až IO5O °C. Maximální objemový poměroxidu hlinitého ke kovu v konečném výrobku byl 1:4-Protože je tento způsob závislý na vnější síle,která zajištuje infiltraci roztaveného kovu, mástejné nedostatky jako předchozí způsoby.

Evropská pat. přihláška 111 742 popisujevýrobu kompozitu z hliníku a alvminy , vhodný zejménajako kompo-nenty elektrolytických článků, vyplněnímdutinek ve vy tvarované aluminové matrici roztavenýmhliníkem. Zdůrazňuje se, že alumina není smáčítelnáhliníkem, a navrhuje se proto několik způsobů k tomu,aby se alumina smáčela hliníkem v celém přeálisku. Ták například se alumina póvléká smáčecím činidlem zdiboridu titanu, zirkonía, hafnia nebo niobu, nebokovem jako je lithium, hořčík, vápník, titan, chrom,železo, kobalt, nikl, zirkonium nebo hafnium. Aby, se $ usnadnilo smáčení, pracuje se v netečné atmosféře,například argonové. Rovněž se popisuje použití tlaku,‘které způsobí pronikání roztaveného hliníku do nepo-vlečené matrice., Infiltrace se provádí tak, že senejprve vyčerpají póry a potom se na roztavený hliník působí tlakem v netečné atmosféře, napříkladargonové. Alternativně lze předlisek infiltrovatparami, hliníku, aby se plocha smočila před vyplněním -Λ i-jl-a.* >. t ύ^ί^ί^ί^/Μ^^ΧΆ^ί^ν&amp;ίι^^Ά^^^ί<^:^!&amp;'ν'ίν:^^·Λ':ι·Λ;:·:ύίιη^·^ΛνΛί^νά^!-^;^^ίί!ΐί^:;ιΑίίί>ΐί!ύι^ι£ί!ΝΛνι·α: , «.«V v «,ΐ"<» . j ' . ’’ "7 ·.·../»·.'··-·· . '· ' · - · . ' dutinek roztaveným..hliníkem. Aby- s-e udr-že-l- hl i-ník ......... v pórech předlisku, je nezbytné tepelné zpracování,například při teplotě I4OO až ISOO °C, bud ve vakuunebo v argonu. Jinak vyvolá působení plynu na tla-kově infiltrovaný materiál nebo snížení filtračníhotlaku ,unikání hliníku z tělesa.

Použití smáčecích činidel při infiltracialuminové složky v elektrolytickém článku rozta-veným kovem se rovněž popisuje ve zveřejněné evropsképat. přihlášce 94 353. Uvádí se elektrolytická výro-ba hliníku v elektrolyzéru, kde katodový napáječ tvořívnitřní plášf nebo substrát elektrolyzéru; k ochranětohoto substrátu před roztaveným kryolitem se nanášína aluminový substrát tenký povlak ze směsi smáčecíhočinidla a činudla potlačujícího rozpustnost, a topřed spuštěním elektrolyzéru nebo při ponoření doroztaveného, elektrolyticky vyrobeného hliníku. Jakosmáčecí činidla se popisuje titan, zirkonium, hafnium,křemík, hořčík, vanad, chrom, niob nebo vápník, při-čemž titanu se dává přednost. Uvádí se také, žefe potlačení rozpustnosti smáčedel v roztaveném hliníkujsou vhodné sloučeniny boru, uhlíku a dusíku. Nikdevšak není zmínky o výrobě kovových matricových kompozitu

Kromě apl kace tlaku a smáčedel·: bylo jižpopsáno, že vakuum podporuje vnikání roztavenéhohliníku do pórovitého keramického výlisku..US pat. spis3r 7I8 _ 44I .popisuje, infi. Itraci keramického~ výlisku? -, ,- *, ·, ; * -< - . -'· ’ ϊ(,·.--?λ: ·.><·.? ,ί-Sr·-” ί,'ίί'ϊ &amp;. - — r > *> například z karbidu boru, aluminy cl beryliwnoxidu sroztaveným hliníkem, berylliem, hořčíkem, titanem,vanadem, niklem nebo chromém při vakuu lepším než 133.32 x zO PA. Vakuum mezi I33.32 ; lo až 133.32 . lO~6 PA mělo za následek nedostatečné smá-čení kera.miky roztaveným kovem do té míry, že kovnevtékal volně do dutinek v keramice. Uvádí se však,že se smáčení zlepšilo, když se podtlak snížil naméně než I33.32 . IÓ~Ó pa. US pat. spis 3 864 I54 rovněž popisujevakuum, použité k infiltraci. Uvádí se, že za studenávylisovaný výlisek z práškového dodekaboridu hliníkuAls^2 vložen do lože z práškového hliníku, sliso-vaného za studená. Na výlisek z práškového boridupak byl. položen další hliník. Kelímek, obsahující ·výlisek z AlB^, umístěný mezi vrstvami práškovéhohliníku, byl pak vlož&amp;t do vakuové pece, která bylaevakuována asi na I33.32 . lO~$ PA k odplynění.

Pak byla teplota zvýšena na lloo °C a udržována natéto hodnotě po dobu 3 hod. V těchto podmínkách vnikl,.roztavený hliník do pórovitého borid.ového výlisku.

Způsob výroby kompozitních materiálus obsahem vyztužovacích látek jako jsou vlákna, drátky,prášky apod. je rovněž popsán v evropské zveřejněnépat. přihlášce Ο45 002. Kompozitní materiál se vyrábíták, že se pórovitý vyztužovací materiál, například .'^-‘jr.T1—-,;Λΐι·ί;-?γ.-ίίί^'-.,.?Γΐλ\ „; -,i;. srovnaná aluminová, uhlíková nebo borová vlákna,nereagující atmosférou,. s roztaveným kovem, napří-klad s hořčíkem nebo hliníkem vloží do nádoby,která má část otevřenou, do této nádoby se dmycháv podstatě čistý kyslík a nádoba se pak ponoří dolázně roztaveného kovu, který infiltruje do mezer,mezi vyztužovacím materiálem. Uvádí se, že roztavenýkov reaguje s kyslíkem přítomným v nádobě na pevnouoxidovanou formu kovu, čímž vznikne v nádobě vakuum,které táhne roztavený kov mezerami ve vyztužovacímmateriálu a do nádoby. Dál se popisuje alternativněprovedení, podle něhož se do nádoby vloží getrk odstranění kyslíku, například hořčík, který reagujes kyslíkem v nnádobě a vytvoří tak vakuum, ježspolečně s argonem pod tlakem 5 MPa, působícímna roztavený kov, vtahuje roztavený kov, napříkladhliník, do nádoby naplněné vyztužovacím materiálem,například srovnanými uhlíkovými vlákny. V US pat. spise 3 867 I77 se popisujezpůsob impregnace pórovitého tělesa kovem. Tělesose nejprve uvede do styku s aktivačním kovem apotom se ponoří d.o vyplňovacího kovu. Konkrétněse pórovitá rohož nebo kompaktní těleso z výplňovéhomateriálu ponoří do roztaveného aktivačního kovuna dobu potřebnou k úplnému vyplnění dutinek vtělese roztaveným aktivačním kovem, jak popisujeUS pat. spis 3 364 976. Potom se po ztuhnutí •«SA·. - Ιο - aktivačního kovu ponoří kompozitní těleso úplně do druhé-ho kovu a udržuje v něm dostatečně dlQuho, aby aktivačníhov byl nahrazen druhým hoveni do požtadované hlpubky. Těleso se pak nechá zchladnout. Rovněž je možné odstranit í výplňový· kov'alespoň částečně z pórovitého tělesa a na- 'hradit jej třetím kovem tím, že se pórovité těleso úplněnebo z části ponoří z roztaveného (třetího kovu na takdlouhou dobu, až požadované množství třetího kovu vdifun-duje nebo se rozpustí do požadované hloubky, výsledné f těleso může rovněž obsahovat intermetálické sloučeninykovů v mezerách mezi výplňovým materiálem. Použití několi-kastupňového postupu a použití aktivačního kovu h vytvořeníkompozitu, s požadovaným složením je jak finančně takčasově náročné. Mimoto je jen omezená možnost, jak při-způsobit charakteristiky materiálu pro daný účel, protožecelý postup je Omezen například slwčitelností kovů, toznamená je'ich rozpustností, teplotou ta.vení, reakti-vitou apod. US pat. spis 3 52Q 655 popisuje způsob výrobykompozitů hořčíku nebo slitin hořčíku a vlákének z karbidukřemíku. Forma, opatřená alespoň jedním otvorem spojenýms atmosférou a obsahující uvnitř vlákna z karbidu křemí-ku se ponoří do lázně roztaveného hořčíku tak, aby všechny'otvory formy ležely pod hladinou hořčíku, a to na takdlouhou dobu, aby hořčík vyplnil zbývající objem dutinyve formě. Uvádí se, že když roztavený hov vniká dodutiny, reaguje se vzduchem a vytváří malá množství oxiduhořečna^ého a nitridu hořčíku, čímž vzniká vakuum, hteré * v ^^λνΑ.ΛγΉ^ίΜ^^^Λ/ϊϊΧ·??;··^ Á&amp;/1 - . - £- * v, -<ď: „-i - II - .vtahuje, další- kov do........du-tiny formy-a mezi vlákna -z ka-rb-idu křemíku. Naplněná forma se pak vyjme z lázně roztavenéhohořčíku a hořčík se nechá ztuhnout. V US pat. spise 3 364 97Ó se popisuje samo-činný Vznik vakua, v tělese za tím účelem, aby do tělesamohl vnikat rozta.vený kov. Těleso, například grafitová-nebo ocelová forma nebo pórovitý žárovzdorný materiálse úplně ponoří do roztaveného kovw např, hořčíku, sli-tiny hořčíku nebo slitiny hliníku. V případě formyjejí dutina, která je naplněna plynem, např. vzduchemreagujícím s roztaveným kovem, komunikuje s vnějšímroztaveným kovem nejméně přes jeden otvor ve -> ormě. Kdyžje forma ponořena v tavenině, vzniká reakcí i-..'.. r:i plynemv dutině a roztaveným kovem vakuum, které vyvolává plně-ní dutiny kovem. Vakuum je tedy výsledkem tvorby pevné-ho kovu v oxidované formě. US pat. spis 3 396' 777 popisuje tvorbu samo-činně vznikajícího vakua, aby se podpořilo vnikání roz-taveného kovu do tělesa z výplňového materiálu. Udává se,že se použije ocelové nebó železné nádoby, otevřenéna jednom konci a obsahující pórovité částice pevného materiálu, např. koksu nebo železa. Uádoba je na otevře-ném konci zakryta víkem, které má perforace nebo prů-chozí otvory s menším průměrem než mají částice pórovitépevné výplně. Nádoba rovněž obsahuje atmosféru, napříkladvzduch uzavřený v pórech pevné výplně a alespoň částečně -reaktivní s roz taveným- kovemp-například' hořčíkem, "hliníkem apc Víko nádoby je ponořeno dostatečně hluboko pod hladinouroztaveného kovu, aby do nádo by nemohl vnikat vzduch,a je udržováno pod hladinou tak dlouho, aby atmosférav ná^době mohla reagovat s roztaveným kovem a vytvořit .pevný produkt. Reakcí mezi atmosférou a roztavenýmkovem vzniká v nádobě podtlak nebo vakuum. a‘ pórovitápevná látka, která vtahuje roztavený kov do nádoby a dosvých póru.

Tento postup je do jisté míry podobný způso-bům popsaným ve shora uvedené evropské pat. přihlášceΟ45 OO2 a v LíS pat. spise 3 867 I77 > 3 S^Q &amp;553 364 976. Podle tohoto postupu se nádoba obsahujícívýplňový materiál ponoří do lázně roztaveného kovu takhluboko, aby za.čala reakce mezi plynem v dutině nádoby aroztaveným kovem a aby rozta.vený kov tuto dutinu '·'utěsnil. Podle jiného popsaného provedení se hladina roz-tavené lázně matricového kovu, který by mohl v roztaveném’stavu ve styku s okolním vzduchem oxidovat, pokryjeochrannou vrstvou nebo tavkdlem. Tavidlo se na hladiněodhrne, když se do roztaveního kovu ukládá nádoba,nicméně však kontaminující složky z tavidla mohou býtobsaženy v lázni roztaveného matricového kovu a/nebomohou vnikat do nádoby a infiltrovat do pórovitého pevné-,ho materiálu. Taková kontaminace, i když je velice slabá, může působit škodlivě na tvorbu vakua nebo pod-tlaku v nádobě i na fyzikální vlastnosti výslednéhokompozitu. Když se nádoba vyjímá z lázně roztaveného matricového kovu a přebytečný matricový kov se z ní odstraňuje, 4.1 Λ 'P V' -' -;s< r s.4$*y ť$ '*f_! - Ϊ3 - může dojít následkem tíže k úniku matricového kovu zinfiltrovaného tělesa. ]e tedy třeba vypracovat jednoduchý a spolehlivýpostup pro výrobu kompozitu s kovovou matricí, který bynebyl závislý na vnějším tlaku ani vakuu, na použitíškodlivých smáčedel a na lázni roztaveného matricovéhokovu, které mají shora uvedené nevýhody. Při tom mápostup snížit na nejmenší míru konečné mechanické opra-cování, potřebné k vy tvoření kompozitního tělesa s kovo-vou matricí. Vynález vyhovuje těmto požadavkům a jehopředmětem je způsob, při kterém se využívá, samočinněgenerovaného vakua k infiltraci materiálu, napříkladkeramického materiálu, jenž může být vytvarován v před-lisek, roztaveným matricovým kovem, například hliníkem,hořčíkem, bronzem, mědí, litinou apod. v přítomnostireaktivní atmosféry, např. vzduchu, dusíku, kyslíkuapod. při normálním atmosf érickém tlaku. V patentové literatuře byl navržen způsobvýroby kovových matricových kompozitů infiltrací pro-pustné masy výplně, obsažené v keramické matricovékompo-zitní formě. Konkrétně se postupuje tak, že seforma vytvoří řízenou oxidací roztaveného kovovéhoprekursoru nebo základního kovu okysličovadlem, takževzniká a roste polykrys talický produkt oxidační reakce,jenž uzavře alespoň část předlisku sestávajícího zevhodné výplně, uváděné jako "první výplň". Vytvořená Ά,, t* -4S-. ·-··—-······.·*· ,·<«·» · .· - · ^'· λ -.-...-i,.-., ·. ; -'S: - · .-/ '.<,. · .* ύ-*,·..;.'< ·.-. · -i-;/·-'- \’:ř ·· í ~ * ·* '< . · ' - 14 - forma 2 keramického matricového kompozitu se pak opatřídruhou výplní a druhá výplň a forma se uvedou do stykus roztaveným kovem, přičemž obsah formy je hermetickyutěsněn, typicky tím, že~ do vs tupu nebo o.tvoru utěsnu- .. · - jícího formu se vnese alespoň jeden roztavený kov.

Hermeticky uzavřené lože druhé výplně může obsahovatzachycený vzduch, ale tento vzduch a obsah formy jsou izo-lované nebo utěsněné, takže k nim nemůže vnější nebookolní vzduch. Hermetickým utěsněním a. nepřístupemvzduchu je zajištěno, účinná infiltrace druhé výplněpři nízkých teplotách roztaveného kovu, takže není třebapoužívat jakýchkoliv smáčedel, speciálních- legovacíchpříměsí v roztaveném matricovém kovu, mechanickéhotlaku, vakua, speciální plynné atmosféry ani jinýchopatření podpo-rujících infiltraci. ' .? V souběžné přihlášce vynálezu PV -9O(MP-óox-QO-Če) se popisuje zlepšení uvedeného způsobu, i přijněmž se vyrobí nepropustná nádoba, do které se vložívýplňový materiál nebo předlisek. Matricový kov se pakroztaví a uvede do styku s výplňovým materiálem nebo :>předliskem, a vytvoří se těsnění, které izoluje okolní - atmosféru od reaktivní atmosféry obsažené ve výplňovémmateriálu nebo v předlisku. V nádobě se samovolně vytvořívakuum, které má za následek, že roztavený matricový kovinfiltruje do výplňového materiálu nebo předlisku. Matricovýkov se pak ochladí, například se nechá směrově ztuhnout,a vzniklé kompozitní těleso s kovovou matricí se vyjme i ... !· ·:':.···· ·. - .........._ · " $ 5 * <-Λ··γα > Vui ·;·> i isr *\ ~; \ - ’ - . - · ν’· .' u·

- 14a,- z ná.d°by. ...Popisuje ...se Měkolik rúznýck matrucovýck kovů ajejich kombinací s různými výplňovými materiály.

V další souběžné přihlášce vynálezu PV -9O (MP-ÓQ3-pO-Če) se popisuje podobný způsob, při kterém se.však před infiltrací umístí výplňový materiál nebo předlisekvedle nejméně jednoho druhého materiálu nebo do styku s tímto druhým materiálem, takže po inf iltraci výplňovéhomateriálu nebo předlisku roztaveným matricovým kovemje infiltrovaný materiál spojen vazbou alespoň s částídruhého materiálu, čímž vznikne makrokompozitní těleso.

Způsobem podle vynálezu se vyrábějí novákompozitní tělesa s kovovou matricí s využitím samovolněgenerovaného vakua, kdy roztavený matricový kov in-filtruje do propustné hmoty výplně nebo do předliskuuloženého v nepropustné nádobě. Roztavený matricový kova reaktivní atmosféra se stýkají s propustnou masouvýplně alespoň v určité fázi postupu, a při stykureaktivní atmosféry a matricového kovu a/nebo výplňovéhomateriálu nebo předlisku a/nebo nepropustné nádobyvzniká vakuum, které působí infiltraci roztavenéhomatricového kovu do výplně nebo předlisku. 'f ά ••í?

- 15 -

Podle prvního provedení vynálezu se uspořádáreakční soustava, která obsahuje nepropustnou nádobua výplňový materiál obsažený v této nádobě,- a tento --.---systém sě uvede do styku s roztaveným matricovým kovemv přítomnosti reaktivní atmosféry, přičemž reakčnísystém je utěsněn proti vnější atmosféře těsnicímústrojím. Reaktivní atmosféra reaguje bud částečně neboúplně s-roztaveným matricovým kovem a/nebo s výplňovýmmateriálem a/nebo s nepropustnou nádobou na reakčníprodukt, což vyvolá vakuum, které vtahuje roztavený"matricový kov alespoň do části výplňového materiálu.

Reakce mezi reaktivní atmosférou a roztaveným matricovýmkovem a/nebo výplňovým materiálem a/nebo nepropustnounádobou pokračuje tak dlouhou dobu, až roztavený matri- ?cový kov infiltruje bud částečně nebo v podstatě úplnědo výplňového materiálu nebo předlisku. Při tom můžebýt uspořádáno vnější těsnicí ústrojí k utěsněníreakčního systému, které múze mít odlišné složení nežmá matricový kov. .

Podle dalšího výhodného provedení může matrico-vý kov reagovat s okolní atmosférou a vytvořit intrin-sické chemické utěsnění, tedy sloučeninu, která májiné složení než má matracový kov a utěsňuje reakčnísystém vůči okolní atmosféře.

Podle ještě dalšího provedení vynálezu se místovnějšího těsnicího ústrojí pro reakční systém vytvoří -V»/} Λ.’.·, ”"Í~ %« -------- - “-5-··*’-^ν·.;^ΛΐΓ,-./, «r^-..xř-.’-'^.í - 16 - intrinsické fyzikální těsnění tím, že matricový kov smáčínepropustnou nádobu a tak-utěsňuj e reakční -systém oproti-okolní atmosféře. Dále je možné vnést do matricové^hokovu legovací přísady, které usnadňují smáčení nepropustnénádoby matricovým kovem a tedy se utěsní reakční systém vůči okolní atmosféře.

Podle ještě dalšího provedení může výplňovýmateriál alespoň částečně reagovat s reaktivní atmosférou,čímž vznikne vakuum, které vtahuje roztavený matricovýkov do výplňového materiálu nebo předlisku. Dále lzedo výplňového materiálu přidat přísady, které mohoureagovat zčásti nebo zcela s reaktivní atmosférou, čímžvznikne vakuum a zdůrazní se vlastnosti výslednéhotělesa. Kromě toho může současně s výplňovým materiálema s matricovým kovem nebo místo nich reagovat s reaktivníatmosférou alespoň částečně nepropustná nádoba, čímžvznikne vakuum;·

Ke zpřesnění dále použitých termínů seuvádí vysvětlení jejich významu: -slitinová strana znamená tu stranu kompozitu s kovo-mou matricí, která byla ve < styku s roztaveným matricovýmkovem dřív, než kov infiltroval do propustné masyvýplně nebo do předlisku· - Hliník znamená v podstatě čistý kov, například poměr-ně čistý komerční nelegovaný hliník nebo jinak označenýkov a jeho slitiny, jako jsou komerční kovy s obsahemnečistot a/nebo legovacích složek jako je železo, křemík,měd, hořčík, mangan, chrom, zinek^aťd. Hliníková slitina . “ <· ’* znamená slitinu nebo intermetalickou sloučeninu? kde jehliník hlavní složkou} - Okolní atmosf éra znamená atmosféru vně výplňovéhomateriálu nebo p edl iskua nepropustné nádoby. Muže mí tv podstatě stejné nebo odlišné složení než reaktivníatmosféra} - Bariéra znamená ve spojení s kompozitními tělesy s kovovou matricí jakýkoli prostředek, který brání, zne-možňuje nebo ukončuje migraci roztaveného matricového ,kovu za mezní plochu propustné masy výplňového materiá-lu nebo předlisku, když je tato mezní plocha omezenabariérou. Vhodnou bariérou může být materiál, sloučenina,prvek, směs apod., který si v procesních podmínkáchudržuje jistou, soudržnost a není těkavý, což znamená,že se bariérový materiál nevypařuje natolik, aby přestalfungovat jako bariéra.

Mezi bariéry rovněž patří materiály, kteréjsou bud smáčené nebo nesmáčené migrujícím roztavenýmmatricovým kovem v procesních podmínkách, pokud smáčeníbariéry nenastává za plochu bariéry, tedy povrchovésmáčení. Bariéra tohoto typu nemá v podstatě nijakounebo jen nepatrnou- afinitu k roztavenému matricovémukovu a zabraňuje jeho pohybu za definovanou mezníplochu masy výplňového materiálu nebo předlisku. Bariéraredukuje konečné mechanické opracování nebo broušení,které muže být jinak nezbytné, a vymezuje alespoň

- 18 - část plochy výsledného kompozitního produktu s kovovou *' matricí^

Bronz znamená slitinu bohatou na měd, která mužeobsahovat železo, cín, zinek, hliník, křemík,"berylium,hořčík a/nebo olovo. Specifické bronzy jsou slitiny,kde obsah mědi je asi 90 % hmot.jobsah křemíku asi ó %hmot. a obsah železa asi 3 % hmot.' - Zbytek nebo zbytek matricového kovu znamená zbýva-jící část původního tělesa matricového kovu, který nebylspotřebován během tvorby kompozitního tělesa. Když senechá zchladnout, zůstává typicky alespoň v částečnémstyku se vzniklým kompozitním tělesem s kovovou matricí.Tento zbytek může rovněž obsahovat druhý nebo cizí kov; - Litina znamená odlitou slitinu železa, kde obsahuhlíku je alespoň, z % hmot.; - Měd zahrnuje komerční kvalitu v podstatě čistéhokovu, například měd o čistotě 99 % hmot., obsahuj ícírůzná množství nečistot. Název rovněž zahrnuje kovy, ježjsou tvořeny slitinami nebo intermetalickými sloučeninami,které nespadají pod pojem bronzů a které obsahují jakohlavní složku měd; - Výplň znamená jednotlivé složky nebo směsi složek,které jsou v podstatě nereaktivní s matricovým kovem,omezeně se v něm rozpouštějí a mohou být jedno fázové neboněkolikafázové. Výplně mohou být v nejrůznější formě,například jako prášky, vločky, destičky, mikrokuličky,vlákéňka, bublinky atd. a mohou být bud hutné nebo pórovité '"A"- · , - lp - Výplň máze rovněž zahrnovat keramické látky, např. oxidh initý nebo karbid křemíku ve formě vláken, střiže, Částic, vlákének, bublinek, kuliček, vláknitých rohožíapod., a výplně povlečené keramikou, například uhlíko-vá vlákna povlečená aluminou nebokarbidem křemíku kochraně proti působení roztaveného hliníku jako základ-ního kovu. Výplně mohou rovněž zahrnovat kovy/ -fy^ropustná nádoba znamená nádobu, která může obsaho-vat reaktivní atmosféru a výplňový materiál nebo pře dl i seka/nebo roztavený matricový kov a/nebo těsnící prostředekv procesních podmínkách. Tato nádoba je dostatečně ne-propustná pro plyny a páry, takže může vzniknout meziokolní atmosf érou a reaktivní atmosférou rozdíl tlaku/

Matricový kov nebo slitina matricového kovuznamená ten kov, který slouží k vytvoření kompozitu s kovovoumatricí, např. před infiltrací, a/nebo ten kov, který je #smíchán s výplňovým materiálem a,slouží k vytvoření kompozitního tělesa s kovovou matricí např. po infil-traci. Kde se kov uvádí jako matricový, je třeba rozumět,že matricový kov zahrnuje jak v podstatě čistý kov,tak komerční kov s nečistotami a/nebo legovacími složka-mi, intermetalickou sloučeninu nebo slitinu, kde je tento kov hlavní nebo nej důležitější složkou}

Kompozit s kovovou matricí znamená materiál, který obsahuje dvojrozměrně nebo trojrozměrně propojenouslitinu nebo matricový kov, který uzavřel předlisek nebo ·, *ίϊ-Ϊ4ί·'.-Ζ Α· · . ''h '' -:· ’ν 5 '* ~' ' ' ' ‘ ' ·. : d τ · *?' ' - ’- -, - ·.·-';·. i- ·ν '·’.^·Λ.·^..?-·-> . 20 - výplň. Matricový kov může obsahovat různé legovacíprvky, aby měl výsledný kompozit určité žádoucí mecha-nické a fyzikální vlastnosti: - Kov odlišný od matricového kovu znamená takový kov,který neobsahuje jako primární složku stejný kov jako je matricový kov; když je například hlavní složkou ma-tricového kovu hliník, může mít odlišný kov jako hlavnísložku např. nikl: - Předlisek nebo propustný předlisek znamená pórovitoumasu výplně nebo výplňového materiálu, vytvořený nejméněs jednou mezní plochou, která v podstatě tvoří hranicipro infiltraci matricového kovu. Pórovitá masa si musíudržovat dostatečnou tvarovou stálost a pevnost za syrová,aby zajištovala rozměrovou přesnost konečného produktu a aby měla přesné rozměry před inf Utrácí matricovéhokovu. Masa výplně musí být dostatečně pórovitá, abydo ní mohl matricový kov infiltrovat. Předlisek typickysestává ze spojené soustavy nebo uspořádání výplně, a tobud homogenní nebo heterogenní, a může sestávat z jaké-hokoliv vhodného materiálu, například z keramickýcha/nebo kovových částic, prášků, drátků a jejich kombinace.Předlisek může být z jednoho kusu nebo může být tvořenseskupením několika kusůj - Reakční systém znamená tu kombinaci materiálů, ukterý Ji se projevuje vakuová infiltrace roztaveného ma-tricového kovu do výplňového materiálu nebo předlisku,přičemž vakuum vzniklá bez vnějšího působení. Reakčnísystém zahrnuje nejméně jednu nepropustnou nádobu, obsahujíc ,χ · Γ\·ίΤ- «ζ-fvifw~,··’*· * 2l - propustnou masu výplňového materiálu nebo předlisek,reaktivní atmosféru a matricový kov. - Reaktivní atmosféra znamená takovou, která můžereagovat s matricovým kovem a/nebo výplňovým materiálemnebo předliskem a/nebo s nepropustnou nádobou k vytvo-ření samovolně vzniklého vakua, čímž dochází k infiltra-ci roztaveného matricového kovu do výplňového materiá-lu nQbo předlisku. -Zásoba znamená samostatné těleso matricového kovu,umístěné vzhledem k mase výplně nebo k předlisku tak,že po roztavení může kov stékat k doplněné, nebo v urči-tých případech přímo k vytvoření a po—lé k doplněnítěch části ,' segmentů nebo zdroje matricového kovu,který je ve styku s výplní nebo s předliskem. - Těsnění nebo těsnicí ústrojí znamená těsněnínepropouštějící plyn v procesních podmínkách, a tobud vzniklé nezávisle na reakčním systému, tedy vnějšítěsnění, nebo tvoření reakčním systémem, tedy intrin-sické těsnění, které izoluje okolní atmésféru odreaktivní atmosféry. Těsnění nebo těsnicí ústrojí můžemít odlišné složení než matricový kov. - Činidlo usnadňující těsnění znamená materiál,který usnadňuje tvorbu těsnění při reakci matricovéhokovu s okolní atmosférou a/nebo s nepropustnou nádoboua/nebo s výplňovým materiálem nebo předliskem. Tentomateriál může být přidán do matracového kovu a jeho •UlViV&amp;J&amp;ÍAVíte í&amp;' ,ν«.»ι·Χ· VXťk-V......... , - 22 - přítomnost může ovlivňovat vlastnosti výsledného kompo-zitního tělesa. - Činidlo podporující .smáčení znamená jakýkoli ma-teriál, který při přidání do matricového kovu a/nebo dovýplňového materiálu nebo předlisku podporuje smáčení,například snižuje povrchové napětí roztaveného matrico-vého kovu a usnadňuje tak smáčení výplně nebo předliskuroztaveným matricovým kovem. Přítomnost činidla podporu-jícího smáčení může rovněž ovlivňovat vlastnosti výsled-ného kompozitního tělesa, například zlepšovat vazbu mezimatricovým kovem a výplňovým materiálem.

Vynález bude vysvětlen ve spojení s výkresy,kde značí obr. 1 schematický řez typickou soustavoupodle vynálezu při použití vnějšího těsnění, obr. 2zjednodušené schéma průběhu postupu podle vynálezu,obr. 3 schematický řez typickou soustavou k vytvoření . kompozitního tělesa s kovovou matricí s hladkou tvarovouvnější plochou, obr. 4 schematický řez soustavou k vý-robě kompozitu s vnitřní dutinou hladkého povrchu,obr, 5 scher-íatický řez soustavou pro výrobu kompozitní-ho tělesa, s kovovou matricí s hladkými vnějšími ivnitřními plochami, obr. 6 schematický řez typickouformou pro výrobu tvarového kompozitního tělesa s ko-vovou matricí s hladkým povrchem, obr. 7 fotografievzorku, vyrobených podle příkladu l, obr. 8 f otograf iivzorku podle příkladu 2, obr. ga f otograf ii vzorkupodle příkladu 3, obr. gb fotografii vzorku podle příkla- ~ .^du^4,obr. lOa schematický řez soustavou pro výrobu. hladké] Γ , ·, ř-. >,<ί, <.-'· Λ - 23 - 23 tělesa, obr, -lob fotografii vzorku podle příkladu 5,obr. Ha, lib fotografii vzorků podle příkladu 6,obr, lz fotografií vzorku podle příkladu 7, obr. I3fotografíi vzorku podle příkladu S, obr. I4 soustavu v se dvoudílnou formou pro výrobu kompozitního tělesa spřesným-tvarem, obr. I5 fotografii vzorku padle příkladu; lo,obr. lóa schematický řez formou podle příkladu 1, obr. lób fotografii vzorku vyrobeného podle příkladu ll,a obr. I7 fotografii vzorku podle příkladu I2. hla obr. I je znázorněna typická sousta.va lopro výrobu kompozitu s kovovou matricí technikou samo-volně vzniklého vakua podle vynálezu. Výplňový materiálnebo předlisek ll je uložen v nepropustné nádobě I2,která je schopna v sobě udržet roztavený íriatricový kov I3a reaktivní atmosféru. Výplňový materiál nebo předlisek IImůže být ve styku s reaktivní atmosférou, to znamenánapříklad atmosférou, která je uvnitř pórů výplňovéhomateriálu nebo předlisku 11 ?po tak dlouhou dobu, aby ta reaktivní atmosféra prostoupila bud částečně nebo v pod-statě úplně výplňový materiál 11 Vfé nepropustné nádobě I2.Poté se uvede do styku s výplňovým materiálem ll matri-cový kov I3, a to.bud v roztavené formě nebo jako pevný vingot. Jak bude ještě podrobně popsáno, může být uspořádána i· například na povrchu matricového kovu I3 vnější tísněnínebo těsnicí ústrojí I4, které izoluje reaktivní atmosféruod okolní atmosféry. Těsnicí ústrojí, at vnější nebointrinsické, nemusí působit jako těsnění při okolníteplotě, musí však tvořit těsnicí ústrojí v procesních Έ*α *>- *: řť» L^řÍXtoA';»“* «·.»' .•r··»--»*. 1*3,- 5» '-ύ>' 24 mínkách pec pracujetricového kovu, cožmatricového kovu dosamovolně vznikléhoNa obr. zb ie duchý válec s otevřeným hornímoceli. Ocelová nádoba může býtfólií, která usnadňuje vyjmutívou matrici, které má v nádoběpopsáno, lze k tomuto účelu po podmínkách, například při teplotě nebo nad teplotoutavení matricového kovu. Soustava lo se potom umístído pece, v níž je bud okolní těploťa něb'o"'kťerá~i je přede-hřátá přibližně na procesně teplotu. V procesních pode-při teplotě nad teplotu tavení ma-vyvolává infiltraci roztavenéhovýplně nebo předlisku . působenímvakua. znázorněno zjednodušené schéma fá.zí postupu podle vynálezu. Ve fázi (l) se vyrobí nebo jinakuspořádá nepropustná nádoba, jejíž vlastnosti budou podrob-ně popsány v dalším. Jako forma je například vhodný jedno-koncem např. z nerezavějícízevnitř opatřena grafitovoukompozitního tělesa s kovo-vzniknout. Jak bude ještěžít i jiných materiálů, např. B O naprášeného na vnitřek nádoby, nebo cínu přidá-

2 J ného do matricového kovu. Nádobu lze pak naplnit potřebnýmmnožstvím vhodného výplňového materiálu nebo předliskem,jenž může být podle potřeby alespoň částečně překrytdalší vrstvou grafitové fólie. Tato grafitová fólieusnadňuje oddělení kompozitního tělesa s kovovou matricí czbytku matricového kovu zbylého po infiltrování výplňovéhomateriálu.

Do nádoby se pak může nalít zvolené množství rozta-veného matricového kovu, například hliníku, bronzu, 25 mědi, litiny, hořčíku atd. Nádoba může mít teplotumístnosti nebo může být předehřátá. Matricový kovmůže být zpočátku tvořen ingoty a po—té zahřát, abyse ingoty roztavily. Potom lze uspo-řádat vhodné těsni-cí ústroj í, a to bud vně jší nebo intrinsiclzé. Kdyžse má například vytvořit vnější těsnění, lze na povrchlázně roztaveného matricového kovu v nádobě nanéstski eněnou/f ritu, například se roztaví, avšak není třeba, aby roztavená frita úplně pokrylacelý povrch roztaveného kovu, jak bude ještě vysvětleno.Po_>téý co byl roztavený matricový kov uveden do stykusvýplňovým materiálem nebo předliskem a byl utěsněnod okolní atmosféry vnějším těsněním, vloží se nádobado péče, která může být předehřátá na procesní teplotu,a tak dlouhou dobu, aby proběhla infiltrace. Procesní * teplota v peci může být pro různé matricové kovy od-lišná, například kolem 95Ο °C pro některé hliníkovéslitiny a kolem IlOO °C pro některé bronzové slitiny.Vhodná procesní teplota závisí na teplotě tavení ajiných- charakteristikách matricového kovu a .na spéci-'řídkých charakteristikách složek veakčného systémua těsnění. Po přiměřené době při zvýšené teplotěv pecí vznikne ve výplňovém materiálu nebo v předliskuvakuum, což umožňuje infiltraci roztaveného matricovéhokovu do výplně nebo předlisku. Nádobu lze pak vyjmoutz pece a ochladit, například tak, že se postaví na /ffpyy». * ^. -;f/~·'-' ·-’__:_____·«/-.. · s ^·>·-'.· .>>\' v,v '.’'a..;,//.....- - 2Ó - chladicí desku, aby došlo ke směrovému tuhnutí matri-cového kovu. Kompozit s matricovým kovem lze pakvyjmout z nádoby a případně oddělit od zbytku matrico-vého kovu, pokud nějaký zůstal.

Podotýká se, že popis obr. 1 a 2 je jedno-duchý a vysvětluje hlavní znaky způsobu podle vynálezu.Další detaily jednotlivých fází postupu a charakteristi-ky použitelných materiálů jsou podrobně uvedeny v dalším

Aniž by bylo třeba se vázat na určitouteorii nebo vysvětlení, předpokládá se, že když vhodnýmatricový kov, typicky v roztaveném stavu, přij-dedo styku s výplňovým materiálem nebo předliskem v pří-tomnosti reaktivní atmosféry v nepropustné nádobě,dojde k reakci mezi výplňovým materiálem nebo před-liskem a/nebo roztaveným matricovým kovem a/nebo ne-propustnou nádobou, a tato reakce má za následek, ževznikne reakční produkt, například v pevnémjkapalnémnebo plynném skupenství, který zabírá menší objem nežje původní objem reaktivních složek. Když je reaktivníatmosféra izolována od okolí, může vzniknout v pro-pustném výplňovém materiálu nebo v předlisku vakuum,které vtahuje roztavený matricový? kov do nezaplně-ných prostorů výplňového materiálu. Tvorba vakua můžerovněž podporovat smáčení. Pokračující reakce mezi reaktivní atmosférou a roztaveným matricovým -kovem·..... a/nebo výplňovým materiálem anebo předliskem a/nebo

Ta λ m 27 infiltruje do výplňového materiálu nebo předliskuv důsledku toho, jak se neustále vytváří vakuum. ,

Reakcí lze udržovat tak dlouhou dobu, až roztavenýmatricový kov infiltruje částečně nebo v podstatěúplně do celé masy výplňového materiálunebo předlisku.Výplňový materiál nebo předlisek musí být dostatečněpropustný, aby jím mohla procházet reaktivní atmosf éra. V této přihlášce jsou diskutovány různématricové kovy, které jsou v určitém okamžiku běhemtvorby kompozitu s kovovou matricí uváděny do stykus reaktivní atmosf érou. Budou tedy uváděny poukazyna určité kombinace nebo systémy matricového kovu cureaktivní atmosféry, při nichž dochází k samovolnémuvzniku vakua. Konkrétně bylo samovolně vzniklé vakuumpozorováno v těchto soustavách: hliník/vzduch,hliník/kyslík, hliník/dusík, bronz/vzduch, bronz/dusík^měd/vzduch, měd/dusík a litina/vzduch. ]e ovšem samo-

atm>osféry se mohou chovat analogickým způsobem.

Aby vzniklo samovolně vakuum při postu- pu podle vynálezu, musí být reaktivní atmosféra .fyzicky oddělena od okolní atmosféry, tak aby sníženýtlak reaktivní atmosféry, který nastává během infil-trace, nebyl nepříznivě ovlivněn žádným plynem přichá-zejícím z okolní atmosféry. Nepropustná nádoba, použi-telná podle vynálezu, může mít jakoukoli velikost, tvar ’^^Í^ř^*«*^0^5Kř2;vr*,řřJťíhííi^^5^^‘<í.í'itóA-ij' VíiJrV.. .- . . í„ '-*· . 'nuk'’. · ." -;. -.5 .' ·>* --.· ' ' - t. - 28 - α/nebo složení, které může být nebo nemusí být nereak-tivní s matricovým kovem a/nebo s reaktivní atmosférou,přičemž nádoba je nepropustná v procesních podmínkáchpro okolní atmosféru. Nepropustná nádoba může být zjakékoli materiálu, například z keramiky, kovw, skla,polymeru atd., který je schopen přežít procesní podmínky,tak aby si zachoval svůj rozměr a tvar, a který bránínebo dostatečně znemožňuje vnikání okolní atmosférydo nádoby jejími stěnami. Když se použije nádoby,která je dostatečně nepropustná pro pronikání atmo-sféry, může v nádobě samovolně vzniknout vakuum. V závislosti na konkrétním použitém reakčním systémulze použít nepropustné nádoby, která alespoň částečněreaguje s reaktivní atmosférou a/nebo s matricovýmkov m a/nebo s výplňovým materiálem.

Charakteristickými vlastnostmi nepropustnénádoby je neexistence pórů, prasklin nebo redukovatel-ných oxidů, které mohou bránit vzniku nebo udrženísamovolně vzniklého vakua. Je tedy zřejmé, že provytvoření nepropustných nádob je možné použít nejrůznějšicímateriálů. Například lze použít lisovaného nebo odlité-ho oxidu hlinitého nebo karbidu křemíku stejně jakokovů, které se omezeně rozpouštějí v matricovém kovu,například nerezavějící oceli pro hliník, měd a b/onzyjako matricové kovy. 29

Jinak nevhodné, například, pórovité keramickémateriály lze učinit nepropustnými tím, že se na nichvytvoří alespoň na části vhodný po-vrch. Takovým nepro-pustným povlakem mohou být nejrúznšjší glazury nebo gelykteré jsou vhodné k utěsnění porézních materiálů a kjejich spojení. Vhodný nepropustný povlak může být připrocesních teplotách kapalný: v tomto případě musí býtdostatečně stabilní, aby zůstal nepropustný v samovolněvzniklém vakuu, 'například' tím, že ulpívá na nádoběnebo na výplňovém materiálu nebo na předlisku. VhodnéPovlakové materiály zahrnují sklovité materiály, na-příklad S O , chloridy, uhličitany atd. za předpokladu,že velikost pórů. výplně nebo předlisku je 'tak malá, žeje povlakový materiál může účinně uzavřít a vytvořittak nepropustnou vrstvu.

Matricovým kovem podle vynálezu může. býtjakýkoli kov, který v roztavené formě v procesníchpodmínkách infiltruje do výplňového materiálu nebo dopředlisku při samovolném vzniku vakua uvnitř výplně.Matricovým kovem může být například jakýkoli kov nebo *složka v kovu, která reaguje v procesních podmínkáchčástečně nebo úplně s reaktivní atmosférou, čímž. vy-volává infiltraci roztaveného matricového kovu do výpl-ňového materiálu nebo do předlisku alespoň částečně tím,že vyvolává samovolný vznik vakua, Podle použitéhosystému může být matricový kov bud částečně nebo v pod-statě úplně nereaktivní s reaktivní atmosf érou a vakuum •^íSíB^Sífe^s;··' -- - ν’’ --·.“ - - .' ' •••-•i ' - -' . - 30'. - může vznikat reakcí reaktivní atmosféry s jednou neboněkolika složkami reakčního systému, aby se umožnilainfiltrace roztaveného matricového kovu do výplně.

Podle výhodného provedení vynálezu může býtmatricový kov legován činidlem podporujícím smáčení,které usnadňuje smáčení výplně roztaveným kovem: tím seusnadňuje tvorba vazby mezi matricovým kovem a výplní,snižuje se pórovitost vznikajícího kompozitu s kovovou matrzkracuje se doba potřebná k úplné infiltraci apod. Mate-riál, který obsahuje činidlo podporující smáčení, můžerovněž působit jako činidlo usnadňující těsnění, takže odporuje oddělení reaktivní atmosféry od okolní atmosféry.Podle dalšího výhodného provedení lze činidlo podporujícísmáčení smíchat přímo s výplňovým materiálem, místo abyse jím legoval matricový kov.

Smáčení výplňového materiálu matricovým kovemmůže zlepšovat vlastnosti výsledného kompozitního těle-sa, například pevnost v tahu, odolnost proti erosi apod. , Smáčení úplně roztaveným matricovým kovem rovněž umožňuje rovnoměrné rozmístění výplně ve vznikajícím kompozitus kovovou, matricí a zlepšuje vazbu výplně k matricovémukovu. Mezi vhodná činidla podporující smáčení pro hliníkjako matricový kov patří hořčík, vizmut, olovo, cín atd.,a pro bronz a měd je to selen, tellur, síra atd. Mimoto,jak bylo uvedeno, lze do matricového kovu a/nebo dovýplňového materiálu přidat alespoň jedno činidlo pod- X'<

^S3®ĚgK - v.»';

»«1»íŠO - 3l - ·’ pórující smáčení za tím účelem, aby se dosáhlo požadova-ných vlastností výsledného kompozitního tělesa s kovo- >vow matricí.

Aby se zajistila úplná infiltrace výplňovéhomateriálu matricovým kovem, a aby se vytvořila pří-padně zásoba druhého kovu odlišného složení než mázdroj prvního matricového kovu, je možné podle vynálezupoužít zásoby matricového kovu. Konkrétně jev některýchpřípadech žádoucí použít v zásobě odlišného matricovéhokovu, než jaké má složení první zdroj matricového kovu.Když se například jako prvního zdroje matricovéhokovu použije hliníkové slitiny, lze jako zásobního kovupoužít prakticky jakéhokoli kovu nebo slitiny, kteráse taví při procesní teplotě. Roztavené kovy se zpravidlavelmi dobře spolu mísí, takže zásobní kov se smísís prvním zdrojem matricového kovu, pokud jek tomutosmíšení k dispozici dostatečně dlouhá doba. Použitímzá^sobního kovu s odlišným složením než má první zdrojmatricového kovu lze tedy přizpůsobit vlastnosti ma~ tricového kovu pro nejrůznější provozní podmínky atedy regulovat vlastnosti kompozitního tělesa s kovovoumatricí.

Teplota, které je vystaven reakční systém,například procesní teplota, může být různá podle matri-cových kovů, materiálům výplně nebo předlisků a po-užitých reakčních atmosfér.' ’ Pro.klinik jako matricový i

32 ..................................... - ' ί.'·τ '· - " »." .”'*' '> ’ • -' , ;.·* . :. - kov probíhá postwp se samovolným vznikem vakua podle vy-nálezu při teplotě nejméně kolem 7OO °C a s výhodoukolem S5O °C a vyšší. Teploty nad lOOO °C nejsou obecněnezbytné a obzvláště vhodné teplotní rozmezí leží mezi85Ο °C a lOOO °C. Pro bronz nebo měd jako matricový kovjsou vhodné teploty asi od IO5O °C asi do II25 °C a prolitinu jsou vhodné teploty asi od I25O °C přibližně doI4OO °C. Obecně lze použít teplot, které leží nad teplotoutavení matricového kovu, avšak pod jeho výparnou teplotou.

Složení a/nebo mik.rostrukturu kovové matricelze během tvorby kompozitu regulovat tak, aby výsled.nýprodukt měl požadované vlastnosti. V daném systémulze například volit procesní podmínky tak, aby vznikalyintermetalické sloučeniny, oxidy, nitridy apod. Kroměovlá^dárií složení kompozitního tělesa lze ovládat jinéfyzikální vlastnosti, například pórovitost, a to regula-cí rychlosti ochlazování kompozitnáho tělesa s kovovoumatricí. V některých případech je žádoscí, aby v kompo*žitu s kovovou matricí proběhlo usměrněné tuhnutí:lze to například provést tak, že se nádoba, v níž jeuložen vzniklý kompozit s kovovou matricí, položí na chla-dicí desku a/nebo se kolem nádoby selektivně uspořádáizolační materiál. Další vlastnosti, například pevnostv tahu kompozitu s kovovou matricí lze regulovat tepel-ným zpracováním, například standardním tepelným zpracová-ním, které odpovídá tepelnému zpracování samotného matricového kovu,* nebo částečně nebo značně modifikovaným tepel-ným zpracováním. '^ίφ ν~ -uŠ -- .4 - 33 - V podmínkách podle vynálezu musí být masavýplňového materiálu nebo předlisku dostatečně propustná,aby reaktivní atmosféra mohla vnikat nebo prostoupitvýplňový materiál nebo předlisek v určitému okamžiku pro-cesu, před oddělením okolní atmosféry od reaktivníatmosféry. V dále uvedených příkladech bylo dostatečnémnožství reaktivní atmosféry obsaženo mezi volně sypanými částicemi o zrnitosti 54až 22Ο. Při použitítakového výplňového materiálu může atmosféra částečněnebo v podstatě úplně reagovat ve styku s roztaveným matricovým kovem a/nebo s výplňovým materiálem a/nebo snepropustnou nádobou, čímž se vytvoří vakuum, kterévtahuje roztavený matricový kov do výplně. Rozloženíreaktivní atmosféry uvnitř výplňového materiálu nemusíbýt zcela rovnoměrné, nicméně v podstatě rovnoměrnérozložení reaktivní atmosféry usnadňuje a podporujetvorbu kompozitního tělesa s kovovou matricí.

Způsob výroby kompozitního tělesa 3 kovovoumatrici podle vynálezu lze aplikovat na nej různějšívýplňové materiály, jejichž volba závisí převážně natakových faktorech jako je matricový kov, procesnípodmínky, reaktivita výplňového materiálu vůči reaktiv-ní atmosféře, reaktivita roztaveného matricového kovuvůči nepropustné nádobě a žádou^cí vlastnosti výslednéhokompozitního produktu. Když matricový kov pbsahuj ehliník, patří mezi vhodné výplňové materiály oxidy, 34 ťiČŘ.'? ** '-z * » r ^*-'->ÍA-iÁ.i>i«4Á.’..-4JÍ.‘*.-U>.:i»jh,í-.»-j1,.;e například alumina, karbidy, např. karbid křemíku, nitridy,např. nitrid titanu a boridy, např. diborid titanu.Kdyžmá výplňový materiál tendenci reagovat nepříznivě s roz-taveným matricovým kovem,, lze tomu odpomoci zkrácením dobyinfiltrace a snížením teploty nebo nereaktivním povlakemna výplni. Výplňový materiál může sestávat ze substrátu,například z uhlíku nebo jiného nekeramického materiálu,· póvleného keramickým povlakem k ochraně proti působení roztavenéhokovu. Mezi vhodné keramické povlaky patří oxidy, karbidy,nitridy a boridy. Ke keramickým látkám, kterým se podle vy-nálezu dává přednost, patří oxid hlinitý a karbid křemíkuve formě částic, destiček, vlákének a vláken. Vlákna mohoubýt nespojitá ve tvaru střiže nebo muže jít o spoj-.távlákna, např. o multifilní kabely. Složení a/nebo tvarvýplňového materiálu nebo předlisku může být homogennínebo heterogenní.

Velikost a tvar výplňového materiálu lze zvolitlibovolně tak, aby se dosáhlo požadovaných vlastnostíkompozitu. Výplňový materiál může mít tedy tvar částic,vlákének, destiček nebo vláken, protože tvar výplněnijak neomezuje infiltraci roztaveného kovu. Jinýmvhodným tvarem jsou kuličky, trubičky, peletky žáro-vzdorná tkanina apod. Ani rozměr materiálu výplně ne-omezuje infiltraci, třebaže fe úplné infiltraci masymenších částic je někdy třeba vyšší teplota nebo delšídoba než k infiltraci výplně z velkých částic. Pro 53^55! <kU. 4-^--2--"—

ťU^Š^řt-''-'..... Cí^jtř#*. ,iJV . -~. : .^.Λ-ν.·,. ..-' ·.;»·.«·. .· ~

^Wi37‘ - 35 - většinu technických aplikací je vhodný výplňový mate-riál s průměrnou zrnitostí menší než 24 do 5OO. Volbourpzměrú, například průměru částic propustné masyvýplňového materiálu nebo předlisku lze přizpůsobitfyzikální a/nebo mechanické vlastnosti vyrobeného kom-pozitu s kovov^matricí, aby vyhovovaly neomezenémupočtu průmyslových aplikací. Když se použije výplňovéhomateriálu-, s různou velikostí částic, může být výplňhutnější, aby kompozitní těleso mělo žádoucí vlast-nosti. Rovněž je možné použít menšího podílu částic,když se výplňový materiál promíchává, například otřá-sáním nádoby během infiltrace a/nebo smícháním práškovéhomatricového kovu s výplňovým materiálem před infiltrací.

Reaktivní atmosférou při způsobu podle vynálezumůže být jakákoli atmosféra, která reaguje částečněnebo úplně s roztaveným matricovým kovem a/nebo s vý-plňovým materiálem a/nebo s propustnou nádobou nareakční produkt, který zabírá menší objem než je celkovýobjem atmosféry a/nebo reakčních složek před reakcí.Reaktivní atmosféra může ve styku s roztaveným matricovýmkovem a/nebo s výplňovým materiálem a/nebo s . ' * nepro- pustnou nádobou reagovat s jednou nebo několika složka-mi reakčního systému na pevný, kapalný nebo plynnýreakční produkt, který má menší objem než kombinovanéjednotlivé složky, čímž vzniká prázdný prostor nebovakuum, které podporuje vytahování roztaveného matricovéhokovu do výplně nebo předlisku. Reakce mezi reaktivní

-MŤá^iéíSjéírsižŤŠtžíŠ-i» J - 3Ó - atmosférou a matricovým kovem a/nebo výplňovým materiá-lem a/nebo nepropustnou nádobou muže pokračovat podobu dostatečnou k částečné nebo úplně i-nf Utrácído výplňového materiálu. Když je například reaktivníatmosf érou vzduch, má reakce mezi matricovým kovem,například hliníkem a vzduchem za následek tvorbu reakč-ních produktů, například oxidu hlinitého a/nebo nitriduhliníku atd. V reakčních podmínkách zabíraj í reakčníprodukty menší objem než je celkový objem reagují-cího roztaveného hliníku a vzduchu. V důsledku tétoreakce vzniká vakuum, které vyvolává, infiltraci rozta-veného matricového kovu do výplňového materiálu nebopředlisku. Podle použitého systému může podobným způ-sobem reagovat s reaktivní atmosférou výplňový materiála/nebo nepropustná nádoba, takže vzniká vakuum podporu-jící infiltraci roztaveného matricového kovu do výplně.Reakce se samovolným vznikem vakua pak může pokračovat podostatečně dlouhou dobu, aby vzniklo kompozitní tělesos kovovou matricí.

Podle vynálezu bylo zjištěno, že je vhodnévytvořit těsnění nebo těsnicí ústrojí, které zabraňujenebo snižuje proudění plynu 2 okolní atmosféry dovýplňového materiálu nebo předlisku, například doreaktivní atmosféry. Podle obr. I; má bý/ reaktivníatmosféra v nepropustné nádobě 12 a ve výplňovém ma-teriálu H dostatečně izolována od okolní atmosféry by,

37 aby během reakce mezi- reaktivní atmosférou a roztave-ným matricovým kovem Ϊ3 a/nebo výplňovým materiálem —nebo předliskem a/ňebo nepropustnou nádobou lž vznikl *a udržel se tlakový rozdíl mezi reaktivní a okolníatmosférou až do okamžiku, kdy inf iltrace dosáhne poža-dovaného stupně. Je třeba rozumět, že izolace mezireaktivní a okolní atmosférou nemusí být dokonalá,nýbrž pouze "dostatečná", tak aby existoval jistý tlako-vý rozdíl. Do reaktivní atmosféry může napříkladproudit z okolní atmosféry plynná, fáze, pokud je jejíprůtoční množství nižší než množství, nezbytné okamži-tě k doplnění reaktivní atmosféry. Jak bylo uvedeno,je nezbytná izolace mezi okolní a reaktivní atmosférourealizována nepropustností nádoby jz. Protože/ většinamatricových kovů je rovněž dostatečně nepropustnápro okolní atmosféru, tvoří lázeň roztaveného matricovéhokovu Ί3 rovněž součást nezbytné izolace. Je však třebamít na zřeteli, že rozhraní mezi nepropustnou nádobou lza matricovým kovem I3 může tvořit únikovou dráhumezi okolní a reaktivní atmosférou. Je tedy třebauspořádat těsnění tak, aby dostatečně zabraňovalo neboznemožňovalo takový únik.

Vhodná těsnění nebo těsnicí ústrojí lzeklasifikovat jako mechanická, fyzikální nebo chemická,a každou z těchto kategorií lze rozdělit na vnějšínebo intrinsické těsnění. Pod pojmem "vnější" je míněno, že těsnicí účinek vzniká nezávisle na roz-taveném matricovém kovu nebo příp-.aďně k těsnicímu

SíirJsVAílA Λ'"·^'"' .'J ,-='. - , . -' <<-< 4 γ'·,..7·. ·»<·-·θώ·«· ••'“•ř· . _,- , ·.;·% ·" ' ,<· '. .·-" ·/····, '·' ·' · ~-·4'»;ί'-yi - 38 - líčinkw zajištěnému roztaveným matricovým kovem, na-příklad z materiálu přidaného k ostatním elementům . , reakčního systému. Výraz "intrinsioký" znamená, žetěsnicí účinek vzniká výlučně na základě"jedné neboněkolika charakteristik matricového kovu, např. tím, žematricový kov smáčí nepropustnou nádobu. Intrinsickémechanické těsnění lze například vytvořit tak, že seuspořádá dostatečně hluboká lázeň roztaveného matricovéhokovu nebo že se ponoří výplňový materiál nebo předlisekúplně do lázně roztaveného kovu.

Bylo však zjištěno, že intrinsická mechanic-ká těsnění jsou v řadě aplikací neefektivní a že vy-žadují nadměrně velká množství roztaveného matricovéhokovu. Podle vynálezu bylo zjištěno, že vnější těsněnía fyzikální a chemická intrinsická těsnění odstraňujínevýhody intrinsických mechanických těsnění. Při výhodnérealizaci vnějšího těsnění lze těsnicí prostředek zvnějškunanést na povrch matricového kovu ve formě pevné nebokapalné látky, která v procesních podmínkách v podsta-tě nereaguje s matricovým kovem. Ukázalo se, že takovévnější těsnění znemožňuje nebo alespoň dostatečněbrzdí transport plynných složek z okolní atmosféry doreaktivní atmosféry. Vhodnými materiály pro vnějšífyzikální těsnění mohou být pevné látky nebo kapalinyvčetně skel jako například boritá nebo křemičitá skla, .A ‘-.^ ,.< M:-j,-.«’··..·'·' -<·-;£i?7 λ?? --»' Λ'.'-Λ' - . ’ ·;· ΛΪ^.ΜΜί?<·-! ·4 Jřj- »-». -,*· - _, ·· - í«ís,m».-..í’· .'„··>, ·- ... - > · .,-..^.-,,¼. ·" - -p,f· - - - - . '/' ··..; .- ' . ': ' * ‘Λ . - 39 - B2°3' roztavené oxidy atd., nebo jakékoli jiné látky,které dostatečně brání transportu okolní atmosféry doreaktivní atmosféry. i

Vnější mechanické těsnění lze vytvořit tak, ze- - - -se předběžně vyhladí nebo vylešti nebo jinak obrobí vnitřní plocha nepropustné nádoby, která je ve skyku s láznímatricového kovu, tak aby transport plynu z okolní doreaktivní atmosféry byl· dostatečně znemožněn. Na nádobulze nanést glazury a povlaky jako 3^0^, které jí Činínepropustnou a tvoří tak vhodné těsnění.

Vnější chemické těsnění lze vytvořit tak,že se na povrch roztaveného matricového kovu umístímateriál, který reaguje například s nepropustnou nádobou.Produktem takové reakce muže být intermetalická slouče-nina, oxid, karbid apod.

Ve výhodném provedení intrinsického fyzikál.níhótěsnění může matricový kov reagovat s okolní atmosféroua vytvořit tak těsnění, které má odlišné složení nežmatricový kov. Při reakci matr cového kovu s okolníatmosférou muže vznikat reakční produkt, napříkladMgO a/nebo hlinitan hořečnatý spinelového typu v přípa- ‘dě slitiny Al-Mg reagující se vzduchem, nebo oxid mědna-tý v případě bronzu reagujícího se vzduchem, a tentoreakční produkt může oddělit reaktivní atmosféru odokolní atmosféry. Podle výhodného provedení intrinsic- f kého fyzikálního těsnění lze k matricovému kovu přidatlátku usnadňující těsnění, která usnadňuje tvorbutěsnění při reakci mezi matricovým kovem a okolně atmosféroi ' r-,-!b> ** ·’Λ >* ·**> ~ · ·; ; ' ' .... : - , . .' » --..··· -"*· .ΓγΛ.·-.’’··1’'·''*'·$"*·'*" ~ ’ Λ . 'Λ:?“ : ‘Ί· ·»’ ' ·· "’ 1' . · ..*.' . * ·.-·.. .- λ ·- , v*· • Λ,-’^'ν·- ,;í t ‘ . . *</-'·/ . ,* ~.i .«U .-- > f'1-' ’·? - ·- · '· > *- ' ' ' . ·' -.,' ^., ·. ' -'i.'· - 40 -

Jako'činidlo usnadňující těsnění lze přidat do systémus hliníkem jako matricovým, kovem hořčík, vizmut, olovoatd., a pro měd a bronz jako matricový kov lze přidatselen, tellur, síru atd. Při vytváření infrinsické-ko ckenickéko těsnění raáže matricový kov reagovat s ne-propustnou nádobou, například částečným rozpuštěnímnádoby nebo jejího povlaku, nebo vznikem realzňčníhoproduktu ne&amp;o intermetalických sloučenin, které mohouoddělit výplňový materiál od okolní atmosféry.

Je zřejmé, že těsnění musí být schopné sepřizpůsobit objemcvým změnám, to znamená roztaženínebo smrštění, i jiným změnám v reakčním systému, anižby dovolilo přitékání okolní atmosféry do výplňovéhomateriálu, tedy do reaktivní atmosféry. Konkrétně jdeo to, že při infiltraci roztaveného matricového kovudo propustné masy výplňového materiálu nebo do před-lisku se zmenšuje hloubka lázně roztaveného matricovéhokovu v nádobě. Účinné těsnění pro takový systém nvusíbýt dostatečně pružné, aby znemožnilo- pronikání okolníatmosféry do výplňového materiálu při poklesu hladinyroztaveného matricového kovu v nádobě.

Podle vynálezu lze rovněž použít bariéry, cožje jakýkoli vhodný prostředek, který brání, znemožňujenebo u^končuj e migraci a pohyb roztaveného matricovéhokovu za def inovanou mezní plochu výplňového materiálu,vymezenou bariérou. Vhodnou bariérou je jakýkoli materiál,sloučenina, prvek, směs apod., který si v procesníchpodmínkách uchovává konstrukční celistvost, nevypařuje se

&amp;>·<·< I

•ř - 4.1 - · a je schopný místně inhibovat, zastavovat nebo bránitpokračující infiltraci a jakémukoli jinému pohybu zadefinovanou mezní plocbw výplňového mater iá.lu. Bariéry *lze použít při technice se samovolně vznikajícímvakuem v nepropustné nádobě pro výrobu kompozitu, s ko-vcvou matricí.

Vhodné bariéry zahrnují materiály, které jsoubud smáčitelné nebo nesmáčitelné migrujícím roztavenýmmatricovým kovem v procesních podmínkách, pokud smáčenínepostupuje za plochu bariérového materiálu. Bariératohoto typu nemá afinitu nebo má jen nepatrnou afinitupro roztavenou kovovou slitinu a zabraňuje pohybu kovuza tuto plochu. Bariéra snižuje na minimum konečnéobrábění nebo broušení, které může být nezbytné pro do-sažení vhodného povrchu kompozitního tělesa s kovovoumatricí.

Bariéry, které jsou obzvláště vhodné pro ma- *tricové kovy na bázi hliníku, jsou látky obsahujícíuhlík, zejména krystalická allotropní forma uhlíkunazývaná grafit. Grafit je v procesních podmínkách v i podstatě nesmáčitelný roztavenou hliníkovou slitinou.Obzvlášzě výhodným grafitem je grafitový list nebofólie GRAFOÍL, která má charakteristiky, jež zabraňujíšíření roztavené hliníkové slitiny za definovanou mez-ní plochu výplňového materiálu . Mimoto je tato grafito-vá fólie odolná proti působení tepla a je v podstatěchemicky netečná., Grafitová fólie je pružná, slučitelná, ‘í 1

^„u-, ®κ*..· " · '-· ·.· - ϊ' “' 'Λ·'·*'··”;^?'. f \ '·· - *'?''· · - .; .· ~ ·.; ..·-? . ·'· ~ ;jp- >JrJ- ., ; .,>;/··><: O<í> Λ-·*-’1—'' -'Sí^. . ή,-f-e - ’‘-5». -.A- :··<· ’ -.. --. _ ? - 42 - přizpůsobivá a odolná a dátvarech, aby se hodila probariéru lze rovněž nanášet se vyrobit v nejrůznějšíchvětšinu aplikací. Grafitovoujako kaši nebo pastu nebo dokonce jako nátěr kolen výplňového materiálunebo předlisku.Tato bariéra je obzvlášt výhodná proto,že je ve tvaru pružného grafitového listu. Tohotolistu lze použít například k obalení výplňového nate-riálu nebo předlisku, do kterého má kov infiltrovat.

I

Alternativně lze z grafitového listu vytvořit negat&amp;vníformu toho tvaru, který má nit kompozitní těleso, anaplnit ji výplňovým materiálem.

Jako bariéra nohou pracovat i jiné materiýly,zejména rozemleté kusové materiály, zejména aluminao zrnitosti 5OO, pokud infiltrace do bariérového mate-riálu probíhá pomaleji než infiltrace do výplně.

Bariéru lze nanášet jakýmkoli vhodným způso-bem, například pokrýt definovanou mezní plochu vrstvoubariéry. Takovou Vrstvu lze aplikovat natřením, ponoře-ním, sítotiskem, napařováním nebo jiným způsobem veformě kapaliny, kaše nebo pasty, nebo rozprašovánímbariéry, nebo jednoduchým položením vrstvy pevnýchčástic bariéry, nebo položením pevného tenkého filmunebo fólie na definovanou mezní plochu. Když je bariérauložena na tuto mezní plochu, končí infiltrace sesamovolným vznikem vakua v podstatě v okamžiku, kdyinfíltrující matricový kov dojde k definované mezníploše a přijde do styku s bariérou. i\- ~ - v"*—\ „ 43

Způsob výroby kompozitu s kovovou matricí techni-kou podle vynálezu se samovolným vznikem vakua přinášív kombinaci s použitím bariéry značné výhody oprotidosavadnímu stavu techniky. Konkrétně lze způsobempodlé vynálezu vyrobit kompozitní tělesa s kovovou ma-tricí, aniž by bylo třeba nákladné a složité zpracování.Nepropustná nádoba, která může být běžně na trhu nebomůže být vyrobena nebo přizpůsobena konkrétním požadavkům,může obsahovat výplňový materiál nebo předlisek požadova-ného tvaru, reaktivní atmosféru a bariéru k zastaveníinfiltrace roztaveného kovu za mezní plochu výplňovéhomateriálu. Při styku reaktivní Gtmc&amp;éry s matricovým koverv,který může být do nepropustné nádoby nalit, a/nebo svýplňovým materiálem vzniká při procesních podmínkáchsamovolně vakuum, takže roztavený matricový kov infiltrujedo materiálu výplně. Způsob,podle vynálezu tedy nevyža-duje složité postupy, například opracování forem do slo-žitých tvarů, udržování lázně rozta.veného kovu, vyjímámí vyrobených těles z forem složitého tvaru atd. Tím, že se po-užívá stabilní nádoby, která není ponořena, do roztavenékovové lázwě, nedochází k posouvání nebo přemístování vý-plňového materiálu roztaveným matricovým kovem. Třebaže obr. I znázorňuje jednoduchý způsob výrobyj ednoduchého kompozitu s kovovou matricí v definovanémtvaru, tedy ve tvaru nepropustné nádoby, lze způsobem podlevynálezu vyrábět podstatně složitější tvary.

Jak ukazuje obr. 3}lze vyrobit alternativní soustavyzO podle vynálezu pro výrobu tvarových kompozitů, které se r? ** — -í-í *^0 - 'j tií·1' *L-^jT^y-5*^,'s^.<*i.·»- · ·.’ •..«•wrví·.-''•^r^*-. . - '^ ‘ -· - · i· · - · ··». ~ · . ' - ' " ’ * "' · ·? * ··'-' . ’' ". ‘' / *. ' ". - 44 - liší od tvaru nepropustné nádoby. Forma al, jejíž vnitřnítvar odpovídá požadovanému vnějšímu tvaru a rozměrům vy-ráběného kompozitu s kovovou matricí, je naplněna výplňo-vým materiálem 11, který má být infiltrován. Forma 2Inaplněná výplný se pak umístí do lože 23, které je prak-ticky nepropustné pro infíltrující matricový kov. Takovénepropustné lože může být z jakéhokoli vhodného částicové-ho materiálu, například jemně rozemletého oxidu hlinitého.Jak je vysvětleno- podrobně v dalším a doloženo v příkla-dech, lze vhodné formy vyrobit z povlečených nebo nepovle-čených kovů, například nerezavějící oceli, z grafitu,keramiky, keramických kompozitů, jílů, sádry, odlitků zoxidu hlinitého nebo oxidu křemičitého nebo z jinýchžárovzdomých materiálů, které tvoří bariéru proti infil-traci roztaveného kovu nebo které mohou být povlečeny nebomohou mít mezi formou a výplní bariéru. Účelně se takovéformy vyrábějí levným způsobem a mohou být pro jedno neboněkolikeré použití. Formy se snadno tvarují, aby kopírova-ly tvar vyráběného kompozitu, Třebaže v některých pří-padech se formy spojí a zůstanou tedy částí výslednéhokompozitu, ve většině případů se mají snadno oddělit zvýsledného kompozitního tělesa s kovovou matricí a nemajís nímbýt spojeny ani s ním reagovat.

Po vložení formy 2I naplněné výplňovým materiálemll do nepropustného lože 23 se případně může na formu 2Ishora položit grafitová fólie 22 nebo list jiného mate-riálu, aby se usnadnilo oddělení formy a výsledného i- .'.*·· ''*^ *·· ’

45 kompozitu 'od případného zbytku matricového kovu poskončené infiltraci. V případě, že je mezi matricovýmk^vem l_^ a formou zl vložena fólie 22, je třeba nechat ,vhodný kanál nebo prostor 24, aby se zajistila účinnáinfiltrace matricového kovu I3 do výplňovéh‘o materiálu ll.

Potom se naleje na nepropustně lože 23 formu 21a výplňový materiál ll roztavený matricový kov, a mezitímto kovem I3 a nepropustnou nádobou I2, a nebo nadroztaveným kovem I3 se vytvoří vnější těsnění I4tpřípadně neznázorněné intrinsické těsnění. Soustava 20se pak umístí do pece se vzduchovou atmosférou a zahřívá.Infiltrace roztaveného matricového kovu I3 do výplňo-vého materiálu ll ve formě 2l probíhá, aniž by docháze-lo k současné infiltraci nepropustného lože 23 obklopujícíhoformu 2I. V alternativním zobecněném provedení podleobr, 4 lze použít jádra 31 nepropustného pro matricovýkov, které tvoří bariéru a definuje tvar kompozitu skovovou matricí, jenž se má vyrobit. V soustavě 3Omůže být nepropustné jádro 3I vyrobeno z jakéhokolimateriálu, který zůstane v procesních podmínkách v pod-statě neinf iltrován roztaveným kovem. Když má. býtjádro 3I po vzniku kompozitního tělesa odstraněno, jetřeba je vyrobit z materiálu usnadňujícího takovéodstr^tanění, například fyzikálním, chemickým nebomechanickým postupem. Taková jádra tvořící bariéru mohouvytvářet pouze jednu definovanou mezní plochu vyráběného ι»~ i \,Λ * J* « -·“-*.* «->

- 4 <5 - keramického tělesa, a k vytvoření složitějších tvaru. .lze. ..použít. několika j.ader.. Vhodná.....materiály .p.r.o.......— ............. jádra 3Ϊ zahrnují materiály, které byly popsány jakovhodné pro výrobu formy.

Jak ukazuje o^br. 4, je tvarové jádro 31tvořící bariéru vloženo v nerezavějící ocelové nebo jinénepropustné nádobě I2 a prostor mezi nádobou I2 a jádrem 3I je vyplněn výplňovým materiálem ΐ ΐ. Na výplňovýmateriál IV obklopující jádro 3I se pak naleje rozta-vený matricový kov I3 a vytvoří se vnější nebo intrin-sícké těsnění I4. Soustava 30 se pak umístí do pecese vzduchovou atmosférou, a zahřívá, láezi výplňovýmateriá111 a mtricový kov I3 lze stejně jako podleobr. 3 vložit grafitovou fólii 22 nebo jiný prostředekusnadňující oddělení výsledného kompozitu od případnéhozbytku matricového kovu I3»

Podle ještě dalšího provedení vynálezu obsahu-je soustava 40 podle obr.,5 formu 2I, jejíž vnitřnítvar a rozměry odpovídají vnějšímu tvaru a rozměrům vy-ráběného kompozitu s kovovou matricí, a jádro 2Ó,jehož vnější rozměry a tvar odpovídají vnitřním rozměrůma tvarům vyráběného kompozitu. Jádro 26 může být přímosoučástí formy 2I nebo do ní může být jenom vloženo.

Když má být jádro z hotového kompozitu odstraněno, jetřeba je vyrobit z materiálu usnadňujícího jeho mechanické,chemické nébo fyzikální odstranění. K vytvoření složitýchkompozitů může být jádro 2Í několikadílné. Prostor mezi

E55353ffi!ffl!55B8SS^B3H??B ť7f>!?.í -':Swť :;· uC?S?E!5-S3T?i 47 formou 2I a jádrem 2Ó je vyplněn výplňovým materiálem ll,určeným k infiltraci roztaveného kovu, a forma 2I jevložena do nepropustného lože 23. Lože 23 může sestá-vat z jakéhokoli vhodného zr^nitého materiálu, napří-r .klad jemně rozemleté aluminy, do kterého neinfiltrujev procesních podmínkách roztavený matricový kov.

Vhodné formy 2I a. jádra 2$ pro postup podle vynálezulze vyrobit z povlečených nebo z nepovlečených kovů,například nerezavějící oceli, z grafitu, keramickýchmateriálů, keramických kompozitů, jílů, sádry, z oxiduhiiJiité’io nebo křemičitého ve formě odlitků nebo jinýchžárovzdorných materiálů, jež tvoří bariéru bránicíinfiltraci, nebo které byly povlečeny, aby fungovaly jakobariéra, nebo.které mají mezi sebou a .výplňovým mate-riálem II vhodnou bariéru. Formy 2I a jádra 26 se svýhodou vyrábějí levným způsobem a jsou použitelnéjednou nebo opakovaně. Formy 2l i jádra 23 se snadnotvarují, takže kopírují tvar vyráběného kompozitu s ko—vovou matricí. Třebaže někdy zůstanou spojena jakointegrální část s výsledným kompozitem, ve většině apli-kací se mají dát' snadno odstranit z kompozitu s kovovoumatricí a nemají na něm ani ulpívat ani s ním reagovat.

Po vložení formy 2I naplněné výplňovým ma-teriálem II do nepropustného lože 23 lze případně naformu 2I položit grafitovou fólii 22 nebo jiný podobnýmateriál, čímž se usnadní oddělení formy 2I a vyrobenéhokompozitu od zbytku matricového kovu po dokončené j >-&amp;, 5př -wa», ^:rr 7 • * <V * ·. > •i-x*jr.*'f-:'»tt1v-->"!‘>····' ·' -' '-A? ** *r*- X S"**-ť» 1 ^Κ^^ΐ5ΐί!ίδ!ϋ!ίϊ.;;3^·?^?Λ4ϊΗ»ίνΛίί«:::ϊ)1ίϊζ!£Μ:ίΦώ*ίίΚ,τ£»ίΗϊ! - 48 - infiltraci. i v tomto případě je třeba nechat na povrchuvýplňového materiálu 2I kanál nebo volný prostor 24,aby mohl roztavený matricový kov I3 infiltrovat dovýplňového materiálu ΐI.

Na lože 23, formu 2I a výplňový materiál 11se pak naleje roztavený matricový kov 13 a vytvoří sebud vnější nebi intrinsické těsnění I4. Soustava sepak umístí do komorové pece se vzduchovou atmosférou azahřívá. Při tom dochází k infiltraci matricového kovuI3 do výplňového materiálu 11 uvnitř formy, aniž byprobíhala infiltrace roztaveného kovu do nepropustnéholože 23, obklopujícího formu 2I s výplní. K provádění způsobu podle vynálezu lze po-užít nejrůznějších způsobů a zařízení pro výrobu formy.Například lze použít matečního modelu k výrobě formyze sádry, koloidní aluminy, kolóiáního oxidu křemiči-tého nebo jiných materiálů. Matečního modelu lze po-užít přímo k výrobě konečné formy nebo k výrobě pomocnéformy, například z pryže, plastu, vosku nebo jinéhomateriálu, pro formování konečné formy. Je důležité,aby konečná forma a jádro byly chemicky a fyzikálněschopné vydržet bez poškození a bez infiltrace proces-ní podmínky podle vynálezu, a aby kopírovaly matečnímodel tak věrně, aby bylo možno z konečné formy vyrobitkompozitní produ^kty čistého nebo téměř čistého tvaru. V jednom provedení vynálezu, podrobně pro-braném v příkladech 3 a 4, se vyrobí Z: matečního modelu *4 e1 ~ v \ e

•řV* Z ** *. f *

~£ -*» „, -J - 49 - negativní pryžová forma a z ní potom pozitivní pryžováforma. Pozitivní pryžové formy se pak použije k výroběfotmy, která tvoří bariéru a konečnou formu, jež obsa-huje výplňový materiál určený pro infiltraci roztave-ného matricového kovu. Některé formy potřebují povlak,aby infiltrace nepostupovala do vnitřku formy/ což ζα- jištuje, že výsledný keramický kompozit má hladký povrch a čistý tvar. Mezi vhodné povlaky pro některé formy patří koloidní oxid křemičitý, koloidní oxid hlinitý, koloidní vermikulit, koloidní grafit, grafit samotný, hliníkový nátěr a jiné povlaky. Takové povlaky mohou rovněž usnadňovat oddělení formy a výsledného kompozituvo s ko^on matricí. V obměněném provedení, které je probráno po-drobně v příkladě 1, se místo pryžové pozitivní formyvyrábí z pryžové negativní formy sádrová pozitivníforma, která se povleče dělicím nátěrem. Ze sádrovépozitivní formy se vyrobí negativní forma ze sádry,koloídního oxidu hlinitého nebo křemičitého nebo zjiného hodného materiálu. Sádrová pozitivní formase pak odstraní ze sádrové negativní fori#· jakýmkolivhodným způsobem a negativní skořepina se pak pokryjenebo povleče bar férovým povlakem, takže slouží jakobariérová forma pro výplňový materiál při jeho infil-traci roztaveným matrí covým kovem. K výrobě forem, použitelných v postupu podlevynálezu, lze použít metody vy tavitelného voskového ^í'?·-'"'"'^’^ 4"·’ TT * :' *' ' " ' -r·· -- - .--··-.<.· « - .·· - - «. -4..«', .ΐ-—-\ϊ· >w,y%.í i. c " - 50 - modelu nebo modelu z pěnové hmoty, jak je podrobně po-’ ....... psáno v. příkladech. Konkrétně se postupuje tak, že po- - žadovaný konečný tvar kompozitního tělesa s kovovoumatricí se nejprve vyrobí z vosku, pěnového polystyrenu^nebo jiného materiálu, který lze fyzikálně nebo chemickyodstranit nebo který se při ohřevu vypaří. Takové těle-so z vosku, pěnové hmoty nebo jiného materiálu se pakvloží do formovacího materiálu shora uvedeného typu.Formovací materiál se pak podrobí vhodnému chemickému li nebo tepelnému zpracování, kterým se odstraní voskové ··- nebo pěnové těleso, takže ve formě zůstane dutina, která se pak vyplní výplňovým materiálem a nechá seinfiltrovat roztaveným kovem. t” ' ř Třebaže obr. 3 až 5 znázorňují použití jediné formy v nepropustné nádobě, lze do nádoby položit několik ’ forem vedle sebe nebo na sebe. Třebaže v předchozích provedeních byly ve všech soustavách formy umístěny v nepropustné nádobě,lze se podle vynálezu úplně obejít bez takové nádobynepropouštějící plyn. Místo toho lze použít formy ne-propouštějící plyn, nebo lze propustnou formu upravitna nepropustnou. Těsnění pak lze umístit přímo přesformu, která pak tvoří nepropustnou nádobu. Jak ukazujeobr. ó, má forma 5I nepropustnou plochu nebo plochy 52a její dutina je vyplněna výplňovým materiálem ll. 358R»5íS5jňS!5SSSSSS^SS5SSSSRSC3SIS?B?!!SSS55!W??!’?5T5i>>U'*4,.-'iW‘‘' - 5l - 5r·«:?i^ςι τλ A·Λ.'Uz i’? i

Matricový kov I3 je uložen na výSoustava 50 z obr. 6 tedy tvoří současně formu'~&amp;~~ngBropus t- nou nádobu, ve které lze vyrobit keramický kompozit s kovo-vou matricí, jenž má tvar odpovídající dutině ve formě. ννκ*?7*?ζ hudft wsvětlen a doložen následní ícíatipříklady, které však jsou pouze vysvětlující a nijak neomezu-jí jeho rámec. Příklad 1

Tento příklad dokládá použitelnost techniky nega-tivní uzavřené formy pro výrobu kompozitních těles s ko-vovou matricí složitého tvaru, které jsou tvarově čisté nebotéměř čisté, pomocí samovolně vznikajícího vakua. Konkrétnědokládá možnost výroby malých kuličkových ventilu z jedinéhomatečního- modelu, který měl vnější průměr asi 32 tnn a válcovoudutinu o průměru asi Iq m. Obr. 5 ukazuje ve schematickémřezu podobnou soustavu, jaké bylo v tomto případě použito.

Negativní pryžová forma matečního modelu byla výrobě- :-na nalitím formovací pryžové směsi, obsahující jeden dílhmot. aktivátoru a asi 10 dílů hmot. pryžové báze, kolem mateč-ného modelu. Jakmile negativní pryžová forma dostatečněztuhla, byly její pomocí' vyrobeny tři kopie matečnéhomodelu, a to ze směsi obsahuj ící asi 5 % kwot. lepidla nabázi polyvinylacetátu, asi ó % hmot. pálené sá.dry, asi 2Ó % vody a asi 63 % hmot.. Al O se zrnitostí 5OO. Kopie2 3 matečného modelu v pryžových formách byly vloženy do mrazá-ku, kde byla teplota -18 °C. Asi po 2 hod. byly formy a kopie S^^tŽS-ít ·* ~: ' '' ·»· · '"'' ; '· '. ' - .* - ·'.'·»·· '·. ''.'·'.· '.-·-' 1 ’- - i ;«*>· -:.·- ' «,.· < - ;- . ... --.... · ,--. - ^'-\· : . ,. -'. - i... - 52 - odděleny a kopie byly vysušeny v peci se vzduchovou atmosférouo teplotě 46 °C. Po dostatečném. vysušení byl na kopie nastří-kán ve dvou vrstvách stříbrný .nátěr,............. ....... .........

Jakmile byly kopie povlečeny povlakem, byly vyrobenytři bariérové formy 2I ze směsi obsahující jeden díl hmot.koloidi-iibo oxidu křemičitého, dva díly hmot. Al C o zrní-tosti 5OO, jeden díl hmot. Λΐ^Ο^ o zrnitosti 22Ο a asi C,z dílůhmot. vody. Po odpšnšní a odvzdušnění byla tato bariérovásměs nalita na kopie matečního modelu a nechala se ztuhnozitpři teplotě místnosti po dobu asi 2 hod. Po 2 hod. bylapřebytečná, voda odlita a kopie matečního modelu v bariéro-vých formách byly vloženy do mrazáku s teplotou -13 °C asina S hod. Potom byly umístěny do odporově vytápěné komorovépece se vzduchovou atmosférou o teplotě asi lOGC °C na dobu 1 hod. Po vyjmutí z pece byly kopie rozdrceny a zbývaj ícíprášek těchto kopií byl z bariérových forem 2I vyfouknut.

Do forem 2I pak byla nalita povlaková směs, obsahující 50 % hmot. koloidního vermikulitu a 50 %hmot. vody. Povla-ková směs byla ponechána, ve vypálených formách 2I asi 2 minuty a potom vylita, takže se vytvořil povlak 25. Povleče-né bariérové formy 2I pak byly vloženy asi na 2 bod. do pecevyhřáté asi na llO °C. Po^té byly formy 2I vypalovány po dobu 1 hod. při teplotě lOOO °C. Všechny tři formy~2l, povlečené povlakem 25 b bylyumístěny do nepropustné nádoby I2 z nerezavějící oceli zplechu tlouštky 1,6 mm, která měla vnitřní průměr 76 mm a ^x^S·;-’^-* - -Λ — \ rV**- .' ":. '· ·'.<’, · · ·<-· v ••-vV-^·/ Λ-· · - 53 - výšku 83 mm. Prostor mezi formami 2I a nádobou I2 pak bylvyplněn ložem 23 z oxidu hlinitého se zrnitostí 5GO. Jednaforma 2I byla vyplněna výplní 11, která obsahovala asi

50 % hmot. A Z se zrnitostí 54 a asi 5O % hmot. Al O2 3 se zrnitostí qG. Druhá forma 2I byla vyplněna výplní 11,která, obsahovala asi 50 % hmot. A.1^0^ a zbytek ZrOatřetí forma 2I byla vyplněna směsí obsahující asi 08 %hmot. Al^O^ se zrnitostí 22Ο a asi 2 % hmot. práškovéhohořčíku se zrnitostí -325 mesh.

Každá z forem 2I, naplněná výplní, pak byla po-kryta grafitovou fólií 22. Potom byl roztaven matricovýkov I3, obsahující komerční hliníkovou slitinu s pří-sadou asi 2 % hmot. hořčíku, a asi 27Ο g tohoto matricovéhokovu I3 bylo nalito do nádoby I2 na bariérové formy 2I.

Na roztavený základní kov Z3 pak byl nasypán práškovýoxid boritý a soustava 4G byla vložena do odporové komoro-vé pece se vzduchovou atmosférou, zahřáté na pGO °C. Asipo I5 min. se práškový oxid boritý roztavil, zbavil plynua vytvořil těsnění I4 nepropouštějící plyn. Soustava 4Opak byla udržována na teplotě qGO °C další 2 hod., potomvyjmuta z pece a uložena na vodou chlazenou měděnou chla-dicí desku, aby kompozit s kovovou matricí směrově ztuhl.

Po ochlazení na okolní teplotu byla ocelovánádoba I2 rozříznuta a bylo zjištěno, že grafitová fólie 22usnadnila, oddělení zbytku matricového kovu od všech kulič-kových ventilů z kompozitu s kovovou matricí, které vznikly.Mimoto bylo zjištěno, že matricový kov I3 neinfiltroval do - 54 - lože 33 z rJwminy o zrnitostí 5C0. Formy 3Ϊ s obsahem pakbyly vloženy do pískometu a byly opískováním odstraněny,takže vznikly tři kuličkové ventily přesného tvaru, sestávajícíz kompozitu s klinikovou matricí. Oúr. y znázorňuje ava z těchto tří kuličkových ven-tilů 6l. Příklad tsdv dokládá použitelnost různých typůmateriálu, tedy jemných prášků, grafitových materiálů a.spoj ených jemných prášků jako bariérového materiálu při vý-robě kompozitu s hliníkovou matricí, které mají přesnývnější tvar, Příklad 3

Tento příklad dokládá aplikaci způsobu podle vy-nálezu pro výrobu kompozitních těles složitého tvaru sbronzovou matricí.

Postup byl v podstatě stejný jako v příkladě 1s výjimkou matricového kovu a procesní teploty. Pokusnásoustava 4O podle tohoto příkladu byla podobná jako na obr.5.Matricový kov I3, kterým byl v tomto případě bronz, obsa-hoval v proč. hmotnosti 6 % si, 0,5 % Se, 0,5/ΑΪ, zbytek med.Nerezová ocelová nádoba I2 měla vnitřní průměr asi 4I mm avýšku asi 67 mm. Výplňovým materiálem 11 byl oxid, hlinitý o zrnitosti 90. Soustava 4O byla udržována asi 3,35 hod. - vzduchovou v odporově vytápěné komorové peci se atmosférou při teplotě asi IlOO °C a'potom se nechala směrově ztuhnoutna vodou chlazené měděné chladící desce.

Po ochlazení na okolní teplotu byla soustava roze-brána a stejně jako v příkladě l bylo zjištěno, že gra-fitová fólie. 22 usnadnila oddělení zbytku matricového kovu óóod, kuličkového ventibu 63, jak ukazuje obr. 8. Rovněž bylozjištěno, že matricový kov I3 neinfiltroval do lože oxiduhlinitého sezrnitostí 5OO. Potom byla forma 2I odstraně-na cpi skováním, čímž se odhalil kuličkový ventil čistéhotvaru, tvořený kompozitem s bronzovou. matricí. Obr. 8je fotografie kuličkového ventilu 63, z níž jsou patrnézbytky grafitové fólie 22 a zbytky óó bronzu jako matrico-vého kovu. Tento příklad ukazuje, že při výrobě kompozit-ních těles s bronzovou matricí technikou samovolně vznika-jícího vakua lze užít různých materiálů jako jsou velicejemné prášky tvořící lože, grafitové materiály a vázanéjemné prášky. Příklad 3 a 4

Tyto příklady dokládají použitelnost techniky for-mování pro výrobu kompozitních těles s kovovou matricísložitého tvaru technikou samovolně vznikajícího vakua.

Tyto příklady popisuji použití hliníku a bronzu jako matri-cového kovu pro výrobu dvou ozubených kol z kompozitu skovovou matricí pomocí matečního modelu, který měl vnějšíprůměr asi 38 mm a maximální tloušiku asi lo mm. Experi-mentální soustavy v příkladech 3 a 4 byly podobné, jakoukazuje obr. 3. Z matečního modelu byla vyrobena negativní pryžováforma, a to tak, že kolem matečního modelu byla nalita

- 56 - pryžová formovací směs, obsahující 1 díl hmot. aktivátoru a10 dílu hmot. kaučukové báze. Jakmile forma dostatečně ztuhla,byla oddělena cd matečního modelu a formel byla .gQ.vleče.na s..t.ří- .káním dvěma vrstvami suchého lubrikačnfho přípravku na fluoro-vodíkové bázi. Z negativní pryžové formy pak byla vyrobena zestejn ho materiálu pozitivní pryžová forma. Po dostatečnémz uhnutí pak byla sejmuta s negativní pryžové formy a použitak vytvoření dvou bariérových forem sl pro dále uvedené součásti.

Bariérové formy 21 byly vyrobeny ze směsi obsahují-cí 1 díl hmot. kolijodního oxidu křemičitého, 2 díly hmot.oxidu hlinitého se zrnitosti 5OO, jeden díl hmot. oxidu hli-nitého se zrnitostí 22Ο a 0,2 díl.hmot. vody. Po od.pěnění aodplynění byla tato směs nalita na pozitivní pryžovou formua nechala se ztuhnout při teplotě místnosti asi 2 hod. Po2 hod. byla vylita přebytečná voda a pozitivní forma s barié-rovým materiálem byla vložena do mrazáku o teplotě -1S °Cna dobu asi 3 hod. Ze zmrzlých bariérových forem 2I pakbyla vyjmuta pozitivní pryžová forma a bariérové formy 2Ibyly umístěny do odporově vytápě , Víé skříňové pece se vzducho-vou atmosférou, vyhřáté na teplotu 1COO °C: na dobu 1 hod.

Do dutiny bariérových forem 2I pak byla vložena povlaková směs,obsahující asi 5O % koloídního vermikulitu a 5O % vody.Povlaková směs se nechala ve vypálených bariérových formách £1asi 2 min. a pak byla vylita, takže uvnitř každé bariérovéformy 2I vznikl povlak, který na obr. 3 není znázorněn. Barié-rové formy 2! s povlakem pak* byly vloženy asi na 2 hod. dopece o teplotě llo °C. Poté byly ještě jednou vypalovány 1 hod.při teplotě lOOO pC* _ _ , . ___ _______~ - 57 -

Barié-rové formy 2I pak byly každá zvlášt umístěnydo nádoby I2 z nerezavějící oceli, jaká byla popsána vpříkladě l. ί/.ezera mezi formami 2I a nádobou I2 pak bylawvlněna ložem 23 7. oxidu b 1 j v í 14h o on 7-<m·? f 90? < 5OO,, τ V příkladě 4 by l vložen do povlečené bariérové f ormy- 2I ·-··a vyrovnán do roviny výplňový materiál ll, sestávajícíz oxidu hlinitého o zrnitosti oG, v příkladě 4 byl doformy 2I vložen a zarovnán výplňový materiál ll, tvoře-ný oxidem hlinťým o zrnitosti cO. Forma 2Ϊ, která sloužilak nalití bronzu, by la pokryta grafitovou fólií 22. V příkladě 3 byl nalit do nádoby I2 do hloubkyasi I3 w a přes formu 2I roztavený hliizík jako matrico-vý kov I3, který obsahoval v % hmot. 7,5 až ς?,5 % Si. 3,G až 4,0 % Cu, £ 2,q % Zn, 0,2 až 0,3 % lig, £ 1,3 % Fe,ěrO,5 % ΙΛη,~Ο,35 Sn, zbytek hliník. V příkladě 4 byl donádoby I2 na grafitovou fólii 22, pokrývající bariérovouformu 2I, nalit do hloubky asi I3 mm bronz jako matricoýkov I3, který obsahoval v pročentech hmotnosti asi6 % Si, 0,5 % fe, 0,5 % Al, zbytek měa. Na roztavené matricové kovy I3 byl pak nasypán práškový 3 0 , aby J 23 úplně pokryl matricový kov a soustavy 20 byly vloženy doodporové komorové pece se vzduchovou atmosférou o teplotěasi qCQ °C v příkladě 3 a o teplotě asi lloo °C v pří-kladě 4. Asi ρο I5 min. se práškový oxid boritý roztavil,zbavil plynu a vytvořil těsnění nepropouštějící plyn.Soustava 20 podle příkladu 3 byla udržována na teplotěgCG °C 2 hod. a soustava z příkladu 4 byla udržována -·:’Α b 'Ά^ί " - - · ' ' - -1 * - 58 - ) ra teplete IlOO °C také 2 hod., načež byly obě soustavyvyjmuty z pecí a uloženy na vodou chlazenou měděnou chla-dicí desku k usměrněnému ztuhnu tí matricového kovu I.3,.....

Po ochlazení na teplotu místnosti byly ocelovénádpbý. I2 rozříznuty a bariérové formy 21 vyjmuty. V pří-kladě 4 bylo zjištěno, že grafitová fólie 22 umožnilaoddělení zbytku matricového kovu od vzniklého kompozitus kovovou mairicí. V obou příkladech 3 a 4 vznikla plněinf iltrované kompozitní tělesa s kovovou matricí, kteráměla přesný tvar. Obr, pa ukazuje ozubené kolečko 7Os hliníkovou mairicí podle příkladu 3 a obr. pl·, ozubenékolečko /1 s bronzovou matricí podle příkladu 4. Příklad 5

Tento příklad dokládá použitelnost techniky vy ta-vitelného voskového modelu pro výrobu kompozitního tělesas kovovou matricí, které má složitý tvar, samovolnou tvorbouvakua. Tento příklad se týká výroby pístu z kompozitu shliníkovou matricí pro motor s vnitřním spalováním pomocímatečního modelu, který měl vnější průměr asi lop amaximální výšku asi Iq. mm. Obr. ICojznázornuje příčný řezsoustavou podle příkladu 5. negativní pryžová forma byla vyrobena nalitím směsiz kaučuku, která obsahovala asi 1 díl hmot, aktivátoru alo dílů kaučukové báze kolem matečního modelu, jakmilebyla prozatímní forma dostatečně ztuhlá, byl do ní nalitroztavený vosk k vytvoření pozitivního modelu, jakmilevosk ztuhnul, byla z modelu pryžová forma stažena.

- 59 -

Voskový model pak byl vložen do válcové nádoby I2z nerezavějící oceli, do které pak byla Val i ta bariérovásměs, obsahující asi 3 díly hmot. oxidu hlinitého o zrní - 'tosii asi 3OQ a asi 1 díl hmot. koloidní aluminy do výšky *Dřiř^n vr?<7 ·’7 e vnd>nvéwí r-nApH.? , NoipéM“> no dob® 6 l-tndbariérová směs ztuhla a vytvořila bariérovou~formu 2I, Nádoba lz s obsahem vak byla obrácena a uložena do pecese vzduchovou atmosférou, vyhřáté na teplotu ISO °C.

Asi po 3 hod. se pozitivní voskový model roztavil, čímžvznikla v bariérové formě zl dutina. Nádoba lz s obsahempak byla umístěna do odporově vytápěné komorové vece sevzduchovou atmosférou, vyhřáté asi na lOCO °C, na dobuasi 1 hod., aby se případný zbývající vosk spálil a tímse zpevnila, negativní.dutina kopírující mateční modelv bariérové formě 2I.

Dutina vzniklá v bariérové formě 21 po vytavenívosku -,pak byla vyplněna výplňovým materiálem 11 2 karbidukřemíku se zrni^tosií 2OO. Potom byl roztav^en hliník jakomatricový kov, který obsahoval v % kmot. 7,5 až 9,5 % Si) 3,0 až 4,0 % Cu, é 2,9 % Zn, 0,2 až 0,3 % M.g, ~ 1,3 % ?2. — 0/5 % křn, ίέ 0,35 % Sn, zbytek hliník. Roztavený matricovýkov byl nalít přes bariérovou formu ^l, vyplněnou zrnitým. 'karbidem křemíku , do hloubky asi I3 mm. Povrch roztavenéhokovu pak byl posypán práškovým oxidem boritým.

Soustava 160 (obr,. lOa), sestávající z nerezavě-jící ocelové nádoby lz s obsahem^pak byla vložena do od-porové komorové pece se vzduchovou atmosférou^ vyhřáté asi

κα S50 °C. Asi po 16 hod. na této teplotě, během nichž seoxid boritý roztavil, zbavil plynů a vytvořil nepropustnétěsnění I4, byla soustava 160 vyjmuta z pece a ochlazena.

Po ochlazení na okolní teplotu byla ocelová ná-doba _Lz odstraněna oarierova torma z1 oyla . 0irys;<una,čímž vznikl výsledný píst-z kompozitu s liliMíkovow matricí.Obr- LCb j e fotografie znázorňující tento píst po obrobení jeho vnější plochy 8z; a ukazuje, jak dobřebyla kopírováním modelu vytvořena vnitřní dutina 81. Příklad 6

Postup podle příkladu 5 byl v podstatě opakovánpouze s tím rozdílem. že bariérová forma 2I byla ze směsiobsahující asi 2 % hmot. oxidu hlinitého se zrnitostí 22Οa 1 % hmot. oxidu hlinitého se zrnitostí 500 a asi 1 %koloidní aluminy. Výplňový materiál 11 byl z karbidu kře-míku se zrnitostí ς>0 . Mateční model tuši vnější průměryG CL Výšku $4 W<1.

Soustava 160, uspořádaná stejně jako v příkladě 5.byla. udržována na teplotě 85Ο °C asi 4 hod. a potom senechala směrově ztuhnout na vodou chlazené měděné desce.Stejně jako v příkladě 5 infiltroval matricový kov I3úplně do výplňového materiálu i 1 a vznikl kompozitnípíst s kovovou matricí., který měl přesný tvař. Obr- Haje fotografie kompozitního pístu pO s hliníkovou matricí,vyrobeného podle tohoto příkladu, po otryskání, a obr libje fotografie tohoto pístu ρθ po obrobení vnějšího povrchu ρ feg^V*»^""-θ fc^r^v*’V-*^~’’ * /^,5^ ' 1 Γ - -*<--- s:V^»V‘'.-··^.'·2^·.'/··: >~ ·~ v <.·-<·χ ·5 '«· "'- /.-;''^<λ-^;\;< · :-r<' w·-·-'.-.v v i·· · -,. , -....„ · , .*.. ···....· , ' “.·' · - όή- ‘ . . Příklad 7

Tento příklad dokládá použití grafitové formy lzvýrobě kompozitního tělesa, s kovovou matricí tecbíiiko^samovolně vznikaj ícího vakua. Použitá soustava zO byla

Grafitová forma z L o .'vnitřním průměru asi 32 mm,výšce asi 5I mm a tlouštce stany I3 mm byla uložena do svodní části ocelové nerezavěj ící nádoby Izj která měLavnitřní průměr 67 m, výšku Sc s«a a byla vyrobena zocelového plechu tloušťky 1. ó mm. Prostor mezi grafitovouformou 2- a nádobou lz byl vyplněn až do výšky graf Hověformy zl ložem 23 s oxidu hlinitého se zrnitostí ~GO.Válcová dutina grafitové formy zl pak byla v podstatě vyplněna ; množ ství m as i QO g výplňového na i < J x " - . ~ L <2 L i.LL L ! hlinitého se ΖΓ'1 L t ostí QG. Povrch lože 23 navrchu tové formy 21 by 1 v pod stát ěf nikoliv však úplně yt graf i to vou folií 22 „ Do ocelové nádoby lz pres * grafitovou formu zl pokrytou graf itovou folií 22 - bylnalit do výšky. asi 25 mm bronz jako matricový kov I3,,který obsahoval v ý? hmot. asi ó % Si, 0,5 % Fe, 0,5 % AL.zbytek měd. Povrch matricového kovu I3 pak byl pokrytasi zO g práškového oxidu boritého. Soustava zG pak by Laumístěna do odporově vytápěné komorové pece se vzduchovouatmosférou, vyhřáté na teplotu ILOO °c. Po uplynutí 2 hod.na této teplotě, když se oxid boritý v podstatě úplněroztavil, zbavil plynů a vytvořil nepropustné těsnění I4,byla soustava zO vyjmuta z pece a uložena na vodou chlazenou

měděnou desku- ke směrovému ztuhnutí bronzu. .. . ...........P.o... Q.ch:l.a.z.ení. .na..okolní....t.e.p.lo.tu..by.l.a..^.ou.s.t.a.va-.aO----------- rozebrána a bylo zjištěno, že bronz jako matricový kov I3infiltroval výpl^nový materiál 11 a že vznikl válec z kompo-zitu s bronzovou matricí, jehož plochy měly všechny hladký - 0 povrch. Obr - I2 je fotografie tohoto válce lOG,vyrobenéhouvedeným způsobem. Příklad 8

Tento příklad dokládá použití grafitového jádrak vytvarování vnitřní plochy kompozitního tělesa s kovo-vou matricí technikou samovolně vzniklého vakua. Experimen-tální uspořádání bylo podobné jako na obr 4. Žebrovanégrafitové jádro 3I, které mělo vnitřní průměr asi 24 mma výšku 3S «sít, opatřené žebry, umístěnými asi po 2O0obvodu, která měřila 1,6 mm za obvod jádra jl a procházelapo výšce 38 mm jádra 3I, bylo použito k výrobě kompozitní-ho trělesa s kovovou matricí, jehož vnitřní, žebrovanýprůměr odpovídal vnějšímu průměru jádra 31, zatímco vnějšíprůměr · byl hladký.

Grafitové jádro 3I, které mělo tvar negativu žáda-ného tvaru vnitřní dutiny vyráběného kompozitu, bylo vlo-ženo do nádoby I2 s vnitřním průměrem '48 mm a výškou8g mm, která byla, z plechu iloušíky 1,6 mm. Do prstenco-vého prostoru mezi stěnou nádoby I2 a žebrovaným grafitovýmjádrem 31 byla vložena výplh 11, která obsahovala 05 % hmot.karbidu křemíku se zrnitostí gO a 5 % hmot. práškového cínuo zrnitosti -325 mesh, Do výšky asi 38 mm byl nalit do · — ._.u - •Λ’?· - Ó3 ~

nádoby' I2 a na výplňový materiál ll obklopující jádro 3roztavený bronz jako matricový kov I3, obsahující asi5 % hmot. Si, 2 % hmot. Fe. 3 % hmot. Zn, zbytek meči, Pákbyl na roztavený kov nasypáni práškový oxid bořitý v množstvíC S 20 7? τ'7-T 7 11.% -t-iri!?-''! Ί Ό’π Τ'-) ] r> rp-/ S PM Š t PV(1. ~ O tedy nádoba I2 s obsahem, pak byla vložena αό~ komorově pece ~s odporovým vytápěním a vzduchovou atmosférou., vyhřáté na teplotu IlOO °C, Po době asi 2 hod., kdy se oxid boriiýroztavil, zbavil plynu a vytvořil 'nepropustné těsnění I4.a matricový kov i 3 poklesl, byla soustava 3O vyjmuta z peceke ztuhnutí kompozitu. Po zchladnutí naokotní teplotu bylasoustava 30 rozebrána a kompozitní těleso s bronzovou matricí,obklopující graf itové jádro 3I,. bylo vyjmuto.

Grafitové jádro 3I bylo odstraněno tím, že sekompozitní těleso s jádrem 3I umístilo do odporové komorovépece se vzduchovou atmosférou, zahřáté asi na óOO °C, Pouplynutí asi Ϊ2 hod na této teplotě grafitové jádro 3Iúplně zoxidovalo a vzniklo kompozitní těleso s bronzovoumatricí, jehož vnitřní průměr negativně kopíroval žebrovanšgrafitové jádro 3I. Obr. L3 je fotografie kompozitního válcelLQ s bronzovou matricí, jehož vnější plocha li2 byla obrobe-na a vnitřní plocha 111 negativně kopíruje vnější plochugrafitového já.dra 3I.

- Ó4 - Příklad ρ

Tento příklad dokládá použití dělené formy k výroběkompozitu s kovovou matricí technikou samovolně vzniká]í- i -Γ Λ v- <, ’C’ - 7-n v tomto příkladě.

Mechanickým obrobením z komerční hliníkové slitinybyla vyrobena pomocná forma, která měla Vríšjsí p-fÚKisr 45 ;?:k.výšku 2I mm a měla púLkulovou dutinu o průměru 35 mm.

Tato pomocná forma byla vložena soirose do trubky z PVC,která měla vnější průměr /ó mm, výšku 38 s«n a tlcuštkustěny g,5 kim- Do prstencového prostoru mezi tuto trubkua hliníkovou pomocnou formu pak byla nalita formovacíkaučuková směs, která obsahovala asi 1 díl hmot, aktivátorua 10 dílů hmot kaučukové báze, čímž vznikla negat-ivnípryžová forma.

Jakmile tato pryžová forma dostatečně ztvrdlabyly z ní vyrobeny pozitivní bariérové formy 2I (obr. I4)ze směsi, která, obsahovala asi 1 díl 'koloidního oxidu kře-mičiiého, 2 díly oxidu hlinitého se zrnitostí 5OO, 1 díl oxidu hlinitého se zrnitostí 2OO a 0,2 díly vody (uvá-děné díly .jsou díly hmot,). Tyto odlitky tvořící pozi-tivní formu se pak nechaly zýirdmoui asi 2 hod. při okolníteplotě. Po 2 hod. byla odlita přebytečná, voda a negativnípryžové formy, obsahující bariérové formy 2I, byly úloze- za ?iy na dobu 8 hod. do mrazáku při teplotě -18 C. Potombyly negativní pryžové formy odděleny od pozitivních barié-rových forem 2I, které byly vloženy do odporové komorové -n. T~ μΓ·'? ^-1 -ťií.’"’ i*” ” -:Μ· - SS*W^!SJ7!?5?SS55?»Ií5^^««Í:'>i'4-'*--t*v«1»Íi»*-'A»tó.Kvří,,;j,#Aiií/,.v/^,iLXXJ^U^JťJ4?»l>k>t:ZAil*:»jv:44»ir.t4'X/. - Ó5 - pece, vyhřáté na lOCO °C, na dobu 1 hod. Poton byla v osejedné z bariérových forem 2I vyvrtána až do půlkruhovéhootvoru díra I2I o průměru 9 «κι. Na bariérovou formu 21: » do které byla vyvrtána díra Ϊ2Ι, pak byla položena druhá bariérová forma zly.tak aby obě vytvořily kulovou dutinu o !' průměru asi 35 mm. Obě bariérové torny 2 í pak vytvorrLy dělenou řorm;-í I22. Dírou I2I byla do kulové dutiny nalita povlaková směs, sestávající z 5C % koloidního vermiPnl i tu . a 5O fj vody, nechala se tam asi 2 min. a potom vylilo^ takže v ántině dělené formy 122 vznikl povlak 25. Dělená - - c forma I22 pak byla vložena na 2 hod. do pece o teplotě LLQPo těchto 2 hod.obyla dělená forma Ϊ22 vypaLována asi1 hod. při teplotě lOCO °C.

Kulová, dutina v povlečené dělené formě i 22 pakbyla vyplněna výplňovým materiálem 11 z karbidu křemíkuo zrnitosti 9O a vložena do nerezavějící ocelové nádoby le_do lože 23, které obsahovalo oxid hlinitý se zrnitostí 5CO.Díra 121 na dolním konci dolního dílu dělené formy I22byla. zakryta graf itovou fólií I22. Do nádoby I2 na děle- *now formu I22, obklopenou j emnozrnným ložem 23 a. vrstvoupráškového oxidu boritého, pak byl nalit roztavený matri-cový kov I3, který obsahoval v % hmot. asi 5 % Si, 2 % Fe, 3 % Zn, zbytek měd.

Soustava I2O pak byla vložena do komorové odporovápece se vzduchovou atmosférou o teplotě IlOO °C. Po 3 hod.na této teplotě byla soustava I2O vyjmuta z pece a bronzjako matricový kov se ve vzniklém tělese nechal ztuhnout.

-5·^.; .-·-·>.; ,^jT .· ;-*** -·'.a ?>-*. ,.< *** · ’* r- ' *-~ -.---.. ?z - '·'·.:: -* V- - 66 -

Po zchladnutí na okolní teplotu byla dělená forma I22 ro-zebrána a bylo zjištěno, že bronz jako matricový kov I3infiltroval výplňový materiál 11 a že vznikla kompozitníkulička s bronzovou matricí. Tento příklad ' dokládá po-uzí z z ae žene tor my a jednak uuazuje, ze mazrzcový kov mužebýt vtahován nahoru do bariérové formy a infiltruje tamvýplňový materiál, čímž vznikne kompozitní těleso s kovovoumatricí.

Prz u

lO bariérového jádrtpojivá a tvořící. Bylo použito které s vnitrní

Tento příklad dokládá použitíestává z je^.mnozrnného lože a z tvar kompozitu s kovovou matri poaoone soustavy jako na obr. 4.

Konkrétně bylo vyráběno vnitřní ozubení, a to tak,že se nejprve vyrobilo bariérové jádro 3I, tvořící negativnítvar žádaného vnitřného tvaru ozubeného kola, ze směsi obsa-hující asi 2O % hmot. pálené sádry a 80 % hmot. oxidu hlini-tého se zrnitostí 5OO. Jakmile jádro 3I dostatečně ztuhlo avyschlo, bylo centrováno ve válcové nádobě I2 z nerezavějícíoceli, jejíž vnitřní průměr odpovídal požadovanému vnějšímuprůměru vyráběného kompozitu. Prostor mezi bariérovýmjádrem 31 a nádobou lz_ byla pak vyplněn výplňovým materiá-lem 11, který sestával z ρθ·% hmot. oxidu hlinitého ozrnitosti pO a 10 % práškového cínu se zrnitostí -325 mesh.Do ocelové nádoby lz byl přes výplňový materiál 1I dohloubky asi 25 mm nalit roztavený bronz jako matricovýkov I3, který obsahoval v % hmot. asi 5 % -Si, 2 % Pe, T·'*· v *- *· ” ~ x *·* · ~ ~ u , , i rl·' - 67 - 3 % Zm, zbytek měd., a na něj byl nasypán práškový oxidboritý, který po roztaveni vytvořil vnější těsnění l4.

Soustava 30 pak byla vložena do odporově vytápěné. . n . fóofííoroye pece, vyhřáté na t lúU C. Asi po 3 íwcí, na unoteplotě byla soustava vyjmuta z pece a ochlazena na okolníteulotu- a bariérové iádro 3I bylo ze vzniklého kompozitníhotělesa 3 bronzovou matricí odstranění pískováním, přičemžvnitřní tvar kompozitního tělesa odpovídal vnějšímu povrchujádra 31. Obr. I5 je fotografie vzniklého kompozitníhotělesa I3O s bronzovou matricí se zuby 3Í_ na vnitřníčásti otvoru. Příklad 11

Tento příklad dokládá, že lze technikou ztrat-ného jádra vyrobit poměrně složitou strukturu s kovovoumatricí. Konkrétně byl vyroben příhradooý nosník s ko-vovou matricí pomocí matečného modelu z balsového dřeva.

Balsový model byl vyroben slepením jednotlivých pruhů, balsovéhodřeva, jak schematicky ukazuje obr. lóa. Balsový model pakbyl povlečen nejméně dvěma vrstvami stříbrného nátěru,a po vyschnutí nátěru byl model připevněn ke dnu papírovékrabice o rozměrech I27 min x 5I mm x 25 mm petrolejovouvazeřlínou.

Po upevnění modelu v papírové krabici byla při-pravena směs na bariérovou formu tím, že se smíchal 1 dílhmot. koloidního oxidu křemičitého, asi 2 díly hmot.oxidu 68 hlinitého zrnitosti 5OQ, jeden díl hmot. oxidu hlinitéhozrnitosti zzOfasi 0,2 "díly vody. Tato bariérová 'směs poodpěnění a odvzdušnění byla nalita na balsový model anechala se ztuhnout asi 2 hod. při teplotě místnosti.

Po 2 hod. byla přeby tečná voda ze směsi odsáta ručníkema na. povrch byl nasypán zrnitý oxid hlinitý o zrnitosti 22Ο,do kterého vsákla případně zbylá. voda. Bariérová směs,obklopující balsový model, pak byla asi na 8 hod. vloženado mrazáku o teplotě -18 °C, Ztvrdlý bariérový materiál,obklopující balsový model, pak byl umístěn asi na l hod.do odporové komorové pece se vzduchovou atmosféro:! o teplotěasi lOCO °C. v peci se balsové dřevo spálilo, takže v ba-?rierovs formě vznikla dutina. Po vyjmutí z pece se bariérováforma nechala zchladnout a zbytky popela balsového dřevabyly z jejího vnitřku vy foukány. Pak byla bariérová formaodříznuta na takový rozměr, aby se vešla do dále popsanénepropustné nádoby. Do formy pak byla nalita povlaková směs,obsahující asi 50 % koloiáního vermikulitu a 50 vody.Povlaková směs se nechala ve vypá~lené formě asi 2 min.,čímž vznikl povlak. Povlečená forma pak byla vložena dopece o teplotě 60 °C na dobu 2 hod. Potom byla povlečenáforma vypalována asi l hod. při teplotě lOOO °C.

Vypálená povlečená bariérová, forma pak bylavložena do nepropustné nádoby, vyrobené z plechu z nere-zavějící oceli o tloušťce 1,6 mm, která měla vnitřnídélku I25 mm, vnitřní šířku 36 mm a hloubku 43 mm.

- 6ς> -

Prostor mezi povlečenou bariérovou formou a nerezavějícíocelovou nádobou pak byl vyplněn ložem z Al^O^ o zrnitos-ti 5OO. Povlečená bariérová forma byla vyplněna výplňovým ’materiálem z &amp;l20 o zrnitosti 5OO.

Vvn Iv.Zis.A í rwxn hvl n vmbrv * z? ři f nvon £ r\ 1 ·? < -· J £- - · - - .....- - 4,- ‘ - - - V ' · " J - - · - ,

Byl roztaven matricový kov, tvořený komerční hliníkovouslitinou, legovanou asi 4 % hmot. hořčíku, a nalit, doocelové nádoby a na grafitovou fólii, takže překryl výpl-rnový materiál. Pa roztavený matricový kov byl nasypánpráškový oxid boritý a soustava byla vložena do odporověvytápěné komorové pece se vzduchovou atmosférou o teplotěasi 85Ο °C. Asi po I5 min. se oxid boritý roztavil,zbavil plynů a vytvořil nepropustné těsnění. Soustava, bylaudržována na teplotě asi 95Ο °C další dvě hodiny, potébyla z pece vyjmuta a položena na vodou chlazenou měděnouchladicí desku ke směrovému ztuhnutí kovu.

Po ochlazení na okolní teplotu byla ocelovánádoba, rozříznuta a bylo zjištěno, že grafitová fólieusnadnila oddělení zbytku matricového kovu od kompozitníhotělesa. Povlečená bariérová forma byla otryskána,. čímžvznikla čistá forma příhradového nosníku z kompozitu s hliní-kovou matricí. Obr. 16b je fotografie vzniklého příhra-rdového nosníku I4I s hliníkovou matricí, vyrobeného podletohoto příkladu. Příklad l2

Tento příklad dokládá možnost výroby relativněsložité struktury s kovovou matricí pomocí vy tavitelného

voskového modelu. Konkrétně byl vytvořen . . · pomocný model I4C, znázorněný na obr. lóa, slepením pruhů voskuve formě listů. Voskový model pak byl vložen do nerezavějícíocelové nádoby, která měla délku I52 m, šířku 5I Bim avýšku rovněž 5I mm. Do ocelové nádobv pak bvla. vlitabariérová směs, obsahující asi 50 fj hmot. hlinitanovehocemeniii a asi 50 % hmot. oxidu hlinitého se zrnitostí 5OOa dále obsahovala dostatečné množství vody, aby byla tekutá.Směs· byla nalita do výšky voskového modelu.

Když kariérová směs v ocelové nádobě a kolemvoskového modelu dostatečně ztuhla, byl model odstraněntak, že se soustava nejprve vložila asi na 3 hod. do pece o teplotě I5O °C, aby se voskový model roztavil. Potom,byl soustava umístěna do pece se vzduchovou atmosférou a. s ..odpo-rovým vytápěním, vyhřáté asi na SCO °C, na dobu asi 1 hod.ke spálení případného zbytku vosku. Tím vznikla negativníbariérová skořepina voskového modelu. Vnitřek této skoře-piny byl vyplněn výplňovým materiálem, sestávající z karbidukřemíku se zrni-tosti 90. Do ocelové nádoby a na výplňovýmateriál byl pak nalit roztavený hliník jako matricový kov,který obsahoval asi 7,5 až 9,5 % Si, 3,0 až 4,0 % Cu, S 2,9 % 2n, 0,2 až 0,3 % Mg, 1,3 % Fe, ^0,5 % Mn,ár 0/35 % Sn, zbytek Al, přičemž jsou uvedena % hmot.Roztavený kov byl nalit do hloubky asi I3 mm. Potom byla jeho celá plocha posypána práškovým oxidem bor i tým. Ccelo-άθ vá nádoba s obsahem pak byla umístěna odporové pece sevzduchovou atmosférou o teplotě 85Ο °C. Asi po 4 hod. na ^^>ί~£·^^~ - ;:i2—--. - -. '- < - ;. - ··' ; - r*- · " 7? - AS<lii.<(r'ó?<'.V«'l t.<>3 \tf· ' ' * :.___;- _;:^·\.Λζ·^.:.

této teplotě, během kterých se oxid boritý roztavil, zbavilplynů a vytvořil nepropustné těsnění, byla soustava vyjmutaz pece a nechala se zchladnout na okolní teplotu. Potombyla rozebrána a bariérová forma byla odstraněn otryskáním,čímž se. objevil příhradový nosník s kompozitu s hliníkovoumatricí. Příklad I3

Byla v podstatě opakována metoda z příkladu l kvyrobení oběžného kola s vnějším průměrem asi 89 mm pouzes tím rozdílem, že bylo použito odlišného matricového kovu,·procesní teploty a bariérové formy. Bariérová forma 2l bylavyrobena ze směsi obsahující 2 % hmot. oxidu hlinitého sezrnitostí 5OO, 1 díl hmot. oxidu hlinitého se zrnitostí 9Oa l díl hmot. koloidní aluminy. Matricovým kovem l3_bylabronzová slitina, která, obsahovala ó % hmotnosti Si,l % hmot. Pe, zbytek měd, a výplňový materiál 11 byl karbidkřemíku se zrni tostí 9O. Soustava byla umístěna do odporo-vě vytápěné pece se vzduchovou atmosférou o teplotě asillOC °C a doba potřebná k infiltraci matricového kovu dovýplně byla asi 3,5 hod. Cbr. I7 je fotografie vyrobenéhobronzového oběžného kola I5O podle tohoto příkladu.

Claims (25)

1. PATENTOVÉ

   s kovovou matricí, vyznačený tím, že se vytvoří reakčnísoustava obsahující matricový kov, reaktivní atmosféru,nepropustnou nádobu, propustnou masu obsahující volnoumasu výplně nebo předlisek z výplně a bariéru, která jeve styku alespoň s částí nejméně jedné plochy propustnémasy a má alespoň částečně mezi sebou a matricovým kovemmezeru pro Vytvoření alespoň jedné plochy kompozitníhotělesa s kovovou matricí, reakční soustava se alespoňčástečně utěsní od okolní atmosféry k vytvoření tlakovéhorozdílu meti reaktivní atmosférou a okolní atmosférou,přičemž těsnění je tvořeno vnějším těsněním a/nebointrinsickým fyzikálním těsněním a/nebo intrinsickýmchemickým těsněním a utěsněna reakční soustava se zahřívák roztavení matricového kovu až k jeho částečné infiltraci do propustné masy až k výplni, čímž se vy-tvoří tvarové kompozitní těleso s kovovou matricí, jehožnejméně jedna plocha je definována bariérou.
2. 2. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, žereaktivní atmosféra se úplně oddělí od okolní atmosféry.
3. 3. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, žetlakový rozdíl se vytvoří během alespoň části infiltračnífáze roztaveného kovu do propustné masy k bariéře.
4. 4. Způsob podle bodu l, že matricový kov jetvořen nejméně jedním materiálem ze skupiny zahrnuj ícíhliník, "hořčík, břoňz/měd a slitinu. \ ί- 4. *- ' · .. ’ «; ·. , , ·.. £ -¼ -»-4^·!? *·5^ ' ·'. *4 \» ^.-rVť ’-.'ΐ?» -·· : η- ČW-W
5. 5. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, že do J reakčního systému se přidá nejméně jědno činidlo pod-porující smáčení.
6. 6. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, že doreakční soustavy se přidá ne jméně jedno činidlo podporu jí-cí utěsnění.
7. 7. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, že utěsně-ní je vytvořeno jako vnější utěsnění, tvořené nejménějedním sklovitým materiálem.
8. 8. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, žeutěsnění je vytvořeno jako intřinsické chemické utěsnění,tvořene reakčním produktem matricového kovu a okolníatmosféry.
9. 9. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, žeutěsnění je provedeno jako intřinsické fyzikální těsnění,spočívající ve smočení nepropustné nádoby matricovým r- kpvem. K lO. Způsob podle bodu; l, vyznačený tím, že útěšně- |ní je provedeno jako intřinsické chemické utěsnění, ΐ tvořené reakčním produktem matricového kovu a nepropust-né nádoby. ....
10. 11. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, že re aktivní atmosféra reaguje alěspd^ . částečně s matracovým kovem ; a/nebo s výplňovým materiálem a/nebo s nepropustnou < nádobou a tím se vytvoří tlakový rozdíl l·
11. 12. Způsob podle bodu 5, vyznačený tímjže matrico-vý kov se leguje nejméně jedním činidlem podporujícínv smáčení* .

    I I I- Ι3. Způsob podle bodu 5, vyznačený tíw, že matricov-ý- kov -jo tvořen hl-iníkem. a činidlo podporující_________________ smáčení obsahuje nejméně jeden materiál ze skupiny zahrnujícíhořčík? vizmut? olovo a cín.
12. 14, Způsob Podle bodu 5, vyznačený tím. žematricovým kovem je bronz a/nebo měd a činidlem podpo-rujícím smáčení je nejméně jedna látka ze skupiny zahrnu-jící selen, tellur a síru.
13. 15. Způsob podle bodu 5, vyznačený tím, žečinidlo podporující smáčení se dodává z vnějšího zdroje. ló. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, žealespoň část nepropustné nádoby obsahuje bariéru. I7'. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, žebariéra sestává z materiálu ze skupiny zahrnující kov,keramiku, keramický kompozit a jíl.
14. 18. Způsob podle bodu Ιγ, vyznačený tím, žebariéra je tvořena zrnitým materiálem, do něhož v proces-ních podmínkách neprobíhá infiltrace. Iq. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, žebariéra obsahuje nejméně jeden materiál ze shpinyzahrnující uhlík, grafit, díborid titanu, pálenou sádru,oxid hlinitý a oxid křemičitý.
15. 20. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, žebariéra jev podstatě nesmáčitelná matricovým kovem.
16. 21. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, žebariéra je obsažena uvnitř nepropustné nádoby.
17. 32. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že barié- v ra se nanese nejméně na jeden povrch propustné masy na-třením, ponořením, sítotiskem, napařením, naprášenímnebo jejich kombinací.

    23, Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že bariérasestává z pružné ' graf itové^i o^- ie, která se uvede dopřímého styku s povrchem výplně.
18. 34. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím,‘že sedo reakční soustavy přidá látka usnadňující oddělenítvarového kompozitu s kovovou matricí od nepropustnénádoby, bariéry a matricového kovu.

    25. Způsob podle bodu 23, vyznačený tím, že látkausnadňující oddělení je tvořena grafitem, oxidem boru,cínem nebo jejich kombinací. 3Ó. Způsob podle bodu 34, vyznačený tím, že látkausnadňující oddělení se uloží do bariéry.

    27. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že pro-pustná masa výplně obsahuje nejméně jeden materiál zeskupiny zahrnující prášky, vločkyr destičky, mikrokuličkyvlákénka, bublinky, vlákna, zrna, vláknité rohože,střižová vlákna, kuličky, peletky, trubičky a žárovzdornétkaniny.

    28. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že pro-pustná masa výplně obsahuje nejméně jednu sloučeninu zeskupiny zahrnující oxidy, karbidy, boridy a nitridy. '^· W -70^

    29. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že mepo-pustná nádoba- obsahu je ne jméně- jeden--materiál ze . skupiny......... zahrnující keramiku, kov, sklo a polymer.

    30. Způsob podle bodu 29, vyznačený tím, že ne-propustná nádoba je z oxidu hlinitého nebo karbodu k- emíku,

    31. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že reak-tivně atmosférou je atmosféra s obsahem kyslíku a/neboAtmosféra s obsahem dusíku,

    32. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že matrico- ω , vým kovem je hliník reaktfní atmosféra obsahuje vzduch,kyslík nebo dusík.

    33. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že matricovýkov obsahuje nejméně jednu látku ze skupiny zahrnujícíbronz, med a litinu a reaktivní atmosférou je vzduch,kyslík nebo dusík.

    34. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že teplotareakční soustavy se udržuje na vyšší hodnotě než jeteplota tavení matricového kovu, avšak na nižší teplotěnež je jeho teplota vypařování a teplota tavení výplně.
19. 35. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že matri-covým kovem je hliník a výplň je tvořena nejméně jednímmateriálem ze skupiny zahrnující oxidy, karbidy, boridy anitridy.
20. 36. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, že reakčnísoustava se zahřívá na teplotní rozmezí 7OO až looo °Cpro hliník jako matricový kov, na rozmezí IO5O a II25 °C VI pro bronz nebo měd jako matricový kov a na rozmezí I25Oaž I4OO °c pro litinu jako matr cový kov.
21. 37. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, žehorké tvarové kompozitní těleso s kovovou matric^ senechá usměrněně ztuhnout.
22. 38. Způsob podle bodu 4, vyznačený tím, ževýplň je tvořena nejméně jedním materiálem ze skupiny za- hrnující oxid hlinitý, karbid křemíku, zirkonium, nitridtitanu, karbid boru a jejich směsi.
23. 39. Způsob podle bodu l,. vyznačený tím, že vnějšíutěsnění je tvořeno nejméně jedním materiálem ze skupinyzahrnující boritá skla, křemičitý skla a 3^, který se alespoň částečně taví nejméně během části infiltrace.
24. 40. Způsob podle bodu l, vyznačený tím, že barié-rou je forma z materiálu ze skupiny zahrnující oxidhlinitý, oxid křemičitý, verm.ikulit, grafit, pálenousádru a nerazavějící ocel. 41. způsob podle bodu 40, vyznačený tím, že formarovněž tvoří nepropustnou nádobu,
25. 42. Tvarové kompozitní těleso s kovovou matricí,vyrobené jedním z předchozích bodů.