FI89014C - Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit - Google Patents

Description

! 89014

Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi -Förfarande för framställning av en metallmatriskomposit 5 Esillä oleva keksintö koskee menetelmää metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi. Menetelmässä on oleellista se, että se käsittää jauhemaisen matriisimetallin ja oleellisesti ei-reagoivan täyteaineen sekoittamisen läpäisevän massan muodostamiseksi ja sulan matriisimetallin 10 saattamisen spontaanisti tunkeutumaan ainakin läpäisevän massan osaan. Jauhemaisen matriisimetallin läsnäolo täyteaineessa vähentää täyteaineen suhteellista tilavuusosuutta matriisimetallin suhteen.

15 Keksinnössä on edullista käyttää tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutu-misatmosfääriä, jotka ainakin prosessin jossakin vaiheessa ovat yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin, mikä sallii sulan metallimatriisin spontaanin tunkeutumisen täyte-20 aineeseen tai esimuottiin.

Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä, kuituja tai vastaavia, käsittävät komposiittituotteet näyttävät lupaavil-25 ta moniin eriin sovellutuksiin, koska niissä yhdistyvät osa lujittavan faasin jäykkyydestä ja kulutuskestävyydestä metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleensä metallimatriisikomposiitilla saadaan parannettua sellaisia ominaisuuksia kuten lujuus, jäykkyys, hankauskulu-30 tuksen kestävyys ja lujuuden pysyminen korkeammissa lämpötiloissa, verrattuna matriisimetalliin monoliittisessa muodossaan, mutta määrä, johon saakka määrättyä ominaisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseessä olevista ainesosista, niiden tilavuus- tai painosuhteista sekä 35 siitä, miten niitä käsitellään komposiittia muodostettaessa. Eräissä tapauksissa komposiitti voi myös olla kevyempää kuin matriisimetalli sellaisenaan. Alumiinimatriisi-komposiitit, jotka on vahvistettu keräämillä, kuten 2 89014 esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden tai kuitukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden alumiiniin verrattuna suuremmasta jäykkyydestä, kulutuksen kestävyydestä ja korkean lämpötilan lujuudesta.

5

Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on kuvattu erilaisia metallurgisia menetelmiä, mukaanlukien menetelmiä, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumiatekniikoihin, joissa käytetään 10 hyväksi painevalua, tyhjövalua, sekoittamista, ja notkistumia. Jauhemetallurgiatekniikoiden avulla jauheen muodossa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava aine sekoitetaan ja sitten joko kylmäpuristetaan ja sintrataan, tai kuuma-15 puristetaan. Tällä menetelmällä tuotetun piikarbidilla lujitetun alumiinimatriisikomposiitin suurimman keraamin tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosenttia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauksessa.

20

Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauhemetallurgi-sia tekniikoita käyttävin tavanomaisin menetelmin asettaa eräitä rajoituksia aikaansaatavien tuotteiden ominaisuuksille. Komposiitissa olevan keraamifaasin tilavuusosa on 25 tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 prosenttiin. Samaten asettaa puristustoiminta rajan käytännössä saavutettavalle koolle. Ainoastaan suhteellisen yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jälkeenpäin tapahtuvaa käsittelyä (esim. muotoilua tai 30 koneistusta) tai ottamatta käyttöön monimutkaisia puristimia. Sintrauksen aikana voi myös esiintyä epätasaista kutistumista, samoin kuin mikrostruktuurin epätasaisuutta, johtuen kiintoaineisiin eriytymisestä ja hiukkasten kasvusta.

35 US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelmä metallimatrii-sikomposiitin muodostamiseksi, johon sisältyy kuitumuotoi- 3 89014 nen lujite, esim. piikarbidi- tai alumiinioksidikuituki-teitä, joilla on ennalta määrätty kuitujen suuntaus. Komposiitti tehdään sijoittamalla samassa tasossa olevien kuitujen samansuuntaisia mattoja tai huopia muottiin 5 yhdessä sulan matriisimetallin, esim. alumiinin lähteen kanssa ainakin joidenkin mattojen välissä, ja kohdistamalla painetta, niin että sula metalli pakotetaan tunkeutumaan mattoihin ja ympäröimään suunnatut kuidut. Mattojen pinon päälle voidaan valaa sulaa metallia, jolloin sitä paineen 10 avulla pakotetaan virtaamaan mattojen väliin. Komposiitissa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 % tilavuuspitoi-suuksia on ilmoitettu.

Edellä kuvattuun tunkeutumismenetelmään liittyy paineen 15 aiheuttamien virtausprosessien yllätyksellisiä vaihteluja. ts. mahdollisia epäsäännöllisyyksiä matriisin muodostumisessa, huokoisuutta, jne, kun otetaan huomioon että se riippuu ulkoisesta paineesta sulan matriisimetallin pakottamiseksi kuitupitoisten mattojen läpi. Ominaisuuksien 20 epätasaisuus on mahdollinen vaikka sulaa metallia johdettaisiin useammasta kohdasta kuitupitoiseen järjestelyyn. Vastaavasti on järjestettävä monimutkaiset matto/lähde-järjestelyt ja virtausreitit soveltuvan ja tasaisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi kuitumattojen pinoon. Edellä 25 mainittu painetunkeutumismenetelmä mahdollistaa myös ainoastaan suhteellisen pienen lujitusaineen ja matriisiti-lavuuden suhteen, johtuen suureen mattotilavuuteen kiinteästi liittyvästä tunkeutumisen vaikeudesta. Lisäksi muoteissa on oltava sulaa metallia paineen alaisena, joka 30 nostaa menetelmän kustannuksia. Lopuksi edellä mainittu menetelmä, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu alumiinimatrii-sikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satunnaisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistä tai 35 kuiduista koostuvilla aineilla.

4 89014

Aluiiiiinimatriisi-alumiinioksiditäytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksidia, jolloin on vaikeata muodostaa yhtenäinen tuote. Tähän ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Eräs sellainen 5 lähestyminen on alumiinin päällystäminen metallilla (esim. nikkelillä tai wolframilla), joka sitten kuumapuristetaan yhdessä alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan päällystää piidioksidilla. Näillä komposiiteilla kuitenkin 10 ominaisuudet vaihtelevat, tai päällystykset voivat heikentää täytettä, tai matriisi sisältää litiumia, joka voi vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.

US-patentilla 4,232,091 voitetaan eräitä alan vaikeuksia, 15 joita kohdataan valmistettaessa alumiinimatriisi-alumii-nioksiditäytteisiä komposiitteja. Tässä patentissa kuva-taan 75 - 375 kg/cm paineen kohdistamista pakottamaan sula alumiini (tai sula alumiiniseos) alumiinioksidia olevaan kuitu- tai kuitukidemattoon, joka on esilämmitetty alueelle 20 700 - 1050°C. Alumiinioksidin suurin suhde metalliin tuloksena olevassa kiinteässä valukappaleessa oli 0,25:1. Koska tässä menetelmässä ollaan riippuvaisia ulkopuolisesta paineesta tunkeutumisen aikaansaamiseksi, sitä vaivaa-vat monet samat puutteet kuin US-patenttia 3,970,136.

25 EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi-komposiittien valmistamista, jotka ovat erityisen käyttökelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi-muotin alumiinioksidimatriisin ontelot täytetään 30 alumiinilla, ja tätä varten käytetään erilaisia tekniikoita alumiinioksidin kostuttamiseksi koko esimuotissa. Alumiinioksidi kostutetaan esimerkiksi titaani-, zirkonium-, hafnium tai niobi-diboridia olevalla kostutusaineella tai metallilla, ts. litiumilla, magnesiumilla, kalsiumilla, 35 titaanilla, kromilla, raudalla, koboltilla, nikkelillä, zirkoniumilla tai hafniumilla. Kostutuksen edistämiseksi käytetään inerttiä atmosfääriä, kuten argonia. Tässä 5 89014 julkaisussa esitetään myös paineen kohdistaminen sulan alumiinin saamiseksi tunkeutumaan päällystämättömään matriisiin. Tässä suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saattamalla huokoset ensin tyhjöön ja kohdistamalla sitten 5 sulaan alumiiniin painetta inertissä atmosfäärissä, esim. argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuottiin voidaan tunkeutua höyryfaasissa olevalla alumiinipäällystyksellä pintojen kostuttamiseksi ennen onteloiden täyttämistä tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin 10 pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan lämpökäsittelyä, esim lämpötilassa 1400 - 1800°C, joko argonissa tai tyhjössä. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen altistuminen kaasulle, tai tunkeutumispaineen poistaminen, aiheuttaa alumiinin häviämistä kappaleesta.

15

Kostutusaineiden käyttäminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisältävään elektrolyyttikennoon on esitetty myös EP-patenttihakemuk-sessa 94353. Tässä julkaisussa kuvataan alumiinin tuotta-20 mistä elektrolyysillä kennossa, jossa virranjohdinkatodi on kennon vaippana tai alustana. Tämän alustan suojaamiseksi sulalta kryoliitilta levitetään alumiinioksidialus-talle ohut päällystys kostutusaineen ja liukenemisen estävän aineen seoksella ennen kennon käynnistämistä tai 25 kun se on upotettuna elektrolyysiprosessin tuottamaan sulaan alumiiniin. Kuvattuja kostutusaineita ovat titaani, zirkonium, hafnium, pii, magnesium, vanadiini, kromi, niobi tai kalsium, ja titaani esitetään edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetään olevan 30 hyödyllisiä estettäessä kostutusaineiden liukenemista sulaan alumiiniin. Tässä julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikä siinä eh-dotetaa sellaisten komposiittien muodostamista esimerkiksi typpiatmosfäärissä.

35

Paineen ja kostutusaineiden käytön lisäksi on kuvattu tyhjön kohdistamisen edistävän sulan alumiinin tunkeutu- 6 89014 mistä huokoiseen keraamikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa-tentissa 3,718,441 raportoidaan keraamiseen kappaleeseen (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja beryl1iumoksidi) tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, berylliumilla, 5 magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelillä tai —6 —2 kromilla, tyhjössä joka on alle 10 torr. Välillä 10 ...

10-6 torr oleva tyhjö johti keraamin heikkoon kostuttami-seen sulalla metallilla, niin ettei metalli virrannut vapaasti keraamin ontelotiloihin. Kostuttamisen sanotaan 10 kuitenkin parantuneen, kun tyhjö pienennettiin alle 10-6 torr.

Myös US-patentissa 3,864,154 esitetään tyhjön käyttämistä tunkeutumisen aikaansaamiseksi. Tässä patentissa selite-15 tään kylmäpuristetun AlBi2-jauhekappaleen asettamista kylmäpuristetun alumiinijauheen pedille. Sen jälkeen sijoitettiin lisää alumiinia AIB12-jauhekappaleen päälle. Sulatusastia, jossa AlBi2-kappale oli "kerrostettuna" alumiini jauhekerrosten väliin, sijoitettiin tyhjöuuniin. Uu-20 niin järjestettiin noin 10”5 torr oleva tyhjö kaasun poistumista varten. Lämpötilaa nostettiin sen jälkeen 1100°C:een, jossa se pidettiin 3 tuntia. Näissä oloissa sula alumiini tunkeutui AlB 12-kappaleeseen.

25 US-patentissa 3,364,976 selitetään suunnitelmaa itsestään kehittyvän tyhjön aikaansaamista kappaleeseen, sulan metallin tunkeutumisen lisäämiseksi kappaleeseen. Erityisesti selitetään, että kappale, esim. grafiittimuotti, teräs-muotti tai huokoinen tulenkestävä aine, kokonaan upotetaan 30 sulaan metalliin. Muotin tapauksessa metallin kanssa reagoivan kaasun kanssa täytetty muottiontelo on yhteydessä ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon täyttyminen itsestään kehittyvän tyhjön 35 syntyessä ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin reaktion johdosta. Tyhjö on erityisesti tulosta metallin kiinteän oksidimuodon syntymisestä. Siten tässä julkaisus- 7 89014 sa esitetään, että on oleellista aikaansaada ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin välinen reaktio. Muotin käyttäminen tyhjön luomiseksi ei kuitenkaan välttämättä ole toivottavaa, johtuen muotin käyttöön liittyvistä 5 välittömistä rajoituksista. Muotit on ensin koneistettava määrättyyn muotoon; sitten loppukäsiteltävä, koneistettava hyväksyttävän valupinnan tuottamiseksi muottiin; sitten koottava ennen niiden käyttämistä; sitten purettava niiden käytön jälkeen valukappaleen poistamiseksi niistä; ja sen 10 jälkeen muotti on jälleen saatettava käyttökuntoon, mikä mitä todennäköisimmin merkitsisi muotin pintojen uudelleen käsittelyä tai muotin poistamista, ellei se enää ole käyttöön hyväksyttävä. Muotin koneistaminen monimutkaiseen muotoon saattaa olla erittäin kallista ja aikaavievää. 15 Lisäksi muodostuneen kappaleen poistaminen monimutkaisen muotoisesta muotista saattaa olla vaikeata (ts. monimutkaisen muotoiset valukappaleet saattavat mennä rikki niitä muotista poistettaessa). Lisäksi, vaikka julkaisussa ehdotetaan, että huokoinen tulenkestävä aine voitaisiin 20 suoraan upottaa sulaan metalliin tarvitsematta käyttää muottia, niin tulenkestävän aineen olisi oltava yhtenäinen kappale, koska ei ole olemassa mahdollisuutta aikaansaada tunkeutumista irralliseen tai erotettuun huokoiseen aineeseen ilman säiliönä olevaa muottia (ts. uskotaan yleisesti, 25 että hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai valuisi hajalleen sitä sulaan metalliin sijoitettaessa). Lisäksi, jos haluttaisiin aikaansaada tunkeutuminen hiuk-kasmaiseen aineeseen tai löyhästi muodostettuun esimuot-tiin, olisi ryhdyttävä varotoimiin, niin ettei tunkeutuva 30 metalli syrjäyttäisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, mikä johtaisi epähomogeeniseen mikrostruktuuriin.

Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinkertainen ja luotettava menetelmä muotoiltujen metallimatrii-35 si-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen tai tyhjön käyttämiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai sisäisesti kehitettynä), tai vahingollisten kostutusainei- 8 89014 den käyttämiseen metallimatrlisin luomiseksi toiseen aineeseen, kuten keraamiseen aineeseen. Lisäksi on pitkään ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden määrää, joita tarvitaan metallimatriisi-komposiittikappa-5 leen aikaansaamiseksi. Esillä oleva keksintö tyydyttää nämä tarpeet aikaansaamalla spontaanin tunkeutumismekanismin tunkeutumisen aikaansaamiseksi aineeseen (esim. keraaminen aine), joka voidaan muotoilla esimuotiksi, jossa on sulaa matriisimetallia (esim. alumiinia) tunketumisatmosfäärin 10 (esim. typen) läsnäollessa normaalissa ilmanpaineessa, jolloin tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää on läsnä ainakin jossakin prosessin vaiheessa.

15 Tämän hakemuksen sisältö liittyy useaan rinnakkaiseen hakemukseen. Erityisesti nämä muut rinnakkaiset hakemukset kuvaavat uusia menetelmiä metallimatriisi-komposiittiai-neiden tuottamiseksi (niihin viitataan jälempänä eräissä tapauksissa nimellä "rinnakkais-metallimatriisihakemuk-20 set").

Uutta menetelmää metallimatriisi-komposiittiaineen tuottamiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049,171, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja", nyt US-pa-25 tentti 4,828,008. Mainitun keksinnön menetelmän mukaisesti metallimatriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla läpäisevään täyteaineeseen (esim. keräämiä tai keräämillä päällystettyä ainetta) sulaa alumiinia, joka sisältää ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 30 3 painoprosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu spontaanisti käyttämättä ulkoista painetta tai tyhjöä. Sulan metalliseoksen läähde saatetaan koskettamaan täyte-ainemassaa lämpötilassa, joka on ainakin noin 675°C, kun läsnä on kaasua, joka käsittää noin 10 - 100 tilavuus-35 prosenttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin loput, mikäli sitä on, on ei-hapettavaa kaasua, esim. argonia. Näissä oloissa sula alumiiniseos I: 9 89014 tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehän paineessa muodostaen alumiini- (tai alumiiniseos-) matriisikomposii-tin. Kun haluttu määrä täyteainetta on sulan alumiiniseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyt-5 tämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisi-rakenne, joka sulkee sisäänsä lujittavan täyteaineen. Tavallisesti, ja edullisesti, syötetty sula seos riittää aikaansaamaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti täy-teainemassan rajoille. US-patentin 4,828,008 mukaisesti 10 tuotettujen alumiinimatriisikomposiittien täyteaineen määrä voi olla erittäin suuri. Tässä mielessä voidaan saavuttaa täyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka ovat suurempia kuin 1:1.

15 Edellä mainitun US-patentin 4,828,008 mukaisissa proses-sioloissa alumiininitridiä voi muodostua epäjatkuvana faasina, joka on jakautunut koko alumiinimatriisiin. Nitridin määrä alumiinimatriisissa voi vaihdella sellaisten tekijöiden, kuten lämpötilan, seoksen koostumuksen, 20 kaasun koostumuksen ja täyteaineen mukaisesti. Siten voidaan yhtä tai useampaa sellaista järjestelmän tekijää säätämällä räätälöidä määrättyjä komposiitin ominaisuuksia. Joitakin loppukäyttösovellutuksia varten voi kuitenkin olla toivottavaa, että komposiitti sisältää vähän tai 25 oleellisesti ei lainkaan alumiininitridiä.

On havaittu, että korkeammat lämpötilat edistävät tunkeutumista, mutta johtavat siihen, että menetelmässä herkemmin muodostuu nitridiä. US-patentin 4,828,008 mukaisessa kek-30 sinnössä sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muodostumisen välisen tasapainon valitseminen.

Esimerkki sopivista estovälineistä käytettäviksi metalli-matriisikomposiittien muodostamisen yhteydessä on selitet-35 ty rinnakkaisessa US-hakemuksessa 141,642, jonka nimityksenä on "Menetelmä metallimatriisikomposiittien valmistamiseksi estoainetta käyttäen". Tämän keksinnön menetelmän 10 8 9 01 4 mukaisesti estovälinettä (esim. hiukkasmaista titaanidi-boridia tai grafiittiainetta, kuten joustavaa grafiit-tinauhatuotetta, jota Union Carbide myy tuotenimellä Grafoil (R)) sijoitetaan täyteaineen määrätyllä rajapin-5 nalle ja matriisiseos tunkeutuu estovälineen määrittelemään rajapintaan saakka. Estovälinettä käytetään estämään, torjumaan tai lopettamaan sulan seoksen tunkeutuminen, jolloin aikaansaadaan verkon, tai lähes verkon muotoja tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa. Vastaa-10 vasti muodostetuilla metallimatriisi-komposiittikappa- leilla on ulkomuoto, joka oleellisesti vastaa estovälineen sisämuotoa.

US-patenttihakemuksen 049,171 mukaista menetelmää paran-15 nettiin rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168,284, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi". Mainitussa hakemuksessa esitettyjen menetelmien mukaisesti matriisimetal-liseos on läsnä metallin ensimmäisenä lähteenä ja mat-20 riisimetallin varastolähteenä, joka on yhteydessä sulan metallin ensimmäiseen lähteeseen, esimerkiksi painovoimai-sen virtauksen välityksellä. Erityisesti, mainitussa hakemuksessa esitetyissä oloissa, sulan matriisiseoksen lähde alkaa tunkeutua täyteainemassaan normaalissa ilma-25 kehän paineessa ja aloittaa siten metallimatriisikomposii-tin muodostuksen. Sulan matriisimetallin ensimmäinen lähde kulutetaan sen tunkeutuessa täyteainemassaan, ja haluttaessa sitä voidaan lisätä, edullisesti jatkuvalla tavalla, sulan matriisimetallin varastolähteestä spontaanin tunkeu-30 tumisen jatkuessa. Kun toivottu määrä läpäisevää täyteainetta on sulan matriisiseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyttämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisistruktuuri, joka ympäröi lujittavaa täyteainetta. On ymmärrettävä, että metallivarastolähteen 35 käyttäminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa kuvatun keksinnön eräs suoritusmuoto, eikä varastolähteen suoritusmuodon yhdistäminen jokaiseen siinä esitettyyn Π 89014 keksinnön vaihtoehtoiseen suoritusmuotoon ole välttämätöntä, joista eräät voisivat myös olla hyödyllisiä käytettynä esillä olevan keksinnön yhteydessä.

5 Metallin varastolähdettä voi olla sellaisena määränä, että se aikaansaa riittävän metallimäärän tunkeutumisen ennalta määrätyssä määrin läpäisevään täyteaineeseen. Vaihtoehtoisesti voi valinnainen estoväline olla kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan ainakin sen toisella puolella 10 rajapinnan määrittelemiseksi.

Lisäksi, vaikka syötetyn sulan matriisiseoksen määrän tulisi olla riittävä sallimaan spontaanin tunkeutumisen eteneminen ainakin oleellisesti täyteaineen läpäisevän 15 massan rajapintoihin (ts. estopintoihin) saakka, varasto-lähteessä olevan seoksen määrä voisi ylittää sellaisen riittävän määrän niin, että on olemassa riittävä määrä seosta tunkeutumisen loppuun saattamiseksi, ja sen lisäksi ylimääräinen sula metalliseos voisi jäädä ja kiinnittyä 20 metallimatriisi-komposiittikappaleeseen (esim. makrokom- posiittiin). Kun siten läsnä on ylimäärä sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on kompleksinen komposiittikappale (esim. makrokomposiitti), jossa metallimatriisin läpitunkema keraamikappale suoraan sitoutuu varastolähteeseen 25 jäävään ylimääräiseen metalliin.

Jokainen edellä selitetyistä rinnakkais-metallimatriisi-hakemuksista kuvaa menetelmiä metallimatriisi-komposiit-tikappaleiden tuottamiseksi sekä uusia metallimatriisi-30 komposiittikappaleita, joita niillä tuotetaan. Edellä mainitut rinnakkais-metallimatriisihakemukset sisällytetään tähän nimenomaisina viitteinä.

Metallimatriisi-komposiittikappale, jossa on vaihteleva 35 tilavuusosuus täyteainetta, tehdään sekoittamalla ainakin jonkin verran jauhemaista matriisimetallitäytettä täyteaineeseen tai eeimuottiin, jonka jälkeen saatetaan sula 12 89014 matriisimetalli spontaanisti tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin. Erityisesti tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjä ja/tai tunkeutumisatmos-fääri on yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin ainakin 5 prosessin jossakin vaiheessa, mikä sallii sulan matriisime-tallin spontaanin tunkeutumisen täyteaineeseen tai esimuottiin.

Esimuottiin tai täyteaineeseen lisätty jauhemainen matit) riisimetallitäyte toimii vähentäen täyteaineen tilavuuso-suutta matriisimetallin suhteen, toimimalla välikeaineena täyteaineen välissä. Erityisesti voi täyteaine tai esi-muotti sisältää vain rajoitetun määrän huokoisuutta ennen kuin sen käsitteleminen tulee vaikeaksi, jopa mahdottomak-15 si, johtuen sen pienestä lujuudesta. Jos kuitenkin täyteaineeseen tai esimuottiin sekoitetaan jauhemaista mat-riisimetallitäytettä, voidaan aikaansaada tehokas huokoisuus (ts. sen sijaan että järjestettäisiin täyteaine tai esimuotti suuremmalla huokoisuudella, voidaan täyte-20 aineeseen tai esimuottiin lisätä jauheamista matriisime-tallitäytettä). Tässä mielessä, niin kauan kun jauhemainen matriisimetallitäyte muodostaa toivotun seoksen tai metal-liyhdisteen täyteaineeseen tai esimuottiin spontaanisti tunkeutuvan sulan matriisimetallin kanssa, eikä aikaansaa-25 da haittavaikutuksia spontaaniin tunkeutumiseen, tuloksena oleva metallimatriisi-komposiittikappale vaikuttaisi erittäin huokoisella täyteaineella tai esimuotilla tehdyltä.

30 Täyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn jauhemaisen matriisimetallitäytteen kemiallinen koostumus voi olla täysin sama, oleellisesti sama tai jonkin verran erilainen kuin matriisimetallilla, joka spontaanisti tunkeutuu täyteaineeseen tai esimuottiin. Jos jauhemaisen matriisime-35 tallitäytteen koostumus poikkeaa matriisimetallista, joka tunkeutuu täyteaineeseen tai esimuottiin, tulisi kuitenkin muodostua toivottuja metalliyhdisteitä ja/tai seoksia l 13 8 9 O i 4 matriisimetallin ja jauhemaisen matriisimetallitäytteen yhdistelmästä metallimatriisi-komposiittikappaleen ominaisuuksien korostamiseksi.

5 Keksinnön eräässä edullisessa suoritusmuodossa tunkeutumisen edistäjän edeltäjä voidaan syöttää ainakin yhteen, täyteaineeseen tai esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin. Tunkeutumisen edistäjän edeltäjä voi sen jälkeen reagoida spontaanissa järjestel-10 mässä olevan toisen aineen kanssa tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi.

Huomattakoon, että tämä hakemus käsittelee pääasiassa alumiinimatriisimetalleja, jotka jossain metallimatriisi-15 komposiittikappaleen muodostumisen vaiheessa ovat kosketuksessa magnesiumiin, joka toimii tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä, tunkeutumisatmosfäärinä toimivan typen läsnäollessa. Siten alumiini/magnesium/typpi-järjestelmän mat-riisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutu-20 misatmosfääri-järjestelmällä esiintyy spontaania tunkeutumista. Monet muut matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfääri -järjestelmät voivat myös käyttäytyä samantapaisesti kuin alumiini/mag-nesium/typpi-järjestelmä. Samantapaista spontaania tun-25 keutumiskäyttäytyrnistä on esimerkiksi havaittu alumii- ni/strontium/typpi-järjestelmässä; alumiini/sinkki/happi-järjestelmässä; sekä alumiini/kalsium/typpi-järjestelmässä. Vastaavasti, vaikka tässä hakemuksessa käsitellään pääasiassa alumiini/magnesium/typpi-järjestelmää, on ym-30 märrettävä, että muut metallimatriisi/tunkeutumisen edis täjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmät voivat käyttäytyä samantapaisesti.

Tunkeutumisen edistäjän edeltäjän syöttämisen sijasta 35 voidaan tunkeutumisen edistäjää syöttää suoraan ainakin täyteaineeseen ja/tai esimuottiin ja/tai matriisimetalliin ja/tai jauhemaiseen matriisimetallitäytteeseen ja/tai 14 8 9 01 4 tunkeutumisatmosfääriin. Lopuksi tulisi tunkeutumisen edistäjän ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.

5 Matriisimetallin käsittäessä alumiiniseosta, saatetaan alumiiniseos kosketukseen esimuottiin tai täyteaineeseen (esim. alumiinioksidia tai piikarbidia), jolloin täyteaineeseen on sekoitettu magnesiumia, tai jolloin ne saatetaan magnesiumin vaikutuksen alaiseksi prosessin jossakin koh-10 dassa. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa alumiiniseos ja/tai esimuotti tai täyteaine pidetään lisäksi typpiat-mosfäärissä ainakin prosessin osan aikana. Esimuotissa esiintyy matriisimetallin spontaania tunkeutumista, ja spontaanin tunkeutumisen ja metallimatriisin muodostuminen 15 vaihtelee prosessiolojen annetun järjestelyn mukaisesti, johon sisältyy esimerkiksi järjestelmään (esim. alumiiniseokseen ja/tai jauhemaiseen matriisimetallin täy-teseokseen ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin) tuotetun magnesiumin pitoisuus, 20 täyteaineen tai esimuotin hiukkasten koko ja/tai koostumus, typen pitoisuus tunkeutumisatmosfäärissä, aika jona tunkeutumisen annetaan esiintyä, ja/tai esimuotissa tia täyteaineessa olevan jauhemaisen matriisimetallitäytteen koko ja/tai koostumus ja/tai määrä, ja/tai lämpötila, jossa 25 tunkeutuminen esiintyy. Spontaania tunkeutumista esiintyy tyypillisesti niin suuressa määrin, että se riittää oleellisen täydellisesti ympäröimään esimuotin tai täyteaineen.

30 Määritelmiä "Alumiini" merkitsee ja sisältää tässä käytettynä oleellisesti puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, kaupallisesti saatavan seostamattoman alumiinin) tai me-35 tallin ja metalliseosten muita laatuja, kuten kaupallisesti saatavat metallit, joissa on epäpuhtauksia ja/tai jotka sallivat siinä olevan sellaisia ainesosia, kuten rautaa, n 1* 8901 4 piitä, kuparia, magnesiuma, mangaania, kromia, sinkkiä, jne. Tämän määritelmän tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pääainesosana.

5 "Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tässä käytettynä sitä, että tunkeutumisatmosfäärin muodostavan primääri-kaasun lisänä oleva mikä tahansa kaasu on joko inerttiä kaasua tai pelkistävää kaasua, joka oleellisesti ei reagoi 10 matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien kaasussa (kaasuissa) epäpuhtautena mahdollisesti läsnä olevien hapettavien kaasujen määrän tulisi olla riittämätön matriisimetallin hapettamiseen missään oleellisessa määrin prosessin olosuhteissa.

15 "Estoaine" tai "estoväline" merkitsee tässä käytettynä mitä tahansa soveltuvaa välinettä, joka vuorovaikuttaa, estää, torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, täyteainemassan tai esimuotin 20 rajapinnan taakse, jolloin mainittu estoväline määrittelee sellaisen rajapinnan. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole oleellisesti haihtuvia 25 (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, että siitä tulisi estoaineena hyödytön).

Lisäksi sopivat "estovälineet" sisältävät aineita, joita kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana 30 ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää 35 mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja määrittelee ainakin osan tuloksena olevan metallimatriisi-komposiittituotteen pinnasta. Estoaine ie 8901 4 voi määrätyissä tapauksissa olla läpäisevää tai huokoista, tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.

5 "Jäännökset" tai "matriisimetallin jäännökset" viittaa tässä käytettynä alkuperäisen matriisimetallirungon mahdolliseen osaan, joka jää jäljelle ja joka ei ole kulunut metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostuksen aikana, 10 ja tyypillisesti, jos sen annetaan jäähtyä, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Tulisi ymmärtää, että jäännökset voivat myös sisältää toista tai vierasta ainetta.

15 "Täyteaine" on tässä käytettynä tarkoitettu sisältämään joko yksittäisiä aineksia tai ainesseoksia, jotka oleellisesti eivät reagoi matriisimetallin kanssa ja/tai joilla on rajoitetu liukenevuus matriisimetalliin, ja jotka voivat olla yksi- tai useampifaasisia. Täyteaineita voidaan 20 järjestää lukuisissa eri muodoissa, kuten jauheina, liuskoina, hiutaleina, mikropalloina, kuitukiteinä, kuplina, jne, ja ne voivat olla joko tiiviitä tai huokoisia. Täyteaine voi myös sisältää keraamisia täyteaineita, kuten alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina 25 kuituina, hiukkasina, kuitukiteinä, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tai vastaavina, ja päällystettyjä täyteaineita, kuten hiilikuituja, jotka on päällystetty alumiinioksidilla tai piikarbidilla hiilen suojaamiseksi esim. sulan perusmetalli-alumiinin syövyttävältä vaikutuk-30 seita. Täyteaineet voivat myös käsittää metalleja.

"Tunkeutumisatmosfääri" tässä käytettynä tarkoittaa sitä atmosfääriä, joka on läsnä ja joka vuorovaikuttaa matriisimetallin ja/tai esimuotin (tai täyteaineen) ja/tai 35 tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän kanssa ja sallii tai edistää matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esiintymisen.

17 8901 4 "Tunkeutumisen edistäjä” merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka edistää tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen 5 edistäjän edeltäjän reaktiolla tunkeutumisatmosfäärin kanssa 1) kaasun ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tunkeutumisatmosfäärin reaktiotuotteen ja/tai 3) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja täyteaineen tai esimuotin reaktiotuotteen muodostamiseksi. Lisäksi tunkeu-10 tumisen edistäjää voidaan syöttää suoraan ainakin yhteen seuraavista: esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfääriin; ja se voi toimia oleellisesti samalla tavalla kuin tunkeutumisen edistäjä, joka on muodostunut tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja jonkin 15 toisen aineen reaktiona. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.

20 "Tunkeutumisen edistäjän edeltäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka yhdessä matriisimetallin, esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin kanssa käytettynä muodostaa tunkeutumisen edistäjän, joka aiheuttaa tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai 25 esimuottiin. Haluamatta sitoutua mihinkään määrättyyn teoriaan tai selitykseen, vaikuttaa siltä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjää pitäisi pystyä asettamaan, sen pitäisi sijaita tai sitä pitäisi voida kuljettaa sellaiseen kohtaan, joka sallii tunkeutumisen edistäjän edeltäjän olla 30 vuorovaikutuksessa tunkeutumisatmosfäärin kanssa ja/tai esimuotin tai täyteaineen ja/tai metallin kanssa. Eräissä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-tumisatmosfääri-järjestelmissä on esimerkiksi toivotta vaa, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä höyrystyy siinä 35 lämpötilassa jossa matriisimetalli sulaa, tämän lämpötilan lähellä, tai eräissä tapauksissa jopa jonkinverran tämän lämpötilan yläpuolella. Sellainen höyrystyminen saattaa ie 8901 4 johtaa: 1) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kaasun muodostamiseksi, joka edistää täyteaineen tai esimuotin kostuttamista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistä-5 jän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista; ja/tai 3) sellaiseen tunkeutumisen edistäjän edel-10 täjän reaktioon täyteaineessa tai esimuotissa, joka muodostaa kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistäjän ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista.

15 "Pieni hiukkasten osuus" tai "pienempi täyteaineen tila-vuusosuus" merkitsee tässä käytettynä sitä, että mat-riisimetallin tai matriisimetalliseoksen tai metalliyhdis-teiden määrää suhteessa täyteaineeseen on nostettu suhteessa täyteaineeseen tai esimuottiin, jossa on tapah-20 tunut spontaania tunkeutumista ilman jauhemaisen mat-riisimetallitäytteen lisäämistä täyteaineeseen tai esimuottiin.

"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevät 25 tässä käytettynä sitä metallia, joka sekoittuu täyteaineeseen metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi. Kun matriisimetalliksi nimetään määrätty metalli, on ymmärrettävä, että sellainen matriisimetalli sisältää tämän metallin oleellisesti puhtaana metallina, kaupalli-30 sesti saatavana metallina, jossa on epäpuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostamana yhdisteenä tai seoksena, jossa tämä metalli on pääasiallisena osana.

"Matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-35 tumisatmosfääri-järjestelmä" eli "spontaani järjestelmä" viittaa tässä käytettynä siihen aineiden yhdistelmään, jolla esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin ja I.

19 8901 4 täyteaineeseen. On ymmärrettävä, että kun esimerkin mat-riisimetallin, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tun-keutumisatmosfäärin välissä esiintyy merkki "/", sitä käytetään merkitsemään järjestelmää tai aineiden yhdistel-5 mää, jolla määrätyllä tavalla yhdisteltynä esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin tai täyteaineeseen.

"MetallimatriisikomposiittiH eli "MMC" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka käsittää kaksi- tai kolmiulottei-10 eesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitää sisällään esimuottia tai täyteainetta. Matriisimetalli voi sisältää erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tuloksena olevassa komposiitissa.

15

Matriisimetallista "poikkeava" metalli merkitsee metallia, joka ei sisällä pääasiallisena ainesosana samaa metallia kuin matriisimetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin pääasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metal-20 Iin pääasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).

"Ei-reaktiivinen astia matriisimetallia varten" merkitsee mitä tahansa astiaa, joka voi sisältää täyteainetta (tai esimuotin) ja/tai sulaa matriisimetallia prosessin olois-25 sa, ja joka ei reagoi matriisin ja/tai tunkeutumisatmos-fäärin ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän kanssa sellaisella tavalla, joka oleellisesti huonontaisi spontaania tunkeutumismekanismia.

30 "Jauhemainen matriisimetalli" merkitsee tässä käytettynä matriisimetallia, joka on muodostettu jauheeksi, ja joka sisällytetään ainakin osaan täyteainetta tai esimuottia. On ymmärrettävä, että jauhemaisen matriisimetallin koostumus voi olla sama, samantapainen tai täysin erilainen 35 kuin matriisimetallilla, joka tunkeutuu täyteaineeseen tai esimuottiin. Käytettävän jauhemaisen matriisimetallin tulisi kuitenkin kyetä muodostamaan toivottava seos ja/tai 20 8 901 4 metalliyhdiste matriisimetallin kanssa, joka tunkeutuu täyteaineeseen tai esimuottiin. Lisäksi jauhemainen mat-riisimetalli voisi sisältää tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää.

5 "Esimuotti" tai "läpäisevä esimuotti" merkitse tässä käytettynä sellaista huokoista täytemassaa tai täyte-ainemassaa, joka valmistetaan ainakin yhdellä rajapinnalla, joka oleellisesti määrittelee tunkeutuvalle mat-10 riisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittävän hyvin pitää ehjän muotonsa ja tuorelujuuden, niin että se aikaansaa mittapysyvyyden ennen kuin matriisimetalli tunkeutuu siihen. Massan tulisi olla riittävän huokoista, niin että se sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen 15 siihen. Tyypillisesti esimuotti käsittää sidotun ryhmän tai täyteaineen järjestelyn, joko homogeenisen tai epähomogeenisen, ja se voi käsittää mitä tahansa soveltuvaa ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauheita, kuituja, kuitukiteitä, jne, sekä mitä tahansa näiden 20 yhdistelmää). Esimuotti voi olla joko erillisenä tai kokoonpanona.

"Varastolähde" tai varasto merkitsee tässä käytettynä erillista matriisimetallin kappaletta, joka on sijoitettu 25 täyteainemassan tai esimuotin suhteen niin, että kun metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eräissä tapauksissa alunperin aikaansaamaan ja sen jälkeen täydentämään sitä matriisimetallin osaa, segmenttiä tai lähdettä, joka koskettaa täyteainetta tai esimuottia.

30 "Spontaani tunkeutuminen" merkitsee tässä käytettynä matriisimetallin tunkeutumista läpäisevään täyteainemassan tai esimuottiin, joka tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjön käyttämistä (ei ulkoisesti kohdistettua eikä sisäi-35 sesti kehitettyä).

21 8901 4

Seuraavat kuviot on järjestetty keksinnön ymmärtämisen tueksi, mutta niitä ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnön suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on käytetty mahdollisuuksien mukaan samoja viitenumerolta osoittamaan 5 samanlaisia osia, jolloin:

Kuvio 1 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi, jolla on pienempi hiukkasosuus esimerkkien 1-4 mukaisesti; 10 ja

Kuviot 2-5 ovat valokuvia vastaavista näytteistä, jotka on tehty esimerkkien 1-4 mukaisesti.

15 Esillä oleva keksintö liittyy metallimatriisi-komposiit-tikappaleen muodostamiseen, jonka ominaisuutena on sisältää säädettävä ja vaihteleva tilavuusosuus täyteainetta. Tarkemmin sanoen, sekoittamalla täyteaineeseen tai esi-muottiin jonkin verran jauhemaista matriisimetallitäytet-20 tä, voidaan täyteaineen tilavuusosuutta pienentää mat-riisimetallin suhteen, johtaen siten mahdollisuuteen muodostetun metallimatriisi-komposiittikappaleen hiukkas-osuuksien ja muiden ominaisuuksien säätämiseen.

25 Vaikka suuria hiukkasten osuuksia (esimerkiksi suuruusluokkaa 40 - 60 tilavuusprosenttia) voidaan aikaansaada spontaanin tunkeutumisen menetelmillä, joita on esitetty esim. rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessa 049,171 (13.5.1987), niin sellaisia menetelmiä käyttäen on vai-30 keata, ellei jopa mahdotonta saavuttaa pienempiä hiukkasten osuuksia (suuruusluokkaa 1-40 tilavuusprosenttia). Erityisesti näitä menetelmiä käyttäen vaaditaan pienempien hiukkasosuuksien saavuttamiseksi esimuottien tai täyteaineen varustamista suurella huokoisuudella. Viime kädessä 35 saavutettavaa huokoisuutta rajoittavat täyteaine tai esi-muotit, koska sellainen huokoisuus on käytetyn täyteaineen ja valittujen hiukkasten koon tai rakeisuuden funktio.

22 8901 4

Esillä olevan keksinnön mukaisesti sekoitetaan jauhemaista matriisimetallia homogeenisesti täyteaineeseen, täyteaineen hiukkasten jakaantumisetäisyyden lisäämiseksi, jolloin aikaansaadaan pienempihuokoinen kappale, johon tun-5 keutuminen tapahtuu. Tunkeutumista varten voidaan siten järjestää esimuotteja tai täyteainetta, joka käsittää 1 -75 tilavuusprosenttia tai enemmän, ja edullisesti 25 - 75 tilavuusprosenttia jauhemaista matriisimetallia, riippuen tuloksena olevalle tuotteelle toivotusta hiukkasten lopul-10 lisesta tilavuusosuudesta. Kuten seuraavasta selityksestä ja esimerkeistä paremmin ilmenee, johtaa jauhemaisen matriisimetallin tilavuusprosentin kasvaminen lopullisen tuotteen keraamisten hiukkasten osuuden tilavuusprosentin siihen liittyvään pienenemiseen. Lopullisen tuotteen ke-15 raamisten hiukkasten osuutta voidaan siten säätää säätämällä jauhemaisen matriisimetallin osatekijää esimuotissa tai täyteaineessa.

Jauhemainen matriisimetalli voi olla, mutta sen ei tarvitse 20 olla, scimaa matriisimetallia, joka spontaanisti tunkeutuu esimuottiin tai täyteaineeseen. Saman metallin käyttäminen sekä jauhemaista matriisimetallia että matriisimetallia varten johtaa spontaanin tunkeutumisen jälkeen täyteaineen (esim. keraamisen täyteaineen) tai esimuotin ja sekoittu-25 neen matriisimetallin kolmiulotteisesti liittyneen matriisin (ja prosessioloista riippuen mahdollisten sekundääristen nitridifaasien, kuten alla selitetään) oleellisesti kaksifaasiseen komposiittiin. Vaihtoehtoisesti voidaan valita matriisimetallista poikkeava jauhemainen mat-30 riisimetalli siten, että tunkeutumisen yhteydessä muodostuu seos, jolla on toivotut mekaaniset, sähköiset, kemialliset tai muut ominaisuudet. Siten voi täyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyllä jauhemaisella matriisimetallilla olla täsmälleen sama, oleellisesti sauna tai jonkinverran 35 erilainen kemiallinen koostumus kuin spontaanisti tunkeutuneella matriisimetallilla.

23 8901 4

Lisäksi on havaittu, että esimuotti tai täyteaine ja siihen sekoittunut jauhemainen matriisimetalli pitävät saman tai oleellisesti saman keskinäisen suhteen, myös kuumennetta-essa jauhemaisen matriisimetallin sulamispisteen yläpuo-5 lelle. Siten esimerkiksi, vaikka alumiinioksidi on raskaampaa kuin alumiini, niin kuumennettaessa alumiini-oksidia olevaa täyteainetta tai esimuottia, johon on sekoitettu alumiinia, ei alumiinioksidi kuumennettaessa laskeudu, ja oleellisesti homogeeninen jakautuma säilyy. 10 Haluamatta rajoittua mihinkään määrättyyn teoriaan, on muodostettu teoria, että homogeeninen jakautuminen johtuu siitä, että alumiinilla on ulkoinen oksidikalvo (tai muu kalvo, kuten typpikalvo, kun se on ollut kosketuksessa tunkeutumisatmosfääriin), joka estää hiukkasten laskeutu-15 misen.

Koska oleellisesti homogeeninen jakaantuminen säilyy, saadaan tunkeutumisen yhteydessä homogeenisia tuotteita. Koska lisäksi hiukkasten jakautuma säilyy oleellisesti 20 muuttumattomana kuumennuksen aikana, voidaan kulloinenkin jauhemainen matriisimetalli vaihtaa tai sitä voidaan muuttaa määrätyssä tuotteessa erilaisten matriisimetallien ja/tai seosten ja/tai metalliyhdisteiden luomiseksi, joilla on erilaiset ominaisuudet komposiittikappaleen eri 25 kohdissa.

Lisäksi erilaisia täytehiukkasten ja jauhemaisen matriisimetallin suhteita voidaan käyttää määrätyn kappaleen eri osissa, esim. kulutus-, korroosio- tai eroosiokestä-30 vyyden optimoimiseksi, tuotteen erityisen aroissa kohdissa, ja/tai muutoin ominaisuuksien muuttamiseksi eri kohdissa määrättyyn sovellutukseen sovittamiseksi.

Kuten edellä olevasta on ilmeistä, niin jauhemainen 35 matriisimetalli toimii siten välikkeenä, voittaen lujuus-ja muut fyysiset rajoitukset, joita kohdataan pyrittäessä valmistamaan erittäin huokoista täyteainetta tai esimuot- 24 89 01 4 tia. Tuloksena oleva metallimatriisi-komposiittikappale, joka on saatu tunkeutumisen jälkeen, näyttää tehdyn erittäin huokoisesta täyteaineesta tai esimuotista, ilman siihen liittyviä esteitä tai haittoja.

5 Täyteaineen tai esimuotin ja jauhemaisen matriisimetallin sekoitus voidaan muodostaa ja pitää halutussa muodossa jollakin monista tavanomaisista tavoista. Ainoastaan esimerkin vuoksi voidaan täyteaineen tai esimuotin ja jauhe-10 maisen matriisimetallin sekoitus sitoa haihtuvalla sidos-aineella, kuten vahalla, liimalla, vedellä, lietteellä, valamalla, dispersiovalamalla, kuivapuristamalla, tai sijoittamalla inerttiin petiin tai muotoilemalla estoainera-kenteeseen (kuten selitetään yksityiskohtaisemmin alla). 15 Lisäksi voidaan käyttää mitä tahansa muottia, joka sopii spontaaniin tunkeutumiseen, sisältämään ja muotoilemaan matriisimetallin ja jauhemaisen matriisimetallin sekoitusta verkkomaisen tai lähes verkkomaisen muodon aikaansaamiseksi tunkeutumisen jälkeen. Esimuotin tai täyteaineen 20 ja matriisimetallin sekoituksen tulisi kuitenkin säilyä riittävän huokoisena salliakseen matriisimetallin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin ja/tai tunkeutumisen edistäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän tunkeutumisen sen jälkeen kun spontaani tunkeutuminen on aloitettu.

25

Lisäksi jauhemaisen matriisimetallin ei tarvitse olla jauhemuodossa, vaan se voisi sen sijaan olla hiutaleiden, kuitujen, rakeiden, kuitukiteiden tai vastaavien muodossa, riippuen toivotusta lopullisesta matriisirakenteesta. Lo-30 pullisen tuotteen mahdollisimman suuri homogeenisuus saavutetaan kuitenkin, kun käytetään jauhemaista matriisime-tallia.

Lisäksi, täyteaineessa tai esimuotissa olevan jauhemaisen 35 matriisimetallin sijasta tai sen lisäksi voidaan itse täyteaine päällystää matriisimetallilla hiukkasten välien lisäämiseksi, muodostamalla kuitenkin täyteaine tai esi- muotti, jolla on riittävä huokoisuus ja riittävä lujuus, niin että siitä tulee käsiteltävä.

25 8901 4

Matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen aikaansaamisek-5 si esimuottiin, tulisi spontaaniin järjestelmään järjestää tunkeutumisen edistäjä. Tunkeutumisen edistäjä voisi muodostua tunkeutumisen edistäjän edeltäjästä, joka voitaisiin järjestää 1) matriisimetalliin, ja/tai 2) esimuottiin tai täyteaineeseen, ja/tai 3) ulkoisesta lähteestä spon-10 taaniin järjestelmään, ja/tai (4) jauhemaiseen matriisimetalliin, ja/tai 5) tunkeutumisatmosfääristä. Lisäksi, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sijasta voidaan tunkeutumisen edistäjää syöttää suoraan ainakin joko esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfääriin 15 ja/tai jauhemaiseen matriisimetalliin. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.

Edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, että tunkeu-20 tumisen edistäjän edeltäjän voidaan ainakin osittain antaa reagoida tunkeutumisatmosfäärin kanssa, niin että tunkeutumisen edistäjää voi muodostua ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia ja/tai jauhemaista matriisimetallitäytettä ennen kuin tai oleellisesti jatkuvasti kun täyteaine tai 25 esimuotti koskettaa matriisimetallia (esim. jos tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä olisi magnesiumia ja tunkeutu-misatmosfäärinä typpeä, niin tunkeutumisen edistäjä voisi olla magnesiumnitridiä, joka voisi sijaita ainakin osassa esimuottia).

30

Esimerkkinä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltä jä/tunkeutumisatmosf ääri- järjestelmästä on alumiini/ magnesium/typpi-järjestelmä. Erityisesti voidaan alumii-nimatriisimetalli asettaa sopivassa tulenkestävässä as-35 tiassa olevaan täyteaineeseen, joka astia prosessioloissa ei reagoi alumiinimatriisimetallin ja/tai täyteaineen ja/tai jauhemaisen matriisimetallin kanssa, kun alumiini 26 8901 4 sulatetaan. Prosessin oloissa alumiinia oleva matriisime-talli saatetaan tunkeutumaan spontaanisti täyteaineeseen tai esimuottiin.

5 Lisäksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän syöttämisen sijasta voidaan syöttää tunkeutumisen edistäjää suoraan ainakin joko esimuottiin ja/tai matriisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin ja/tai jauhemaiseen matriisime-tallitäytteeseen. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen 10 aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.

Niissä oloissa, joita käytetään esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä, alumiini/magnesium/typpi-spon-15 taanissa tunkeutumisjärjestelmän tapauksessa täyteaineen tai esimuotin tulisi olla riittävän läpäisevää, jotta typpeä sisältävä kaasu voisi tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin prosessin jonkin vaiheen aikana ja/tai koskettaa sulaa matriisimetallia. Lisäksi läpäisevässä täyteai-20 neessa tai esimuotissa voi tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin aiheutuu sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen typen läpäisemään esimuottiin, niin että se muodostaa metallimatriisi-komposiittikappa-leen ja/tai sattaa typen reagoimaan tunkeutumisen edistäjän 25 edeltäjän kanssa tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi täyteaineeseen tai esimuottiin aiheuttaen näin spontaanin tunkeutumisen. Spontaanin tunkeutumisen määrä ja metalli-matriisikomposiitin muodostuminen vaihtelee prosessiolo-jen annetun yhdistelmän mukaisesti, joita ovat mm. mag-30 nesiumin määrä alumiiniseoksessa, magnesiumin määrä esimuotissa tai täyteaineessa, magnesiumin pitoisuus jauhemaisessa matriisimetallissa, magnesiumnitridin määrä esimuotissa, muiden seosalkuaineiden (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, kromi, sinkki, ja vastaavat) läsnäolo, 35 täyteaineen keskimääräinen koko (esim. hiukkashalkaisija) tai esimuotin hiukkasten keskimääräinen koko, täyteaineen pintatila ja tyyppi, jauhemaisen matriisimetallin keski- I: 27 8 9 O i 4 määräinen koko, jauhemaisen matriisimetallin pintatila ja tyyppi, tunkeutumisatmosfäärin typpipitoisuus, tunkeutumiselle annettu aika ja lämpötila, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Annettaessa esimerkiksi sulan alumiinimat-5 riisimetallin tunkeutumisen tapahtua spontaanisti, voidaan alumiini seostaa ainakin noin 1 painoprosentilla, ja edullisesti ainakin noin 3 painoprosentilla magnesiumia (joka toimii tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä), seoksen painoon verrattuna. Muita lisäseosalkuaineita, kuten edel-10 lä on selitetty, voidaan myös sisältää matriisimetalliin sen erityisten ominaisuuksien räätälöimiseksi. Lisäksi lisäseosalkuaineet voivat vaikuttaa matriisin alumiinime-tallissa tarvittavan magnesiumin määrään, niin että se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen täyteaineeseen tai esi-15 muottiin. Magnesiumin häviämistä spontaanista järjestelmästä, esimerkiksi höyrystymisen vuoksi, ei saisi tapahtua niin suuressa määrin, ettei magnesiumia ole läsnä muodostamaan tunkeutumisen edistäjää. Siten on toivottavaa, että aluksi käytetään riittävää seosalkuaineiden määrää jotta 20 spontaani tunkeutuminen voisi tapahtua höyrystymisen sitä haittaamatta. Lisäksi magnesiumin läsnäolo kahdessa tai useammassa seuraavassa olevista, esimuotissa, jauhemaisessa matriisimetallimatriisimetallissa ja matriisimetallis-sa tai pelkästään esimuotissa tai pelkästään jauhemaisessa 25 matriisimetallissa, voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista varten vaadittavan määrän pienenemiseen (jota selitetään yksityiskohtaisemmin alempana). Typpiat-mosfäärissä olevan typen määrä vaikuttaa myös metallimat-riisi-komposiittikappaleen muodostumisnopeuteen. Erityi-30 sesti jos atmosfäärissä on alle 10 tilavuusprosenttia typpeä, niin spontaania tunkeutumista esiintyy hyvin hitaasti tai hyvin vähän. On havaittu, että on edullista kun atmosfäärissä on ainakin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin aikaansaadaan lyhyempiä tunkeutumisaikoja paljon 35 suuremmasta tunkeutumismäärästä johtuen. Tunkeutumisat- mosfääri (esim. typpeä sisältävä kaasu) voidaan syöttää suoraan täyteaineseen tai esimuottiin ja/tai matriisime- talliin, tai se voidaan tuottaa aineen hajoamisen tulok sena.

28 8901 4

Sulan matriisimetallin täyteaineseen tai esimuottiin tun-5 keutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin vähimmäismäärä riippuu yhdestä tai useammasta tekijästä, kuten prosessin lämpötilasta, ajasta, muiden lisäseosalkuainei-den kuten piin tai sinkin läsnäolosta, täyteaineen luonteesta, jauhemaisen matriisimetallin luonteesta, mag-10 nesiumin sisältymisestä yhteen tai useampaan spontaanin järjestelmän osaan, atmosfäärin typpisisällöstä, ja typ-piatmosfäärin virtausmäärästä. Voidaan käyttää alempia lämpötiloja tai lyhyempiä kuumennusaikoja täydellisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun seoksen ja/tai esi-15 muotin magnesiumpitoisuutta nostetaan. Samaten annetulla magnesiumpitoisuudella määrättyjen lisäseosalkuaineiden, kuten sinkin lisääminen mahdollistaa alempien lämpötilojen käyttämisen. Esimerkiksi matriisimetallin magnesiumpitoisuutta toimivan alueen alapäässä, esim välillä noin 1-3 20 painoprosenttia, voidaan käyttää yhdessä ainakin jonkin seuraavien kanssa: vähimmäisprosessilämpötilan ylittävä lämpötila, suuri typpipitoisuus, yksi tai useampia li-säseosalkuaineita. Ellei esimuottiin lisätä lainkaan magnesiumia, pidetään välillä noin 3-5 painoprosenttia 25 magnesiumia sisältäviä seoksia edullisina, johtuen niiden yleisestä käytettävyydestä laajoilla prosessiolojen alueilla, jolloin ainakin 5 painoprosenttia pidetään edullisena käytettäessä alempia lämpötiloja ja lyhyempiä aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan käyttää 10 painoprosen-30 tin ylittäviä magnesiumpitoisuuksia tunkeutumiseen vaadittavien lämpötilaolojen muuntelemiseksi. Magnesiumpitoisuutta voidaan pienentää muiden seosalkuaineiden yhteydessä, mutta nämä alkuaineet palvelevat ainoastaan lisätoimintoja, ja niitä käytetään edellä mainitun mag-35 nesiumin minimimäärän tai sen ylittävän määrän kanssa. Esimerkiksi oleellisesti mitään tunkeutumista ei esiintynyt nimellisesti puhtaalla alumiinilla, jota oli seostettu 29 8901 4 vain 10 % piillä, 1000°C lämpötilassa, alustaan 39 Crystolon (99 % puhdasta piikarbidia Norton Co:lta), jonka raekoko oli 500 mesh (mesh = seulan aukkojen lukumäärä tuumaa kohti) . Magnesiumin läsnäollessa on kuitenkin piin havaittu 5 edistävän tunkeutumisprosessia. Toisena esimerkkinä magnesiumin määrä muuttuu, jos sitä syötetään yksinomaan esimuottiin tai täyteaineeseen. On havaittu, että spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun järjestelmään syötetään pienempi painoprosentti magnesiumia, jos ainakin jokin määrä 10 syötetyn magnesiumin kokonaismäärästä sijoitetaan esimuottiin tai täyteaineeseen. Saattaa olla toivottavaa, että magnesiumia järjestetään pienempi määrä, jotta vältettäisiin ei-toivottujen metalliyhdisteiden syntyminen metal-limatriisi-komposiittikappaleeseen. Esimuotin ollessa 15 piikarbidia on havaittu, että matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti esimuottiin, kun esimuotti saatetaan kosketukseen alumiinimatriisimetallin kanssa, esimuotin sisältäessä ainakin 1 painoprosenttia magnesiumia ja oleellisesti puhtaan typpiatmosfäärin läsnäollessa. Alumiini-20 oksidi-esimuotin tapauksessa hyväksyttävän spontaanin tunkeutumisen saavuttamiseksi vaadittu magnesiumin määrä on hieman suurempi. Erityisesti on havaittu, että kun samantapainen alumiinimatriisimetalli saatetaan koskettamaan alumiinioksidi-esimuottia, likimain samassa lämpötilassa 25 kuin alumiini joka tunkeutui piikarbidi-esimuottiin, ja saman typpiatmosfäärin läsnäollessa, niin saatetaan tarvita ainakin noin 3 painoprosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kuin se joka saavutettiin juuri edellä kuvatun piikarbidi-esimuotin 30 yhteydessä.

On myös havaittu, että on mahdollista syöttää spontaaniin järjestelmään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää seoksen pinnalle ja/tai esimuotin 35 tai täyteaineen pinnalle ja/tai esimuottiin tai täyteaineeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai jauemaiseen mat- 30 8 9 01 4 riisimetalliin tai sen pinnalle (ts. saattaa olla, ettei syötettyä tunkeutumisen edistäjän edeltäjää tai tunkeutumisen edistäjää tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan että sitä yksinkertaisesti syötetään spontaaniin järjes-5 telmään). Jos magnesiumia levitettäisiin matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, että tämä pinta olisi se pinta, joka on lähimpänä tai edullisesti kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan tai päinvastoin; tai sellaista magnesiumia voitaisiin sekoittaa ainakin esi-10 muotin tai täyteaineen osaan. Lisäksi on mahdollista, että pinnalle levittämisen, seostamisen ja magnesiumin sijoittamisen ainakin esimuotin osaan, joitakin yhdistelmiä voitaisiin käyttää. Sellaiset yhdistelmät tunkeutumisen edistäjän (edistäjien) ja/tai tunkeutumisen edistäjän 15 edeltäjän (edeltäjien) levittämisessä saattaisivat johtaa alumiinimatriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen edistämiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispainoprosentti-määrän pienenemiseen, samoinkuin alempien lämpötilojen saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyä. Lisäksi 20 magnesiumin läsnäolosta johtuva metallien epätoivottujen keskinäisten yhdisteiden muodostuminen voitaisiin myös minimoida.

Yhden tai useamman lisäseosalkuaineen käyttäminen ja 25 ympäröivän kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myös matriisimetallin nitrautumiseen annetussa lämpötilassa. Esimerkiksi voidaan seokseen sisällyttää tai seoksen pinnalle levittää sellaisia lisäseosalkuaineita kuin sinkkiä tai rautaa tunkeutumialämpötilan alentamiseksi ja siten muo-30 dostuvan nitridin määrän pienentämiseksi, kun taas kaasussa olevan typen pitoisuuden lisäämistä voitaisiin käyttää nitridin muodostumisen edistämiseen.

Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai 35 täyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin pitoisuus pyrkii myös vaikuttamaan tunkeutumisen määrään annetussa lämpötilassa. Vastaavasti eräissä tapauksissa, I: ai 89014 joissa pieni määrä tai ei lainkaan magnesiumia saa olla kosketuksessa suoraan esimuottiin tai täyteaineeseen, saattaa olla edullista, että ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia sisällytetään seokseen. Tätä arvoa pienemmät 5 seosmäärät, kuten 1 painoprosentti magnesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilämpötilat tai lisäseosalkuai-neita tunkeutumista varten. Tämän keksinnön spontaanin tunkeutumisprosessin toteuttamiseksi vaadittu lämpötila voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoi-10 suutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 painoprosenttiin; ja/tai 2) kun seostavia aineita sekoitetaan täyteaineen läpäisevään massaan tai esimuottiin; ja/tai 3) kun alumiiniseoksessa on toista alkuainetta, kuten sinkkiä tai rautaa. Lämpötila voi myös vaihdella eri täyteaineilla. 15 Yleensä esiintyy spontaania ja etenevää tunkeutumista prosessilämpötilasea, joka on ainakin noin 675°C, edullisesti prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 750 -800°C. Yleensä yli 1200°C olevat lämpötilat eivät näytä edistävän prosessia, ja erityisen käyttökepoiseksi lämpö-20 tilaksi on havaittu alue noin 675°C - noin 1200°C. Kuitenkin yleisenä sääntönä spontaanin tunkeutumisen lämpötila on sellainen lämpötila, joka on matriisimetallin sulamispisteen yläpuolella mutta matriisimetallin höyrystyrnislämpötilan alapuolella. Lisäksi spontaanin tunkeutumisen läm-25 pötilan tulisi olla täyteaineen sulamispisteen alapuolella. Edelleen, kun lämpötilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfäärin välisen reaktiotuotteen muodostamiseen (esim. alumiinimat-riisimetallin ja typpeä olevan tunkeutumisatmosfäärin 30 tapauksessa saattaa muodostua alumiininitridiä). Sellaiset reaktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-toivot-tuja, riippuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aiotusta käytöstä.

35 Esillä olevassa menetelmässä esimerkiksi läpäisevä täyteaine tai esimuotti saatetaan kosketukseen sulan alumiinin kanssa typpeä sisältävän kaasun ollessa läsnä ainakin 32 8 9 Ο Ί 4 jossakin prosessin vaiheessa. Typpeä sisältävää kaasua voidaan syöttää ylläpitämään jatkuva kaasun virtaus kosketukseen ainakin joko täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai sulaan alumiinimatriisimetalliin. Vaikkei typpeä 5 sisältävän kaasun virtausmäärä ole kriittinen, pidetään edullisena että virtausmäärä on riittävä kompensoimaan nitridin muodostumisesta seosmatriisissa johtuva mahdollinen typen häviäminen atmosfääristä, sekä estämään tai torjumaan ilman sisään pääseminen, jolla voi olla hapettava 10 vaikutus sulaan metalliin. Lisäksi tyypillisesti käytetään sähkövastuskuumennusta tunkeutumislämpötilojen saavuttamiseksi. Keksinnön yhteydessä käytettäväksi hyväksytään kuitenkin mikä tahansa kuumennusväline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan ja joka ei vaikuta haitallisesti 15 spontaaniin tunkeutumiseen.

Metallimatriisikomposiitin muodostamismenetelmää voidaan soveltaa täyteaineiden laajaan valikoimaan, ja täyteaineiden valinta riippuu sellaisista tekijöistä, kuten mat-20 riisiseoksesta, prosessin olosuhteista, sulan mat-riisiseoksen reaktiivisuudesta täyteaineen kanssa, sekä lopulliselle komposiittituotteelle haetuista ominaisuuksista. Kun matriisimetallina on esimerkiksi alumiini, lukeutuvat sopiviksi täyteaineiksi a) oksidit, esim. 25 alumiinioksidi, b) karbidit, esim. piikarbidi, c) boridit, esim. alumiinidodekaboridi, ja d) nitridit, esim. alu-miininitridi. Mikäli täyteaine pyrkii ragoimaan sulan alumiinimatriisimetallin kanssa, tämä voidaan ottaa huomioon minimoimalla tunkeutumisaika ja -lämpötila tai 30 järjestämällä reagoimaton päällystys täyteaineelle. Täyteaine voi käsittää alustan, kuten hiiltä tai ei-keraamista ainetta, jonka päällä on keraaminen päällystys alustan suojaamiseksi syöpymiseltä tai heikkenemiseltä. Sopivia keraamipäällysteitä ovat mm. oksidit, karbidit, boridit ja 35 nitridit. Esillä olevassa menetelmässä käytettäviksi edullisina pidettyjä keraameja ovat mm. alumiinioksidi ja piikarbidi hiukkasten, hiutaleiden, kuitukiteiden ja kui- 33 89 01 4 tujen muodossa. Kuidut voivat olla epäjatkuvia (leikatussa muodossa) tai jatkuvan säikeen muodossa, kuten monisäikeiset langat. Lisäksi keraaminen massa tai esimuotti voi olla homogeeninen tai epähomogeeninen.

5

On myös havaittu, että määrätyillä täyteaineilla esiintyy suurempaa tunkeutumista suhteessa täyteaineisiin, joilla on samantapainen kemiallinen koostumus. Esimerkiksi US-pa-tentissa 4,713,360 (nimitys "Uusia keraamisia aineita ja 10 menetelmiä niiden valmistamiseksi" ) kuvatulla menetelmällä valmistetuilla murskatuilla alumiinioksidi-kappaleilla on edulliset tunkeuturoisominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Lisäksi rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessa 819,397 (nimitys: 15 "Komposiittikeraamisia esineitä ja niiden valmistusmenetelmä") esitetyllä menetelmällä tehdyillä murskatuilla alumiinioksidikappaleilla on myös edulliset tunkeutu-misominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Edellä mainitut patentti-20 julkaisut esitetään tässä nimenomaisina viittauksina. Näin ollen on havaittu, että täydellinen tunkeutuminen keraamista ainetta olevaan läpäisevään massaan voi tapahtua alemmissa tunkeutumislämpötiloissa ja/tai lyhyemmillä tun-keutumisajoilla käyttäen puristettuja tai murskattuja 25 kappaleita, jotka on valmistettu edellä mainittujen patenttijulkaisujen mukaisella menetelmällä.

Täyteaineen koko ja muoto voi olla mikä tahansa sellainen, joka vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien 30 saavuttamiseksi. Siten aine voi olla hiukkasten, kuituki-teiden, hiutaleiden tai kuitujen muodossa, koska täyteaineen muoto ei rajoita tunkeutumista. Voidaan käyttää muitakin muotoja, kuten kuulia, pieniä putkia, pellettejä, tulenkestävää kuitukangasta, ja vastaavia. Lisäksi aineen 35 koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemiseksi tarvita korkeampi lämpötila tai pidempi aika kuin suuremmilla 34 3901 4 hiukkasilla. Lisäksi (esimuotiksi muotoillun) täyte-ainemassan on tunkeutumista varten oltava sulaa matriisime-tallia ja tunkeutumisatmosfääriä läpäisevää).

5 Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä metallimatrii-si-komposiittikappaleiden muodost«uniseksi sallii oleellisesti yhtenäisten metallimatriisikomposiittien valmistamisen, joilla on suuri tilavuusosa täyteainetta ja pieni huokoisuus, koska ne eivät ole riippuvaisia paineen 10 käyttämisestä sulan matriisimetallin purist «uniseksi esi-muottiin tai täyteainemassaan. Suurempia täyteaineen ti-lavuusosuuksia voidaan aikaansaada käyttämällä alussa täyteainemassaa, jolla on pienempi huokoisuus. Suurempia tilavuusosuuksia voidaan myös aikaansaada silloin, jos 15 täyteainemassa tiivistetään tai tehdään muulla tavalla tiiviimmäksi, edellyttäen ettei massaa muuteta joko täysin tiiviiksi suljetuin kennohuokosin tai täysin tiiviiksi rakenteeksi, mikä estäisi sulan seoksen tunkeutumisen. Esillä olevalla keksinnöllä voidaan myös tehdä täyteaineen 20 pieniä tilavuusosuuksia, jolloin siten voidaan aikaansaada tilavuusosuuksia alueella 1 - 75% tai sen yli.

Voitaisiin kuitenkin käyttää suurempia tai pienempiä hiukkasten määriä tai tilavuusosuuksia, riippuen lopulli-25 sen komposiitin toivotusta painosisällöstä lämpömuovauksen jälkeen. Lisäksi voidaan käyttää menetelmiä hiukkasten määrän vähentämiseksi esillä olevan keksinnön mukaisten lämpömuovausprosessien yhteydessä pienempien hiukkasmää-rien aikaansaamiseksi.

30

On havaittu, että alumiinin tunkeutumista ja matriisin muodostumista varten keraamisen täyteaineen ympärille voi keraamisen täyteaineen kostutus alumiinimatriisimetallil-la olla tärkeä osa tunkeutumisroekanismista. Lisäksi alhai-35 sissa prosessilämpötiloissa esiintyy erittäin vähän tai häviävän vähän metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan erittäin vähäinen epäjatkuva alumiininitridin I; 35 890« 4 faasi metallimatriisiin jakautuneena. Kun lähestytään lämpötila-alueen yläpäätä, tapahtuu kuitenkin todennäköisemmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan säätää nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamal-5 la lämpötilaa, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Ne määrätyt lämpötilat, joissa nitridin muodostuminen tulee merkittävämmäksi, muuttuvat myös sellaisista tekijöistä riippuen, kuten käytetty matriisin alumiiniseos ja sen määrä suhteessa täyteaineen tai esimuotin määrään, täyteaineen määrä 10 johon tunkeutumisen on tapahduttava, käytetty jauhemainen matriisimetalli ja sen määrä suhteessa täyteaineen tai esimuotin tilavuuteen, sekä tunkeutumisatmosfäärin typpipitoisuus . Esimerkiksi alumiininitridin muodostumisen määrän uskotaan määrätyssä prosessilämpötilassa kasvavan, kun 15 seoksen kyky täyteaineen kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfäärin typpipitoisuus kasvaa.

Sen vuoksi on mahdollista räätälöidä metallimatriisin rakennetta komposiitin muodostuksen aikana, niin että 20 voidaan antaa tuloksena olevalle tuotteelle määrätyt ominaisuudet. Annetulla järjestelmällä voidaan prosessin olosuhteet valita nitridin muodostuksen säätämiseksi. Alumiininitridiä sisältävällä komposiittituotteella on eräitä ominaisuuksia, jotka voivat olla edullisia tuotteen 25 suorituskyvylle tai parantaa niitä. Lisäksi alumiiniseoksen spontaanin tunkeutumisen edullinen lämpötila-alue voi vaihdella käytetystä keraamisesta aineesta riippuen. Kun täyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeutumisen lämpötilan tulisi ylittää 1000°C, mikäli halutaan, ettei 30 matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkittävän nitridin muodostumisen johdosta. Lämpötilan 1000°C ylittäviä lämpötiloja voidan kuitenkin käyttää, mikäli halutaan tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikompi muovattavuus ja suurempi jäykkyys. Piikarbidiin tunkeutumista 35 varten voidaan käyttää korkeampia, noin 1200°C lämpötiloja, koska piikarbidia täyteaineena käytettäessä alumiiniseok- 36 89 014 sesta syntyy vähemmän nitridejä, kuin alumiinioksideja täyteaineena käytettäessä.

Lisäksi on mahdollista käyttää matriisimetallin varasto-5 lähdettä täyteaineen täydellisen tunkeutumisen varmistamiseksi ja/tai syöttää toista metallia, jolla on erilainen koostumus kuin matriisimetallin ensimmäisellä lähteellä. Eräissä tapauksissa voi erityisesti olla toivottavaa käyttää varastolähteessä matriisimetallia, joka koostumuk-10 seitaan poikkeaa matriisimetallin ensimmäisestä lähteestä. Jos esimerkiksi alumiiniseosta käytetään ensimmäisenä matriisimetallin lähteenä, niin varastolähteen metallina voitaisiin käyttää näennäisesti mitä tahansa toista metallia tai metalliseosta, joka on sulanut prosessilämpötilas-15 sa. Sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toistensa kanssa, mikä johtaisi varastolähdemetallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmäiseen lähteeseen niin kauan kuin annetaan riittävästi aikaa sekoittumista varten. Käytettäessä ensimmäisen matriisimetallin lähteestä poikkeavan 20 koostumuksen omaavaa varastolähdemetallia, on siten mahdollista räätälöidä metallimatriisin ominaisuuksia erilaisten toimintavaatimusten täyttämiseksi ja siten räätälöidä metallimatriisikomposiitin ominaisuuksia.

25 Estovälinettä voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä. Tämän keksinnön yhteydessä käytettävä estovä-line voi erityisesti olla mikä tahansa soveltuva väline, joka vuorovaikuttaa, estää ja lopettaa sulan matriisiseok-sen (esim. alumiiniseos) kulkeutumisen, siirtymisen tai 30 vastaavan täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole haihtuvia, ja jotka edullisesti ovat prosessissa 35 käytettyä kaasua läpäiseviä, ja jotka samoin pystyvät paikallisesti estämään, pysäyttämään, vuorovaikuttamaan, torjumaan, jne, jatkuvan tunkeutumisen tai minkä tahansa muun liikkeen keraamisen täyteaineen määritellyn rajapin nan ohi.

37 8901 4

Soveltuvat estovälineet sisältävät aineita, joita kulkeu-5 tuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä esto-aineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin 10 määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita metal-limatriisikomposiittituotteella. Kuten edellä mainittiin, tulisi estoaineen edullisesti olla läpäisevää tai huokoista, tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi 15 poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.

Soveltuvia estoaineita, jotka ovat erityisen edullisia 20 alumiinimatriisiseoksilla, ovat niitä, jotka sisältävät hiiltä, erityisesti hiilen kiteiset allotrooppiset muodot, jotka tunnetaan grafiittina. Grafiittia ei oleellisesti voida kostuttaa kuvatuissa prosessiolosuhteissa sulalla alumiiniseoksella. Erityisen edullinen grafiitti on gra-25 fiittinauhatuote, jota myydään tuotenimellä Grafoil (R), jonka tavaramerkin haltija on Union Carbide. Tällä gra-fiittinauhalla on tiivistäviä ominaisuuksia, jotka estävät sulaa alumiiniseosta kulkeutumasta täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Tämä grafiittinauha on myös kuumuutta 30 kestävä ja kemiallisesti inertti. Grafoil (R) -grafiitti-aine on taipuisaa, kestävää, mukautuvaa ja joustavaa. Sitä voidaan valmistaa useissa muodoissa sopimaan esto-ainesovellutuksiin. Grafiittiestovälinettä voidaan kuitenkin käyttää lietteenä tai tahnana tai jopa maalikalvona 35 täyteaineen tai esimuotin rajapinnalla tai sen ympärillä. Grafoil (R) -tuotetta pidetään erityisen edullisena, koska se on taipuisan grafiittiarkin muodossa. Käytössä tämä paperin tapainen grafiitti yksinkertaisesti muovaillaan täyteaineen tai esimuotin ympärille.

38 35014

Muita edullisia estoaineita alumiinimetallimatriisiseok-5 sille typessä ovat siirtymämetalliboridit (esim. ti-taanidiboridi (TiB2)), joita sulat alumiinimetalliseokset eivät tätä ainetta määrätyissä prosessioloissa käytettäessä pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella prosessilämpötilan ei tulisi ylittää noin 875°C, koska 10 muutoin estoaineen vaikutus vähenee, ja itse asiassa korkeammassa lämpötilassa esiintyy tunkeutumista estoai-neeseen. Siirtymämetalliboridit ovat tyypillisesti hiuk-kasmuodossa (1 - 30 mikrometriä). Estoaineet voidaan levittää lietteenä tai tahnana edullisesti esimuotiksi 15 muotoillun läpäisevän keraamisen täyteaineen massan rajapinnoille.

Alumiinimetallimatriisiseoksia varten typessä muut käyttökelpoiset estoaineet sisältävät vaikeasti haihtuvia 20 orgaanisia yhdisteitä, jotka levitetään kalvona tai kerroksena täyteaineen tai esimuotin ulkopinnalle. Poltettaessa typessä, erityisesti tämän keksinnön mukaisissa prosessioloissa, orgaaninen yhdiste hajoaa, jättäen jälkeensä hiilinokikalvon. Orgaaninen yhdiste voidaan levit-25 tää tavanomaisin keinoin, kuten maalaamalla, suihkuttamalla, upottamalla, jne. Lisäksi voivat hienoksi jauhetut hiukkasmaiset aineet toimia estoaineena, jos hiukkasmai-seen aineeseen tunkeutuminen esiintyy nopeudella, joka on hitaampi kuin tunkeutumisnopeus täyteaineeseen.

30

Siten voidaan estoainetta levittää millä tahansa sopivalla tavalla, kuten peittämällä määritelty rajapinta estoväli-neen kerroksella. Sellainen estovälineen kerros voidaan muodostaa maalaamalla, upottamalla, silkkipainatuksella, 35 höyrystämällä, tai levittämällä estovälinettä muilla tavoin neste-, liete- tai tahnamuodossa, tai sputteroimalla höyrystyvää estovälinettä, tai yksinkertaisesti kerrosta- i 39 8901 4 maila kiinteän hiukkasmaisen estovälineen kerros, tai levittämällä estovälineen kiinteä ohut arkki tai kalvo määritellylle rajapinnalle. Kun estoväline on paikallaan, spontaani tunkeutuminen päättyy oleellisesti silloin, kun 5 tunkeutuva matriisimetalli saavuttaa määritellyn rajapinnan ja koskettaa estovälinettä.

Välittömästi seuraavassa olevat esimerkit sisältävät esillä olevan keksinnön erilaisia demonstraatioita. Näitä 10 esimerkkejä on kuitenkin pidettävä havainnollistavina, eikä niitä pidä ymmärtää keksinnön suoja-alaa rajoittavina, joka määritellään oheisissa patenttivaatimuksissa.

Esimerkit 1-4 15 Nämä esimerkit havainnollistavat metal1imatriisikompo-siittien muodostumista, joilla on muuteltavissa ja säädettävissä oleva keraamisten hiukkasten osuudet, sekoittamalla vaihtelevia määriä jauhemaista matriisimetallia 20 täyteaineeseen, joka on muokattu esimuotiksi. Jokaisessa seuraavista esimerkeistä (yhteenvetona taulukossa 1) saavutettiin spontaani tunkeutuminen ja jauhemaista matriisimetallia (esimerkit 2 - 4) lisäämällä tuotetut kappaleet omasivat samantapaisen rakenteen ja vaikutelman 25 kuin kappale, jossa on tapahtunut spontaani tunkeutuminen täyteaineeseen ilman jauhemaista matriisimetallia (esimerkki 1), lukuunottamatta eroja hiukkasten osuuksissa.

Kuvio 1 on kaavio järjestelystä 10, jota käytettiin 30 esimerkeissä 1-4.

Tehtiin ensin esimuotti 1 jokaista esimerkkiä 1-4 varten. Esimerkissä 1 esimuotti käsitti 100% 220 grit (seulamitta, grit = noin 75 mikrometriä) alumiinioksidia (220 grit 38 35 Alundum, Norton Companyiltä). Esimerkeissä 2-4 esimuotti käsitti saman 220 grit alumiinioksidin ja jauhemaisen alumiiniseoksen sekoitusta, jolloin alumiiniseoksen koos- 40 8901 4 tumus oli painon mukaisesti noin 10% piitä, 3% magnesiumia ja loput alumiinia (Al-10Si-3Mg), joka hienonnettiin tavanomaisin menetelmin kokoon -200 mesh. Alumiinioksidin ja alumiiniseoksen suhteellista paino-osuutta vaihdeltiin 5 esimerkeissä 2 - 4, kuten taulukossa 1 yhteenvetona esitetään.

Esimerkkien 2-4 alumiinioksidin ja alumiinin seos kuivasekoitettiin ja puristettiin sitten kooltaan 25 mm x 10 51 mm suorakaiteiksi, joiden paksuudet olivat noin 12 mm, karkaistuun teräsmatriisiin noin 69 kPaslla lisäämättä mitään sideainetta. Alumiiniseos oli riittävän pehmeätä sitomaan täyteaineen esimuotin muotoon. Samanlainen alumiinioksidi-suorakaide puristettiin muodostamaan esimer-15 kin 1 esimuotin.

Esimerkkien 1-4 esimuotoillut suorakaiteet asetettiin sitten 500 grit alumiinioksidipedille 2 (500 grit 38

Alundum, Norton Companyiltä), joka nimellisesti toimi 20 estoaineena tunkeutumisen aikana. Peti oli tulenkestävässä astiassa 3 (Bolt Technical Ceramics, BTC-Al-99,7%, "Alumina Sagger", 10 mm L, 45 mm W, 19 mm H). Kokeen tarkoituksiin ei ollut välttämätöntä järjestää tehokkaampaa estoainetta. Verkkomuoto tai lähes verkkomuoto voitaisiin kuitenkin 25 saavuttaa tehokkaammilla edellä kuvattujen tyyppisillä estovälineillä (esim. Grafoil (R) nauhalla).

Alumiiniseosta (Al-10Si-3Ng) oleva valanne 4, kooltaan samanlainen kuin esimuotti-suorakaide 1, asetettiin jokai-30 sen esimuottilevyn 1 päälle.

Järjestely 10 asetettiin sitten suljettuun 76 mm sähkövas-tus-putkiuuniin. Muodostuskaasua (96 tilavuusprosenttia typpeä - 4 tilavuusprosenttia vetyä) johdettiin sitten 35 uunin läpi virtausmääränä noin 0,25 1/minuutti. Uunin lämpötila nostettiin noin 150°C tunnissa noin 825°C lämpötilaan, ja pidettiin noin 825°C:ssa noin 5 tuntia.

I: 4i 8501 4

Uunin lämpötilaa laskettiin sitten noin 200°C tunnissa, ja näytteet poistettiin, asennettiin leikkausta varten ja kiillotettiin. Esimerkkien 1-4 mikrovalokuvia on esitetty kuvioina 2-5. Jokaista esimerkkiä varten suoritettiin 5 myös kuva-analyysi keraamisten hiukkasten ja matriisime-tallin pinta-alasuhteiden määrittämiseksi, kuten taulukossa 1 on yhteenvetona esitetty. Kuten taulukosta 1 havaitaan ja kuvioissa 2-5 havainnollistetaan, saavutettiin spontaani tunkeutuminen jokaisessa näytteessä, ja hiukkas-10 ten osuuden havaittiin pienenevän suhteessa esimuotissa olevan jauhemaisen matriisimetallin määrään.

15 Taulukko 1

Esimerkki 1234

Vastaava kuvio 2345 20 220 grit alumiinioksidi- täyteainetta (paino-%) 100 75 50 25

Al-10Si-2Mg jauhemaista matriisimetallia (paino-%)0 25 50 75 25

Kuumennus (°C/h) 150 150 150 150

Viipymisaika (°C; h) 825; 5 825; 5 825; 5 825; 5 Jäähdytys (°C/h) 200 200 200 200

Atmosfääri (H2/N2) 30 (1/minuutti) 0,25 0,25 0,25 0,25

Tunkeutuminen kyllä kyllä kyllä kyllä

Hiukkasten osuus 35 pinta-alasta 54% 21% 11% 6%

Claims (13)

42 8901 4

1. Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää: jauhemaisen matriisimetallin ja oleellisesti ei-reagoivan 5 täyteaineen sekoittamisen läpäisevän massan muodostamiseksi; ja sulan matriisimetallin saattamisen spontaanisti tunkeutumaan ainakin läpäisevän massan osaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen, jossa järjestetään tunkeutumisatmosfääri yhteyteen ainakin läpäisevän massan ja/tai sulan matriisimetallin kanssa ainakin tunkeutumisen osan ajaksi. 15

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen, jossa syötetään ainakin tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää ainakin sulaan matriisimetalliin ja/tai 20 jauhemaiseen matriisimetalliin ja/tai täyteaineeseen ja/-tai tunkeutumisatmosfääriin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen, jossa syötetään 25 ainakin tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää ainakin sulaan matriisimetalliin ja/tai täyteaineeseen ja/tai jauhemaiseen matriisimetalliin.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että läpäisevä massa muodostaa esimuotin.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen, jossa määritellään täyteaineen rajapinta estoaineella, jolloin matriisi- 35 metalli spontaanisesti tunkeutuu estoaineeseen saakka. i 43 8901 4

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää jauheita, hiutaleita, mikrokuulia, kuitukiteitä, kuplia, kuituja, hiukkasia, 5 kuitumattoja, katkaistuja kuituja, kuulia, pellettejä, pieniä putkiaihioita ja tulenkestäviä kankaita.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhemainen matriisimetalli käsittää ainakin 10 yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää jauheet, hiutaleet, kuitukiteet ja kuidut.

9. Patenttivaatimuksen 1, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhemainen matriisimetalli järjes- 15 tetään täyteaineen pinnoitteena.

10. Patenttivaatimuksen 1, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhemainen matriisimetalli ja sula matriisimetalli käsittävät eri metalleja tai oleellisesti 20 saunaa metallia.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhemainen matriisimetalli ja täyteaine sekoitetaan oleellisesti homogeenisesti läpäisevän massan 25 muodostamiseksi.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että läpäisevä massa käsittää noin 1-75 tilavuusprosenttia jauhemaista matriisimetallia. 30

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että läpäisevässä massassa olevan jauhemaisen matriisimetallin ja täyteaineen suhdetta muutetaan, jolloin tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa on 35 vaihteleva hiukkasten osuus. 44 89 01 4