FI91490B - Menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi - Google Patents

Description

5 1 9 'ί 490

Menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi Förfarande för att bilda en metallmatriskomposit

Esillä oleva keksintö liittyy uuteen menetelmään metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi. Erityisesti muodostetaan läpäisevä täyteainemassa esimuotiksi. Esimuottiaine voidaan sitten asettaa sulaa matriisimetallia sisältävään 10 altaaseen kellumaan sulan metallin pinnalle tunkeutumisen edistäjän tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sekä tun-keutumisatmosfäärin läsnäollessa ainakin prosessin jossakin vaiheessa, minkä jälkeen sula matriisimetalli spontaanisti tunkeutuu esimuottiin. Matriisimetallin tunkeu-15 tuessa esimuottiin esimuotti voi ainakin osittain upota matriisimetallialtaaseen osoittaen siten, että tunkeutuminen on tapahtunut.

Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, 20 kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä, kuituja tai vastaavia käsittävät komposiittituotteet näyttävät lupaavilta moniin eriin sovellutuksiin, koska niissä yhdistyvät osa lujittavan faasin jäykkyydestä ja kulutuskestävyydestä metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleensä 25 metallimatriisikomposiitilla luodaan parannuksia sellaisissa ominaisuuksissa, kuten lujuus, jäykkyys, hankausku-lutuksen kestävyys, ja lujuuden pysyminen korkeammissa lämpötiloissa, verrattuna matriisimetalliin sen monoliittisessa muodossa, mutta määrä, johon saakka määrättyä omi-30 naisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseessä olevista ainesosista, niiden tilavuus- tai painosuhteista, sekä siitä, miten niitä käsitellään komposiittia muodostettaessa. Eräissä tapauksissa komposiitti voi myös olla kevyempää kuin matriisimetalli sellaisenaan. Alumiinimat-35 riisikomposiitit, jotka on vahvistettu keräämillä, kuten esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden tai kuitukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden 2 91490 alumiiniin verrattuna suuremmasta jäykkyydestä, kulutuksen kestävyydestä ja korkean lämpötilan lujuudesta.

Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on kuvattu 5 erilaisia metallurgisia menetelmiä, mukaanlukien menetelmiä, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumistekniikoihin, joissa käytetään hyväksi painevalua, tyhjövalua, sekoittamista, ja notkis-timia. Jauhemetallurgiatekniikoiden avulla jauheen muodos-10 sa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava aine sekoitetaan ja sitten joko kylmäpuristetaan ja sintrataan, tai kuuma-puristetaan. Tällä menetelmällä tuotetun piikarbidilla lujitetun alumiinimatriisikomposiitin suurimman keraamin 15 tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosenttia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauksessa.

Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauhemetallurgi-20 siä tekniikoita käyttävin tavanomaisin menetelmin asettaa eräitä rajoituksia aikaansaatavien tuotteiden ominaisuuksille. Komposiitissa olevan keraamifaasin tilavuusosa on tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 prosenttiin. Samaten asettaa puristustoiminta rajan käy-25 tännössä saavutettavalle koolle. Ainoastaan suhteellisen yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jälkeenpäin tapahtuvaa käsittelyä (esim. muotoilua tai koneistusta) tai ottamatta käyttöön monimutkaisia puristimia. Sintrauksen aikana voi myös esiintyä epätasaista 30 kutistumista, samoin kuin mikrostruktuurin epätasaisuutta, johtuen kiintoaineisiin eriytymisestä ja hiukkasten kasvusta.

US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelmä metallimatrii-35 sikomposiitin muodostamiseksi, johon sisältyy kuitumuotoi-nen lujite, esim. piikarbidi- tai alumiinioksidikuituki-teitä, joilla on ennalta määrätty kuitujen suuntaus.

3 91490

Komposiitti tehdään sijoittamalla samassa tasossa olevien kuitujen samansuuntaisia mattoja tai huopia muottiin yhdessä sulan matriisimetallin, esim. alumiinin lähteen kanssa ainakin joidenkin mattojen välissä, ja kohdistamalla 5 painetta, niin että sula metalli pakotetaan tunkeutumaan mattoihin ja ympäröimään suunnatut kuidut. Mattojen pinon päälle voidaan valaa sulaa metallia, jolloin sitä paineen avulla pakotetaan virtaamaan mattojen väliin. Komposiitissa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 % tilavuuspitoi-10 suuksia on ilmoitettu.

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

35 Alumiinimatriisi-alumiinioksiditäytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksidia, jolloin on vaikeata muodostaa yhtenäinen tuote. Tähän 4 91 490 ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Eräs sellainen lähestyminen on alumiinin päällystäminen metallilla (esim. nikkelillä tai wolfrämillä), joka sitten kuumapuristetaan yhdessä alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini 5 seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan päällystää piidioksidilla. Näillä komposiiteilla kuitenkin ominaisuudet vaihtelevat, tai päällystykset voivat heikentää täytettä, tai matriisi sisältää litiumia, joka voi vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.

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

EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi-komposiittien valmistamista, jotka ovat erityisen käyttö-25 kelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi-muotin alumiinioksidimatriisin ontelot täytetään alumiinilla, ja tätä varten käytetään erilaisia tekniikoita alumiinioksidin kostuttamiseksi koko esimuotissa. Alumiinioksidi kostutetaan esimerkiksi titaani-, zirkonium-, 30 hafnium tai niobi-diboridia olevalla kostutusaineella tai metallilla, ts. litiumilla, magnesiumilla, kalsiumilla, titaanilla, kromilla, raudalla, koboltilla, nikkelillä, zirkoniumilla tai hafniumilla. Kostutuksen edistämiseksi käytetään inerttiä atmosfääriä, kuten argonia. Tässä 35 julkaisussa esitetään myös paineen kohdistaminen sulan alumiinin saamiseksi tunkeutumaan päällystämättömään matriisiin. Tässä suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saat- 5 91490 tamalla huokoset ensin tyhjöön ja kohdistamalla sitten sulaan alumiiniin painetta inertissä atmosfäärissä, esim. argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuottiin voidaan tunkeutua höyryfaasissa olevalla alumiinipäällystyksellä pintojen 5 kostuttamiseksi ennen onteloiden täyttämistä tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan lämpökäsittelyä, esim lämpötilassa 1400 - 1800°C, joko argonissa tai tyhjössä. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen 10 altistuminen kaasulle, tai tunkeutumispaineen poistaminen, aiheuttaa alumiinin häviämistä kappaleesta.

Kostutusaineiden käyttäminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisältävään 15 elektrolyyttikennoon on esitetty myös EP-patenttihakemuk-sessa 94353. Tässä julkaisussa kuvataan alumiinin tuottamista elektrolyysillä kennossa, jossa virranjohdinkatodi on kennon vaippana tai alustana. Tämän alustan suojaamiseksi sulalta kryoliitilta levitetään alumiinioksidialus-20 talle ohut päällystys kostutusaineen ja liukenemisen estävän aineen seoksella ennen kennon käynnistämistä tai kun se on upotettuna elektrolyysiprosessin tuottamaan sulaan alumiiniin. Kuvattuja kostutusaineita ovat titaani, zirkonium, hafnium, pii, magnesium, vanadiini, kromi, niobi 25 tai kalsium, ja titaani esitetään edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetään olevan hyödyllisiä estettäessä kostutusaineiden liukenemista sulaan alumiiniin. Tässä julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikä siinä eh-30 dotetaa sellaisten komposiittien muodostamista esimerkiksi typpiatmosfäärissä.

Paineen ja kostutusaineiden käytön lisäksi on kuvattu tyhjön kohdistamisen edistävän sulan alumiinin tunkeutu-35 mistä huokoiseen keraamikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa-tentissa 3,718,441 raportoidaan keraamiseen kappaleeseen (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja beryl1iumoksidi) 91490 6 tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, berylliumilla, magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelillä tai kromilla, tyhjössä joka on alle 10" torr. Välillä 10" ...

10"6 torr oleva tyhjö johti keraamin heikkoon kostuttami-5 seen sulalla metallilla, niin ettei metalli virrannut vapaasti keraamin ontelotiloihin. Kostuttamisen sanotaan kuitenkin parantuneen, kun tyhjö pienennettiin alle 10"6 torr.

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

US-patentissa 3,364,976 selitetään suunnitelmaa itsestään kehittyvän tyhjön aikaansaamista kappaleeseen, sulan metallin tunkeutumisen lisäämiseksi kappaleeseen. Erityises-25 ti selitetään, että kappale, esim. grafiittimuotti, teräs-muotti tai huokoinen tulenkestävä aine, kokonaan upotetaan sulaan metalliin. Muotin tapauksessa metallin kanssa reagoivan kaasun kanssa täytetty muottiontelo on yhteydessä ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan 30 ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon täyttyminen itsestään kehittyvän tyhjön syntyessä ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin reaktion johdosta. Tyhjö on erityisesti tulosta metallin kiinteän oksidimuodon syntymisestä. Siten tässä julkaisus-35 sa esitetään, että on oleellista aikaansaada ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin välinen reaktio. Muotin käyttäminen tyhjön luomiseksi ei kuitenkaan välttämättä 7 91490 ole toivottavaa, johtuen muotin käyttöön liittyvistä välittömistä rajoituksista. Muotit on ensin koneistettava määrättyyn muotoon; sitten loppukäsiteltävä, koneistettava hyväksyttävän valupinnan tuottamiseksi muottiin; sitten 5 koottava ennen niiden käyttämistä; sitten purettava niiden käytön jälkeen valukappaleen poistamiseksi niistä; ja sen jälkeen muotti on jälleen saatettava käyttökuntoon, mikä mitä todennäköisimmin merkitsisi muotin pintojen uudelleen käsittelyä tai muotin pois tennistä, ellei se enää ole 10 käyttöön hyväksyttävä. Muotin koneistaminen monimutkaiseen muotoon saattaa olla erittäin kallista ja aikaavievää. Lisäksi muodostuneen kappaleen poistaminen monimutkaisen muotoisesta muotista saattaa olla vaikeata (ts. monimutkaisen muotoiset valukappaleet saattavat mennä rikki niitä 15 muotista poistettaessa). Lisäksi, vaikka julkaisussa ehdotetaan, että huokoinen tulenkestävä aine voitaisiin suoraan upottaa sulaan metalliin tarvitsematta käyttää muottia, niin tulenkestävän aineen olisi oltava yhtenäinen kappale, koska ei ole olemassa mahdollisuutta aikaansaada 20 tunkeutumista irralliseen tai erotettuun huokoiseen aineeseen ilman säiliönä olevaa muottia (ts. uskotaan yleisesti, että hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai valuisi hajalleen sitä sulaan metalliin sijoitettaessa). Lisäksi, jos haluttaisiin aikaansaada tunkeutuminen hiuk-25 kasmaiseen aineeseen tai löyhästi muodostettuun esimuot-tiin, olisi ryhdyttävä varotoimiin, niin ettei tunkeutuva metalli syrjäyttäisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, mikä johtaisi epähomogeeniseen mikrostruktuuriin.

30 Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinkertainen ja luotettava menetelmä muotoiltujen metallimatrii-si-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen tai tyhjön käyttämiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai sisäisesti kehitettynä), tai vahingollisten kostutusainei-35 den käyttämiseen metallimatriisin luomiseksi toiseen aineeseen, kuten keraamiseen aineeseen. Lisäksi on pitkään ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden 8 91 490 määrää, joita tarvitaan metallimatriisikomposiittikappa-leen aikaansaamiseksi. Esillä olevalle keksinnölle, joka tyydyttää nämä tarpeet, on tunnusomaista se, että muodostetaan esimuotti läpäisevästä täyteainemassasta, että esi-5 muotti saatetaan sulaa matriisimetallia sisältävään altaaseen siten, että esimuotti kelluu sulan metallin pinnalla, ja että ainakin jossakin tunkeutumisprosessin vaiheessa vaikuttavan tunkeutumisatmosfäärin sekä tunkeutumisen edistäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän avulla 10 sula matriisimetalli saatetaan spontaanisti tunkeutumaan ainakin osaan esimuotista. Täyteaine on esim. keraaminen aine, matriisimetalli on esim. alumiini ja tunkeutumisat-mosfääri on esim. typpiatmosfääri.

15 Tämän hakemuksen sisältö liittyy useaan rinnakkaiseen hakemukseen. Erityisesti nämä muut rinnakkaiset hakemukset kuvaavat uusia menetelmiä metallimatriisikomposiittiainei-den tuottamiseksi (niihin viitataan jäljempänä eräissä tapauksissa nimellä "rinnakkais-metallimatriisihakemukset").

20

Uutta menetelmää metallimatriisikomposiittiaineen tuottamiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049 171, jonka nimitys on "Metallimatriisikomposiitteja", nyt US-patentti 4 828 008. Mainitun keksinnön menetelmän mukaisesti metal -25 limatriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla läpäisevään täyteaineeseen (esim. keräämiä tai keräämillä päällystettyä ainetta) sulaa alumiinia, joka sisältää ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu spontaanis-30 ti käyttämättä ulkoista painetta tai tyhjöä. Sulan metalliseoksen lähde saatetaan koskettamaan täyteainemassaa lämpötilassa, joka on ainakin noin 675°C, kun läsnä on kaasua, joka käsittää noin 10 - 100 tilavuusprosenttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia typpeä, 35 jolloin loput, mikäli sitä on, on ei-hapettavaa kaasua, esim. argonia. Näissä oloissa sula alumiiniseos tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehän paineessa muodostaen alumiini-(tai alumiiniseos-)matriisikomposiitin. Kun haluttu määrä täyteainetta on sulan alumiiniseok- 9 91490 sen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyttämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisiraken-ne, joka sulkee sisäänsä lujittavan täyteaineen. Tavallisesti, ja edullisesti, syötetty sula seos riittää aikaan-5 saamaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti täyte- ainemassan rajoille. US-patentin 4,828,008 mukaisesti tuotettujen alumiinimatriisikomposiittien täyteaineen määrä voi olla erittäin suuri. Tässä mielessä voidaan saavuttaa täyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka 10 ovat suurempia kuin 1:1.

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

On havaittu, että korkeammat lämpötilat edistävät tunkeu-25 tumista, mutta johtavat siihen, että menetelmässä herkemmin muodostuu nitridiä. US-patentin 4,828,008 mukaisessa keksinnössä sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muodostumisen välisen tasapainon valitseminen.

30 Esimerkki sopivista estovälineistä käytettäviksi metalli-matriisikomposiittien muodostamisen yhteydessä on selitet-* ty rinnakkaisessa US-hakerouksessa 141,642, jonka nimityk senä on "Menetelmä metallimatriisikomposiittien valmistamiseksi estoainetta käyttäen". Tämän keksinnön menetelmän 35 mukaisesti estovälinettä (esim. hiukkasmaista titaanidi-boridia tai grafiittiainetta, kuten joustavaa grafiit-tinauhatuotetta, jota Union Carbide myy tuotenimellä 91490 10

Grafoil (R)) sijoitetaan täyteaineen määrätyllä rajapinnalle ja matriisiseos tunkeutuu estovälineen määrittelemään rajapintaan saakka. Estovälinettä käytetään estämään, torjumaan tai lopettamaan sulan seoksen tunkeutuminen, 5 jolloin aikaansaadaan verkon, tai lähes verkon muotoja tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa. Vastaavasti muodostetuilla metallimatriisi-komposiittikappa-leilla on ulkomuoto, joka oleellisesti vastaa estovälineen sisämuotoa.

10 US-patentin 4,828,008 mukaista menetelmää parannettiin rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168,284, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi". Mainitussa hakemuksessa esitet-15 tyjen menetelmien mukaisesti matriisimetalliseos on läsnä metallin ensimmäisenä lähteenä ja matriisimetallin varas-tolähteenä, joka on yhteydessä sulan metallin ensimmäiseen lähteeseen, esimerkiksi painovoimaisen virtauksen välityksellä. Erityisesti, mainitussa hakemuksessa esitetyissä 20 oloissa, sulan matriisiseoksen lähde alkaa tunkeutua täyteainemassaan normaalissa ilmakehän paineessa ja aloittaa siten metallimatriisikomposiitin muodostuksen. Sulan matriisimetallin ensimmäinen lähde kulutetaan sen tunkeutuessa täyteainemassaan, ja haluttaessa sitä voidaan 25 lisätä, edullisesti jatkuvalla tavalla, sulan matriisimetallin varastolähteestä spontaanin tunkeutumisen jatkuessa. Kun toivottu määrä läpäisevää täyteainetta on sulan matriisiseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyttämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimat-30 riisistruktuuri, joka ympäröi lujittavaa täyteainetta. On ymmärrettävä, että metallivarastolähteen käyttäminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa kuvatun keksinnön eräs suoritusmuoto, eikä varastolähteen suoritusmuodon yhdistäminen jokaiseen siinä esitettyyn keksinnön vaih-35 toehtoiseen suoritusmuotoon ole välttämätöntä, joista eräät voisivat myös olla hyödyllisiä käytettynä esillä olevan keksinnön yhteydessä.

11 91490

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

Lisäksi, vaikka syötetyn sulan matriisiseoksen määrän tulisi olla riittävä sallimaan spontaanin tunkeutumisen 10 eteneminen ainakin oleellisesti täyteaineen läpäisevän 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 15 ylimääräinen sula metalliseos voisi jäädä ja kiinnittyä metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Kun siten läsnä on ylimäärä sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on kompleksinen komposiittikappale (esim. makrokomposiitti), jossa metallimatriisin läpitunkema keraamikappale suoraan 20 sitoutuu varastolähteeseen jäävään ylimääräiseen metalliin.

Jokainen edellä selitetyistä rinnakkais-metallimatriisi-hakemuksista kuvaa menetelmiä metallimatriisi-komposiit-25 tikappaleiden tuottamiseksi sekä uusia metallimatriisi-komposiittikappaleita, joita niillä tuotetaan. Edellä mainitut rinnakkais-metallimatriisihakemukset sisällytetään tähän nimenomaisina viitteinä.

30 Metallimatriisi-komposiittikappale tuotetaan kun aiheutetaan sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen esi-muottiin. Erityisesti sulatetaan matriisimetallia ja pidetään sitä sopivassa ei-reagoivassa matriisimetallin säilytysastiassa (esim. sopiva tulenkestävä säiliö) sulan 35 matriisimetallin altaan muodostaen. Ensimmäisessä suoritusmuodossa esimuotti asetetaan matriisimetallialtaan pinnalle tunkeutumisatmosfäärin läsnäollessa. Lisäksi esi- 12 91490 muottiin kosketuksessa on myös tunkeutumisen edistäjän edeltäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjä sekä tunkeutu-5 misatmosfääri, ainakin prosessin jossakin vaiheessa, joka sallii sulan matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esimuottiin kun esimuotti asetetaan sulaan matriisimetal-liin. Esimuotti kelluu sulan matriisimetallin pinnalla johtuen sen luonnollisesta kelluvuudesta sulan matrii-10 simetallin suhteen. Esimuotti voi lisäksi olla irrotetta-vasti kiinnitettynä kellukevälineeseen, joka edistää esimuotin kellumista. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa esimuotti voidaan saattaa kosketukseen matriisimetallin kanssa ennen matriisimetallin sulamista, esimuotti voi-15 daan esimerkiksi ympäröidä kiinteän matriisimetallin hiukkasilla tai kappaleilla, minkä jälkeen matriisimetal-li voi sulaa.

Spontaanin esimuottiin tunkeutumisen aikana voi esimuotti 20 joko kiinnitettynä tai kiinnittämättä kellukevälineeseen ainakin osittain alkaa upota sulaan matriisimetallialtaa-seen, osoittaen siten, että tunkeutumista on tapahtunut.

Huomattakoon, että tämä hakemus käsittelee pääasiassa 25 alumiinimatriisimetalleja, jotka jossain metallimatriisi- komposiittikappaleen muodostumisen aikana ovat kosketuksessa magnesiumiin, joka toimii tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä, tunkeutumisatmosfäärinä toimivan typen läsnäollessa. Siten alumiini/magnesium/typpi-järjestelmän 30 matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu- tumisatmosfääri-järjestelmällä esiintyy spontaania tunkeutumista. Monet muut matriisimetalli/tunkeutumisen edistäj än edeltäj ä/tunkeutumisatmosfääri-j ärj estelmät 13 91490 voivat kuitenkin käyttäytyä samantapaisesti kuin alumii-ni/magnesium/typpi-järjestelmä. Samantapaista spontaania tunkeutumiskäyttäytymistä on havaittu alumiini/strontium/ typpi-järjestelmässä; alumiini/sinkki/happi-järjestelmäs-5 sä; sekä alumiini/kalsium/typpi-järjestelmässä. Vastaavasti, vaikka tässä hakemuksessa käsitellään ainoastaan tässä viitattuja järjestelmiä, on ymmärrettävä, että muut metallimatriisi/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-tumisatmosfääri-järjestelmät voivat käyttäytyä samanta-10 paisesti.

Lisäksi voidaan tunkeutumisen edistäjän edeltäjän syöttämisen sijasta tunkeutumisen edistäjää syöttää suoraan ainakin joko esimuottiin ja/tai matriisimetalliin ja/tai 15 tunkeutumisatmos f ääriin. Lopuksi aikain spontaanin tunkeutumisen aikan tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa.

Matriisimetallin käsittäessä alumiiniseosta, saatetaan 20 alumiiniseos kosketukseen täyteainetta (esim. alumiinioksidia tai piikarbidia) käsittävän esimuotin kanssa, jolloin täyteaineeseen on sekoitettu, tai se ainakin prosessin jossakin vaiheessa altistuu magnesiumille. Lisäksi eräässä edullisessa suoritusmuodossa alumiiniseos ja/tai esimuotti 25 ja/tai täyteaine sisältyvät typpiatmosfääriin ainakin prosessin osan aikana. Matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti esimuottiin spontaanin tunkeutumisen määrän ja nopeuden vaihdellessa annettujen prosessiolosuhteiden yhdistelmän mukaisesti, mukaan lukien järjestelmään tuotetun 30 magnesiumin pitoisuus (esim. alumiiniseoksessa ja/tai esimuotissa ja/tai tunkeutumisatmosfäärissä), esimuotin hiukkasten koko ja/tai koostumus, typen pitoisuus tunkeutumisatmos f äärissä, aika jona tunkeutumisen annetaan esiintyä, ja/tai lämpötila, jossa tunkeutuminen esiintyy. 35 Spontaania tunkeutumista esiintyy tyypillisesti niin suuressa määrin, että se riittää oleellisen täydellisesti ympäröimään esimuotin tai täyteaineen.

91490 14

Lisäksi, kun tunkeutuminen on oleellisesti täydellisesti tapahtunut, havaitaan eräissä tapauksissa esimuotin uppoavan, ainakin osittain matriisimetalliseoksen lähteeseen. Edullisessa suoritusmuodossa, jossa esimuotti aluksi ai-5 nakin osaksi kelluu sulan matriisimetalliseoksen pinnalla, esimuotti oleellisesti täysin uppoaa kunnes se on likimain matriisimetalliseoksen pinnan kohdalla tai sen alla, osoittaen siten, että tunkeutuminen on tapahtunut oleellisesti täydellisesti.

10 Määritelmiä "Alumiini" merkitsee ja sisältää tässä käytettynä oleellisesti puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, 15 kaupallisesti saatavan seostamattoman alumiinin) tai metallin ja metalliseosten muita laatuja, kuten kaupallisesti saatavat metallit, joissa on epäpuhtauksia ja/tai jotka sallivat siinä olevan sellaisia ainesosia, kuten rautaa, piitä, kuparia, magnesiuma, mangaania, kromia, sinkkiä, • 20 jne. Tämän määritelmän tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pääainesosana.

"Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tässä käytettynä 25 sitä, että tunkeutumisatmosfäärin muodostavan primääri-kaasun lisänä oleva mikä tahansa kaasu on joko inerttiä kaasua tai pelkistävää kaasua, joka oleellisesti ei reagoi matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien kaasussa (kaasuissa) epäpuhtautena mahdollisesti läsnä 30 olevien hapettavien kaasujen määrän tulisi olla riittämätön matriisimetallin hapettamiseen missään oleellisessa määrin prosessin olosuhteissa.

"Estoaine" tai "estoväline" merkitsee tässä käytettynä mitä 35 tahansa soveltuvaa välinettä, joka vuorovaikuttaa, estää, torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, täyteainemassan tai esimuotin 15 91490 rajapinnan taakse, jolloin mainittu estoväline määrittelee sellaisen rajapinnan. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät 5 jonkinasteisen eheyden eivätkä ole oleellisesti haihtuvia (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, että siitä tulisi estoaineena hyödytön).

Lisäksi sopivat "estovälineet" sisältävät aineita, joita 10 kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan 15 tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja määrittelee ainakin osan tuloksena olevan metallimatriisi-komposiittituotteen pinnasta. Estoaine voi määrätyissä tapauksissa olla läpäisevää tai huokoista, 20 tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.

"Jäännökset" tai "matriisimetallin jäännökset" viittaa 25 tässä käytettynä alkuperäisen matriisimetällirungon mahdolliseen osaan, joka jää jäljelle ja joka ei ole kulunut metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostuksen aikana, ja tyypillisesti, jos sen annetaan jäähtyä, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun metallimatriisi-30 komposiittikappaleeseen. Tulisi ymmärtää, että jäännökset voivat myös sisältää toista tai vierasta ainetta.

"Täyteaine" on tässä käytettynä tarkoitettu sisältämään joko yksittäisiä aineksia tai ainesseoksia, jotka oleel-35 lisesti eivät reagoi matriisimetallin kanssa ja/tai joilla on rajoitetu liukenevuus matriisimetalliin, ja jotka voivat olla yksi- tai useampifaasisia. Täyteaineita voidaan 91490 16 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 5 alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina kuituina, hiukkasina, kuitukiteinä, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tai vastaavina, ja päällystettyjä täyteaineita, kuten hiilikuituja, jotka on päällystetty alumiinioksidilla tai piikarbidilla hiilen suojäämiseksi 10 esim. sulan perusmetalli-alumiinin syövyttävältä vaikutukselta. Täyteaineet voivat myös käsittää metalleja.

"Tunkeutumisatmosfääri" tässä käytettynä tarkoittaa sitä atmosfääriä, joka on läsnä ja joka vuorovaikuttaa mat-15 riisimetallin ja/tai esimuotin (tai täyteaineen) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän kanssa ja sallii tai edistää matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esiintymisen.

20 "Tunkeutumisen edistäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka edistää tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktiolla tunkeutumisatmosfäärin 25 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 tunkeutumisen edistäjää voidaan syöttää suoraan ainakin yhteen 30 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 toisen aineen reaktiona. Lopuksi ainakin spontaanin tun-35 keutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.

17 91490 "Tunkeutumisen edistäjän edeltäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka yhdessä matriisimetallin, esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin kanssa käytettynä muodostaa tunkeutumisen edistäjän, joka aiheuttaa tai avustaa mat-5 riisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai 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 10 kohtaan, joka sallii tunkeutumisen edistäjän edeltäjän olla vuorovaikutuksessa tunkeutumisatmosfäärin kanssa ja/tai esimuotin tai täyteaineen ja/tai metallin kanssa. Eräissä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-tumisatmosfääri-järjestelmissä on esimerkiksi toivotta-15 vaa, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä höyrystyy siinä lämpötilassa jossa matriisimetalli sulaa, tämän lämpötilan lähellä, tai eräissä tapauksissa jopa jonkinverran tämän lämpötilan yläpuolella. Sellainen höyrystyminen saattaa johtaa: 1) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon 20 tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kaasun muodosta miseksi, joka edistää täyteaineen tai esimuotin kostuttamista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa 25 olevan tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista; ja/tai 3) sellaiseen tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon täyteaineessa tai esimuotissa, joka muodostaa kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan 30 tunkeutumisen edistäjän ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista.

"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevät tässä käytettynä sitä metallia, jota käytetään metallimat-35 riisikomposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumis ta) ja/tai sitä metallia, joka sekoittuu täyteaineeseen metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi 91490 18 (esim. tunkeutumisen jälkeen). Kun matriisimetalliksi nimetään määrätty metalli, on ymmärrettävä, että sellainen matriisimetalli sisältää tämän metallin oleellisesti puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa 5 on epäpuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostaman yhdisteenä tai seoksena, jossa tämä metalli on pääasiallisena osana.

"Matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-10 tumisatmosfääri-järjestelmä" eli "spontaani järjestelmä" viittaa tässä käytettynä siihen aineiden yhdistelmään, jolla esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin ja täyteaineeseen. On ymmärrettävä, että kun esimerkin mat-riisimetallin, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tun-15 keutumisatmosfäärin välissä esiintyy merkki "/", sitä käytetään merkitsemään järjestelmää tai aineiden yhdistelmää, jolla määrätyllä tavalla yhdisteltynä esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin tai täyteaineeseen.

20 "Metallimatriisikomposiitti" eli "MMC" merkitsee tässä käytetynä ainetta, joka käsittää kaksi- tai kolmiulottei-sesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitää sisällään esimuottia tai täyteainetta. Matriisimetalli voi sisältää erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan 25 erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tuloksena olevassa komposiitissa.

Matriisimetallista "poikkeava" metalli merkitsee metallia, joka ei sisällä pääasiallisena ainesosana samaa metallia 30 kuin matriisimetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin pääasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metallin pääasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).

"Ei-reaktiivinen astia matriisimetallia varten" merkitsee 35 mitä tahansa astiaa, joka voi sisältää sulaa matriisimetallia prosessin oloissa, ja joka ei reagoi matriisin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin ja/tai tunkeutumisen edis- 19 91490 täjän edeltäjän kanssa sellaisella tavalla, joka oleellisesti huonontaisi spontaania tunkeutumismekanismia.

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

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

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

35 Seuraavat kuviot on järjestetty keksinnön ymmärtämisen tueksi, mutta niitä ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnön suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on käytetty 91490 20 mahdollisuuksien mukaan samoja viitenumerolta osoittamaan samanlaisia osia, jolloin:

Kuvio 1 esittää poikkileikkauksen uudelleen käytettävissä 5 olevasta muotista esimuotin valmistamiseksi käy tettäväksi esillä olevan keksinnön mukaisesti;

Kuvio 2 esittää esimuotin käytettäväksi esillä olevan keksinnön mukaisesti; 10

Kuvio 3 esittää esimuotin kellumassa sulan matriisimetallin altaassa esillä olevan keksinnön mukaisesti;

Kuvio 4 esittää metallimatriisi-komposiittikappaleen kel- 15 lumassa sulan matriisimetallin altaassa;

Kuvio 5 esittää kulutusmuotin ja esimuotin esillä olevan keksinnön toisen suoritusmuon mukaisesti; 20 Kuvio 6 esittää kulutusmuotteja, joita matriisimetalliva-lanteet ympäröivät ei-reagoivassa matriisimetallin astiassa esimerkin 1 mukaisesti;

Kuvio 7 havainnollistaa kaaviollista poikkileikkausta 25 järjestelystä ja laitteesta spontaanin tunkeutu misen aikaansaamiseksi kappaleeseen sulassa mat-riisimetallissa kellumalla esimerkin 2 mukaisesti; ja 30 Kuvio 8 havainnollistaa kaaviollista poikkileikkausta järjestelystä ja laitteesta spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi kappaleeseen sulassa mat-riisimetallissa kellumalla esimerkin 3 mukaisesti.

35 Esillä oleva keksintö liittyy metallimatriisi-komposiit- tikappaleen muodostamiseen, asettamalla kelluva esimuotti sulan matriisimetallialtaan pinnan lähelle tai pinnalle 21 91490 tai jonkin verran sulaan matriisimetallialtaaseen uponneena, sekä sulan matriisimetallin esimuottiin halutussa määrin tapahtuvan spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseen. Matriisimetallin spontaanin esimuottiin tunkeutumi-5 sen aikaansaamiseksi tulisi spontaaniin järjestelmään järjestää tunkeutumisen edistäjää. Tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa tunkeutumisen edistäjän edeltäjästä, joka voitaisiin syöttää 1) matriisimetalliin, ja/tai 2) esimuottiin, ja/tai 3) tunkeutumisatmosfääristä, ja/tai 4) 10 ulkoisesta lähteestä spontaaniin järjestelmään. Lisäksi, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sijasta voidaan tunkeutumisen edistäjää syöttää suoraan ainakin joko esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfääriin. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeu-15 tumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.

Keksinnön mukaisesti esimuotti voidaan muodostaa muovaamalla täyteainemassaa sopivasti muottiin, kuten esitetään 20 kuviossa 1. Täyteaine voi esimerkiksi käsittää keraamisen aineen kuten piikarbidin (tai muun sopivan täyteaineen, kuten alla selitetään yksityiskohtaisesti) seosta. Täyteaine voidaan puristaa muotin 2 onteloon 1 määränä, joka vastaa valmiin metallimatriisi-komposiittikappaleen toi-25 vottuja ominaisuuksia. Täyteaine muunnetaan sitten edullisesti esimuotiksi (esim. jäykistetyksi kappaleeksi, joka pitään muotonsa ja tuorelujuutensa prosessioloissa). Esimuotti voi sisältää tunkeutumisen edistäjän edeltäjää, kuten magnesiumia, joka voidaan konvertoida tunkeutumisen 30 edistäjäksi käsittelyn aikana. Vaihtehtoisesti tunkeutumisen edistäjä voi muodostua esimuotissa ennen sen upottamista sulaan matriisimetalliin. Esimerkiksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ollessa magnesiumia, se voidaan muuntaa magnesiumnitridiä olevaksi tunkeutumisen edistä-35 jäksi typen läsnäollessa esimuotin muodon muodostamiseksi, johon on muodostettu tunkeutumisen edistäjää. Toisena vaihtoehtona esimuotti voi olla ilman siihen sisältyvää 91490 22 tunkeutumisen edistäjää tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää, jolloin tunkeutumisen edistäjää on syötettävä tai muodostettava spontaanin järjestelmän muussa osassa.

5 Sen jälkeen esimuotti 3 voidaan poistaa muotista 2, kuten esitetään kuviossa 2, jolloin mistä tahansa täyteaineelle muototarkkuuden antavasta sopivasta aineesta, kuten kipsistä tai silikonikumista muodostettu muotti 2 voidaan käyttää uudelleen. Tavanomaiset halkaistavat muotit, mo-10 niosaiset muotit, tarkkuusmuotit tai vastaavat sopivat tähän tarkoitukseen. Vaihtoehtoisesti esimuotti 3 voi pysyä muotissa, joka esimerkiksi on tehty metallikalvosta, joka voi kulua prosessin seuraavissa vaiheissa. Joka tapauksessa esimuotin tulisi olla sopivasti käsiteltävissä, niin että 15 estetään tunkeutumisen edistäjän heikkeneminen pitämällä esimuotti tunkeutuvassa tai inertissä atmosfäärissä ja niin että estetään muut fyysiset vahingot ennen kuin metalli-matriisi-komposiittikappaleen muodostuminen on täydellinen.

20

Kuten kuviossa 3 esitetään voidaan esimuotti 3 sitten asettaa kosketukseen sulan matriisimetallin altaan 4 kanssa, jota pidetään sopivassa tulenkestävässä säiliössä 5. Sulan matriisimetallin tunkeutuessa spontaanisti aina-25 kin esimuotin 3 osaan aikaansaa metallimatriisi-komposiit-tikappaleen 6 siinä esimuotin 4 osassa, johon tunkeutuminen on tapahtunut. Esimuotti 3 voidaan viedä sulan matriisimetallin altaaseen 4 yksinkertaisesti asettamalla esimuotti 3 sulan matriisimetallin altaan 4 pinnalle. Vaihtoehtoi-30 sesti esimuotti 3 voidaan asettaa sopivaan upokkaaseen tai muuhun ei-reagoivaan matriisimetallin säiliöön, jossa sitä ympäröi jokin määrä matriisimetallivalanteita, ja sitten sulattaa matriisimetalli esimuotin ympärillä. Esimuottien vieminen matriisimetallin olevaan altaaseen voi aikaansaa-35 da nopeamman valmiiden metallimatriisikomposiittien tuotannon, koska matriisimetallin sulattamiseen ei tarvita aikaa. Esimuottien esikuumentaminen voi kuitenkin olla 23 91490 toivottavaa lämpöshokin ja siitä seuraavan halkeamisen tai esimuotin heikkenemisen estämiseksi.

Ymmärretään, että esimuotin käsittäessä aluksi keraamista 5 ainetta ja tunkeutumisen edistäjän edeltäjää, tulisi ainakin jokin osa tunkeutumisen edistäjän edeltäjästä muuntaa tunkeutumisen edistäjäksi. Tämä muunnos voidaan suorittaa esimuottia ja matriisimetallivalanteita kuumennettaessa, asettamalla esimuotti esimerkiksi tunkeutu-10 misatmosfääriin kuumentamisen aikana.

Edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjän voidaan ainakin osittain antaa reagoida tunkeutumisatmosfäärin kanssa, niin että tunkeu-15 tumisen edistäjä voidaan muodostaa ainakin osassa esimuottia ennen kuin tai oleellisesti samanaikaisesti kun esimuotti koskettaa sulaa matriisimetallia (esim. jos tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä olisi magnesiumia ja tunkeutumisatmosfäärinä typpeä, niin tunkeutumisen edis-20 täjä voisi olla magnesiumnitridiä, joka voisi sijaita ainakin osassa esimuottia). Vaihtoehtoisesti tunkeutumisatmosfäärin (esim. typpikaasun alumiini/magnesium/typpi- järjestelmässä) voidaan antaa kuplia sulaan matriisime-talliin koskettamaan esimuottia ja reagoimaan tunkeutu-25 misen edistäjän edeltäjän kanssa tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi matriisimetallikylpyyn tapahtuvan upottamisen jälkeen. Esimuotti voidaan lisäksi altistaa tunkeu-tumisatmosfäärille sen kelluessa sulan matriisimetallin pinnalla, jolloin tunkeutumisen edistäjän edeltäjä muuntuu 30 tunkeutumisen edistäjäksi.

Esimerkkinä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltä jä/tunkeutumisatmosfääri- järjestelmästä on alumiini/ magnesium/typpi-järjestelmä. Erityisesti voidaan alu-35 miinimatriisimetalli asettaa sopivaan tulenkestävää ainetta olevaan astiaan, joka prosessioloissa ei reagoi alu-miinimatriisimetallin kanssa, kun alumiini sulatetaan.

24 91490

Esimuotti voidaan sen jälkeen päästää kosketukseen sulan alumiinimatriisimetallin kanssa. Esimuotti kelluu lähellä 5 sulan matriisimetallin pintaa tai sen päällä johtuen sen luonnollisesta kelluvuudesta sulan matriisimetallin suhteen. Lisäksi esimuotti voidaan irrotettavasti kiinnittää kellukevälineeseen, joka edistää esimuotin kellumista tai aiheuttaa kellumisen. Kellukeväline voisi käsittää mitä 10 tahansa sopivaa ainetta, joka ei reagoi spontaanissa järjestelmässä, ja joka on riittävästi positiivisesti tai negatiivisesti kelluvaa sulassa matriisimetallissa, niin että se vaikuttaa toivotulla tavalla esimuotin tai metal-limatriisikomposiittikappaleen kellumiskykyä vastaan. 15 Lisäksi esimuotti voidaan saattaa koskettamaan matriisime-tallia ennen kuin matriisimetalli sulaa tai esimuotti voidaan ympäröidä kiinteän matriisimetallin hiukkasilla tai kappaleilla. Sen jälkeen matriisimetalli kuumennettaisiin sen sulattamiseksi.

20

Esimuottiin tunkeutumisen aikana esimuotti, riippumatta siitä, onko kiinnitetty kellukevälineeseen vai ei, voi ainakin osittain alkaa upota sulaan matriisimetalliin, osoittaen siten, että tunkeutuminen on tapahtunut, kuten 25 esitetään kuviossa 4. Ymmärretään, että sellainen uppoaminen tapahtuisi esimuotin kellumiskyvyn muutoksena matriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen määrä kasvaa.

Niissä oloissa, joita käytetään esillä olevan keksinnön 30 mukaisessa menetelmässä, alumiini/magnesium/typpi-spontaanissa tunkeutumisjärjestelmän tapauksessa esimuotti voi olla riittävän läpäisevää, jotta typpeä sisältävä kaasu 25 91490 voi tunkeutua esimuottiin ja koskettaa sulaa matriisime-tallia. Lisäksi läpäisevässä täyteaineessa voi tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin aiheutuu sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen typen lä-5 päisemään esimuottiin, niin että se muodostaa metallimat-riisi-komposiittikappaleen. Spontaanin tunkeutumisen määrä ja metallimatriisikomposiitin muodostuminen vaihtelee prosessiolojen annetun yhdistelmän mukaisesti, joita ovat mm. alumiinimatriisimetallin ja/tai esimuotin magnesiumin 10 pitoisuus, magnesiumnitridin määrä esimuotissa ja/tai alumiinimatriisimetallissa, muiden seosalkuaineiden (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, kromi, sinkki, ja vastaavat) läsnäolo, esimuotin muodostavan täyteaineen keskimääräinen koko (esim. hiukkashalkaisija), täyteaineen 15 pintatila ja tyyppi, tunkeutumisatmosfäärin typpipitoisuus, tunkeutumiselle annettu aika ja lämpötila, jossa tunkeutuminen tapahtuu.

Annettaessa esimerkiksi sulan alumiinimatriisimetallin 20 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 edellä on seli-25 tetty, voidaan myös sisältää matriisimetalliin sen erityisten ominaisuuksien räätälöimiseksi. Lisäksi lisäseosalkuaineet voivat vaikuttaa matriisin alumiinime-tallissa tarvittavan magnesiumin vähimmäismäärään, niin että se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen täyteaineeseen 30 tai esimuottiin. Riittävän magnesiumin ja/tai magnesium nitridin määrän sisällyttäminen alumiini matriisimetalliin tekee tarpeettomaksi magnesiumin tai magnesiumnitridin erillisen järjestämisen esimuottiin tai tunkeutumisatmosfääriin.

Magnesiumin häviämistä spontaanista järjestelmästä niin suuressa määrin, esimerkiksi höyrystymisen vuoksi, tulisi 35 91490 26 välttää niin että jonkin verran magnesiumia jää muodostamaan tunkeutumisen edistäjää. Siten on toivottavaa, että aluksi käytetään riittävää seosalkuaineiden määrää varmistamaan spontaanin tunkeutumisen, höyrystymisen sitä hait-5 taamatta. Lisäksi magnesiumin läsnäolo sekä esimuotissa että matriisimetallissa tai pelkästään esimuotissa voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista varten vaadittavan määrän pienenemiseen (jota selitetään yksityiskohtaisemmin alempana).

10

Typpiatmosfäärissä olevan typen määrä vaikuttaa myös metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisnopeu-teen. Erityisesti jos atmosfäärissä on alle 10 tilavuusprosenttia typpeä, niin spontaania tunkeutumista esiintyy 15 hyvin hitaasti tai hyvin vähän. On havaittu, että on edullista kun atmosfäärissä on ainakin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin aikaansaadaan lyhyempiä tunkeutu-misaikoja paljon suuremmasta tunkeutumismäärästä johtuen. Tunkeutumisatmosfääri (esim. typpeä sisältävä kaasu) voi-20 daan syöttää suoraan täyteaineseen tai esimuottiin ja/tai matriisimetalliin, tai se voidaan tuottaa aineen hajoamisen tuloksena.

Sulan matriisimetallin täyteaineseen tai esimuottiin tun-25 keutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin vähimmäismäärä riippuu yhdestä tai useammasta tekijästä, kuten prosessin lämpötilasta, ajasta, muiden lisäseosalkuainei-den kuten piin tai sinkin läsnäolosta, täyteaineen tai esimuotin luonteesta, magnesiumin sisältymisestä yhteen 30 tai useampaan spontaanin järjestelmän osaan ja atmosfäärin typpisisällöstä. Voidaan käyttää alempia lämpötiloja tai lyhyempiä kuumennusaikoja täydellisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun matriisimetallin ja/tai esimuotin magnesiumpitoisuutta nostetaan. Samaten annetulla mag-35 nesiumpitoisuudella määrättyjen lisäseosalkuaineiden, kuten sinkin lisääminen mahdollistaa alempien lämpötilojen käyttämisen. Esimerkiksi matriisimetallin magnesiumpitoi- 27 91490 suutta toimivan alueen alapäässä/ esim välillä noin 1-3 painoprosenttia, voidaan käyttää yhdessä ainakin jonkin seuraavien kanssa: vähiiranäisprosessilämpötilan ylittävä lämpötila, suuri typpipitoisuus, yksi tai useampia li-5 säseosalkuaineita. Ellei esimuottiin lisätä lainkaan magnesiumia, pidetään välillä noin 3-5 painoprosenttia magnesiumia sisältäviä matriisimetalliseoksia edullisina, johtuen niiden yleisestä käytettävyydestä laajoilla pro-sessiolojen alueilla, jolloin ainakin 5 painoprosenttia 10 pidetään edullisena käytettäessä alempia lämpötiloja ja lyhyempiä aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan käyttää 10 painoprosentin ylittäviä magnesiumpitoisuuksia tunkeutumiseen vaadittavien lämpötilaolojen muuntelemiseksi.

15 Magnesiumpitoisuutta voidaan pienentää muiden seosalkuai-neiden yhteydessä, mutta nämä alkuaineet palvelevat ainoastaan lisätoimintoja, ja niitä käytetään edellä mainitun magnesiumin minimimäärän tai sen ylittävän määrän kanssa. Esimerkiksi oleellisesti mitään tunkeutumista ei esiinty-20 nyt nimellisesti puhtaalla alumiinilla, jota oli seostettu 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 25 edistävän tunkeutumisprosessia. Toisena esimerkkinä magnesiumin määrä muuttuu, jos sitä syötetään yksinomaan esimuottiin tai täyteaineeseen.

On havaittu, että spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun 30 spontaaniin järjestelmään syötetään pienempi painoprosentti magnesiumia, jos ainakin jokin määrä syötetyn magnesiumin kokonaismäärästä sijoitetaan esimuottiin tai täyteaineeseen. Saattaa olla toivottavaa, että magnesiumia järjestetään pienempi määrä, jotta vältettäisiin ei-toi-35 vottujen metalliyhdisteiden syntyminen metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Esimuotin ollessa piikarbidia on havaittu, että matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti 91490 28 esimuottiin, kun esimuotti saatetaan kosketukseen alu-miinimatriisimetallin kanssa, esimuotin sisältäessä ainakin 1 painoprosenttia magnesiumia ja oleellisesti puhtaan typpiatmosfäärin läsnäollessa. Alumiinioksidi-esimuotin 5 tapauksessa hyväksyttävän spontaanin tunkeutumisen saavuttamiseksi vaadittu magnesiumin määrä on hieman suurempi. Erityisesti on havaittu, että kun samantapainen alu-miinimatriisimetalli saatetaan koskettamaan alumiinioksi-di-esimuottia, likimain samassa lämpötilassa kuin alumiini 10 joka tunkeutui piikarbidi-esimuottiin, ja saman typpiat-mosfäärin läsnäollessa, niin sdaatetaan tarvita ainakin noin 3 painoprosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.

15 On myös havaittu, että on mahdollista syöttää spontaaniin järjestelmään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää seoksen pinnalle ja/tai esimuotin tai täyteaineen pinnalle ja/tai esimuottiin tai täyteaineeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua 20 täyteaineeseen tai esimuottiin (ts. saattaa olla, ettei syötettyä tunkeutumisen edistäjän edeltäjää tai tunkeutumisen edistäjää tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan että yksinkertaisesti syötetään jompaakumpaa tai molemoaa spontaaniin järjestelmään). Jos magnesiumia levitettäisiin 25 matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, että mainittu pinta olisi se pinta, joka on lähimpänä tai edullisesti kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan tai päinvastoin; tai että sellaista magnesiumia pitäisi sekoittaa ainakin esimuotin tai täyteaineen osaan. Lisäksi 30 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 edeltäjän (edeltäjien) levittämisessä saattai-35 sivat johtaa alumiinimatriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen edistämiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispai-noprosenttimäärän pienenemiseen, samoinkuin alempien 29 91490 lämpötilojen saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyä. Lisäksi magnesiumin läsnäolosta johtuva metallien epätoivottujen keskinäisten yhdisteiden muodostuminen voitaisiin myös minimoida.

5

Yhden tai useamman lisäseosalkuaineen käyttäminen ja ympäröivän kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myös mat-riisimetallin nitrautumiseen annetussa lämpötilassa. Esimerkiksi voidaan seokseen sisällyttää tai seoksen pinnalle 10 levittää sellaisia lisäseosalkuaineita kuin sinkkiä tai rautaa tunkeutumislämpötilan alentamiseksi ja siten muodostuvan nitridin määrän pienentämiseksi, kun taas kaasussa olevan typen pitoisuuden lisäämistä voitaisiin käyttää nitridin muodostumisen edistämiseen.

15

Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin pitoisuus pyrkii myös vaikuttamaan tunkeutumisen määrään annetussa lämpötilassa. Vastaavasti eräissä tapauksissa, 20 joissa pieni määrä tai ei lainkaan magnesiumia saa olla kosketuksessa suoraan esimuottiin tai täyteaineeseen, saattaa olla edullista, että ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia sisällytetään matriisimetalliseokseen. Tätä arvoa pienemmät seosmäärät, kuten 1 painoprosentti mag-25 nesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilämpötilat tai lisäseosalkuaineita tunkeutumista varten. Tämän keksinnön spontaanin tunkeutumisprosessin toteuttamiseksi vaadittu lämpötila voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoisuutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 30 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. Yleensä esiintyy spontaania ja etenevää 35 tunkeutumista prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 675°C, edullisesti prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 750 - 800°C. Yleensä yli 1200°C olevat lämpötilat eivät 91 4?u 30 näytä edistävän prosessia, ja erityisen käyttökepoiseksi lämpötilaksi on havaittu alue noin 675°C - noin 1200°C. Kuitenkin yleisenä sääntönä spontaanin tunkeutumisen lämpötila on sellainen lämpötila, joka on matriisimetallin 5 sulamispisteen yläpuolella mutta matriisimetallin höyrystymis lämpötilan alapuolella. Lisäksi spontaanin tunkeutumisen lämpötilan tulisi olla täyteaineen sulamispisteen alapuolella. Edelleen, kun lämpötilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfäärin väli-10 sen reaktiotuotteen muodostamiseen (esim. alumiinimat-riisimetallin ja typpeä olevan tunkeutumisatmosfäärin tapauksessa saattaa muodostua alumiininitridiä). Sellaiset reaktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-toivot-tuja, riippuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aio-15 tusta käytöstä. Lisäksi tyypillisesti käytetään sähkövas-tuskuumennusta tunkeutumislämpötilojen saavuttamiseksi. Keksinnön yhteydessä käytettäväksi hyväksytään kuitenkin mikä tahansa kuumennusväline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan ja joka ei vaikuta haitallisesti spon-20 taaniin tunkeutumiseen.

Esillä olevassa menetelmässä esimerkiksi läpäisevä tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää sisältävä esimuotti voidaan saattaa kosketukseen sulan 25 matriisimetallin (esim. alumiinin) kanssa typpeä sisältävän atmosfäärin (esim typpeä sisältävän kaasun) ollessa läsnä koko tunkeutumiseen vaadittavan ajan. Tämä aikaansaadaan ylläpitämällä jatkuva kaasun virtaus kosketuksessa esimuottiin ja sulaan alumiinimatriisimetalliin. Vaikkei 30 typpeä 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 35 hapettava vaikutus sulaan metalliin ja/tai tunkeutumisen edistäjään ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjään.

31 91490

Esillä olevaa metallimatriisikomposiitin muodostamis-menetelmää voidaan soveltaa täyteaineiden laajaan valikoimaan, ja täyteaineiden valinta riippuu sellaisista tekijöistä, kuten matriisiseoksesta, prosessin olosuhteista, 5 sulan matriisimetalliseoksen reaktiivisuudesta täyteaineen kanssa, sekä lopulliselle metallimatriisi-komposiit-tituotteelle haetuista ominaisuuksista. Kun matriisimetal-lina on esimerkiksi alumiini, lukeutuvat sopiviksi täyteaineiksi a) oksidit, esim. alumiinioksidi, b) karbi-10 dit, esim. piikarbidi, c) boridit, esim. alumiinidodeka-boridi, ja d) nitridit, esim. alumiininitridi. Mikäli täyteaine pyrkii ragoimaan sulan alumiinimatriisimetallin kanssa, tämä voidaan ottaa huomioon minimoimalla tunkeu-tumisaika ja -lämpötila tai järjestämällä reagoimaton 15 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 nitridit. Esillä olevassa 20 menetelmässä käytettäviksi edullisina pidettyjä keraameja ovat mm. alumiinioksidi ja piikarbidi hiukkasten, hiutaleiden, kuitukiteiden ja kuitujen muodossa. Kuidut voivat olla epäjatkuvia (leikatussa muodossa) tai jatkuvan säikeen muodossa, kuten monisäikeiset langat. Lisäksi täyteaine 25 tai esimuotti voi olla homogeeninen tai epähomogeeninen.

On myös havaittu, että määrätyillä täyteaineilla esiintyy suurempaa tunkeutumista suhteessa täyteaineisiin, joilla on samantapainen kemiallinen koostumus. Esimerkiksi US-pa-30 tentissä 4,713,360 (nimitys "Uusia keraamisia aineita ja menetelmiä niiden valmistamiseksi" ) kuvatulla menetelmällä valmistetuilla murskatuilla alumiinioksidi-kappaleilla on edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Lisäksi 35 rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessa 819,397 (nimitys: "Komposiittikeraamisia esineitä ja niiden valmistusmenetelmä") esitetyllä menetelmällä tehdyillä murskatuilla 91 490 32 alumiinioksidikappaleilla on myös edulliset tunkeutu-misominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Edellä mainitut patenttijulkaisut esitetään tässä nimenomaisina viittauksina. Näin 5 ollen on havaittu, että täydellinen tunkeutuminen keraamista ainetta olevaan läpäisevään massaan voi tapahtua alemmissa tunkeutumislämpötiloissa ja/tai lyhyemmillä tun-keutumisajoilla käyttäen puristettuja tai murskattuja kappaleita, jotka on valmistettu edellä mainittujen pa-10 tenttijulkaisujen mukaisella menetelmällä.

Täyteaineen koko ja muoto voi olla mikä tahansa sellainen, joka vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Siten aine voi olla hiukkasten, kuituki-15 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 koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten 20 massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemiseksi tarvita korkeampi lämpötila tai pidempi aika kuin suuremmilla hiukkasilla. Lisäksi riittää, että täyteainemassa esi-muotiksi muotoiltuna on tunkeutumista varten läpäisevää, ts. ainakin sulaa matriisimetallia ja mahdollisesti tun-25 keutumisatmosfääriä läpäisevää.

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä metallimatrii-si-komposiittien muodostamiseksi sallii oleellisesti yhtenäisten matriisimetallikomposiittien valmistamisen, 30 joilla on suuri tilavuusosa täyteainetta ja pieni huokoisuus, koska ne eivät ole riippuvaisia paineen käyttämisestä sulan matriisimetallin puristamiseksi esimuottiin tai täyteainemassaan. Suurempia täyteaineen tilavuusosuuksia voidaan aikaansaada käyttämällä alussa täyteainemassaa, 35 jolla on pienempi huokoisuus. Suurempia tilavuusosuuksia voidaan myös aikaansaada silloin, jos täyteainemassa tiivistetään tai tehdään muulla tavalla tiiviimmäksi, 33 91490 edellyttäen ettei massaa muuteta joko täysin tiiviiksi suljetuin kennohuokosin tai täysin tiiviiksi rakenteeksi, mikä estäisi sulan seoksen tunkeutumisen.

5 On havaittu, että alumiinin tunkeutumista ja matriisin muodostumista varten keraamisen täyteaineen ympärille voi keraamisen täyteaineen kostutus alumiinimatriisimetallil-la olla tärkeä osa tunkeutumismekanismista. Lisäksi alhaisissa prosessilämpötiloissa esiintyy erittäin vähän tai 10 häviävän vähän metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan erittäin vähäinen epäjatkuva alumiininitridin faasi metallimatriisiin jakautuneena. Kun lähestytään lämpötila-alueen yläpäätä, tapahtuu kuitenkin todennäköisemmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan 15 säätää nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamalla lämpötilaa, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Ne määrätyt lämpötilat, joissa nitridin muodostuminen tulee merkittävämmäksi, muuttuvat myös sellaisista tekijöistä riippuen, kuten käytetty matriisin alumiiniseos ja sen määrä suh-20 teessä täyteaineen tai esimuotin määrään, täyteaineen määrä johon tunkeutumisen on tapahduttava, sekä tunkeutumisatmosfäärin typpipitoisuus. Esimerkiksi alumiininitridin muodostumisen määrän uskotaan määrätyssä prosessilämpöti-lassa kasvavan, kun seoksen kyky keraamisen täyteaineen 25 kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfäärin typpipitoisuus kasvaa.

Sen vuoksi on mahdollista räätälöidä matriisimetallin rakennetta komposiitin muodostuksen aikana, niin että 30 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 35 suorituskyvylle tai parantaa niitä. Lisäksi alumiiniseoksen spontaanin tunkeutumisen edullinen lämpötila-alue voi vaihdella käytetystä keraamisesta aineesta riippuen. Kun 91490 34 täyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeutumisen lämpötilan tulisi ylittää 1000°C, mikäli halutaan, ettei matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkittävän nitridin muodostumisen johdosta. Lämpötilan 1000°C ylit-5 täviä lämpötiloja voidan kuitenkin käyttää, mikäli halutaan tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikompi muovattavuus ja suurempi jäykkyys. Piikarbidiin tunkeutumista varten voidaan käyttää korkeampia, noin 1200°C lämpötiloja, koska piikarbidia täyteaineena käytettäessä alumiiniseok-10 sesta syntyy vähemmän nitridejä, kuin alumiinioksideja täyteaineena käytettäes s ä.

Lisäksi on mahdollista käyttää matriisimetallin varasto-lähdettä täyteaineen täydellisen tunkeutumisen varmista-15 miseksi ja/tai syöttää toista metallia, jolla on erilainen koostumus kuin matriisimetallin ensimmäisellä lähteellä. Eräissä tapauksissa voi erityisesti olla toivottavaa käyttää varastolähteessä matriisimetallia, joka koostumukseltaan poikkeaa matriisimetallin ensimmäisestä lähteestä. 20 Jos esimerkiksi alumiiniseosta käytetään ensimmäisenä matriisimetallin lähteenä, niin varastolähteen metallina voitaisiin käyttää näennäisesti mitä tahansa toista metallia tai metalliseosta. Esillä olevan keksinnön mukaisesti esimuotti, johon kohdistuu spontaani tunkeutuminen, ts. 25 esimuotti joka on ensimmäisen matriisimetallin osittan läpitunkemaa, voitaisiin kaasuvirralla tai muulla mekanis-millä saada kellumaan altaan alueella, joka käsittää toista matriisimetallia. Lisäksi sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toistensa kanssa, mikä johtaisi varastolähde-30 metallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmäiseen lähteeseen niin kauan kuin annetaan riittävästi aikaa sekoittumista varten. Käytettäessä ensimmäisen matriisimetallin lähteestä poikkeavan koostumuksen omaavaa varastolähdeme-tallia, on siten mahdollista räätälöidä metallimatriisin 35 ominaisuuksia erilaisten toimintavaatimusten täyttämiseksi ja siten räätälöidä metallimatriisikomposiitin ominaisuuksia.

35 91490

Ymmärretään että estovälinettä voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä. Tämän keksinnön yhteydessä käytettävä estoväline voi erityisesti olla mikä tahansa soveltuva väline, joka vuorovaikuttaa, estää ja lopettaa 5 sulan matriisiseoksen (esim. alumiiniseos) kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan täyteaineen tai esimuotin määritellyn rajapinnan ohi. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät 10 jonkinasteisen eheyden eivätkä ole haihtuvia, ja jotka edullisesti ovat prosessissa käytettyä kaasua läpäiseviä, ja jotka samoin pystyvät paikallisesti estämään, pysäyttämään, vuorovaikuttamaan, torjumaan, jne, jatkuvan tunkeutumisen tai minkä tahansa muun liikkeen keraamisen 15 täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Estovälineitä voidaan käyttää spontaanin tunkeutumisen aikana tai muoteissa tai muissa laitteissa, joita käytetään spontaanin tunkeutumisen metallimatriisikomposiitin lämpömuovauksen yhteydessä, kuten alla yksityiskohtaisemmin selitetään.

20

Soveltuvat estovälineet sisältävät aineita, kuten grafiittia ja alumiinioksidia, joita tunkeutuva sula matriisime-talli käytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää ole-25 van oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneis-tusta tai hiomista, jota voidaan tarvita metallimatriisi-30 komposiittituotteella, ja se voi lisätä esimuotin jha metallimatriisikomposiitin rakenteellista eheyttä. Esto-aine voi lisäksi olla sopivasti muotoiltua sallimaan tarttumisen komposiittiin ja sen poistamisen matriisime-tallialtaasta. Kuten edellä mainittiin, tulisi estoaineen 35 edullisesti olla läpäisevää tai huokoista, tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä esto-aineeseen tai lävistämällä se, niin että tunkeutumisatmos- 91 490 36 fääri pääsee kosketukseen sulan matriisimetalliseoksen kanssa, joka sisältää tunkeutumisen edistäjän edeltäjää.

Soveltuvia estoaineita, jotka ovat erityisen edullisia 5 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-10 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 15 kestävä ja kemiallisesti inertti. Grafoil (R) -grafiitti-aine on taipuisaa, kestävää, mukautuvaa ja joustavaa. Sitä voidaan valmistaa useissa muodoissa sopimaan estoaine sovellutuksiin. Grafiittiestovälinettä voidaan kuitenkin käyttää lietteenä tai tahnana tai jopa maalikalvona 20 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.

25

Muita edullisia estoaineita alumiinimetallimatriisiseok-sille typessä ovat siirtymämetalliboridit (esim. ti-taanidiboridi (TiB2)), joita sulat alumiinimetalliseokset eivät tätä ainetta määrätyissä prosessioloissa käytettä-30 essä pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella prosessilämpötilan ei tulisi ylittää noin 875°C, koska muutoin estoaineen vaikutus vähenee, ja itse asiassa korkeammassa lämpötilassa esiintyy tunkeutumista estoai-neeseen. Siirtymämetalliboridit ovat tyypillisesti saata-35 villa hiukkasmuodossa (1 - 30 mikrometriä). Estoaineet voidaan levittää lietteenä tai tahnana edullisesti esi- 37 91490 muotiksi muotoillun läpäisevän keraamisen täyteaineen massan rajapinnoille.

Alumiinimetallimatriisiseoksia varten typessä muut käyt-5 tökelpoiset estoaineet sisältävät vaikeasti haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, jotka levitetään kalvona tai kerroksena täyteaineen tai esimuotin ulkopinnalle. Poltettaessa typessä, erityisesti tämän keksinnön mukaisissa prosessioloissa, orgaaninen yhdiste hajoaa, jättäen jäl-10 keensä hiilinokikalvon. Orgaaninen yhdiste voidaan levittää tavanomaisin keinoin, kuten maalaamalla, suihkuttamalla, upottamalla, jne.

Lisäksi voivat hienoksi jauhetut hiukkasmaiset aineet 15 toimia estoaineena, jos hiukkasmaiseen aineeseen tunkeutuminen esiintyy nopeudella, joka on hitaampi kuin tunkeu-tumisnopeus täyteaineeseen.

Siten voidaan estoainetta levittää millä tahansa sopivalla 20 tavalla, kuten peittämällä määritelty rajapinta estoväli-neen kerroksella. Sellainen estovälineen kerros voidaan muodostaa maalaamalla, upottamalla, silkkipainatuksella, höyrystämällä, tai levittämällä estovälinettä muilla tavoin neste-, liete- tai tahnamuodossa, tai sputteroimalla 25 höyrystyvää estovälinettä, tai yksinkertaisesti kerrostamalla kiinteän hiukkasmaisen estovälineen kerros, tai levittämällä estovälineen kiinteä ohut arkki tai kalvo määritellylle rajapinnalle. Kun estoväline on paikallaan, spontaani tunkeutuminen päättyy oleellisesti silloin, kun 30 tunkeutuva matriisimetalli saavuttaa määritellyn rajapinnan ja koskettaa estovälinettä. Estoaineita voidaan siten käyttää esillä olevan keksinnön esimuottien yhteydessä säätämään tunkeutumista niin, että aikaansaadaan verkon muotoisia tai lähes verkon muotoisia esineitä kelluvaan 35 esimuottiin tunkeutumisella.

91490 38 Välittömästi seuraavassa olevat esimerkit sisältävät esillä olevan keksinnön erilaisia demonstraatioita. Näitä esimerkkejä on kuitenkin pidettävä havainnollistavina, eikä niitä pidä ymmärtää keksinnön suoja-alaa rajoittavina, 5 joka määritellään oheisissa patenttivaatimuksissa.

Esimerkki 1 Täyteainetta valmistettiin sekoittamalla 1000 grit (seulo lamitta, grit = noin 75 mikrometriä) piikarbidijauhetta (39 Crystolon, Norton Co.) ja noin 2,5 painoprosenttia 315 mesh (mesh = seulan aukkojen lukumäärä tuumaa kohti) magnesiumjauhetta (saatavana Johnson Mathey Co:lta). Tasaisen sekoituksen aikaansaamiseksi nämä jauheet asetet-15 tiin suljettuun säiliöön ja käsiteltiin kuulamyllyssä noin 12 tuntia. Kuulamylly tuotti vain tasaisen sekoituksen, jauheiden jauhamiseen tai muodon muutokseen ei pyritty eikä sitä aikaansaatu.

20 Kuvioon 5 viitaten täyteainetta tiivistettiin käsin mahdollisimman paljon muottiin 2, joka käsitti täyteainetta muovaavan kupariputken. Kupariputken 2 (saatavilla General Copper Co:sta) seinämät olivat noin 0,8 mm paksut, ja putki oli kellon muotoinen, 3,8 cm pitkä ja 2,5 cm laaja 25 laajemmasta päästään. Putken 2 laajempi pää jätettiin peittämättä kun taas sen kapeampi pää suljettiin alumiinikalvolla estämään täyteaineen karkaamista tiivistämisen aikana.

30 Kaksi sellaista muottia 2-1, 2-2 asetettiin sitten ei-rea-goivaan astiaan 5, joka sisälsi tietyn määrän valanteita 7 alumiiniseoksesta, kuten kuviossa 6 esitetään. Astia 5 käsitti hitsatun 300-sarjan ruostumatonta terästä olevan laatikon, joka oli vuorattu kahdella kerroksella grafiit-35 tikalvoa (esim. Permafoil (R) , jota saadaan T.T.America Co:lta), paksuudeltaan noin 0,25 mm, niin että astiasta saatiin uudelleen käytettävä. Seoksen koostumus oli noin 39 91490 85 painoprosenttia alumiinia, 12 painoprosenttia piitä ja 3 painoprosenttia magnesiumia (Al-12Si-3Mg), ja valanteen 7 järjestettiin siten, että ne astiassa 5 ympäröivät putkia 2-1 ja 2-2. Toinen muoteista 2-1 sijoitettiin lähelle 5 astian pohjaa ja toinen muotti 2-2 lähelle yläosaa. Astia 5 peitettiin sitten 0,7 mm paksulla kuparikaivolla 8 (jota saadaan Atlantic Equipment Engineering Co:lta) ja sijoitettiin sähkövastuksilla kuumennettuun uuniin. Astian sisätilaan johdettiin sitten typpikaasun syöttö noin 1,5 10 1/minuutti määränä kuparikaivossa 8 olevan reiän läpi.

Uunin lämpötila nostettiin huoneenlämpötilasta noin 750°C lämpötilaan noin 2 - 2,5 tunnin jakson aikana, jolloin täyteaine kiinteytyi esimuoteiksi, jotka pitäisivät muo-15 tonsa myös ilman muottia. Astia sisältöineen pidettiin noin 750°C:ssa noin 2,5 tuntia, jonka ajan kuluttua astiaan oli muodostunut alumiiniseosta oleva allas, kiinteytynyttä täyteainetta ympäröivät kuparimuotit olivat sulaneet ja hajaantuneet sulaan alumiiniseokseen, ja seos oli spon-20 taanisti tunkeutunut täyteaineeseen muodostaen metallimat-riisi-komposiittikappaleita, Havaitaan, että täyteaine säilyttää muotonsa kuparimuottien kulumisen jälkeenkin, mahdollisesti koska täyteaineeseen muodostuu magnesiumnit-ridiä lämpötilan noustessa (tai mahdollisesti sintrausil-25 miön tuloksena), ja sitten täyteaineen suuresta osuudesta metallimatriisi-komposiittikappaleessa.

2,5 tunnin jakson lopussa metallimatriisi-komposiittikap-paleet kelluivat luonnollisesti altaassa 3 - 5 cm pinnan 30 alapuolella. Muotti 2-2, joka sijaitsi lähellä astian yläosaa oli hetken aikaa kellunut altaan pinnalla ja uponnut sitten altaaseen muotin liuetessa altaaseen ja spontaanin tunkeutumisen edistyessä. Muotti 2-1, joka sijaitsi astian pohjalla liukeni lopuksi ja kiinteytynyt 35 esimuotti, johon tunkeutuminen oli tapahtunut, nousi altaassa likimain samalle korkeudelle kuin lähellä yläosaa sijainnut esimuotti 2-2. Metallimatriisikomposiitit nos- 91490 40 tettiin varovasti seosaltaasta ruostumatonta terästä olevalla lastalla, ja niiden annettiin jäähtyä laboratorion ilmatilassa. Tuloksena olevissa kappaleissa oli tapahtunut täydellinen spontaani tunkeutuminen ja niillä oli hyvät 5 verkkomuoto-ominaisuudet.

Esimerkki 2

Esimuotti, joka käsitti 500 grit piikarbidijauhetta (39 10 Crystolon, Norton Co.) valettiin kerrostamalla tavanomaisella menetelmällä ja esipoltettiin männän puolipultin muotoon. Esimuotti männän puolipultille, joita polttomoottoreissa käytetään useita, oli oleellisesti putken muotoinen, ja ulkohalkaisija noin 4 mm, sisähalkaisija noin 3 mm 15 ja pituus noin 5 cm. Kuvioon 7 viitaten vietiin esimuotti 2-3 altaan 4 pinnalle, joka käsitti hieman muunnettua sulan alumiiniseoksen (Belmont Metals:ilta) 380.1 seosta, jonka koostumus oli noin 7,5 - 9,5% Si, 3,0 - 4,0% Cu, 2,9% Zn, 6,0% Fe, 0,5% Ni, 0,35% Sn, ja noin 0,17 - 0,18% Mg, johon 20 vielä lisättiin noin 5 painoprosenttia Mg noin 700°C lämpötilassa.

Allas 4 oli ei-reagoivassa astiassa 5, joka käsitti 300-sarjan ruostumatonta terästä olevan tölkin vuorattuna 25 noin 0,38 mm paksulla laatua GTB olevalla grafiittinauha-tuotteella, jota Union Carbide tuottaa ja jota myydään tavaramerkillä Grafoil (R) (Union Carbide:lta). Astia 5 ja siten esimuotti 2-3 sekä allas 4 pidettiin puhtaassa typpiatmosfäärissä huuhtelemalla onteloa 8, joka muodostui 30 300-sarjan ruostumatonta terästä olevan laatikon 9 ja levyn 10 väliin. Typpeä oleva tunkeutumisatmosfääri johdettiin onteloon 8 ruostumatonta terästä olevan putken 11 läpi, joka oli asetettu ja kiinnitetty laatikossa 9 olevan sopivan reiän läpi. Laatikon 9 ja levyn 10 väliin asetettiin 35 kuparitiiviste 12 typpiatmosfäärin ylläpitämiseksi ontelossa 8. Sen lisäksi eräs määrä titaanilastuja 13 oli jakaantuneena onteloon 8, niin että ne ragoisivat hapen 41 91490 tai muun vieraan aineen kanssa, joka saattaisi saastuttaa tunkeutumisen edistäjää ja/tai matriisimetallin edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää spontaanissa alumiini/magnesium/ typpi-tunkeutumis järjestelmässä.

5

Reaktioastia, käsittäen astian 5, laatikon 9 ja levyn 10, kuumennettiin sähkövastuksin kuumennetussa uunissa huoneenlämpötilasta noin 700°C lämpötilaan noin 5 tunnin jakson aikana metalliseoksen sulattamiseksi. Sen jälkeen 10 esimuotti 2-3 asetettiin sulan alumiiniseoksen altaan 4 pinnalle nostaen laatikkoa 9 lyhyen aikaa. Lämpötila pidettiin sitten noin 800°C:ssa noin 25 tunnin jakson ajan, jonka lopussa laatikko 9 jälleen nostettiin, ja altaaseen uponnut männän puolipultti otettiin talteen käyttäen 15 ruostumatonta terästä olevaa lastaa. Männän puolipultin annettin sen jälkeen jäähtyä laboratorion ilmatilassa. Alumiiniseos oli täysin spontaanisti tunkeutunut esimuot-tiin muodostaen metallimatriisi-komposiittikappaleen, jolla oli hyvä verkkomuoto.

20

Esimerkki 3

Kuvioon 8 viitaten valmistettiin reaktioastia asettamalla ruostumatonta terästä oleva grafiittivuorattu tölkki 5 25 ympäröitynä karkearakeisella Wollastoniitilla 14 (Myad SP, saatavana NYCO, Inc:lta) alumiinioksidiupokkaaseen 15, jonka puhtausaste oli 99,7%. 300-sarjan ruostumatonta terästä oleva tölkki 16, joka sisälsi ruostumatonta terästä olevan huuhteluputken 11, asetettiin tölkin 5 päälle. Sulaa 30 alumiiniseoksen seosta käsittävä allas 4, jolla oli sama koostumus kuin esimerkin 2 alumiiniseoksella, muodostettiin tölkkiin 5.

Allas 4 muodostettiin kuumentamalla reaktioastia ja upokas 35 sähkövastuksin kuumennetussa uunissa ylläpitäen samalla jatkuvan puhtaan typen huuhtelun ruostumatonta terästä olevaan tölkkin 16. Astia kuumennettiin huoneenlämpötilas- 91490 42 ta yli noin 800°C lämpötilaan noin 5 tunnin jakson aikana. Kun allas 4 saavutti noin 700°C lämpötilan, nostettiin ruostumatonta terästä olevaa tölkkiä ja esimuotti sijoitettiin nopeasti altaan pinnalle, ja ruostumatonta terästä 5 oleva tölkki 16 palautettiin paikalleen. Astia pidettiin sitten noin 800°C:ssa noin 30 tuntia, jonka ajan jälkeen esimuotti poistettiin altaasta ja sen annettiin jäähtyä.

Esimuotti käsitti yksinkertaisen sylinterin muodossa, 10 halkaisijaltaan noin 1,3 cm ja 1,3 cm pitkä, olevaa 220 grit piikarbidia (39 Crystolon, Norton Companyiltä). Esimuotti poistettiin noin 700°C:ssa ja jäähdytettiin huoneenlämpötilaan. Saavutettiin täydellinen spontaani tunkeutuminen ja aikaansaatiin hyvät verkko-ominaisuudet. 15 20 25 30 35

Claims (9)

91490

1. Menetelmä metallimatriisikomposiitinmuodostamiseksi, tunnettu siitä, että muodostetaan esimuotti läpäisevästä täyteainemassasta, että esimuotti saatetaan sulaa matrix- 5 simetallia sisältävään altaaseen siten, että esimuotti kelluu sulan metallin pinnalla, ja että ainakin jossakin tunkeutumisprosessin vaiheessa vaikuttavan tunkeutumisat-mosfäärin sekä tunkeutumisen edistäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän avulla sula matriisimetalli saate-10 taan spontaanisti tunkeutumaan ainakin osaan esimuotista.

2. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att infiltrationsatmosfären stär i förbindelse med förformen och/eller matrismetallen ätminstone under en del av in-filtrationstiden. 35

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisatmosfääri on yhteydessä esimuot-tiin ja/tai matriisimetalliin ainakin tunkeutumisen osan 15 aikana.

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att företrädaren tili det infiltrationsfrämjande medlet och/-eller det inf iltrationsf rämjande medlet tillförs matrisme- 91490 tallen och/eller förformen och/eller infiltrationsatmosfä-ren.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää syötetään matriisimetalliin ja/tai 20 esimuottiin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin.

4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att 5 förformen bildas av en genomtränglig fyllnadsmedelmassa omfattande ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av pulver, flingor, mikrokulor, fiberkristaller, bubblor, fibrer, partikelmaterial, fibermattor, brutna fibrer, ku-lor, pelletar, smä rör och brandbeständiga tyg. 10

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esimuotti muodostetaan läpäisevästä täyteaine-massasta, joka käsittää ainakin yhden aineen, joka on va- 25 littu ryhmästä, joka käsittää jauheet, hiutaleet, mikro- kuulat, kuitukiteet, kuplat, kuidut, hiukkasaineet, kuitu-matot, leikatut kuidut, kuulat, pelletit, pienet putket ja tulenkestävät kankaat.

5. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att temperaturen under den spontana infiltrationen är högre än matrismetallens smältpunkt, men lägre än matrismetallens indunstningstemperatur och fyllnadsmedlets smältpunkt. 15

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila spontaanin tunkeutumisen aikana on korkeampi kuin matriisimetallin sulamispiste, mutta alempi kuin matriisimetallin höyrystymislämpötila ja täyteaineen sulamispiste. 35

6. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att det vidare omfattar ett steg i vilket förformen förvärms.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen, jossa esimuotti es ikuumennetaan. 91490

7. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att 20 i uppvärmt tillständ omges fyllnadsmedlet som bildar förformen med fast matrismetall, och att den fasta matrisme-tallen smälts för att bilda nämnda matrismetallbad.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumennettuna esimuotin muodostava täyteaine ympäröidään kiinteällä matriisimetallilla, ja että kiinteä matriisimetalli sulatetaan mainitun matriisimetallialtaan 5 muodostamiseksi.

8. Patenttivaatimuksen l tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esimuottiin kiinnitetään irrotettavasti kellukeväline niin, että edistetään esimuotin kellumista 10 matriisimetallialtaassa, ja että kellukeväline irrotetaan esimuotista sen jälkeen kun spontaani tunkeutuminen esimuottiin on tapahtunut.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että esimuotti saatetaan koskettamaan toista sulaa matriisimetallia sen jälkeen kun sula matriisimetalli on spontaanisti tunkeutunut ainakin osaan esimuotista. 20 1. Förfarande för att bilda en metallmatriskomposit, kännetecknat av att en förform bildas av en genomtränglig fyllnadsmedelmassa, att förformen sätts i ett bad innehäl-lande smält matrismetall sä att förformen flyter pä ytan av den smälta metallen, och att ätminstone i nägot skede 25 av infiltrationsprocessen den smälta matrismetallen fas att spontant tränga in i ätminstone en del av förformen med hjälp av den rädande infiltrationsatmosfären samt ett infiltrationsfrämjande medel och/eller en företrädare tili ett infiltrationsfrämjande medel. 30

8. Förfarande enligt patentkrav l eller 7, kännetecknat 25 av att vid förformen fästes lösgörbart ett flytorgan sä att förformens flytande i matrismetallbadet befrämjas, och att flytorganet lösgörs frän förformen efter det den spontana infiltrationen i förformen ägt rum. 30

9. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att förformen sätts i beröring med en annan smält matrismetall efter det den smälta matrismetallen spontant infiltrerat ätminstone en del av förformen.