FI91490C - Menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi - Google Patents

Description

1 91490

Menetelmå metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi Forfarande for att bilda en metallmatriskomposit 5

Esillå oleva keksinto liittyy uuteen menetelmåån metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi. Erityisesti muodoste-taan låpåisevå tåyteainemassa esimuotiksi. Esimuottiaine voidaan sitten asettaa sulaa matriisimetallia sisåltåvåån 10 altaaseen kellumaan sulan metallin pinnalle tunkeutumisen ediståjån tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjån sekå tun-keutumisatmosfåårin låsnåollessa ainakin prosessin jossa-kin vaiheessa, minkå jålkeen sula matriisimetalli spon-taanisti tunkeutuu esimuottiin. Matriisimetallin tunkeu-15 tuessa esimuottiin esimuotti voi ainakin osittain upota matriisimetallialtaaseen osoittaen siten, ettå tunkeutu-minen on tapahtunut.

Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, 20 kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitå, kuituja tai vas-taavia kåsittåvåt komposiittituotteet nåyttåvåt lupaavilta moniin eriin sovellutuksiin, koska niisså yhdistyvåt osa lujittavan faasin jåykkyydestå ja kulutuskeståvyydestå metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleenså 25 metallimatriisikomposiitilla luodaan parannuksia sellai-sissa ominaisuuksissa, kuten lujuus, jåykkyys, hankausku-lutuksen keståvyys, ja lujuuden pysyminen korkeammissa låmpotiloissa, verrattuna matriisimetalliin sen monoliit-tisessa muodossa, mutta måårå, johon saakka mååråttyå omi-30 naisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseesså ole-vista ainesosista, niiden tilavuus- tai painosuhteista, sekå siitå, miten niitå kåsitellåån komposiittia muodos-tettaessa. Eråisså tapauksissa komposiitti voi myos olla kevyempåå kuin matriisimetalli sellaisenaan. Alumiinimat-35 riisikomposiitit, jotka on vahvistettu keraamilla, kuten esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden tai kuitukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden 2 91490 alumiiniin verrattuna suuremmasta jåykkyydestå, kulutuksen keståvyydestå ja korkean låmpotilan lujuudesta.

Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on kuvattu 5 erilaisia metallurgisia menetelmiå, mukaanlukien menetelmiå, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumistekniikoihin, joissa kaytetåån hyvåksi painevalua, tyhjovalua, 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 kylmåpuristetaan ja sintrataan, tai kuuma-puristetaan. Tållå menetelmållå tuotetun piikarbidilla lujitetun alumiinimatriisikomposiitin suurimman keraamin 15 tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosent-tia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauksessa.

Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauhemetallurgi-20 sia tekniikoita kåyttåvin tavanomaisin menetelmin asettaa eråitå rajoituksia aikaansaatavien tuotteiden ominaisuuk-sille. Komposiitissa olevan keraamifaasin tilavuusosa on tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 prosenttiin. Samaten asettaa puristustoiminta rajan kåy-25 tånnosså saavutettavalle koolie. Ainoastaan suhteellisen yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jålkeenpåin tapahtuvaa kåsittelyå (esim. muotoilua tai koneistusta) tai ottamatta kåyttoon monimutkaisia puris-timia. Sintrauksen aikana voi myos esiintyå epåtasaista 30 kutistumista, samoin kuin mikrostruktuurin epåtasaisuutta, johtuen kiintoaineisiin eriytymisestå ja hiukkasten kas-vusta.

US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelmå metallimatrii-35 sikomposiitin muodostcuniseksi, johon sisåltyy kuitumuotoi-nen lujite, esim. piikarbidi- tai alumiinioksidikuituki-teitå, joilla on ennalta mååråtty kuitujen suuntaus.

3 91490

Komposiitti tehdåån sijoittamalla samassa tasossa olevien kuitujen samansuuntaisia mattoja tai huopia muottiin yhdesså sulan matriisimetallin, esim. alumiinin låhteen kanssa ainakin joidenkin mattojen vålisså, ja kohdistamalla 5 painetta, niin ettå sula metalli pakotetaan tunkeutumaan mattoihin ja ympåroimåån suunnatut kuidut. Mattojen pinon paalle voidaan valaa sulaa metallia, jolloin sitå paineen avulla pakotetaan virtaamaan mattojen våliin. Komposiitis-sa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 % tilavuuspitoi-10 suuksia on ilmoitettu.

Edellå olevaan tunkeutumismenetelmåån liittyy paineen aiheuttamien virtausprosessien yllåtyksellisiå vaihtelu-ja. ts. mahdollisia epasåånnollisyyksia matriisin muodos-15 tumisessa, huokoisuutta, jne, kun otetaan huomioon ettå se riippuu ulkoisesta paineesta sulan matriisimetallin pakot-tamiseksi kuitupitoisten mattojen låpi. Ominaisuuksien epåtasaisuus on mahdollinen vaikka sulaa metallia johdet-taisiin useammasta kohdasta kuitupitoiseen jårjestelyyn. 20 Vastaavasti on jårjestettåvå monimutkaiset matto/låhde-jårjestelyt ja virtausreitit soveltuvan ja tasaisen tun-keutumisen aikaansaamiseksi kuitumattojen pinoon. Edellå mainittu painetunkeutumismenetelmå mahdollistaa myos ai-noastaan suhteellisen pienen lujitusaineen ja matriisiti-25 lavuuden suhteen, johtuen suureen mattotilavuuteen kiin-teåsti liittyvåstå tunkeutumisen vaikeudesta. Lisåksi muoteissa on oltava sulaa metallia paineen alaisena, joka nostaa menetelmån kustannuksia. Lopuksi edellå mainittu menetelmå, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin 30 tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu alumiinimatrii-sikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satun-naisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistå tai kuiduista koostuvilla aineilla.

35 Alumiinimatriisi-alumiinioksiditåytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksi-diaf jolloin on vaikeata muodostaa yhtenåinen tuote. Tåhån 4 91 490 ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Eras sellainen låhestyminen on alumiinin påållyståminen metallilla (esim. nikkelillå tai wolframilla), joka sitten kuumapuristetaan yhdesså alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini 5 seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan påållystaå piidioksidilla. Nåillå komposiiteilla kuitenkin ominaisuudet vaihtelevat, tai påallystykset voivat heiken-tåå tåytettå, tai matriisi sisåltaå litiumia, joka voi vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.

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

EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi-komposiittien valmistamista, jotka ovat erityisen kåytto-25 kelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi-muotin alumiinioksidimatriisin ontelot tåytetaån alumii-nilla, ja tata vårten kåytetåån 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, nikkelillå, zirkoniumilla tai hafniumilla. Kostutuksen ediståmiseksi kåytetåån inerttiå atmosfååriå, kuten argonia. Tåsså 35 julkaisussa esitetåån myos paineen kohdistaminen sulan alumiinin saamiseksi tunkeutumaan påållyståmåttomåån mat-riisiin. Tåsså suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saat- 5 91490 tamalla huokoset ensin tyhjoon ja kohdistamalla sitten sulaan alumiiniin painetta inertisså atmosfåårisså, esim. argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuottiin voidaan tunkeutua hoyryfaasissa olevalla alumiinipåållystyksellå pintojen 5 kostuttamiseksi ennen onteloiden tåyttåmistå tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan låmpokåsittelyå, esim låmpotilassa 1400 - 1800°C, joko argonissa tai tyhjosså. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen 10 altistuminen kaasulle, tai tunkeutumispaineen poistaminen, aiheuttaa alumiinin håviåmistå kappaleesta.

Kostutusaineiden kayttåminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisåltåvåån 15 elektrolyyttikennoon on esitetty myos EP-patenttihakemuk-sessa 94353. Tåsså julkaisussa kuvataan alumiinin tuotta-mista elektrolyysillå kennossa, jossa virranjohdinkatodi on kennon vaippana tai alustana. Tåmån alustan suojaami-seksi sulalta kryoliitilta levitetåån alumiinioksidialus-20 talle ohut påållystys kostutusaineen ja liukenemisen eståvån aineen seoksella ennen kennon kåynniståmistå 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 esitetåån edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetåån olevan hyodyllisiå estettåesså kostutusaineiden liukenemista sulaan alumiiniin. Tåsså julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikå siinå eh-30 dotetaa sellaisten komposiittien muodostamista esimerkiksi typpiatmosfåårisså.

Paineen ja kostutusaineiden kåyton lisåksi on kuvattu tyhjon kohdistamisen ediståvån sulan alumiinin tunkeutu-35 mista 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, nikkelilla tai kromilla, tyhjosså joka on alle 10" torr. Valillå 10" ...

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

10 Myos US-patentissa 3,864,154 esitetaan tyhjon kåyttåmistå tunkeutumisen aikaansaamiseksi. Tassa patentissa selitetaan kylmåpuristetun AIB12-jauhekappaleen asettamista kyl-måpuristetun alumiinijauheen pedille. Sen jålkeen sijoi-tettiin lisaa alumiinia AIB12-jauhekappaleen påålle.

15 Sulatusastia, jossa AlBi2-kappale oli "kerrostettuna” alumiini jauhekerrosten våliin, sijoitettiin tyhjouuniin. Uu-niin jårjestettiin noin 10"5 torr oleva tyhjo kaasun poistumista vårten. Lampotilaa nostettiin sen jalkeen 1100°C:een, jossa se pidettiin 3 tuntia. Nåisså oloissa 20 sula alumiini tunkeutui AlBi2-kappaleeseen.

US-patentissa 3,364,976 selitetaan suunnitelmaa itsestaån kehittyvan tyhjon aikaansaamista kappaleeseen, sulan metallin tunkeutumisen lisåamiseksi kappaleeseen. Erityises-25 ti selitetaan, ettå kappale, esim. grafiittimuotti, terås-muotti tai huokoinen tulenkeståvå aine, kokonaan upotetaan sulaan metalliin. Muotin tapauksessa metallin kanssa reagoivan kaasun kanssa tåytetty muottiontelo on yhteydesså ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan 30 ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon tayttyminen itsestaån kehittyvan tyhjon syntyesså ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin reaktion johdosta. Tyhjo on erityisesti tulosta metallin kiinteån oksidimuodon syntymisestå. Siten tåsså julkaisus-35 sa esitetaan, ettå on oleellista aikaansaada ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin vålinen reaktio. Muotin kåyttåminen tyhjon luomiseksi ei kuitenkaan vålttåmåttå 91490 7 ole toivottavaa, johtuen muotin kayttoon liittyvistå vålittomistå rajoituksista. Muotit on ensin koneistettava mååråttyyn muotoon; sitten loppukåsiteltåvå, koneistettava hyvåksyttavan valupinnan tuottamiseksi muottiin; sitten 5 koottava ennen niiden kåyttåmistå; sitten purettava niiden kayton jalkeen valukappaleen poistamiseksi niistå; ja sen jalkeen muotti on jalleen saatettava kåyttokuntoon, mikå mitå todennåkoisimmin merkitsisi muotin pintojen uudelleen kåsittelyå tai muotin poistamista, ellei se enaa ole 10 kayttoon hyvaksyttavå. Muotin koneistaminen monimutkaiseen muotoon saattaa olla erittåin kallista ja aikaavievåa. Lisåksi muodostuneen kappaleen poistéuninen monimutkaisen muotoisesta muotista saattaa olla vaikeata (ts. monimutkaisen muotoiset valukappaleet saattavat mennå rikki niitå 15 muotista poistettaessa). Lisåksi, vaikka julkaisussa eh-dotetaan, ettå huokoinen tulenkeståvå aine voitaisiin suoraan upottaa sulaan metalliin tarvitsematta kåyttåå muottia, niin tulenkeståvån aineen olisi oltava yhtenåinen kappale, koska ei ole olemassa mahdollisuutta aikaansaada 20 tunkeutumista irralliseen tai erotettuun huokoiseen ainee-seen ilman såilionå olevaa muottia (ts. uskotaan yleisesti, ettå hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai valuisi hajalleen sitå sulaan metalliin sijoitettaessa). Lisåksi, jos haluttaisiin aikaansaada tunkeutuminen hiuk-25 kasmaiseen aineeseen tai loyhåsti muodostettuun esimuot-tiin, olisi ryhdyttåvå varotoimiin, niin ettei tunkeutuva metalli syrjåyttåisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, mikå johtaisi epåhomogeeniseen mikrostruktuuriin.

30 Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinker-tainen ja luotettava menetelmå muotoiltujen metallimatrii-si-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen tai tyhjon kåyttåmiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai sisåisesti kehitettynå), tai vahingollisten kostutusainei-35 den kåyttåmiseen metallimatriisin luomiseksi toiseen aineeseen, kuten keraamiseen aineeseen. Lisåksi on pitkåån ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden 8 91490 mååråå, joita tarvitaan metallimatriisikomposiittikappa-leen aikaansaamiseksi. Esillå olevalle keksinnolle, joka tyydyttåå nåmå tarpeet, on tunnusomaista se, ettå muodos-tetaan esimuotti låpåisevåstå tåyteainemassasta, ettå esi-5 muotti saatetaan sulaa matriisimetallia sisåltåvåån altaa-seen siten, ettå esimuotti kelluu sulan metallin pinnalla, ja ettå ainakin jossakin tunkeutumisprosessin vaiheessa vaikuttavan tunkeutumisatmosfåårin sekå tunkeutumisen ediståjån ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjån avulla 10 sula matriisimetalli saatetaan spontaanisti tunkeutumaan ainakin osaan esimuotista. Tåyteaine on esim. keraaminen aine, matriisimetalli on esim. alumiini ja tunkeutumisat-mosfååri on esim. typpiatmosfååri.

15 Tåmån hakemuksen sisålto liittyy useaan rinnakkaiseen ha-kemukseen. Erityisesti nåmå muut rinnakkaiset hakemukset kuvaavat uusia menetelmiå metallimatriisikomposiittiainei-den tuottamiseksi (niihin viitataan jåljempånå eråisså ta-pauksissa nimellå "rinnakkais-metallimatriisihakemukset") .

20

Uutta menetelmåå metallimatriisikomposiittiaineen tuottamiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049 171, jonka nimitys on "Metallimatriisikomposiitteja", nyt US-patentti 4 828 008. Mainitun keksinnon menetelmån mukaisesti metal-25 limatriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla låpåisevåån tåyteaineeseen (esim. keraamia tai keraamilla påållystet-tyå ainetta) sulaa alumiinia, joka sisåltåå ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 3 paino-prosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu spontaanis-30 ti kåyttåmåttå ulkoista painetta tai tyhjoå. Sulan metal-liseoksen låhde saatetaan koskettamaan tåyteainemassaa låmpotilassa, joka on ainakin noin 675°C, kun låsnå on kaasua, joka kåsittåå noin 10 - 100 tilavuusprosenttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia typpeå, 35 jolloin loput, mikåli sitå on, on ei-hapettavaa kaasua, esim. argonia. Nåisså oloissa sula alumiiniseos tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehån paineessa muodostaen alumiini-(tai alumiiniseos-)matriisikomposiitin. Kun haluttu måårå tåyteainetta on sulan alumiiniseok- 9 91490 sen låpitunkemaa, lasketaan låmpotilaa seoksen kiinteyt-tåmiseksi, jolloin muodostuu kiinteå metallimatriisiraken-ne, joka sulkee sisåanså lujittavan tåyteaineen. Tavalli-sesti, ja edullisesti, syotetty sula seos riittåå aikaan-5 saamaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti tåyte- ainemassan rajoille. US-patentin 4,828,008 mukaisesti tuotettujen alumiinimatriisikomposiittien tåyteaineen måårå voi olla erittåin suuri. Tåsså mielesså voidaan saavuttaa tåyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka 10 ovat suurempia kuin 1:1.

Edellå mainitun US-patentin 4,828,008 mukaisissa proses-sioloissa alumiininitridiå voi xnuodostua epåjatkuvana faasina, joka on jakautunut koko alumiinimatriisiin. 15 Nitridin måårå alumiinimatriisissa voi vaihdella sellais-ten tekijoiden, kuten låmpotilan, seoksen koostumuksen, kaasun koostumuksen ja tåyteaineen mukaisesti. Siten voidaan yhtå tai useampaa sellaista jårjestelmån tekijåå sååtåmållå rååtåloidå mååråttyjå komposiitin ominaisuuk-20 sia. Joitakin loppukåyttosovellutuksia vårten voi kuiten- kin olla toivottavaa, ettå komposiitti sisåltåå våhån tai oleellisesti ei lainkaan alumiininitridiå.

On havaittu, ettå korkeammat låmpotilat ediståvåt tunkeu-25 tumista, mutta johtavat siihen, ettå menetelmåsså herkemmin muodostuu nitridiå. US-patentin 4,828,008 mukaisessa kek-sinnosså sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muo-dostumisen vålisen tasapainon valitseminen.

30 Esimerkki sopivista estovålineistå kåytettåviksi metalli-matriisikomposiittien muodostamisen yhteydesså on selitet-* ty rinnakkaisessa US-hakerouksessa 141,642, jonka nimityk- senå on "Menetelmå metallimatriisikomposiittien valmista-miseksi estoainetta kåyttåen". Tåmån keksinnon menetelmån 35 mukaisesti estovålinettå (esim. hiukkasmaista titaanidi-boridia tai grafiittiainetta, kuten joustavaa grafiit-tinauhatuotetta, jota Union Carbide myy tuotenimellå 91490 10

Grafoil (R)) sijoitetaan tåyteaineen mååråtyllå rajapin-nalle ja matriisiseos tunkeutuu estovålineen måårittele-måån rajapintaan saakka. Estovålinetta kaytetåan eståmåån, torjumaan tai lopettamaan sulan seoksen tunkeutuminen, 5 jolloin aikaansaadaan verkon, tai lahes verkon muotoja tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa. Vastaa-vasti muodostetuilla metallimatriisi-komposiittikappa-leilla on ulkomuoto, joka oleellisesti vastaa estovålineen sisåmuotoa.

10 US-patentin 4,828,008 mukaista menetelmåå parannettiin rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168,284, jonka ni-mityksenå on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi". Mainitussa hakemuksessa esitet-15 tyjen menetelmien mukaisesti matriisimetalliseos on låsnå metallin ensimmåisenå låhteenå ja matriisimetallin varas-tolåhteenå, joka on yhteydesså sulan metallin ensimmåiseen låhteeseen, esimerkiksi painovoimaisen virtauksen vålityk-sellå. Erityisesti, mainitussa hakemuksessa esitetyisså 20 oloissa, sulan matriisiseoksen låhde alkaa tunkeutua tåyteainemassaan normaalissa ilmakehån paineessa ja aloit-taa siten metallimatriisikomposiitin muodostuksen. Sulan matriisimetallin ensimmåinen låhde kulutetaan sen tunkeu-tuessa tåyteainemassaan, ja haluttaessa sitå voidaan 25 lisåtå, edullisesti jatkuvalla tavalla, sulan matriisimetallin varastolåhteestå spontaanin tunkeutumisen jatkues-sa. Kun toivottu måårå låpåisevåå tåyteainetta on sulan matriisiseoksen låpitunkemaa, lasketaan låmpotilaa seoksen kiinteyttåmiseksi, jolloin muodostuu kiinteå metallimat-30 riisistruktuuri, joka ympåroi lujittavaa tåyteainetta. On ymmårrettåvå, ettå metallivarastolåhteen kåyttåminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa kuvatun keksin-non erås suoritusmuoto, eikå varastolåhteen suoritusmuodon yhdiståminen jokaiseen siinå esitettyyn keksinnon vaih-35 toehtoiseen suoritusmuotoon ole vålttåmåtontå, joista erååt voisivat myos olla hyodyllisiå kåytettynå esillå olevan keksinnon yhteydesså.

11 91490

Metallin varastolåhdettå voi olla sellaisena måårånå, ettå se aikaansaa riittåvån metallimåårån tunkeutumisen ennalta mååråtysså måårin låpåisevåån tåyteaineeseen. Vaihtoehtoi-sesti voi valinnainen estovåline olla kosketuksessa tåy-5 teaineen låpåisevåån massaan ainakin sen toisella puolella rajapinnan måårittelemiseksi.

Lisaksi, vaikka syotetyn sulan matriisiseoksen måårån tulisi olla riittava sallimaan spontaanin tunkeutumisen 10 eteneminen ainakin oleellisesti tåyteaineen låpåisevan massan rajapintoihin (ts. estopintoihin) saakka, varasto-låhteesså olevan seoksen måårå voisi ylittaa sellaisen riittåvan måårån niin, ettå on olemassa riittava måårå seosta tunkeutumisen loppuun saattamiseksi, ja sen lisåksi 15 ylimååråinen sula metalliseos voisi jåådå ja kiinnittyå metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Kun siten låsnå on ylimåårå sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on kompleksinen komposiittikappale (esim. makrokomposiitti), jossa metallimatriisin låpitunkema keraamikappale suoraan 20 sitoutuu varastolåhteeseen jååvåån ylimååråiseen metal-liin.

Jokainen edellå selitetyistå rinnakkais-metallimatriisi-hakemuksista kuvaa menetelmiå metallimatriisi-komposiit-25 tikappaleiden tuottamiseksi sekå uusia metallimatriisi-komposiittikappaleita, joita niillå tuotetaan. Edellå mainitut rinnakkais-metallimatriisihakemukset sisallyte-tåån tåhån nimenomaisina viitteinå.

30 Metallimatriisi-komposiittikappale tuotetaan kun aiheute-taan sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen esi-muottiin. Erityisesti sulatetaan matriisimetallia ja pi-detåån sitå sopivassa ei-reagoivassa matriisimetallin såilytysastiassa (esim. sopiva tulenkeståvå såilio) sulan 35 matriisimetallin altaan muodostaen. Ensimmåisesså suori-tusmuodossa esimuotti asetetaan matriisimetallialtaan pin-nalle tunkeutumisatmosfåårin låsnåollessa. Lisåksi esi- 12 91490 muottiin kosketuksessa on myds tunkeutumisen ediståjån edeltåjå ja/tai tunkeutumisen ediståjå sekå tunkeutu-5 misatmosfååri, 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 lisåksi olla irrotetta-vasti kiinnitettynå kellukevålineeseen, joka ediståå esimuotin kellumista. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa esimuotti voidaan saattaa kosketukseen matriisimetallin kanssa ennen matriisimetallin sulamista, esimuotti voi-15 daan esimerkiksi ympåroidå kiinteån matriisimetallin hiukkasilla tai kappaleilla, minkå jålkeen matriisimetal-li voi sulaa.

Spontaanin esimuottiin tunkeutumisen aikana voi esimuotti 20 joko kiinnitettynå tai kiinnittåmåttå kellukevålineeseen ainakin osittain alkaa upota sulaan matriisimetallialtaa-seen, osoittaen siten, ettå tunkeutumista on tapahtunut.

Huomattakoon, ettå tåmå hakemus kåsittelee pååasiassa 25 alumiinimatriisimetalleja, jotka jossain metallimatriisi- komposiittikappaleen muodostumisen aikana ovat kosketuksessa magnesiumiin, joka toimii tunkeutumisen ediståjån edeltåjånå, tunkeutumisatmosfåårinå toimivan typen låsnå-ollessa. Siten alumiini/magnesium/typpi-jårjestelmån 30 matriisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edeltåjå/tunkeu- tumisatmosfååri-jårjestelmållå esiintyy spontaania tunkeutumista. Monet muut matriisimetalli/tunkeutumisen ediståj ån edeltåjå/tunkeutumisatmosfååri -j årj estelmåt 13 91490 voivat kuitenkin kåyttåytya samantapaisesti kuin alumii-ni/magnesium/typpi-jårjestelmå. Samantapaista spontaania tunkeutumiskåyttåytymistå on havaittu alumiini/strontium/ typpi-jarjestelmåsså; alumiini/sinkki/happi-jårjestelmås-5 så; sekå alumiini/kalsium/typpi-jårjestelmåsså. Vastaa-vasti, vaikka tassa hakemuksessa kåsitellåån ainoastaan tåssa viitattuja jarjestelmia, on ymmårrettåvå, etta muut metallimatriisi/tunkeutumisen edistajan edeltaja/tunkeu-tumisatmosfååri-jårjestelmåt voivat kåyttaytyå samanta-10 paisesti.

Lisåksi voidaan tunkeutumisen ediståjån edeltåjan syottå-misen sijasta tunkeutumisen ediståjåå syottåå suoraan ainakin joko esimuottiin ja/tai matriisimetalliin ja/tai 15 tunkeutumisatmosfååriin. Lopuksi aikain spontaanin tunkeutumisen aikan tunkeutumisen edistajan tulisi sijaita ainakin tayteaineen tai esimuotin osassa.

Matriisimetallin kåsittaessa alumiiniseosta, saatetaan 20 alumiiniseos kosketukseen tayteainetta (esim. alumiiniok-sidia tai piikarbidia) kåsittavan esimuotin kanssa, jolloin tayteaineeseen on sekoitettu, tai se ainakin prosessin jossakin vaiheessa altistuu magnesiumille. Lisåksi erååsså edullisessa suoritusmuodossa alumiiniseos ja/tai esimuotti 25 ja/tai tåyteaine sisåltyvåt typpiatmosfååriin ainakin prosessin osan aikana. Matriisimetalli tunkeutuu spon-taanisti esimuottiin spontaanin tunkeutumisen måarån ja nopeuden vaihdellessa annettujen prosessiolosuhteiden yh-distelmån mukaisesti, mukaan lukien jårjestelmåån tuotetun 30 magnesiumin pitoisuus (esim. alumiiniseoksessa ja/tai esimuotissa ja/tai tunkeutumisatmosfåårisså), esimuotin hiukkasten koko ja/tai koostumus, typen pitoisuus tunkeu-tumisatmosfåårisså, aika jona tunkeutumisen annetaan esiintyå, ja/tai låmpotila, jossa tunkeutuminen esiintyy. 35 Spontaania tunkeutumista esiintyy tyypillisesti niin suu-ressa måårin, ettå se riittåå oleellisen tåydellisesti ympåroimåån esimuotin tai tåyteaineen.

91490 14

Lisåksi, kun tunkeutuminen on oleellisesti tåydellisesti tapahtunut, havaitaan eraisså tapauksissa esimuotin uppo-avan, ainakin osittain matriisimetalliseoksen låhteeseen. Edullisessa suoritusmuodossa, jossa esimuotti aluksi ai-5 nakin osaksi kelluu sulan matriisimetalliseoksen pinnalla, esimuotti oleellisesti taysin uppoaa kunnes se on likimain matriisimetalliseoksen pinnan kohdalla tai sen alla, osoittaen siten, ettå tunkeutuminen on tapahtunut oleellisesti taydellisesti.

10

Maaritelmia "Alumiini" merkitsee ja sisaltåa tåsså kåytettynå oleellisesti puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, 15 kaupallisesti saatavan seostamattoman alumiinin) tai metallin ja metalliseosten muita laatuja, kuten kaupallisesti saatavat metallit, joissa on epåpuhtauksia ja/tai jotka sallivat siinå olevan sellaisia ainesosia, kuten rautaa, piitå, kuparia, magnesiuma, mangaania, kromia, sinkkiå, • 20 jne. Taman mååritelmån tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pååainesosana.

"Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tåsså kåytettynå 25 sitå, ettå tunkeutumisatmosfåårin muodostavan primååri-kaasun lisånå oleva mikå tahansa kaasu on joko inerttiå kaasua tai pelkiståvåå kaasua, joka oleellisesti ei reagoi matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien kaasussa (kaasuissa) epåpuhtautena mahdollisesti låsnå 30 olevien hapettavien kaasujen måårån tulisi olla riittåmåton matriisimetallin hapettamiseen missåån oleellisessa måårin prosessin olosuhteissa.

"Estoaine" tai "estovåline" merkitsee tåsså kåytettynå mitå 35 tahansa soveltuvaa vålinettå, joka vuorovaikuttaa, eståå, torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, tåyteainemassan tai esimuotin 15 91490 rajapinnan taakse, jolloin mainittu estovåline måårittelee sellaisen rajapinnan. Sopivia estovalineita voivat olla mitkå tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa yllåpitåvåt 5 jonkinasteisen eheyden eivatka ole oleellisesti haihtuvia (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, ettå siitå tulisi estoaineena hyodyton).

Lisåksi sopivat "estovålineet" sisåltåvat aineita, joita 10 kulkeutuva sula matriisimetalli kåytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Taman tyyppisellå estoaineella nayttaa olevan oleellisen våhån tai ei lainkaan yhtymispyrkimystå sulaan matriisimetalliin, ja estovaline estaa tai torjuu siirtymisen tåyteainemassan 15 tai esimuotin mååritellyn rajapinnan yli. Estoaine vahentåå mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja måårittelee ainakin osan tuloksena olevan metallimatriisi-komposiittituotteen pinnasta. Estoaine voi måaråtyissa tapauksissa olla låpaisevaå tai huokoista, 20 tai se voidaan saattaa lapaisevaksi esimerkiksi poraamalla reikiå estoaineeseen tai låviståmållå se, niin etta kaasu paasee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.

"Jåannokset" tai "matriisimetallin jåånnokset" viittaa 25 tassa kåytettynå alkuperåisen matriisimetallirungon mah-dolliseen osaan, joka jåa jåljelle ja joka ei ole kulunut metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostuksen aikana, ja tyypillisesti, jos sen annetaan jaahtyå, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun metallimatriisi-30 komposiittikappaleeseen. Tulisi ymmårtåa, etta jåannokset voivat myos sisåltåå toista tai vierasta ainetta.

"Tåyteaine" on tåsså kåytettynå tarkoitettu sisåltåmåån joko yksittåisiå aineksia tai ainesseoksia, jotka oleel-35 lisesti eivåt reagoi matriisimetallin kanssa ja/tai joilla on rajoitetu liukenevuus matriisimetalliin, ja jotka voivat olla yksi- tai useampifaasisia. Tåyteaineita voidaan 91490 16 jårjeståå lukuisissa eri muodoissa, kuten jauheina, lius-koina, hiutaleina, mikropalloina, kuitukiteinå, kuplina, jne, ja ne voivat olla joko tiiviitå tax huokoisia. Tåyteaine voi myos sisåltåå keraamisia tåyteaineita, kuten 5 alumiinioksidia tax piikarbidia kuituina, leikattuina kuituina, hiukkasina, kuitukiteinå, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tax vastaavina, ja påållystettyjå tåyteai-neita, kuten hiilikuituja, jotka on påållystetty alu-miinioksidilla tax piikarbidilla hiilen suojaamiseksi 10 esim. sulan perusmetalli-alumiinin syovyttåvåltå vaikutuk-selta. Tåyteaineet voivat myos kåsittåå metalleja.

"Tunkeutumisatmosfååri" tåsså kåytettynå tarkoittaa sitå atmosfååriå, joka on låsnå ja joka vuorovaikuttaa mat-15 riisimetallin ja/tai esimuotin (tax tåyteaineen) ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja/tai tunkeutumisen ediståjån kanssa ja sallii tax ediståå matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esiintymisen.

20 "Tunkeutumisen ediståjå" merkitsee tåsså kåytettynå ainet-ta, joka ediståå tax avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista tåyteaineeseen tax esimuottiin. Tunkeutumisen ediståjå voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen ediståjån edeltåjån reaktiolla tunkeutumisatmosfåårin 25 kanssa 1) kaasun ja/tai 2) tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja tunkeutumisatmosfåårin reaktiotuotteen ja/tai 3) tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja tåyteaineen tax esimuotin reaktiotuotteen muodostamiseksi. Lisåksi tunkeutumisen ediståjåå voidaan syottåå suoraan ainakin yhteen 30 seuraavista: esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfååriin; ja se vox toimia oleellisesti samalla tavalla kuin tunkeutumisen ediståjå, joka on muodostunut tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja jonkin toisen aineen reaktiona. Lopuksi ainakin spontaanin tun-35 keutumisen aikana tunkeutumisen ediståjån tulisi sijaita ainakin osassa tåyteainetta tax esimuottia spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.

17 91490 "Tunkeutumisen ediståjån edeltåja" merkitsee tåsså kåytettynå ainetta, joka yhdessa matriisimetallin, esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfåårin kanssa kåytettynå muodostaa tunkeutumisen edistajan, joka aiheuttaa tai avustaa mat-5 riisimetallin spontaania tunkeutumista tayteaineeseen tai esimuottiin. Haluamatta sitoutua mihinkåån mååråttyyn teoriaan tai selitykseen, vaikuttaa siltå, ettå tunkeutu-misen edistajan edeltåjåå pitåisi pystya asettamaan, sen pitåisi sijaita tai sitå pitåisi voida kuljettaa sellaiseen 10 kohtaan, joka sallii tunkeutumisen edistajan edeltåjån olla vuorovaikutuksessa tunkeutumisatmosfåårin kanssa ja/tai esimuotin tai tåyteaineen ja/tai metallin kanssa. Eråisså matriisimetalli/tunkeutumisen edistajan edeltåjå/tunkeu-tumisatmosfååri-jårjestelmisså on esimerkiksi toivotta-15 vaa, ettå tunkeutumisen ediståjån edeltåjå hoyrystyy siinå låmpotilassa jossa matriisimetalli sulaa, tåmån låmpotilan låhellå, tai eråisså tapauksissa jopa jonkinverran tåmån låmpotilan ylåpuolella. Sellainen hoyrystyminen saattaa johtaa: 1) tunkeutumisen ediståjån edeltåjån reaktioon 20 tunkeutumisatmosfåårin kanssa sellaisen kaasun muodosta-miseksi, joka ediståå tåyteaineen tai esimuotin kostutta-mista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen ediståjån edeltåjån reaktioon tunkeutumisatmosfåårin kanssa sellaisen kiinteån aineen, nesteen tai kaasun muodossa 25 olevan tunkeutumisen ediståjån muodostamiseksi ainakin tåyteaineen tai esimuotin osassa, joka ediståå kostutta-mista; ja/tai 3) sellaiseen tunkeutumisen ediståjån edeltåjån reaktioon tåyteaineessa tai esimuotissa, joka muodostaa kiinteån aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan 30 tunkeutumisen ediståjån ainakin tåyteaineen tai esimuotin osassa, joka ediståå kostuttamista.

"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevåt tåsså kåytettynå sitå metallia, jota kåytetåån metallimat-35 riisikomposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumista) ja/tai sitå metallia, joka sekoittuu tåyteaineeseen metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi 91490 18 (esim. tunkeutumisen jalkeen). Kun matriisimetalliksi nimetåån mååråtty metalli, on ymmårrettåvå, ettå sellainen matriisimetalli sisåltåå tåmån metallin oleellisesti puh-taana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa 5 on epapuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostaman yhdisteena tai seoksena, jossa tama. metalli on paåasial-lisena osana.

"Matriisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edeltåja/tunkeu-10 tumisatmosfååri-jårjestelmå" eli "spontaani jarjestelmå" viittaa tåssa kaytettyna siihen aineiden yhdistelmåån, jolla esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin ja tåyteaineeseen. On ymmarrettava, etta kun esimerkin mat-riisimetallin, tunkeutumisen edistajan edeltåjån ja tun-15 keutumisatmosfåårin vålisså esiintyy merkki "/", sitå kaytetåån merkitsemaan jårjestelmaå tai aineiden yhdistel-maa, jolla maaratyllå tavalla yhdisteltyna esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin tai tåyteaineeseen.

20 "Metallimatriisikomposiitti" eli "MMC" merkitsee tassa kåytetynå ainetta, joka kåsittåå kaksi- tai kolmiulottei-sesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitåå sisållåån esimuottia tai tåyteainetta. Matriisimetalli voi sisåltåå erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan 25 erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuu-det tuloksena olevassa komposiitissa.

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

"Ei-reaktiivinen astia matriisimetallia vårten" merkitsee 35 mitå tahansa astiaa, joka voi sisåltåå sulaa matriisimetallia prosessin oloissa, ja joka ei reagoi matriisin ja/tai tunkeutumisatmosfåårin ja/tai tunkeutumisen edis- 19 91490 tåjån edeltajån kanssa sellaisella tavalla, joka oleelli-sesti huonontaisi spontaania tunkeutumismekanismia.

"Esimuotti" tai "låpåisevå esimuotti" merkitse tåsså 5 kåytettynå sellaista huokoista tåytemassaa tai tåyte-ainemassaa, joka valmistetaan ainakin yhdella rajapinnal-la, joka oleellisesti måårittelee tunkeutuvalle mat-riisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittåvån hyvin pitåa ehjån muotonsa ja tuorelujuuden, niin ettå se 10 aikaansaa mittapysyvyyden ennen kuin matriisimetalli tun-keutuu siihen. Massan tulisi olla riittåvån huokoista, niin ettå se sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen siihen. Tyypillisesti esimuotti kåsittåå sidotun ryhmån tai tåyteaineen jårjestelyn, joko homogeenisen tai epåho-15 mogeenisen, ja se voi kåsittåå mitå tahansa soveltuvaa ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauhei-ta, kuituja, kuitukiteitå, jne, sekå mitå tahansa nåiden yhdistelmåå). Esimuotti voi olla joko erillisenå tai kokoonpanona.

20 "Varastolåhde" tai varasto merkitsee tåsså kåytettynå erillista matriisimetallin kappaletta, joka on sijoitettu tåyteainemassan tai esimuotin suhteen niin, ettå kun metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eråisså 25 tapauksissa alunperin aikaansaamaan ja sen jålkeen tåyden-tåmåån sitå matriisimetallin osaa, segmenttiå tai låhdettå, joka koskettaa tåyteainetta tai esimuottia.

"Spontaani tunkeutuminen" merkitsee tåsså kåytettynå mat-30 riisimetallin tunkeutumista låpåisevåån tåyteainemassan tai esimuottiin, joka tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjon kåyttåmistå (ei ulkoisesti kohdistettua eikå sisåi-sesti kehitettyå).

35 Seuraavat kuviot on jårjestetty keksinnon ymmårtåmisen tueksi, mutta niitå ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnon suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on kåytetty 91490 20 mahdollisuuksien mukaan samoja viitenumeroita osoittamaan samanlaisia osia, jolloin:

Kuvio 1 esittåå poikkileikkauksen uudelleen kaytettåvisså 5 olevasta muotista esimuotin valmistamiseksi kåy- tettåvåksi esillå olevan keksinnon mukaisesti;

Kuvio 2 esittåå esimuotin kåytettåvåksi esillå olevan keksinnon mukaisesti; 10

Kuvio 3 esittåå esimuotin kellumassa sulan matriisimetallin altaassa esillå olevan keksinnon mukaisesti;

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

Kuvio 5 esittåå kulutusmuotin ja esimuotin esillå olevan keksinnon toisen suoritusmuon mukaisesti; 20 Kuvio 6 esittåå kulutusmuotteja, joita matriisimetalliva-lanteet ympåroivåt ei-reagoivassa matriisimetallin astiassa esimerkin 1 mukaisesti;

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

35 Esillå oleva keksinto liittyy metallimatriisi-komposiit- tikappaleen muodostamiseen, asettamalla kelluva esimuotti sulan matriisimetallialtaan pinnan låhelle tai pinnalle 21 91490 tai jonkin verran sulaan matriisimetallialtaaseen uponnee-na, sekå sulan matriisimetallin esimuottiin halutussa måårin tapahtuvan spontaanin tunkeutumisen aikaansaami-seen. Matriisimetallin spontaanin esimuottiin tunkeutumi-5 sen aikaansaamiseksi tulisi spontaaniin jårjestelmåan jårjestaa tunkeutumisen edistajåå. Tunkeutumisen ediståjå voidaan muodostaa tunkeutumisen ediståjån edeltåjåstå, joka voitaisiin syottåa 1) matriisimetalliin, ja/tai 2) esimuottiin, ja/tai 3) tunkeutumisatmosfååristå, ja/tai 4) 10 ulkoisesta låhteesta spontaaniin jarjestelmåan. Lisaksi, tunkeutumisen ediståjån edeltåjån sijasta voidaan tunkeutumisen edistajåå syottåå suoraan ainakin joko esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfååriin. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeu-15 tumisen ediståjån tulisi sijaita ainakin osassa tåyteainet-ta tai esimuottia.

Keksinnon mukaisesti esimuotti voidaan muodostaa muovaa-malla tåyteainemassaa sopivasti muottiin, kuten esitetåån 20 kuviossa 1. Tåyteaine voi esimerkiksi kåsittåå keraamisen aineen kuten piikarbidin (tai muun sopivan tåyteaineen, kuten alla selitetåån yksityiskohtaisesti) seosta. Tåyteaine voidaan puristaa muotin 2 onteloon 1 måårånå, joka vastaa valmiin metallimatriisi-komposiittikappaleen toi-25 vottuja ominaisuuksia. Tåyteaine muunnetaan sitten edul-lisesti esimuotiksi (esim. jåykistetyksi kappaleeksi, joka pitåån muotonsa ja tuorelujuutensa prosessioloissa). Esimuotti voi sisåltåå tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå, kuten magnesiumia, joka voidaan konvertoida tunkeutumisen 30 ediståjåksi kåsittelyn aikana. Vaihtehtoisesti tunkeutumisen ediståjå vox muodostua esimuotissa ennen sen upot-tamista sulaan matriisimetalliin. Esimerkiksi tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ollessa magnesiumia, se voidaan muuntaa magnesiumnitridiå olevaksi tunkeutumisen edistå-35 jåksi typen låsnåollessa esimuotin muodon muodostamiseksi, johon on muodostettu tunkeutumisen edistajåå. Toisena vaihtoehtona esimuotti voi olla ilman siihen sisåltyvåå 91490 22 tunkeutumisen ediståjåå tai tunkeutumisen ediståjan edel-tåjåå, jolloin tunkeutumisen edistajaa on syotettåvå tai muodostettava spontaanin jårjestelmån muussa osassa.

5 Sen jålkeen esimuotti 3 voidaan poistaa muotista 2, kuten esitetaan kuviossa 2, jolloin mistå tahansa tåyteaineelle muototarkkuuden antavasta sopivasta aineesta, kuten kip-sista tai silikonikumista muodostettu muotti 2 voidaan kayttåa uudelleen. Tavanomaiset halkaistavat muotit, mo-10 niosaiset muotit, tarkkuusmuotit tai vastaavat sopivat tåhan tarkoitukseen. Vaihtoehtoisesti esimuotti 3 vox pysyå muotissa, joka esimerkiksi on tehty metallikalvosta, joka vox kulua prosessin seuraavissa vaiheissa. Joka tapauksessa esimuotin tulisi olla sopivasti kåsiteltåvisså, niin ettå 15 estetåån tunkeutumisen edistajån heikkeneminen pitåmållå esimuotti tunkeutuvassa tai inertisså atmosfåårisså ja niin ettå estetåån muut fyysiset vahingot ennen kuin metalli-matriisi-komposiittikappaleen muodostuminen on tåydelli-nen.

20

Kuten kuviossa 3 esitetåån voidaan esimuotti 3 sitten asettaa kosketukseen sulan matriisimetallin altaan 4 kanssa, jota pidetåån sopivassa tulenkeståvåsså såiliosså 5. Sulan matriisimetallin tunkeutuessa spontaanisti aina-25 kin esimuotin 3 osaan aikaansaa metallimatriisi-komposiit-tikappaleen 6 siinå esimuotin 4 osassa, johon tunkeutuminen on tapahtunut. Esimuotti 3 voidaan viedå 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 såilioon, jossa sitå ympåroi jokin måårå matriisimetallivalanteita, ja sitten sulattaa matriisimetalli esimuotin ympårillå. Esimuottien vieminen matriisimetallin olevaan altaaseen vox aikaansaa-35 da nopeamman valmiiden metallimatriisikomposiittien tuo-tannon, koska matriisimetallin sulattamiseen ei tarvita aikaa. Esimuottien esikuumentaminen vox kuitenkin olla 23 91490 toivottavaa låmposhokin ja siitå seuraavan halkeamisen tai esimuotin heikkenemisen eståmiseksi.

Ymmårretåån, ettå esimuotin kåsittåesså aluksi keraamista 5 ainetta ja tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå, tulisi ainakin jokin osa tunkeutumisen edistajån edeltåjåstå muuntaa tunkeutumisen ediståjåksi. Tama muunnos voidaan suorittaa esimuottia ja matriisimetallivalanteita kuumen-nettaessa, asettamalla esimuotti esimerkiksi tunkeutu-10 misatmosfååriin kuumentamisen aikana.

Edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, ettå tunkeutumisen ediståjån edeltåjån voidaan ainakin osittain antaa reagoida tunkeutumisatmosfåårin kanssa, niin ettå tunkeu-15 tumisen ediståjå voidaan muodostaa ainakin osassa esimuottia ennen kuin tai oleellisesti samanaikaisesti kun esimuotti koskettaa sulaa matriisimetallia (esim. jos tunkeutumisen ediståjån edeltåjånå olisi magnesiumia ja tunkeutumisatmosfåårinå typpeå, niin tunkeutumisen edis-20 tåjå voisi olla magnesiumnitridiå, joka voisi sijaita ainakin osassa esimuottia). Vaihtoehtoisesti tunkeutumisatmosfåårin (esim. typpikaasun alumiini/magnesium/typ-pi-jårjestelmåsså) voidaan antaa kuplia sulaan matriisime-talliin koskettamaan esimuottia ja reagoimaan tunkeutu-25 misen ediståjån edeltåjån kanssa tunkeutumisen ediståjån muodostamiseksi matriisimetallikylpyyn tapahtuvan upotta-misen jålkeen. Esimuotti voidaan lisåksi altistaa tunkeu-tumisatmosfåårille sen kelluessa sulan matriisimetallin pinnalla, jolloin tunkeutumisen ediståjån edeltåjå muuntuu 30 tunkeutumisen ediståjåksi.

Esimerkkinå matriisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edel-tåjå/tunkeutumisatmosfååri-jårjestelmåstå on alumiini/ magnesium/typpi-jårjestelmå. Erityisesti voidaan alu-35 miinimatriisimetalli asettaa sopivaan tulenkeståvåå ainetta olevaan astiaan, joka prosessioloissa ei reagoi alu-miinimatriisimetallin kanssa, kun alumiini sulatetaan.

24 91490

Esimuotti voidaan sen jålkeen pååståå kosketukseen sulan alumiinimatriisimetallin kanssa. Esimuotti kelluu låhellå 5 sulan matriisimetallin pintaa tai sen påållå johtuen sen luonnollisesta kelluvuudesta sulan matriisimetallin suh-teen. Lisåksi esimuotti voidaan irrotettavasti kiinnittåå kellukevålineeseen, joka ediståå esimuotin kellumista tai aiheuttaa kellumisen. Kellukevåline voisi kåsittåå mitå 10 tahansa sopivaa ainetta, joka ei reagoi spontaanissa jårjestelmåsså, ja joka on riittåvåsti positiivisesti tai negatiivisesti kelluvaa sulassa matriisimetallissa, niin ettå se vaikuttaa toivotulla tavalla esimuotin tai metal-limatriisikomposiittikappaleen kellumiskykyå vastaan. 15 Lisåksi esimuotti voidaan saattaa koskettamaan matriisime-tallia ennen kuin matriisimetalli sulaa tai esimuotti voidaan ympåroidå kiinteån matriisimetallin hiukkasilla tai kappaleilla. Sen jålkeen matriisimetalli kuumennettai-siin sen sulattamiseksi.

20

Esimuottiin tunkeutumisen aikana esimuotti, riippumatta siitå, onko kiinnitetty kellukevålineeseen vai ei, voi ainakin osittain alkaa upota sulaan matriisimetalliin, osoittaen siten, ettå tunkeutuminen on tapahtunut, kuten 25 esitetåån kuviossa 4. Ymmårretåån, ettå sellainen uppoami-nen tapahtuisi esimuotin kellumiskyvyn muutoksena matriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen måårå kasvaa.

Niisså oloissa, joita kåytetåån esillå olevan keksinnon 30 mukaisessa menetelmåsså, alumiini/magnesium/typpi-spontaanissa tunkeutumisjårjestelmån tapauksessa esimuotti voi olla riittåvån låpåisevåå, jotta typpeå sisåltåvå kaasu 25 91490 voi tunkeutua esimuottiin ja koskettaa sulaa matriisime-tallia. Lisaksi låpaisevåssa tåyteaineessa voi tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin aiheutuu sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen typen lå-5 påisemaan esimuottiin, niin etta se muodostaa metallimat-riisi-komposiittikappaleen. Spontaanin tunkeutumisen måå-ra ja metallimatriisikomposiitin muodostuminen vaihtelee prosessiolojen annetun yhdistelman mukaisesti, joita ovat mm. alumiinimatriisimetallin ja/tai esimuotin magnesiumin 10 pitoisuus, magnesiumnitridin måarå esimuotissa ja/tai alumiinimatriisimetallissa, muiden seosalkuaineiden (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, kromi, sinkki, ja vastaavat) låsnåolo, esimuotin muodostavan tåyteaineen keskimååråinen koko (esim. hiukkashalkaisija), tåyteaineen 15 pintatila ja tyyppi, tunkeutumisatmosfåårin typpipitoi-suus, tunkeutumiselle annettu aika ja låmpotila, 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 edistajån edeltåjånå), seoksen painoon ver-rattuna. Muita lisåseosalkuaineita, kuten edellå on seli-25 tetty, voidaan myos sisåltåå matriisimetalliin sen eri-tyisten ominaisuuksien rååtåloimiseksi. Lisåksi lisåseosalkuaineet voivat vaikuttaa matriisin alumiinime-tallissa tarvittavan magnesiumin våhimmåismååråån, niin ettå se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen tåyteaineeseen 30 tai esimuottiin. Riittåvån magnesiumin ja/tai magnesium nitridin måårån sisållyttåminen alumiini matriisimetalliin tekee tarpeettomaksi magnesiumin tai magnesiumnitridin erillisen jarjestamisen esimuottiin tai tunkeutumisatmos-fååriin.

Magnesiumin håviåmistå spontaanista jårjestelmåstå niin suuressa måårin, esimerkiksi hoyrystymisen vuoksi, tulisi 35 91490 26 valttaa niin ettå jonkin verran magnesiumia jåå muodosta-maan tunkeutumisen ediståjåå. Siten on toivottavaa, ettå aluksi kåytetåån riittavaa seosalkuaineiden mååråå varmis-tamaan spontaanin tunkeutumisen, hoyrystymisen sitå hait-5 taamatta. Lisåksi magnesiumin låsnåolo sekå esimuotissa etta. matriisimetallissa tai pelkåståån esimuotissa voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista vårten vaadit-tavan måårån pienenemiseen (jota selitetåån yksityiskoh-taisemmin alempana).

10

Typpiatmosfåårisså olevan typen måårå vaikuttaa myos metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisnopeu-teen. Erityisesti jos atmosfåårisså on alle 10 tilavuus-prosenttia typpeå, niin spontaania tunkeutumista esiintyy 15 hyvin hitaasti tai hyvin våhån. On havaittu, ettå on edullista kun atmosfåårisså on ainakin 50 tilavuusprosent-tia typpeå, jolloin aikaansaadaan lyhyempiå tunkeutu-misaikoja paljon suuremmasta tunkeutumismååråstå johtuen. Tunkeutumisatmosfååri (esim. typpeå sisåltåvå kaasu) voi-20 daan syottåå suoraan tåyteaineseen tai esimuottiin ja/tai matriisimetalliin, tai se voidaan tuottaa aineen hajoamisen tuloksena.

Sulan matriisimetallin tåyteaineseen tai esimuottiin tun-25 keutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin våhim-måismåårå riippuu yhdestå tai useammasta tekijåstå, kuten prosessin låmpotilasta, ajasta, muiden lisåseosalkuainei-den kuten piin tai sinkin låsnåolosta, tåyteaineen tai esimuotin luonteesta, magnesiumin sisåltymisestå yhteen 30 tai useampaan spontaanin jårjestelmån osaan ja atmosfåårin typpisisållostå. Voidaan kåyttåå alempia låmpotiloja tai lyhyempiå kuumennusaikoja tåydellisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun matriisimetallin ja/tai esimuotin magnesiumpitoisuutta nostetaan. Samaten annetulla mag-35 nesiumpitoisuudella mååråttyjen lisåseosalkuaineiden, kuten sinkin lisååminen mahdollistaa alempien låmpotilojen kåyttåmisen. Esimerkiksi matriisimetallin magnesiumpitoi- 27 91490 suutta toimivan alueen alapååsså, esim vålillå noin 1-3 painoprosenttia, voidaan kayttåå yhdesså ainakin jonkin seuraavien kanssa: våhimmåisprosessilåmpotilan ylittåvå låmpotila, suuri typpipitoisuus, yksi tai useampia li-5 såseosalkuaineita. Ellei esimuottiin lisåtå lainkaan mag-nesiumia, pidetaan vålillå noin 3-5 painoprosenttia magnesiumia sisåltavia matriisimetalliseoksia edullisina, johtuen niiden yleisestå kåytettåvyydestå laajoilla pro-sessiolojen alueilla, jolloin ainakin 5 painoprosenttia 10 pidetaan edullisena kåytettaesså alempia låmpotiloja ja lyhyempiå aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan kayttåå 10 painoprosentin ylittåviå magnesiumpitoisuuksia tunkeutu-miseen vaadittavien låmpotilaolojen muuntelemiseksi.

15 Magnesiumpitoisuutta voidaan pienentåå muiden seosalkuai-neiden yhteydesså, mutta nåmå alkuaineet palvelevat aino-astaan lisåtoimintoja, ja niitå kåytetåån edellå mainitun magnesiumin minimimåårån tai sen ylittåvån måårån kanssa. Esimerkiksi oleellisesti mitåån tunkeutumista ei esiinty-20 nyt nimellisesti puhtaalla alumiinilla, jota oli seostettu vain 10 % piillå, 1000°C låmpotilassa, alustaan 39 Crystolon (99 % puhdasta piikarbidia Norton Co:lta), jonka raekoko oli 500 mesh (mesh = seulan aukkojen lukumåårå tuumaa kohti). Magnesiumin låsnåollessa on kuitenkin piin havaittu 25 ediståvån tunkeutumisprosessia. Toisena esimerkkinå magnesiumin måårå muuttuu, jos sitå syotetåån yksinomaan esimuottiin tai tåyteaineeseen.

On havaittu, ettå spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun 30 spontaaniin jårjestelmåån syotetåån pienempi painoprosent-ti magnesiumia, jos ainakin jokin måårå syotetyn magnesiumin kokonaismååråstå sijoitetaan esimuottiin tai tåyteaineeseen. Saattaa olla toivottavaa, ettå magnesiumia jårjestetåån pienempi måårå, jotta våltettåisiin ei-toi-35 vottujen metalliyhdisteiden syntyminen metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Esimuotin ollessa piikarbidia on havaittu, ettå matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti 91490 28 esimuottiin, kun esimuotti saatetaan kosketukseen alu-miinimatriisimetallin kanssa, esimuotin sisaltaessa aina-kin 1 painoprosenttia magnesiumia ja oleellisesti puhtaan typpiatmosfåårin lasnaollessa. Alumiinioksidi-esimuotin 5 tapauksessa hyvåksyttåvån spontaanin tunkeutumisen saavut-tamiseksi vaadittu magnesiumin måårå on hieman suurempi. Erityisesti on havaittu, ettå kun samantapainen alu-miinimatriisimetalli saatetaan koskettamaan alumiinioksi-di-esimuottia, likimain samassa låmpotilassa kuin alumiini 10 joka tunkeutui piikarbidi-esimuottiin, ja saman typpiat-mosfaarin lasnaollessa, nlin sdaatetaan tarvita ainakin noin 3 painoprosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.

15 On myos havaittu, ettå on mahdollista syottåå spontaaniin jårjestelmåån tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå ja/tai tunkeutumisen ediståjåå seoksen pinnalle ja/tai esimuotin tai tåyteaineen pinnalle ja/tai esimuottiin tai tåyteai-neeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua 20 tåyteaineeseen tai esimuottiin (ts. saattaa olla, ettei syotettyå tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå tai tunkeutumisen ediståjåå tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan ettå yksinkertaisesti syotetåån jompaakumpaa tai molemoaa spontaaniin jårjestelmåån). Jos magnesiumia levitettåisiin 25 matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, ettå mainittu pinta olisi se pinta, joka on låhimpånå tai edullisesti kosketuksessa tåyteaineen låpåisevåån massaan tai påinvastoin; tai ettå sellaista magnesiumia pitåisi sekoittaa ainakin esimuotin tai tåyteaineen osaan. Lisåksi 30 on mahdollista, ettå pinnalle levittåmisen, seostamisen ja magnesiumin sijoittamisen ainakin esimuotin osaan, joita-kin yhdistelmiå voitaisiin kåyttåå. Sellaiset yhdistelmåt tunkeutumisen ediståjån (ediståjien) ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjån (edeltåjien) levittåmisesså saattai-35 sivat johtaa alumiinimatriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen ediståmiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispai-noprosenttimåårån pienenemiseen, samoinkuin alempien 29 91490 låmpotilojen saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyå. Lisaksi magnesiumin låsnåolosta johtuva metal-lien epatoivottujen keskinåisten yhdisteiden muodostuminen voitaisiin myos minimoida.

5

Yhden tai useamman lisaseosalkuaineen kayttaminen ja ympåroivån kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myos mat-riisimetallin nitrautumiseen annetussa lampotilassa. Esi-merkiksi voidaan seokseen sisållyttåå tai seoksen pinnalle 10 levittaå sellaisia lisåseosalkuaineita kuin sinkkiå tai rautaa tunkeutumislampotilan alentamiseksi ja siten muo-dostuvan nitridin maåran pienentåmiseksi, kun taas kaasussa olevan typen pitoisuuden lisaamista voitaisiin kåyttaa nitridin muodostumisen edistamiseen.

15

Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai tåyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin pitoisuus pyrkii myos vaikuttamaan tunkeutumisen maaraan annetussa lampotilassa. Vastaavasti eråissa tapauksissa, 20 joissa pieni mååra tai ei lainkaan magnesiumia saa olla kosketuksessa suoraan esimuottiin tai tåyteaineeseen, saattaa olla edullista, ettå ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia sisållytetåån matriisimetalliseokseen. Tata arvoa pienemmåt seosmååråt, kuten 1 painoprosentti mag-25 nesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilampotilat tai lisåseosalkuaineita tunkeutumista vårten. Tåmån keksinnon spontaanin tunkeutumisprosessin toteuttamiseksi vaadittu låmpotila voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoisuutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 30 painoprosenttiin; ja/tai 2) kun seostavia aineita sekoi-tetaan tåyteaineen låpåisevåån massaan tai esimuottiin; ja/tai 3) kun alumiiniseoksessa on toista alkuainetta, kuten sinkkiå tai rautaa. Låmpotila voi myos vaihdella eri tåyteaineilla. Yleenså esiintyy spontaania ja etenevåå 35 tunkeutumista prosessilåmpotilassa, joka on ainakin noin 675°C, edullisesti prosessilåmpotilassa, joka on ainakin noin 750 - 800°C. Yleenså yli 1200°C olevat låmpotilat eivåt 30 9Ί 490 nåytå ediståvån prosessia, ja erityisen kåyttokepoiseksi låmpotilaksi on havaittu alue noin 675°C - noin 1200°C. Kuitenkin yleisenå sååntonå spontaanin tunkeutumisen låm-potila on sellainen låmpotila, joka on matriisimetallin 5 sulamispisteen ylapuolella mutta matriisimetallin hoyrys-tymislåmpotilan alapuolella. Lisaksi spontaanin tunkeutumisen låmpotilan tulisi olla tåyteaineen sulamispisteen alapuolella. Edelleen, kun låmpotilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfåårin våli-10 sen reaktiotuotteen muodostamiseen (esim. alumiinimat-riisimetallin ja typpeå olevan tunkeutumisatmosfåårin tapauksessa saattaa muodostua alumiininitridiå). Sellaiset reaktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-toivot-tuja, riippuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aio-15 tusta kåytostå. Lisåksi tyypillisesti kåytetåån såhkovas-tuskuumennusta tunkeutumislåmpotilojen saavuttamiseksi. Keksinnon yhteydesså kåytettåvåksi hyvåksytåån kuitenkin mikå tahansa kuumennusvåline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan ja joka ei vaikuta haitallisesti spon-20 taaniin tunkeutumiseen.

Esillå olevassa menetelmåsså esimerkiksi låpåisevå tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå ja/tai tunkeutumisen ediståjåå sisåltåvå esimuotti voidaan saattaa kosketukseen sulan 25 matriisimetallin (esim. alumiinin) kanssa typpeå sisåltå-vån atmosfåårin (esim typpeå sisåltåvån kaasun) ollessa låsnå koko tunkeutumiseen vaadittavan ajan. Tåmå aikaan-saadaan yllåpitåmållå jatkuva kaasun virtaus kosketuksessa esimuottiin ja sulaan alumiinimatriisimetalliin. Vaikkei 30 typpeå sisåltåvån kaasun virtausmåårå ole kriittinen, pidetåån edullisena ettå virtausmåårå on riittåvå kompen-soimaan nitridin muodostumisesta seosmatriisissa johtuva mahdollinen typen håviåminen atmosfååristå, sekå eståmåån tai torjumaan ilman sisåån pååseminen, jolla voi olla 35 hapettava vaikutus sulaan metalliin ja/tai tunkeutumisen ediståjåån ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjåån.

91490 31

Esillå olevaa metallimatriisikomposiitin muodostamis-menetelmåå voidaan soveltaa tåyteaineiden laajaan valikoi-maan, ja tåyteaineiden valinta riippuu sellaisista teki-joistå, kuten matriisiseoksesta, prosessin olosuhteista, 5 sulan matriisirnetalliseoksen reaktiivisuudesta tåyteai-neen kanssa, sekå lopulliselle metallimatriisi-komposiit-tituotteelle haetuista ominaisuuksista. Kun matriisimetal-lina on esimerkiksi alumiini, lukeutuvat sopiviksi tåyteaineiksi a) oksidit, esim. alumiinioksidi, b) karbi-10 dit, esim. piikarbidi, c) boridit, esim. alumiinidodeka-boridi, ja d) nitridit, esim. alumiininitridi. Mikåli tåyteaine pyrkii ragoimaan sulan alumiinimatriisimetallin kanssa, tåmå voidaan ottaa huomioon minimoimalla tunkeu-tumisaika ja -låmpotila tai jårjeståmållå reagoimaton 15 påållystys tåyteaineelle. Tåyteaine voi kåsittåå alustan, kuten hiiltå tai ei-keraamista ainetta, jonka påållå on keraaminen påållystys alustan suojaamiseksi syopymiseltå tai heikkenemiseltå. Sopivia keraamipåållysteitå ovat mm. oksidit, karbidit, boridit ja nitridit. Esillå olevassa 20 menetelmåsså kåytettåviksi edullisina pidettyjå keraameja ovat mm. alumiinioksidi ja piikarbidi hiukkasten, hiuta-leiden, kuitukiteiden ja kuitujen muodossa. Kuidut voivat olla epåjatkuvia (leikatussa muodossa) tai jatkuvan såikeen muodossa, kuten monisåikeiset langat. Lisåksi tåyteaine 25 tai esimuotti voi olla homogeeninen tai epåhomogeeninen.

On myos havaittu, ettå mååråtyillå tåyteaineilla esiintyy suurempaa tunkeutumista suhteessa tåyteaineisiin, joilla on samantapainen kemiallinen koostumus. Esimerkiksi US-pa-30 tentissa 4,713,360 (nimitys "Uusia keraamisia aineita ja menetelmiå niiden valmistamiseksi" ) kuvatulla menetelmållå valmistetuilla murskatuilla alumiinioksidi-kappaleilla on edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallises-ti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Lisåksi 35 rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessa 819,397 (nimitys: "Komposiittikeraamisia esineitå ja niiden valmistus-menetelmå") esitetyllå menetelmållå tehdyillå murskatuilla 91490 32 alumiinioksidikappaleilla on myos edulliset tunkeutu-misominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla ole-viin alumiinioksidituotteisiin. Edellå mainitut patentti-julkaisut esitetåan tåsså nimenomaisina viittauksina. Nåin 5 olien on havaittu, etta tåydellinen tunkeutuminen keraa-mista ainetta olevaan lapåisevåån massaan voi tapahtua alemmissa tunkeutumislåmpotiloissa ja/tai lyhyemmillå tun-keutumisajoilla kåyttåen puristettuja tai murskattuja kappaleita, jotka on valmistettu edellå mainittujen pa-10 tenttijulkaisujen mukaisella menetelmållå.

Tåyteaineen koko ja muoto voi olla mikå tahansa sellainen, joka vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Siten aine voi olla hiukkasten, kuituki-15 teiden, hiutaleiden tai kuitujen muodossa, koska tåyteaineen muoto ei rajoita tunkeutumista. Voidaan kåyttåå muitakin muotoja, kuten kuulia, pieniå putkia, pellettejå, tulenkeståvåå kuitukangasta, ja vastaavia. Lisåksi aineen koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten 20 massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemiseksi tarvita korkeampi låmpotila tai pidempi aika kuin suuremmilla hiukkasilla. Lisåksi riittåå, etta tåyteainemassa esi-muotiksi muotoiltuna on tunkeutumista vårten låpåisevåå, ts. ainakin sulaa matriisimetallia ja mahdollisesti tun-25 keutumisatmosfååriå låpåisevåå.

Esillå olevan keksinnon mukainen menetelmå metallimatrii-si-komposiittien muodostamiseksi sallii oleellisesti yh-tenåisten matriisimetallikomposiittien valmistamisen, 30 joilla on suuri tilavuusosa tåyteainetta ja pieni huokoi-suus, koska ne eivåt ole riippuvaisia paineen kåyttåmisestå sulan matriisimetallin puristamiseksi esimuottiin tai tåyteainemassaan. Suurempia tåyteaineen tilavuusosuuksia voidaan aikaansaada kåyttåmållå alussa tåyteainemassaa, 35 jolla on pienempi huokoisuus. Suurempia tilavuusosuuksia voidaan myos aikaansaada silloin, jos tåyteainemassa tiivistetåån tai tehdåån muulla tavalla tiiviimmåksi, 91490 33 edellyttåen ettei massaa muuteta joko taysin tiiviiksi suljetuin kennohuokosin tai taysin tiiviiksi rakenteeksi, mikå eståisi sulan seoksen tunkeutumisen.

5 On havaittu, etta alumiinin tunkeutumista ja matriisin muodostumista vårten keraamisen tåyteaineen ympårille voi keraamisen tåyteaineen kostutus alumiinimatriisimetallil-la olla tårkeå osa tunkeutumismekanismista. Lisåksi alhai-sissa prosessilåmpotiloissa esiintyy erittåin våhån tai 10 håviåvån våhån metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan erittåin våhåinen epåjatkuva alumiininitridin faasi metallimatriisiin jakautuneena. Kun låhestytåån låmpotila-alueen ylåpååtå, tapahtuu kuitenkin todennåkoi-semmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan 15 sååtåå nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamal-la låmpotilaa, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Ne mååråtyt låmpotilat, joissa nitridin muodostuminen tulee merkittå-våmmåksi, muuttuvat myos sellaisista tekijoistå riippuen, kuten kåytetty matriisin alumiiniseos ja sen måårå suh-20 teessa tåyteaineen tai esimuotin mååråån, tåyteaineen måårå johon tunkeutumisen on tapahduttava, sekå tunkeutumisat-mosfåårin typpipitoisuus. Esimerkiksi alumiininitridin muodostumisen måårån uskotaan mååråtysså prosessilåmpoti-lassa kasvavan, kun seoksen kyky keraamisen tåyteaineen 25 kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfåårin typpipitoisuus kasvaa.

Sen vuoksi on mahdollista rååtåloidå matriisimetallin rakennetta komposiitin muodostuksen aikana, niin ettå 30 voidaan antaa tuloksena olevalle tuotteelle mååråtyt ominaisuudet. Annetulla jårjestelmållå voidaan prosessin olosuhteet valita nitridin muodostuksen sååtåmiseksi. Alumiininitridiå sisåltåvållå komposiittituotteella on eråitå ominaisuuksia, jotka voivat olla edullisia tuotteen 35 suorituskyvylle tai parantaa niitå. Lisåksi alumiiniseok- sen spontaanin tunkeutumisen edullinen låmpotila-alue voi vaihdella kåytetystå keraamisesta aineesta riippuen. Kun 91490 34 tåyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeutumisen låmpo-tilan tulisi ylittaå 1000°C, mikåli halutaan, ettei matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkittåvån nitridin muodostumisen johdosta. Lampdtilan 1000°C ylit-5 tåviå låmpotiloja voidan kuitenkin kåyttåå, mikåli halutaan tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikompi muovattavuus ja suurempi jåykkyys. Piikarbidiin tunkeutumista vårten voidaan kåyttåå korkeampia, noin 1200°C låmpotiloja, koska piikarbidia tåyteaineena kåytettåesså alumiiniseok-10 sesta syntyy våhemmån nitridejåf kuin alumiinioksideja tåyteaineena kåytettåes s å.

Lisåksi on mahdollista kåyttåå matriisimetallin varasto-låhdettå tåyteaineen tåydellisen tunkeutumisen varmista-15 miseksi ja/tai syottåå toista metallia, jolla on erilainen koostumus kuin matriisimetallin ensimmåisellå låhteellå. Eråisså tapauksissa voi erityisesti olla toivottavaa kåyttåå varastolåhteesså matriisimetallia, joka koostumuk-seltaan poikkeaa matriisimetallin ensimmåisestå låhteestå. 20 Jos esimerkiksi alumiiniseosta kåytetåån ensimmåisenå matriisimetallin låhteenå, niin varastolåhteen metallina voitaisiin kåyttåå nåennåisesti mitå tahansa toista metal-lia tai metalliseosta. Esillå olevan keksinnon mukaisesti esimuotti, johon kohdistuu spontaani tunkeutuminen, ts. 25 esimuotti joka on ensimmåisen matriisimetallin osittan låpitunkemaa, voitaisiin kaasuvirralla tai muulla mekanis-millå saada kellumaan altaan alueella, joka kåsittåå toista matriisimetallia. Lisåksi sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toistensa kanssa, mikå johtaisi varastolåhde-30 metallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmåiseen låh-teeseen niin kauan kuin annetaan riittåvåsti aikaa sekoit-tumista vårten. Kåytettåesså ensimmåisen matriisimetallin låhteestå poikkeavan koostumuksen omaavaa varastolåhdeme-tallia, on siten mahdollista rååtåloidå metallimatriisin 35 ominaisuuksia erilaisten toimintavaatimusten tåyttåmisek-si ja siten rååtåloidå metallimatriisikomposiitin ominaisuuksia.

91490 35

Ymmårretåån etta estovålinettå voidaan myos kåyttåå esilla olevan keksinnon yhteydessa. Tåman keksinnon yhteydesså kåytettåvå estovåline voi erityisesti olla mikå tahansa soveltuva våline, joka vuorovaikuttaa, eståå ja lopettaa 5 sulan matriisiseoksen (esim. alumiiniseos) kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan tåyteaineen tai esimuotin måå-ritellyn rajapinnan ohi. Sopivia estovålineitå voivat olla mitkå tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa yllåpitåvåt 10 jonkinasteisen eheyden eivatka ole haihtuvia, ja jotka edullisesti ovat prosessissa kaytettyå kaasua låpåiseviå, ja jotka samoin pystyvat paikallisesti estamaan, pysayt-tåmåån, vuorovaikuttamaan, torjumaan, jne, jatkuvan tun-keutumisen tai minkå tahansa muun liikkeen keraamisen 15 tayteaineen måaritellyn rajapinnan ohi. Estovålineitå voidaan kåyttaa spontaanin tunkeutumisen aikana tai muo-teissa tai muissa laitteissa, joita kåytetåån spontaanin tunkeutumisen metallimatriisikomposiitin låmpomuovauksen yhteydessa, kuten alla yksityiskohtaisemmin selitetåån.

20

Soveltuvat estovålineet sisåltåvåt aineita, kuten grafiit-tia ja alumiinioksidia, joita tunkeutuva sula matriisime-talli kåytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tåman tyyppisellå estoaineella nåyttåå ole-25 van oleellisen våhån tai ei lainkaan yhtymispyrkimystå sulaan matriisimetalliin, ja estovåline eståå tai torjuu siirtymisen tåyteainemassan tai esimuotin mååritellyn rajapinnan yli. Estoaine våhentåå mahdollista loppukoneis-tusta tai hiomista, jota voidaan tarvita metallimatriisi-30 komposiittituotteella, ja se voi lisåtå esimuotin jha metallimatriisikomposiitin rakenteellista eheyttå. Estoaine voi lisåksi olla sopivasti muotoiltua sallimaan tarttumisen komposiittiin ja sen poistamisen matriisime-tallialtaasta. Kuten edellå mainittiin, tulisi estoaineen 35 edullisesti olla låpåisevåå tai huokoista, tai se voidaan saattaa låpåisevåksi esimerkiksi poraamalla reikiå esto-aineeseen tai låviståmållå se, niin ettå tunkeutumisatmos- 91490 36 faari paasee kosketukseen sulan matriisimetalliseoksen kanssa, joka sisåltåa tunkeutumisen edistajan edeltåjåå.

Soveltuvia estoaineita, jotka ovat erityisen edullisia 5 alumiinimatriisiseoksilla, ovat niitå, jotka sisaltåvåt hiiltå, 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 myydåan tuotenimellå Grafoil (R), jonka tavaramerkin haltija on Union Carbide. Tållå gra-fiittinauhalla on tiivistaviå ominaisuuksia, jotka eståvåt sulaa alumiiniseosta kulkeutumasta tåyteaineen maåritellyn rajapinnan ohi. Tåmå grafiittinauha on myos kuumuutta 15 keståvå ja kemiallisesti inertti. Grafoil (R) -grafiitti-aine on taipuisaa, kestavåå, mukautuvaa ja joustavaa. Sita voidaan valmistaa useissa muodoissa sopimaan estoaine sovellutuksiin. Grafiittiestovålinettå voidaan kuitenkin kåyttaå lietteenå tai tahnana tai jopa inaalikalvona 20 tåyteaineen tai esimuotin rajapinnalla tai sen ympårillå. Grafoil (R) -tuotetta pidetåån erityisen edullisena, koska se on taipuisan grafiittiarkin muodossa. Kåytosså tåmå paperin tapainen grafiitti yksinkertaisesti muovaillaan tåyteaineen tai esinmotin ympårille.

25

Muita edullisia estoaineita alumiinimetallimatriisiseok-sille typesså ovat siirtymåmetalliboridit (esim. ti-taanidiboridi (TiB2))^ joita sulat alumiinimetalliseokset eivåt tåtå ainetta mååråtyisså prosessioloissa kåytettå-30 esså pysty kostuttamaan. Tåmån tyyppisellå estoaineella prosessilåmpotilan ei tulisi ylittåå noin 875°C, koska muutoin estoaineen vaikutus våhenee, ja itse asiassa korkeanunassa låmpotilassa esiintyy tunkeutumista estoai-neeseen. Siirtymåmetalliboridit ovat tyypillisesti saata-35 villa hiukkasmuodossa (1 - 30 mikrometriå). Estoaineet voidaan levittåå lietteenå tai tahnana edullisesti esi- 91490 37 muotiksi muotoillun låpåisevån keraamisen tayteaineen massan rajapinnoille.

Alumiinimetallimatriisiseoksia vårten typesså muut kåyt-5 tokelpoiset estoaineet sisåltåvåt vaikeasti haihtuvia orgaanisia yhdisteitå, jotka levitetaån kalvona tai ker-roksena tayteaineen tai esimuotin ulkopinnalle. Poltetta-essa typesså, erityisesti tåmån keksinnon mukaisissa prosessioloissa, orgaaninen yhdiste hajoaa, jåttåen jål-10 keenså hiilinokikalvon. Orgaaninen yhdiste voidaan levit-tåå tavanomaisin keinoin, kuten maalaamalla, suihkuttamal-la, upottamalla, jne.

Lisåksi voivat hienoksi jauhetut hiukkasmaiset aineet 15 toimia estoaineena, jos hiukkasmaiseen aineeseen tunkeu-tuminen esiintyy nopeudella, joka on hitaampi kuin tunkeu-tumisnopeus tåyteaineeseen.

Siten voidaan estoainetta levittåå millå tahansa sopivalla 20 tavalla, kuten peittåmållå mååritelty rajapinta estovåli-neen kerroksella. Sellainen estovålineen kerros voidaan muodostaa maalaamalla, upottamalla, silkkipainatuksella, hoyryståmållå, tai levittåmållå estovålinettå muilla ta-voin neste-, liete- tai tahnamuodossa, tai sputteroimalla 25 hoyrystyvåå estovålinettå, tai yksinkertaisesti kerrosta-malla kiinteån hiukkasmaisen estovålineen kerros, tai levittåmållå estovålineen kiinteå ohut arkki tai kalvo mååritellylle rajapinnalle. Kun estovåline on paikallaan, spontaani tunkeutuminen pååttyy oleellisesti silloin, kun 30 tunkeutuva matriisimetalli saavuttaa mååritellyn rajapin-nan ja koskettaa estovålinettå. Estoaineita voidaan siten kåyttåå esillå olevan keksinnon esimuottien yhteydesså sååtåmåån tunkeutumista niin, ettå aikaansaadaan verkon muotoisia tai låhes verkon muotoisia esineitå kelluvaan 35 esimuottiin tunkeutumisella.

91490 38 Vålittomåsti seuraavassa olevat esimerkit sisåltåvåt esil-la olevan keksinnon erilaisia demonstraatioita. Nåitå esimerkkejå on kuitenkin pidettåvå havainnollistavina, eikå niitå pidå yminårtåå keksinnon suoja-alaa rajoittavina, 5 joka mååritellåån oheisissa patenttivaatimuksissa.

Esimerkki 1

Tayteainetta valmistettiin sekoittamalla 1000 grit (seu-10 lamitta, grit = noin 75 mikrometriå) piikarbidijauhetta (39 Crystolon, Norton Co.) ja noin 2,5 painoprosenttia 315 mesh (mesh = seulan aukkojen lukumååra tuumaa kohti) magnesiumjauhetta (saatavana Johnson Mathey Co:lta). Ta-saisen sekoituksen aikaansaamiseksi nåmå jauheet asetet-15 tiin suljettuun sailioon ja kåsiteltiin kuulamyllysså noin 12 tuntia. Kuulamylly tuotti vain tasaisen sekoituksen, jauheiden jauhamiseen tai muodon muutokseen ei pyritty eikå sitå aikaansaatu.

20 Kuvioon 5 viitaten tayteainetta tiivistettiin kåsin mah-dollisimman paljon muottiin 2, joka kåsitti tayteainetta muovaavan kupariputken. Kupariputken 2 (saatavilla General Copper Co:sta) seinåmåt olivat noin 0,8 mm paksut, ja putki oli kelion muotoinen, 3,8 cm pitkå ja 2,5 cm laa ja 25 laajemmasta pååståån. Putken 2 laajempi påå jåtettiin peittåmåttå kun taas sen kapeampi påå suljettiin alu-miinikalvolla eståmåån tåyteaineen karkaamista tiivistå-misen aikana.

30 Kaksi sellaista muottia 2-1, 2-2 asetettiin sitten ei-rea-goivaan astiaan 5, joka sisålsi tietyn måårån valanteita 7 alumiiniseoksesta, kuten kuviossa 6 esitetåån. Astia 5 kåsitti hitsatun 300-sarjan ruostumatonta teråstå 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 ettå astiasta saatiin uudelleen kåytettåvå. Seoksen koostumus oli noin 91490 39 85 painoprosenttia alumiinia, 12 painoprosenttia piita ja 3 painoprosenttia magnesiumia (Al-12Si-3Mg), ja valanteen 7 jårjestettiin siten, etta ne astiassa 5 ympåroivåt putkia 2-1 ja 2-2. Toinen muoteista 2-1 sijoitettiin låhelle 5 astian pohjaa ja toinen muotti 2-2 låhelle ylåosaa. Astia 5 peitettiin sitten 0,7 mm paksulla kuparikalvolla 8 (jota saadaan Atlantic Equipment Engineering Co:lta) ja sijoitettiin såhkovastuksilla kuumennettuun uuniin. Astian sisåtilaan johdettiin sitten typpikaasun syotto noin 1,5 10 1/minuutti måårånå kuparikalvossa 8 olevan reiån låpi.

Uunin låmpotila nostettiin huoneenlåmpotilasta noin 750°C låmpotilaan noin 2 - 2,5 tunnin jakson arkana, jolloin tåyteaine kiinteytyi esimuoteiksi, jotka pitåisivåt muo-15 tonsa myos ilman muottia. Astia sisåltoineen pidettiin noin 750°C:ssa noin 2,5 tuntia, jonka ajan kuluttua astiaan oli muodostunut alumiiniseosta oleva allas, kiinteytynyttå tåyteainetta ympåroivåt kuparimuotit olivat sulaneet ja hajaantuneet sulaan alumiiniseokseen, ja seos oli spon-20 taanisti tunkeutunut tåyteaineeseen muodostaen metallimat-riisi-komposiittikappaleita, Havaitaan, ettå tåyteaine såilyttåå muotonsa kuparimuottien kulumisen jålkeenkin, mahdollisesti koska tåyteaineeseen muodostuu magnesiumnit-ridiå låmpotilan noustessa (tai mahdollisesti sintrausil-25 mion tuloksena), ja sitten tåyteaineen 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 låhellå astian ylåosaa oli hetken aikaa kellunut altaan pinnalla ja uponnut sitten altaaseen muotin liuetessa altaaseen ja spontaanin tunkeutumisen edistyesså. Muotti 2-1, joka sijaitsi astian pohjalla liukeni lopuksi ja kiinteytynyt 35 esimuotti, johon tunkeutuminen oli tapahtunut, nousi altaassa likimain samaIle korkeudelle kuin låhellå ylåosaa sijainnut esimuotti 2-2. Metallimatriisikomposiitit nos- 40 91 490 tettiin varovasti seosaltaasta ruostumatonta teråstå ole-valla lastalla, ja nliden annettiin jååhtyå laboratorion ilmatilassa. Tuloksena olevissa kappaleissa oli tapahtunut tåydellinen spontaani tunkeutuminen ja niillå oli hyvåt 5 verkkomuoto-ominaisuudet.

Esimerkki 2

Esimuotti, joka kåsitti 500 grit piikarbidijauhetta (39 10 Crystolon, Norton Co.) valettiin kerrostamalla tavanomai-sella menetelmållå ja esipoltettiin månnån puolipultin muotoon. Esimuotti månnan puolipultille, joita polttomoot-toreissa kåytetaan useita, oli oleellisesti putken muotoi-nen, ja ulkohalkaisija noin 4 mm, sisåhalkaisija noin 3 mm 15 ja pituus noin 5 cm. Kuvioon 7 viitaten vietiin esimuotti 2-3 altaan 4 pinnalle, joka kåsitti 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 vielå lisåttiin noin 5 painoprosenttia Mg noin 700°C låmpotilassa.

Allas 4 oli ei-reagoivassa astiassa 5, joka kåsitti 300-sarjan ruostumatonta teråstå olevan tolkin vuorattuna 25 noin 0,38 mm paksulla laatua GTB olevalla grafiittinauha-tuotteella, jota Union Carbide tuottaa ja jota myydåån tavaramerkillå Grafoil (R) (Union Carbide:lta). Astia 5 ja siten esimuotti 2-3 sekå allas 4 pidettiin puhtaassa typpiatmosfåårisså huuhtelemalla onteloa 8, joka muodostui 30 300-sarjan ruostumatonta teråstå olevan laatikon 9 ja levyn 10 våliin. Typpeå oleva tunkeutumisatmosfååri johdettiin onteloon 8 ruostumatonta teråstå olevan putken 11 låpi, joka oli asetettu ja kiinnitetty laatikossa 9 olevan sopivan reiån låpi. Laatikon 9 ja levyn 10 våliin asetettiin 35 kuparitiiviste 12 typpiatmosfåårin yllåpitåmiseksi onte-lossa 8. Sen lisåksi erås måårå titaanilastuja 13 oli jakaantuneena onteloon 8, niin ettå ne ragoisivat hapen 41 91490 tai muun vieraan aineen kanssa, joka saattaisi saastuttaa tunkeutumisen ediståjåå ja/tai matriisimetallin edeltajåa ja/tai tunkeutumisen ediståjåå spontaanissa alumiini/magnesium/ typpi-tunkeutumisjårjestelmåsså.

5

Reaktioastia, kåsittåen astian 5, laatikon 9 ja levyn 10, kuumennettiin såhkovastuksin kuumennetussa uunissa huo-neenlåmpotilasta noin 700°C låmpotilaan noin 5 tunnin jakson aikana metalliseoksen sulattamiseksi. Sen jålkeen 10 esimuotti 2-3 asetettiin sulan alumiiniseoksen altaan 4 pinnalle nostaen laatikkoa 9 lyhyen aikaa. Låmpotila pidettiin sitten noin 800°C:ssa noin 25 tunnin jakson ajan, jonka lopussa laatikko 9 jålleen nostettiin, ja altaaseen uponnut månnån puolipultti otettiin talteen kåyttåen 15 ruostumatonta teråstå olevaa lastaa. Månnån puolipultin annettin sen jålkeen jååhtyå laboratorion ilmatilassa. Alumiiniseos oli tåysin spontaanisti tunkeutunut esimuot-tiin muodostaen metallimatriisi-komposiittikappaleen, jolla oli hyvå verkkomuoto.

20

Esimerkki 3

Kuvioon 8 viitaten valmistettiin reaktioastia asettamalla ruostumatonta teråstå oleva grafiittivuorattu tolkki 5 25 ympåroitynå karkearakeisella Wollastoniitilla 14 (Myad SP, saatavana NYCO, Inc:lta) alumiinioksidiupokkaaseen 15, jonka puhtausaste oli 99,7%. 300-sarjan ruostumatonta teråstå oleva tolkki 16, joka sisålsi ruostumatonta teråstå olevan huuhteluputken 11, asetettiin tolkin 5 påålle. Sulaa 30 alumiiniseoksen seosta kåsittåvå allas 4, jolla oli sama koostumus kuin esimerkin 2 alumiiniseoksella, muodostet-tiin tolkkiin 5.

Al las 4 muodostettiin kuumentamalla reaktioastia ja upokas 35 såhkovastuksin kuumennetussa uunissa yllåpitåen samalla jatkuvan puhtaan typen huuhtelun ruostumatonta teråstå olevaan tolkkin 16. Astia kuumennettiin huoneenlåmpotilas- 91490 42 ta yli noin 800°C låmpotilaan noin 5 tunnin jakson aikana. Kun allas 4 saavutti noin 700°C låmpotilan, nostettiin ruostumatonta terasta olevaa tolkkiå ja esimuotti sijoi-tettiin nopeasti altaan pinnalle, ja ruostumatonta terasta 5 oleva tolkki 16 palautettiin paikalleen. Astia pidettiin sitten noin 800°C:ssa noin 30 tuntia, jonka ajan jålkeen esimuotti poistettiin altaasta ja sen annettiin jååhtyå.

Esimuotti kasitti yksinkertaisen sylinterin muodossa, 10 halkaisijaltaan noin 1,3 cm ja 1,3 cm pitkå, olevaa 220 grit piikarbidia (39 Crystoion, Norton Company:lta). Esimuotti poistettiin noin 700°C:ssa ja jåahdytettiin huoneenlåmpotilaan. Saavutettiin tåydellinen spontaani tunkeutuminen ja aikaansaatiin hyvåt verkko-ominaisuudet. 15 20 25 30 35

Claims (9)

91 490

1. Menetelmåmetallimatriisikomposiitinmuodostamiseksi, tunnettu siitå, ettå muodostetaan esimuotti låpåisevåstå tåyteainemassasta, ettå esimuotti saatetaan sulaa matrix- 5 simetallia sisåltåvåån altaaseen siten, ettå esimuotti kelluu sulan metallin pinnalla, ja ettå ainakin jossakin tunkeutumisprosessin vaiheessa vaikuttavan tunkeutumisat-mosfåårin sekå tunkeutumisen ediståjån ja/tai tunkeutumi-sen ediståjån edeltåjån avulla sula matriisimetalli saate-10 taan spontaanisti tunkeutumaan ainakin osaan esimuotista.

2. Fårfarande enligt patentkrav l, kånnetecknat av att infiltrationsatmosfåren står i fårbindelse med fårformen och/eller matrismetallen åtminstone under en del av infiltrationstiden. 35

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå tunkeutumisatmosfååri on yhteydesså esimuot-tiin ja/tai matriisimetalliin ainakin tunkeutumisen osan 15 aikana.

3. Fårfarande enligt patentkrav 2, kånnetecknat av att fåretrådaren till det infiltrationsfråmjande mediet och/-eller det inf iltrationsf råmjande mediet tillfårs matrisme- 91490 tallen och/eller forformen och/eller infiltrationsatmosfå-ren.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå ja/tai tunkeutumisen ediståjåå syotetåån matriisimetalliin ja/tai 20 esimuottiin ja/tai tunkeutumisatmosfååriin.

4. Fårfarande enligt patentkrav 1, kånnetecknat av att 5 forformen bildas av en genomtrånglig fyllnadsmedelmassa omfattande åtminstone ett åmne valt i gruppen bestående av pulver, flingor, mikrokulor, fiberkristaller, bubblor, fibrer, partikelmaterial, fibermattor, brutna fibrer, ku-lor, pelletar, små ror och brandbeståndiga tyg. 10

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå esimuotti muodostetaan låpåisevåstå tåyteainemassasta, joka kåsittåå ainakin yhden aineen, joka on va- 25 littu ryhmåstå, joka kåsittåå jauheet, hiutaleet, mikro- kuulat, kuitukiteet, kuplat, kuidut, hiukkasaineet, kuitu- matot, leikatut kuidut, kuulat, pelletit, pienet putket ja tulenkeståvåt kankaat.

5. Forfarande enligt patentkrav 1, kånnetecknat av att temperaturen under den spontana infiltrationen år hågre ån matrismetallens småltpunkt, men lågre ån matrismetallens indunstningstemperatur och fyllnadsmedlets småltpunkt. 15

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå låmpdtila spontaanin tunkeutumisen aikana on korkeampi kuin matriisimetallin sulamispiste, mutta alempi kuin matriisimetallin hdyrystymislåmpotila ja tåyteaineen sulamispiste. 35

6. F5rfarande enligt patentkrav l, kånnetecknat av att det vidare omfattar ett steg i vilket forformen fårvårms.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå se lisåksi kåsittåå vaiheen, jossa esimuotti es ikuumennetaan. 91490

7. Fårfarande enligt patentkrav l, kånnetecknat av att 20 i uppvårmt tillstånd omges fyllnadsmedlet som bildar forformen med fast matrismetall, och att den fasta matrisme-tallen smålts for att bilda nåmnda matrismetallbad.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå kuumennettuna esimuotin muodostava tåyteaine ympåråidåån kiinteållå matriisimetallilla, ja ettå kiinteå matriisimetalli sulatetaan mainitun matriisimetallialtaan 5 muodostamiseksi.

8. Fårfarande enligt patentkrav l eller 7, kånnetecknat 25 av att vid fårformen fastes låsgårbart ett flytorgan så att forformens flytande i matrismetallbadet befråmjas, och att flytorganet losgors från forformen efter det den spontana infiltrationen i forformen ågt rum.

8. Patenttivaatimuksen l tai 7 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå esimuottiin kiinnitetåån irrotettavasti kellukevåline niin, ettå edistetåån esimuotin kellumista 10 matriisimetallialtaassa, ja ettå kellukevåline irrotetaan esimuotista sen jålkeen kun spontaani tunkeutuminen esimuottiin on tapahtunut.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu 15 siitå, ettå esimuotti saatetaan koskettamaan toista sulaa matriisimetallia sen jålkeen kun sula matriisimetalli on spontaanisti tunkeutunut ainakin osaan esimuotista. 20 1. Fårfarande får att bilda en metallmatriskomposit, kånnetecknat av att en forform bildas av en genomtrånglig fyllnadsmedelmassa, att forformen såtts i ett bad innehål-lande smålt matrismetall så att forformen flyter på ytan av den smålta metallen, och att åtminstone i något skede 25 av infiltrationsprocessen den smålta matrismetallen fås att spontant trånga in i åtminstone en del av fårformen med hjålp av den rådande infiltrationsatmosfåren samt ett infiltrationsfråmjande medel och/eller en fåretrådare till ett infiltrationsfråmjande medel. 30

9. Forfarande enligt patentkrav l, kånnetecknat av att fårformen såtts i beråring med en annan smålt matrismetall efter det den smålta matrismetallen spontant infiltrerat åtminstone en del av fårformen.