FI91496B - Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita - Google Patents

Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita Download PDF

Info

Publication number
FI91496B
FI91496B FI894941A FI894941A FI91496B FI 91496 B FI91496 B FI 91496B FI 894941 A FI894941 A FI 894941A FI 894941 A FI894941 A FI 894941A FI 91496 B FI91496 B FI 91496B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metal
filler
matrix
preform
penetration
Prior art date
Application number
FI894941A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI91496C (fi
FI894941A0 (fi
Inventor
Marc Stevens Newkirk
Michael Kevork Aghajanian
Alan Scott Nagelberg
Christopher Robin Kennedy
Danny Ray White
Robert James Wiener
Original Assignee
Lanxide Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanxide Technology Co Ltd filed Critical Lanxide Technology Co Ltd
Publication of FI894941A0 publication Critical patent/FI894941A0/fi
Publication of FI91496B publication Critical patent/FI91496B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI91496C publication Critical patent/FI91496C/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1005—Pretreatment of the non-metallic additives
    • C22C1/1015—Pretreatment of the non-metallic additives by preparing or treating a non-metallic additive preform
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1057—Reactive infiltration
    • C22C1/1063—Gas reaction, e.g. lanxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12007—Component of composite having metal continuous phase interengaged with nonmetal continuous phase
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12486—Laterally noncoextensive components [e.g., embedded, etc.]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Revetment (AREA)
  • Connector Housings Or Holding Contact Members (AREA)
  • Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)
  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Ropes Or Cables (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Press Drives And Press Lines (AREA)
  • Specific Conveyance Elements (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Dental Preparations (AREA)
  • Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
  • Sewage (AREA)
  • Medicines That Contain Protein Lipid Enzymes And Other Medicines (AREA)

Description

91496
Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita 5 Esillä oleva keksintö liittyy makrokomposiittikappaleen muodostamiseen saattamalla sula matriisimetalli tunkeutumaan spontaanisti läpäisevään täyteainemassaan tai esimuot-tiin sekä sitomalla aine, jossa spontaani tunkeutuminen on tapahtunut, ainakin yhteen toiseen aineeseen, kuten kerää-10 miin sekä metalliin. Erityisesti tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjä sekä tunkeutu-misatmosfääri ainakin prosessin jossakin vaiheessa on yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin, mikä sallii sulan metallimatriisin spontaanin tunkeutumisen täyteaineeseen 15 tai esimuottiin. Lisäksi täyteaine tai esimuotti asetetaan ennen tunkeutumista koskettamaan ainakin osaa toisesta aineesta, niin että sen jälkeen kun tunkeutuminen täyteaineeseen tai esimuottiin on tapahtunut, aine, jossa tunkeutuminen on tapahtunut, sitoutuu toiseen aineeseen muodostaen 20 makrokomposiittikappaleen.
Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä, kuituja tai vastaavia käsittävät komposiittituotteet näyttävät lupaavilta 25 moniin eriin sovellutuksiin, koska niissä yhdistyvät osa lujittavan faasin jäykkyydestä ja kulutuskestävyydestä metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleensä me-tallimatriisikomposiitilla luodaan parannuksia sellaisissa ominaisuuksissa, kuten lujuus, jäykkyys, hankauskulutuksen 30 kestävyys, ja lujuuden pysyminen korkeammissa lämpötiloissa, verrattuna matriisimetalliin sen monoliittisessa muo-• dossa, mutta määrä, johon saakka määrättyä ominaisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseessä olevista ainesosista, niiden tilavuus- tai painosuhteista, sekä siitä 35 miten niitä käsitellään komposiittia muodostettaessa. Eräissä tapauksissa komposiitti voi myös olla 2 91496 kevyempää kuin matriisimetalli sellaisenaan. Alumiinimat-riisikomposiitit, jotka on vahvistettu keräämillä, kuten esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden tai kuitukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden 5 alumiiniin verrattuna suuremmasta jäykkyydestä, kulutuksen kestävyydestä ja korkean lämpötilan lujuudesta.
Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on kuvattu erilaisia metallurgisia menetelmiä, mukaanlukien menetel-10 miä, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumiatekniikoihin, joissa käytetään hyväksi painevalua, tyhjövalua, sekoittamista, ja notkistumia. Jauhemetallurgiatekniikoiden avulla jauheen muodossa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen 15 kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava aine sekoitetaan ja sitten joko kylmäpuristetaan ja sintrataan, tai kuuma-puristetaan. Tällä menetelmällä tuotetun piikarbidilla lujitetun alumiinimatriisikomposiitin suurimman keraamin tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosent-20 tia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauksessa.
Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauhemetallurgi-sia tekniikoita käyttävin tavanomaisin menetelmin asettaa 25 eräitä rajoituksia aikaansaatavien tuotteiden ominaisuuksille. Komposiitissa olevan keraamifaasin tilavuusosa on tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 prosenttiin. Samaten asettaa puristustoiminta rajan käytännössä saavutettavalle koolle. Ainoastaan suhteellisen 30 yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jälkeenpäin tapahtuvaa käsittelyä (esim. muotoilua tai koneistusta) tai ottamatta käyttöön monimutkaisia puristimia. Sintrauksen aikana voi myös esiintyä epätasaista kutistumista, samoin kuin mikrostruktuurin epätasaisuutta, 35 johtuen kiintoaineisiin eriytymisestä ja hiukkasten kasvusta.
91496 3 US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelmä metallimatrii-sikomposiitin muodostamiseksi, johon sisältyy kuitumuotoi-nen lujite, esim. piikarbidi- tai alumiinioksidikuituki-teitä, joilla on ennalta määrätty kuitujen suuntaus.
5 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 painetta, niin että sula metalli pakotetaan tunkeutumaan 10 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-suuksia on ilmoitettu.
15
Edellä olevaan tunkeutumismenetelmään liittyy paineen aiheuttamien virtausprosessien yllätyksellisiä vaihteluja. ts. mahdollisia epäsäännöllisyyksiä matriisin muodostumisessa, huokoisuutta, jne, kun otetaan huomioon että se 20 riippuu ulkoisesta paineesta sulan matriisimetallin pakottamiseksi kuitupitoisten mattojen läpi. Ominaisuuksien epätasaisuus on mahdollinen vaikka sulaa metallia johdettaisiin useammasta kohdasta kuitupitoiseen järjestelyyn. Vastaavasti on järjestettävä monimutkaiset matto/lähde-25 järjestelyt ja virtausreitit soveltuvan ja tasaisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi kuitumattojen pinoon. Edellä mainittu painetunkeutumismenetelmä mahdollistaa myös ainoastaan suhteellisen pienen lujitusaineen ja matriisiti-lavuuden suhteen, johtuen suureen mattotilavuuteen kiin-30 teästi liittyvästä tunkeutumisen vaikeudesta. Lisäksi muoteissa on oltava sulaa metallia paineen alaisena, joka nostaa menetelmän kustannuksia. Lopuksi edellä mainittu menetelmä, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu alumiinimatrii-35 sikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satunnaisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistä tai kuiduista koostuvilla aineilla.
91496 4
Alumiinimatriisi-alumiinioksiditäytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksidia, jolloin on vaikeata muodostaa yhtenäinen tuote. Tähän ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Eräs sellainen 5 lähestyminen on alumiinin päällystäminen metallilla (esim. nikkelillä tai wolframilla), joka sitten kuumapuristetaan yhdessä alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan päällystää piidioksidilla. Näillä komposiiteilla kuitenkin 10 ominaisuudet vaihtelevat, tai päällystykset voivat heikentää täytettä, tai matriisi sisältää litiumia, joka voi vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.
US-patentilla 4,232,091 voitetaan eräitä alan vaikeuksia, 15 joita kohdataan valmistettaessa alumiinimatriisi-alumii-nioksiditäytteisiä komposiitteja. Tässä patentissa kuva-taan 75 - 375 kg/cm paineen kohdistamista pakottamaan sula alumiini (tai sula alumiiniseos) alumiinioksidia olevaan kuitu- tai kuitukidemattoon, joka on esi lämmitetty alueelle 20 700 - 1050°C. Alumiinioksidin suurin suhde metalliin tuloksena olevassa kiinteässä valukappaleessa oli 0,25:1. Koska tässä menetelmässä ollaan riippuvaisia ulkopuolisesta paineesta tunkeutumisen aikaansaamiseksi, sitä värväävät monet samat puutteet kuin US-patenttia 3,970,136.
25 EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi-komposiittien valmistamista, jotka ovat erityisen käyttökelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi-muotin alumiinioksidimatriisin ontelot täytetään alumii-30 nilla, ja tätä varten käytetään erilaisia tekniikoita alumiinioksidin kostuttamiseksi koko esimuotissa. Alumiinioksidi kostutetaan esimerkiksi titaani-, zirkonium-, hafnium tai niobi-diboridia olevalla kostutusaineella tai metallilla, ts. litiumilla, magnesiumilla, kalsiumilla, 35 titaanilla, kromilla, raudalla, koboltilla, nikkelillä, zirkoniumilla tai hafniumilla. Kostutuksen edistämiseksi käytetään inerttiä atmosfääriä, kuten argonia. Tässä 5 91496 julkaisussa esitetään myös paineen kohdistaminen sulan alumiinin saamiseksi tunkeutumaan päällystämättömään matriisiin. Tässä suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saattamalla huokoset ensin tyhjöön ja kohdistamalla sitten 5 sulaan alumiiniin painetta inertissä atmosfäärissä, esim. argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuottiin voidaan tunkeutua höyryfaasissa olevalla alumiinipäällystyksellä pintojen kostuttamiseksi ennen onteloiden täyttämistä tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin 10 pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan lämpökäsittelyä, esim lämpötilassa 1400 - 1800 °C, joko argonissa tai tyhjössä. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen altistuminen kaasulle, tai tunkeutumispaineen poistaminen, aiheuttaa alumiinin häviämistä kappaleesta.
15
Kostutusaineiden käyttäminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisältävään elektrolyyttikennoon on esitetty myös EP-patenttihakemuk-sessa 94353. Tässä julkaisussa kuvataan alumiinin tuotta-20 mistä elektrolyysillä kennossa, jossa virranjohdinkatodi on kennon vaippana tai alustana. Tämän alustan suojaamiseksi sulalta kryoliitilta levitetään alumiinioksidialus-talle ohut päällystys kostutusaineen ja liukenemisen estävän aineen seoksella ennen kennon käynnistämistä tai 25 kun se on upotettuna elektrolyysiprosessin tuottamaan sulaan alumiiniin. Kuvattuja kostutusaineita ovat titaani, zirkonium, hafnium, pii, magnesium, vanadiini, kromi, niobi tai kalsium, ja titaani esitetään edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetään olevan 30 hyödyllisiä estettäessä kostutusaineiden liukenemista sulaan alumiiniin. Tässä julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikä siinä eh-dotetaa sellaisten komposiittien muodostamista esimerkiksi typpiatmos f äärissä.
Paineen ja kostutusaineiden käytön lisäksi on kuvattu tyhjön kohdistamisen edistävän sulan alumiinin tunkeutu- 35 91496 6 mistä huokoiseen keraamikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa-tentissa 3,718,441 raportoidaan keraamiseen kappaleeseen (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja berylliumoksidi) tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, berylliumilla, 5 magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelillä tai —6 —2 kromilla, tyhjössä joka on alle 10” torr. Välillä 10 ...
10-6 torr oleva tyhjö johti keraamin heikkoon kostuttami-seen sulalla metallilla, niin ettei metalli virrannut vapaasti keraamin ontelotiloihin. Kostuttamisen sanotaan 10 kuitenkin parantuneen, kun tyhjö pienennettiin alle 10-6 torr.
Myös US-patentissa 3,864,154 esitetään tyhjön käyttämistä tunkeutumisen aikaansaamiseksi. Tässä patentissa selite-15 tään kylmäpuristetun AlBi2-jauhekappaleen asettamista kylmäpuristetun alumiinijauheen pedille. Sen jälkeen sijoitettiin lisää alumiinia AlBi2-jauhekappaleen päälle. Sulatusastia, jossa AlBi2-kappale oli ”kerrostettuna" alumiini jauhekerrosten väliin, sijoitettiin tyhjöuuniin. Uu-20 niin järjestettiin noin 10-5 torr oleva tyhjö kaasun poistumista varten. Lämpötilaa nostettiin sen jälkeen 1100°C:een, jossa se pidettiin 3 tuntia. Näissä oloissa sula alumiini tunkeutui AlBi2-kappaleeseen.
25 US-patentissa 3,364,976 selitetään suunnitelmaa itsestään kehittyvän tyhjön aikaansaamista kappaleeseen, sulan metallin tunkeutumisen lisäämiseksi kappaleeseen. Erityisesti selitetään, että kappale, esim. grafiittimuotti, teräs-muotti tai huokoinen tulenkestävä aine, kokonaan upotetaan 30 sulaan metalliin. Muotin tapauksessa metallin kanssa reagoivan kaasun kanssa täytetty muottiontelo on yhteydessä ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon täyttyminen itsestään kehittyvän tyhjön 35 syntyessä ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin reaktion johdosta. Tyhjö on erityisesti tulosta metallin kiinteän oksidimuodon syntymisestä. Siten tässä julkaisus- 91496 7 sa esitetään, että on oleellista aikaansaada ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin välinen reaktio. Muotin käyttäminen tyhjön luomiseksi ei kuitenkaan välttämättä ole toivottavaa, johtuen muotin käyttöön liittyvistä 5 välittömistä rajoituksista. Muotit on ensin koneistettava määrättyyn muotoon; sitten loppukäsiteltävä, koneistettava hyväksyttävän valupinnan tuottamiseksi muottiin; sitten koottava ennen niiden käyttämistä; sitten purettava niiden käytön jälkeen valukappaleen poistamiseksi niistä; ja sen 10 jälkeen muotti on jälleen saatettava käyttökuntoon, mikä mitä todennäköisimmin merkitsisi muotin pintojen uudelleen käsittelyä tai muotin poistamista, ellei se enää ole käyttöön hyväksyttävä. Muotin koneistaminen monimutkaiseen muotoon saattaa olla erittäin kallista ja aikaavievää. 15 Lisäksi muodostuneen kappaleen poistaminen monimutkaisen muotoisesta muotista saattaa olla vaikeata (ts. monimutkaisen muotoiset valukappaleet saattavat mennä rikki niitä muotista poistettaessa). Lisäksi, vaikka julkaisussa ehdotetaan, että huokoinen tulenkestävä aine voitaisiin 20 suoraan upottaa sulaan metalliin tarvitsematta käyttää muottia, niin tulenkestävän aineen olisi oltava yhtenäinen kappale, koska ei ole olemassa mahdollisuutta aikaansaada tunkeutumista irralliseen tai erotettuun huokoiseen aineeseen ilman säiliönä olevaa muottia (ts. uskotaan yleisesti, 25 että hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai valuisi hajalleen sitä sulaan metalliin sijoitettaessa). Lisäksi, jos haluttaisiin aikaansaada tunkeutuminen hiuk-kasmaiseen aineeseen tai löyhästi muodostettuun esimuot-tiin, olisi ryhdyttävä varotoimiin, niin ettei tunkeutuva 30 metalli syrjäyttäisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, mikä johtaisi epähomogeeniseen mikrostruktuuriin.
Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinkertainen ja luotettava menetelmä muotoiltujen metallimatrii-35 si-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen tai tyhjön käyttämiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai sisäisesti kehitettynä), tai vahingollisten kostutusainei- 91496 8 den käyttämiseen metallimatriisin luomiseksi toiseen aineeseen, kuten keraamiseen aineeseen. Lisäksi on pitkään ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden määrää, joita tarvitaan metallimatriisi-komposiittikappa-5 leen aikaansaamiseksi. Esillä oleva keksintö tyydyttää nämä tarpeet aikaansaamalla spontaanin tunkeutumismekanismin tunkeutumisen aikaansaamiseksi aineeseen (esim. keraaminen aine), joka voidaan muotoilla esimuotiksi ja/tai johon voidaan syöttää estoainetta, jossa on sulaa matriisimetal-10 lia (esim. alumiinia) tunketumisatmosfäärin (esim. typen) läsnäollessa normaalissa ilmanpaineessa, jolloin tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää on läsnä ainakin jossakin prosessin vaiheessa.
15 Tämän hakemuksen sisältö liittyy useaan rinnakkaiseen hakemukseen. Erityisesti nämä muut rinnakkaiset hakemukset kuvaavat uusia menetelmiä metallimatriisi-komposiittiai-neiden tuottamiseksi (niihin viitataan jälempänä eräissä tapauksissa nimellä "rinnakkais-metallimatriisihakemuk-20 set").
Uutta menetelmää metallimatriisi-komposiittiaineen tuottamiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049,171, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja", nyt US-pa-25 tentti 4,828,008. Mainitun keksinnön menetelmän mukaisesti metallimatriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla läpäisevään täyteaineeseen (esim. keräämiä tai keräämillä päällystettyä ainetta) sulaa alumiinia, joka sisältää ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 30 3 painoprosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu spontaanisti käyttämättä ulkoista painetta tai tyhjöä. Sulan metalliseoksen läähde saatetaan koskettamaan täyte-ainemassaa lämpötilassa, joka on ainakin noin 675 °C, kun läsnä on kaasua, joka käsittää noin 10 - 100 tilavuus-35 prosenttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin loput, mikäli sitä on, on ei-hapettavaa kaasua, esim. argonia. Mäissä oloissa sula alumiiniseos 91496 9 tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehän paineessa muodostaen alumiini- (tai alumiiniseos-) matriisikomposii-tin. Kun haluttu määrä täyteainetta on sulan alumiiniseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyt-5 tämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisi-rakenne, joka sulkee sisäänsä lujittavan täyteaineen. Tavallisesti, ja edullisesti, syötetty sula seos riittää aikaansasunaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti täy-teainemassan rajoille. US-patentin 4,828,008 mukaisesti 10 tuotettujen alumiinimatriisikomposiittien täyteaineen määrä voi olla erittäin suuri. Tässä mielessä voidaan saavuttaa täyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka ovat suurempia kuin 1:1.
15 Edellä mainitun US-patentin 4,828,008 mukaisissa proses-sioloissa alumiininitridiä voi muodostua epäjatkuvana faasina, joka on jakautunut koko alumiinimatriisiin. Nitridin määrä alumiinimatriisissa voi vaihdella sellaisten tekijöiden, kuten lämpötilan, seoksen koostumuksen, 20 kaasun koostumuksen ja täyteaineen mukaisesti. Siten voidaan yhtä tai useampaa sellaista järjestelmän tekijää säätämällä räätälöidä määrättyjä komposiitin ominaisuuksia. Joitakin loppukäyttösovellutuksia varten voi kuitenkin olla toivottavaa, että komposiitti sisältää vähän tai 25 oleellisesti ei lainkaan alumiininitridiä.
On havaittu, että korkeammat lämpötilat edistävät tunkeutumista, mutta johtavat siihen, että menetelmässä herkemmin muodostuu nitridiä. US-patentin 4,828,008 mukaisessa kek-30 sinnössä sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muodostumisen välisen tasapainon valitseminen.
Esimerkki sopivista estovälineistä käytettäviksi metalli-matriisikomposiittien muodostamisen yhteydessä on selitet-35 ty rinnakkaisessa US-hakemuksessa 141,642, jonka nimityksenä on "Menetelmä metallimatriisikomposiittien valmistamiseksi estoainetta käyttäen". Tämän keksinnön 10 91 496 menetelmän mukaisesti estovälinettä (esim. hiukkasmaista titaanidiboridia tai grafiittiainetta, kuten joustavaa grafiittinauhatuotetta, jota Union Carbide myy tuotenimel-lä Grafoil (R)) sijoitetaan täyteaineen määrätyllä raja-5 pinnalle ja matriisiseos tunkeutuu estovälineen määritte lemään rajapintaan saakka. Estovälinettä käytetään estämään, torjumaan tai lopettamaan sulan seoksen tunkeutuminen , jolloin aikaansaadaan puhtaita, tai lähes puhtaita muotoja tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa. 10 Vastaavasti muodostetuilla metallimatriisi-komposiitti- kappaleilla on ulkomuoto, joka oleellisesti vastaa esto-välineen sisämuotoa.
US-patenttihakemuksen 049,171 mukaista menetelmää paran-15 nettiin rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168,284, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi". Mainitussa hakemuksessa esitettyjen menetelmien mukaisesti matriisimetal-liseos on läsnä metallin ensimmäisenä lähteenä ja mat-20 riisimetallin varastolähteenä, joka on yhteydessä sulan metallin ensimmäiseen lähteeseen, esimerkiksi painovoimai-sen virtauksen välityksellä. Erityisesti, mainitussa hakemuksessa esitetyissä oloissa, sulan matriisiseoksen lähde alkaa tunkeutua täyteainemassaan normaalissa ilma-25 kehän paineessa ja aloittaa siten metallimatriisikomposii- tin muodostuksen. Sulan matriisimetallin ensimmäinen lähde kulutetaan sen tunkeutuessa täyteainemassaan, ja haluttaessa sitä voidaan lisätä, edullisesti jatkuvalla tavalla, sulan matriisimetallin varastolähteestä spontaanin tunkeu-30 tumisen jatkuessa. Kun toivottu määrä läpäisevää täyteainetta on sulan matriisiseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyttämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisistruktuuri, joka ympäröi lujittavaa täyteainetta. On ymmärrettävä, että metallivarastolähteen 35 käyttäminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa kuvatun keksinnön eräs suoritusmuoto, eikä varastolähteen suoritusmuodon yhdistäminen jokaiseen siinä esitettyyn 11 91 496 keksinnön vaihtoehtoiseen suoritusmuotoon ole välttämätöntä, joista eräät voisivat myös olla hyödyllisiä käytettynä esillä olevan keksinnön yhteydessä.
5 Metallin varastolähdettä voi olla sellaisena määränä, että se aikaansaa riittävän metallimäärän tunkeutumisen ennalta määrätyssä määrin läpäisevään täyteaineeseen. Vaihtoehtoisesti voi valinnainen estoväline olla kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan ainakin sen toisella puolella 10 rajapinnan määrittelemiseksi.
Lisäksi, vaikka syötetyn sulan matriisiseoksen määrän tulisi olla riittävä sallimaan spontaanin tunkeutumisen eteneminen ainakin oleellisesti täyteaineen läpäisevän massan 15 rajapintoihin (ts. estopintoihin) saakka, varastolähteessä olevan seoksen määrä voisi ylittää sellaisen riittävän määrän niin, että on olemassa riittävä määrä seosta tunkeutumisen loppuun saattamiseksi, ja sen lisäksi ylimääräinen sula metalliseos voisi jäädä ja kiinnittyä metallimatrii-20 si-komposiittikappaleeseen. Kun siten läsnä on ylimäärä sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on kompleksinen kom-posiittikappale (esim. makrokomposiitti), jossa metallimat-riisin läpitunkema keraamikappale suoraan sitoutuu varasto-lähteeseen jäävään ylimääräiseen metalliin.
25
Jokainen edellä selitetyistä rinnakkais-metallimatriisiha-kemuksista kuvaa menetelmiä metallimatriisi-komposiittikap-paleiden tuottamiseksi sekä uusia metallimatriisi-kom-posiittikappaleita, joita niillä tuotetaan.
30
Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle makrokom-. posiitin muodostamiseksi on tunnusomaista se, että ainakin yksi kappale, johon tunkeutumisen tulee tapahtua ja joka käsittää ainakin yhtä ainetta, joka on valittu ryhmästä, 35 joka käsittää oleellisesti ei-reaktiivisen täyteaineen irtonaisen massan ja esimuotin, joka käsittää muotoiltua, oleellisesti ei-reaktiivista täyteainetta, sekä ainakin yksi toinen tai lisäkappale asetetaan vierekkäin tai koske- 12 91496 tukseen toistensa kanssa; että saatetaan sula matriisime-talli spontaanisti tunkeutumaan ainakin ensinmainitun täyteainetta sisältävän kappaleen osaan metallimatriisi-kom-posiittikappaleen muodostamiseksi, joka on kokonaan kiin-5 nittynyt tai sitoutunut mainittuun ainakin yhteen toiseen tai lisäkappaleeseen; ja että ainakin jossakin tunkeutumis-prosessin vaiheessa käytetään tunkeutumisatmosfääriä sekä sen ohella tunkeutumisen edistäjää ja/tai sellaisen edeltäjää .
10
Keksinnön mukaan tunkeutumisen edistäjä voidaan syöttää välittömästi ainakin esimuottiin (tai täyteaineeseen) ja/-tai matriisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin.
15 Ensimmäisessä edullisessa suoritusmuodossa makrokomposiit-tikappaleen muodostamiseksi järjestetään läpäisevän aineen täydelliseen tunkeutumiseen tarvittavaa suurempi määrä syötettyä matriisimetallia spontaanisti tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin. Siten jäännöksenä oleva tai yli-20 määräinen matriisimetalli (esim. matriisimetalli, jota ei käytetty tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin) jää kosketukseen massan kanssa, jossa tunkeutuminen on tapahtunut, ja sitoutuu tiiviisti massaan, jossa tunkeutuminen on tapahtunut. Jäljelle jäävän matriisimetalIin määrää, kokoa, 25 muotoa, ja/tai koostumusta voidaan säätää toisesta ääri-päästä, jolloin muodostuu metallimatriisikomposiitin kuori jäljelle jäävän matriisimetallin pinnalle (tapahtui esim. vain pieni määrä spontaania tunkeutumista), toiseen ääri-päähän, jolloin muodostuu jäljelle jäävä matriisimetalli 30 kuoreksi metallimatriisikomposiitin pinnalle (järjestettiin esim. vain pieni määrä ylimääräistä matriisimetallia).
Toisessa edullisessa suoritusmuodossa saatetaan täyteaine tai esimuotti kosketukseen ainakin toisen kappaleen (esim.
35 keraaminen kappale tai metallikappale) osan kanssa ja sula 91496 13 matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti täyteaineeseen tai esimuottiin ainakin toisen kappaleen pintaan saakka saattaen metallimatriisikomposiitin sitoutumaan tiiviisti toiseen kappaleeseen. Metallimatriisikomposiitin sitoutumi-5 nen toiseen kappaleeseen voi johtua siitä, että matriisi-metalli ja/tai täyteaine tai esimuotti reagoi toisen kappaleen kanssa. Jos toinen kappale lisäksi ainakin osaksi ympäröi tai oleellisesti täydellisesti ympäröi muodostuneen metallimatriisikomposiitin, tai jos muodostunut me-10 tallimatriisikomposiitti ympäröi sen, saattaa tapahtua kutistumis- tai kompressiosovitus. Sellainen kutistumis-sovitus saattaa olla ainoa tapa sitoa metallimatriisikom-posiitti toiseen kappaleeseen tai se voi esiintyä yhdessä jonkin toisen sitoutumismekanismin kanssa metallimatrii-15 sikomposiitin tai toisen kappaleen välillä. Lisäksi kutis-tumissovituksen määrää voidaan säätää valitsemalla mat-riisimetallien, täyteaineiden tai esimuottien ja/tai toisten kappaleiden yhdistelmät, niin että saadaan toivottu lämpölaajenemiskertoimien sovitus tai yhdistelmä. Siten 20 voitaisiin esimerkiksi tuottaa metallimatriisikomposiitti siten, että sillä on suurempi lämpölaajenemiskerroin kuin toisella kappaleella metallimatriisikomposiitin ympäröidessä toista kappaletta ainakin osittain. Tässä esimerkissä metallimatriisikomposiitti sitoutuisi toiseen ainakin ku-25 tistumissovituksella. Siten voidaan muodostaa suuri valikoima makrokomposiittikappaleita, jotka käsittävät metal-limatriisikomposiittia sitoutuneena toiseen kappaleeseen, kuten keräämiin tai metalliin.
30 Toisessa edullisessa suoritusmuodossa syötetään edellä selitettyyn edulliseen suoritusmuotoon ylimääräistä tai jäljelle jäävää matriisimetallia (esim. metallimatriisikomposiitin ja toisen kappaleen yhdistelmää). Tässä suoritusmuodossa, samalla tavalla kuin edellä selitetyssä 35 ensimmäisessä edullisessa suoritusmuodossa, järjestetään spontaania täyteaineeseen tai esimuottiin tunkeutumista varten matriisimetallia määränä, joka ylittää läpäisevän 91496 14 aineen täydelliseen tunkeutumiseen tarvittavan määrän. Lisäksi, Selmalla tavalla kuin edellä selitetyssä toisessa suoritusmuodossa, asetetaan täyteaine tai esimuotti koskettamaan ainakin toisen kappaleen (esim. keraaminen 5 kappale tai metallikappale) osaa, ja sula matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti täyteaineeseen tai esimuottiin ainakin toisen kappaleen pintaan saakka, aiheuttaen metal-limatriisikomposiitin tiiviin sitoutumisen toiseen kappaleeseen. Siten voidaan aikaansaada jopa vielä kompleksi-10 sempi makrokomposiittikappale kuin edellä selitetyillä kahdella edullisella suoritusmuodolla. Tarkemmin sanoen, kun voidaan valita ja yhdistää metallimatriisikomposiitti sekä toiseen kappaleeseen (esim. keraami ja/tai metalli) että ylimääräiseen jäljelle jääneeseen matriisimetalliin, 15 voidaan aikaansaada käytännöllisesti katsoen rajaton määrä permutaatioita tai yhdistelmiä. Jos esimerkiksi haluttaisiin tuottaa makrokomposiittia oleva akseli tai sauva, voisi akselin sisäosa olla toista kappaletta (esim. keräämiä tai metallia). Toinen kappale voitaisiin ainakin 20 osittain ympäröidä metallimatriisikomposiitilla. Metalli matriisikomposiitti voitaisiin sitten ainakin osittain ympäröidä toisella kappaleella tai jäljelle jäävällä matriisimetallilla. Jos metallimatriisikomposiitti ympäröitäisiin jäljelle jäävällä matriisimetallilla, voisi 25 toinen metallimatriisikomposiitti ainakin osittain ympäröidä jäljelle jäävää matriisimetallia (esim. jäljelle jäävää matriisimetallia voitaisiin syöttää riittävänä määränä, niin että se tunkeutuisi sekä sisäänpäin kohti täyteainetta (tai esimuottia), joka koskettaa matriisime-30 tallin sisäosaa, että ulospäin kohti täyteainetta (tai esimuottia), joka koskettaa matriisimetallin ulkopuolen osaa). Vastaavasti tällä keksinnön kolmannella suoritusmuodolla tarjoutuu merkittäviä sovellutusmahdollisuuksia.
35 Jokaisessa edellä käsitellyssä edullisessa suoritusmuodossa voidaan muodostaa metallimatriisi-komposiittikappale joko matriisimetallia olevan alustan sisäpinnalle tai 91496 15 ulkopinnalle, tai molemmille. Metallimatriisikomposiitin pinta voi lisäksi olla valitun paksuinen tai ennaltamää-rätyn paksuinen matriisimetallialustan koon suhteen. Esillä olevan keksinnön spontaanin tunkeutumisen menetelmä 5 mahdollistaa paksuseinämäisten tai ohutseinämäisten metal-limatriisikomposiittirakenteiden mudostamisen, joissa metallimatriisikomposiitin pinnan muodostavan matriisime-tallin suhteellinen tilavuus on oleellisesti suurempi kuin tai pienempi kuin metallialustan. Edelleen voi metallimat-10 riisi-komposiittikappale, joka voi olla joko sisäpinta tai ulkopinta tai molempia, myös sitoutua toiseen aineeseen, kuten keräämiin tai metalliin, tuottaen siten merkittävän määrän situoutumisyhdistelmiä metallimatriisikomposiitin ja/tai ylimääräisen matriisimetallin ja/tai toisen kappa-15 leen, kuten keraami- tai metallikappaleen välillä.
Metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisen osalta havaitaan, että tämä hakemus käsittelee pääasiassa alu-miinimatriisimetalleja, jotka jossain metallimatriisi-20 komposiittikappaleen muodostumisen aikana ovat kosketuksessa magnesiumiin, joka toimii tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä, tunkeutumisatmosfäärinä toimivan typen läsnäollessa. Siten alumiini/magnesium/typpi-järjestelmän mat-riisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutu-25 misatmosfääri-järjestelmällä esiintyy spontaania tunkeutumista. Muut matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmät voivat kuitenkin käyttäytyä samantapaisesti kuin alumiini/magnesium/ typpi-järjestelmä. Samantapaista spontaania tunkeutumis-30 käyttäytymistä on esimerkiksi havaittu alumiini/stron- tium/typpi-järjestelmässä; alumiini/sinkki/happi-järjes-telmässä; sekä alumiini/kalsium/typpi-järjestelmässä. Vastaavasti, vaikka tässä hakemuksessa käsitellään ainoastaan tässä viitattuja järjestelmiä, on ymmärrettävä, että 35 muut metallimatriisi/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/ tunkeutumisatmosfääri-järjestelmät voivat käyttäytyä samantapaisesti.
91496 16
Matriisimetallin käsittäessä alumiiniseosta, saatetaan alumiiniseos kosketukseen esimuottiin, joka käsittää täyteainetta (esim. alumiinioksidia tai piikarbidia), jolloin se saatetaan magnesiumin vaikutuksen alaiseksi prosessin 5 jossakin kohdassa. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa alumiiniseos ja/tai esimuotti tai täyteaine pidetään lisäksi typpiatmosfäärissä ainakin prosessin osan aikana. Esimuotissa esiintyy spontaania tunkeutumista, ja spontaanin tunkeutumisen ja metallimatriisin muodostumisen määrä 10 tai nopeus vaihtelevat prosessiolojen annetun järjestelyn mukaisesti, johon sisältyy esimerkiksi järjestelmään (esim. alumiiniseokseen ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin) tuotetun magnesiumin pitoisuus, täyteaineen tai esimuotin hiukkasten koko ja/tai 15 koostumus, typen pitoisuus tunkeutumisatmosfäärissä, aika jona tunkeutumisen annetaan esiintyä, ja/tai lämpötila, jossa tunkeutuminen esiintyy. Spontaania tunkeutumista esiintyy tyypillisesti niin suuressa määrin, että se riittää oleellisen täydellisesti ympäröimään kolmiulottei-20 sesti liittyneen aineen, esimuotin tai täyteaineen.
Määritelmiä "Alumiini" merkitsee ja sisältää tässä käytettynä oleel-25 lisesti puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, 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, 30 piitä, kuparia, magnesiuma, mangaania, kromia, sinkkiä, jne. Tämän määritelmän tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pääainesosana.
35 "Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tässä käytettynä sitä, että tunkeutumisatmosfäärin muodostavan primääri-kaasun lisänä oleva mikä tahansa kaasu on joko inerttiä 91496 17 kaasua tai pelkistävää kaasua, joka oleellisesti ei reagoi matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien kaasussa (kaasuissa) epäpuhtautena mahdollisesti läsnä olevien hapettavien kaasujen määrän tulisi olla riittämätön 5 matriisimetallin hapettamiseen missään oleellisessa määrin prosessin olosuhteissa.
"Estoaine" tai "estoväline" merkitsee tässä käytettynä mitä tahansa soveltuvaa välinettä, joka vuorovaikuttaa, estää, 10 torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, täyteainemassan tai esimuotin rajapinnan taakse, jolloin mainittu estoväline määrittelee sellaisen rajapinnan. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset 15 tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole oleellisesti haihtuvia (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, että siitä tulisi estoaineena hyödytön).
20 Lisäksi sopivat "estovälineet" sisältävät aineita, joita kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja 25 estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja määrittelee ainakin osan tuloksena olevan metallimatriisi-komposiittituotteen pinnasta. Estoaine 30 voi määrätyissä tapauksissa olla läpäisevää tai huokoista, tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.
35 "Jäännökset" tai "matriisimetallin jäännökset" viittaa tässä käytettynä alkuperäisen matriisimetallirungon mahdolliseen osaan, joka jää jäljelle ja joka ei ole kulunut 91 496 18 metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostuksen aikana, ja tyypillisesti, jos sen annetaan jäähtyä, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Tulisi ymmärtää, että jäännökset 5 voivat myös sisältää toista tai vierasta ainetta.
"Ylimääräinen matriisimetalli" tai "jäljelle jäävä mat-riisimetalli" merkitsevät tässä käytettynä matriisimetal-lin sitä määrää, joka jää jäljelle kun toivotun spontaanin 10 tunkeutumisen määrä täyteaineeseen tai esimuottiin on saavutettu, ja joka tiiviisti sitoutuu muodostuneeseen metallimatriisikomposiittiin. Ylimääräisen tai jäljelle jäävän matriisimetallin koostumus voi olla sama kuin täyteaineeseen tai esimuottiin spontaanisti tunkeutuneella 15 matriisimetallilla tai poiketa siitä.
"Täyteaine" on tässä käytettynä tarkoitettu sisältämään joko yksittäisiä aineksia tai ainesseoksia, jotka oleellisesti eivät reagoi matriisimetallin kanssa ja/tai joilla 20 on rajoitetu liukenevuus matriisimetalliin, ja jotka voivat olla yksi- tai useampifaasisia. Täyteaineita voidaan järjestää lukuisissa eri muodoissa, kuten jauheina, liuskoina, hiutaleina, mikropalloina, kuitukiteinä, kuplina, jne, ja ne voivat olla joko tiiviitä tai huokoisia. 25 Täyteaine voi myös sisältää keraamisia täyteaineita, kuten alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina kuituina, hiukkasina, kuitukiteinä, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tai vastaavina, ja päällystettyjä täyteaineita, kuten hiilikuituja, jotka on päällystetty alu-30 miinioksidilla tai piikarbidilla hiilen suojaamiseksi esim. sulan perusmetalli-alumiinin syövyttävältä vaikutukselta. Täyteaineet voivat myös käsittää metalleja.
"Tunkeutumisatmosfääri" tässä käytettynä tarkoittaa sitä 35 atmosfääriä, joka on läsnä ja joka vuorovaikuttaa matriisimetallin ja/tai esimuotin (tai täyteaineen) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai tunkeutumisen 91496 19 edistäjän kanssa ja sallii tai edistää matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esiintymisen.
"Tunkeutumisen edistäjä" merkitsee tässä käytettynä ainet-5 ta, joka edistää tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktiolla tunkeutumisatmosfäärin kanssa 1) kaasun ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edel-10 täjän ja tunkeutumisatmosfäärin reaktiotuotteen ja/tai 3) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja täyteaineen tai esimuotin reaktiotuotteen muodostamiseksi. Lisäksi tunkeutumisen edistäjää voidaan syöttää suoraan ainakin yhteen seuraavista: esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai 15 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 tunkeutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita 20 ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.
"Tunkeutumisen edistäjän edeltäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka yhdessä matriisimetallin, esimuotin 25 ja/tai tunkeutumisatmosfäärin kanssa käytettynä muodostaa tunkeutumisen edistäjän, joka aiheuttaa tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Haluamatta sitoutua mihinkään määrättyyn teoriaan tai selitykseen, vaikuttaa siltä, että tunkeutu-30 misen edistäjän edeltäjää pitäisi pystyä asettamaan, sen pitäisi sijaita tai sitä pitäisi voida kuljettaa sellaiseen kohtaan, joka sallii tunkeutumisen edistäjän edeltäjän olla vuorovaikutuksessa tunkeutumisatmosfäärin kanssa ja/tai esimuotin tai täyteaineen ja/tai metallin kanssa. Eräissä 35 matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-tumisatmosfääri-järjestelmissä on esimerkiksi toivottavaa, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä höyrystyy siinä 91496 20 lämpötilassa jossa matriisimetalli sulaa, tämän lämpötilan lähellä, tai eräissä tapauksissa jopa jonkinverran tämän lämpötilan yläpuolella. Sellainen höyrystyminen saattaa johtaa: 1) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon 5 tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kaasun muodostamiseksi, joka edistää täyteaineen tai esimuotin kostuttamista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa 10 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 15 tunkeutumisen edistäjän ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista.
"Makrokomposiitti" merkitsee tässä käytettynä mitä tahansa kahden tai useamman aineen yhdistelmää missä tahansa 20 muodossa, jotka aineet tiiviisti sitoutuvat esimerkiksi kemiallisella reaktiolla ja/tai paineella tai kutistumis-sovituksella, jolloin ainakin yksi aineista käsittää metallimatriisikomposiittia, joka on muodostettu sulan matriisimetallin spontaanilla tunkeutumisella läpäisevään 25 täyteainemassaan, esimuottiin tai viimeisteltyyn keraami-tai metallikappaleeseen, joka sisältää ainakin jonkin verran huokoisuutta. Metallimatriisikomposiitti voi olla läsnä ulkopintana ja/tai sisäpintana. On ymmärrettävä, että metallimatriisi-komposiittikappaleen tai -kappaleiden 30 järjestystä, lukumäärää, ja/tai sijaintia suhteessa jäljelle jäävään matriisimetalliin ja/tai toisiin kappaleisiin voidaan muutella tai säätää rajoittamattomasti.
"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevät 35 tässä käytettynä sitä metallia, jota käytetään metallimat-riisikomposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumista) ja/tai sitä metallia, joka sekoittuu täyteaineeseen 91496 21 metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi (esim. tunkeutumisen jälkeen). Kun matriisimetalliksi nimetään määrätty metalli, on ymmärrettävä, että sellainen matriisimetalli sisältää tämän metallin oleellisesti puh-5 taana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa on epäpuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostaman yhdisteenä tai seoksena, jossa tämä metalli on pääasiallisena osana.
10 "Matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-tumisatmosfääri-järjestelmä" eli "spontaani järjestelmä" viittaa tässä käytettynä siihen aineiden yhdistelmään, jolla esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin ja täyteaineeseen. On ymmärrettävä, että kun esimerkin mat-15 riisimetallin, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tun-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 käytettynä ainetta, joka käsittää kaksi- tai kolmiulottei-sesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitää sisällään esimuottia tai täyteainetta. Matriisimetalli voi 25 sisältää erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tuloksena olevassa komposiitissa.
Matriisimetallista "poikkeava" metalli merkitsee metallia, 30 joka ei sisällä pääasiallisena ainesosana samaa metallia kuin matriisimetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin pääasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metallin pääasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).
35 "Ei-reaktirvinen astia matriisimetallia varten" merkitsee mitä tahansa astiaa, joka voi sisältää sulaa matriisimetallia prosessin oloissa, ja joka ei reagoi matriisin 91496 22 ja/tai tunkeutumisatmosfäärin ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai täyteaineen tai esimuotin kanssa sellaisella tavalla, joka oleellisesti huonontaisi spontaania tunkeutumismekanismia.
5 "Esimuotti" tai "läpäisevä esimuotti" merkitse tässä käytettynä sellaista huokoista täytemassaa tai täyte-ainemassaa, joka viimeistelty (ts. täysin sintratut tai muotoillut keraami- tai metallikappaleet) ainakin yhdellä 10 rajapinnalla, joka oleellisesti määrittelee tunkeutuvalle matriisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittävän hyvin pitää ehjän muotonsa ja tuorelujuuden, niin että se aikaansaa mittapysyvyyden ennen kuin matriisimetalli tunkeutuu siihen. Massan tulisi olla riittävän huokoista, 15 niin että se sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen siihen. Tyypillisesti esimuotti käsittää sidotun ryhmän tai täyteaineen järjestelyn, joko homogeenisen tai epähomogeenisen, ja se voi käsittää mitä tahansa soveltuvaa ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauhei-20 ta, kuituja, kuitukiteitä, jne, sekä mitä tahansa näiden yhdistelmää). Esimuotti voi olla joko erillisenä tai kokoonpanona.
"Varastolähde" tai varasto merkitsee tässä käytettynä 25 erillista matriisimetallin kappaletta, joka on sijoitettu täyteainemassan tai esimuotin suhteen niin, että kun metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eräissä tapauksissa alunperin aikaansaamaan ja sen jälkeen täydentämään sitä matriisimetallin osaa, segmenttiä tai lähdettä, 30 joka koskettaa täyteainetta tai esimuottia.
"Toinen kappale" tai "lisäkappale" merkitsee tässä käytettynä toista kappaletta , joka voi sitoutua metallimatrii-si-komposiittikappaleeseen ainakin kemiallisella reak-35 tiolla ja/tai mekaanisella tai kutistumissovituksella. Sellaisiin kappaleisiin lukeutuvat tavanomaiset keraamit, kuten sintratut keraamit, kuumapuristetut keraamit, suu- 23 91496 lakepuristetut keraamit, jne, sekä epätavalliset keraamit ja keraamikomposiittikappaleet, joita tuotetaan esimerkiksi menetelmillä, joita on selitetty US-patentissamme 4,713,360 (15.12.1987); US-patenttihakemuksessamme 5 819,397 (17.1.1986) nimityksellä "Composite Ceramic Arti cles and Methods of Making Same", joka nyt on hyväksytty; rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessamme 861,025 (8.5.1986) nimityksellä "Shaped Ceramic Composites and Methods of Making the Same"; US-patenttihakemuksessamme 10 152,518 (5.2.1988) nimityksellä "Method For In Situ
Tailoring the Metallic Component of Ceramic Articles and Articles Made Thereby", joka nyt on hyväksytty; rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessamme 137,044 (23.12.1987) nimityksellä "Process for Preparing Self-Supporting Bodies 15 and Products Made Thereby"; sekä näiden menetelmien muunnelmilla ja parannuksilla, jotka sisältyvät muihin rinnakkaisiin US-patenttihakemuksiimme. Näissä rinnakkaisissa patenttihakemuksissamme esitetyn ja patenttivaatimuksin tuetun tuotantomenetelmän ja keraamin ja keraami-20 komposiittikappaleiden ominaisuuksien opettamiseksi, liitetään edellä mainitut patenttihakemukset selityksineen kokonaisuudessaan tähän viitteeksi. Lisäksi esillä olevan keksinnön toinen tai lisäkappale tarkoittaa myös metalli-matriisikomposiitteja ja rakennekappaleita metallista, 25 kuten korkean lämpötilan metalleista, korroosiota kestävistä metalleista, hankauskulutusta kestävistä metalleista, jne. Vastaavasti toinen tai lisäkappale tarkoittaa lähes rajatonta kappaleiden määrää.
30 "Spontaani tunkeutuminen" merkitsee tässä käytettynä mat-riisimetallin tunkeutumista läpäisevään täyteainemassaan tai esimuottiin, joka tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjön käyttämistä (ei ulkoisesti kohdistettua eikä sisäisesti kehitettyä).
Seuraavat kuviot on järjestetty keksinnön ymmärtämisen tueksi, mutta niitä ei ole tarkoitettu rajoittamaan 35 91496 24 keksinnön suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on käytetty mahdollisuuksien mukaan saunoja viitenumerolta osoittamaan samanlaisia osia, jolloin: 5 Kuvio 1 on poikkileikkaus järjestelystä, jota käytettiin esimerkissä 1 tuotetun makrokomposiitin aikaansaamiseksi;
Kuvio 2 on valokuva esimerkissä 1 tuotetun makrokomposiitin 10 poikkileikkauksesta;
Kuvio 3 on poikkileikkaus järjestelystä, jota käytettiin esimerkissä 2 tuotetun makrokomposiitin aikaansaamiseksi; 15
Kuvio 4 on mikrovalokuva, jossa esitetään alumiinioksidia olevan tulenkestävän astian ja esimerkissä 2 tuotetun metallimatriisikomposiitin rajapinta; 20 Kuvio 5 on mikrovalokuva, joka on otettu voimakkaalla suurennuksella esimerkissä 2 tuotetun metallimatriisikomposiitin mikrorakenteesta;
Kuvio 6 on poikkileikkaus järjestelystä, jota käytettiin 25 esimerkissä 3 tuotetun makrokomposiitin aikaansaa miseksi;
Kuvio 7 on valokuva esimerkissä 3 tuotetun makrokomposiitin poikkileikkauksesta; 30
Kuvio 8 on poikkileikkaus järjestelystä, jota käytettiin esimerkissä 4 tuotetun makrokomposiitin aikaansaamiseksi; 35 Kuvio 9 on valokuva esimerkissä 4 tuotetun makrokomposiitin poikkileikkauksesta; 91496 25
Kuvio 10 on poikkileikkaus järjestelystä, jota käytettiin esimerkissä 5 tuotetun makrokomposiitin aikaansaamiseksi; 5 Kuvio 11 on mikrovalokuva esimerkissä 5 muodostetun makrokomposiitin poikkileikkauksesta;
Kuvio 12 on poikkileikkaus järjestelystä, jota käytettiin esimerkissä 6 tuotetun makrokomposiitin aikaansaa-10 miseksi; ja
Kuvio 13 on valokuva esimerkissä 6 muodostetun makrokomposiitin poikkileikkauksesta.
15 Esillä oleva keksintö liittyy makrokomposiittikappaleen muodostamiseen, jonka osa käsittää metallimatriisi-kom-posiittikappaleen, joka on muodostettu saattamalla sula matriisimetalli spontaanisti tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin.
20
Keksinnön mukainen kompleksinen komposiittikappale tuotetaan muodostamalla ainakin yhden toisen tai lisäkappaleen kanssa kosketuksessa oleva metallimatriisikomposiitti. Erityisesti metallimatriisi-komposiittikappale tuotetaan 25 kun aiheutetaan sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen läpäisevään täyteainemassaan tai esimuottiin. Erityisesti tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjä ja/tai tunkeutumisatmosfääri on yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin ainakin prosessin 30 jossakin vaiheessa, mikä sallii sulan matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen täyteaineeseen tai esimuottiin.
Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa tunkeutumisen edistäjä voidaan syöttää välittömästi ainakin esimuottiin (tai 35 täyteaineeseen) ja/tai matriisimetalliin ja/tai tunkeutu-misatmos f ääriin. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen 91496 26 aikana, tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.
Ensimmäisessä edullisessa suoritusmuodossa makrokompo-5 siittikappaleen muodostamiseksi järjestetään tunkeutumiseen tarvittavaa määrää enemmän syötettyä matriisimetallia. Toisin sanoen, matriisimetallia järjestetään määränä, joka on suurempi kuin mitä tarvitaan täydellistä tunkeutumista varten täyteaineeseen tai esimuottiin, niin että 10 jäännöksenä oleva tai ylimääräinen matriisimetalli (esim. matriisimetalli, jota ei käytetty tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin) sitoutuu tiiviisti täyteaineeseen tai esimuottiin, jossa tunkeutuminen on tapahtunut.
15 Toisessa edullisessa suoritusmuodossa saatetaan täyteaine tai esimuotti kosketukseen toisen kappaleen, kuten keraamisen kappaleen tai metallikappaleen kanssa, ja sula matriisimetalli saatetaan spontaanisti tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin esim. keräämiä tai metallia 20 olevaan toiseen kappaleeseen saakka, muodostaen siten makrokomposiitin, joka käsittää metallimatriisi-kompo-siittikappaleen, joka on sitoutunut toiseen kappaleeseen, kuten toiseen keräämiin tai metalliin 25 Toisessa edullisessa suoritusmuodossa saatetaan täyteaine tai esimuotti kosketukseen toisen kappaleen kanssa, kuten keraamisen kappaleen tai metallikappaleen, ja sula matriisimetalli saatetaan spontaanisti tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin toisen kappaleen ja täyteaineen 30 tai esimuotin väliseen kosketuspisteeseen saakka. Muodostunut metallimatriisi-komposiittikappale sitoutuu tiiviisti toiseen kappaleeseen. Lisäksi voidaan syöttää lisää matriisimetallia niin, että sitä on läsnä määränä, joka on suurempi kuin spontaania täyteaineeseen tai esimuottiin 35 tunkeutumista varten tarvittava määrä. Vastaavasti muodostetaan makrokomposiittikappale, joka käsittää ylimääräistä matriisimetallia, joka on tiiviisti sitoutunut metallimat- 91 496 27 riisi-komposiittikappaleeseen, joka on tiiviisti sitoutunut toiseen kappaleeseen, kuten keräämiin tai keraamisen komposiittikappaleeseen.
5 Edellä käsitellyissä edullisissa suoritusmuodoissa voidaan muodostaa metallimatriisi-komposiittikappale joko mat-riisimetallia olevan alustan sisäpinnalle tai ulkopinnalle, tai molemmille. Metallimatriisikomposiitin pinta voi lisäksi olla valitun paksuinen tai ennaltamäärätyn paksui-10 nen matriisimetallialustan koon suhteen. Esillä olevan keksinnön menetelmät mahdollistavat paksuseinämäisten tai ohutseinämäisten metallimatriisikomposiittirakenteiden muodostamisen, joissa metallimatriisikomposiitin pinnan muodostavan matriisimetallin suhteellinen tilavuus on 15 oleellisesti suurempi kuin tai pienempi kuin metallialustan tilavuus. Edelleen voi metallimatriisi-komposiittikappa-le, joka voi olla joko sisäpinta tai ulkopinta tai molempia, myös sitoutua toiseen aineeseen, kuten keräämiin tai metalliin, tuottaen siten merkittävän määrän sitoutumisyh-20 distelmiä metallimatriisikomposiitin, ja/tai ylimääräisen matriisimetallin ja/tai toisen kappaleen, kuten keraami-tai metallikappaleen välillä.
Vastaavasti voidaan esillä olevaa keksintöä käyttää teol-25 lisuuden monien tarpeiden tyydyttämiseksi, todistaen siten esillä olevan keksinnön tehokkuuden.
Esillä olevan keksinnön makrokomposiittien muodostamiseksi on metallimatriisi-komposiittikappale muodostettava sulan 30 matriisimetallin spontaanilla tunkeutumisella täyteaineeseen tai esimuottiin. Spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi tulisi spontaaniin järjestelmään järjestää tunkeutumisen edistäjää. Tunkeutumisen edistäjä voitaisiin muodostaa tunkeutumisen edistäjän edeltäjästä, jota voi-35 täisiin järjestää 1) matriisimetalliin; ja/tai 2) täyteaineeseen tai esimuottiin, ja/tai 3) tunkeutumisatmosfääristä, ja/tai 4) ulkoisesta lähteestä spontaaniin 91496 28 järjestelmään. Lisäksi, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sijasta voidaan tunkeutumisen edistäjää syöttää suoraan ainakin joko esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfääriin. Lopuksi, ainakin spontaanin tun-5 keutumisen aikana, tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.
Edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjän voidaan ainakin osittain antaa 10 reagoida tunkeutumisatmosfäärin kanssa, niin että tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia ennen kuin tai oleellisesti samanaikaisesti kun esimuotti koskettaa sulaa matriisimetallia (esim. jos tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä olisi mag-15 nesiumia ja tunkeutumisatmosfäärinä typpeä, niin tunkeutumisen edistäjä voisi olla magnesiumnitridiä, joka voisi sijaita ainakin osassa esimuottia tai täyteainetta).
Esimerkkinä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edel-20 täjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmästä on alumiini/ magnesium/typpi-järjestelmä. Erityisesti voidaan alumii-nimatriisimetalli asettaa sopivassa tulenkestävässä astiassa olevaan täyteaineeseen, joka astia prosessioloissa ei reagoi alumiinimatriisimetallin ja/tai täyteaineen 25 kanssa, kun alumiini sulatetaan. Täyteaine, joka sisältää magnesiumia, ja joka voidaan altistaa ainakin prosessin jossakin vaiheessa typpiatmosfäärille, voidaan sitten päästää kosketukseen sulan alumiinimatriisimetallin kanssa. Matriisimetalli tunkeutuu sitten spontaanisti täyte-30 aineeseen tai esimuottiin.
Lisäksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän syöttämisen sijasta voidaan syöttää tunkeutumisen edistäjää suoraan ainakin joko esimuottiin ja/tai matriisimetalliin ja/tai 35 tunkeutumisatmosfääriin. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.
91496 29
Niissä oloissa, joita käytetään esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä, alumiini/magnesium/typpi-spon-taanissa tunkeutumisjärjestelmän tapauksessa täyteaineen tai esimuotin tulisi olla riittävän läpäisevää, jotta 5 typpeä sisältävä kaasu voisi tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin prosessin jonkin vaiheen aikana ja/tai koskettaa sulaa matriisimetaliia. Lisäksi läpäisevässä täyteaineessa tai esimuotissa voi tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin aiheutuu sulan matriisimetallin 10 spontaani tunkeutuminen typen läpäisemään täyteaineeseen tai esimuottiin, niin että se muodostaa metallimatriisi-komposiittikappaleen ja/tai sattaa typen reagoimaan tunkeutumisen edistäjän edeltäjän kanssa tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi täyteaineeseen tai esimuottiin 15 aiheuttaen näin spontaanin tunkeutumisen. Spontaanin tunkeutumisen määrä tai nopeus ja metallimatriisikomposiitin muodostuminen vaihtelee prosessiolojen annetun yhdistelmän mukaisesti, joita ovat mm. magnesiumin määrä alumiiniseoksessa, magnesiumin määrä esimuotissa tai täyteaineessa, 20 magnesiumnitridin määrä täyteaineessa tai esimuotissa, muiden seosalkuaineiden (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, kromi, sinkki, ja vastaavat) läsnäolo, täyteaineen keskimääräinen koko (esim. hiukkashalkaisija), täyteaineen pintatila ja tyyppi, tunkeutumisatmosfäärin typpipitoi-25 suus, tunkeutumiselle annettu aika ja lämpötila, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Annettaessa esimerkiksi sulan alumiinimatriisimetallin tunkeutumisen tapahtua spontaanisti, voidaan alumiini seostaa ainakin noin 1 painoprosentilla, ja edullisesti ainakin noin 3 painoprosentilla 30 magnesiumia (joka toimii tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä), seoksen painoon verrattuna. Muita lisäseosalkuai-neita, kuten edellä on selitetty, voidaan myös sisältää matriisimetalliin sen erityisten ominaisuuksien räätälöimiseksi. Lisäksi lisäseosalkuaineet voivat vaikuttaa mat-35 riisin alumiinimetallissa tarvittavan magnesiumin määrään, niin että se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen täyteaineeseen tai esimuottiin. Magnesiumin häviämistä spontaanista 30 91 496 järjestelmästä, esimerkiksi höyrystymisen vuoksi, ei saisi tapahtua niin suuressa määrin, ettei magnesiumia ole läsnä muodostamaan tunkeutumisen edistäjää. Siten on toivottavaa, että aluksi käytetään riittävää seosalkuaineiden 5 määrää jotta spontaani tunkeutuminen voisi tapahtua höyrystymisen sitä haittaamatta. Lisäksi magnesiumin läsnäolo sekä täyteaineessa tai esimuotissa että matriisimetallissa tai pelkästään täyteaineessa tai esimuotissa voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista varten vaadittavan 10 määrän pienenemiseen (jota selitetään yksityiskohtaisemmin alempana).
Typpiatmosfäärissä olevan typen määrä vaikuttaa myös metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisnopeu-15 teen. Erityisesti jos atmosfäärissä on alle 10 tilavuusprosenttia typpeä, niin spontaania tunkeutumista esiintyy hyvin hitaasti tai hyvin vähän. On havaittu, että on edullista kun atmosfäärissä on ainakin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin aikaansaadaan lyhyempiä tunkeutu-20 misaikoja paljon suuremmasta tunkeutumismäärästä johtuen. Tunkeutumisatmosfääri (esim. typpeä sisältävä kaasu) voidaan syöttää suoraan täyteaineseen tai esimuottiin ja/tai matriisimetalliin, tai se voidaan tuottaa aineen hajoamisen tuloksena.
25
Sulan matriisimetallin täyteaineseen tai esimuottiin tunkeutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin vähimmäismäärä riippuu yhdestä tai useammasta tekijästä, kuten prosessin lämpötilasta, ajasta, muiden lisäseosalkuainei-30 den kuten piin tai sinkin läsnäolosta, täyteaineen luonteesta, magnesiumin sisältymisestä yhteen tai useampaan spontaanin järjestelmän osaan, atmosfäärin typpisisällös-tä, ja typpiatmosfäärin virtausmäärästä. Voidaan käyttää alempia lämpötiloja tai lyhyempiä kuumennusaikoja täydel-35 lisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun seoksen ja/tai esimuotin magnesiumpitoisuutta nostetaan. Samaten annetulla magnesiumpitoisuudella määrättyjen lisäseosalkuainei- 91496 31 den, kuten sinkin lisääminen mahdollistaa alempien lämpötilojen käyttämisen. Esimerkiksi matriisimetallin mag-nesiumpitoisuutta toimivan alueen alapäässä, esim välillä noin 1-3 painoprosenttia, voidaan käyttää yhdessä ainakin 5 jonkin seuraavien kanssa: vähimmäisprosessilämpötilan ylittävä lämpötila, suuri typpipitoisuus, yksi tai useampia lisäseosalkuaineita. Ellei täyteaineeseen tai esimuottiin lisätä lainkaan magnesiumia, pidetään välillä noin 3-5 painoprosenttia magnesiumia sisältäviä seoksia edullisina, 10 johtuen niiden yleisestä käytettävyydestä laajoilla pro-sessiolojen alueilla, jolloin ainakin 5 painoprosenttia pidetään edullisena käytettäessä alempia lämpötiloja ja lyhyempiä aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan käyttää 10 painoprosentin ylittäviä magnesiumpitoisuuksia tunkeutu-15 miseen vaadittavien lämpötilaolojen muuntelemiseksi. Mag-nesiumpitoisuutta voidaan pienentää muiden seosalkuainei-den yhteydessä, mutta nämä alkuaineet palvelevat ainoastaan lisätoimintoja, ja niitä käytetään edellä mainitun magnesiumin minimimäärän tai sen ylittävän määrän kanssa. 20 Esimerkiksi oleellisesti mitään tunkeutumista ei esiintynyt 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 25 kohti) . Magnesiumin läsnäollessa on kuitenkin piin havaittu edistävän tunkeutumisprosessia. Toisena esimerkkinä magnesiumin määrä muuttuu, jos sitä syötetään yksinomaan esimuottiin tai täyteaineeseen. On havaittu, että spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun spontaaniin järjestelmään 30 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-toivottu jen metalliyhdisteiden syn-35 tyminen metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Esi-muotin ollessa piikarbidia on havaittu, että matriisime-talli tunkeutuu spontaanisti esimuottiin, kun esimuotti 32 31 496 saatetaan kosketukseen alumiinimatriisimetallin kanssa, esimuotin sisältäessä ainakin 1 painoprosenttia magnesiumia ja oleellisesti puhtaan typpiatmosfäärin läsnäollessa. Alumiinioksidi-esimuotin tapauksessa hyväksyttä-5 vän spontaanin tunkeutumisen saavuttamiseksi vaadittu magnesiumin määrä on hieman suurempi. Erityisesti on havaittu, että kun samantapainen alumiinimatriisimetalli saatetaan koskettamaan alumiinioksidi-esimuottia, likimain samassa lämpötilassa kuin alumiini joka tunkeutui 10 piikarbidi-esimuottiin, ja saman typpiatmosfäärin läsnäollessa, niin saatetaan tarvita ainakin noin 3 painoprosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kuin se joka saavutettiin juuri edellä kuvatun piikarbidi-esimuotin yhteydessä.
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 täyteai-20 neeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin (ts. saattaa olla, ettei syötettyä tunkeutumisen edistäjän edeltäjää tai tunkeutumisen edistäjää tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan että sitä yksinkertaisesti syötetään spontaaniin järjes-25 telmään). Jos magnesiumia levitettäisiin matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, että tämä pinta olisi se pinta, joka on lähimpänä tai edullisesti kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan tai päinvastoin; tai sellaista magnesiumia voitaisiin sekoittaa ainakin esi-30 muotin tai täyteaineen osaan. Lisäksi on mahdollista, että pinnalle levittämisen, seostamisen ja magnesiumin sijoittamisen ainakin esimuotin osaan, joitakin yhdistelmiä voitaisiin käyttää. Sellaiset yhdistelmät tunkeutumisen edistäjän (edistäjien) ja/tai tunkeutumisen edistäjän 35 edeltäjän (edeltäjien) levittämisessä saattaisivat johtaa alumiinimatriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen edistämiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispainoprosentti- 91496 33 määrän pienenemiseen, samoinkuin alempien lämpötilojen saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyä. Lisäksi magnesiumin läsnäolosta johtuva metallien epätoivottujen keskinäisten yhdisteiden muodostuminen voitaisiin myös 5 minimoida.
Yhden tai useamman lisäseosalkuaineen käyttäminen ja ympäröivän kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myös mat-riisimetallin nitrautumiseen annetussa lämpötilassa. Esi-10 merkiksi voidaan seokseen sisällyttää tai seoksen pinnalle levittää sellaisia lisäseosalkuaineita kuin sinkkiä tai rautaa tunkeutumislämpötilan alentamiseksi ja siten muodostuvan nitridin määrän pienentämiseksi, kun taas kaasussa olevan typen pitoisuuden lisäämistä voitaisiin käyttää 15 nitridin muodostumisen edistämiseen.
Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin pitoisuus pyrkii myös vaikuttamaan tunkeutumisen määrään 20 annetussa lämpötilassa. Vastaavasti eräissä tapauksissa, joissa pieni määrä tai ei lainkaan magnesiumia saa olla kosketuksessa suoraan esimuottiin tai täyteaineeseen, saattaa olla edullista, että ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia sisällytetään seokseen. Tätä arvoa pienemmät 25 seosmäärät, kuten 1 painoprosentti magnesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilämpötilat tai lisäseosalkuaineita tunkeutumista varten. Tämän keksinnön spontaanin tunkeutumisprosessin toteuttamiseksi vaadittu lämpötila voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoi-30 suutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 painoprosenttiin; ja/tai 2) kun seostavia aineita sekoitetaan täyteaineen läpäisevään massaan tai esimuottiin; ja/tai 3) kun alumiiniseoksessa on toista alkuainetta, kuten sinkkiä tai rautaa. Lämpötila voi myös vaihdella eri täyteaineilla. 35 Yleensä esiintyy spontaania ja etenevää tunkeutumista prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 675 °C, edullisesti prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 750 - 91496 34 800 °C. Yleensä yli 1200 °C olevat lämpötilat eivät näytä edistävän prosessia, ja erityisen käyttökepoiseksi lämpötilaksi on havaittu alue noin 675 °C - noin 1200 °C. Kuitenkin yleisenä sääntönä spontaanin tunkeutumisen läm-5 pötila on sellainen lämpötila, joka on matriisimetallin sulamispisteen yläpuolella mutta matriisimetallin höyrystymis lämpötilan alapuolella. Lisäksi spontaanin tunkeutumisen lämpötilan tulisi olla täyteaineen tai esimuotin sulamispisteen alapuolella, ellei täyteainetäyteaineelle 10 tai esimuotille järjestetä tukivälinettä, joka ylläpitää täyteaineen tai esimuotin huokoista rakennetta tunkeutu-misvaiheen aikana. Sellainen tukiväline voisi käsittää täyteainehiukkasten tai esimuotin kanavien pinnoitteen, tai määrätyt täyteainemassan tai esimuotin ainesosat 15 voisivat olla sulamattomia tunkeutumislämpötilassa muiden ainesosien ollessa sulia. Tässä viimeksimainitussa suoritusmuodossa voisivat sulamattomat ainesosat tukea sulia ainesoisa ja ylläpitää spontaania tunkeutumista varten tarkoituksenmukaista huokoisuutta täyteaineessa tai esi-20 muotissa. Edelleen, kun lämpötilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfäärin välisen reaktiotuotteen muodostamiseen (esim. alumiinimat-riisimetallin ja typpeä olevan tunkeutumisatmosfäärin tapauksessa saattaa muodostua alumiininitridiä). Sellaiset 25 reaktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-toivot-tuja, riippuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aiotusta käytöstä. Lisäksi tyypillisesti käytetään sähkövas-tuskuumennusta tunkeutumislämpötilojen saavuttamiseksi. Keksinnön yhteydessä käytettäväksi hyväksytään kuitenkin 30 mikä tahansa kuumennusväline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan ja joka ei vaikuta haitallisesti spontaaniin tunkeutumiseen.
Esillä olevassa menetelmässä esimerkiksi läpäisevä täyte-35 aine tai esimuotti saatetaan kosketukseen sulan alumiinin kanssa typpeä sisältävän kaasun ollessa läsnä ainakin jossakin prosessin vaiheessa. Typpeä sisältävää kaasua 91496 35 voidaan syöttää ylläpitämään jatkuva kaasun virtaus kosketukseen ainakin joko täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai sulaan alumiinimatriisimetalliin. Vaikkei typpeä sisältävän kaasun virtausmäärä ole kriittinen, pidetään 5 edullisena että virtausmäärä on riittävä kompensoimaan nitridin muodostumisesta seosmatriisissa johtuva mahdollinen typen häviäminen atmosfääristä, sekä estämään tai torjumaan ilman sisään pääseminen, jolla voi olla hapettava vaikutus sulaan metalliin.
10
Metallimatriisikomposiitin muodostamismenetelmää voidaan soveltaa täyteaineiden laajaan valikoimaan, ja täyteaineiden valinta riippuu sellaisista tekijöistä, kuten mat-riisiseoksesta, prosessin olosuhteista, sulan matriisi-15 seoksen reaktiivisuudesta täyteaineen kanssa, sekä lopulliselle komposiittituotteelle haetuista ominaisuuksista. Kun matriisimetallina on esimerkiksi alumiini, lukeutuvat sopiviksi täyteaineiksi a) oksidit, esim. alumiinioksidi, b) karbidit, esim. piikarbidi, c) boridit, 20 esim. alumiinidodekaboridi, ja d) nitridit, esim. alu- miininitridi. Mikäli täyteaine pyrkii ragoimaan sulan alumiinimatriisimetallin kanssa, tämä voidaan ottaa huomioon minimoimalla tunkeutumisaika ja -lämpötila tai järjestämällä reagoimaton päällystys täyteaineelle. Täy-25 teaine 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 menetelmässä käytettäviksi edul-30 lisinä 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 tai esimuotti voi olla 35 homogeeninen tai epähomogeeninen.
91 496 36
On myös havaittu, että määrätyillä täyteaineilla esiintyy suurempaa tunkeutumista suhteessa täyteaineisiin, joilla on samantapainen kemiallinen koostumus. Esimerkiksi US-pa-tentissa 4,713,360 (nimitys "Uusia keraamisia aineita ja 5 menetelmiä niiden valmistamiseksi" ) kuvatulla menetelmällä valmistetuilla murskatuilla alumiinioksidi-kappaleilla on edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Lisäksi rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessa 819,397 (nimitys: 10 "Komposiittikeraamisia esineitä ja niiden valmistusmenetelmä" ) esitetyllä menetelmällä tehdyillä murskatuilla alumiinioksidikappaleilla on myös edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Edellä mainitut patentti-15 julkaisut esitetään tässä nimenomaisina viittauksina. Näin ollen on havaittu, että täydellinen tunkeutuminen keraamista ainetta olevaan läpäisevään massaan voi tapahtua alemmissa tunkeutumislämpötiloissa ja/tai lyhyemmillä tun-keutumisajoilla käyttäen puristettuja tai murskattuja 20 kappaleita, jotka on valmistettu edellä mainittujen patenttijulkaisujen mukaisella menetelmällä.
Täyteaineen koko ja muoto voi olla mikä tahansa sellainen, joka vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien 25 saavuttamiseksi. Siten aine voi olla hiukkasten, kuituki-teiden, hiutaleiden tai kuitujen muodossa, koska täyteaineen muoto ei rajoita tunkeutumista. Voidaan käyttää muitakin muotoja, kuten kuulia, pieniä putkia, pellettejä, tulenkestävää kuitukangasta, ja vastaavia. Lisäksi aineen 30 koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemiseksi tarvita korkeampi lämpötila tai pidempi aika kuin suuremmilla hiukkasilla. Lisäksi (esimuotiksi muotoillun) täyte-ainemassan tulisi tunkeutumista varten olla läpäisevää (ts. 35 sen tulisi olla sulaa matriisimetallia ja tunkeutumisat-mosfääriä läpäisevää). Alumiiniseosten tapauksessa tunkeutumia atmosfääri voi käsittää typpeä sisältävää kaasua.
91496 37
Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä metallimatrii-si-komposiittikappaleiden muodostamiseksi sallii oleellisesti yhtenäisten metallimatriisikomposiittien valmistamisen, joilla on suuri tilavuusosa täyteainetta ja pieni 5 huokoisuus, koska ne eivät ole riippuvaisia paineen käyttämisestä sulan matriisimetallin puristamiseksi esi-muottiin tai täyteainemassaan. Suurempia täyteaineen ti-lavuusosuuksia voidaan aikaansaada käyttämällä alussa täyteainemassaa, jolla on pienempi huokoisuus. Suurempia 10 tilavuusosuuksia voidaan myös aikaansaada silloin, jos täyteainemassa tiivistetään tai tehdään muulla tavalla tiiviimmäksi, edellyttäen ettei massaa muuteta joko täysin tiiviiksi suljetuin kennohuokosin tai täysin tiiviiksi rakenteeksi, mikä estäisi sulan seoksen tunkeutumisen (ts. 15 rakenteeksi, jossa on riittämättömästi huokoisuutta spontaanin tunkeutumisen esiintymistä varten).
On havaittu, että alumiinin tunkeutumista ja matriisin muodostumista varten keraamisen täyteaineen ympärille voi 20 keraamisen täyteaineen kostutus alumiinimatriisimetallil-la olla tärkeä osa tunkeutumismekanismista. Lisäksi alhaisissa prosessilämpötiloissa esiintyy erittäin vähän tai häviävän vähän metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan erittäin vähäinen epäjatkuva alumiininitridin 25 faasi metallimatriisiin jakautuneena. Kun lähestytään lämpötila-alueen yläpäätä, tapahtuu kuitenkin todennäköisemmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan säätää nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamalla lämpötilaa, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Ne määrätyt 30 lämpötilat, joissa nitridin muodostuminen tulee merkittävämmäksi, muuttuvat myös sellaisista tekijöistä riippuen, kuten käytetty matriisin alumiiniseos ja sen määrä suhteessa täyteaineen tai esimuotin määrään, täyteaineen määrä johon tunkeutumisen on tapahduttava, sekä tunkeutumisat-35 mosfäärin typpipitoisuus. Esimerkiksi alumiininitridin muodostumisen määrän uskotaan määrätyssä prosessilämpöti- 91496 38 lassa kasvavan, kun seoksen kyky täyteaineen kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfäärin typpipitoisuus kasvaa.
Sen vuoksi on mahdollista räätälöidä metallimatriisin 5 rakennetta komposiitin muodostuksen aikana, niin että voidaan antaa tuloksena olevalle tuotteelle määrätyt ominaisuudet. Annetulla järjestelmällä voidaan prosessin olosuhteet valita nitridin muodostuksen säätämiseksi. Alumiininitridiä sisältävällä komposiittituotteella on 10 eräitä ominaisuuksia, jotka voivat olla edullisia tuotteen suorituskyvylle tai parantaa niitä. Lisäksi alumiiniseoksen spontaanin tunkeutumisen edullinen lämpötila-alue voi vaihdella käytetystä keraamisesta aineesta riippuen. Kun täyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeutumisen lämpö-15 tilan tulisi ylittää 1000 °C, mikäli halutaan, ettei matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkittävän nitridin muodostumisen johdosta. Lämpötilan 1000 °C ylittäviä lämpötiloja voidan kuitenkin käyttää, mikäli halutaan tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikompi muovat-20 tavuus ja suurempi jäykkyys. Piikarbidiin tunkeutumista varten voidaan käyttää korkeampia, noin 1200 °C lämpötiloja, koska piikarbidia täyteaineena käytettäessä alumiiniseoksesta syntyy vähemmän nitridejä, kuin alumiinioksideja täyteaineena käytettäessä.
25
Lisäksi on mahdollista käyttää matriisimetallin varasto-lähdettä täyteaineen täydellisen tunkeutumisen varmistamiseksi ja/tai syöttää toista metallia, jolla on erilainen koostumus kuin matriisimetallin ensimmäisellä lähteellä. 30 Eräissä tapauksissa voi erityisesti olla toivottavaa käyttää varastolähteessä matriisimetallia, joka koostumukseltaan poikkeaa matriisimetallin ensimmäisestä lähteestä. Jos esimerkiksi alumiiniseosta käytetään ensimmäisenä matriisimetallin lähteenä, niin varastolähteen metallina 35 voitaisiin käyttää käytännöllisesti katsoen mitä tahansa toista metallia tai metalliseosta, joka on sulanut proses-silämpötilassa. Sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia 91 496 39 toistensa kanssa, mikä johtaisi varastolähdemetallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmäiseen lähteeseen niin kauan kuin annetaan riittävästi aikaa sekoittumista varten. Käytettäessä ensimmäisen matriisimetallin lähteestä poik-5 keavan koostumuksen omaavaa varastolähdemetallia, on siten mahdollista räätälöidä metallimatriisin ominaisuuksia erilaisten toimintavaatimusten täyttämiseksi ja siten räätälöidä metallimatriisikomposiitin ominaisuuksia.
10 Estovälinettä voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä. Tämän keksinnön yhteydessä käytettävä estovä-line voi erityisesti olla mikä tahansa soveltuva väline, joka vuorovaikuttaa, estää ja lopettaa sulan matriisiseok-sen (esim. alumiiniseos) kulkeutumisen, siirtymisen tai 15 vastaavan täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole haihtuvia, ja jotka edullisesti ovat prosessissa 20 käytettyä kaasua läpäiseviä, ja jotka samoin pystyvät paikallisesti estämään, pysäyttämään, vuorovaikuttamaan, torjumaan, jne, jatkuvan tunkeutumisen tai minkä tahansa muun liikkeen keraamisen täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi.
25
Soveltuvat estovälineet sisältävät aineita, joita kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä esto-aineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan 30 yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita metal-limatriisikomposiittituotteella. Kuten edellä mainittiin, 35 tulisi estoaineen edullisesti olla läpäisevää tai huokoista, tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin 91 496 40 että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.
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 hiuk-35 kasmuodossa (1 - 30 mikrometriä). Estoaineet voidaan levittää lietteenä tai tahnana edullisesti esimuotiksi 91496 41 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.
Edellä selitettyjä menetelmiä käyttäen esillä oleva keksintö tarjoaa menetelmän, jolla muotoiltu metallimatrii-35 sikomposiitti voidaan sitoa tai kokonaan kiinnittää ainakin yhteen toiseen tai lisäkappaleeseen. Tämä kappale voi olla: keraaminen matriisikappale; keraaminen matriisikomposiit- 91496 42 tikappale, ts. keraaminen matriisi, joka ympäröi täyteainetta; metallikappale; metallimatriisikomposiitti; ja/tai mikä tahansa edellä lueteltujen aineiden yhdistelmä. Esillä olevalla keksinnöllä tuotettu lopullinen tuote on 5 makrokomposiitti, joka käsittää ainakin yhden metallimat-riisikomposiitin, joka puolestaan on muodostettu mat-riisimetallin spontaanilla täyteaineeseen tai esimuottiin tunkeutumisella, ja joka on sidottu tai kokonaan kiinnitetty ainakin yhteen kappaleeseen, joka sidotaan tai 10 kiinnitetään rakenteellsiesti ainakin yhteen kappaleeseen, joka kappale käsittää ainakin yhtä edellä luetelluista aineista. Siten esillä olevan keksinnön lopullinen tuote voi käsittää käytännöllisesti katsoen rajattoman määrän spontaanin tunkeutumisen metallimatriisikomposiittien 15 permutaatioita ja yhdistelmiä, jotka yhdeltä tai useammalta pinnaltaan on sidottu ainakin yhteen kappaleeseen, joka kappale käsittää ainakin yhtä edellä luetelluista aineista.
Kuten esimerkeissä 2, 3 ja 5 havainnollistetaan, sallii 20 esillä oleva keksintö monikerroksisten makrokomposiittien muodostamisen yhdessä ainoassa spontaanin tunkeutumisen vaiheessa. Erityisesti voi sula matriisimetalli spontaanisti tunkeutua täyteainemassaan tai esimuottiin, joka koskettaa toista tai lisäkappaletta, kuten keraamista 25 kappaletta. Tunkeutuessaan täyteaineeseen tai esimuottiin mainitun täyteaineen tai esimuotin ja mainitun toisen tai lisäkappaleen rajapintaan, on matriisimetalli, joko yksinään tai yhdistelmänä täyteaineen tai esimuotin kanssa, vuorovaikutuksessa mainitun toisen tai lisäkappaaleen 30 kanssa sellaisella tavalla, että se mahdollistaa metalli-matriisi-komposiittikappaleen sitoutumisen tai täydellisen kiinnittymisen toiseen tai lisäkappaleeseen, kun järjestelmä jäähdytetään. Käyttäen esimerkkien 2, 3 ja 5 menetelmiä voitaisiin siten asettaa mikä tahansa lukumäärä 35 toisia tai lisäkappaleita täyteainemassaan tai esimuottiin tai täyteainemassan tai esimuotin ympärille, niin että kun sula matriisimetalli tunkeutuu täyteainemassaan tai esi- 91496 43 muottiin mainitun täyteaineen tai esimuotin ja mainitun toisen tai lisäkappaleen rajapintaan, tapahtuu täydellinen kiinnittyminen tai sitoutuminen metallimatriisikomposii-tin ja muitten kappaleitten välillä, kun järjestelmä 5 jäähdytetään lämpötilaan, joka on matriisimetallin ja järjestelmän kaikkien muitten kappaleiden sulamispisteen alapuolella.
Sen lisäksi että se muodostaa lujan sitoutumisen tai 10 täydellisen kiinnittymisen metallimatriisikomposiitin, jossa spontaani tunkeutuminen on tapahtunut, ja toisen tai lisäkappaleen tai -kappaleiden välillä, esillä oleva keksintö aikaansaa myös menetelmän, jolla toinen tai lisäkappale tai -kappaleet voidaan asettaa puristukseen 15 sulalla metallimatriisikomposiitilla. Vaihtoehtoisesti voitaisiin metallimatriisikomposiitti asettaa puristukseen toisella tai lisäkappaleella tai -kappaleilla. Siten metallimatriisikomposiitti voi ainakin osaksi sisältää toisen kappaleen, ja jos metallimatriisikomposiitin läm-20 pölaajenemiskerroin on suurempi kuin näin ympäröidyn toisen tai lisäkappaleen tai -kappaleiden lämpölaajenemiskerroin, niin metallimatriisikomposiitti asettaa ympäröidyn kappaleen puristukseen jäähtyessään tunkeutumislämpötilasta. Vaihtoehtoisesti metallimatriisi-komposiittikappale voisi 25 muodostua ainakin osittain toisen tai lisäkappaleen sisä puolelle, jolla on suurempi lämpölaajenemiskerroin kuin metallimatriisi-komposiittikappaleella. Siten se osa me-tallimatriisikomposiittia, joka on toisen tai lisäkappaleen sisällä, joutuu jäähtyessään toisen tai lisäkappaleen 30 puristukseen.
Esillä olevan keksinnön menetelmää voidaan soveltaa tuottamaan jatkuvaa makrokomposiittiket jua, joka on käytännöllisesti katsoen miten pitkä tahansa. Erityisesti voitaisiin 35 esillä olevan keksinnön menetelmä soveltaa jatkuvaan tuotantomenetelmään, jossa esimerkiksi jatkuva raaka-aineiden virta johdettaisiin uunin läpi, joka kuumentaa 91496 44 matriisimetallin sen sulamispisteen yläpuolella olevaan lämpötilaan; jolloin mainittu matriisimetalli on sulana riittävän kauan jotta mainittu matriisimetalli voi tunkeutua täyteaineen tai esimuotin ennalta määrättyyn tilavuu-5 teen; ja sen jälkeen, kun jäähdytetään (esim. poistetaan uunista) täyteaine, jossa tunkeutuminen on tapahtunut, mainittu matriisimetalli jäähtyy jähmettymislämpötilaan-sa, jolloin saadaan metallimatriisikomposiitti. Jatkuvaa menetelmää käytäen voitaisiin metallimatriisikomposiitti 10 saada sitoutumaan toiseen aineeseen, joka saatettaisiin sitoutumaan toiseen metallimatriisikomposiittiin, joka puolestaa sitoutuisi toiseen aineeseen, jne. Sulaa mat-riisimetallia voitaisiin syöttää paikallisesti tai sitä voitaisiin syöttää uuniin toisen virran kautta, jota 15 syötetään esimerkiksi matriisimetallin varastosta. Lisäksi voitaisiin sijoittaa estoainekerros, kuten Grafoilia (R) (selitetään toisaalla), makrokomposiittiketjun ennalta määrättyjen osien väliin, jolloin ketju päätettäisiin estoainekerrokseen.
20
Matriisimetallikomposiitin täydellistä kiinnittymistä tai sitoutumista toiseen tai lisäkappaleeseen voidaan edistää käyttämällä mekaanisia sitomismenetelmiä. Erityisesti voi joko toisessa tai molemmissa, siis metallimatriisikom-25 posiitissa ja toisessa tai lisäkappaleessa, olla lovia, reikiä, rakoja, tai mitä tahansa muita pinnan epäsäännöllisyyksiä, jotka on sovitettu vastaaviin käänteisiin muotoihin siinä pinnassa tai kappaleessa, johon sitoutuminen tai kiinnittyminen on aikaansaatava. Nämä kääntei-30 sesti yhteensopivat epäsäännöllisyydet voivat aikaansaada mekaanisen sidoksen sellaisen mahdollisen kemiallisen sidoksen lisäksi, joka voidaan aikaansaada metallimatrii-sikomposiitin ja toisen tai lisäkappaleen välillä. Näiden sidos- tai kiinnittymismekanismien yhdistelmät voivat 35 tuottaa paljon vahvemman sidoksen tai kiinnittymisen kuin kumpikaan sidos tai kiinnittyminen erikseen.
91 496 45
Esillä olevan keksinnön aikaansaamat tuotteet ovat käyttökelpoisia sellaisiin teollisuudeen sovellutuksiin, joissa vaaditaan pintoja, jotka kestävät korkeata lämpötilaa, hankausta, korroosiota, eroosiota, lämpörasitusta, kitkaa, 5 ja/tai monia muita rasituksia. Siten esillä olevassa keksinnössä selitetty menetelmä on kyttökelpoinen käytännöllisesti katsoen minkä tahansa teollisuustuotteen valmistuksessa, jonka suorituskykyä voidaan nostaa käyttämällä metallimatriisikomposiiteista, keraamisista matriisi-10 komposiiteista, metalleista tai näiden yhdistelmistä muodostuvia pintoja. Järjestämällä menetelmiä makrokomposiit-tien aikaansaamiseksi, joilla on ominaisuuksiltaan poikkeavia ainekerroksia, voidaan toteuttaa lukuisia teollisia sovellutuksia, joiden toteuttamista tähän saakka pidettiin 15 epäkäytännöllisenä tai mahdottomana, esillä olevan keksinnön avulla tuotettujen makrokomposiitteiden oikealla suunnittelulla. Erityisesti voidaan nyt toteuttaa teollisuus-sovellutuksia, joissa vaaditaan että kappaleen eräs osa kestää määrättyjä oloja ja toinen osa erilaisia oloja, 20 käyttämällä kahta tai useampaa erityyppistä ainetta, jotka muodostetaan makrokomposiitiksi, jolla on toivotun teollisen kappaleen muoto. Käyttämällä tässä selitettyjä esimuotti- ja estoainemenetelmiä voidaan lisäksi muodostaa puhtaita tai lähes puhtaan muotoisia makrokomposiitteja, 25 jotka vaativat vähän tai ei lainkaan lopullista työstöä spontaanin tunkeutumisvaiheen jälkeen.
Siten esillä olevalla keksinnöllä tuotetuilla tuotteilla on käytännöllisesti katsoen rajattomat mahdollisuudet 30 teollisuudessa, ja ne voivat auttaa toteuttamaan kaikkein haastavimmat suunnitteluvaatimukset, joita materiaali-alalla nykyään esiintyy.
Välittömästi seuraavassa olevat esimerkit sisältävät esil-35 lä olevan keksinnön erilaisia demonstraatioita. Näitä esimerkkejä on kuitenkin pidettävä havainnollistavina, 91496 46 eikä niitä pidä ymmärtää keksinnön suoja-alaa rajoittavina, joka määritellään oheisissa patenttivaatimuksissa.
Esimerkki 1 5 Tässä esimerkissä näytetään, että on mahdollistä käyttää sulan matriisimetallin spontaania tunkeutumista muotoiltuun esimuottiin muotoillun metallimatriisi-komposiitti-kappaleen aikaansaamiseksi, joka kokonaan on kiinnittynyt 10 tai sitoutunut matriisimetallia olevaan kiinteään kappaleeseen.
Kuvioon 1 viitaten asetettiin mitoiltaan noin 51 mm x 51 mm x 12 mm oleva matriisimetallivalanne 2, jonka koostumus 15 painon mukaan oli noin 5 % piitä, 5 % Mg, ja loput alumiinia, esimuotin 4 päälle, jonka likimäääräiset mitat olivat 51 mm x 51 mm x 12 mm. Esimuotti 4 tehtiin sekoittamalla C-75 jauhamatonta kalkkiutunutta alumiinioksidia Alcan:lta ja Elmer's Wood Glue:ta (Bordon Co:lta) . Käytetyn Elmer's Wood 20 Glue:n paino oli noin 10 % jauhamattoman kalkkiutuneen alumiinioksidin C-75 painosta. Lisättiin riittävästi vettä Elmer's Wood Glue / alumiinioksidi -sekoitukseen lietteen muodostamiseksi. Lietettä sekoitettiin huolellisesti ja se kaadettiin kumimuottiin. Kumimuotti sisältöineen asetet-25 tiin sitten pakastimeen, kunnes kumimuotin sisältö oli täysin jäätynyt. Tällöin jäätynyt esimuotti poistettiin kumimuotista ja sen annettiin kuivua.
Kuten kuviossa 1 esitetään, asetettiin esimuotin 4 ja 30 matriisimetallivalanteen 2 kokonaisuus likimain 12 mm paksulle Grade HTC -titaanidiboridikerrokselle Union Carbide: lta, joka oli tulenkestävässä alumiinioksidiastiassa 6, joka saatiin Bolt Technical Ceramics:lta. Sitten lisättiin Grade HTC -titaanidiboridia tulenkestävään as-35 tiaan 6, kunnes titaanidiboridipedin 8 pinta oli likimain matriisimetallivalanteen 2 yläpinnan tasalla.
91496 47
Tulenkestävän astian 6 sisältöineen käsittävä järjestely asetettiin säädetyn atmosfäärin sähkövastuksin kuumennettuun uuniin huoneenlämpötilassa. Uuniin muodostettiin suuri tyhjö (likimain noin 1 x 10 torr) ja se ylläpidettiin 5 nostettaessa lämpötilaa huoneenlämpötilasta noin 200 °C:een. Uuni sisältöinen pidettiin noin 200 °C:ssa noin kahden tunnin ajan ennen kuin muokkauskaasua (noin 96 tilavuusprosenttia typpeä ja 4 tilavuusprosenttia vetyä) johdettiin uuniin noin yhden ilmakehän paineeseen ja 10 muodostettiin jatkuva muokkauskaasun virtaus määränä noin 1 1/minuutti. Uunin lämpötila nostettiin sitten noin 875 °C:een noin 10 tunnin aikana; pidettiin noin 875 °C:ssa noin 15 tuntia; ja lasketiin huoneenlämpötilaan noin viiden tunnin aikana. Kun huoneenlämpötila saavutettiin, järjes-15 tely poistettiin uunista ja purettiin. Otettiin talteen metallimatriisikomposiitti, joka käsitti alumiinioksidia olevan esimuotin, johon matriisimetalli oli tunkeutunut. Kuten kuviossa 2 esitetään, oli metallimatriisikomposiitti 10 kokonaan sitoutunut ylimääräiseen jäljelle jääneeseen 20 matriisimetalliin (12).
Siten tämä esimerkki osoittaa, että spontaania tunkeutumista käyttäen voidaan muodostaa muotoiltu metallimatrii-sikomposiittikappale, joka kokonaan on sitoutunut ylimää-25 räisen matriisimetallin kiinteään kappaleeseen.
Esimerkki 2
Seuraava esimerkki osoittaa, että on mahdollista saattaa 30 matriisimetalli spontaanisti tunkeutumaan täyteainepetiin makrokomposiitin tuottamiseksi, joka käsittää ylimääräistä matriisimetallia, joka kokonaan on kiinnittynyt tai sitoutunut metallimatriisikomposiittiin, joka vuorostaan on kokonaan kiinnittynyt tai sitoutunut keraamiseen kappalee-35 seen.
91496 48
Kuten kuviossa 3 esitetään, asetettiin neljä matriisime-tallivalannetta 14, joiden kaikkien mitat olivat likimain 51 mm x 25 mm x 12 mm, ja koostumus painon mukaan likimain 3 % piitä, 3 % Mg ja loput alumiinia, 90 grit, 38 Alundum 5 -tavaramerkillä tunnettua ja Norton Coin tuottamaa alu-miinioksidiainetta olevalle pedille. 90 grit, 38 Alundumia oleva peti oli tulenkestävässä alumiinioksidiastiassa 18, jota valmistaa Bolt Technical Ceramics. Matriisimetalli-valanteet 14 järjestettiin siten, kuin kuviossa 3 on 10 esitetty.
Tulenkestävän alumiinioksidiastian 18 sisältöineen käsittävä järjestely asetettiin putkiuuniin ja muokkauskaasua (noin 96 tilavuusprosenttia typpeä ja 4 tilavuusprosenttia 15 vetyä) johdettiin uunin läpi virtauksena noin 0,3 1/mi-nuutti. Uunin lämpötila nostettiin sitten huoneenlämpötilasta noin 1000 °C:een noin 10 tunnin aikana; pidettiin noin 1000 °C:ssa noin 10 tunnin ajan; ja jäähdytettiin sitten huoneenlämpötilaan noin 6 tunnin aikana.
20
Sen jälkeen kun huoneenlämpötila oli saavutettu, poistettiin järjestely uunista ja purettiin. Otettiin talteen metallimatriisikomposiitti, joka käsitti 90 grit, 38 Alundumia, johon matriisimetalli oli tunkeutunut. Metal-25 limatriisikomposiitti oli kokonaan kiinnittynyt tai sitoutunut sekä tulenkestävään alumiinioksidiastiaan 18 että ylimääräiseen matriisimetallikappaleeseen. Kuvio 4 on mikrovalokuva, joka esittää tulenkestävän alumiinioksidiastian 22 ja metallimatriisikomposiitin 24 välisen 30 rajapinnan. Tämä kuvio osoittaa, että saavutetaan hyvä sidos tai kiinnittyminen metallimatriisikomposiitin ja tulenkestävän alumiinioksidiastian rajapinnassa. Vaikkei sitä kuviossa 4 esitetä, oli myös ylimääräisen matriisime-tallin ja metallimatriisikomposiitin välisessä rajapinnas-35 sa luja sidos tai hyvä kiinnittyminen. Sidosta todistaa se tosiasia, ettei ylimääräistä matriisimetallia voitu poistaa ilman konetyöstöä.
91496 49
Kuvio 5 on mikrovalokuva, joka on otettu voimakkaalla suurennuksella edellisessä esimerkissä muodostetun metal-limatriisikomposiitin mikrorakenteesta. Alumiininitridi 26 ilmenee kuviossa 5 tummana faasina, kun taas matriisime-5 talli ilmenee vaalean harmaana faasina, ja 90 grit 38 Alundum ilmenee tumman värisenä hiukkasmassana 30. Siten tämä esimerkki edelleen osoittaa, että on mahdollista räätälöidä metallimatriisikomposiitin mikrorakennetta, niin että se sisältää tunkeutuvan matriisimetallin ja 10 tunkeutumisatmosfäärin välisiä reaktiotuotteita.
Siten tämä esimerkki osoittaa, että on mahdollista käyttää spontaania tunkeutumista makrokomposiitin muodostamiseksi, joka sisältää ylimääräistä matriisimetallia, joka 15 kokonaan kiinnittyy tai sitoutuu metallimatriisi-kom-posiittikappaleeseen, joka vuorostaan kokonaan kiinnittyy tai sitoutuu keraamiseen kappaleeseen. Lisäksi tämä esimerkki osoittaa, että metallimatriisikomposiitin mikrorakennetta voidaan muunnella sallimalla matriisimetallin ja 20 tunkeutumisatmosfäärin välisten reaktiotuotteiden muodostuminen .
Esimerkki 3 25 Seuraava esimerkki osoittaa, että on mahdollista muodostaa makrokomposiitti, joka käsittää ylimääräistä matriisimetallia, joka kokonaan sitoutuu tai kiinnittyy metallimat-riisikomposiittiin, joka vuorostaan sitoutuu tai kiinnittyy keraamiseen kappaleeseen.
30
Kuten kuviossa 6 esitetään, asetettiin kaupallisesti saatava alumiinioksidilevy 32 (AD85, Coorsin valmistama), jonka likimääräiset mitat olivat 76 mm x 102 mm x 12 mm, tulenkestävään alumiinioksidiastiaan 34, joka oli noin 12 35 mm paksun 90 grit, 38 Alundum -tavaramerkillä tunnettua ja Norton Co:n tuottamaa alumiinioksidiainetta olevalle kerrokselle. Sen jälkeen lisättiin 38 Alundumia tulenkestävään 91 496 50 astiaan 34, kunnes alumiinioksidilevy 32 peittyi noin 25 mm paksun 38 Alundum -kerroksen alle. Kaksi matriisimetal-liharkkoa 36, jotka painon mukaan käsittivät noin 5 % piitä, 3 % Mg, 6 % sinkkiä, ja loput alumiinia, asetettiin 38 5 Alundumin päälle, niin että ne olivat suoraan alumiiniok- sidilevyn päällä. Jokaisen matriisimetalliharkon 36 mitat olivat noin 114 mm x 51 mm x 12 mm, ja kaksi matriisime-talliharkkoa 36 asetettiin päällekkäin, kuten kuviossa 6 esitetään. Tällöin lisättiin 38 Alundumia tulenkestävään 10 astiaan 34, kunnes 38 Alundum -petin pinta oli likimain ylemmän matriisimetalliharkon 36 pinnan tasalla.
Tulenkestävän alumiinioksidiastian 34 sisältöineen käsittävä järjestely asetettiin sähkövastuksin kuumennettavaan 15 muhveliuuniin huoneenlämpötilassa, ja järjestettiin jatkuva muokkauskaasun (noin 96 tilavuusprosenttia typpeä ja 4 tilavuusprosenttia vetyä) kaasuvirtaus määränä noin 0,35 1/minuutti. Uunin lämpötila nostettiin huoneenlämpötilasta noin 1000 °C:een noin 12 tunnin aikana; pidettiin noin 20 1000 °C:ssa noin 18 tuntia; ja laskettiin huoneenlämpöti laan noin 5 tunnin aikana.
Sen jälkeen kun huoneenlämpötila oli saavutettu, järjestely poistettiin uunista ja purettiin. Kuvio 7 on valokuva, joka 25 esittää makrokomposiitin 40 poikkileikkauksen, joka otettiin talteen järjestelystä. Erityisesti ylimääräisen mat-riisimetallin 42 kappale on kokonaan kiinnittynyt tai sitoutunut metallimatriisikomposiittiin 44, joka käsittää matriisimetalliseoksen ympäröimää 90 grit 38 Alundumia, 30 joka seos vuorostaan on kokonaan kiinnittynyt tai sitoutunut keraamilevyyn 46. Siten tämä kuvio osoittaa, että on mahdollista muodostaa monikerroksinen makrokomposiitti, joka käsittää metallimatriisikomposiitin, joka on sitoutunut keraamiseen kappaleeseen ja kiinteän metallin kap-35 paleeseen, jotka ovat metallimatriisikomposiitin vastaka-kaisilla puolilla. Lisäksi esillä oleva esimerkki osoittaa, että on mahdollista muodostaa sellainen monikerroksinen 91496 51 makrokomposiitti yhdessä spontaanin tunkeutumisen vaiheessa.
Esimerkki 4 5
Seuraava esimerkki osoittaa, että on mahdollista muodostaa metallimatriisi-komposiittikappale, joka kokonaan on kiinnitetty kiinteän matriisimetallin kappaleeseen.
10 Kuten kuviossa 8 esitetään, valmistettiin laatikko 48 mitoiltaan noin 165 mm x 165 mm x 64 mm ja muodostettu kaksinkertaisesta kerroksesta 0,38 mm paksusta Grade GTB -grafiittinauhaa olevasta tuotteesta, jota valmistaa Union Carbide ja jota myydään tavaramerkillä Grafoil (R), 15 liittämällä yhteen tarkoituksenmukaisen kokoisia Gra-foil(R) -kappaleita ja liittämällä saumat lietteellä, jota tehtiin sekoittamalla grafiittijauhetta (Grade KS-44, Lonza Inc.) ja kolloidista piidioksidia (Ludox HS, DuPont). Grafiitin painosuhde kolloidiseen piidioksidiin oli noin 20 1:3.
Jauhamatonta alumiinioksidi-täyteainetta, joka tunnetaan nimellä C-75 jauhamaton alumiinioksidi, Alcanilta, lisättiin sitten Grafoil-laatikkoon, kunnen alumiinioksidi-25 ainetta oleva peti 50 oli noin 32 mm paksu. Mitoiltaan noin 165 mm x 165 mm x 25 mm oleva valanne 52 matriisimetallista, joka käsitti painon mukaan noin 5 % piitä, 5 % Mg, 5 % sinkkiä ja loput alumiinia, asetettiin Grafoil-laatikossa 48 olevan alumiinioksidi-täyteainetta olevalle pedille 50. 30 Grafoil-laatikko 48 sisältöineen asetettiin tulenkestävään grafiittiastiaan 54 noin 25 mm paksulle 24 grit 38 Alundum -nimellä tunnettua alumiinioksidiainetta olevalle pedille 24, jota tuottaa Norton Co. 24 grit 38 Alundumia lisättiin grafiittiastiaan, kunnes 24 grit 38 Alundum-pedin 56 pinta 35 oli hieman Grafoil-laatikon 48 yläpinnan alapuolella.
91496 52
Tulenkestävän grafiittiastian 54 sisältöineen käsittävä järjestely asetettiin säädetyn atmosfäärin sähkövastuksin kuumennettuun uuniin huoneenlämpötilassa. Uuniin muodostettiin suuri tyhjö (likimain noin 1 x 10-4 torr) ja se 5 ylläpidettiin nostettaessa lämpötilaa huoneenlämpötilasta noin 200 °C:een. Uuni sisältöinen pidettiin noin 200 °C:ssa noin kahden tunnin ajan ennen kuin uuniin johdettiin typpikaasua noin 1 ilmakehän paineeseen. Muodostettiin uuniin jatkuva, noin 1,5 1/minuutti typpikaasun virtaus ja 10 uunin lämpötila nostettiin sitten noin 865 °C:een noin viiden tunnin aikana; pidettiin noin 865 °C:ssa noin 24 tuntia ja laskettiin huoneenlämpötilaan noin 3 tunnin aikana.
15 Kun huoneenlämpötila saavutettiin, järjestely poistettiin uunista ja purettiin. Kuvio 9 on valokuva, joka esittää järjestelystä talteen otetun makrokomposiitin poikkileikkauksen. Tarkemmin ottaen kuvio 9 esittää metallimatrii-sikomposiitin 58, joka käsittää jauhamatonta alumiiniok-20 sidia C-75, joka on matriisimetallin ympäröimää, joka metalli on kokonaan kiinnittynyt jäljelle jääneen matriisimetallin kappaleeseen 60.
Siten tämä esimerkki osoittaa, että on mahdollista aikaan-25 saada makrokomposiitti, joka käsittää metallimatriisikom-posiitin, joka kokonaan on sidoksissa jäljelle jääneen matriisimetallin kappaleeseen.
Esimerkki 5 30 Tämä esimerkki osoittaa, että on mahdollista aikaansaada makrokomposiitti, joka käsittää ylimääräisen matriisimetallin kappaleen, joka kokonaan on kiinnittynyt tai sitoutunut metallimatriisikomposiittiin, joka vuorostaan 35 on kokonaan on kiinnittynyt tai sitoutunut keraamikappa-leeseen. Erityisesti ovat keraamikappale ja ylimääräisen matriisimetallin kappale täydellisesti sitoutuneet tai 91 496 53 kiinnittyneet metallimatriisikomposiittiin, joka käsittää kolmiulotteisesti liittyvän keraamisen rakenteen mat-riisimetallin ympörimänä.
5 Kuten kuviossa 10 esitetään, saatiin yhtiöltä High Tech Ceramics, Alfred, New York, mitoiltaan noin 25 mm x 38 mm x 12 mm keraaminen suodatin 62, joka käsitti noin 99,5 % puhdasta alumiinioksidia, ja joka käsitti noin 45 huokosta 25 mm:n mittaa kohti. Keraaminen suodatin 62 asetettiin 10 alumiinioksidiastian 64 pohjalle ja mitoiltaan noin 25 mm x 25 mm x 12 mm oleva matriisimetallivalanne 66, joka käsitti painon mukaan noin 5 % piitä, noin 6 % sinkkiä, noin 10 % magnesiumia ja loput alumiinia, asetettiin keraamisen suodattimen 62 päälle. Alumiiniastia 64 oli 99,7 15 prosenttista Sagger-alumiinioksidia, jota saatiin Bolt Technical Ceramicsilta (BTC-AL-99,7%), ja jonka mitat olivat likimain: pituus 100 mm, leveys 45 mm, korkeus 19 mm ja peruspaksuus noin 3 mm. Tulenkestävän alumiinioksidiastian sisältöineen käsittävä järjestely asetettiin 20 putkiuuniin huoneenlämpötilassa. Sitten uunin ovi suljettiin ja muokkauskaasua (noin 96 tilavuusprosenttia typpeä ja 4 tilavuusprosenttia vetyä) syötettiin uuniin kaasun virtausmäärän ollessa noin 0,25 1/minuutti. Uunin lämpötila nostettiin noin 150 °C/h noin 775 °C:een; pidettiin noin 25 775 °C:ssa noin 7 tuntia; ja laskettiin sitten nopeudella noin 200 °C/h huoneenlämpötilaan. Järjestelyä uunista poistettaessa otettiin talteen makrokomposiitti. Makrokom-posiitin metallimatriisikomposiittikerros leikattiin ja otettiin mikrorakenteesta valokuva. Tämä mikrovalokuva 30 esitetään kuviossa 11.
Kuten kuviossa 11 esitetään, saatiin tehokas matriisime-tallin 68 tunkeutuminen keraamisen suodattimen 70 huokoisuuteen. Kuten lisäksi kuviossa 11 viitenumeroilla 72 35 merkityillä viivoilla osoitetaan, niin matriisimetallin tunkeutuminen oli niin täydellinen, että se tunkeutui keraamisen suodattimen 70 alumiinioksidikomponenttiin si- 91496 54 sältyvään huokoisuuteen. Kuvio 11 esittää myös alumiiniok-sidiastian 76 pohjan ja metallimatriisikomposiitin 78 välisen rajapinnan 75. Lisäksi, vaikkei sitä valokuvassa esitetä, ylimääräinen matriisimetalli oli kokonaan kiin-5 nittynyt tai sitoutunut metallimatriisikomposiitin siihen päähän, joka oli vastapäätä keraamikappaletta, ts. vastapäätä alumiinioksidiastian pohjaa.
Siten tämä esimerkki osoittaa, että on mahdollista mudostaa 10 monikerroksinen makrokomposiitti, joka käsittää ylimääräisen matriisimetallin kappaleen, joka kokonaan on kiinnittynyt tai sitoutunut keraamikappaleeseen.
Esimerkki 6 15
Seuraava esimerkki osoittaa, että on mahdollista aikaansaada spontaani tunkeutuminen esimuottien sarjaan yhdessä vaiheessa, makrokomposiitin tuottamiseksi, joka käsittää kaksi ohuen matriisimetallin kerroksen vastakkaisilla 20 puolilla olevaa metallimatriisikomposiittia.
Kaksi esimuottia, jotka molemmat olivat mitoiltaan noin 178 mm x 178 mm x 12 mm, valettiin sekoituksesta, joka käsitti 220 grit alumiinioksidiainetta, tunnettu kaup-25 panimikkeellä 38 Alundum (R) ja Norton Co:n tuottamaa, ja kolloidista alumiinioksidia (Nyacol AL-20). Kolloidisen alumiinioksidin likimääräinen painosuhde 220 grit 38 Alundumiin oli 70:30.
30 Kun esimuotit olivat kuivuneet ja kovettuneet, levitettiin ohut (noin 0,4 mm paksu) kerros kolloidista alumiinioksidit ahnaa (Nyacol AL-20) molempien esimuottien eräälle pinnalle. Molemmat maalatut pinnat saatettiin sitten kosketukseen, niin että kolloidinen alumiinioksidi jäi 35 esimuottien väliin. Kuten kuviossa 12 esitetään, tämä esimuottien 80 kokoonpano mukaanlukien niiden välinen kolloidisen alumiinioksidin kerros 81 asetettiin sitten 91496 55 tulenkestävään astiaan 82 noin 12 mm paksun, Union Cabiden tuottaman Grade HCT -titaanidiboridia olevan kerroksen päälle. Mitoiltaan noin 178 mm x 178 mm x 12 mm oleva matriisimetallivalanne 84, joka painon mukaan käsitti noin 5 5 % piitä, 5 % sinkkiä, 7 % Mg, 2 % kuparia ja loput alumiinia, asetettiin esimuottien kokoonpanon 80 päälle. Lisättiin sitten Grade HCT -titaanidiboridia tulenkestävään astiaan 82, kunnes titaanidiboridia olevan pedin 86 pinta oli likimain samalla tasolla kuin matriisimetalli-10 valanteen 84 yläpinta.
Tulenkestävän astian 82 sisältöineen käsittävä järjestely asetettiin säädetyn atmosfäärin sähkövastuksin kuumennettuun uuniin huoneenlämpötilassa. Uuniin muodostettiin 15 sitten suuri tyhjö (likimain noin 1 x 10-4 torr) ja uunin lämpötila nostettiin noin 200 °C:een noin 45 minuutin aikana. Uunin lämpötila pidettiin tyhjö-oloissa noin 200 °C:ssa noin kahden tunnin ajan. Tämän kahden tunnin alkulämmitysjakson jälkeen uuniin johdettiin typpikaasua 20 noin yhteen ilmakehään, ja lämpötila nostettiin noin 865 °C:een noin viiden tunnin aikana; pidettiin noin 865 °C:ssa noin 18 tuntia; ja laskettiin sitten huoneenlämpötilaan noin 5 tunnin aikana.
25 Kun huoneenlämpötila saavutettiin, järjestely poistettiin uunista ja purettiin. Kuvio 13 on valokuva järjestelystä talteen otetun makrokomposiitin poikkileikkauksesta. Erityisesti on matriisimetallin 88 kerros kahden metallimat-riisikomposiitin 90 välissä, jotka kummatkin käsittävät 30 220 grit 38 Alundumia (sekä kolloidisen Nyaco -alumiiniok sidin jäämiä) matriisimetallin ympäröimänä. Matriisimetal-likerros 88 on kokonaan kiinnittynyt tai sitoutunut molempiin metallimatriisikomposiitteihin 90, muodostaen siten makrokomposiitin.
35
Siten tämä esimerkki osoittaa, että yhdessä ainoassa spontaanin tunkeutumisen vaiheessa voidaan muodostaa mak- 56 91496 rokomposiitti, joka käsittää kaksi metallimatriisikom-posiittia, jotka täydellisesti ovat kiinnittyneet tai sitoutuneet ohuella matriisimetallin kerroksella.
5 10 15 20 25 30 35

Claims (19)

91496 57
1. Menetelmä makrokomposiitin muodostamiseksi, jossa menetelmässä sulasta matriisimetallista ja täyteaineesta muodostetaan metallimatriisikomposiitti saattamalla mat- 5 riisimetalli tunkeutumaan täyteaineeseen, tunnettu siitä, että ainakin yksi kappale, johon tunkeutumisen tulee tapahtua ja joka käsittää ainakin yhtä ainetta, joka on valittu ryhmästä, joka käsittää oleellisesti ei-reaktiivisen täyteaineen irtonaisen massan ja esimuotin, joka käsittää 10 muotoiltua, oleellisesti ei-reaktiivista täyteainetta, sekä ainakin yksi toinen tai lisäkappale asetetaan vierekkäin tai kosketukseen toistensa kanssa; että saatetaan sula matriisimetalli spontaanisti tunkeutumaan ainakin ensinmainitun täyteainetta sisältävän kappaleen osaan me-15 tallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi, joka on kokonaan kiinnittynyt tai sitoutunut mainittuun ainakin yhteen toiseen tai lisäkappaleeseen; ja että ainakin jossakin tunkeutumisprosessin vaiheessa käytetään tunkeutu-misatmosfääriä sekä sen ohella tunkeutumisen edistäjää 20 ja/tai sellaisen edeltäjää.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ainakin yksi toinen tai lisäkappale käsittää matriisimetallia, jota on järjestetty sellaisena 25 määränä, että sen jälkeen kun spontaani tunkeutuminen mainittuun ainakin yhteen kappaleeseen on tapahtunut, mainittu makrokomposiittikappale käsittää jäljelle jäänyttä matriisimetallia, joka täydellisesti on kiinnittynyt tai sitoutunut mainittuun ainakin yhteen metallimatriisi-kom-30 posiittikappaleeseen.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että tunkeutumisatmosfääri on yhteydessä ainakin matriisimetalliin ja/tai täyteaineeseen tai esimuot-35 tiin ainakin osan tunkeutumisen jaksosta.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu ; siitä, että syötetään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää 91 496 58 ja/tai tunkeutumisen edistäjää matriisimetalliin ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai tunkeutumisatmos f ääriin.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin mainittu tunkeutumisen edistäjän edeltäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjä syötetään ulkoisesta lähteestä.
6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä höyrystyy tunkeutumisen aikana.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu 15 siitä, että haihtunut tunkeutumisen edistäjän edeltäjä reagoi muodostaen reaktiotuotetta ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että mainittu reaktiotuote muodostetaan päällystyksenä ainakin mainitun täyteaineen osalle.
9. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutuminen tapahtuu määritellyn esto- 25 välineen puitteissa.
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että estoaine käsittää ainetta, joka on valittu hiilen, grafiitin ja titaanidiboridin käsittävästä ryhmäs- 30 tä.
11. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää jauheita, hiutalei- 35 ta, mikrokuulia, kuitukiteitä, kuplia, kuituja, hiukkasia, kuitumattoja, katkaistuja kuituja, kuulia, pellettejä, pieniä putkiaihioita ja tulenkestäviä kankaita. 91496 59
12. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhtä keraamista ainetta.
13. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimetalli käsittää alumiinia, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä käsittää ainakin yhtä ainetta, joka on valittu magnesiumin, strontiumin ja kalsiumin muodostamasta ryhmästä, ja että tunkeutumisatmosfääri kä-10 sittää typpeä.
14. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimetalli käsittää alumiinia, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä käsittää sinkkiä, ja että 15 tunkeutumisatmosfääri käsittää happea.
15. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila spontaanin tunkeutumisen aikana on korkeampi kuin matriisimetallin sulamispiste, mutta 20 alempi kuin matriisimetallin höyrystymislämpötila ja täyteaineen sulamislämpötila.
16. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisatmosfääri käsittää atmosfäärin, 25 joka on valittu hapen ja typen muodostamasta ryhmästä.
17. Menetelmä makrokomposiitin muodostamiseksi, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa: järjestetään ainakin yksi kappale, johon tunkeutumisen 30 tulee tapahtua, jolloin mainittu ainakin yksi kappale käsittää ainakin yhtä ainetta, joka on valittu ryhmästä, joka käsittää oleellisesti ei-reaktiivisen täyteaineen irtonaisen massan ja esimuotin, joka käsittää muotoiltua, oleellisesti ei-reaktiivista täyteainetta; 35 asetetaan ainakin yksi toinen tai lisäkappale välittömästi mainitun ainakin yhden kappaleen vierelle tai kosketukseen sen kanssa; ja 91 496 60 saatetaan sula matriisimetalli spontaanisti tunkeutumaan ainakin mainitun ainakin yhden kappaleen osaan, edistäjän edeltäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän läsnäollessa ainakin tunkeutumisjakson osan ajan, ainakin yhden metalii-5 matriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi, joka on kokonaan kiinnittynyt tai sitoutunut mainittuun ainakin yhteen toiseen tai lisäkappaleeseen.
18. Menetelmä makrokomposiitin muodostamiseksi, tunnettu 10 siitä, että se käsittää vaiheet, joissa: järjestetään ainakin yksi kappale, johon tunkeutumisen tulee tapahtua, jolloin mainittu ainakin yksi kappale käsittää ainakin yhtä ainetta, joka on valittu ryhmästä, joka käsittää oleellisesti ei-reaktiivisen täyteaineen 15 irtonaisen massan ja esimuotin, joka käsittää muotoiltua, oleellisesti ei-reaktiivista täyteainetta; asetetaan ainakin yksi toinen tai lisäkappale välittömästi mainitun ainakin yhden kappaleen vierelle tai kosketukseen sen kanssa; ja 20 saatetaan sula matriisimetalli spontaanisti tunkeutumaan ainakin mainitun ainakin yhden kappaleen osaan käyttämättä painetta tai tyhjöä, jolloin ainakin matriisimetalli ja/-tai mainittu ainakin yksi kappale ovat ainakin tunkeutumisen edistäjän läsnäollessa ainakin tunkeutumisjakson osan 25 ajan, ainakin yhden metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi, joka on kokonaan kiinnittynyt tai sitoutunut mainittuun ainakin yhteen toiseen tai lisäkappaleeseen.
19. Makrokomposiitti, tunnettu siitä, että se käsittää metallimatriisikomposiittia, joka täydellisesti on kiin-• nittynyt tai sitoutunut ainakin yhteen toiseen tai lisä- kappaleeseen, jolloin mainittu metallimatriisikomposiitti muodostetaan saattamalla sula matriisimetalli koskettamaan 35 täyteainetta tai esimuottia tunkeutumisatmosfäärin läsnäollessa. i 1 496 61
FI894941A 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita FI91496C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/269,464 US5040588A (en) 1988-11-10 1988-11-10 Methods for forming macrocomposite bodies and macrocomposite bodies produced thereby
US26946488 1988-11-10

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI894941A0 FI894941A0 (fi) 1989-10-17
FI91496B true FI91496B (fi) 1994-03-31
FI91496C FI91496C (fi) 1994-07-11

Family

ID=23027367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI894941A FI91496C (fi) 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita

Country Status (21)

Country Link
US (2) US5040588A (fi)
EP (1) EP0369931B1 (fi)
JP (1) JP2905525B2 (fi)
KR (1) KR0148341B1 (fi)
CN (1) CN1064289C (fi)
AT (1) ATE114735T1 (fi)
AU (2) AU624418B2 (fi)
BR (1) BR8905761A (fi)
CA (1) CA2000790C (fi)
DE (1) DE68919652T2 (fi)
DK (1) DK559789A (fi)
FI (1) FI91496C (fi)
IE (1) IE66713B1 (fi)
IL (1) IL91724A0 (fi)
NO (1) NO177583C (fi)
NZ (1) NZ231079A (fi)
PH (1) PH26794A (fi)
PT (1) PT92261B (fi)
RO (1) RO108339B1 (fi)
TR (1) TR27147A (fi)
ZA (1) ZA898538B (fi)

Families Citing this family (58)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5238045A (en) * 1988-11-10 1993-08-24 Lanxide Technology Company, Lp Method of surface bonding materials together by use of a metal matrix composite, and products produced thereby
US5163499A (en) * 1988-11-10 1992-11-17 Lanxide Technology Company, Lp Method of forming electronic packages
US5526867A (en) * 1988-11-10 1996-06-18 Lanxide Technology Company, Lp Methods of forming electronic packages
US5066546A (en) * 1989-03-23 1991-11-19 Kennametal Inc. Wear-resistant steel castings
AU647024B2 (en) * 1989-07-07 1994-03-17 Lanxide Corporation Methods for forming macrocomposite bodies and macrocomposite bodies produced thereby
IL94957A (en) * 1989-07-18 1994-12-29 Lanxide Technology Co Ltd A method of creating bodies from a compound of a metal matrix by an empty process produced by itself, and products produced by it
IL94958A (en) * 1989-07-21 1995-05-26 Lanxide Technology Co Ltd A method for producing complex and connected bodies by infiltrating an autogenous vacuum and macro-complex bodies thus formed
JPH05507317A (ja) * 1990-05-09 1993-10-21 ランキサイド　テクノロジー　カンパニー，リミティド　パートナーシップ マクロ複合体及び製法
DE69128651T2 (de) * 1990-05-09 1998-04-23 Lanxide Technology Co Ltd Herstellungsverfahren von mmc
US5154425A (en) * 1990-10-19 1992-10-13 Lanxide Technology Company, Lp Composite golf club head
US5240672A (en) * 1991-04-29 1993-08-31 Lanxide Technology Company, Lp Method for making graded composite bodies produced thereby
AU2266692A (en) * 1991-07-29 1993-03-02 Dow Chemical Company, The Hardened cermets and method of forming hardened cermets
DE69206630T2 (de) * 1991-10-15 1996-04-25 Alcan Int Ltd Gegossene Verbundmaterial aus Al-Mg-Sr-Matrix mit Aluminiumoxidverstärkung.
US5620791A (en) * 1992-04-03 1997-04-15 Lanxide Technology Company, Lp Brake rotors and methods for making the same
US5614043A (en) 1992-09-17 1997-03-25 Coors Ceramics Company Method for fabricating electronic components incorporating ceramic-metal composites
US6338906B1 (en) 1992-09-17 2002-01-15 Coorstek, Inc. Metal-infiltrated ceramic seal
US5735332A (en) * 1992-09-17 1998-04-07 Coors Ceramics Company Method for making a ceramic metal composite
US5700373A (en) * 1992-09-17 1997-12-23 Coors Ceramics Company Method for sealing a filter
US5676907A (en) * 1992-09-17 1997-10-14 Coors Ceramics Company Method for making near net shape ceramic-metal composites
US6247221B1 (en) 1992-09-17 2001-06-19 Coors Tek, Inc. Method for sealing and/or joining an end of a ceramic filter
US6143421A (en) * 1992-09-17 2000-11-07 Coorstek, Inc. Electronic components incorporating ceramic-metal composites
US5626914A (en) * 1992-09-17 1997-05-06 Coors Ceramics Company Ceramic-metal composites
EP0662019A4 (en) * 1992-09-17 1998-07-15 Coors Ceramics Company Ritland Method for producing a ceramic-metal composite body.
US5765624A (en) * 1994-04-07 1998-06-16 Oshkosh Truck Corporation Process for casting a light-weight iron-based material
US5526914A (en) * 1994-04-12 1996-06-18 Lanxide Technology Company, Lp Brake rotors, clutch plates and like parts and methods for making the same
GB2294474B (en) * 1994-10-26 1998-04-29 Honda Motor Co Ltd Method for forming an aluminium or aluminium alloy composite material.
AT405798B (de) * 1995-06-21 1999-11-25 Electrovac Verfahren zur herstellung von mmc-bauteilen
WO1997033009A1 (en) * 1996-03-07 1997-09-12 Minnesota Mining And Manufacturing Company Titanium reinforced with aluminum matrix composite
JP4080030B2 (ja) 1996-06-14 2008-04-23 住友電気工業株式会社 半導体基板材料、半導体基板、半導体装置、及びその製造方法
US6018188A (en) * 1997-03-28 2000-01-25 Nec Corporation Semiconductor device
WO1999032678A2 (en) * 1997-12-19 1999-07-01 Advanced Materials Lanxide, Llc Metal matrix composite body having a surface of increased machinability and decreased abrasiveness
WO1999032679A2 (en) * 1997-12-19 1999-07-01 Lanxide Technology Company, Lp Preparation of a metal matrix composite body by a spontaneous infiltration process
US6270601B1 (en) 1998-11-02 2001-08-07 Coorstek, Inc. Method for producing filled vias in electronic components
CA2298164A1 (en) * 1999-02-12 2000-08-12 Hiroto Shoji Method for manufacturing aluminum-based composite plate
US6284389B1 (en) 1999-04-30 2001-09-04 Pacific Aerospace & Electronics, Inc. Composite materials and methods for manufacturing composite materials
US6355362B1 (en) 1999-04-30 2002-03-12 Pacific Aerospace & Electronics, Inc. Electronics packages having a composite structure and methods for manufacturing such electronics packages
WO2000067541A1 (en) * 1999-04-30 2000-11-09 Pacific Aerospace And Electronics, Inc. Composite electronics packages and methods of manufacture
GB2351686B (en) * 1999-05-11 2003-02-26 Honda Motor Co Ltd Molded article of metal matrix composite and method for making such an article
AT408345B (de) * 1999-11-17 2001-10-25 Electrovac Verfahren zur festlegung eines aus metall-matrix- composite-(mmc-) materiales gebildeten körpers auf einem keramischen körper
US6960022B2 (en) * 1999-12-01 2005-11-01 Kulicke & Soffa Investments, Inc. Macrocomposite guideway and gib produced therefrom
CA2357323A1 (en) * 2000-09-12 2002-03-12 Her Majesty The Queen In Right Of Canada, As Represented By The Minist Of Natural Resources Canada Hybrid metal matrix composites
US20030024611A1 (en) * 2001-05-15 2003-02-06 Cornie James A. Discontinuous carbon fiber reinforced metal matrix composite
DE10125815C1 (de) * 2001-05-26 2002-08-01 Daimler Chrysler Ag Metall-Keramik-Verbundwerkstoff und seine Verwendung
JP4426293B2 (ja) * 2001-08-29 2010-03-03 ダウ グローバル テクノロジーズ インコーポレイティド ホウ素含有セラミック−金属アルミニウム複合体および複合体の形成方法
US6635357B2 (en) 2002-02-28 2003-10-21 Vladimir S. Moxson Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same
US6884522B2 (en) * 2002-04-17 2005-04-26 Ceramics Process Systems Corp. Metal matrix composite structure and method
US7141310B2 (en) * 2002-04-17 2006-11-28 Ceramics Process Systems Corporation Metal matrix composite structure and method
US7282274B2 (en) * 2003-11-07 2007-10-16 General Electric Company Integral composite structural material
JP4224445B2 (ja) * 2004-02-06 2009-02-12 日信工業株式会社 カーボンブラック複合材料の製造方法
US7617582B2 (en) * 2005-07-05 2009-11-17 Honeywell International Inc. Method of manufacturing composite generator rotor shaft
US8132493B1 (en) * 2007-12-03 2012-03-13 CPS Technologies Hybrid tile metal matrix composite armor
US9417013B2 (en) * 2010-11-12 2016-08-16 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Heat transfer systems including heat conducting composite materials
CN103014568B (zh) * 2012-12-06 2014-11-26 嘉应学院 锆刚玉陶瓷球-低合金钢复合材料的制造方法
CN104084562B (zh) * 2014-07-11 2016-05-11 浙江理工大学 一种碳化硅增强铸铜冷却构件的制备方法
CN106424664A (zh) * 2015-08-06 2017-02-22 李康 碳化硅（金刚砂）复合耐磨材料的生产工艺方法
US20180133803A1 (en) * 2016-11-17 2018-05-17 Schlumberger Technology Corporation Multi-material functional parts using additive manufacturing
CN109930094A (zh) * 2017-12-17 2019-06-25 宜兴安纳西智能机械设备有限公司 一种电池输送装置用u形阻挡条材料
US12017297B2 (en) * 2021-12-22 2024-06-25 Spirit Aerosystems, Inc. Method for manufacturing metal matrix composite parts

Family Cites Families (67)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2671955A (en) * 1950-12-14 1954-03-16 Mallory & Co Inc P R Composite metal-ceramic body and method of making the same
US2951771A (en) * 1956-11-05 1960-09-06 Owens Corning Fiberglass Corp Method for continuously fabricating an impervious metal coated fibrous glass sheet
US3031340A (en) * 1957-08-12 1962-04-24 Peter R Girardot Composite ceramic-metal bodies and methods for the preparation thereof
US3149409A (en) * 1959-12-01 1964-09-22 Daimler Benz Ag Method of producing an engine piston with a heat insulating layer
US3364976A (en) * 1965-03-05 1968-01-23 Dow Chemical Co Method of casting employing self-generated vacuum
US3396777A (en) * 1966-06-01 1968-08-13 Dow Chemical Co Process for impregnating porous solids
US3547180A (en) * 1968-08-26 1970-12-15 Aluminum Co Of America Production of reinforced composites
US3608170A (en) * 1969-04-14 1971-09-28 Abex Corp Metal impregnated composite casting method
JPS5013205B1 (fi) * 1969-11-08 1975-05-17
US3718441A (en) * 1970-11-18 1973-02-27 Us Army Method for forming metal-filled ceramics of near theoretical density
US3970136A (en) * 1971-03-05 1976-07-20 The Secretary Of State For Defence In Her Britannic Majesty's Government Of The United Kingdom Of Great Britain And Northern Ireland Method of manufacturing composite materials
DE2166925C3 (de) * 1971-09-01 1985-01-31 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum Herstellen von Zweischichten-Kontaktstücken als Formteil
US3868267A (en) * 1972-11-09 1975-02-25 Us Army Method of making gradient ceramic-metal material
US3864154A (en) * 1972-11-09 1975-02-04 Us Army Ceramic-metal systems by infiltration
JPS49107308A (fi) * 1973-02-13 1974-10-11
US4082864A (en) * 1974-06-17 1978-04-04 Fiber Materials, Inc. Reinforced metal matrix composite
JPS54141209U (fi) * 1978-03-27 1979-10-01
DE2819076C2 (de) * 1978-04-29 1982-02-25 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Verfahren zum Herstellen eines metallischen Mehschicht-Verbundwerkstoffes
GB1595280A (en) * 1978-05-26 1981-08-12 Hepworth & Grandage Ltd Composite materials and methods for their production
JPS602149B2 (ja) * 1980-07-30 1985-01-19 トヨタ自動車株式会社 複合材料の製造方法
JPS57130441A (en) * 1981-02-06 1982-08-12 Hitachi Ltd Integrated circuit device
JPS57210140A (en) * 1981-06-18 1982-12-23 Honda Motor Co Ltd Fiber reinfoced piston for internal combustion engine
US4404262A (en) * 1981-08-03 1983-09-13 International Harvester Co. Composite metallic and refractory article and method of manufacturing the article
US4376803A (en) * 1981-08-26 1983-03-15 The Aerospace Corporation Carbon-reinforced metal-matrix composites
US4376804A (en) * 1981-08-26 1983-03-15 The Aerospace Corporation Pyrolyzed pitch coatings for carbon fiber
US4456577A (en) * 1981-09-25 1984-06-26 Osaka Diamond Industrial Company, Ltd. Methods for producing composite rotary dresser
US4473103A (en) * 1982-01-29 1984-09-25 International Telephone And Telegraph Corporation Continuous production of metal alloy composites
JPS58144441A (ja) * 1982-02-23 1983-08-27 Nippon Denso Co Ltd 炭素繊維強化金属複合材料の製造方法
DE3375409D1 (en) * 1982-05-10 1988-02-25 Eltech Systems Corp Aluminum wettable materials
JPS5950149A (ja) * 1982-09-14 1984-03-23 Toyota Motor Corp 繊維強化金属複合材料
US4600481A (en) * 1982-12-30 1986-07-15 Eltech Systems Corporation Aluminum production cell components
JPS59215982A (ja) * 1983-05-20 1984-12-05 Nippon Piston Ring Co Ltd 回転式流体ポンプ用ロータ及びその製造方法
JPS60177102A (ja) * 1984-02-24 1985-09-11 Mazda Motor Corp 鉄系焼結合金への鉛含浸方法
US4546048A (en) * 1984-03-23 1985-10-08 Dana Corporation Composite thermal shield for engine components
GB2156718B (en) * 1984-04-05 1987-06-24 Rolls Royce A method of increasing the wettability of a surface by a molten metal
GB8411074D0 (en) * 1984-05-01 1984-06-06 Ae Plc Reinforced pistons
JPS6169448A (ja) * 1984-09-14 1986-04-10 工業技術院長 炭素繊維強化金属とその製造法
US4851375A (en) * 1985-02-04 1989-07-25 Lanxide Technology Company, Lp Methods of making composite ceramic articles having embedded filler
US4587177A (en) * 1985-04-04 1986-05-06 Imperial Clevite Inc. Cast metal composite article
US4673435A (en) * 1985-05-21 1987-06-16 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Alumina composite body and method for its manufacture
US4630665A (en) * 1985-08-26 1986-12-23 Aluminum Company Of America Bonding aluminum to refractory materials
US4777014A (en) * 1986-03-07 1988-10-11 Lanxide Technology Company, Lp Process for preparing self-supporting bodies and products made thereby
US4710223A (en) * 1986-03-21 1987-12-01 Rockwell International Corporation Infiltrated sintered articles
US5017526A (en) * 1986-05-08 1991-05-21 Lanxide Technology Company, Lp Methods of making shaped ceramic composites
US4718941A (en) * 1986-06-17 1988-01-12 The Regents Of The University Of California Infiltration processing of boron carbide-, boron-, and boride-reactive metal cermets
US4657065A (en) * 1986-07-10 1987-04-14 Amax Inc. Composite materials having a matrix of magnesium or magnesium alloy reinforced with discontinuous silicon carbide particles
US4713111A (en) * 1986-08-08 1987-12-15 Amax Inc. Production of aluminum-SiC composite using sodium tetrasborate as an addition agent
US4753690A (en) * 1986-08-13 1988-06-28 Amax Inc. Method for producing composite material having an aluminum alloy matrix with a silicon carbide reinforcement
US4662429A (en) * 1986-08-13 1987-05-05 Amax Inc. Composite material having matrix of aluminum or aluminum alloy with dispersed fibrous or particulate reinforcement
US4837232A (en) * 1986-09-16 1989-06-06 Lanxide Technology Company, Lp Dense skin ceramic structure and method of making the same
US4948764A (en) * 1986-09-16 1990-08-14 Lanxide Technology Company, Lp Production of ceramic and ceramic-metal composite articles with surface coatings
US4818734A (en) * 1986-09-17 1989-04-04 Lanxide Technology Company, Lp Method for in situ tailoring the metallic component of ceramic articles
TR23487A (tr) * 1986-12-22 1990-02-01 Lanxide Technology Co Ltd Sekilli seramik bilesikleri yapma yoentemi
US4828008A (en) * 1987-05-13 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Metal matrix composites
US5015540A (en) * 1987-06-01 1991-05-14 General Electric Company Fiber-containing composite
US4935055A (en) * 1988-01-07 1990-06-19 Lanxide Technology Company, Lp Method of making metal matrix composite with the use of a barrier
US4871008A (en) * 1988-01-11 1989-10-03 Lanxide Technology Company, Lp Method of making metal matrix composites
US4911990A (en) * 1988-02-05 1990-03-27 United Technologies Corporation Microstructurally toughened metallic article and method of making same
DE68913800T2 (de) * 1988-04-30 1994-07-14 Toyota Motor Co Ltd Verfahren zur Herstellung von Verbundmetall unter Beschleunigung der Infiltration des Matrix-Metalls durch feine Teilchen eines dritten Materials.
US5006417A (en) * 1988-06-09 1991-04-09 Advanced Composite Materials Corporation Ternary metal matrix composite
JPH0736925B2 (ja) * 1988-07-14 1995-04-26 川崎重工業株式会社 複層結合棒状体及びその製造方法
US5106702A (en) * 1988-08-04 1992-04-21 Advanced Composite Materials Corporation Reinforced aluminum matrix composite
US4875616A (en) * 1988-08-10 1989-10-24 America Matrix, Inc. Method of producing a high temperature, high strength bond between a ceramic shape and metal shape
US4932099A (en) * 1988-10-17 1990-06-12 Chrysler Corporation Method of producing reinforced composite materials
CA2000770C (en) * 1988-10-17 2000-06-27 John M. Corwin Method of producing reinforced composite materials
US5004034A (en) * 1988-11-10 1991-04-02 Lanxide Technology Company, Lp Method of surface bonding materials together by use of a metal matrix composite, and products produced thereby
US5007475A (en) * 1988-11-10 1991-04-16 Lanxide Technology Company, Lp Method for forming metal matrix composite bodies containing three-dimensionally interconnected co-matrices and products produced thereby

Also Published As

Publication number Publication date
CA2000790A1 (en) 1990-05-10
PH26794A (en) 1992-10-13
ZA898538B (en) 1991-07-31
DE68919652D1 (de) 1995-01-12
JPH02240229A (ja) 1990-09-25
CA2000790C (en) 2001-05-01
PT92261B (pt) 1995-09-12
KR900007591A (ko) 1990-06-01
AU4170489A (en) 1990-05-17
RO108339B1 (ro) 1994-04-28
FI91496C (fi) 1994-07-11
IL91724A0 (en) 1990-06-10
DK559789A (da) 1990-05-11
AU624418B2 (en) 1992-06-11
NZ231079A (en) 1992-10-28
IE893187L (en) 1990-05-10
CN1064289C (zh) 2001-04-11
ATE114735T1 (de) 1994-12-15
JP2905525B2 (ja) 1999-06-14
TR27147A (tr) 1994-11-09
US5618635A (en) 1997-04-08
EP0369931B1 (en) 1994-11-30
NO893994L (no) 1990-05-11
BR8905761A (pt) 1990-06-05
EP0369931A1 (en) 1990-05-23
DE68919652T2 (de) 1995-04-06
KR0148341B1 (ko) 1998-11-02
DK559789D0 (da) 1989-11-09
AU2353792A (en) 1992-11-19
IE66713B1 (en) 1996-01-24
AU649561B2 (en) 1994-05-26
FI894941A0 (fi) 1989-10-17
NO177583B (no) 1995-07-10
NO177583C (no) 1995-10-18
PT92261A (pt) 1990-05-31
US5040588A (en) 1991-08-20
NO893994D0 (no) 1989-10-05
CN1042497A (zh) 1990-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI91496B (fi) Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita
FI91831C (fi) Menetelmä kolmiulotteisesti yhteenliittyneen rinnakkaismatriisin sisältävän metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi
FI89014C (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91608C (fi) Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi
FI89015C (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91723B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä
FI91492B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91722C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91494C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmän mukaisesti valmistettu komposiitti
FI91490B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi
FI91609C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91724B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen
FI91495B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sulasta matriisimetallista ja oleellisesti ei-reaktiivisesta täyteaineesta
FI91491B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi uppovalumenetelmää käyttäen
FI91833B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmällä aikaansaatava metallimatriisikomposiittikappale
FI91493B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91832B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
KR0183973B1 (ko) 다층 복합체의 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application
MM Patent lapsed

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP