FI91608B - Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi - Google Patents

Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI91608B
FI91608B FI894942A FI894942A FI91608B FI 91608 B FI91608 B FI 91608B FI 894942 A FI894942 A FI 894942A FI 894942 A FI894942 A FI 894942A FI 91608 B FI91608 B FI 91608B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metal
matrix
filler
infiltration
preform
Prior art date
Application number
FI894942A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI894942A0 (fi
FI91608C (fi
Inventor
Michael Kevork Aghajanian
Christopher Robin Kennedy
Eugene Sengmoo Park
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 FI894942A0 publication Critical patent/FI894942A0/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI91608B publication Critical patent/FI91608B/fi
Publication of FI91608C publication Critical patent/FI91608C/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/003—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
    • C04B37/005—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of glass or ceramic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/003—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
    • C04B37/006—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of metals or metal salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/025—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of glass or ceramic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5248—Carbon, e.g. graphite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04—Ceramic interlayers
    • C04B2237/06—Oxidic interlayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04—Ceramic interlayers
    • C04B2237/06—Oxidic interlayers
    • C04B2237/064—Oxidic interlayers based on alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04—Ceramic interlayers
    • C04B2237/08—Non-oxidic interlayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04—Ceramic interlayers
    • C04B2237/08—Non-oxidic interlayers
    • C04B2237/083—Carbide interlayers, e.g. silicon carbide interlayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04—Ceramic interlayers
    • C04B2237/09—Ceramic interlayers wherein the active component for bonding is not the largest fraction of the interlayer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/121—Metallic interlayers based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/126—Metallic interlayers wherein the active component for bonding is not the largest fraction of the interlayer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/126—Metallic interlayers wherein the active component for bonding is not the largest fraction of the interlayer
    • C04B2237/127—The active component for bonding being a refractory metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/126—Metallic interlayers wherein the active component for bonding is not the largest fraction of the interlayer
    • C04B2237/128—The active component for bonding being silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/343—Alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/52—Pre-treatment of the joining surfaces, e.g. cleaning, machining
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/52—Pre-treatment of the joining surfaces, e.g. cleaning, machining
    • C04B2237/525—Pre-treatment of the joining surfaces, e.g. cleaning, machining by heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/59—Aspects relating to the structure of the interlayer
    • C04B2237/592—Aspects relating to the structure of the interlayer whereby the interlayer is not continuous, e.g. not the whole surface of the smallest substrate is covered by the interlayer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/59—Aspects relating to the structure of the interlayer
    • C04B2237/597—Aspects relating to the structure of the interlayer whereby the interlayer is continuous but porous, e.g. containing hollow or porous particles, macro- or micropores or cracks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/60—Forming at the joining interface or in the joining layer specific reaction phases or zones, e.g. diffusion of reactive species from the interlayer to the substrate or from a substrate to the joining interface, carbide forming at the joining interface
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/70—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness
    • C04B2237/708—Forming laminates or joined articles comprising layers of a specific, unusual thickness of one or more of the interlayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/72—Forming laminates or joined articles comprising at least two interlayers directly next to each other

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Diaphragms For Electromechanical Transducers (AREA)
  • Flanged Joints, Insulating Joints, And Other Joints (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)
  • Chemically Coating (AREA)
  • Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Description

91608
Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi
Esillä oleva keksintö liittyy metallimatriisikomposiitin 5 muodostamiseen ainakin kahden kappaleen välille, joilla on samanlainen tai erilainen kemiallinen koostumus, jolloin metallimatriisikomposiitti toimii sidosvälineenä, joka sitoo tai liittää kappaleet toisiinsa. Metallimatriisikomposiitti tuotetaan spontaanilla tunkeutumismenetelmällä 10 järjestämällä tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjä sekä tunkeutumisatmosfääri, jotka ainakin prosessin jossakin vaiheessa ovat yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin. Sula matriisimetalli tunkeuttuu tällöin spontaanisti täyteaineeseen tai esimuottiin, joils loin metallimatriisikomposiitti toimii sitoen toisiinsa mainitut ainakin kaksi kappaletta.
Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä, kuituja tai vas-2 0 taavia käsittävät komposiittituotteet näyttävät lupaavilta moniin eriin sovellutuksiin, koska niissä yhdistyvät osa lujittavan faasin jäykkyydestä ja kulutuskestävyydestä metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleensä metallimatriisikomposiitilla luodaan parannuksia sellai-25 sissa ominaisuuksissa, kuten lujuus, jäykkyys, hankausku-lutuksen kestävyys, ja lujuuden pysyminen korkeammissa lämpötiloissa, verrattuna matriisimetalliin sen monoliittisessa muodossa, mutta määrä, johon saakka määrättyä ominaisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseessä ole-30 vista ainesosista, niiden tilavuus- tai painosuhteista, sekä siitä miten niitä käsitellään komposiittia muodostettaessa. Eräissä tapauksissa komposiitti voi myös olla kevyempää kuin matriisimetalli sellaisenaan. Alumiinimatrii-sikomposiitit, jotka on vahvistettu keräämillä, kuten 35 91608 2 esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden tai kuitukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden alumiiniin verrattuna suuremmasta jäykkyydestä, kulutuksen kestävyydestä ja korkean lämpötilan lujuudesta.
5
Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on kuvattu erilaisia metallurgisia menetelmiä, mukaanlukien menetelmiä, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumistekniikoihin, joissa käytetään 10 hyväksi painevalua, tyhjövalua, sekoittamista, ja notkis-timia. Jauhemetallurgiatekniikoiden avulla jauheen muodossa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava aine sekoitetaan ja sitten joko kylmäpuristetaan ja sintrataan, tai kuuma-15 puristetaan. Tällä menetelmällä tuotetun piikarbidilla lujitetun alumiinimatriisikomposiitin suurimman keraamin tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosenttia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauksessa.
20
Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauhemetallurgi-sia tekniikoita käyttävin tavanomaisin menetelmin asettaa eräitä rajoituksia aikaansaatavien tuotteiden ominaisuuksille. Komposiitissa olevan keraamifaasin tilavuusosa on 25 tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 prosenttiin. Samaten asettaa puristustoiminta rajan käytännössä saavutettavalle koolle. Ainoastaan suhteellisen yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jälkeenpäin tapahtuvaa käsittelyä (esim. muotoilua tai 30 koneistusta) tai ottamatta käyttöön monimutkaisia puristimia. Sintrauksen aikana voi myös esiintyä epätasaista kutistumista, samoin kuin mikrostruktuurin epätasaisuutta, johtuen kiintoaineisiin eriytymisestä ja hiukkasten kasvusta.
35 US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelmä metallimatrii-sikomposiitin muodostamiseksi, johon sisältyy kuitumuotoi- 3 i'\ 608 nen lujite, esim. piikarbidi- tai alumiinioksidikuituki-teitä, joilla on ennalta määrätty kuitujen suuntaus. Komposiitti tehdään sijoittamalla samassa tasossa olevien kuitujen samansuuntaisia mattoja tai huopia muottiin 5 yhdessä sulan matriisimetallin, esim. alumiinin lähteen kanssa ainakin joidenkin mattojen välissä, ja kohdistamalla painetta, niin että sula metalli pakotetaan tunkeutumaan mattoihin ja ympäröimään suunnatut kuidut. Mattojen pinon päälle voidaan valaa sulaa metallia, jolloin sitä paineen 10 avulla pakotetaan virtaamaan mattojen väliin. Komposiitissa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 % tilavuuspitoi-suuksia on ilmoitettu.
Edellä olevaan tunkeutumismenetelmään liittyy paineen 15 aiheuttamien virtausprosessien yllätyksellisiä vaihteluja. ts. mahdollisia epäsäännöllisyyksiä matriisin muodostumisessa, huokoisuutta, jne, kun otetaan huomioon että se riippuu ulkoisesta paineesta sulan matriisimetallin pakottamiseksi kuitupitoisten mattojen läpi. Ominaisuuksien 20 epätasaisuus on mahdollinen vaikka sulaa metallia johdettaisiin useammasta kohdasta kuitupitoiseen järjestelyyn. Vastaavasti on järjestettävä monimutkaiset matto/lähde-järjestelyt ja virtausreitit soveltuvan ja tasaisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi kuitumattojen pinoon. Edellä 25 mainittu painetunkeutumismenetelmä mahdollistaa myös ainoastaan suhteellisen pienen lujitusaineen ja matriisiti-lavuuden suhteen, johtuen suureen mattotilavuuteen kiinteästi liittyvästä tunkeutumisen vaikeudesta. Lisäksi muoteissa on oltava sulaa metallia paineen alaisena, joka 30 nostaa menetelmän kustannuksia. Lopuksi edellä mainittu menetelmä, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu alumiinimatrii-sikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satunnaisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistä tai 35 kuiduista koostuvilla aineilla.
4 91608
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 wolfrämillä), joka sitten kuumapuristetaan yhdessä alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan päällystää piidioksidilla. Näillä komposiiteilla kuitenkin 10 ominaisuudet vaihtelevat, tai päällystykset voivat heikentää täytettä, tai matriisi sisältää litiumia, joka voi vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.
US-patentilla 4,232,091 voitetaan eräitä alan vaikeuksia, 15 joita kohdataan valmistettaessa alumiinimatriisi-alumii-nioksiditäytteisiä komposiitteja. Tässä patentissa kuva-taan 75 - 375 kg/cm paineen kohdistamista pakottamaan sula alumiini (tai sula alumiiniseos) alumiinioksidia olevaan kuitu- tai kuitukidemattoon, joka on esilämmitetty alueelle 20 700 - 1050°C. Alumiinioksidin suurin suhde metalliin tuloksena olevassa kiinteässä valukappaleessa oli 0,25:1. Koska tässä menetelmässä ollaan riippuvaisia ulkopuolisesta paineesta tunkeutumisen aikaansaamiseksi, sitä vaivaa-vat monet samat puutteet kuin US-patenttia 3,970,136.
25 EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi-komposiittien valmistamista, jotka ovat erityisen käyttökelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi-muotin alumiinioksidimatriisin ontelot täytetään 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
II
91608 5 julkaisussa esitetään myös paineen kohdistaminen sulan alumiinin saamiseksi tunkeutumaan päällystämättömään matriisiin. Tässä suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saattamalla huokoset ensin tyhjöön ja kohdistamalla sitten 5 sulaan alumiiniin painetta inertissä atmosfäärissä, esim. argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuottiin voidaan tunkeutua höyryfaasissa olevalla alumiinipäällystyksellä pintojen kostuttamiseksi ennen onteloiden täyttämistä tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin 10 pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan lämpökäsittelyä, esim lämpötilassa 1400 - 1800 °C, joko argonissa tai tyhjössä. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen altistuminen kaasulle, tai tunkeutumispaineen poistaminen, aiheuttaa alumiinin häviämistä kappaleesta.
15
Kostutusaineiden käyttäminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisältävään elektrolyyttikennoon on esitetty myös EP-patenttihakemuk-sessa 94353. Tässä julkaisussa kuvataan alumiinin tuotta-20 mistä elektrolyysillä kennossa, jossa virranjohdinkatodi on kennon vaippana tai alustana. Tämän alustan suojaamiseksi sulalta kryoliitilta levitetään alumiinioksidialus-talle ohut päällystys kostutusaineen ja liukenemisen estävän aineen seoksella ennen kennon käynnistämistä tai 25 kun se on upotettuna elektrolyysiprosessin tuottamaan sulaan alumiiniin. Kuvattuja kostutusaineita ovat titaani, zirkonium, hafnium, pii, magnesium, vanadiini, kromi, niobi tai kalsium, ja titaani esitetään edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetään olevan 30 hyödyllisiä estettäessä kostutusaineiden liukenemista sulaan alumiiniin. Tässä julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikä siinä eh-dotetaa sellaisten komposiittien muodostamista esimerkiksi typpiatmosfäärissä.
35
Paineen ja kostutusaineiden käytön lisäksi on kuvattu tyhjön kohdistamisen edistävän sulan alumiinin tunkeutu- 6 91608 mistä huokoiseen keraamikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa-tentissa 3,718,441 raportoidaan keraamiseen kappaleeseen (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja beryl1iumoksidi) tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, berylliumilla, 5 magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelillä tai 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- li 7 91608 sa esitetään, että on oleellista aikaansaada ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin välinen reaktio. Muotin käyttäminen tyhjön luomiseksi ei kuitenkaan välttämättä ole toivottavaa, johtuen muotin käyttöön liittyvistä 5 välittömistä rajoituksista. Muotit on ensin koneistettava määrättyyn muotoon; sitten loppukäsiteltävä, koneistettava hyväksyttävän valupinnan tuottamiseksi muottiin; sitten koottava ennen niiden käyttämistä; sitten purettava niiden käytön jälkeen valukappaleen poistamiseksi niistä; ja sen 10 jälkeen muotti on jälleen saatettava käyttökuntoon, mikä mitä todennäköisimmin merkitsisi muotin pintojen uudelleen käsittelyä tai muotin poistamista, ellei se enää ole käyttöön hyväksyttävä. Muotin koneistaminen monimutkaiseen muotoon saattaa olla erittäin kallista ja aikaavievää. 15 Lisäksi muodostuneen kappaleen poistaminen monimutkaisen muotoisesta muotista saattaa olla vaikeata (ts. monimutkaisen muotoiset valukappaleet saattavat mennä rikki niitä muotista poistettaessa). Lisäksi, vaikka julkaisussa ehdotetaan, että huokoinen tulenkestävä aine voitaisiin 20 suoraan upottaa sulaan metalliin tarvitsematta käyttää muottia, niin tulenkestävän aineen olisi oltava yhtenäinen kappale, koska ei ole olemassa mahdollisuutta aikaansaada tunkeutumista irralliseen tai erotettuun huokoiseen aineeseen ilman säiliönä olevaa muottia (ts. uskotaan yleisesti, 25 että hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai valuisi hajalleen sitä sulaan metalliin sijoitettaessa). Lisäksi, jos haluttaisiin aikaansaada tunkeutuminen hiuk-kasmaiseen aineeseen tai löyhästi muodostettuun esimuot-tiin, olisi ryhdyttävä varotoimiin, niin ettei tunkeutuva 30 metalli syrjäyttäisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, mikä johtaisi epähomogeeniseen mikrostruktuuriin.
Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinkertainen ja luotettava menetelmä muotoiltujen metallimatrii-35 si-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen tai tyhjön käyttämiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai sisäisesti kehitettynä), tai vahingollisten kostutusainei- 8 91608 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, jossa on sulaa matriisimetallia (esim. alumiinia) tunketumisatmosfäärin 10 (esim. typen) läsnäollessa normaalissa ilmanpaineessa, jolloin tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää on läsnä ainakin jossakin prosessin vaiheessa.
15 Tämän hakemuksen sisältö liittyy useaan rinnakkaiseen hakemukseen. Erityisesti nämä muut rinnakkaiset hakemukset kuvaavat uusia menetelmiä metallimatriisi-komposiittiai-neiden tuottamiseksi (niihin viitataan jälempänä eräissä tapauksissa nimellä "rinnakkais-metallimatriisihakemuk-20 set").
Uutta menetelmää metallimatriisi-komposiittiaineen tuottamiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049,171, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja", nyt US-pa-25 tentti 4,828,008. Mainitun keksinnön menetelmän mukaisesti metallimatriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla läpäisevään täyteaineeseen (esim. keräämiä tai keräämillä päällystettyä ainetta) sulaa alumiinia, joka sisältää ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 30 3 painoprosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu spontaanisti käyttämättä ulkoista painetta tai tyhjöä. Sulan metalliseoksen läähde saatetaan koskettamaan täyte-ainemassaa lämpötilassa, joka on ainakin noin 675 °C, kun läsnä on kaasua, joka käsittää noin 10 - 100 tilavuus-35 prosenttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin loput, mikäli sitä on, on ei-hapettavaa kaasua, esim. argonia. Näissä oloissa sula alumiiniseos
II
9 91608 tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehän paineessa muodostaen alumiini- (tai alumiiniseos-) matriisikomposii-tin. Kun haluttu määrä täyteainetta on sulan alumiiniseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyt-5 tautiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisi-rakenne, joka sulkee sisäänsä lujittavan täyteaineen. Tavallisesti, ja edullisesti, syötetty sula seos riittää aikaansaamaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti täy-teainemassan rajoille. US-patentin 4,828,008 mukaisesti 10 tuotettujen alumiinimatriisikomposiittien täyteaineen määrä voi olla erittäin suuri. Tässä mielessä voidaan saavuttaa täyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka ovat suurempia kuin 1:1.
15 Edellä mainitun US-patentin 4,828,008 mukaisissa proses-sioloissa alumiininitridiä voi muodostua epäjatkuvana faasina, joka on jakautunut koko alumiinimatriisiin. Nitridin määrä alumiinimatriisissa voi vaihdella sellaisten tekijöiden, kuten lämpötilan, seoksen koostumuksen, 20 kaasun koostumuksen ja täyteaineen mukaisesti. Siten voidaan yhtä tai useampaa sellaista järjestelmän tekijää säätämällä räätälöidä määrättyjä komposiitin ominaisuuksia. Joitakin loppukäyttösovellutuksia varten voi kuitenkin olla toivottavaa, että komposiitti sisältää vähän tai 25 oleellisesti ei lainkaan alumiininitridiä.
On havaittu, että korkeammat lämpötilat edistävät tunkeutumista, mutta johtavat siihen, että menetelmässä herkemmin muodostuu nitridiä. US-patentin 4,828,008 mukaisessa kek-30 sinnössä sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muodostumisen välisen tasapainon valitseminen.
Esimerkki sopivista estovälineistä käytettäviksi metalli-matriisikomposiittien muodostamisen yhteydessä on selitet-35 ty US-hakemuksessa 141,642, jonka nimityksenä on "Menetelmä metallimatriisikomposiittien valmistamiseksi estoainetta käyttäen". Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti estovä- 91608 10 linettä (esim. hiukkasmaista titaanidiboridia tai grafiit-tiainetta, kuten joustavaa grafiittinauhatuotetta, jota Union Carbide myy tuotenimellä Grafoil (R)) sijoitetaan täyteaineen määrätyllä rajapinnalle ja matriisiseos tun-5 keutuu estovälineen määrittelemään rajapintaan saakka.
Estovälinettä käytetään estämään, torjumaan tai lopettamaan sulan seoksen tunkeutuminen, jolloin aikaansaadaan puhtaita, tai lähes puhtaita muotoja tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa. Vastaavasti muodostetuilla 10 metallimatriisi-komposiittikappaleilla on ulkomuoto, joka oleellisesti vastaa estovälineen sisämuotoa.
US-patenttihakemuksen 049,171 mukaista menetelmää parannettiin rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168,284, 15 jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi". Mainitussa hakemuksessa esitettyjen menetelmien mukaisesti matriisimetal-liseos on läsnä metallin ensimmäisenä lähteenä ja mat-riisimetallin varastolähteenä, joka on yhteydessä sulan 20 metallin ensimmäiseen lähteeseen, esimerkiksi painovoimai- sen virtauksen välityksellä. Erityisesti, mainitussa hakemuksessa esitetyissä oloissa, sulan matriisiseoksen lähde alkaa tunkeutua täyteainemassaan normaalissa ilmakehän paineessa ja aloittaa siten metallimatriisikomposii-25 tin muodostuksen. Sulan matriisimetallin ensimmäinen lähde kulutetaan sen tunkeutuessa täyteainemassaan, ja haluttaessa sitä voidaan lisätä, edullisesti jatkuvalla tavalla, sulan matriisimetallin varastolähteestä spontaanin tunkeutumisen jatkuessa. Kun toivottu määrä läpäisevää täyte-30 ainetta on sulan matriisiseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyttämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisistruktuuri, joka ympäröi lujittavaa täyteainetta. On ymmärrettävä, että metallivarastolähteen käyttäminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa 35 kuvatun keksinnön eräs suoritusmuoto, eikä varastolähteen suoritusmuodon yhdistäminen jokaiseen siinä esitettyyn keksinnön vaihtoehtoiseen suoritusmuotoon ole välttämätön- 91608 11 tä, joista eräät voisivat myös olla hyödyllisiä käytettynä esillä olevan keksinnön yhteydessä.
Metallin varastolähdettä voi olla sellaisena määränä, että 5 se aikaansaa riittävän metallimäärän tunkeutumisen ennalta määrätyssä määrin läpäisevään täyteaineeseen. Vaihtoehtoisesti voi valinnainen estoväline olla kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan ainakin sen toisella puolella rajapinnan määrittelemiseksi.
10
Lisäksi, vaikka syötetyn sulan matriisiseoksen määrän tulisi olla riittävä sallimaan spontaanin tunkeutumisen eteneminen ainakin oleellisesti täyteaineen läpäisevän massan rajapintoihin (ts. estopintoihin) saakka, varastolähteessä 15 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 metalli-matriisikomposiittikappaleeseen. Kun siten läsnä on yli-20 määrä sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on kompleksinen komposiittikappale (esim. makrokomposiitti), jossa metallimatriisin läpitunkema keraamikappale suoraan sitoutuu varastolähteeseen jäävään ylimääräiseen metalliin.
2 5 Jokainen edellä selitetyistä rinnakkais-metallimatriisiha-kemuksista kuvaa menetelmiä metallimatriisikomposiittikap-paleiden tuottamiseksi sekä uusia metallimatriisikom-posiittikappaleita, joita niillä tuotetaan.
30 Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle kahden kappaleen yhteenliittämiseksi on tunnusomaista se, että sijoitetaan läpäisevä täyteainemassa ainakin kahden yh-teenliitettävän kappaleen välille yhdistämään ainakin osia mainituista kappaleista, joka täyteaine valitaan keraami-35 sista täyteaineista ja päällystetyistä täyteaineista, jotka käsittävät keräämillä päällystetyt täyteaineet; sijoitetaan sulan matriisimetallin lähde läpäisevän täyte-ainemassan viereen; ja 12 91608 käytetään ainakin jossakin prosessin vaiheessa matriisime-tallin spontaanin tunkeutumisen sallivaa tai sitä edistävää tunkeutumisatmosfääriä sekä lisäksi tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää siten, 5 että sula matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti ainakin osaan täyteainetta ainakin mainittujen kahden kappaleen pintojen osiin saakka ja muodostaa kappaleiden väliin metal limat ri is ikomposi it in.
10 Sidosvälineenä toimivan metallimatriisikomposiitin koko voi olla suhteellisen pieni yhteenliitettäviin kappaleisiin nähden tai se voi olla jonkin verran suurempi kuin yhteenliitettävät kappaleet.
15 Yhteenliitettävien kappaleiden välissä voi lisäksi olla läsnä jäljelle jäänyttä matriisimetallia tai matriisime-tallin jäännöstä. Jos esimerkiksi matriisimetallikappale asetetaan täyteaineen tai esimuotin ainakin kahden pinnan väliin, ja järjestetyn matriisimetallin määrä on suurempi 20 kuin mitä tarvitaan oleellisesti täydelliseen tunkeutumiseen kulloiseenkin täyteaineeseen tai esimuottiin, niin tuloksena voi olla matriisimetallin jäännös, joka sijaitsee ainakin kahden metallimatriisikomposiittikappaleen väissä, jotka vuorostaan ovat kulloinkin sitoutuneet aina-25 kin yhteen toiseen kappaleeseen. Sellainen matriisimetallin jäännös voi auttaa yhteenlittettävien kappaleiden välisten jännitysten vähentämisessä.
Metallimatriisikomposiitti toimii ideaalisena sidosväli-30 neenä sidottaessa toisiinsa varsin erilaisia kappaleita tai aineita. Metallimatriisikomposiittia voidaan esimerkiksi käyttää metallien sitomiseksi metalleihin, metallien sitomiseksi keraameihin ja keraamien sitomiseksi keraamei- li 13 y \ ö G 8 hin. Keksinnön mukaisesti tuotettu metal liinat riisikom-posiitti voi ainutlaatuisella tavalla toimia sidosvälinee-nä, johtuen laajasta valikoimasta täyteaineita ja/tai matriisimetalleja, joita voidaan yhdistellä hyväksyttävän 5 sidoksen aikaansaamiseksi kahden aineen välille. Lisäksi matriisimetallin jäännöksen sisällyttäminen lisää suunnittelun joustavuutta. Jos esimerkiksi yhteenliitettävillä kappaleilla on toisistaan hyvin paljon poikkeavat lämpö-laajenemiskertoimet, niin että kappaleiden sitominen ta-10 vanomaisin keinoin olisi vaikeata, saattaa metallimatrii-sikomposiitti sopia täydellisesti tähän tehtävään. Erityisesti voitaisiin tuottaa metallimatriisikomposiit-ti, jonka lampolaajenemiskerroin olisi molempien kappaleiden kertoimien välissä. Koska metallimatriisikomposiitissa 15 on lisäksi sekä täyteainetta että matriisimetallia, pystyy komposiitti ainutlaatuisella tavalla sitomaan keraameja (tai keraamikomposiitteja) metalleihin. Sellainen sidos on ollut vaikea saavuttaa tavanomaisin keinoin.
20 Täyteaine tai esimuotti voidaan asettaa koskettamaan, tai se voidaan kiinnittää ainakin toiseen kappaleista, jotka on sidottava toisiinsa. Täyteaine voitaisiin esimerkiksi levittää lietteenä tai tahnana suihkuttamalla, maalaamalla, upottamalla, jne, ainakin yhden yhteenliitettävän 25 kappaleen ainakin jollekin pinnan osalle. Lietteen tai tahnan päälle voidaan asettaa matriisimetallia oleva kalvo tai levy. Sopivia alumiiniseoksia ovat sellaiset, jotka sisältävät noin 5-10 painoprosenttia piitä ja/tai magnesiumia. Liete voidaan muodostaa sekoittamalla täyte-30 aineeseen vesipitoista liuosta, joka esimerkiksi sisältää magnesiumnitraattia ja/tai sinkkiasetaattia. Lisäksi voitaisiin esimuotti tehdä mihin tahansa sopivaan muotoon (esim. levy, kiekko tai vastaava) ja asettaa koskettamaan yhteenliitettäviä kappaleita. Jos täyteaine tai esimuotti 35 voidaan saattaa koskettamaan ainakin osaa yhteenlitettä-vien kappaleiden pinnoista, voidaan siten muodostaa hyväksyttävä, metallimatriisikomposiittia oleva sidosväline.
91 6 G 8 14
Sidoksen aikaansaamiseksi voi metallimatriisikomposii-tissa oleva matriisimetalli reagoida kemiallisesti sidottavaan kappaleeseen ja/tai metallimatriisikomposiitissa oleva läpäisevä täyteaine voi reagoida. Lisäksi voi 5 matriisimetalli 1) liuottaa yhteenliitettävän kappaleen tai kappaleet ja/tai 2) se voi absorboitua yhteenliitettävään kappaleeseen tai kappaleisiin. On huomattava, ettei matriisimetallin spontaanilla tunkeutumisella yhteenlii-tettävien kappaleiden tarvitse olla samaa ainetta.
10
Sulan matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi läpäisevään täyteainemassaan tai esimuottiin voidaan keksinnön edullisessa suoritusmuodossa syöttää tunkeutumisen edistäjää suoraan ainakin esimuottiin ja/tai 15 matriisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.
20 Toisessa edullisessa suoritusmuodossa tunkeutumisen edistäjän edeltäjää syötetään ulkoisesti tai sekoitetaan täyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumisen edistäjän edeltäjä reagoi sitten tyypillisesti ainakin täyteaineen tai esimuotin ja/tai matriisimetallin ja/tai tunkeutu-25 misatmosfäärin ja/tai yhteenliitettävien kappaleiden kanssa siten, että muodostuu tunkeutumisen edistäjää ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia, johon sulan matriisimetallin tulee tunkeutua.
30 Huomattakoon, että tämä hakemus käsittelee pääasiassa alumiinimatriisimetalleja, jotka jossain metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisen aikana ovat kosketuksessa magnesiumiin, joka toimii tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä, tunkeutumisatmosfäärinä toimivan typen läsnä-35 ollessa. Siten alumiini/magnesium/typpi-järjestelmän matriisimetalli /tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutu-misatmosfääri-järjestelmällä esiintyy spontaania li 91608 15 tunkeutumista. Monet muut matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmät voivat kuitenkin käyttäytyä samantapaisesti kuin alumii-ni/magnesium/typpi-järjestelmä. Samantapaista spontaania 5 tunkeutumiskäyttäytymistä on esimerkiksi havaittu alumii-ni/strontium/typpi-järjestelmässä; alumiini/sinkki/happi-järjestelmässä; sekä alumiini/kalsium/typpi-järjestelmässä. Vastaavasti, vaikka tässä hakemuksessa käsitellään ainoastaan tässä viitattuja järjestelmiä, on ymmärrettävä, 10 että muut metallimatriisi/tunkeutumisen edistäjän edeltä- jä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmät voivat käyttäytyä samantapaisesti, ja keksinnön katsotaan kattavan myös ne.
Matriisimetallin käsittäessä alumiiniseosta saatetaan alu-15 miiniseos kosketukseen esimuottiin, joka käsittää täyte ainetta (esim. alumiinioksidia tai piikarbidia), tai täyteaineeseen, jolloin mainittuun esimuottiin tai täyteaineeseen on sekoitettu magnesiumia, ja/tai jolloin ne saatetaan magnesiumin vaikutuksen alaiseksi prosessin 20 jossakin kohdassa. Edullisessa suoritusmuodossa alumiini seos ja/tai esimuotti tai täyteaine pidetään lisäksi typpiatmosfäärissä ainakin prosessin osan aikana. Esi-muotissa esiintyy spontaania tunkeutumista, ja spontaanin tunkeutumisen ja metallimatriisin muodostumisen määrä tai 25 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 30 koostumus, kolmiulotteisesti liittyneen aineen huokoisuuden määrä, typen pitoisuus tunkeutumisatmosfäärissä, aika jona tunkeutumisen annetaan esiintyä, ja/tai lämpötila, jossa tunkeutuminen esiintyy. Spontaania tunkeutumista esiintyy tyypillisesti niin suuressa määrin, että se 35 riittää oleellisen täydellisesti ympäröimään kolmiulotteisesti liittyneen aineen, esimuotin tai täyteaineen.
91608 16 Määritelmiä "Alumiini" merkitsee ja sisältää tässä käytettynä oleellisesti puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, 5 kaupallisesti saatavan seostamattoman alumiinin) tai metallin ja metalliseosten muita laatuja, kuten kaupallisesti saatavat metallit, joissa on epäpuhtauksia ja/tai jotka sallivat siinä olevan sellaisia ainesosia, kuten rautaa, piitä, kuparia, magnesiuma, mangaania, kromia, sinkkiä, 10 jne. Tämän määritelmän tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pääainesosana.
"Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tässä käytettynä 15 sitä, että tunkeutumisatmosfäärin muodostavan primääri-kaasun lisänä oleva mikä tahansa kaasu on joko inerttiä kaasua tai pelkistävää kaasua, joka oleellisesti ei reagoi matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien kaasussa (kaasuissa) epäpuhtautena mahdollisesti läsnä 20 olevien hapettavien kaasujen määrän tulisi olla riittämätön matriisimetallin hapettamiseen missään oleellisessa määrin prosessin olosuhteissa.
"Estoaine" tai "estoväline" merkitsee tässä käytettynä mitä 25 tahansa soveltuvaa välinettä, joka vuorovaikuttaa, estää, torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, täyteainemassan tai esimuotin rajapinnan taakse, jolloin mainittu estoväline määrittelee sellaisen rajapinnan. Sopivia estovälineitä voivat olla 30 mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset . tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole oleellisesti haihtuvia (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, että siitä tulisi estoaineena hyödytön).
35
Lisäksi sopivat "estovälineet" sisältävät aineita, joita : kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana 91608 17 ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan 5 tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja määrittelee ainakin osan tuloksena olevan metallimatriisi-komposiittituotteen pinnasta. Estoaine voi määrätyissä tapauksissa olla läpäisevää tai huokoista, 10 tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.
"Sidoskappaleet" tai "yhteenliitettävät kappaleet" tai 15 "verekkäiset kappaleet" merkitsevät tässä käytettyinä mitä tahansa kahta tai useampaa kappaletta, jotka voidaan liittää metallimatriisikomposiitiin, ja niihin sisältyvät metallit, keraamit, keraamikomposiitit, kermet-aineet, lasi ja näiden yhdistelmät, mutta näitä ei ole pidettävä 20 rajoittavina.
"Jäännökset" tai "matriisimetallin jäännökset" viittaa tässä käytettynä alkuperäisen matriisimetallirungon mahdolliseen osaan, joka jää jäljelle ja joka ei ole kulunut 25 metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostuksen aikana, ja tyypillisesti, jos sen annetaan jäähtyä, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Tulisi ymmärtää, että jäännökset voivat myös sisältää toista tai vierasta ainetta.
30 "Täyteaine" on tässä käytettynä tarkoitettu sisältämään joko yksittäisiä aineksia tai ainesseoksia, jotka oleellisesti eivät reagoi matriisimetallin kanssa ja/tai joilla on rajoitetu liukenevuus matriisimetalliin, ja jotka voivat 35 olla yksi- tai useampifaasisia. Täyteaineita voidaan järjestää lukuisissa eri muodoissa, kuten jauheina, liuskoina, hiutaleina, mikropalloina, kuitukiteinä, kuplina, 18 91608 jne, ja ne voivat olla joko tiiviitä tai huokoisia. Täyteaine on joko keraamista täyteainetta, kuten alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina kuituina, hiukkasina, kuitukiteinä, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tai 5 vastaavina, tai keräämillä päällystettyä täyteainetta, kuten hiilikuituja, jotka on päällystetty alumiinioksidilla tai piikarbidilla hiilen suojaamiseksi esim. sulan perusmetalli-alumiinin syövyttävältä vaikutukselta.
10 "Tunkeutumisatmosfääri" tässä käytettynä tarkoittaa sitä atmosfääriä, joka on läsnä ja joka vuorovaikuttaa mat-riisimetallin ja/tai esimuotin (tai täyteaineen) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän kanssa ja sallii tai edistää matriisimetallin 15 spontaanin tunkeutumisen esiintymisen.
"Tunkeutumisen edistäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka edistää tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumi-20 sen edistäjä voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktiolla tunkeutumisatmosfäärin kanssa 1) kaasun ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tunkeutumisatmosfäärin reaktiotuotteen ja/tai 3) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja täyteaineen tai esi-25 muotin reaktiotuotteen muodostamiseksi. Lisäksi tunkeutumisen edistäjää voidaan syöttää suoraan ainakin yhteen seuraavista: esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfääriin; ja se voi toimia oleellisesti samalla tavalla kuin tunkeutumisen edistäjä, joka on muo-30 dostunut tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja jonkin toisen aineen reaktiona. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutu-* misen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita aina kin osassa täyteainetta tai esimuottia spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.
li 91 6C8 19 "Tunkeutumisen edistäjän edeltäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka yhdessä matriisimetallin, esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin kanssa käytettynä muodostaa tunkeutumisen edistäjän, joka aiheuttaa tai avustaa mat-5 riisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Haluamatta sitoutua mihinkään määrättyyn teoriaan tai selitykseen, vaikuttaa siltä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjää pitäisi pystyä asettamaan, sen pitäisi sijaita tai sitä pitäisi voida kuljettaa sellaiseen 10 kohtaan, joka sallii tunkeutumisen edistäjän edeltäjän olla vuorovaikutuksessa tunkeutumisatmosfäärin kanssa ja/tai esimuotin tai täyteaineen ja/tai metallin kanssa. Eräissä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-tumisatmosfääri-järjestelmissä on esimerkiksi toivotta-15 vaa, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä höyrystyy siinä lämpötilassa jossa matriisimetalli sulaa, tämän lämpötilan lähellä, tai eräissä tapauksissa jopa jonkinverran tämän lämpötilan yläpuolella. Sellainen höyrystyminen saattaa johtaa: 1) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon 20 tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kaasun muodosta miseksi, joka edistää täyteaineen tai esimuotin kostuttamista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa 25 olevan tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista; ja/tai 3) sellaiseen tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon täyteaineessa tai esimuotissa, joka muodostaa kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan 30 tunkeutumisen edistäjän ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista.
"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevät tässä käytettynä sitä metallia, jota käytetään metallimat-35 riisikomposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumis ta) ja/tai sitä metallia, joka sekoittuu täyteaineeseen metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi 20 91608 (esim. tunkeutumisen jälkeen). Kun matriisimetalliksi nimetään määrätty metalli, on ymmärrettävä, että sellainen matriisimetalli sisältää tämän metallin oleellisesti puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa 5 on epäpuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostaman yhdisteenä tai seoksena, jossa tämä metalli on pääasiallisena osana.
"Matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-10 tumisatmosfääri-järjestelmä" eli "spontaani järjestelmä” viittaa tässä käytettynä siihen aineiden yhdistelmään, jolla esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin ja täyteaineeseen. On ymmärrettävä, että kun esimerkin mat-riisimetallin, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tun-15 keutumisatmosfäärin välissä esiintyy merkki "/", sitä käytetään merkitsemään järjestelmää tai aineiden yhdistelmää, jolla määrätyllä tavalla yhdisteltynä esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin tai täyteaineeseen.
20 "Metallimatriisikomposiitti" eli "MMC” merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka käsittää kaksi- tai kolmiulottei-sesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitää sisällään esimuottia tai täyteainetta. Matriisimetalli voi sisältää erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan 25 erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tuloksena olevassa komposiitissa.
Matriisimetallista "poikkeava" metalli merkitsee metallia, joka ei sisällä pääasiallisena ainesosana samaa metallia 30 kuin matriisimetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin pääasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metallin pääasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).
"Ei-reaktiivinen astia matriisimetallia varten" merkitsee 35 mitä tahansa astiaa, joka voi sisältää täyteainetta (tai esimuotin) ja/tai sulaa matriisimetallia prosessin oloissa, ja joka ei reagoi matriisin ja/tai tunkeutumisatmos- ti 91608 21 fäärin ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai täyteaineen tai esimuotin kanssa sellaisella tavalla, joka oleellisesti huonontaisi spontaania tunkeutumismekanis-mia.
5 "Esimuotti" tai "läpäisevä esimuotti" merkitse tässä käytettynä sellaista huokoista täytemassaa tai täyte-ainemassaa, joka valmistetaan ainakin yhdellä rajapinnalla, joka oleellisesti määrittelee tunkeutuvalle mat-10 riisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittävän hyvin pitää ehjän muotonsa ja tuorelujuuden, niin että se aikaansaa mittapysyvyyden ennen kuin matriisimetalli tunkeutuu siihen. Massan tulisi olla riittävän huokoista, niin että se sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen 15 siihen. Tyypillisesti esimuotti käsittää sidotun ryhmän tai täyteaineen järjestelyn, joko homogeenisen tai epähomogeenisen, ja se voi käsittää mitä tahansa soveltuvaa ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauheita, kuituja, kuitukiteitä, jne, sekä mitä tahansa näiden 20 yhdistelmää). Esimuotti voi olla joko erillisenä tai kokoonpanona.
"Varastolähde" tai varasto merkitsee tässä käytettynä erillista matriisimetallin kappaletta, joka on sijoitettu 25 täyteainemassan tai esimuotin suhteen niin, että kun metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eräissä tapauksissa alunperin aikaansaamaan ja sen jälkeen täydentämään sitä matriisimetallin osaa, segmenttiä tai lähdettä, joka koskettaa täyteainetta tai esimuottia. Varastoa 30 voidaan käyttää metallin järjestämiseksi, joka poikkeaa matriisimetallista.
"Spontaani tunkeutuminen" merkitsee tässä käytettynä matriisimetallin tunkeutumista läpäisevään täyteainemassaan 35 tai esimuottiin, joka tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjön käyttämistä (ei ulkoisesti kohdistettua eikä sisäisesti kehitettyä).
22 91 6 G 8
Seuraavat kuviot on järjestetty keksinnön ymmärtämisen tueksi, mutta niitä ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnön suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on käytetty mahdollisuuksien mukaan samoja viitenumeroita osoittamaan 5 samanlaisia osia, jolloin:
Kuvio 1 on kaaviollinen poikkileikkaus ainekokoonpanosta, jota käsiteltiin esimerkin 1 mukaisesti; 10 Kuvio 2 on mikrovalokuva 100-kertaisella suurennoksella sidoksen poikkileikkauksesta, joka muodostettiin esimerkin 1 mukaisesti; ja
Kuvio 3 on mikrovalokuva 100-kertaisella suurennoksella 15 sidoksen poikkileikkauksesta, joka muodostettiin esimerkin 2 mukaisesti.
Esillä oleva keksintö liittyy metallimatriisikomposiitin sidoskerroksen muodostamiseen kahden tai useamman yhteen 20 liitettävän kappaleen ainakin osan välillä. Metallimatrii-sikomposiitti tuotetaan antamalla sulan matriisimetallin spontaanisti tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin. Erityisesti tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjä ja/tai tunkeutumisatmosfääri ainakin 25 prosessin jossakin vaiheessa on yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin, mikä sallii sulan matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen täyteaineeseen tai esimuottiin. Sellainen spontaani tunkeutuminen täyteaineeseen tai esimuottiin, joka sijaitsee kahden tai useamman sidoskappaleen 30 ainakin osan välissä, toimii sitoen tai liittäen sidoskap-paleet toisiinsa.
Sidosvälineenä toimivan metallimatriisikomposiitin koko voi olla suhteellisen pieni yhteenliitettäviin kappalei-35 siin nähden, tai se voi olla jonkin verran suurempi kuin yhteenliitettävät kappaleet. Metallimatriisi-komposiitti-
II
91608 23 kappaleen ensisijaisena tarkoituksena on kuitenkin sitoa yhteen ainakin kaksi lisäkappaletta.
Yhteenliitettävien kappaleiden välissä voi lisäksi olla 5 läsnä jäljelle jäänyttä matriisixnetallia, tai matriisime-tallin jäännöstä. Jos esimerkiksi matriisimetallikappale asetetaan täyteaineen tai esimuotin ainakin kahden pinnan väliin, ja järjestetyn matriisimetallin määrä on suurempi kuin mitä tarvitaan oleellisesti täydelliseen tunkeutumi-10 seen kulloiseenkin täyteaineeseen tai esimuottiin, niin tuleoksena voi olla matriisimetallin jäännös, joka sijaitsee ainakin kahden metallimatriisi-komposiittikappaleen väissä, jotka vuorostaan ovat kulloinkin sitoutuneet ainakin yhteen toiseen kappaleeseen. Sellainen matriisime-15 tallin jäännös voi auttaa yhteenlittettävien kappaleiden välisten jännitysten vähentämisessä.
Metallimatriisikomposiitti toimii ideaalisena sidosvä-lineenä sidottaessa toisiinsa varsin erilaisia kappaleita 20 tai aineita. Metallimatriisikomposiittia voidaan esimerkiksi käyttää metallien sitomiseksi metalleihin, metallien sitomiseksi keraameihin ja keraamien sitomiseksi keraamei-hin. Keksinnön mukaisesti tuotettu metallimatriisikomposiitti voi ainutlaatuisella tavalla toimia sidosvälinee-25 nä, johtuen laajasta valikoimasta täyteaineita ja/tai matriisimetalleja, joita voidaan yhdistellä hyväksyttävän sidoksen aikaansaamiseksi kahden aineen välille. Lisäksi mahdollisuus matriisimetallin jäännöksen sisällyttämiseksi lisää suunnittelun joustavuutta. Jos esimerkiksi yh-30 teenliitettävillä kappaleilla on toisistaan hyvin paljon poikkeavat lämpölaajenemiskertoimet, niin että kappaleiden sitominen tavanomaisin keinoin olisi vaikeata, saattaa metallimatriisikomposiitti sopia täydellisesti tähän tehtävään. Erityisesti voitaisiin tuottaa metallimatriisikom-35 posiitti, jonka lämpölaajenemiskerroin olisi molempien kappaleiden kertoimien välissä. Koska metallimatriisikom-posiitissa on lisäksi sekä täyteainetta että matriisime- 24 91608 tallia, pystyy komposiitti ainutlaatuisella tavalla sitomaan keraameja (tai keraamikomposiitteja) metalleihin. Sellainen sidos on ollut vaikea saavuttaa tavanomaisin keinoin.
5 Täyteaine tai esimuotti voidaan asettaa koskettamaan, tai se voidaan kiinnittää ainakin toiseen kappaleista, jotka on sidottava toisiinsa. Täyteaine voitaisiin esimerkiksi levittää lietteenä tai tahnana suihkuttamalla, maalaamal-10 la, upottamalla, jne, ainakin yhden yhteenliitettävän kappaleen ainakin jollekin pinnan osalle. Lietteen tai tahnan päälle voidaan asettaa matriisimetallia oleva kalvo tai levy. Sopivia alumiiniseoksia ovat sellaiset, jotka sisältävät noin 5-10 painoprosenttia piitä ja/tai 15 magnesiumia. Liete voidaan muodostaa sekoittamalla täyteaineeseen vesipitoista liuosta, joka esimerkiksi sisältää magnesiumnitraattia ja/tai sinkkiasetaattia. Lisäksi voitaisiin esimuotti tehdä mihin tahansa sopivaan muotoon (esim. levy, kiekko tai vastaava) ja asettaa koskettamaan 20 yhteenliitettäviä kappaleita. Jos täyteaine tai esimuotti voidaan saattaa koskettamaan ainakin osaa yhteenlitettä-vien kappaleiden pinnoista, voidaan siten muodostaa hyväksyttävä, metallimatriisikomposiittia oleva sidosväline.
25 Sidoksen aikaansaamiseksi voi metallimatriisikomposii-tissa oleva matriisimetalli reagoida kemiallisesti sidottavaan kappaleeseen ja/tai metallimatriisikomposiitissa oleva läpäisevä täyteaine voi reagoida. Lisäksi voi matriisimetalli 1) liuottaa yhteenliitettävän kappaleen 30 tai kappaleet ja/tai 2) se voi absorboitua yhteenliitettävään kappaleeseen tai kappaleisiin. On huomattava, ettei matriisimetallin spontaanilla tunkeutumisella yhteenlii-tettävien kappaleiden tarvitse olla saunaa ainetta.
35 Matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi täyteaineeseen tai esimuottiin, tulisi spontaaniin . järjestelmään järjestää tunkeutumisen edistäjä. Tunkeutu- li 91608 25 misen edistäjä voisi muodostua tunkeutumisen edistäjän edeltäjästä, joka voitaisiin järjestää 1) matriisimetal-liin, ja/tai 2) täyteaineeseen tai esimuottiin, ja/tai 3) tunkeutumisatmosfääristä, ja/tai 4) ulkoisesta lähteestä 5 spontaaniin järjestelmään. Lisäksi, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sijasta voidaan tunkeutumisen edistäjää syöttää suoraan ainakin joko täyteaineeseen tai esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmos-fääriin. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, 10 tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.
Edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjän voidaan ainakin osittain antaa 15 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-20 nesiumia ja tunkeutumisatmosfäärinä typpeä, niin tunkeutumisen edistäjä voisi olla magnesiumnitridiä, joka voisi sijaita ainakin osassa esimuottia tai täyteainetta).
Esimerkkinä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edel-25 täjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmästä on alumiini/ magnesium/typpi-järjestelmä. Erityisesti voidaan alumii-nimatriisimetalli sisällyttää sopivassa tulenkestävässä astiassa olevaan täyteaineeseen, joka astia prosessiolois-sa ei reagoi alumiinimatriisimetallin ja/tai täyteaineen 30 kanssa, kun alumiini sulatetaan. Magnesiumia sisältävä tai sille altistuva täyteaine, joka ainakin prosessin jossakin vaiheessa altistuu typpiatmosfäärille, voidaan päästää kosketukseen sulan alumiinimatriisimetallin kanssa. Mat-riisimetalli tunkeutuu sitten spontaanisti täyteaineeseen 35 tai esimuottiin.
26 91608
Lisäksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän syöttämisen sijasta voidaan syöttää tunkeutumisen edistäjää suoraan ainakin joko täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai mat-riisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin. Lopuksi 5 ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.
Niissä oloissa, joita käytetään esillä olevan keksinnön 10 mukaisessa menetelmässä, alumiini/magnesium/typpi-spon- taanissa tunkeutumisjärjestelmän tapauksessa esimuotin tai täyteaineen tulisi olla riittävän läpäisevää, jotta typpeä sisältävä kaasu voisi tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin prosessin jonkin vaiheen aikana ja/tai koskettaa 15 sulaa matriisimetallia. Lisäksi läpäisevässä täyteaineessa tai esimuotissa voi tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin aiheutuu sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen typen läpäisemään täyteaineeseen tai esimuottiin, niin että se muodostaa metal1imatriisi-kom-20 posiittikappaleen ja/tai sattaa typen reagoimaan tunkeu tumisen edistäjän edeltäjän kanssa tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi täyteaineeseen tai esimuottiin aiheuttaen näin spontaanin tunkeutumisen. Spontaanin tunkeutumisen määrä tai nopeus ja metallimatriisikomposiitin muodostu-25 minen vaihtelee prosessiolojen annetun yhdistelmän mukaisesti, joita ovat mm. magnesiumin määrä alumiiniseoksessa, magnesiumin määrä täyteaineessa tai esimuotissa, mag-nesiumnitridin määrä esimuotissa tai täyteaineessa, muiden seosalkuaineiden (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, 30 kromi, sinkki, ja vastaavat) läsnäolo, täyteaineen keskimääräinen koko (esim. hiukkashalkaisija), täyteaineen pintatila ja tyyppi, tunkeutumisatmosfäärin typpipitoisuus, tunkeutumiselle annettu aika ja lämpötila, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Annettaessa esimerkiksi sulan 35 alumiinimatriisimetallin tunkeutumisen tapahtua spontaanisti, voidaan alumiini seostaa ainakin noin 1 painoprosentilla, ja edullisesti ainakin noin 3 painoprosentilla li 27 9160b magnesiumia (joka toimii tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä), seoksen painoon verrattuna. Muita lisäseosalkuai-neita, kuten edellä on selitetty, voidaan myös sisältää matriisimetalliin sen erityisten ominaisuuksien räätälöi-5 miseksi. Lisäksi lisäseosalkuaineet voivat vaikuttaa matriisin alumiinimetallissa tarvittavan magnesiumin määrään, niin että se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen täyteaineeseen. Magnesiumin häviämistä spontaanista järjestelmästä, esimerkiksi höyrystymisen vuoksi, ei saisi tapahtua niin 10 suuressa määrin, ettei magnesiumia ole läsnä muodostamaan tunkeutumisen edistäjää. Siten on toivottavaa, että aluksi käytetään riittävää seosalkuaineiden määrää jotta spontaani tunkeutuminen voisi tapahtua höyrystymisen sitä haittaamatta. Lisäksi magnesiumin läsnäolo sekä täyteaineessa 15 että matriisimetallissa tai pelkästään täyteaineessa voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista varten vaadittavan määrän pienenemiseen (jota selitetään yksityiskohtaisemmin alempana).
20 Typpiatmosfäärissä olevan typen määrä vaikuttaa myös metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisnopeu-teen. Erityisesti jos tunkeutumisatmosfäärissä on alle 10 tilavuusprosenttia typpeä, niin spontaania tunkeutumista esiintyy hyvin hitaasti tai hyvin vähän. On havaittu, että 25 on edullista kun atmosfäärissä on ainakin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin aikaansaadaan lyhyempiä tunkeu-tumisaikoja paljon suuremmasta tunkeutumismäärästä johtuen. Tunkeutumisatmosfääri (esim. typpeä sisältävä kaasu) voidaan syöttää suoraan täyteaineseen tai esimuottiin 30 ja/tai matriisimetalliin, tai se voidaan tuottaa yhden tai useamman aineen hajoamisen tuloksena.
Sulan matriisimetallin täyteaineseen tai esimuottiin tunkeutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin vähim-35 mäismäärä riippuu yhdestä tai useammasta tekijästä, kuten prosessin lämpötilasta, ajasta, muiden lisäseosalkuainei-den kuten piin tai sinkin läsnäolosta, täyteaineen luon- 28 91608 teestä, magnesiumin sisältymisestä yhteen tai useampaan spontaanin järjestelmän osaan, atmosfäärin typpisisällös-tä, ja typpiatmosfäärin virtausmäärästä. Voidaan käyttää alempia lämpötiloja tai lyhyempiä kuumennusaikoja täydel-5 lisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun seoksen ja/tai täyteaineen magnesiumpitoisuutta nostetaan. Samaten annetulla magnesiumpitoisuudella määrättyjen lisäseosalkuai-neiden, kuten sinkin lisääminen mahdollistaa alempien lämpötilojen käyttämisen. Esimerkiksi matriisimetallin 10 magnesiumpitoisuutta toimivan alueen alapäässä, esim välillä noin 1-3 painoprosenttia, voidaan käyttää yhdessä ainakin jonkin seuraavien kanssa: vähimmäisprosessilämpö-tilan ylittävä lämpötila, suuri typpipitoisuus, yksi tai useampia lisäseosalkuaineita. Ellei täyteaineeseen lisätä 15 lainkaan magnesiumia, pidetään välillä noin 3-5 painoprosenttia magnesiumia sisältäviä seoksia edullisina, johtuen niiden yleisestä käytettävyydestä laajoilla pro-sessiolojen alueilla, jolloin ainakin 5 painoprosenttia pidetään edullisena käytettäessä alempia lämpötiloja ja 20 lyhyempiä aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan käyttää 10 painoprosentin ylittäviä magnesiumpitoisuuksia tunkeutumiseen vaadittavien lämpötilaolojen muuntelemiseksi. Magnesiumpitoisuutta voidaan pienentää muiden seosalkuainei-den yhteydessä, mutta nämä alkuaineet palvelevat ainoastaan 25 lisätoimintoja, ja niitä käytetään edellä mainitun magnesiumin minimimäärän tai sen ylittävän määrän kanssa. Esimerkiksi oleellisesti mitään tunkeutumista ei esiintynyt nimellisesti puhtaalla alumiinilla, jota oli seostettu vain 10 % piillä, 1000 °C lämpötilassa, alustaan 39 30 Crystolon (99 % puhdasta piikarbidia Norton Co:lta), jonka raekoko oli 500 mesh (mesh = seulan aukkojen lukumäärä tuumaa kohti). Magnesiumin läsnäollessa on kuitenkin piin havaittu edistävän tunkeutumisprosessia. Toisena esimerkkinä magnesiumin määrä muuttuu, jos sitä syötetään yksin-35 omaan täyteaineeseen. On havaittu, että spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun spontaaniin järjestelmään syötetään pienempi painoprosentti magnesiumia, jos ainakin jokin
II
91608 29 määrä syötetyn magnesiumin kokonaismäärästä sijoitetaan esimuottiin tai täyteaineeseen. Saattaa olla toivottavaa, että magnesiumia järjestetään pienempi määrä, jotta vältettäisiin ei-toivottujen metalliyhdisteiden syntyminen 5 metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Esimuotin ollessa piikarbidia on havaittu, että matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti esimuottiin, kun esimuotti saatetaan kosketukseen alumiinimatriisimetallin kanssa, esimuotin sisältäessä ainakin 1 painoprosenttia magnesiumia ja oleelli-10 sesti puhtaan typpiatmosfäärin läsnäollessa.
Alumiinioksidi-esimuotin tapauksessa hyväksyttävän spontaanin tunkeutumisen saavuttamiseksi vaadittu magnesiumin määrä on hieman suurempi. Erityisesti on havaittu, että kun samantapainen alumiinimatriisimetalli saatetaan kos-15 kettamaan alumiinioksidi-esimuottia, likimain samassa lämpötilassa kuin alumiini joka tunkeutui piikarbidi-esimuot-tiin, ja saman typpiatmosfäärin läsnäollessa, niin saatetaan tarvita ainakin noin 3 painoprosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumisen aikaansaa-20 miseksi, kuin se joka saavutettiin juuri edellä kuvatun piikarbidi-esimuotin yhteydessä.
On myös havaittu, että on mahdollista syöttää spontaaniin järjestelmään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai 25 tunkeutumisen edistäjää seoksen pinnalle ja/tai esimuotin tai täyteaineen pinnalle ja/tai esimuottiin tai täyteaineeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin (ts. saattaa olla, ettei syötettyä tunkeutumisen edistäjän edeltäjää tai tunkeutu-30 misen edistäjää tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan että sitä yksinkertaisesti syötetään spontaaniin järjestelmään). Jos magnesiumia levitettäisiin matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, että tämä pinta olisi se pinta, joka on lähimpänä tai edullisesti kosketuksessa 35 täyteaineen läpäisevään massaan tai päinvastoin; tai sellaista magnesiumia voitaisiin sekoittaa ainakin täyteaineen osaan. Lisäksi on mahdollista, että voitaisiin 30 91608 käyttää pinnalle levittämisen, seostamisen ja magnesiumin ainakin täyteaineen osaan sijoittamisen joitakin yhdistelmiä. Sellaiset yhdistelmät tunkeutumisen edistäjän (edistäjien) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän (edeltä-5 jien) levittämisessä saattaisivat johtaa alumiini-matriisimetallin täyteaineeseen tunkeutumisen edistämiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispainoprosenttimäärän pienenemiseen, samoinkuin alempien lämpötilojen saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyä. Lisäksi mag-10 nesiumin läsnäolosta johtuva metallien epätoivottujen keskinäisten yhdisteiden muodostuminen voitaisiin myös minimoida.
Yhden tai useamman lisäseosalkuaineen käyttäminen ja 15 ympäröivän kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myös mat-riisimetallin nitrautumiseen annetussa lämpötilassa. Esimerkiksi voidaan seokseen sisällyttää tai seoksen pinnalle levittää sellaisia lisäseosalkuaineita kuin sinkkiä tai rautaa tunkeutumislämpötilan alentamiseksi ja siten muo-20 dostuvan nitridin määrän pienentämiseksi, kun taas kaasussa olevan typen pitoisuuden lisäämistä voitaisiin käyttää nitridin muodostumisen edistämiseen.
Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai 25 täyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin pitoisuus pyrkii myös vaikuttamaan tunkeutumisen määrään annetussa lämpötilassa. Vastaavasti eräissä tapauksissa, joissa pieni määrä tai ei lainkaan magnesiumia saa olla kosketuksessa suoraan esimuottiin tai täyteaineeseen, 30 saattaa olla edullista, että ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia sisällytetään seokseen. Tätä arvoa pienemmät seosmäärät, kuten 1 painoprosentti magnesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilämpötilat tai lisäseosalkuaineita tunkeutumista varten. Tämän keksinnön spontaanin 35 tunkeutumisprosessin toteuttamiseksi vaadittu lämpötila voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoi-suutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 painoprosenttiin;
II
91608 31 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.
5 Yleensä esiintyy spontaania ja etenevää tunkeutumista prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 675 °C, edullisesti prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 750 -800 °C. Yleensä yli 1200 °C olevat lämpötilat eivät näytä edistävän prosessia, ja erityisen käyttökepoiseksi lämpö-10 tilaksi on havaittu alue noin 675 °C - noin 1200 °C. Kuitenkin yleisenä sääntönä spontaanin tunkeutumisen lämpötila on sellainen lämpötila, joka on matriisimetallin sulamispisteen yläpuolella mutta matriisimetallin höyrystymis lämpötilan alapuolella. Lisäksi spontaanin tunkeutu-15 misen lämpötilan tulisi olla täyteaineen sulamispisteen alapuolella. Edelleen, kun lämpötilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfäärin välisen reaktiotuotteen muodostamiseen (esim. alumiinimat-riisimetallin ja typpeä olevan tunkeutumisatmosfäärin 20 tapauksessa saattaa muodostua alumiininitridiä) . Sellaiset reaktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-toivot-tuja, riippuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aiotusta käytöstä. Lisäksi tyypillisesti käytetään sähkövas-tuskuumennusta tunkeutumislämpötilojen saavuttamiseksi. 25 Keksinnön yhteydessä käytettäväksi hyväksytään kuitenkin mikä tahansa kuumennusväline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan ja joka ei vaikuta haitallisesti spontaaniin tunkeutumiseen.
30 Esillä olevassa menetelmässä esimerkiksi läpäisevä täyteaine tai esimuotti saatetaan kosketukseen sulan alumiinin kanssa typpeä sisältävän kaasun ollessa läsnä ainakin jossakin prosessin vaiheessa. Typpeä sisältävää kaasua voidaan syöttää ylläpitämään jatkuva kaasun virtaus kos-35 ketukseen ainakin joko täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai sulaan alumiinimatriisimetalliin. Vaikkei typpeä sisältävän kaasun virtausmäärä ole kriittinen, pidetään 91608 32 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 5 vaikutus sulaan metalliin.
Metallimatriisikomposiitin muodostamismenetelmää voidaan soveltaa täyteaineiden laajaan valikoimaan, ja täyteaineiden valinta riippuu sellaisista tekijöistä, kuten mat-10 riisiseoksesta, prosessin olosuhteista, sulan matriisi-seoksen reaktiivisuudesta täyteaineen kanssa, täyteaineen kyvystä sopeutua matriisimetalliin, sekä lopulliselle komposiittituotteelle haetuista ominaisuuksista. Kun mat-riisimetallina on esimerkiksi alumiini, lukeutuvat sopi-15 viksi täyteaineiksi a) oksidit, esim. alumiinioksidi, b) karbidit, esim. piikarbidi, c) boridit, esim. alumiinido-dekaboridi, ja d) nitridit, esim. alumiininitridi. Mikäli täyteaine pyrkii ragoimaan sulan alumiinimatriisimetallin kanssa, tämä voidaan ottaa huomioon minimoimalla tunkeu-20 tumisaika ja -lämpötila tai järjestämällä reagoimaton päällystys täyteaineelle. Täyteaine voi käsittää alustan, kuten hiiltä tai ei-keraamista ainetta, jonka päällä on keraaminen päällystys alustan suojaamiseksi syöpymiseltä tai heikkenemiseltä. Sopivia keraamipäällysteitä ovat mm. 25 oksidit, karbidit, boridit ja nitridit. Esillä olevassa menetelmässä käytettäviksi edullisina pidettyjä keraameja ovat mm. alumiinioksidi ja piikarbidi hiukkasten, hiutaleiden, kuitukiteiden ja kuitujen muodossa. Kuidut voivat olla epäjatkuvia (leikatussa muodossa) tai jatkuvan säikeen 30 muodossa, kuten monisäikeiset langat. Lisäksi täyteaine tai esimuotti voi olla homogeeninen tai epähomogeeninen.
On myös havaittu, että määrätyillä täyteaineilla esiintyy suurempaa tunkeutumista suhteessa täyteaineisiin, joilla 35 on samantapainen kemiallinen koostumus. Esimerkiksi US-pa-tentissa 4,713,360 (nimitys "Uusia keraamisia aineita ja menetelmiä niiden valmistamiseksi") kuvatulla menetelmällä 91 608 33 valmistetuilla murskatuilla alumiinioksidi-kappaleilla on edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin, ja tämän julkaisun kokonaisuus sisällytetään tähän viitteenä (tämän 5 patentin ulkomainen vastine julkaistiin EP-hakemuksen 0,155,831, 25.9.1985). Tässä patentissa selitetään menetelmää itsekantavien keraamikappaleiden tuottamiseksi, jotka on kasvatettu sulan perusedeltäjämetallin hapetus-tuotteena, jonka annetaan reagoida höyryfaasissa olevan 10 hapettimen kanssa hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi. Sula matriisimetalli kulkeutuu muodostuneen hapetusreaktiotuotteen läpi reagoidakseen hapettimen kanssa, muodostaen tällöin jatkuvasti keraamista monikiteistä kappaletta, joka haluttaessa voi sisältää liittyneen metalli-15 komponentin. Menetelmää voidaan edistää tai eräissä tapauksissa se voidaan mahdollistaa käyttämällä yhtä tai useampaa seosainetta, jota seostetaan perusmetalliin. Hapetettaessa esimerkiksi alumiinia ilmassa, on toivottavaa että magnesium ja pii seostetaan alumiinin kanssa niin 20 että tuotetaan alfa-alumiinioksidia olevia keraamisia rakenteita.
Samanlaista hapetusilmiötä käytettiin tuotettaessa keraamisia komposiittikappaleita rinnakkaisessa US-patenttiha-25 kelauksessamme 819,397 (17.1.1986), joka on jatkettu hakemus hakemuksestamme US 697,876 (4.2.1985) joiden kummankin nimitys on "Komposiittikeraamisia esineitä ja niiden valmistusmenetelmä" (tämän hakemuksen ulkomainen vastine on julkaistu EP-hakemuksena 0,193,292, 3.9.1986, joka 30 kokonaisuudessaan liitetään viitteenä tähän). Näissä hakemuksissa esitetään uusia menetelmiä itsekantavan keraa-mikomposiittikappaleen tuottamiseksi kasvattamalla perusmetallin edeltäjästä hapetusreaktiotuotetta läpäisevään täyteainemassaan (esim. piikarbidia tai alumiinioksidia 35 olevaan hiukkasmaiseen täyteaineeseen), jolloin täyteaineeseen tunkeutuu keraamimatriisi tai se ympäröidään keraamimatriisilla. Tuloksena olevalla komposiitilla ei 91 608 34 kuitenkaan ole mitään ennalta määrättyä geometriaa, muotoa tai rakennetta.
On havaittu, että matriisimetallin täydellinen tunkeutu-5 minen keraamista ainetta olevaan läpäisevään massaan voi tapahtua alemmissa tunkeutumislämpötiloissa ja/tai lyhyemmillä tunkeutumisajoilla käyttäen murskattuja tai hienonnettuja kappaleita, jotka on valmistettu edellä mainitun patentin ja rinnakkaisen patenttihakemuksemme mukaisilla 10 menetelmillä. Keksinnössä tutkitaan lisäksi keraamien tai keraamikomposiittien liittämistä toisiinsa, jolloin mainitut kappaleet tuotetaan edellä mainittujen hapetusreak-tion kasvatusmenetelmien mukaisesti. Erityisesti voidaan myös liittää yhteen keraameja tai keraamikomposiittikap-15 paleita, jotka käsittävät perusmetallin ja hapettimen hapetusreaktiotuotetta.
Täyteaineen koko ja muoto voi olla mikä tahansa sellainen, joka vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien 20 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 25 koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemiseksi tarvita korkeampi lämpötila tai pidempi aika kuin suuremmilla hiukkasilla. Lisäksi (esimuotiksi muotoillun) täyteaine-massan tulisi tunkeutumista varten olla läpäisevää (ts. 30 sen tulisi olla sulaa matriisimetallia ja tunkeutumisat-mosfääriä läpäisevää).
Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä metallimatrii-si-komposiittikappaleiden muodostamiseksi sallii oleelli-35 sesti yhtenäisten metallimatriisikomposiittien valmistamisen, joilla on suuri tilavuusosa täyteainetta ja pieni huokoisuus, koska ne eivät ole riippuvaisia paineen 91608 35 käyttämisestä sulan matriisimetallin puristamiseksi täy-teainemassaan. Suurempia täyteaineen tilavuusosuuksia voidaan aikaansaada käyttämällä alussa täyteainemassaa, jolla on pienempi huokoisuus, ja/tai järjestämällä hiukkasten 5 suurempi tiivistys käyttäen erikokoisia hiukkasia. Suurempia 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 10 rakenteeksi, mikä estäisi sulan seoksen tunkeutumisen.
On havaittu, että alumiinin tunkeutumista ja matriisin muodostumista varten keraamisen täyteaineen ympärille voi keraamisen täyteaineen kostutus alumiinimatriisimetallil-15 la olla tärkeä osa tunkeutumismekanismista. Lisäksi alhaisissa prosessilämpötiloissa esiintyy erittäin vähän tai häviävän vähän metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan erittäin vähäinen epäjatkuva alumiininitridin faasi metallimatriisiin jakautuneena. Kun lähestytään 20 lämpötila-alueen yläpäätä, tapahtuu kuitenkin todennäköisemmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan säätää nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamalla lämpötilaa, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Se määrätty lämpötila, jossa nitridin muodostuminen tulee merkittäväm-25 mäksi, muuttuvat myös sellaisista tekijöistä riippuen, kuten käytetty matriisin alumiiniseos ja sen määrä suhteessa täyteaineen määrään, täyteaineen määrä johon tunkeutumisen on tapahduttava, sekä tunkeutumisatmosfäärin typpipitoisuus. Esimerkiksi alumiininitridin muodostumi-30 sen määrän uskotaan määrätyssä prosessilämpötilassa kasvavan, kun seoksen kyky täyteaineen kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfäärin typpipitoisuus kasvaa.
Sen vuoksi on mahdollista räätälöidä metallimatriisin 35 rakennetta komposiitin muodostuksen aikana, niin että voidaan antaa tuloksena olevalle tuotteelle määrätyt ominaisuudet. Annetulla järjestelmällä voidaan prosessin 36 916138 olosuhteet valita nitridin muodostuksen säätämiseksi. Alumiininitridiä sisältävällä komposiittituotteella on eräitä ominaisuuksia, jotka voivat olla edullisia tuotteen suorituskyvylle tai parantaa niitä. Lisäksi alumiiniseok-5 sen spontaanin tunkeutumisen edullinen lämpötila-alue voi vaihdella käytetystä keraamisesta aineesta riippuen. Kun täyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeutumisen lämpötilan tulisi ylittää 1000 °C, mikäli halutaan, ettei matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkittävän 10 nitridin muodostumisen johdosta. Lämpötilan 1000 °C ylittäviä lämpötiloja voidan kuitenkin käyttää, mikäli halutaan tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikompi muovattavuus ja suurempi jäykkyys. Piikarbidiin tunkeutumista varten voidaan käyttää korkeampia, noin 1200 °C lämpöti-15 loja, koska piikarbidia täyteaineena käytettäessä alumiiniseoksesta syntyy vähemmän nitridejä, kuin alumiinioksideja täyteaineena käytettäessä.
Lisäksi on mahdollista käyttää matriisimetallin varasto-20 lähdettä täyteaineen täydellisen tunkeutumisen varmistamiseksi ja/tai syöttää toista metallia, jolla on erilainen koostumus kuin matriisimetallin ensimmäisellä lähteellä. Eräissä tapauksissa voi erityisesti olla toivottavaa käyttää varastolähteessä matriisimetallia, joka koosturouk-25 seitaan poikkeaa matriisimetallin ensimmäisestä lähteestä. Jos esimerkiksi alumiiniseosta käytetään ensimmäisenä matriisimetallin lähteenä, niin varastolähteen metallina voitaisiin käyttää näennäisesti mitä tahansa toista metallia tai metalliseosta, joka on sulanut prosessilämpötilas-30 sa. Sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toistensa kanssa, mikä johtaisi varastolähdemetallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmäiseen lähteeseen niin kauan kuin annetaan riittävästi aikaa sekoittumista varten. Käytettäessä ensimmäisen matriisimetallin lähteestä poikkeavan 35 koostumuksen omaavaa varastolähdemetallia, on siten mahdollista räätälöidä metallimatriisin ominaisuuksia eri-
II
91608 37 laisten toimintavaatimusten täyttämiseksi ja siten räätälöidä metallimatriisikomposiitin ominaisuuksia.
Estovälinettä voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön 5 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 vastaavan täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Sopivia 10 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 käytettyä kaasua läpäiseviä, ja jotka samoin pystyvät 15 paikallisesti estämään, pysäyttämään, vuorovaikutteinaan, torjumaan, jne, jatkuvan tunkeutumisen tai minkä tahansa muun liikkeen keraamisen täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi.
20 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 yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline 25 estää tai torjuu siirtymisen täyteaineen määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneis-tusta tai hiomista, jota voidaan tarvita metallimatriisi-komposiittituotteella. Kuten edellä mainittiin, tulisi estoaineen edullisesti olla läpäisevää tai huokoista, tai 30 se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.
Soveltuvia estoaineita, jotka ovat erityisen edullisia 35 alumiinimatriisiseoksilla, ovat niitä, jotka sisältävät hiiltä, erityisesti hiilen kiteiset allotrooppiset muodot, jotka tunnetaan grafiittina. Grafiittia ei oleellisesti 38 91608 voida kostuttaa kuvatuissa prosessiolosuhteissa sulalla alumiiniseoksella. Erityisen edullinen grafiitti on gra-fiittinauhatuote, jota myydään tuotenimellä Grafoil (R), jonka tavaramerkin haltija on Union Carbide. Tällä gra-5 fiittinauhalla on tiivistäviä ominaisuuksia, jotka estävät sulaa alumiiniseosta kulkeutumasta täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Tämä grafiittinauha on myös kuumuutta kestävä ja kemiallisesti inertti. Grafoil (R) -grafiitti-aine on taipuisaa, kestävää, mukautuvaa ja joustavaa. Sitä 10 voidaan valmistaa useissa muodoissa sopimaan estoaine-sovellutuksiin. Grafiittiestovälinettä voidaan kuitenkin käyttää lietteenä tai tahnana tai jopa maalikalvona täyteaineen tai esimuotin rajapinnalla tai sen ympärillä. Grafoil (R) -tuotetta pidetään erityisen edullisena, koska 15 se on taipuisan grafiittiarkin muodossa. Käytössä tämä paperin tapainen grafiitti yksinkertaisesti muovaillaan täyteaineen ympärille.
Muita edullisia estoaineita alumiinimetallimatriisiseok-20 sille typessä ovat siirtymämetalliboridit (esim. ti-taanidiboridi (T1B2)), joita sulat alumiinimetalliseokset eivät tätä ainetta määrätyissä prosessioloissa käytettäessä pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella prosessilämpötilan ei tulisi ylittää noin 875 °C, koska 25 muutoin estoaineen vaikutus vähenee, ja itse asiassa korkeammassa lämpötilassa esiintyy tunkeutumista estoai-neeseen. Siirtymämetalliboridit ovat tyypillisesti hiuk-kasmuodossa (1 - 30 mikrometriä). Estoaineet voidaan levittää lietteenä tai tahnana edullisesti esimuotiksi 30 muotoillun läpäisevän keraamisen täyteaineen massan rajapinnoille.
Alumiinimetallimatriisiseoksia varten typessä muut käyttökelpoiset estoaineet sisältävät vaikeasti haihtuvia 35 orgaanisia yhdisteitä, jotka levitetään kalvona tai kerroksena täyteaineen ulkopinnalle. Poltettaessa typessä, erityisesti tämän keksinnön mukaisissa prosessioloissa, I! 91 608 39 orgaaninen yhdiste hajoaa, jättäen jälkeensä hiilinokikal-von. Orgaaninen yhdiste voidaan levittää tavanomaisin keinoin, kuten maalaamalla, suihkuttamalla, upottamalla, jne.
5
Lisäksi voivat hienoksi jauhetut hiukkasmaiset aineet toimia estoaineena, jos hiukkasmaiseen aineeseen tunkeutuminen esiintyy nopeudella, joka on hitaampi kuin tunkeu-tumisnopeus täyteaineeseen.
10
Siten voidaan estoainetta levittää millä tahansa sopivalla tavalla, kuten peittämällä määritelty rajapinta estoväli-neen kerroksella. Sellainen estovälineen kerros voidaan muodostaa maalaamalla, upottamalla, silkkipainatuksella, 15 höyrystämällä, tai levittämällä estovälinettä muilla tavoin neste-, liete- tai tahnamuodossa, tai sputteroimalla höyrystyvää estovälinettä, tai yksinkertaisesti kerrostamalla kiinteän hiukkasmaisen estovälineen kerros, tai levittämällä estovälineen kiinteä ohut arkki tai kalvo 20 määritellylle rajapinnalle. Kun estoväline on paikallaan, spontaani tunkeutuminen päättyy oleellisesti silloin, kun tunkeutuva matriisimetalli saavuttaa määritellyn rajapinnan ja koskettaa estovälinettä.
25 Välittömästi seuraavassa olevat esimerkit sisältävät esillä olevan keksinnön erilaisia demonstraatioita. Näitä esimerkkejä on kuitenkin pidettävä havainnollistavina, eikä niitä pidä ymmärtää keksinnön suoja-alaa rajoittavina, joka määritellään oheisissa patenttivaatimuksissa.
30
Esimerkki 1
Muodostettiin kaksi keraamista komposiittikappaletta menetelmällä, joka oli samantapainen kuin edellä selostetussa 35 rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessamme 819,397 on kuvattu. Erityisesti yhteen liitettävät keraamiset kom-posiittikappaleet muodostettiin kasvattamalla alumiiniok- 91 6bö 40 sidia olevaa hapetusreaktiotuotetta täyteainemassaan, joka käsitti alumiinioksidia (muodostettiin esim. alumiinioksidista ja alumiinioksidia olevasta keraamista muodostuva komposiittikappale). Kuvio 1 esittää poikkileikkauksena 5 kokoonpanon, jota käytettiin sitomaan yhteen molemmat keraamiset komposiitit käyttäen niiden välissä metallimat-riisikomposiittia. Yhteen liitettävien keraamisten kom-posiittikappaleiden 1 pinnat puhdistettiin. Sellainen puhdistus aikaansaatiin hankaamalla sidospintoja märällä 10 hankaustyynyllä. Läpäisevä massa 2 saatettiin kosketukseen sidospintojen kanssa. Läpäisevä massa tehtiin muodostamalla lietesekoitusta 220 grit (seulamitta, grit = noin 75 mikrometriä) alumiinioksidirakeista, joita myydään tava-ranimikkeellä 38 Alundum Norton Co:n toimittamana, noin 20 15 prosenttisessa vesipitoisessa magnesiumnitridin liuoksessa. Liete leivtettiin sitten paksuudelta noin 0,5 mm jokaiselle juuri puhdistetulle sidospinnalle. Kalvo tai levy, jonka paksuus oli noin 0,5 mm, matriisimetallialu-miiniseoksesta 3, joka käsitti noin 10 painoprosenttia 20 piitä ja noin 3 painoprosenttia magnesiumia, asetettiin märän lietteen päälle toiselle komposiittikappaleelle 1. Toinen lietteellä päällystetty keraaminen komposiittikappale 1 asetettiin kalvon tai levyn 3 päälle yhteenliitet-tävän kokoonpanon 10 muodostamiseksi. Sitten liete kuivat-25 tiin. Valmisteltiin tulenkestävän pedin 5 sisältävä upokas tai veneen muotoinen astia 4. Kokoonpano 10 asetettiin astiaan tai upokkaaseen 4 tulenkestävälle pedille 5. Tulenkestävä peti oli kaupallisesti saatavaa seulottua alumiinioksidia. Käytetty peti ei ollut kriittistä, ja sen 30 sijaan voitaisiin käyttää tulenkestävää, ruostumatonta terästä olevaa levyä. Lisäksi astian koostumus ei ole kriittinen, paitsi siinä mielessä, että astian tulisi olla ei-reaktiivinen sitoutumisen tai tunkeutumisen prosessin aikana.
35
Astia 4 kokoonpanoineen 12 sijoitettiin säädetyn atmosfäärin uuniin. Järjestettiin typen lähde siten, että typpeä 91 608 41 johdettiin uunin läpi sitä kuumennettaessa. Uunin lämpötila nostettiin noin 900 °C:een. Tämä lämpötila pidettiin noin tunnin ajan, jona aikana alumiiniseos 3 spontaanisti tunkeutui kumpaankin läpäisevään massaan 2. Spontaanin 5 tunkeutumisen jälkeen uunin annettiin jäähtyä luonnollisesti huoneenlämpötilaan. Kokoonpano 12 poistettiin uunista ja havaittiin, että kappaleiden 1 välille oli aikaansaatu tiivis sidos.
10 Kuten kuviossa 2 olevassa 100-kertaisella suurennuksella otetussa mikrovalokuvassa esitetään, aikaansaa alumiiniseoksen spontaani tunkeutuminen läpäisevään täyteainemas-saan tiiviin, oleellisesti virheettömän sidoksen alumiiniseoksen ja keraamikomposiitin välille. Erityisesti 15 alue 6 vastaa kuviossa 1 olevaa alempaa keraamista komposiittia 1. Alue 7 käsittä metallimatriisikomposiitin, joka on muodostunut seoksen 3 spontaanilla tunkeutumisella läpäisevään massaan 2. Alue 8 vastaa jäljelle jäänyttä matriisimetallia (esim matriisimetallin jäännöstä), jota 20 ei käytetty metallimatriisi-komposiittikappaletta muodostettaessa. Huomataan, että matriisimetalli 3 tunkeutuu molempiin läpäiseviin massoihin 2. Vastaavasti perusmetallin (ei esitetty kuviossa 2) jäännökseen sitoutuu toista metallimatriisikomposiittia, joka vuorostaan sitoutuu toi-25 seen kappaleeseen 1 (ei esitetty kuviossa 2). tuloksena oleva sidosaine käsittää siten, järjestyksessä ylhäältä alas ja kuten kuviossa 1 esitetään, ensimmäisen yhteenlii-tettävän kappaleen, ensimmäisen metallimatriisi-kompo-siittikappaleen, matriisimetallin jäännöksen, toisen me-30 tallimatriisi-komposiittikappaleen ja toisen yhteenlii-tettävän kappaleen. Haluttaessa voidaan lisäksi säätää täyteaineen ja matriisimetallin suhdetta, niin että saadaan enemmän tai vähemmän matriisimetallia (haluttaessa voidaan esim. matriisimetallin jäännös eliminoida oleellisesti 35 täydellisesti).
91 6u8 42
Esimerkki 2
Liitettiin yhteen kaksi keraamista komposiittikappaletta, jotka olivat esimerkissä 1 selitettyä tyyppiä, käyttäen 5 samoja aineita kuin esimerkissä 1, paitsi että liete sisälsi lisäksi lisäainetta El Alundum, joka on poltettu alumiinioksidituote, jota ostettiin Norton Co:lta. Muodostettiin samanlainen kokoonpano 12, asetettiin se uuniin ja kuumennettiin kuten esimerkissä 1. Sen jälkeen uuni 10 jäähdytettiin ja kokoonpano 12 poistettiin siitä, Havaittiin, että kappaleet 1 olivat tiiviisti sitoutuneet toisiinsa.
Kuten kuvion 3 esimerkin 2 mukaisesti tuotetusta sidoksesta 15 otetussa mikrovalokuvassa 100-kertaisella suurennuksella esitetään, on sidos tiivis ja oleellisesti virheetön. Erityisesti kuvion 3 alueet 9 - 11 vastaavat kuvion 2 alueita 6-8, sillä poikkeuksella että kuvion 3 alue 10 sisältää El Alundumia.
20
Vaikka edellä olevia esimerkkejä on selitetty seikkaperäisesti, voi tavanomaisin taidoin varustetulle alan ammattilaiselle tulla mieleen erilaisia muunnelmia, ja kaikki sellaiset muunnelmat on tarkoitettu sisältyviksi oheisten 25 patenttivaatimusten suoja-alaan.
30 35
II

Claims (14)

91608
1. Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi, tunnettu siitä, että sijoitetaan läpäisevä täyteainemassa ainakin kahden yhteenliitettävän kappaleen välille yhdistämään ainakin osia mainituista kappaleista, joka täyteaine valitaan keraamisista täyteaineista ja päällystetyistä täyteaineista, jotka käsittävät keräämillä päällystetyt täyteaineet; sijoitetaan sulan matriisimetallin lähde läpäisevän täyte-ainemassan viereen; ja käytetään ainakin jossakin prosessin vaiheessa matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen sallivaa tai sitä edistävää tunkeutumisatmosfääriä sekä lisäksi tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää siten, että sula matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti ainakin osaan täyteainetta ainakin mainittujen kahden kappaleen pintojen osiin saakka ja muodostaa kappaleiden väliin metallimatriisikom-posiitin.
2. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisatmosfääri on yhteydessä täyteaineeseen ja/tai matriisimetalliin ainakin tunkeutumisjakson osan ajan.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu sii- . tä, että syötetään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää matriisimetalliin ja/tai täyteaineeseen ja/tai tunkeutumisatmosfääriin.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine muodostaa esimuotin.
5. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att fyllnadsmedlet innehäller atminstone ett ämne valt i gruppen be-35 stäende av pulver, flingor, mikrokulor, fiberkristaller, bubblor, fibrer, partiklar, fibermattor, brutna fibrer, kulor, pelletar, smä rörämnen och brandbeständiga tyg. Il 9) 608
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää jauheita, hiutaleita, mikrokuu-lia, kuitukiteitä, kuplia, kuituja, hiukkasia, kuitumattoja, katkaistuja kuituja, kuulia, pellettejä, pieniä putkiaihioi-ta ja tulenkestäviä kankaita. 91 608
6. Forfarande enligt patentkrav 1 eller 3, kännetecknat av att fyllnadsmedlet innehaller en beläggning som applicerats pä atminstone en del av atminstone en av kropparna som skall sam-manfogas. 5
6. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää päällysteen, joka on levitetty ainakin osalle ainakin yhtä yhteenliitettävää kappaletta .
7. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 4, kännetecknat av att fyllnadsmedlet direkt berör kropparna som skall sammanfo-gas.
7. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine välittömästi koskettaa yhteenlii-tettäviä kappaleita.
8. Forfarande enligt patentkrav 1 eller 4, kännetecknat av att metallmatrisen reagerar ätminstone med en del av en av kropparna som skall sammanfogas.
8. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallimatriisi reagoi ainakin yhden yhteen-liitettävän kappaleen osan kanssa.
9. Forfarande enligt patentkrav 1 eller 4, kännetecknat av 15 att metallmatrisen absorberas eller adsorberas atminstone i en del av atminstone en av kropparna som skall sammanfogas.
9. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen menetelmä, tunnet-tu siitä, että metallimatriisi absorboituu tai adsorboituu ainakin osaan ainakin yhtä yhteenliitettävää kappaletta.
10. Förfarande enligt patentkrav l, 3 eller 4, kännetecknat av att mellan kropparna som skall sammanfogas placeras en mat- 20 rismetallmassa som vid upphettning bildar kalian till smält matrismetall.
10. Patenttivaatimuksen 1, 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yhteenliitettävien kappaleiden väliin sijoitetaan matriisimetallin massa, joka kuumennettaessa muodostaa sulan matriisimetallin lähteen.
11. Förfarande enligt patentkrav 10, kännetecknat av att nämnda matrismetallmassa innehäller extra matrismetall, varvid 25 en matrismetallrest uppstär mellan kropparna som skall sammanfogas efter det den spontana infiltrationen ägt rum.
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu matriisimetallin massa käsittää ylimääräistä matriisimetallia, jolloin matriisimetallin jäännös jää yhteenliitettävien kappaleitten väliin sen jälkeen kun spontaani tunkeutuminen on tapahtunut.
12. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att man framställer en metallmatriskomposit, vars värmeexpansionskoef - 30 ficient ligger mellan värmeexpansionskoefficienterna av kropparna som skall sammanfogas.
12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valmistetaan metallimatriisikomposiitti, jonka läm-pölaajenemiskerroin on yhteenliitettävien kappaleiden lämpö-laajenemiskertoimien välissä.
13. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 3, kännetecknat av att kropparna som skall sammanfogas omfattar en godtycklig 35 kombination av ämnen valda i gruppen bestäende av metaller, keramiska ämnen, keramikkompositer, kermetämnen och glas. y 1 6 ϋ δ
13. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen menetelmä, tunnet-tu siitä, että yhteenliitettävät kappaleet käsittävät metallien, keraamien, keraamikomposiittien, kermet-aineiden ja lasin ryhmästä valittujen aineiden minkä tahansa yhdistelmän. Il 9) 6ΰ8
14. Patenttivaatimuksen 1 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että metallimatriisi liuottaa ainakin yhden yh-teenliitettävistä kappaleista. 71 608 l. Förfarande för att sammanfoga atminstone tvä kroppar, kännetecknat av att en genomtränglig fyllnadsmedelmassa place-ras mellan de atminstone tvä kropparna som skall sammanfogas 5 för att sammanfoga Atminstone delar av nämnda kroppar, vilket fyllnadsmedel väljs bland keramiska fyllnadsmedel och beklädda fyllnadsmedel, som omfattar fyllnadsmedel beklädda med kera-mik; den smälta matrismetallens kalla placeras intill den genom-10 trängliga fyllnadsmedelmassan; och atminstone i nägot skede av processen används en infiltra-tionsatmosfär som tilläter spontan infiltration av matrisme-tallen eller främjar denna, samt dessutom ett infiltrations-främjande medel och/eller en föregängare tili ett infiltra-15 tionsfrämjande medel, sä att den smälta matrismetallen spon-tant infiltrerar Atminstone en del av fyllnadsmedlet atminstone ända tili delar av ytorna av nämnda tvä kroppar och bildar en metallmatriskomposit mellan kropparna. 20 2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att in- filtrationsatmosfären star i förbindelse med matrismetallen och/eller fyllnadsmedlet atminstone under en del av infiltra-tionsperioden. 25 3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att före gängare tili ett infiltrationsfrämjande medel och/eller ett infiltrationsfrämjande medel tillförs matrismetallen och/eller fyllnadsmedlet och/eller infiltrationsatmosfären. 30 4. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att fyll nadsmedlet bildar en förform.
14. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 4, kännetecknat av att metallmatrisen upploser ätminstone en av kropparna som skall sammanfogas.
FI894942A 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi FI91608C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US26930788 1988-11-10
US07/269,307 US5004034A (en) 1988-11-10 1988-11-10 Method of surface bonding materials together by use of a metal matrix composite, and products produced thereby

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI894942A0 FI894942A0 (fi) 1989-10-17
FI91608B true FI91608B (fi) 1994-04-15
FI91608C FI91608C (fi) 1994-07-25

Family

ID=23026699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI894942A FI91608C (fi) 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi

Country Status (19)

Country Link
US (1) US5004034A (fi)
EP (1) EP0368791B1 (fi)
JP (1) JP2856460B2 (fi)
KR (1) KR0146339B1 (fi)
CN (1) CN1065849C (fi)
AT (1) ATE96137T1 (fi)
AU (1) AU624416B2 (fi)
BR (1) BR8905756A (fi)
CA (1) CA2000789A1 (fi)
DE (1) DE68910082T2 (fi)
DK (1) DK559889A (fi)
FI (1) FI91608C (fi)
IE (1) IE62849B1 (fi)
IL (1) IL91725A0 (fi)
NO (1) NO175851C (fi)
NZ (1) NZ231071A (fi)
PH (1) PH26125A (fi)
PT (1) PT92247B (fi)
ZA (1) ZA898546B (fi)

Families Citing this family (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5199481A (en) * 1988-10-17 1993-04-06 Chrysler Corp Method of producing reinforced composite materials
US5172746A (en) * 1988-10-17 1992-12-22 Corwin John M Method of producing reinforced composite materials
US5040588A (en) * 1988-11-10 1991-08-20 Lanxide Technology Company, Lp Methods for forming macrocomposite bodies and macrocomposite bodies produced thereby
US5163499A (en) * 1988-11-10 1992-11-17 Lanxide Technology Company, Lp Method of forming electronic packages
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
US5526867A (en) * 1988-11-10 1996-06-18 Lanxide Technology Company, Lp Methods of forming electronic packages
AU647024B2 (en) * 1989-07-07 1994-03-17 Lanxide Corporation Methods for forming macrocomposite bodies and macrocomposite bodies produced thereby
WO1991017129A1 (en) * 1990-05-09 1991-11-14 Lanxide Technology Company, Lp Macrocomposite bodies and production methods
AU649687B2 (en) * 1990-05-09 1994-06-02 Lanxide Corporation Thin metal matrix composites and production methods
ATE161895T1 (de) * 1990-05-09 1998-01-15 Lanxide Technology Co Ltd Herstellungsverfahren von mmc
JPH06502379A (ja) * 1990-07-12 1994-03-17 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 セラミックス複合体の接合方法
US5203488A (en) * 1990-07-12 1993-04-20 Lanxide Technology Company, Lp Method for joining ceramic composite bodies and articles formed thereby
EP0538417B1 (en) * 1990-07-12 1995-01-25 Lanxide Technology Company, Lp Joining methods for ceramic composite bodies
FR2664890B1 (fr) * 1990-07-20 1992-09-18 Alsthom Gec Procede de realisation d'une liaison a hautes performances entre un metal et une piece massive en ceramique supraconductrice.
US5458480A (en) * 1990-12-05 1995-10-17 Newkirk; Marc S. Tooling materials for molds
US6247221B1 (en) 1992-09-17 2001-06-19 Coors Tek, Inc. Method for sealing and/or joining an end of a ceramic filter
US6338906B1 (en) 1992-09-17 2002-01-15 Coorstek, Inc. Metal-infiltrated ceramic seal
US5700373A (en) * 1992-09-17 1997-12-23 Coors Ceramics Company Method for sealing a filter
US6143421A (en) * 1992-09-17 2000-11-07 Coorstek, Inc. Electronic components incorporating ceramic-metal composites
US5433511A (en) * 1993-10-07 1995-07-18 Hayes Wheels International, Inc. Cast wheel reinforced with a metal matrix composite
US5509555A (en) * 1994-06-03 1996-04-23 Massachusetts Institute Of Technology Method for producing an article by pressureless reactive infiltration
AT406238B (de) * 1995-07-07 2000-03-27 Electrovac Formkörper aus mmc mit modulartigem aufbau
US6209621B1 (en) * 1995-07-07 2001-04-03 Depuy Orthopaedics, Inc. Implantable prostheses with metallic porous bead preforms applied during casting and method of forming the same
KR100403790B1 (ko) * 1995-12-18 2004-02-11 에스케이 주식회사 마그네슘을 이용한 세라믹과 금속의 접합방법
US5664616A (en) * 1996-02-29 1997-09-09 Caterpillar Inc. Process for pressure infiltration casting and fusion bonding of a metal matrix composite component in a metallic article
US6270601B1 (en) 1998-11-02 2001-08-07 Coorstek, Inc. Method for producing filled vias in electronic components
US20040115477A1 (en) * 2002-12-12 2004-06-17 Bruce Nesbitt Coating reinforcing underlayment and method of manufacturing same
US8814861B2 (en) 2005-05-12 2014-08-26 Innovatech, Llc Electrosurgical electrode and method of manufacturing same
US7147634B2 (en) 2005-05-12 2006-12-12 Orion Industries, Ltd. Electrosurgical electrode and method of manufacturing same
CN100361935C (zh) * 2006-05-15 2008-01-16 西北工业大学 碳/碳或碳/碳化硅复合材料与耐热合金的连接方法
CN104674070A (zh) * 2015-02-11 2015-06-03 安徽华通铸业有限公司 基于铸造的汽车铝合金缸体
CN106077582A (zh) * 2016-08-16 2016-11-09 长安大学 一种铸造镶嵌陶瓷/金属耐磨复合衬板的制备方法
CN107695321B (zh) * 2017-09-18 2019-06-07 江南大学 一种在铝碳化硅复合材料表面覆盖铝箔的工艺
CN110883397B (zh) * 2019-12-06 2021-04-16 哈尔滨工业大学 一种缓解陶瓷与金属钎焊接头残余应力的焊接方法
CN112024850B (zh) * 2020-08-27 2021-12-10 靖江市钜顺精密轻合金成型科技有限公司 一种多层压铸模件的制造方法
CN115401186B (zh) * 2022-08-19 2024-05-03 宜昌银蓬精工科技有限公司 铜钨合金与铁基的粘合装置及粘合工艺

Family Cites Families (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
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
US3868267A (en) * 1972-11-09 1975-02-25 Us Army Method of making gradient ceramic-metal material
JPS49107308A (fi) * 1973-02-13 1974-10-11
US4082864A (en) * 1974-06-17 1978-04-04 Fiber Materials, Inc. Reinforced metal matrix composite
US4120731A (en) * 1976-02-23 1978-10-17 General Electric Company Method of making molten silicon infiltration reaction products and products made thereby
DE2819076C2 (de) * 1978-04-29 1982-02-25 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Verfahren zum Herstellen eines metallischen Mehschicht-Verbundwerkstoffes
JPS56165582A (en) * 1980-05-26 1981-12-19 Agency Of Ind Science & Technol Method for joining of porous body and ingot body
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
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
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
JPS58163564A (ja) * 1982-03-25 1983-09-28 Mazda Motor Corp 鉄系金属とアルミニウム系金属との接合法
JPS5950149A (ja) * 1982-09-14 1984-03-23 Toyota Motor Corp 繊維強化金属複合材料
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
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
JPS61197476A (ja) * 1985-02-26 1986-09-01 株式会社東芝 複合体およびその製造方法
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
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
US4868143A (en) * 1986-08-13 1989-09-19 Lanxide Technology Company, Lp Methods of making ceramic articles with a modified metal-containing component
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
US4871008A (en) * 1988-01-11 1989-10-03 Lanxide Technology Company, Lp Method of making metal matrix composites
EP0340957B1 (en) * 1988-04-30 1994-03-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of producing metal base composite material under promotion of matrix metal infiltration by fine pieces of third material
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
EP1932924A1 (en) * 2006-11-22 2008-06-18 FUJIFILM Corporation Nucleic acid amplification method using microchip and microchip, and nucleic acid amplification system using the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN1042503A (zh) 1990-05-30
KR900007517A (ko) 1990-06-01
KR0146339B1 (ko) 1998-11-02
NO175851C (no) 1994-12-21
ATE96137T1 (de) 1993-11-15
NO893995L (no) 1990-05-11
ZA898546B (en) 1991-07-31
PH26125A (en) 1992-02-24
NO893995D0 (no) 1989-10-05
FI894942A0 (fi) 1989-10-17
DK559889D0 (da) 1989-11-09
DK559889A (da) 1990-05-11
PT92247B (pt) 1995-07-18
EP0368791A1 (en) 1990-05-16
CN1065849C (zh) 2001-05-16
EP0368791B1 (en) 1993-10-20
IL91725A0 (en) 1990-06-10
US5004034A (en) 1991-04-02
DE68910082T2 (de) 1994-03-17
BR8905756A (pt) 1990-06-05
IE893188L (en) 1990-05-10
FI91608C (fi) 1994-07-25
JPH02258936A (ja) 1990-10-19
NO175851B (fi) 1994-09-12
IE62849B1 (en) 1995-03-08
CA2000789A1 (en) 1990-05-10
AU4164689A (en) 1990-05-17
AU624416B2 (en) 1992-06-11
JP2856460B2 (ja) 1999-02-10
PT92247A (pt) 1990-05-31
NZ231071A (en) 1992-01-29
DE68910082D1 (de) 1993-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI91608B (fi) Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi
FI91496C (fi) Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita
FI89014B (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91831C (fi) Menetelmä kolmiulotteisesti yhteenliittyneen rinnakkaismatriisin sisältävän metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi
FI89015C (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91492B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91722B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91723C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä
FI91494C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmän mukaisesti valmistettu komposiitti
FI91490B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi
FI91609C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91724C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen
FI91495B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sulasta matriisimetallista ja oleellisesti ei-reaktiivisesta täyteaineesta
FI91833B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmällä aikaansaatava metallimatriisikomposiittikappale
FI91491B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi uppovalumenetelmää käyttäen
FI91493B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91832C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi

Legal Events

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

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP