FI91610B - Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi spontaanin tunkeutumisprosessin avulla - Google Patents

Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi spontaanin tunkeutumisprosessin avulla Download PDF

Info

Publication number
FI91610B
FI91610B FI894943A FI894943A FI91610B FI 91610 B FI91610 B FI 91610B FI 894943 A FI894943 A FI 894943A FI 894943 A FI894943 A FI 894943A FI 91610 B FI91610 B FI 91610B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
filler
metal
infiltration
matrix
preform
Prior art date
Application number
FI894943A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI91610C (fi
FI894943A0 (fi
Inventor
Michael Kevork Aghajanian
Christopher Robin Kennedy
Jr John Peter Biel
Gregory Eugene Hannon
Russell Guy Smith
John Thomas Burke
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 FI894943A0 publication Critical patent/FI894943A0/fi
Publication of FI91610B publication Critical patent/FI91610B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI91610C publication Critical patent/FI91610C/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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
    • C04B41/515—Other specific metals
    • C04B41/5155—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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/88—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1057—Reactive infiltration
    • C22C1/1063—Gas reaction, e.g. lanxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00905—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms
    • C04B2111/00913—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms as ceramic preforms for the fabrication of metal matrix comp, e.g. cermets
    • C04B2111/00931—Coated or infiltrated preforms, e.g. with molten metal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

91610
Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi spontaanin tunkeutumisprosessin avulla 5
Esillä oleva keksintö liittyy uuteen menetelmään metal-limatriisikomposiittikappaleiden muodostamiseksi. Kek-10 sinnön mukaan tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumi sen edistäjän edeltäjä sekä tunkeutumisatmosfääri ainakin prosessin jossakin vaiheessa on yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin, mikä sallii sulan metallimat-riisin spontaanin tunkeutumisen täyteaineeseen tai esi-15 muottiin. Sellainen spontaani tunkeutuminen tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjön käyttämistä.
Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä, kuituja tai 20 vastaavia käsittävät komposiittituotteet näyttävät lu- paavilta moniin eriin sovellutuksiin, koska niissä yhdistyvät osa lujittavan faasin jäykkyydestä ja kulutuskestävyydestä metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleensä metallimatriisikomposiitilla 25 luodaan parannuksia sellaisissa ominaisuuksissa, ku ten lujuus, jäykkyys, hankauskulutuksen kestävyys, lämpölaajenemiskerroin (CTE, coefficient of thermal expansion), tiheys, lämmönjohtavuus ja lujuuden pysyvyys korkeammissa lämpötiloissa, verrattuna mat-30 riisimetalliin sen monoliittisessa muodossa, mutta mää rä, johon saakka määrättyä ominaisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseessä olevista ainesosista, niiden tilavuus- tai painosuhteista, sekä siitä miten niitä käsitellään komposiittia muodostettaessa. Eräissä 35 tapauksissa komposiitti voi myös olla kevyempää kuin 2 91610 matriisimetalli sellaisenaan. Alumiinimatriisikomposii-tit, jotka on vahvistettu keräämillä, kuten esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden tai kuitukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden alumiiniin 5 verrattuna suuremmasta ominaisjäykkyydestä (ts. kimmo- moduli jaettuna tiheydellä), kulutuksen kestävyydestä, lämmönj ohtavuudesta, pienestä lämpölaaj enemiskertoimes -ta (CTE) ja korkean lämpötilan lujuudesta ja/tai omi-naislujuudesta (esim. lujuus jaettuna tiheydellä).
10
Alumiinimatriisikornposiittien valmistamiseksi on kuvattu erilaisia metallurgisia menetelmiä, mukaanlukien menetelmiä, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoi-hin ja sulan metallin tunkeutumistekniikoihin, joissa 15 käytetään hyväksi painevalua, tyhjövalua, sekoittamis ta, ja notkistimia. Jauhemetallurgiatekniikoiden avulla jauheen muodossa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava aine sekoitetaan ja sitten joko kylmäpuristetaan ja 20 sintrataan, tai kuumapuristetaan. Tällä menetelmällä tuotetun piikarbidilla lujitetun alumiinimatriisikom-posiitin suurimman keraamin tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosenttia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauk-25 sessa.
Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauheme-tallurgisia tekniikoita käyttävin tavanomaisin menetelmin asettaa eräitä rajoituksia aikaansaatavien 30 tuotteiden ominaisuuksille. Komposiitissa olevan ke- raamifaasin tilavuusosa on tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 prosenttiin.
Samaten asettaa puristustoiminta rajan käytännössä saavutettavalle koolle. Ainoastaan suhteellisen
II
91610 3 yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jälkeenpäin tapahtuvaa käsittelyä (esim. muotoilua tai koneistusta) tai ottamatta käyttöön monimutkaisia puristimia. Sintrauksen aikana voi myös esiintyä epätasaista 5 kutistumista, samoin kuin mikrostruktuurin epätasaisuutta, johtuen kiintoaineisiin eriytymisestä ja hiukkasten kasvusta.
US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelmä metallimatrii-10 sikomposiitin muodostamiseksi, johon sisältyy kuitumuotoi-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 15 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 20 avulla pakotetaan virtaamaan mattojen väliin. Komposiitissa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 % tilavuuspitoi-suuksia on ilmoitettu.
Edellä olevaan tunkeutumismenetelmään liittyy paineen 25 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 30 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 35 mainittu painetunkeutumismenetelmä mahdollistaa myös ainoastaan suhteellisen pienen lujitusaineen ja matriisiti-. lavuuden suhteen, johtuen suureen mattotilavuuteen kiin- 4 91610 teästi liittyvästä tunkeutumisen vaikeudesta. Lisäksi muoteissa on oltava sulaa metallia paineen alaisena, joka nostaa menetelmän kustannuksia. Lopuksi edellä mainittu menetelmä, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin 5 tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu alumiinimatrii-sikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satunnaisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistä tai kuiduista koostuvilla aineilla.
10 Alumiinimatriisi-alumiinioksiditäytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksidia, jolloin on vaikeata muodostaa yhtenäinen tuote. Tähän ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Eräs sellainen lähestyminen on alumiinin päällystäminen metallilla (esim. 15 nikkelillä tai wolfrämillä), joka sitten kuumapuristetaan yhdessä alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan päällystää piidioksidilla. Näillä komposiiteilla kuitenkin ominaisuudet vaihtelevat, tai päällystykset voivat heiken-20 tää täytettä, tai matriisi sisältää litiumia, joka voi vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.
US-patentilla 4,232,091 voitetaan eräitä alan vaikeuksia, joita kohdataan valmistettaessa alumiinimatriisi-alu-25 miinioksiditäytteisiä komposiitteja. Tässä patentissa ku-vataan 75 - 375 kg/cm paineen kohdistamista pakottamaan sula alumiini (tai sula alumiiniseos) alumiinioksidia olevaan kuitu- tai kuitukidemattoon, joka on esilämmitetty alueelle 700 - 1050°C. Alumiinioksidin suurin suhde 30 metalliin tuloksena olevassa kiinteässä valukappaleessa oli 0,25:1. Koska tässä menetelmässä ollaan riippuvaisia ulkopuolisesta paineesta tunkeutumisen aikaansaamiseksi, sitä vaivaavat monet samat puutteet kuin US-patenttia 3,970,136.
EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi-komposiittien valmistamista, jotka ovat erityisen käyttö- I! 35 91610 5 kelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi-muotin alumiinioksidimatriisin ontelot täytetään alumiinilla, ja tätä varten käytetään erilaisia tekniikoita alumiinioksidin kostuttamiseksi koko esimuotissa. Alu-5 miinioksidi kostutetaan esimerkiksi titaani-, zirkonium-, hafnium tai niobi-diboridia olevalla kostutusaineella tai metallilla, ts. litiumilla, magnesiumilla, kalsiumilla, titaanilla, kromilla, raudalla, koboltilla, nikkelillä, zirkoniumilla tai hafniumilla. Kostutuksen edistämiseksi 10 käytetään inerttiä atmosfääriä, kuten argonia. Tässä julkaisussa esitetään myös paineen kohdistaminen sulan alumiinin saamiseksi tunkeutumaan päällystämättömään matriisiin. Tässä suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saattamalla huokoset ensin tyhjöön ja kohdistamalla sitten 15 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 20 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.
25
Kostutusaineiden käyttäminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisältävään elektrolyyttikennoon on esitetty myös EP-patenttihakemuk-sessa 94353. Tässä julkaisussa kuvataan alumiinin tuotta-30 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 35 kun se on upotettuna elektrolyysiprosessin tuottamaan sulaan alumiiniin. Kuvattuja kostutusaineita ovat titaani, zirkonium, hafnium, pii, magnesium, vanadiini, kromi, niobi 91610 6 tai kalsium, ja titaani esitetään edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetään olevan hyödyllisiä estettäessä kostutusaineiden liukenemista sulaan alumiiniin. Tässä julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta 5 metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikä siinä eh-dotetaa sellaisten komposiittien muodostamista esimerkiksi typpiatmosfäärissä.
Paineen ja kostutusaineiden käytön lisäksi on kuvattu 10 tyhjön kohdistamisen edistävän sulan alumiinin tunkeutumista huokoiseen keraamikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa-tentissa 3,718,441 raportoidaan keraamiseen kappaleeseen (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja berylliumoksidi) tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, berylliumilla, 15 magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelillä tai —6 2 kromilla, tyhjössä joka on alle 10 torr. Välillä 10“ ...
10-6 torr oleva tyhjö johti keraamin heikkoon kostuttami-seen sulalla metallilla, niin ettei metalli virrannut vapaasti keraamin ontelotiloihin. Kostuttamisen sanotaan 20 kuitenkin parantuneen, kun tyhjö pienennettiin alle 10-6 torr.
Myös US-patentissa 3,864,154 esitetään tyhjön käyttämistä tunkeutumisen aikaansaamiseksi. Tässä patentissa selite-25 tään kylmäpuristetun AIB12-jauhekappaleen asettamista kylmäpuristetun alumiinijauheen pedille. Sen jälkeen sijoitettiin lisää alumiinia AIB12-jauhekappaleen päälle. Sulatusastia, jossa AlBi2-kappale oli "kerrostettuna" alumiini jauhekerros ten väliin, sijoitettiin tyhjöuuniin. Uu-30 niin järjestettiin noin 10-5 torr oleva tyhjö kaasun poistumista varten. Lämpötilaa nostettiin sen jälkeen 1100°C:een, jossa se pidettiin 3 tuntia. Näissä oloissa sula alumiini tunkeutui AlB 12-kappaleeseen.
35 US-patentissa 3,364,976 selitetään suunnitelmaa itsestään kehittyvän tyhjön aikaansaamista kappaleeseen, sulan metallin tunkeutumisen lisäämiseksi kappaleeseen. Erityises- 91610 7 ti selitetään, että kappale, esim. grafiittimuotti, teräs-muotti tai huokoinen tulenkestävä aine, kokonaan upotetaan sulaan metalliin. Muotin tapauksessa metallin kanssa reagoivan kaasun kanssa täytetty muottiontelo on yhteydessä 5 ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon täyttyminen itsestään kehittyvän tyhjön syntyessä ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin reaktion johdosta. Tyhjö on erityisesti tulosta metallin 10 kiinteän oksidimuodon syntymisestä. Siten tässä julkaisussa 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 15 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 20 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. 25 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 30 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, 35 että hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai valuisi hajalleen sitä sulaan metalliin sijoitettaessa). Lisäksi, jos haluttaisiin aikaansaada tunkeutuminen hiuk- 8 91610 kasmaiseen aineeseen tai löyhästi muodostettuun esimuot-tiin, olisi ryhdyttävä varotoimiin, niin ettei tunkeutuva metalli syrjäyttäisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, mikä johtaisi epähomogeeniseen mikrostruktuuriin.
5
Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinkertainen ja luotettava menetelmä muotoiltujen metallimatrii-si-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen tai tyhjön käyttämiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai 10 sisäisesti kehitettynä), tai vahingollisten kostutusainei-den käyttämiseen metallimatriisin luomiseksi toiseen aineeseen, kuten keraamiseen aineeseen. Lisäksi on pitkään ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden määrää, joita tarvitaan metallimatriisi-komposiittikappa-15 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 20 (esim. typen) läsnäollessa normaalissa ilmanpaineessa, jolloin tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää on läsnä ainakin jossakin prosessin vaiheessa.
25 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-30 set").
Uutta menetelmää metallimatriisi-komposiittiaineen tuottamiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049,171, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja", nyt US-pa-35 tentti 4,828,008. Mainitun keksinnön menetelmän mukaisesti metallimatriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla läpäisevään täyteaineeseen (esim. keräämiä tai keräämillä li 91610 9 päällystettyä ainetta) sulaa alumiinia, joka sisältää ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu spontaanisti käyttämättä ulkoista painetta tai tyhjöä.
5 Sulan metalliseoksen lähde saatetaan koskettamaan täyte-ainemassaa lämpötilassa, joka on ainakin noin 675°C, kun läsnä on kaasua, joka käsittää noin 10 - 100 tilavuusprosenttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin loput, mikäli sitä on, on ei-hapettavaa 10 kaasua, esim. argonia. Näissä oloissa sula alumiiniseos tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehän paineessa muodostaen alumiini- (tai alumiiniseos-) matriisikomposii-tin. Kun haluttu määrä täyteainetta on sulan alumiiniseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyt-15 tämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisirakenne, joka sulkee sisäänsä lujittavan täyteaineen. Tavallisesti, ja edullisesti, syötetty sula seos riittää aikaansasunaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti täyteainemassan rajoille. US-patentin 4,828,008 20 mukaisesti tuotettujen alumiinimatriisikomposiittien täyteaineen määrä voi olla erittäin suuri. Tässä mielessä voidaan saavuttaa täyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka ovat suurempia kuin 1:1.
25 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, 30 kaasun koostumuksen ja täyteaineen mukaisesti. Siten voidaan yhtä tai useampaa sellaista järjestelmän tekijää rv säätämällä räätälöidä määrättyjä komposiitin ominaisuuk sia. Joitakin loppukäyttösovellutuksia varten voi kuitenkin olla toivottavaa, että komposiitti sisältää vähän tai 35 oleellisesti ei lainkaan alumiininitridiä.
10 91610
On havaittu, että korkeammat lämpötilat edistävät tunkeutumista, mutta johtavat siihen, että menetelmässä herkemmin muodostuu nitridiä. US-patentin 4,828,008 mukaisessa keksinnössä sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muo-5 dostumisen välisen tasapainon valitseminen.
Esimerkki sopivista estovälineistä käytettäviksi metalli-matriisikomposiittien muodostamisen yhteydessä on selitetty US-patenttihakemuksessa 141,642, jonka nimityksenä on 10 "Menetelmä metallimatriisikomposiittien valmistamiseksi estoainetta käyttäen". Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti estovälinettä (esim. hiukkasmaista titaanidiboridia tai grafiittiainetta, kuten joustavaa grafiittikalvo-tuotetta, jota Union Carbide myy tuotenimellä Grafoil (R)) 15 sijoitetaan täyteaineen määrätyllä rajapinnalle ja mat-riisiseos tunkeutuu estovälineen määrittelemään rajapintaan saakka. Estovälinettä käytetään estämään, torjumaan tai lopettamaan sulan seoksen tunkeutuminen, jolloin aikaansaadaan verkon, tai lähes verkon muotoja tuloksena 20 olevassa metallimatriisikomposiitissa. Vastaavasti muo dostetuilla metallimatriisi-komposiittikappaleilla on ulkomuoto, joka oleellisesti vastaa estovälineen sisämuotoa.
US-patentin 4,828,008 mukaista menetelmää parannettiin 25 rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168,284, jonka ni mityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi". Mainitussa hakemuksessa esitettyjen menetelmien mukaisesti matriisimetalliseos on läsnä metallin ensimmäisenä lähteenä ja matriisimetallin varas-30 tolähteenä, joka on yhteydessä sulan metallin ensimmäiseen lähteeseen, esimerkiksi painovoimaisen virtauksen välityksellä. Erityisesti, mainitussa hakemuksessa esitetyissä oloissa, sulan matriisiseoksen lähde alkaa tunkeutua täyteainemassaan normaalissa ilmakehän paineessa ja aloit-35 taa siten metallimatriisikomposiitin muodostuksen. Sulan matriisimetallin ensimmäinen lähde kulutetaan sen tunkeutuessa täyteainemassaan, ja haluttaessa sitä voidaan
II
91610 11 lisätä, edullisesti jatkuvalla tavalla, sulan matriisime-tallin varastolähteestä spontaanin tunkeutumisen jatkuessa. Kun toivottu määrä läpäisevää täyteainetta on sulan matriisiseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen 5 kiinteyttämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimat-riisistruktuuri, joka ympäröi lujittavaa täyteainetta. On ymmärrettävä, että metallivarastolähteen käyttäminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa kuvatun keksinnön eräs suoritusmuoto, eikä varastolähteen suoritusmuodon 10 yhdistäminen jokaiseen siinä esitettyyn keksinnön vaihtoehtoiseen suoritusmuotoon ole välttämätöntä, joista eräät voisivat myös olla hyödyllisiä käytettynä esillä olevan keksinnön yhteydessä.
15 Metallin varastolähdettä voi olla sellaisena määränä, että se aikaansaa riittävän metallimäärän tunkeutumisen ennalta määrätyssä määrin läpäisevään täyteaineeseen. Vaihtoehtoisesti voi valinnainen estoväline olla kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan ainakin sen toisella puolella 20 rajapinnan määrittelemiseksi.
Lisäksi, vaikka syötetyn sulan matriisiseoksen määrän tulisi olla riittävä sallimaan spontaanin tunkeutumisen eteneminen ainakin oleellisesti täyteaineen läpäisevän 25 massan rajapintoihin (ts. estopintoihin) saakka, varasto-lähteessä olevan seoksen määrä voisi ylittää sellaisen riittävän määrän niin, että on olemassa riittävä määrä seosta tunkeutumisen loppuun saattamiseksi, ja sen lisäksi ylimääräinen sula metalliseos voisi jäädä ja kiinnittyä 30 metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Kun siten läsnä on ylimäärä sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on kompleksinen komposiittikappale (esim. makrokomposiitti), jossa metallimatriisin läpitunkema keraamikappale suoraan sitoutuu varastolähteeseen jäävään ylimääräiseen metal-35 liin.
12 91610
Jokainen edellä selitetyistä rinnakkais-metallimat-riisihakemuksista kuvaa menetelmiä metallimatriisikompo-siittikappaleiden tuottamiseksi sekä uusia metallimatrii-5 sikomposiittikappaleita, joita niillä tuotetaan.
Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle metalli-matriisikomposiitin valmistamiseksi on tunnusomaista se, että matriisimetallin spontaani tunkeutuminen ainakin 10 osaan täyteainetta aikaansaadaan tai sitä tehostetaan käyttämällä tunkeutumisatmosfääriä sekä lisäksi tunkeutumisen edistäjää ja/tai sellaisen edeltäjää.
Ensimmäisessä edullisessa suoritusmuodossa tunkeutumisen 15 edistäjän edeltäjä voidaan syöttää ainakin yhteen, täyteaineeseen tai esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin. Syötetty tunkeutumisen edistäjän edeltäjä voi sen jälkeen reagoida ainakin jonkin näistä, täyteaineen tai esimuotin, ja/tai matriisime-20 tallin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin, kanssa, tuottaen tunkeutumisen edistäjän ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia tai sen osan päällä. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeutumisen edistäjän tulisi olla kosketuksessa ainakin osaan täyteainetta tai esi-25 muottia.
Keksinnön toisessa edullisessa suoritusmuodossa voidaan tunkeutumisen edistäjän edeltäjän syöttämisen sijasta syöttää tunkeutumisen edistäjää ainakin yhteen, täyteai-30 neeseen tai esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmosf ääri in. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeutumisen edistäjän tulisi olla kosketuksessa ainakin osaan täyteainetta tai esimuottia.
91610 13 Tässä hakemuksessa käsitellään erilaisia esimerkkejä mat-riisimetalleista, jotka metallimatriisikomposiitin muodostumisen jossakin vaiheessa ovat kosketuksessa tunkeutumisen edistäjän edeltäjään tunkeutumisatmosfäärin 5 läsnäollessa. Siten viitataan määrättyihin matriisimetal-li/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfää-ri-järjestelmiin, joissa esiintyy spontaania tunkeutumista. On kuitenkin ajateltavissa, että monet muut matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-10 tumisatmosfääri-järjestelmät kuin nämä tässä hakemuksessa käsitellyt, voisivat käyttäytyä samantapaisesti kuin tässä käsitellyt järjestelmät. Erityisesti on havaittu spontaania tunkeutumiskäyttäytymistä alumiini/magnesium/typpi-järjestelmässä; alumiini/strontium/typpi-järjestelmässä; 15 alumiini/sinkki/happi-järjestelmässä; sekä alumiini/kal- sium/typpi-järjestelmässä. Vastaavasti, vaikka tässä hakemuksessa käsitellään ainoastaan tässä viitattuja järjestelmiä, on ymmärrettävä, että muut matriisimetalli/ tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfääri-20 järjestelmät voivat käyttäytyä samantapaisesti.
Edullisessa suoritusmuodossa spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi läpäisevään täyteainemassaan tai esimuot-tiin saatetaan esimuotti tai täyteaine koskettamaan sulaa 25 matriisimetallia. Esimuotti tai täyteaine voidaan sekoittaa siihen ja/tai prosessin samassa vaiheessa se voidaan altistaa tunkeutumisen edistäjän edeltäjälle. Lisäksi, edullisessa suoritusmuodossa, sula matriisimetalli ja/tai esimuotti tai täyteaine ovat yhteydessä tunkeutumisatmos-30 fääriin ainakin prosessin osan aikana. Toisessa edullisessa suoritusmuodossa matriisimetalli ja/tai esimuotti tai täyteaine ovat yhteydessä tunkeutumisatmosfääriin oleellisesti koko prosessin suorittamisen ajan. Esimuottiin tai täyteaineeseen tunkeutuu spontaanisti sulaa matriisimetal-35 lia ja spontaanin tunkeutumisen ja metallimatriisin muodostumisen määrä tai nopeus muuttuu annetun prosessiolojen . järjestelyn mukaisesti, johon sisältyy esimerkiksi järjes- • 4 14 91610 telinään (esim. sulaan matriisiseokseen ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin) tuotetun tunkeutumisen edistäjän edeltäjän pitoisuus, täyteaineen koko ja/tai koostumus, esimuotin hiukkasten koko 5 ja/tai koostumus, käsillä oleva huokoisuus esimuottiin tai täyteaineeseen tunkeutumista varten, aika jona tunkeutumisen annetaan esiintyä, ja/tai lämpötila, jossa tunkeutuminen esiintyy. Spontaania tunkeutumista esiintyy tyypillisesti niin suuressa määrin, että se riittää oleellin 10 täydellisesti ympäröimään esimuotin tai täyteaineen.
Lisäksi, muuttamalla matriisimetallin koostumusta ja/tai prosessiolosuhteita voidaan muodostettujen metallimatrii-si-komposiittikappaleiden fyysisiä ja mekaanisia ominai-15 suuksia sovittaa määrättyyn sovellutukseen tai tarpeeseen. Lisäksi, johtamalla muodostettu metallimatriisi-kom-posiittikappale jälkikäsittelyprosessiin (esim. suuntautuneeseen kiinteytymiseen, lämpökäsittelyyn, jne), voidaan mekaanisia ja/tai fyysisiä ominaisuuksia edelleen sovittaa 20 määrätyn sovellutuksen tai tarpeen vaatimuksiin. Edelleen, säätämällä käsittelyolosuhteita metallimatriisikomposii-tin muodostuessa, voidaan muodostuneen metal 1 imatriisikom-posiitin typpipitoisuus sovittaa moniin teollisuussovel-lutuksiin.
25 Säätämällä täyteaineen tai esimuotin muodostavan aineen koostumusta ja/tai kokoa (esim. hiukkasten halkaisijaa) ja/tai geometriaa, voidaan lisäksi muodostuneen metalli-matriisikomposiitin fyysisiä ja/tai mekaanisia ominaisuuk-30 siä säätää tai sovittaa täyttämään mitkä tahansa teolli-suusvaatimukset. On esimerkiksi havaittu, että metallimatriisikomposiitin kulutuskestävyyttä voidaan nostaa kasvattamalla täyteaineen kokoa (esim. kasvattamalla täyteainehiukkasten keskimääräistä halkaisijaa), edel-35 lyttäen että täyteaineen kulutuskestävyys on suurempi kuin matriisimetallin. Lujuus ja/tai sitkeys voivat kuitenkin pyrkiä kasvamaan täyteaineen kokoa pienennettäessä. Lisäk-
II
91610 15 si metallimatriisikomposiitin lämpölaajenemiskerroin pienenee täyteainemäärän kasvaessa, edellyttäen että täyteaineen lämpölaajenemiskerroin on pienempi kuin matriisime-tallin lämpölaajenemiskerroin. Edelleen muodostetun 5 metallimatriisi-komposiittikappaleen mekaanisia ja/tai fyysisiä ominaisuuksia (esim. tiheys, kimmo- ja/tai omi-naismoduuli, lujuus ja/tai ominaislujuus, jne) voidaan sovittaa riippuen täyteaineen määrästä esimuotissa tai irtonaisessa massassa. Järjestämällä esimerkiksi sellainen 10 irtonainen massa tai esimuotti, joka käsittää sekoituksen eri kokoisia ja/tai muotoisia täytehiukkasia, ja jossa täyteaineen tiheys on suurempi kuin matriisimetallin, voidaan saavuttaa suurempi täyteaineen määrä, joka sitten johtaa metallimatriisi-komposiittikappaleeseen, jolla on 15 suurempi tiheys. Käyttäen hyväksi esillä olevan keksinnön oppia, voi sellaisen täyteaineen tai esimuotin tilavuusprosentti vaihdella laajalla alueella, johon tunkeutuminen tapahtuu. Täyteaineen määrän alaraja, johon tunkeutuminen tapahtuu, määräytyy ensi sijassa huokoisen täyteaineen tai 20 esimuotin muodostamiskyvystä (esim. noin 10 tilavuusprosenttia); toisaalta täyteaineen määrän ylärajan, johon tunkeutuminen tapahtuu, määrää ensi sijassa sellaisen tiiviin täyteaineen tai esimuotin muodostamiskyky, jossa on ainakin jonkin verran yhteenliittyvää huokoisuutta 25 (esim. noin 95 tilavuusprosenttia). Vastaavasti, soveltamalla jotain edellä esitetyistä opeista, erikseen tai yhdessä, voidaan järjestää niin, että metallimatriisikom-posiitti sisältää halutun ominaisuuksien yhdistelmän.
30 Määritelmiä "Alumiini" merkitsee ja sisältää tässä käytettynä oleellisesti puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, kaupallisesti saatavan seostamattoman alumiinin) tai me-35 tallin ja metalliseosten muita laatuja, kuten kaupallisesti saatavat metallit, joissa on epäpuhtauksia ja/tai jotka sallivat siinä olevan sellaisia ainesosia, kuten rautaa, 16 91610 piitä, kuparia, magnesiuma, mangaania, kromia, sinkkiä, jne. Tämän määritelmän tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pääainesosana.
5 "Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tässä käytettynä sitä, että tunkeutumisatmosfäärin muodostavan primääri-kaasun lisänä oleva mikä tahansa kaasu on joko inerttiä kaasua tai pelkistävää kaasua, joka oleellisesti ei reagoi 10 matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien kaasussa (kaasuissa) epäpuhtautena mahdollisesti läsnä olevien hapettavien kaasujen määrän tulisi olla riittämätön matriisimetallin hapettamiseen missään oleellisessa määrin prosessin olosuhteissa.
15 "Estoaine" tai "estoväline" merkitsee tässä käytettynä mitä tahansa soveltuvaa välinettä, joka vuorovaikuttaa, estää, torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, täyteainemassan tai esimuotin 20 rajapinnan taakse, jolloin mainittu estoväline määrittelee sellaisen rajapinnan. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole oleellisesti haihtuvia 25 (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, että siitä tulisi estoaineena hyödytön).
Lisäksi sopivat "estovälineet" sisältävät aineita, joita kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana 30 ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää 35 mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja määrittelee ainakin osan tuloksena olevan metallimatriisi-komposiittituotteen pinnasta. Estoaine
II
91610 17 voi määrätyissä tapauksissa olla läpäisevää tai huokoista, tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.
5 ”Jäännökset" tai "matriisimetallin jäännökset" viittaa tässä käytettynä alkuperäisen matriisimetallirungon mahdolliseen osaan, joka jää jäljelle ja joka ei ole kulunut metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostuksen aikana, 10 ja tyypillisesti, jos sen annetaan jäähtyä, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Tulisi ymmärtää, että jäännökset voivat myös sisältää toista tai vierasta ainetta.
15 "Täyteaine" on tässä käytettynä tarkoitettu sisältämään joko yksittäisiä aineksia tai ainesseoksia, jotka oleellisesti eivät reagoi matriisimetallin kanssa ja/tai joilla on rajoitetu liukenevuus matriisimetalliin, ja jotka voivat olla yksi- tai useampifaasisia. Täyteaineita voidaan 20 järjestää lukuisissa eri muodoissa, kuten jauheina, liuskoina, hiutaleina, mikropalloina, kuitukiteinä, kuplina, jne, ja ne voivat olla joko tiiviitä tai huokoisia. Täyteaine voi myös sisältää keraamisia täyteaineita, kuten alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina 25 kuituina, hiukkasina, kuitukiteinä, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tai vastaavina, ja päällystettyjä täyteaineita, kuten hiilikuituja, jotka on päällystetty alumiinioksidilla tai piikarbidilla hiilen suojaamiseksi esim. sulan perusmetalli-alumiinin syövyttävältä vaikutuk-30 seita. Täyteaineet voivat myös käsittää metalleja.
r "Kuumapäällystys" viittaa tässä käytettynä aineen asetta miseen ainakin osittain muodostuneen metallimatriisikom-posiitin toiseen päähän ("päällystys"-pää), jolloin metal-35 limatriisikomposiitti lämpöä kehittäen reagoi ainakin matriisimetallin ja/tai täyteaineen ja/tai päällystyspää-hän syötetyn toisen aineen kanssa. Tämän eksotermisen 18 91610 reaktion tulisi tuottaa niin paljon lämpöä, että se riittää pitämään päällystyspäässä olevan matriisimetallin sulana sinä aikana, kun komposiitin matriisimetallin loppuosa jäähtyy kiinteytymislämpötilaan.
5 "Tunkeutumisatmosfääri" tässä käytettynä tarkoittaa sitä atmosfääriä, joka on läsnä ja joka vuorovaikuttaa matriisimetallin ja/tai esimuotin (tai täyteaineen) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai tunkeutumisen 10 edistäjän kanssa ja sallii tai edistää matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esiintymisen.
"Tunkeutumisen edistäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka edistää tai avustaa matriisimetallin spontaania 15 tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktiolla tunkeutumisatmosfäärin kanssa 1) kaasun ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tunkeutumisatmosfäärin reaktiotuotteen ja/tai 3) 20 tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja täyteaineen tai esimuotin reaktiotuotteen muodostamiseksi. Lisäksi tunkeutumisen edistäjää voidaan syöttää suoraan ainakin yhteen seuraavista: esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfääriin; ja se voi toimia oleellisesti 25 Sennalla tavalla kuin tunkeutumisen edistäjä, joka on muodostunut tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja jonkin toisen aineen reaktiona. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia spontaanin 30 tunkeutumisen aikaansaamiseksi.
"Tunkeutumisen edistäjän edeltäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka yhdessä matriisimetallin, esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin kanssa käytettynä muodostaa 35 tunkeutumisen edistäjän, joka aiheuttaa tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Haluamatta sitoutua mihinkään määrättyyn li 91610 19 teoriaan tai selitykseen, vaikuttaa siltä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjää pitäisi pystyä asettamaan, sen pitäisi sijaita tai sitä pitäisi voida kuljettaa sellaiseen kohtaan, joka sallii tunkeutumisen edistäjän edeltäjän olla 5 vuorovaikutuksessa tunkeutumisatmosfäärin kanssa ja/tai esimuotin tai täyteaineen ja/tai matriisimetallin kanssa. Eräissä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltä-jä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmissä on esimerkiksi toivottavaa, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä höyrys-10 tyy 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 tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kaasun 15 muodostamiseksi, joka edistää täyteaineen tai esimuotin kostuttamista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi ainakin 20 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 tunkeutumisen edistäjän ainakin täyteaineen tai esimuotin 25 osassa, joka edistää kostuttamista.
"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevät tässä käytettynä sitä metallia, jota käytetään metallimat-riisikomposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumis-30 ta) ja/tai sitä metallia, joka sekoittuu täyteaineeseen metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi (esim. tunkeutumisen jälkeen). Kun matriisimetalliksi nimetään määrätty metalli, on ymmärrettävä, että sellainen matriisimetalli sisältää tämän metallin oleellisesti puh-35 taana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa on epäpuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostaman 91610 20 yhdisteenä tai seoksena, jossa tämä metalli on pääasiallisena osana.
"Matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-5 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-10 keutumisatmosfäärin välissä esiintyy merkki sitä käytetään merkitsemään järjestelmää tai aineiden yhdistelmää, jolla määrätyllä tavalla yhdisteltynä esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin tai täyteaineeseen.
15 "Metallimatriisikomposiitti" eli "MMC" merkitsee tässä käytetynä ainetta, joka käsittää kaksi- tai kolmiulotteisesta liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitää sisällään esimuottia tai täyteainetta. Matriisimetalli voi sisältää erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan 20 erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tuloksena olevassa komposiitissa.
Matriisimetallista "poikkeava" metalli merkitsee metallia, joka ei sisällä pääasiallisena ainesosana samaa metallia 25 kuin matriisimetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin pääasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metallin pääasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).
"Ei-reaktiivinen astia matriisimetallia varten" merkitsee 30 mitä tahansa astiaa, joka voi sisältää täyteainetta (tai esimuotin) ja/tai sulaa matriisimetallia prosessin oloissa, ja joka ei reagoi matriisin ja/tai tunkeutumisatmos-fäärin ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai täyteaineen tai esimuotin kanssa sellaisella tavalla, joka 35 oleellisesti huonontaisi spontaania tunkeutumismekanis- mia. Ei-reaktiivinen astia voi olla kertakäyttöinen ja 91610 21 poistettavissa, sen jälkeen kun sulan matriisimetallin tunkeutuminen on saatettu loppuun.
"Esimuotti" tai "läpäisevä esimuotti" merkitse tässä 5 käytettynä sellaista huokoista täytemassaa tai täyte-ainemassaa, joka valmistetaan ainakin yhdellä rajapinnalla, joka oleellisesti määrittelee tunkeutuvalle mat-riisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittävän hyvin pitää ehjän muotonsa ja tuorelujuuden, niin että se 10 aikaansaa mittapysyvyyden ennen kuin matriisimetalli tunkeutuu siihen. Massan tulisi olla riittävän huokoista, niin että se sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen siihen. Tyypillisesti esimuotti käsittää sidotun ryhmän tai täyteaineen järjestelyn, joko homogeenisen tai epäho-15 mogeenisen, ja se voi käsittää mitä tahansa soveltuvaa ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauheita, kuituja, kuitukiteitä, jne, sekä mitä tahansa näiden yhdistelmää). Esimuotti voi olla joko erillisenä tai kokoonpanona.
20 "Varastolähde" tai varasto merkitsee tässä käytettynä erillista matriisimetallin kappaletta, joka on sijoitettu täyteainemassan tai esimuotin suhteen niin, että kun metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eräissä 25 tapauksissa alunperin aikaansaamaan ja sen jälkeen täydentämään sitä matriisimetallin osaa, segmenttiä tai lähdettä, joka koskettaa täyteainetta tai esimuottia.
"Spontaani tunkeutuminen" merkitsee tässä käytettynä mat-30 riisimetallin tunkeutumista läpäisevään täyteainemassan tai esimuottiin, joka tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjön käyttämistä (ei ulkoisesti kohdistettua eikä sisäisesti kehitettyä).
35 Seuraavat kuviot on järjestetty keksinnön ymmärtämisen tueksi, mutta niitä ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnön suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on käytetty 22 91610 mahdollisuuksien mukaan samoja viitenumerolta osoittamaan samanlaisia osia, jolloin:
Kuvio 1 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä 5 metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon taanilla tunkeutumisella;
Kuvio 2 on mikrovalokuva esimerkin 1 mukaisesti tuotetusta metallimatriisikomposiitista; 10
Kuvio 3 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon taanilla tunkeutumisella; 15 Kuvio 4 on mikrovalokuva esimerkin 2 mukaisesti tuotetusta metallimatriisikomposiitista;
Kuvio 5 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon- 20 taanilla tunkeutumisella;
Kuvio 6 on mikrovalokuva esimerkin 3 mukaisesti tuotetusta metallimatriisikomposiitista; 25 Kuvio 7 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon taanilla tunkeutumisella;
Kuvio 8 on mikrovalokuva esimerkin 4 mukaisesti tuotetusta 30 metallimatriisikomposiitista.
Kuvio 9 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon taanilla tunkeutumisella esimerkin 5 mukaisesti; 35
II
23 91610
Kuvio 10 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spontaanilla tunkeutumisella esimerkin 5 mukaisesti; 5 Kuvio 11 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spontaanilla tunkeutumisella esimerkin 5 mukaisesti;
Kuvio 12 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä 10 metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon taanilla tunkeutumisella esimerkin 5 mukaisesti;
Kuvio 13 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon-15 taanilla tunkeutumisella esimerkin 5 mukaisesti;
Kuvio 14 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spontaanilla tunkeutumisella esimerkin 5 mukaisesti; 20
Kuvio 15 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spontaanilla tunkeutumisella esimerkin 5 mukaisesti; 25 Kuvio 16 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spontaanilla tunkeutumisella esimerkin 5 mukaisesti;
Kuvio 17a on mikrovalokuva metallimatriisikomposiitista, 30 joka vastaa näytettä A;
Kuvio 17b on mikrovalokuva metallimatriisikomposiitista, joka vastaa näytettä B; 35 Kuvio 17c on mikrovalokuva metallimatriisikomposiitista, joka vastaa näytettä C;
Kuvio 17d on mikrovalokuva metallimatriisikomposiitista, joka vastaa näytettä D; 24 91610
Kuvio 17e on mikrovalokuva metallimatriisikomposiitista, 5 joka vastaa näytettä E;
Kuvio 17f on mikrovalokuva metallimatriisikomposiitista, joka vastaa näytettä F; 10 Kuvio 17g on mikrovalokuva metallimatriisikomposiitista, joka vastaa näytettä G;
Kuvio 17h on mikrovalokuva metallimatriisikomposiitista, joka vastaa näytettä H; 15
Kuvio 17i on mikrovalokuva metallimatriisikomposiitista, joka vastaa näytettä I;
Kuvio 18 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä 20 metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon taanilla tunkeutumisella esimerkin 6 mukaisesti;
Kuvio 19 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon- 25 taanilla tunkeutumisella esimerkin 6 mukaisesti;
Kuvio 20 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spon taanilla tunkeutumisella esimerkin 6 mukaisesti; 30
Kuvio 21a on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä J;
II
Kuvio 21b on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap- 35 paleesta, joka vastaa näytettä N;
Kuvio 21c on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap- paleesta, joka vastaa näytettä 0; 25 91610
Kuvio 22a on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-5 paleesta, joka vastaa näytettä Q;
Kuvio 22b on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä R; 10 Kuvio 22c on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä S;
Kuvio 2 2d on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä T; 15
Kuvio 22e on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä U;
Kuvio 22f on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap- 20 paleesta, joka vastaa näytettä V;
Kuvio 22g on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä W; 25 Kuvio 22h on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä X;
Kuvio 22i on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä Y; 30
Kuvio 22 j on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä AC;
Kuvio 22k on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap- 35 paleesta, joka vastaa näytettä AD;
Kuvio 221 on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap- paleesta, joka vastaa näytettä ΆΕ; 26 91610
Kuvio 22m on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-5 paleesta, joka vastaa näytettä AF;
Kuvio 22n on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä AG; 10 Kuvio 22o on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä AH;
Kuvio 23a on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä AO; 15
Kuvio 23b on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä AP;
Kuvio 23c on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap- 20 paleesta, joka vastaa näytettä AQ;
Kuvio 23d on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä AR; 25 Kuvio 23e on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä AS;
Kuvio 23f on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä AT; 30
Kuvio 23g on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä AU;
Kuvio 23h on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap- 35 paleesta, joka vastaa näytettä AV; li
Kuvio 24a on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap- paleesta, joka vastaa näytettä BT; 27 91610
Kuvio 24b on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-5 paleesta, joka vastaa näytettä BU;
Kuvio 24c on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-paleesta, joka vastaa näytettä BV; 10 Kuvio 25 on kaaviollinen poikkileikkaus järjestelystä metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spontaanilla tunkeutumisella esimerkin 16 mukaisesti;
Kuvio 26a on mikrovalokuva metallimatriisi-komposiittikap-15 paleesta, joka vastaa esimerkkiä 16; ja
Kuvio 26b on mikrovalokuva esimerkkiä 16 vastaavan metal-limatriisi-komposiittikappaleen etsatusta metallista.
20
Esillä oleva keksintö liittyy metallimatriisikomposiitin muodostamiseen antamalla sulan matriisimetallin spontaanisti tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin. Erityisesti tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumisen edistä-25 jän edeltäjä ja/tai tunkeutuva atmosfääri ainakin prosessin jossakin vaiheessa on yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin, mikä sallii sulan matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen täyteaineeseen tai esimuottiin.
30 Kuvioon 1 viitaten havainnollistetaan yksinkertaista järjestelyä 10 metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi spontaanilla tunkeutumisella. Tarkemmin ottaen sopivaa ainetta oleva, kuten alla selitetään, täyteaine tai esimuotti 1 sijoitetaan ei-reaktiiviseen astiaan 2 matriisimetallia 35 ja/tai täyteainetta varten. Matriisimetalli 3 sijoitetaan täyteaineen tai esimuotin 1 päälle tai sen lähelle.
28 91610 Järjestely sijoitetaan sen jälkeen uuniin spontaanin tunkeutumisen aloittamiseksi.
Haluamatta sitoutua mihinkään määrättyyn teoriaan tai 5 selitykseen, kun käytetään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää yhdessä ainakin joko matriisimetallin ja/tai täyteaineen tai esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin kanssa, niin tunkeutumisen edistäjän edeltäjä voi reagoida muodostaen tunkeutumisen edistäjän, joka edistää sulan mat-10 riisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Lisäksi vaikuttaa siltä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjää pitäisi pystyä asettamaan, sen pitäisi sijaita tai sitä pitäisi voida kuljettaa sellaiseen kohtaan, joka sallii tunkeutumisen edistäjän edeltäjän olla 15 vuorovaikutuksessa joko tunkeutumisatmosfäärin kanssa ja/tai esimuotin tai täyteaineen ja/tai sulan matriisimetallin kanssa. Eräissä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmissä on esimerkiksi toivottavaa, että tunkeutumisen edistäjän 20 edeltäjä höyrystyy siinä lämpötilassa jossa matriisimetal li sulaa, tämän lämpötilan lähellä, tai eräissä tapauksissa jopa jonkinverran tämän lämpötilan yläpuolella. Sellainen höyrystyminen saattaa johtaa: 1) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellai-25 sen kaasun muodostamiseksi, joka edistää täyteaineen tai esimuotin kostuttamista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistäjän muodosta-30 miseksi ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista; ja/tai 3) sellaiseen tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon täyteaineessa tai esimuotis-sa, joka muodostaa kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistäjän ainakin täyteai-35 neen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista.
Il 91610 29
Jos siten esimerkiksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjää käytettäisiin tai yhdistettäisiin, ainakin prosessin jossain vaiheessa, sulan matriisimetallin kanssa, on mahdollista että tunkeutumisen edistäjä voisi höyrystyä sulasta 5 matriisimetallista ja reagoida ainakin joko täyteaineen tai esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin kanssa. Sellainen reaktio voisi johtaa kiinteän aineen muodostumiseen, mikäli sellainen kiinteä aine olisi pysyvää tunkeutumis-lämpötilassa, jolloin mainittu kiinteä aine voisi kerrostua 10 ainakin osalle täyteainetta tai esimuottia esimerkiksi päällystykseksi.
Lisäksi on ajateltavissa että sellaisia kiinteitä aineita voisi olla läsnä havaittavissa olevana kiinteänä aineena 15 ainakin osassa esimuottia tai täyteainetta. Mikäli sellaista kiinteätä ainetta muodostuisi, voisi sulalla mat-riisimetallilla olla taipumus reagoida (esim. sula mat-riisimetalli voi pelkistää muodostuvaa kiinteätä ainetta) niin, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä voi liittyä 20 (esim. liueta tai seostua) sulaan matriisimetalliin. Vastaavasti tällöin voi lisää tunkeutumisen edistäjän edeltäjää höyrystyä ja reagoida toisen aineen kanssa (esim. täyteaineen tai esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin) kanssa ja muodostaa jälleen samantapaisia kiinteitä ainei-25 ta. On ajateltavissa, että tunkeutumisen edistäjän edel-• täjän jatkuva muuttuminen tunkeutumisen edistäjäksi, jota seuraa tunkeutumisen edistäjän reaktio sulan matriisimetallin kanssa, josta edelleen muodostuu lisää tunkeutumisen edistäjää, ja niin edelleen, voisi esiintyä kunnes tulok-30 sena on aikaansaatu metallimatriisikomposiitti spontaanilla tunkeutumisella.
Matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi täyteaineeseen tai esimuottiin, tulisi spontaaniin 35 järjestelmään järjestää tunkeutumisen edistäjä. Tunkeutumisen edistäjä voisi muodostua tunkeutumisen edistäjän edeltäjästä, joka voitaisiin järjestää 1) matriisimetal- 30 91610 liin, ja/tai 2) täyteaineeseen tai esimuottiin, ja/tai 3) tunkeutumisatmosfääristä, ja/tai 4) ulkoisesta lähteestä spontaaniin järjestelmään. Lisäksi, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sijasta voidaan tunkeutumisen edistäjää 5 syöttää suoraan ainakin joko täyteaineeseen tai esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmos-f ääriin. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.
10
Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjän voidaan ainakin osittain antaa reagoida tunkeutumisatmosfäärin kanssa, niin että tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa ainakin 15 osassa täyteainetta tai esimuottia ennen kuin tai oleellisesti jatkuvasti kun täyteaine tai esimuotti koskettaa matriisimetallia (esim. jos tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä olisi magnesiumia ja tunkeutumisatmosfäärinä typpeä, niin tunkeutumisen edistäjä voisi olla magnesiumnit-20 ridiä, joka voisi sijaita ainakin osassa esimuottia tai täyteainetta).
Esimerkkinä matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltä jä/tunkeutumisatmosfääri- järjestelmästä on alumii-25 ni/magnesium/typpi-järjestelmä. Erityisesti voidaan alu- miinimatriisimetalli asettaa sopivassa tulenkestävässä astiassa olevaan täyteaineeseen, joka astia prosessiolois-sa ei haitallisesti reagoi alumiinimatriisimetallin ja/tai täyteaineen kanssa, kun alumiini sulatetaan. Täyteaine tai 30 esimuotti voidaan sen jälkeen päästää kosketukseen sulan alumiinimatriisimetallin kanssa ja antaa spontaanin tunkeutumisen tapahtua.
Lisäksi tunkeutumisen edistäjän edeltäjän syöttämisen 35 sijasta voidaan syöttää tunkeutumisen edistäjää suoraan ainakin joko täyteaineeseen tai esimuottiin ja/tai matriisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmosfääriin. Lopuksi
II
91610 31 ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esirouottia.
5 Niissä oloissa, joita käytetään esillä olevan keksinnön mukaisessa menetelmässä, alumiini/magnesium/typpi-spontaanissa tunkeutumisjärjestelmän tapauksessa esimuotin tai täyteaineen tulisi olla riittävän läpäisevää, jotta typpeä sisältävä kaasu voisi tunkeutua täyteaineeseen tai esi-10 muottiin prosessin jonkin vaiheen aikana ja/tai koskettaa sulaa matriisimetallia. Lisäksi läpäisevässä täyteaineessa tai esimuotissa voi tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin aiheutuu sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen typen läpäisemään esimuottiin, niin 15 että se muodostaa metallimatriisi-komposiittikappaleen ja/tai sattaa typen reagoimaan tunkeutumisen edistäjän edeltäjän kanssa tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi täyteaineeseen tai esimuottiin aiheuttaen näin spontaanin tunkeutumisen. Spontaanin tunkeutumisen määrä ja metalli-20 matriisikomposiitin muodostuminen vaihtelee prosessiolo-jen annetun yhdistelmän mukaisesti, joita ovat mm. magnesiumin määrä alumiiniseoksessa, magnesiumin määrä täyteaineessa tai esimuotissa, magnesiumnitridin määrä esimuotissa tai täyteaineessa, muiden seosalkuaineiden 25 (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, kromi, sinkki, ja vastaavat) läsnäolo, esimuotin tai täyteaineen muodostavan täyteaineen keskimääräinen koko (esim. hiukkashalkaisija), täyteaineen tai esimuotin pintatila ja tyyppi, tunkeutu-misatmosfäärin typpipitoisuus, tunkeutumiselle annettu 30 aika ja lämpötila, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Annettaessa esimerkiksi sulan alumiinimatriisimetallin tunkeutumisen tapahtua spontaanisti, voidaan alumiini seostaa ainakin noin 1 painoprosentilla, ja edullisesti ainakin noin 3 painoprosentilla magnesiumia (joka toimii tunkeu-35 tumisen edistäjän edeltäjänä), seoksen painoon verrattuna. Muita lisäseosalkuaineita, kuten edellä on selitetty, voidaan myös sisältää matriisimetalliin sen erityisten 32 91610 ominaisuuksien räätälöimiseksi. Lisäksi lisäseosalkuai-neet voivat vaikuttaa matriisin alumiinimetallissa tarvittavan magnesiumin määrään, niin että se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen täyteaineeseen tai esimuottiin. Magnesiumin 5 häviämistä spontaanista järjestelmästä, esimerkiksi höyrystymisen vuoksi, ei saisi tapahtua niin suuressa määrin, ettei magnesiumia ole läsnä muodostamaan tunkeutumisen edistäjää. Siten on toivottavaa, että aluksi käytetään riittävää seosalkuaineiden määrää jotta spontaani tunkeu-10 tuminen voisi tapahtua höyrystymisen sitä haittaamatta. Lisäksi magnesiumin läsnäolo sekä esimuotissa (tai täyteaineessa) että matriisimetallissa tai pelkästään esimuotissa (tai täyteaineessa) voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista varten vaadittavan määrän 15 pienenemiseen (jota selitetään yksityiskohtaisemmin alempana ).
Tunkeutumisatmosfäärissä olevan typen määrä vaikuttaa myös metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisno 20 peuteen. Erityisesti jos atmosfäärissä on alle 10 tilavuusprosenttia typpeä, niin spontaania tunkeutumista esiintyy hyvin hitaasti tai hyvin vähän. On havaittu, että on edullista kun atmosfäärissä on ainakin 50 tilavuusprosenttia typpeä, jolloin aikaansaadaan lyhyempiä tunkeu-25 tumisaikoja paljon suuremmasta tunkeutumismäärästä johtuen. Tunkeutumisatmosfääri (esim. typpeä sisältävä kaasu) voidaan syöttää suoraan täyteaineseen tai esimuottiin ja/tai matriisimetalliin, tai se voidaan tuottaa aineen hajoamisen tuloksena.
30
Sulan matriisimetallin täyteaineseen tai esimuottiin tunkeutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin vähimmäismäärä riippuu yhdestä tai useammasta tekijästä, kuten prosessin lämpötilasta, ajasta, muiden lisäseosalkuainei-35 den kuten piin tai sinkin läsnäolosta, täyteaineen luonteesta, magnesiumin sisältymisestä yhteen tai useampaan spontaanin järjestelmän osaan, atmosfäärin typpisisällös-
II
33 91610 tä, ja typpiatmosfäärin virtausmäärästä. Voidaan käyttää alempia lämpötiloja tai lyhyempiä kuumennusaikoja täydellisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun seoksen ja/tai esimuotin magnesiumpitoisuutta nostetaan. Samaten annetul-5 la magnesiumpitoisuudella määrättyjen lisäseosalkuainei-den, kuten sinkin lisääminen mahdollistaa alempien lämpötilojen käyttämisen. Esimerkiksi matriisimetallin magnesiumpitoisuutta toimivan alueen alapäässä, esim välillä noin 1-3 painoprosenttia, voidaan käyttää yhdessä 10 ainakin jonkin seuraavien kanssa: vähiromäisprosessilämpö-tilan ylittävä lämpötila, suuri typpipitoisuus, yksi tai useampia lisäseosalkuaineita. Ellei esimuottiin lisätä lainkaan magnesiumia, pidetään välillä noin 3-5 painoprosenttia magnesiumia sisältäviä seoksia edullisina, 15 johtuen niiden yleisestä käytettävyydestä laajoilla pro-sessiolojen alueilla, jolloin ainakin 5 painoprosenttia pidetään edullisena käytettäessä alempia lämpötiloja ja lyhyempiä aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan käyttää 10 painoprosentin ylittäviä magnesiumpitoisuuksia tunkeutu-20 miseen vaadittavien lämpötilaolojen muuntelemiseksi. Magnesiumpitoisuutta voidaan pienentää muiden seosalkuainei-den yhteydessä, mutta nämä alkuaineet palvelevat ainoastaan lisätoimintoja, ja niitä käytetään edellä mainitun magnesiumin minimimäärän tai sen ylittävän määrän kanssa. 25 Esimerkiksi oleellisesti mitään tunkeutumista ei esiintynyt nimellisesti puhtaalla alumiinilla, jota oli seostettu vain 10 % piillä, 1000°C lämpötilassa, alustaan 39 Crystolon (99 % puhdasta piikarbidia Norton Co:lta), jonka raekoko oli 500 mesh (mesh = seulan aukkojen lukumäärä tuumaa 30 kohti). Magnesiumin läsnäollessa on kuitenkin piin havaittu edistävän tunkeutumisprosessia. Toisena esimerkkinä magnesiumin määrä muuttuu, jos sitä syötetään yksinomaan esimuottiin tai täyteaineeseen. On havaittu, että spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun spontaaniin järjestelmään 35 syötetään pienempi painoprosentti magnesiumia, jos ainakin jokin määrä syötetyn magnesiumin kokonaismäärästä sijoitetaan esimuottiin tai täyteaineeseen. Saattaa olla toi- 34 91610 vottavaa, että magnesiumia järjestetään pienempi määrä, jotta vältettäisiin ei-toivottujen metalliyhdisteiden syntyminen metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Esi-muotin ollessa piikarbidia on havaittu, että matriisime-5 talli tunkeutuu spontaanisti esimuottiin, kun esimuotti saatetaan kosketukseen alumiinimatriisimetallin kanssa, esimuotin sisältäessä ainakin 1 painoprosenttia magnesiumia ja oleellisesti puhtaan typpiatmosfäärin läsnäollessa. Aluraiinioksidi-esimuotin tapauksessa hyväksyttä-10 vän spontaanin tunkeutumisen saavuttamiseksi vaadittu magnesiumin määrä on hieman suurempi. Erityisesti on havaittu, että kun samantapainen alumiinimatriisimetalli saatetaan koskettamaan alumiinioksidi-esimuottia, likimain samassa lämpötilassa kuin alumiini joka tunkeutui 15 piikarbidi-esimuottiin, ja saman typpiatmosfäärin läsnäollessa, niin saatetaan tarvita ainakin noin 3 painoprosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kuin se joka saavutettiin juuri edellä kuvatun piikarbidi-esimuotin yhteydessä.
20
On myös havaittu, että on mahdollista syöttää spontaaniin järjestelmään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää seoksen pinnalle ja/tai esimuotin tai täyteaineen pinnalle ja/tai esimuottiin tai täyteai-25 neeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin (ts. saattaa olla, ettei syötettyä tunkeutumisen edistäjän edeltäjää tai tunkeutumisen edistäjää tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan että sitä yksinkertaisesti syötetään spontaaniin järjes-30 telmään). Jos esimerkiksi alumiini/magnesium/typpi-järjestelmässä magnesiumia levitettäisiin matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, että tämä pinta olisi se pinta, joka on lähimpänä tai edullisesti kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan tai päinvastoin; tai 35 sellaista magnesiumia voitaisiin sekoittaa ainakin esimuotin tai täyteaineen osaan. Lisäksi on mahdollista, että pinnalle levittämisen, seostamisen ja magnesiumin sijoit- li 91610 35 tautisen ainakin esimuotin osaan, joitakin yhdistelmiä voitaisiin käyttää. Sellaiset yhdistelmät tunkeutumisen edistäjän (edistäjien) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän (edeltäjien) levittämisessä saattaisivat johtaa 5 alumiinimatriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen edistämiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispainoprosentti-määrän pienenemiseen, samoinkuin alempien lämpötilojen saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyä. Lisäksi magnesiumin läsnäolosta johtuva metallien epätoivottujen 10 keskinäisten yhdisteiden muodostuminen voitaisiin myös minimoida.
Yhden tai useamman lisäseosalkuaineen käyttäminen ja ympäröivän kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myös mat-15 riisimetallin nitrautumiseen annetussa lämpötilassa. Esimerkiksi voidaan seokseen sisällyttää tai seoksen pinnalle levittää sellaisia lisäseosalkuaineita kuin sinkkiä tai rautaa tunkeutumislämpötilan alentamiseksi ja siten muodostuvan nitridin määrän pienentämiseksi, kun taas kaasussa 20 olevan typen pitoisuuden lisäämistä voitaisiin käyttää nitridin muodostumisen edistämiseen.
Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin 25 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, saattaa olla edullista, että ainakin 3 painoprosenttia 30 magnesiumia sisällytetään seokseen. Tätä arvoa pienemmät seosmäärät, kuten 1 painoprosentti magnesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilämpötilat tai lisäseosalkuaineita tunkeutumista varten. Tämän keksinnön spontaanin tunkeutumisprosessin toteuttamiseksi vaadittu lämpötila 35 voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoi-suutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 painoprosenttiin; ja/tai 2) kun seostavia aineita sekoitetaan täyteaineen 36 91610 läpäisevään massaan tai esimuottiin; ja/tai 3) kun alumiiniseoksessa on toista alkuainetta, kuten sinkkiä tai rautaa. Lämpötila voi myös vaihdella eri täyteaineilla. Yleensä alumiini/magnesium/typpi-järjestelmässä esiintyy 5 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 lämpötilaksi on havaittu alue 10 noin 675°C - noin 1000°C. Kuitenkin yleisenä sääntönä spontaanin tunkeutumisen lämpötila on sellainen lämpötila, joka on matriisimetallin sulamispisteen yläpuolella mutta matriisimetallin höyrystymislämpötilan alapuolella. Lisäksi spontaanin tunkeutumisen lämpötilan tulisi olla 15 täyteaineen sulamispisteen alapuolella. Edelleen, kun lämpötilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfäärin välisen reaktiotuotteen muodostamiseen (esim. alumiinimatriisimetallin ja typpeä olevan tunkeutumisatmosfäärin tapauksessa saattaa muodostua alu-20 miininitridiä). Sellaiset reaktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-toivottuja, riippuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aiotusta käytöstä. Lisäksi tyypillisesti käytetään sähkövastuskuumennusta tunkeutumialämpötilojen saavuttamiseksi. Keksinnön yhteydessä 25 käytettäväksi hyväksytään kuitenkin mikä tahansa kuumen-nusväline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan ja joka ei vaikuta haitallisesti spontaaniin tunkeutumiseen.
Esillä olevassa menetelmässä esimerkiksi läpäisevä täyte-30 aine 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 kosketukseen ainakin joko täyteaineeseen tai esimuottiin 35 ja/tai sulaan alumiinimatriisimetalliin. Vaikkei typpeä sisältävän kaasun virtausmäärä ole kriittinen, pidetään edullisena että virtausmäärä on riittävä kompensoimaan
II
91610 37 minkä tahansa nitridin muodostumisesta johtuva mahdollinen typen häviäminen atmosfääristä, sekä estämään tai torjumaan ilman sisään pääseminen, jolla voi olla hapettava vaikutus sulaan metalliin.
5
Metallimatriisikomposiitin xnuodostamismenetelmää voidaan soveltaa täyteaineiden laajaan valikoimaan, ja täyteaineiden valinta riippuu sellaisista tekijöistä, kuten mat-riisiseoksesta, prosessin olosuhteista, sulan mat-10 riisiseoksen reaktiivisuudesta täyteaineen kanssa, sekä lopulliselle komposiittituotteelle haetuista ominaisuuksista. Kun matriisimetallina on esimerkiksi alumiini, lukeutuvat sopiviksi täyteaineiksi a) oksidit, esim. alumiinioksidi, magnesiumoksidi, zirkoniumoksidi, b) kar-15 bidit, esim. piikarbidi, c) boridit, esim. alumiinidode-kaboridi, titaniumdiboridi, ja d) nitridit, esim. alu-miininitridi, ja e) näiden seokset. Mikäli täyteaine pyrkii ragoimaan sulan alumiinimatriisimetallin kanssa, tämä voidaan ottaa huomioon minimoimalla tunkeutumisaika ja 20 -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. oksidit, 25 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 91610 38 valmistetuilla murskatuilla alumiinioksidi-kappaleilla on edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Lisäksi rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessa 819,397 (nimitys: 5 "Komposiittikeraamisia esineitä ja niiden valmistusmenetelmä") esitetyllä menetelmällä tehdyillä murskatuilla alumiinioksidikappaleilla on myös edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Edellä mainitut patentti-10 julkaisut esitetään tässä nimenomaisina viittauksina. Näin ollen on havaittu, että täydellinen tunkeutuminen keraamista ainetta olevaan läpäisevään massaan voi tapahtua alemmissa tunkeutumislämpötiloissa ja/tai lyhyemmillä tun-keutumisajoilla käyttäen puristettuja tai murskattuja 15 kappaleita, jotka on valmistettu edellä mainittujen patenttijulkaisujen mukaisella menetelmällä.
Täyteaineen koko, muoto, kemiallinen koostumus ja tilavuusprosentti voi olla mikä tahansa sellainen, joka 20 vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Siten täyteaine voi olla hiukkasten, kuituki-teiden, hiutaleiden tai kuitujen muodossa, koska täyteaineen muoto ei rajoita tunkeutumista. Voidaan käyttää muitakin muotoja, kuten kuulia, pieniä putkia, pellettejä, 25 tulenkestävää kuitukangasta, ja vastaavia. Lisäksi täyteaineen koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemi-seksi tarvita korkeampi lämpötila tai pidempi aika kuin suuremmilla hiukkasilla tai päinvastoin, riippuen kulloi-30 sistakin reaktio-olosuhteista. Keskimääräisiä hiukkashal-kaisijoita alueella yksi mikrometri ja alle 1100 mikrometriä voidaan menestyksellä käyttää esillä olevassa keksinnössä, jolloin aluetta noin 2 mikrometriä - noin 1000 mikrometriä pidetään edullisena kaupallisten sovellutusten 35 pääosalle. Lisäksi täyteainemassan (tai esimuotin), johon tunkeutuminen suoritetaan, tulisi olla läpäisevää (ts. sen tulisi sisältää ainakin jonkin verran yhteen liitynyttä 91610 39 huokoisuutta, niin että se olisi sulaa matriisimetallia ja tunkeutumisatmosfääriä läpäisevää). Säätämällä täyteaineen tai esimuotin muodostavan aineen koostumusta ja/tai kokoa (esim. hiukkasten halkaisijaa) ja/tai geometriaa, 5 voidaan lisäksi muodostuneen roetallimatriisikomposiitin fyysisiä ja/tai mekaanisia ominaisuuksia säätää tai sovittaa täyttämään mitkä tahansa teollisuusvaatimukset. Esimerkiksi metallimatriisikomposiitin kulutuskestävyyttä voidaan nostaa kasvattamalla täyteaineen kokoa (esim. 10 kasvattamalla täyteainehiukkasten keskimääräistä hal kaisijaa), edellyttäen että täyteaineen kulutuskestävyys on suurempi kuin matriisimetallin. Lujuus ja/tai sitkeys voivat kuitenkin pyrkiä kasvamaan täyteaineen kokoa pienennettäessä. Lisäksi metallimatriisikomposiitin lämpö-15 laajenemiskerroin pienenee täyteainemäärän kasvaessa, edellyttäen että täyteaineen lämpölaajenemiskerroin on pienempi kuin matriisimetallin lämpölaajenemiskerroin. (Vastaavasti esillä oleva keksintö sallii metallimatriisikomposiitin sovittamisen niin, että aikaansaadaan toi-20 vottu sovitettujen ominaisuuksien yhdistelmä). Edelleen muodostetun metallimatriisi-komposiittikappaleen mekaanisia ja/tai fyysisiä ominaisuuksia (esim. tiheys, kimmo-ja/tai ominaismoduuli, lujuus ja/tai ominaislujuus, jne) voidaan sovittaa riippuen täyteaineen määrästä_esimuotissa 25 tai irtonaisessa massassa. Järjestämällä esimerkiksi sel lainen irtonainen massa tai esimuotti, joka käsittää sekoituksen eri kokoisia ja/tai muotoisia täytehiukkasia, ja jossa täyteaineen tiheys on suurempi kuin matriisimetallin, voidaan saavuttaa suurempi täyteaineen määrä, joka 30 sitten johtaa metallimatriisi-komposiittikappaleeseen, jolla on suurempi tiheys. Käyttäen hyväksi esillä olevan keksinnön oppia, voi tilavuusprosentti vaihdella laajalla alueella sellaisella täyteaineella tai esimuotilla, johon tunkeutuminen tapahtuu. Täyteaineen määrän, johon tunkeu-35 tuminen tapahtuu, alaraja määräytyy ensi sijassa huokoisen täyteaineen tai esimuotin muodostamiskyvystä (esim. noin 10 tilavuusprosenttia); toisaalta täyteaineen määrän, 40 91610 johon tunkeutuminen tapahtuu, ylärajan määrää ensi sijassa sellaisen tiiviin täyteaineen tai esimuotin muodostamis-kyky, jossa on ainakin jonkin verran yhteenliittyvää huokoisuutta (esim. noin 95 tilavuusprosenttia). Vastaa-5 vasti, soveltamalla jotain edellä esitetyistä opeista, erikseen tai yhdessä, voidaan järjestää niin, että metal-limatriisikomposiitti sisältää halutun ominaisuuksien yhdistelmän .
10 Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä metallimatrii-si-komposiittikappaleiden muodostamiseksi sallii oleellisesti yhtenäisten metallimatriisikomposiittien valmistamisen, joilla on suuri tilavuusosa täyteainetta ja pieni huokoisuus, koska ne eivät ole riippuvaisia paineen 15 käyttämisestä sulan matriisimetallin puristamiseksi esi-muottiin tai täyteainemassaan. Suurempia täyteaineen ti-lavuusosuuksia voidaan aikaansaada käyttämällä alussa täyteainemassaa, jolla on pienempi huokoisuus. Suurempia tilavuusosuuksia voidaan myös aikaansaada silloin, jos 20 täyteainemassa tiivistetään tai tehdään muulla tavalla tiiviimmäksi, edellyttäen ettei massaa muuteta joko täysin tiiviiksi suljetuin kennohuokosin tai täysin tiiviiksi rakenteeksi, mikä estäisi sulan seoksen tunkeutumisen. Erityisesti voidaan saavuttaa tilavuusosuuksia, jotka ovat 25 suuruusluokkaa 60 - 80 tilavuusprosenttia, menetelmillä kuten tärytiivistys, hiukkaskoon jakautumisen säätäminen, jne. Vaihteohtoisia menetelmiä voidaan kuitenkin käyttää vielä suurempien täyteaineosuuksien saavuttamiseksi. Suuruusluokkaa 40 - 50 % olevia täyteainemassan tilavuusosuuk-30 siä pidetään esillä olevan keksinnön mukaisesti lämpömuok-kausta ajatellen edullisina. Sellaisilla tilavuus-osuuksilla tunkeutumisella aikaansaatu komposiitti säilyttää tai oleellisesti säilyttää muotonsa, jolloin edistetään sekundääristä käsittelyä. Voitaisiin kuitenkin käyttää 35 suurempia tai pienempiä hiukkasten määriä tai tilavuusosuuksia, riippuen lopullisen komposiitin toivotusta painosisällöstä lämpömuovauksen jälkeen. Lisäksi voidaan
II
91610 41 käyttää menetelmiä hiukkasten määrän vähentämiseksi esillä olevan keksinnön mukaisten lämpömuovausprosessien yhteydessä pienempien hiukkasmäärien aikaansaamiseksi.
5 On havaittu, että alumiinin tunkeutumista ja matriisin muodostumista varten keraamisen täyteaineen ympärille voi keraamisen täyteaineen kostutus alumiinimatriisimetallil-la olla tärkeä osa tunkeutumismekanismista. Täyteaineen kostuttaminen sulalla matriisimetallilla voi lisäksi sal-10 lia täyteaineen tasaisen dispergoitumisen muodostuneeseen metallimatriisikomposiittiin ja parantaa täyteaineen si-tuoutumista matriisimetalliin. Lisäksi alhaisissa proses-silämpötiloissa esiintyy erittäin vähän tai häviävän vähän metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan 15 erittäin vähäinen epäjatkuva alumiininitridin faasi metal-limatriisiin jakautuneena. Kun lähestytään lämpötila-alueen yläpäätä, tapahtuu kuitenkin todennäköisemmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan säätää nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamalla lämpötilaa, jossa 20 tunkeutuminen tapahtuu. Ne määrätyt lämpötilat, joissa nitridin muodostuminen tulee merkittävämmäksi, muuttuvat myös sellaisista tekijöistä riippuen, kuten käytetty matriisin alumiiniseos ja sen määrä suhteessa täyteaineen tai esimuotin määrään, täyteaineen määrä johon tunkeutu-25 misen on tapahduttava, sekä tunkeutumisatmosfäärin typpipitoisuus. Esimerkiksi alumiininitridin muodostumisen määrän uskotaan määrätyssä prosessilämpötilassa kasvavan, kun seoksen kyky täyteaineen kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfäärin typpipitoisuus kasvaa.
30
Sen vuoksi on mahdollista räätälöidä metallimatriisin rakennetta komposiitin muodostuksen aikana, niin että voidaan antaa tuloksena olevalle tuotteelle määrätyt ominaisuudet. Annetulla järjestelmällä voidaan prosessin 35 olosuhteet valita nitridin muodostuksen säätämiseksi. Alumiininitridiä sisältävällä komposiittituotteella on eräitä ominaisuuksia, jotka voivat olla edullisia tuotteen 42 91610 suorituskyvylle tai parantaa niitä. Lisäksi alumiiniseoksen spontaanin tunkeutumisen edullinen lämpötila-alue voi vaihdella käytetystä keraamisesta aineesta riippuen. Kun täyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeutumisen lämpö-5 tilan tulisi ylittää 1000°C, mikäli halutaan, ettei matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkittävän nitridin muodostumisen johdosta. Lämpötilan 1000°C ylittäviä lämpötiloja voidan kuitenkin käyttää, mikäli halutaan tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikompi muovat-10 tavuus ja suurempi jäykkyys. Piikarbidiin tunkeutumista varten voidaan käyttää korkeampia, noin 1200°C lämpötiloja, koska piikarbidia täyteaineena käytettäessä alumiiniseoksesta syntyy vähemmän nitridejä, kuin alumiinioksideja täyteaineena käytettäessä.
15
Lisäksi voidaan muuntaa metallimatriisikomposiitissa olevan matriisimetallin koostumusta ja virheitä, esimerkiksi huokoisuutta, säätämällä metallimatriisikomposiitin jäähtymisnopeutta. Esimerkiksi voidaan metallimatriisikom-20 posiitin antaa suuntautuneesti kiinteytyä eri menetelmillä, mukaanlukien seuraavat: asetetaan metallimatriisi- komposiittia sisältävä säiliö jäähdytyslevylle; ja/tai asetetaan selektiivisesti eristäviä aineita säiliön mpä-rille. Lisäksi metallimatriisin koostumusta voidaan muun-25 neliä metallimatriisikomposiitin muodostumisen jälkeen. Muodostuneen metallimatriisikomposiitin alistaminen lämpökäsittelyyn voi esimerkiksi parantaa metallimatriisikomposiitin vetolujuutta. (Vetomurtolujuuden vakiotesti on ASTM-D3552-77 (hyväksytty 1982)).
30
Matriisimetallina 520.0 alumiiniseosta sisältävän metallimatriisikomposiitin toivottava lämpökäsittely voi esimerkiksi sisältää metallimatriisikomposiitin kuumentamisen korkeaan lämpötilaan, esimerkiksi noin 430°C lämpö-35 tilaan, joka ylläpidetään pidemmän aikaa (esim. 18 - 20 tuntia). Metallimatriisi voidaan sitten äkkiä jäähdyttää noin 100°C kiehuvassa vedessä noin 20 s ajan (ts. T-4 I! 91610 43 lämpökäsittely), joka voi päästää metallin eli parantaa komposiitin kykyä kestää vetorasituksia.
Lisäksi on mahdollista käyttää matriisimetallin varasto-5 lähdettä täyteaineen täydellisen tunkeutumisen varmistamiseksi ja/tai syöttää toista metallia, jolla on erilainen koostumus kuin matriisimetallin ensimmäisellä lähteellä. Eräissä tapauksissa voi erityisesti olla toivottavaa käyttää varastolähteessä matriisimetallia, joka koostumuk-10 seitaan poikkeaa matriisimetallin ensimmäisestä lähteestä. Jos esimerkiksi alumiiniseosta käytetään ensimmäisenä matriisimetallin lähteenä, niin varastolähteen metallina voitaisiin käyttää näennäisesti mitä tahansa toista metallia tai metalliseosta, joka on sulanut prosessilämpötilas-15 sa. Sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toistensa kanssa, mikä johtaisi varastolähdemetallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmäiseen lähteeseen niin kauan kuin annetaan riittävästi aikaa sekoittumista varten. Käytettäessä ensimmäisen matriisimetallin lähteestä poikkeavan 20 koostumuksen omaavaa varastolähdemetallia, on siten mahdollista räätälöidä metallimatriisin ominaisuuksia erilaisten toimintavaatimusten täyttämiseksi ja siten räätälöidä metallimatriisikomposiitin ominaisuuksia.
25 Estovälinettä voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä. Tämän keksinnön yhteydessä käytettävä estovä-line voi erityisesti olla mikä tahansa soveltuva väline, joka vuorovaikuttaa, estää ja lopettaa sulan matriisiseok-sen (esim. alumiiniseos) kulkeutumisen, siirtymisen tai 30 vastaavan täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole haihtuvia, ja jotka edullisesti ovat prosessissa 35 käytettyä kaasua läpäiseviä, ja jotka samoin pystyvät paikallisesti estämään, pysäyttämään, vuorovaikuttamaan, torjumaan, jne, jatkuvan tunkeutumisen tai minkä tahansa 44 91610 muun liikkeen keraamisen täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Estovälineitä voidaan käyttää spontaanin tunkeutumisen aikana tai muoteissa tai muissa laitteissa, joita käytetään spontaanin tunkeutumisen metallimatriisikom-5 posiitin lämpömuovauksen yhteydessä, kuten alla yksityiskohtaisemmin selitetään.
Soveltuvat estovälineet sisältävät aineita, joita kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana ei 10 oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä esto-aineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista 15 loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita metal-limatriisikomposiittituotteella. Kuten edellä mainittiin, tulisi estoaineen edullisesti olla läpäisevää tai huokoista, tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin 20 että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.
Soveltuvia estoaineita, jotka ovat erityisen edullisia alumiinimatriisiseoksilla, ovat niitä, jotka sisältävät 25 hiiltä, erityisesti hiilen kiteiset allotrooppiset muodot, jotka tunnetaan grafiittina. Grafiittia ei oleellisesti voida kostuttaa kuvatuissa prosessiolosuhteissa sulalla alumiiniseoksella. Erityisen edullinen grafiitti on gra-fiittikalvotuote, jota myydään tavaramerkillä Graf oil (R), 30 jonka haltija on Union Carbide. Tällä grafiittikalvolla on tiivistäviä ominaisuuksia, jotka estävät sulaa alumiiniseosta kulkeutumasta täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Tämä grafiittikalvo on myös kuumuutta kestävä ja kemiallisesti inertti. Grafoil (R) -grafiittikalvo on 35 taipuisaa, kestävää, mukautuvaa ja joustavaa. Sitä voidaan valmistaa useissa muodoissa sopimaan estoainesovellutuk-siin. Grafiittiestovälinettä voidaan kuitenkin käyttää
II
91610 45 lietteenä tai tahnana tai jopa maalikalvona täyteaineen tai esimuotin rajapinnalla tai sen ympärillä. Grafoil (R) -tuotetta pidetään erityisen edullisena, koska se on taipuisan grafiittiarkin muodossa. Käytössä tämä paperin 5 tapainen grafiitti yksinkertaisesti muovaillaan täyteaineen tai esimuotin ympärille.
Muita edullisia estoaineita alumiinimetallimatriisiseok-sille typessä ovat siirtymämetalliboridit (esim. ti-10 taanidiboridi (TiB2)), joita sulat alumiinimetalliseokset eivät tätä ainetta määrätyissä prosessioloissa käytettäessä pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella prosessilämpötilan ei tulisi ylittää noin 875°C, koska muutoin estoaineen vaikutus vähenee, ja itse asiassa 15 korkeammassa lämpötilassa esiintyy tunkeutumista estoai-neeseen. Estoaineen hiukkaskoko voi lisäksi vaikuttaa aineen kykyyn estää spontaania tunkeutumista. Siirtymämetalliboridit ovat tyypillisesti hiukkasmuodossa (1-30 mikrometriä). Estoaineet voidaan levittää lietteenä tai 20 tahnana edullisesti esimuotiksi muotoillun läpäisevän keraamisen täyteaineen massan rajapinnoille.
Alumiinimetallimatriisiseoksia varten typessä muut käyttökelpoiset estoaineet sisältävät vaikeasti haihtuvia 25 orgaanisia yhdisteitä, jotka levitetään kalvona tai kerroksena täyteaineen tai esimuotin ulkopinnalle. Poltettaessa typessä, erityisesti tämän keksinnön mukaisissa prosessioloissa, orgaaninen yhdiste hajoaa, jättäen jälkeensä hiilinokikalvon. Orgaaninen yhdiste voidaan levit-30 tää tavanomaisin keinoin, kuten maalaamalla, suihkuttamalla, upottamalla, jne.
Lisäksi voivat hienoksi jauhetut hiukkasmaiset aineet toimia estoaineena, jos hiukkasmaiseen aineeseen tunkeu-35 tuminen esiintyy nopeudella, joka on hitaampi kuin tunkeu-tumisnopeus täyteaineeseen.
46 91610
Siten voidaan estoainetta levittää millä tahansa sopivalla tavalla, kuten peittämällä määritelty rajapinta estoväli-neen kerroksella. Sellainen estovälineen kerros voidaan muodostaa maalaamalla, upottamalla, silkkipainatuksella, 5 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 10 määritellylle rajapinnalle. Kun estoväline on paikallaan, spontaani tunkeutuminen päättyy oleellisesti silloin, kun tunkeutuva matriisimetalli saavuttaa määritellyn rajapinnan ja koskettaa estovälinettä.
15 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.
20
Esimerkki 1
Kuvio 1 esittää poikkileikkauksena järjestelyn, jota käytettiin metallimatriisi-komposiittikappaleen muodosta-25 miseksi spontaanilla tunkeutumisella esillä olevan keksinnön mukaisesti. Tarkemmin ottaen styreenivaahtomalja, jonka likimääräiset mitat olivat: korkeus 83 mm, sisähal-kaisija laajassa päässä noin 70 mm ja sisähalkaisija kapeassa päässä noin 40 mm; upotettiin suspensioon tai 30 lietteeseen, joka käsitti oleellisesti yhtä suuret paino-määrät kolloidista 20 prosenttista alumiinioksidia, jota toimittaa Remet Co., sekä 1000 grit (seulamitta, grit = noin 75 mikrometriä) piikarbidijauhetta, jota tomittaa Norton Co. ja jota myydään tuotenimella 37 Crystolon. 35 Lietteellä päällystetty irrotettava valusydän pölytettiin sen jälkeen kuivalla 90 grit piikarbidijauheella (37 Crystolon), joka kiinnittyi lietepäällystykseen. Peräkkäi-
II
47 91610 set upotus-pölytysvaiheet toistettiin kolme kertaa, jonka jälkeen pölytysjauhe vaihdettiin 24 grit piikarbidiksi (37 Crystolon). Peräkkäiset upotus-pölytysvaiheet toistettiin sitten toiset kolme kertaa. Kehittyvää mallikuorta kuivat-5 tiin noin 65°C:ssa noin puolen tunnin ajan jokaisen upotus-pölytysvaiheen jälkeen.
Viimeisen upotus-pölytys vaiheen jälkeen mallikuori poltettiin ilmauunissa noin 850°C lämpötilassa noin 1 tunnin ajan 10 styreenimaljän poistamiseksi höyrystämällä. Tuloksena oleva mallikuori 4, jonka paksuus oli noin 4,8 mm, täytettiin sen jälkeen likimain puoleenväliin saakka täyteaineen petillä 2, joka käsitti 1000 grit tuoreen piikarbidin sekoitusta, jota myydään tuotenimellä 39 Crystolon, ja jota 15 tuottaa Norton Co., sekä noin 2 painoprosenttia -350 mesh magnesiumjauheen sekoitusta, jota viimeksimainittua toimittaa Aesar, Johnson Mathey Co.:n divisioona. Tämä sekoitus oli edeltä käsin huolellisesti sekoitettu kuula-myllyssä noin 24 tuntia. Täyteaineen 2 peti tiivistettiin 20 sen jälkeen kevyesti (käsin painamalla) tiiviimmän kappaleen muodostamiseksi täyteaineesta mallikuoreen 4. Tämän puristusvaiheen jälkeen täyteaineen 2 pedille asetettiin valanne 3, joka käsitti paino-osuuksien mukaan noin 15 % piitä, 5 % magnesiumia, lopun ollessa alumiinia, ja jonka 25 mitat olivat likimain 38 mm x 38 mm x 25 mm. Ennen matriisiseosvalanteen 3 asettamista täyteaineen pedille valanne ensin hiekkapuhallettiin kevyesti ja pestiin etanolilla mahdollisten läsnäolevien pinnan epäpuhtauksien, kuten leikkausöljyjen poistamiseksi.
30
Matriisiseosvalanteen 3 ja täyteainetta 2 sisältävä mallikuori 4 asetettiin tulenkestävien hiukkasten pedille 5, niin että tulenkestävien hiukkasten peti ulottui likimain mallikuoren 2 kyljen puoleenväliin saakka. Tulenkestävät 35 hiukkaset, jotka olivat grafiittia olevassa veneen muotoisessa astiassa 1, koostui 24 grit alumiinioksidimateriaa- « 48 91610 lista, joka tunnetaan tuotenimellä 38 Alundum, ja jota tuottaa Norton Co.
Grafiittia olevasta tulenkestävästä astiasta ja sen sisäl-5 löstä koostuva järjestely asetettiin sitten säädetyssä atmosfäärissä huoneenlämpötilassa olevaan sähkövastuksilla kuumennettuun tyhjöuuniin, johon muodostettiin suuri tyhjö (likimain 1 x 10-4 torr). Uuniin palautettiin typpeä noin 1 ilmakehän paineeseen, ja uuniin muodostettiin 10 jatkuva n. 1,5 1/minuutti typpikaasun virtaus. Uunin lämpötila nostettiin sitten noin 750°C lämpötilaan noin 3 tunnin kuluessa ja pidettiin noin 750°C:ssa noin 20 tunnin ajan. Tämän 20 tunnin kuumennusajan jälkeen virta kytkettiin päältä ja järjestelyn annettiin uunissa ollen jäähtyä 15 luonnonmukaisesti noin 40°C lämpötilaan noin 12 tunnin kuluessa. Kun järjestelyn lämpötila oli 40°C, se poistettiin uunista ja purettiin. Järjestelystä otettiin talteen metallimatriisi-komposiittikappale, joka käsitti täyteaineen sekoitusta ympäröivän matriisimetallin.
20
Kuvio 2 on mikrovalokuva esimerkin 1 mukaisesti tuotetusta metallimatriisikomposiitista.
Siten tämä esimerkki osoittaa, että on mahdollista aikaan-25 saada spontaani tunkeutuminen täyteaineeseen alu-miiniseos/magnesium/typpi-järjestelmässä metallimatriisi-komposiitin muodostamiseksi.
Esimerkki 2 30
Kuvio 3 esittää poikkileikkauksena järjestelyn, jota käytettiin metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi spontaanilla tunkeutumisella esillä olevan keksinnön mukaisesti. Tarkemmin ottaen 0,38 mm paksusta laatua 35 GTB olevasta grafiittikalvotuotteesta, jota tuottaa Union Carbide ja jota myydään tavaramerkillä Grafoil (R), muodostettiin laatikko 2, jonka likimääräiset mitat olivat I! 49 91610 51 mm x 25 mm x 51 mm. Laatikko tehtiin järjestämällä sopivan kokoisa Grafoil (R)-kappaleita yhteen ja sulkemalla Grafoil (R)-laatikon saumat lietteellä, joka tehtiin sekoittamalla grafiittijauhetta (Grade KS-44, Lonza Inc.) 5 ja kolloidista piidioksidia (Ludox HS, DuPont). Grafiitin painosuhde kolloidiseen piidioksidiin oli noin 1:3. Grafoil (R)-laatikko asetettiin n. 13 mm paksun hiukkasmaista boorikarbidia (Atlantic Equipment Engineers) olevan kerroksen 3 päälle, joka oli alumiinioksidia olevassa tulen-10 kestävässä veneen muotoisessa astiassa 1. Grafoil (R)-laatikon pohjalle asetettiin matriisimetallivalanne 4, jonka mitat olivat likimääräisesti 51 mm x 25 mm x 13 mm, ja joka käsitti noin 3 painoprosenttia kalsiumia, lopun ollessa alumiinia. Norton Co.:n tuottamaa tuotenimellä 38 Alundum 15 tunnettua 220 grit alumiinioksidimateriaalia 5 kaadettiin Grafoil (R)-laatikkoon 2 matriisimetallivalanteen 4 päälle, kunnes valanne peittyi likimain 25 mm paksulla 38 Alundum-täyteaineen kerroksella 5. Sen jälkeen lisättiin boorikarbidia 3 tulenkestävään alumiinioksidi-astiaan, 20 Grafoil (R)-laatikon 2 ulkopuolelle, kunnes boorikarbidi-pedin pinta oli hieman Grafoil (R)-laatikon 2 yläreunan alapuolella.
Alumiinioksidia olevasta tulenkestävästä astiasta ja sen 25 sisällöstä koostuva järjestely asetettiin sähkövastuksin kuumennettavaan putkiuuniin huoneenlämpötilassa. Uuniin muodostettiin noin 1 x 10_1 torr tyhjö, jonka jälkeen siihen huoneenlämpötilassa palautettiin typpeä noin 1 ilmakehän paineeseen. Kun uuniin oli palautettu typpeä, siihen 30 muodostettiin jatkuva n. 0,8 1/minuutti typpikaasun virtaus. Uunin lämpötila nostettiin sitten noin 900°C lämpötilaan noin 250°C/h nopeudella; pidettiin noin 900°C:ssa noin 5 tunnin ajan; ja laskettiin sitten huoneenlämpötilaan noin 250°C/h nopeudella. Kun järjestely saavutti huoneen-35 lämpötilan, se poistettiin uunista ja purettiin. Otettiin talteen metallimatriisi-komposiitti, joka käsitti 38 Alundum -täyteainetta ympäröivän matriisimetallin.
« 91610 50
Kuvio 4 on mikrovalokuva esimerkin 2 mukaisesti tuotetusta metallimatriisikomposiitista.
Siten tämä esimerkki osoittaa, että on mahdollista aikaan-5 saada spontaani tunkeutuminen täyteainemassaan alumiiniseos /kalsium/typpi- järjestelmässä.
Esimerkki 3 10 Kuvio 5 esittää poikkileikkauksena järjestelyn, jota käytettiin metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi spontaanilla tunkeutumisella esillä olevan keksinnön mukaisesti. Esimuotin tekemiseksi sekoitettiin 100 % etanoliin likimain 94 painoprosenttia alumiininitridi-15 jauhetta (Herman Starck "A" jauhe), 5 painoprosenttia piinitridijauhetta (Atlantic Equipment Engineers), ja likimain 1 painoprosentti PVPK 30 (polyvinyylipryoleeni, molekyylipaino 30, GAF Corp.), lietteen muodostamiseksi, joka käsitti likimain 50 tilavuusprosenttia kiintoaineita 20 ja 50 tilavuusprosenttia etanolia. Liete kaadettiin sitten muottiin, jonka likimääräiset mitat olivat 76 mm x 76 mm x 25 mm, ja joka muodostui nelisivuisesta teräskehikosta ja kipsilevyä olevasta pöhjapinnasta. Nelisivuinen teräs-kehikko ei ollut kytkettynä kipsilevyyn, ja se voitiin 25 poistaa helposti, esimerkiksi nostamalla. Kipsilevyä käytettiin kosteuden poistamiseksi lietteestä. Kuivuttuaan liete muodosti esimuotin, jonka mitat olivat likimain 76 mm x 76 mm x 25 mm. Noin 38 mm x 19 mm x 38 mm kokoinen esimuotti 5 leikattiin isommasta esimuotista. Kooltaan noin 30 39 mm x 51 mm x 25 mm valanne matriisimetallista 3, joka painon mukaisesti käsitti noin 3 % strontiumia, 8 % piitä, 8 % nikkeliä ja loput alumiinia, päällystettiin yhdeltä pinnaltaan likimain 0,25 mm vahvalla kerroksella 4 sekoitusta, joka käsitti 50 painoprosenttia rauta jauhetta (Serac 35 Inc., Milwaukee, Wisconsin) ja 50 painoprosenttia alu-miininitridijauhetta (Exolon-ESK Company, Tornawanda, New York). Esimuotti 5 asetettiin sitten tämän alumiininitri- 91610 51 di/rauta jauhe-kerroksen 4 päälle, ja met ai liinat riisi/esi-muotti-kokoonpano sijoitettiin likimain 25 mm paksun hiukkasmaisen boorikarbidikerroksen 6 (Atlantic Equipment Engineers) päälle, joka oli laatikossa 2, joka laatikko 5 oli tehty 0,38 mm vahvasta luokkaa 6TB olevasta grafiit-tinauhatuotteesta, jota tuottaa Union Carbide ja jota myydään tavaramerkillä Grafoil (R). Laatikko tehtiin järjestämällä sopivan kokoisa Grafoil (R)-kappaleita yhteen ja sulkemalla Grafoil (R)-laatikon saumat lietteellä, 10 joka tehtiin sekoittamalla grafiittijauhetta (Grade KS-44, Lonza Inc.) ja kolloidista piidioksidia (Ludox HS, DuPont) . Grafiitin painosuhde kolloidiseen piidioksidiin oli noin 1:3. Laatikko 2 oli niin iso, että matriisimetalli/esi-muotti-kokoonpano mahtui siihen koskettamatta sitä. Gra-15 foil (R)-laatikko lepäsi tulenkestävän alumiinioksidi-astian 1 pohjalla. Lisättiin boorikarbidia 6 Grafoil (R) -laatikkoon 2, kunnes matriisimetalli/esimuotti-kokoonpa-no oli täysin boorikarbidin 6 ympäröimänä ja upotettuna siihen. Noin 13 mm paksu boorikarbidikerros peitti esi-20 muotin yläpintaa.
Alumiinioksidia olevasta tulenkestävästä astiasta ja sen sisällöstä koostuva järjestely asetettiin sähkövastuksin kuumennettavaan putkiuuniin huoneenlämpötilassa. Uuniin 25 muodostettiin noin 1 x 10”1 torr tyhjö, jonka jälkeen siihen huoneenlämpötilassa palautettiin typpeä noin 1 ilmakehän paineeseen. Kun uuniin oli palautettu typpeä, siihen muodostettiin jatkuva n. 0,6 1/minuutti typpikaasun virtaus. Uunin lämpötila nostettiin sitten noin 1200°C 30 lämpötilaan noin 200°C/h nopeudella. Uunin lämpötila pidettiin noin 1200°C:ssa noin 10 ajan, ja laskettiin sitten huoneenlämpötilaan noin 250°C/h nopeudella. Kun järjestely saavutti huoneenlämpötilan, se poistettiin uunista ja purettiin. Saatiin metallimatriisi-komposiitti, joka kä-35 sitti esimuotin ympäröivän matriisimetallin.
52 91610
Kuvio 6 on mikrovalokuva esimerkin 3 mukaisesti tuotetusta metallimatriisikomposiitista.
Siten tämä esimerkki osoittaa, että on mahdollista aikaan-5 saada matriisimetallin spontaani tunkeutuminen täyte-ainemassaan alumiiniseos/strontium/typpi-järjestelmässä.
Esimerkki 4 10 Kuvio 7 esittää poikkileikkauksena järjestelyn, jota käytettiin metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi spontaanilla tunkeutumisella esillä olevan keksinnön mukaisesti. Esimuotin tekemiseksi sekoitettiin lietteen muodostamiseksi noin 85 painoprosenttia A-17 15 kalsinoitua alumiinioksidia, Alcoa:lta, noin 15 painoprosenttiin vettä, joka sisälsi vähäisen määrän Darvin-82lA:ta (jonka toimitti R.T.Vanderbilt and Co., Norwalk, Connecticut) dispergoivana aineena. Liete valettiin suorakulmaiseen kipsi- tai liitumuottiin, jonka mitat olivat 20 likimain 76 mmx 51 mmx 13 mm. Lietteen annettiin kuivua 8 tuntia muotissa, ennenkuin se poistettiin esimuottina 3. Esimuotin 3 annettiin sitten kuivua ilmassa 24 tuntia lisää ennen sen käyttöä esillä olevassa keksinnössä.
25 Matriisimetallivalanteiden 2 pino 3, joiden jokaisen koko oli noin 76 mm x 51 mm x 13 mm, ja jotka koostuivat kaupallisesti saatavilla olevasta 170.1 alumiiniseoksesta, joka käsitti likimain 3 painoprosenttia sinkkiä alkuperäiseen seokseen sisältyvän mahdollisen sinkin lisäksi, 30 maalattiin ylimpänä olevan valanteen yläpinnalta noin 1,3 mm paksulla kerroksella 5 tulenkestävää ainetta, joka tunnetaan nimellä Leecote (R) LX-60 WPS (Acme Resin Corporation, Madison, Ohio). Esimuotti 3 sijoitettiin sitten tämän Leecote-kerroksen 5 päälle ja matriisiseos-35 valanteet/esimuotti-järjestely sijoitettiin noin 13 mm paksun Nyad SP karkea-grit wollastoniitti (NYCO Inc.) -hiukkaskerroksen 4 päälle, joka oli tulenkestävässä n 91610 53 aluiniinioksidiastiassa 1. Matriisiseosvalanteet/esimuot-ti-järjestely sijoitettiin wollastoniittikerroksen rinnalle siten, että alin matriisiseosvalanne oli kosketuksessa kerrokseen. Sen jälkeen lisättiin tulenkestävään 5 alumiiniastiaan 1 lisää wollastoniittia 4, kunnes vollas-toniitin pinta oli likimain samassa tasossa esimuotin 3 yläpinnan kanssa.
Alumiinioksidia olevasta tulenkestävästä astiasta ja sen 10 sisällöstä koostuva järjestely asetettiin sähkövastuksilla kuumennettuun uuniin, jonka atmosfääri oli normaalissa ilmanpaineessa. Uunin lämpötila nostettiin noin 1050°C lämpötilaan noin 10 tunnin kuluessa; sitä pidettiin noin 1050°C:ssa noin 60 tuntia; ja laskettiin sitten noin 40°C 15 lämpötilaan noin 10 tunnin kuluessa. Kun järjestelyn lämpötila oli 40°C, se poistettiin uunista ja purettiin. Otettiin talteen metallimatriisi-komposiittikappale, joka käsitti täyteaineen sekoitusta ympäröivän matriisimetal-lin.
20
Kuvio 8 on mikrovalokuva esimerkin 4 mukaisesti tuotetusta metallimatriisikomposiitista.
Siten tämä esimerkki osoittaa, että on mahdollista aikaan-25 saada spontaani tunkeutuminen täyteaineeseen alumiini seos /sinkki /happi- järjestelmässä.
Esimerkki 5 30 Tämä esimerkki osoittaa, että menestyksellä voidaan käyttää monia täyteaineen rakenteita metallimatriisi-komposiitti-kappaleiden muodostamiseksi spontaanilla tunkeutumismenetelmällä. Taulukko I sisältää yhteenvedot koeolosuhteista, joita on käytetty muodostamaan useita metalli-35 matriisi-komposiittikappaleita, mukaanlukien erilaiset matriisimetallit, täyteaineen rakenteet, käsittelylämpötilat ja käsittelyajat.
54 91610 Nävte A (011189-ΑΑΙΪ
Kuvio 9 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin metallimatriisikomposiittinäytteen 5 tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen valmistettiin piidioksidimuotti 10, jossa oli sisäinen ontelo, joka mitoiltaan oli 127 mm pitkä, 127 mm leveä ja 83 mm syvä, ja jossa oli viisi reikää 11, halkaisijaltaan noin 19 mm ja noin 19 mm syvät, piidioksidimuotin pohjalla.
10 Muotti muodostettiin sekoittamalla ensin liete, joka paino-osuuksin käsitti noin 2,5-3 osaa piidioksidi jauhetta (RANCO-SIL (TM) 4, Ransom&Randolph, Maunee, OH), noin 1 osa kolloidista piidioksidia (Nyacol (R) 830, Nyacol
Products, Inc., Ashland, MA), ja noin 1 - 1,5 osaa 15 piidioksidia ja hiekkaa (RANCO-SIL (TM) A, Ransom&Randolph, Maunee, OH). Lieteseos kaadettiin kumimuottiin, joka muodoltaan oli käänteinen halutun piidioksidimuotin sisä-ontelon suhteen, ja asetettiin pakastimeen yön yli (noin 14 tuntia). Piidioksidimuotti 10 erotettiin sen jälkeen 20 kumimuotista, poltettiin noin 800°C lämpötilassa ilma-at-mosfääriuunissa noin 1 tunnin ajan, ja jäähdytettiin huoneenlämpötilaan.
Muodostetun piidioksidimuotin 10 pohjan pinta peitettiin 25 grafiittikalvon (Perma-Foil, TT America, Portland, OR) kappaleella 12, jonka mitat olivat pituus noin 127 mm, leveys noin 127 mm ja paksuus noin 0,25 mm. Noin 19 mm halkaisijaltaan olevat reiät 13 leikattiin grafiittikal-voon piidioksidimuotin 10 pohjassa olevien reikien 11 30 paikkoja vastaten. Piidioksidimuotin 10 pohjassa olevat reiät täytettiin matriisimetallisylintereillä 14, joiden halkaisija oli noin 19 mm ja paksuus noin 19 mm, ja joiden koostumus oli sama kuin alla selitetyn matriisimetallin. Noin 826 g täyteaineseosta 15, joka painon mukaan käsitti 35 noin 95% 220 grit alumiinioksidia (38 Alundum, Norton, Co., Worcester, MA) ja noin 5% -325 magnesium jauhetta (jota myy Aesar (R), Johnson Matthey, Seabrook, NH), valmistettiin
II
91610 55 noin 4 litran muoviastiassa sekoittaen käsin noin 15 minuutin ajan. Täyteaineseos 15 kaadettiin sitten piidiok-sidimuotin 10 pohjalle noin 19 mm paksuuteen, ja sitä kopautettiin kevyesti täyteaineseoksen pinnan tasoittami-5 seksi. Noin 1220 g matriisimetallia 16, joka painon mukaan käsitti likimääräisesti alle 0,25% Si, alle 0,30% Fe, alle 0,25% Cu, alle 0,15% Mn, 9,5 - 10,6% Mg, alle 0,15% Zn, alle 0,25% Ti ja loppuosan alumiinia, asetettiin täyteaineseoksen 15 päälle piidioksidimuottiin 10. Piidioksi-10 dimuotti 10 sisältöineen asetettiin sitten ruostumatonta terästä olevaan säiliöön 17, jonka mitat olivat pituus noin 254 mm, leveys noin 254 mm ja korkeus noin 203 mm. Titaanisieniainetta 18, painoltaan noin 15 g (Chemalloy Inc., Bryn Mawr, PA) ripoteltiin piidioksidimuotin 10 15 päälle ruostumatonta terästä olevassa säiliössä 17. Kuparikaivo 19 asetettiin ruostumatonta terästä olevan säiliön 17 aukon päälle eristetyn kammion muodostamiseksi. Typpi-tyhjennysputki 20 järjestettiin kuparikaivon 19 läpi, ja ruostumatonta terästä oleva säiliö 17 sisältöineen asetet-20 tiin ilma-atmosfäärissä vastuksin kuumennettavaan laatik-kouuniin.
Uunin lämpötila nostettiin huoneenlämpötilasta noin 600°C lämpötilaan nopeudella noin 400°C/h, typen virtausmäärän 25 ollessa noin 10 1/minuutti (huomaa, ettei eristetty kammio ole kaasutiivis, jolloin se päästää jonkin verran typpeä), kuumennettiin sitten noin 600°C lämpötilasta noin 750°C lämpötilaan nopeudella noin 400°C/h, typen virtausmäärän ollessa noin 2 1/minuutti. Kun järjestelmää oli pidetty 30 noin 775°C:ssa noin 1,5 tuntia typen virtausmäärän ollessa . noin 2 1/minuutti, ruostumatonta terästä oleva säiliö 17 sisältöineen poistettiin uunista. Piidioksidimuotti 10 poistettiin ruostumatonta terästä olevasta säiliöstä 17 ja osa jäljelle jäänyttä matriisimetallia kaadettiin pois 35 piidioksidimuotista 10. Huoneenlämpötilassa oleva kupari-levy, jonka pituus oli noin 127 mm, leveys noin 127 mm ja . paksuus noin 25 mm, asetettiin piidioksidimuottiin 10, niin 91610 56 että se kosketti jäljelle jääneen matriisimetallin yläosaa, muodostuneen metallimatriisikomposiitin suunnattua kiinteyttämistä varten.
5 Nävte B ί011889-ΑΧΪ
Kuvio 10 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin metallimatriisikomposiittinäytteen tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen 10 valmistettiin teräslaatikko 32 asettamalla teräsrunko 30, jossa oli sisäinen ontelo, joka mitoiltaan oli 127 mm pitkä, 127 mm leveä ja 70 mm syvä, ja jonka seinämäpaksuus oli noin 7,9 mm, teräslevyn 31 päälle, joka mitoiltaan oli noin 178 mm leveä, noin 178 mm pitkä ja noin 6,4 mm paksu.
15 Teräslaatikko 32 vuorattiin grafiittikalvolaatikolla, joka mitoiltaan oli noin 127 mm pitkä, 127 mm leveä ja 76 mm korkea. Grafiittikalvolaatikko 33 valmistettiin grafiit-tikalvokappaleesta (Perma-Foil, TT America, Portland, OR), joka oli noin 279 mm pitkä, noin 279 mm leveä ja noin 0,25 20 mm paksu. Grafiittikalvoon tehtiin neljä samansuuntaista viiltoa noin 76 mm reunasta ja noin 76 mm pitkät. Leikattu grafiittikalvo taitettiin sitten ja liitettiin grafiitti-kalvolaatikon 33 muodostamiseksi.
25 Noin 782 g täyteaineseosta 34, joka painon mukaan käsitti noin 95% alumiinioksidia (C-75 RG, Alcan Dhemicals, Montreal, Canada) ja noin 5% -325 magnesiumjauhetta (jota myy Aesar (R), Johnson Matthey, Seabrook, NH), valmistettiin yhdistämällä aineet muoviastiaan ja sekoittaen käsin 30 noin 15 minuutin ajan. Täyteaineseos 34 kaadettiin sitten grafiittikalvolaatikkoon 33 noin 19 mm paksusti, ja sekoitusta kopautettiin kevyesti pinnan tasoittamiseksi. Täyteaineseoksen 34 pinta päällystettiin noin 4 grammalla -50 mesh magnesiumjauhetta 35 (jota myy Alpha Products, 35 Morton Thiokol, Danvers, MA). Noin 1268 g matriisimetallia 36, joka painon mukaan käsitti likimääräisesti alle 0,25% Si, alle 0,30% Fe, alle 0,25% Cu, alle 0,15% Mn, 9,5 - 91610 57 10,6% Mg, alle 0,15% Zn, alle 0,25% Ti ja loppuosan alumiinia, asetettiin magnesium jauheella päällystetyn täy-teaineseoksen 34 päälle.
5 Teräslaatikko 32 sisältöineen asetettiin sitten ruostumatonta terästä olevaan säiliöön 37, jonka mitat olivat: pituus noin 254 mm, leveys noin 254 mm ja korkeus noin 203 mm. Ruostumatonta terästä olevan säiliön 37 pohja oli valmisteltu peittämällä laatikon pohja grafiittikalvon 38 10 kappaleella jonka mitat olivat pituus noin 254 mm, leveys noin 254 mm ja paksuus noin 0,25 mm, ja tulenkestävä tiili 39 oli asetettu grafiittikalvon 38 päälle teräslaatikon 32 tukemiseksi ruostumatonta terästä olevassa säiliössä 37. Noin 20 g titaanisieniainetta 40 (Chemalloy Inc., Bryn 15 Mawr, PA) ruiskutettiin grafiittikalvon 38 päälle ruostumatonta terästä olevan säiliön 37 pohjalla tulenkestävän tiilen 39 ympärille, joka tuki teräslaatikkoa 32. Kupari-kalvo 41 asetettiin ruostumatonta terästä olevan säiliön 37 aukon päälle eristetyn kammion muodostamiseksi. Typpi-20 tyhjennysputki 20 järjestettiin kuparikaivon 41 läpi. Ruostumatonta terästä oleva säiliö 37 sisältöineen asetettiin ilma-atmosfäärissä vastuksin kuumennettavaan laatik-kouuniin.
25 Uuni kuumennettiin huoneenlämpötilasta noin 600°C lämpötilaan nopeudella noin 400°C/h, typen virtausmäärän putkessa 42 ollessa noin 10 1/minuutti, kuumennettiin sitten noin 600°C lämpötilasta noin 800°C lämpötilaan nopeudella noin 400°C/h, typen virtausmäärän ollessa noin 2 1/minuut-30 ti. Järjestelmä pidettiin 800°C:ssa noin 2 tunnin ajan typen virtausmäärän ollessa noin 2 1/minuutti. Sen jälkeen ruostumatonta terästä oleva säiliö 37 sisältöineen poistettiin uunista ja teräslaatikko 32 poistettiin ruostumatonta terästä olevasta säiliöstä 37 ja aetettiin huoneen-35 lämpötilassa olevan veden jäähdyttämälle jäähdytyslevylle, jonka mitat olivat pituus noin 203 mm, leveys noin 203 mm 58 91610 ja paksuus noin 13 mm, metallimatriisikomposiitin suunnattua kiinteyttämistä varten.
Nävte C (022189DAH11 5
Kuvio 11 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin metallimatriisikomposiittinäytteen tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen järjestettiin veneen muotoinen grafiittiastia 50, jossa 10 oli sisäinen ontelo, joka mitoiltaan oli noin 305 mm pitkä, noin 203 mm leveä ja noin 13,3 mm korkea, ATJ -grafiitista, jota valmistaa Union Carbide. Kolme grafiittikalvolaatik-koa 52, mitoiltaan noin 203 mm pitkät, noin 102 mm leveät ja noin 127 mm korkeat, sijoitettiin grafiittiastian 50 15 pohjalle. Grafiittikalvolaatikko 52 tehtiin grafiittikal-vokappaleesta (Grafoil (R) Union Carbidelta), mitoiltaan noin 356 mm pitkä, noin 318 mm leveä ja noin 0,38 mm paksu. Grafiittikalvoon tehtiin neljä samansuuntaista viiltoa noin 127 mm sivusta ja noin 127 mm pitkät. Leikattu 20 grafiittikalvo taitettiin sitten grafiittikalvolaatikoksi 52, joka liimattiin seoksella, joka käsitti painon mukaan noin yhden osan grafiittijauhetta (KS-44, Lonza Inc., Fair Lawn, NJ) ja noin 3 osaa kolloidista piidioksidia (LUDOX (R) SM, E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc. Wilmington, 25 DE), ja liitettiin laatikon koossa pitämiseksi. Grafiit-tikalvolaatikon 52 pohja päällystettiin tasaisesti kerroksella -50 mesh magnesiumjauhetta 53 (jota myy Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA). Magnesiumjauhe 53 kiinnitettiin grafiittikalvolaatikon 52 pohjaan seoksella, 30 joka tilavuuden suhteen käsitti noin 25 - 50% grafiit-tisementtiä (RIGIDLOCK (TM), Polycarbon, Valencia, CA) ja loput etyylialkoholia.
Noin 1000 g täyteaineseosta 54, joka käsitti noin 98% -60 35 grit levymäistä alumiinioksidia (T-64, Alcoa Industrial Chemicals Division, Bauxite, AR) ja noin 2% -325 mesh magnesiumjahetta (jota myy Aesar (R), Johnson Matthey, li 59 91610
Seabrook, NH), asetettiin muoviastiaan ja sekoitettiin kuulamyllyssä ainakin 2 tuntia. Täyteaineseos 54 kaadettiin sitten grafiittikalvolaatikon 52 pohjalle, joka vuorasi grafiittiastian, tiivistettiin käsin ja päällystettiin 6 5 g kerroksella -50 mesh magnesiumjauhetta 56 (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA). Noin 1239 g xnat-riisimetallia 55, joka painon mukaan käsitti likimääräisesti alle 0,35% Si, alle 0,40% Fe, 1,6 - 2,6% Cu, alle 0,2% Mn, 2,6 - 3,4% Mg, 0,18 - 0,35% Cr, 6,8 - 8,0% Zn, 10 alle 0,20% Ti ja loput alumiinia, täyteaineseoksen 54 päälle grafiittikalvolaatikkoon 52.
Grafiittiastia 50 sisältöineen asetettiin huoneenlämpötilassa vuorattuun vastuksin kuumennettavaan retorttiuuniin. 15 Retorttiovi suljettiin ja retorttiin muodostettiin tyhjö vähintään 762 mm Hg. Kun tyhjö oli saavutettu, retortti-kammioon johdettiin typpeä määränä noin 3,5 1/minuutti. Vuorattu retorttiuuni kuumennettiin sitten noin 700°C lämpötilaan nopeudella noin 120°C/h ja pidettiin noin 10 20 h 700°C:ssa noin 2,5 1/minuutti virtaavassa typpiatmosfäärissä. Retorttivuoratun uunin lämpötila laskettiin sitten noin 700°C:sta noin 675°C:seen nopeudella noin 150°C/h. Noin 675°C lämpötilassa grafiittiastia sisältöineen poistettiin retortista ja suoritettiin suunnattu kiinteyttä-25 minen. Erityisesti, grafiittiastia sijoitettiin huoneenlämpötilassa olevan grafiittilevyn päälle ja noin 500 ml ulkoista kuumapäällystysainetta (Feedol (R)-9, jota myy Foseco Inc., Brook Park, OB) kaadettiin grafiittikalvolaa-tikossa 52 olevan sulan matriisimetallin päälle, ja noin 30 51 mm paksu keraaminen kuitupeite (CERABLANKET (TM),
Manville Refractory Products) käärittiin grafiittiastian 50 ympärille. Huoneenlämpötilassa grafiittiastia purettiin, ja havaittiin että oli muodostunut metallimatriisi-komposiittikappale.
35 » · 60 91610 Nävte D (060889DAE3)
Kuvio 12 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin metallimatriisikomposiittinäytteen 5 tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen järjestettiin veneen muotoinen grafiittiastia 70, jossa oli sisäinen ontelo, joka mitoiltaan oli noin 203 mm pitkä, noin 102 mm leveä ja noin 63 mm syvä, ja joka oli tehty ATJ -grafiitista, jota valmistaa Union Carbide. Grafiit-10 tikalvolaatikko 71, mitoiltaan noin 203 mm pitkä, noin 38 mm leveä ja noin 76 korkea, sijoitettiin grafiittiastiaan 70. Grafiittkalvolaatikko 71 tehtiin grafiittikalvokappa-leesta (Grafoil (R) Union Carbidelta), mitoiltaan noin 356 mm pitkä, noin 191 mm leveä ja öin 0,38 mm paksu. 15 Grafiittikalvoon tehtiin neljä samansuuntaista viiltoa noin 76 mm sivusta ja noin 76 pitkät. Graf iittikalvo taitettiin sitten grafiittikalvolaatikoksi 71, liimattiin grafiittisementillä (RIGIDLOCK (TM), Polycarbon, Valencia, CA) ja liitettiin yhteen. Riittävästi kuivuneena grafiit-20 tikalvolaatikko asetettiin grafiittiastiaan 70.
Noin 1000 g täyteaineseosta 73, joka painon mukaan noin 96% halkaisijaltaan noin 10 mikrometrin ja noin 2 mikrometriä paksuja alumiinioksidihiutaleita (kehitysvaiheessa 25 olevia laatu F alfa-Al2C>3 hiutaleita, jotka toimitti E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc., Wilmington, DE), ja noin 4% -325 mesh magnesium jauhetta (Aesar (R), Johnson Matthey, Seabrook, NH), asetettiin noin 4 litran muoviastiaan ja loppuosa muoviastian tilavuudesta täytettiin etyylialko-30 holilla lieteseoksen muodostamiseksi. Muoviastia sisältöineen sijoitettiin sitten kuulamyllylle ainakin 3 tunniksi. Lieteseokseen kohdistettiin tyhjösuodatus etyylialkoholin erottamiseksi täyteaineseoksesta 73. Sen jälkeen kun etyylialkoholi oleellisesti oli erotettu, täyteaineseos 73 35 asetettiin noin 110°C lämpötilaan asetettuun ilmauuniin ja kuivattiin yön yli. Täyteaineseos 73 pakotettiin sen jälkeen 40 mesh seulan läpi valmistuksen loppuun viemisek-
II
91610 61 si. Tätä nestedispersiomenetelmää kutsutaan tästä lähin LD-menetelmäksi.
Grafiittikalvolaatikon 71 pohja päällystettiin likimain 5 1,5 g kerroksella -50 me s h magnesiumjauhetta 74 (Alpha
Products, Morton Thiokol, Danvers, MA), ja se kiinnitettiin grafiittikalvolaatikon 71 pohjaan grafiittisementillä (RI-GIDLOCK (TM), jota myy Polycarbon, Valencia, CA). Täyte-aineseos 73 kaadettiin sitten grafiittikalvolaatikon 71 10 pohjalle, tiivistettiin käsin ja päällystettiin 1,5 g kerroksella -50 mesh magnesiumjauhetta 75 (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA). Noin 644 g matriisimetallia 72, joka painon mukaan käsitti alle 0,25% Si, alle 0,30% Fe, alle 0,25% Cu, alle 0,15% Mn, 9,5 - 10,6% Mg, alle 15 0,15% Zn, alle 0,25% Ti ja loppuosan alumiinia, asetettiin täyteaineseoksen 73 päälle grafiittikalvolaatikkoon 71. Kaksi grafiittitukilevyä 76, noin 203 mm pitkät, noin 76 mm leveät ja noin 13 paksut, asetettiin grafiittikalvolaatikon 71 ulkosivuja pitkin, kuten kuviossa 12 esitetään.
20 220 grit alumiinioksidiainetta 77, (38 Alundum, Norton Co.,
Worcester, MA) asetettiin grafiittiastiaan grafiittilevy-jen 76 ympäri.
Järjestelmä, joka käsitti grafiittiastian 70 sisältöineen, 25 asetettiin huoneenlämpötilassa retorttivuorattuun vastuksin kuumennettavaan uuniin. Retorttiovi suljettiin ja retorttiin muodostettiin tyhjö 508 mm HG. Vuorattu retort-tiuuni kuumennettiin sitten noin 775°C lämpötilaan nopeudella noin 100 typpivirtauksen ollessa noin 4 1/minuut-30 ti. Noin 10 tunnin kuluttua noin 775°C:ssa, typpivirtauksen ollessa noin 4 1/minuutti, grafiittiastia 70 sisältöineen poistettiin retorttiuunista ja suoritettiin suunnattu kiinteyttäminen. Erityisesti, grafiittiastia 70 sijoitettiin huoneenlämpötilassa olevan veden jäähdyttämälle alu-35 miinioksidijäähdytyslevylle ja noin 500 ml ulkoista kuu- mapäällystysainetta (Feedol (R)-9, jota myy Foseco Inc., . Brook Park, OH) kaadettiin grafiittikalvolaatikossa 70 a · 62 91610 olevan sulan matriisi-metallin päälle, ja noin 51 mm paksu keraaminen kuitupeite (CERABLANKET (TM), Manville Refractory Products) käärittiin grafiittiastian 70 ympärille. Huoneenlämpötilassa grafiittiastia purettiin, ja havait-5 tiin että oli muodostunut metallimatriisi-komposiittikap-pale.
Muodostunut metallimatriisikomposiittia lämpökäsiteltiin sen jälkeen. Tarkemmin ottaen komposiitti asetettiin 10 ruostumatonta terästä olevaan lankakoriin, joka sitten asetettiin vastuskuumennettuun ilma-atmosfääriuuniin. Uunin lämpötila nostettiin noin 435°C lämpötilaan noin 40 minuutissa, pidettiin siinä noin 18 h, jonka jälkeen komposiitti poistettiin uunista ja jäähdytettiin nopeasti 15 huoneenlämpötilassa olevassa vesikylvyssä.
Esimerkki E /072988TAM1
Kuvio 13 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjeste-20 lystä, jota käytettiin metallimatriisikomposiittinäytteen tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen valmistettiin ruostumatonta terästä oleva teräslatikko 90, joka mitoiltaan oli noin 152 mm pitkä, noin 76 mm ja noin 127 mm korkea, hitsaamalla yhteen 300 -sarjan ruostumatonta 25 terästä olevia levyjä. Ruostumatonta terästä oleva laatikko 90 vuorattiin grafiittikalvolaatikolla 91, joka mitoiltaan oli noin 152 mm pitkä, noin 76 mm ja noin 127 mm korkea. Grafiittikalvolaatikko 91 tehtiin grafiittikalvokappa-leesta (Grafoil (R), Union Carbide:lta), joka mitoiltaan 30 oli noin 406 mm pitkä, noin 330 mm leveä ja noin 38 mm paksu. Grafiittikalvoon tehtiin neljä samansuuntaista viiltoa noin 127 mm sivulta ja noin 127 mm pitkät. Grafiittikalvo taitettiin ja liitettiin grafiittikalvolaa-tikon 91 muodostamiseksi ja asetettiin sitten ruostumatonta 35 terästä olevaan laatikkoon 90.
Il 91610 63 Täyteaineseos 92 valmistettiin sekoittamalla neljän litran muoviastiassa noin 600 g sekoitusta, joka käsitti noin 73 painoprosenttia 1000 grit piikarbidia (39 Crystolon, Norton Co., Worcester, MA), noin 24 painoprosenttia piikarbidi-5 kuitukiteitä (NIKKEI TECHNO-RESEARCH Co., LTD, Japan), ja noi 3 painoprosenttia -325 mesh magnesiumjauhetta (Aesar (R), Johnson Matthey, Seabrook, NH), ja asettamalla astia kuulamyllyyn noin tunnin ajaksi.
10 Noin 19 mm paksu kerros täyteaineseosta 92 kaadettiin ruostumatonta terästä olevassa laatikossa olevan grafiit-tikalvolaatikon 91 pohjalle. Matriisimetallivalanteita 93, jotka käsittivät painon mukaan noin 10% piitä, 5% kuparia ja loput alumiinia, ja joiden kokonaispaino oli noin 1216 15 g, asetettiin grafiittikalvolaatikossa 91 olevan täyte-aineseoksen 92 päälle. Ruostumatonta terästä oleva laatikko 90 sisältöineen asetettiin ulompaan ruostumatonta terästä olevaan säiliöön 94, mitoiltaan noin 254 mm pitkä, noin 203 leveä ja noin 203 mm syvä. Noin 15 g titaanisieniainetta 20 95 (Chemalloy Company Inc., Bryn Mawr, PA) ja noin 15 g -50 mesh magnesiumjauhetta 96 (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA), ruiskutettiin ulompaan ruostumatonta terästä olevaan säiliöön 94 ruostumatonta terästä olevan laatikon 90 ympäri. Kuparikalvoarkki 97 asetettiin ulomman 25 ruostumatonta terästä olevan säiliön 94 aukon päälle. Typpityhjennysputki 98 järjestettiin kuparikaivon 97 läpi.
Ruostumatonta terästä olevan säiliön 94 ja sen sisällön muodostama järjestelmä asetetiin vastuksin kuumennettavaan 30 ilma-atmosfääriuuniin. Uuni kuumennettiin noin 800°C lämpötilaan nopeudella noin 550°C/h, typen virtausmäärän ruostumatonta terästä olevaan säiliöön 94 ollessa noin 2,5 1/minuutti. Noin 2,5 tunnin jälkeen noin 800°C:ssa typen virtauksen oltua noin 2,5 1/minuutti, ulompi ruostumatonta 35 terästä oleva säiliö 94 sisältöineen poistettiin uunista. Grafiittikalvolla vuorattu ruostumatonta terästä oleva . säiliö 94 sisältöineen asetettiin huoneenlämpötilassa 64 91610 olevalle jäähdytys levy lie, joka mitoiltaan oli noin 203 mm pitkä, noin 203 mm leveä ja noin 13 mm korkea, metallimat-riisikomposiitin suunnattua kiinteyttämistä varten. Huoneenlämpötilassa grafiittikalvolaatikko 91 purettiin, ja 5 havaittiin metallimatriisikomposiitin muodostuneen.
Nävte F f090789DU)
Kuvio 14 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjeste-10 lystä, jota käytettiin metallimatriisikomposiittinäytteen tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen käytettiin alumiinioksidiastiaa, jossa oli sisäinen ontelo, joka mitoiltaan oli noin 95 mm pitkä, noin 45 mm leveä ja noin 20 mm syvä. Likimain 3,2 mm vahva kerros 15 täyteainetta 111, joka käsitti onttoja alumiinioksidikuu-lia (Aerospheres, jota myi Ceramic Fillers Inc., Atlanta, GA), asetettiin alumiinioksidiastian 110 pohjalle. Mat-riisimetallivalanteita 112, jotka käsittivät painon mukaan alle 0,25% Si, alle 0,30% Fe, alle 0,25% Cu, alle 0,15% 20 Mn, 9,5 - 10,6% Mg, alle 0,15% Zn, alle 0,25% Ti ja loppuosan alumiinia, asetettiin täyteainekerroksen 111 päälle alu-miinioksidiastiaan 110.
Alumiinioksidiastia 110 sisältöineen asetettiin huoneen-25 lämpötilassa vastuksin kuumennettavaan putkiuuniin. Put-kiuuni suljettiin oleellisesti tiiviisti, ja putkeen aikaansaatiin ainakin 762 mm Hg oleva tyhjö. Sen jälkeen putkeen syötettiin typpeä määränä noin 0,5 1/minuutti, ja putkiuuni kuumennettiin noin 800°C lämpötilaan nopeudella 30 noin 300°C/h, typen virtausmäärän ollessa noin 0,5 1/minuutti. Sen jälkeen uunia jäähdytettiin huoneenlämpötilaan nopeudella noin 300°C/minuutti. Huoneenlämpötilassa alumiinioksidiastia 110 poistettiin putkiuunista, ja havaittiin että metallimatriisi-komposiittikappale oli muodos-35 tunut.
Il 91610 65 Nävte G (123187-DE1
Kuvio 15 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin metallimatriisikomposiittinäytteen 5 tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen järjestettiin veneen muotoinen grafiittiastia 130, joka mitoiltaan oli noin 102 mm pitkä, noin 102 mm leveä ja noin 76 mm korkea, ja tehty ATJ -grafiitista, jota valmistaa Union Carbide. 24 grit alumiinioksidiainetta 131 (38 10 Alundum, Norton Co., Worcester, MA) asetettiin grafiit-tiastian 130 pohjalle. Grafiittikalvolaatikko 132, mitoiltaan noin 51 pitkä, noin 51 mm leveä ja noin 76 mm korkea, asetettiin 24 grit alumiinioksidille 131, joka päällysti grafiittiastian 130 pohjaa, ja grafiittilaatikko ympäröi-15 tiin lisäämällä 24 alumiinioksidia 131. Grafiittikalvolaatikko 132 tehtiin grafiittikalvokappaleesta (Grafoil (R) Union Carbidelta), mitoiltaan noin 203 mm pitkä, noin 203 mm leveä ja noin 0,38 mm paksu. Grafiittikalvoon tehtiin neljä samansuuntaista viiltoa noin 51 mm sivusta ja noin 20 76 mm pitkät. Leikattu grafiittikalvo taitettiin, liimat tiin seoksella, joka käsitti painon mukaan noin yhden osan grafiittijauhetta (KS-44, Lonza Inc., Fair Lawn, NJ) ja noin 3 osaa kolloidista piidioksidia (LUDOX (R) SM, E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc. Wilmington, DE), ja 25 liitettiin grafiittikalvolaatikon 132 muodostamiseksi.
Alumiinioksidikuituesimuotti 133, mitoiltaan noin 51 mm pitkä, noin 51 leveä ja noin 20 paksu, tehtiin seoksesta, joka painon mukaan käsitti noin 90 painoprosenttia kat-30 kaistuja, halkaisijaltaan noin 20 mikrometriä olevia alumiinioksidikuituja (Fiber FP (R), E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc., Wilmington, DE), noin 10 painoprosenttia halkaisijaltaan noin 3 mikrometriä olevia alumiinioksidikuituja (nimeltään Saffil (R), yhtiöltä ICI Americas, 35 Wilmington, DE), ja joka sidottiin kolloidisella alu miinioksidilla. Alumiinioksidikuituesimuotti 133, joka • käsitti noin 12 tilavuusprosenttia keraamisia kuituja, 66 91610 asetettiin grafiittikalvolaatikon 132 pohjalle grafiit-tiastiaan 130. Kaksi matriisimetallivalannetta 134, jotka mitoiltaan olivat noin 51 mm pitkät, noin 51 mm leveät ja noin 25 mm korkeat, ja jotka painon mukaan käsittivät noin 5 10,5% Mg, 4% Zn, 0,5% Si, 0,5% Cu ja loput alumiinia, asetettiin grafiittikalvolaatikossa 132 olevan alumiiniok-sidikuituesimuotin 133 päälle. Matriisimetallivalanteiden 134 kehän ja grafiittikalvolaatikon 132 sivuseinien välinen tila täytettiin tahnamaisella grafiittiseoksella 135, joka 10 painon mukaan käsitti noin yhden osan grafiittijauhetta (KS-44, Lonza Inc., Fair Lawn, NJ) ja noin 3 osaa kolloidista piidioksidia (LUDOX (R) SM, E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc. Wilmington, DE).
15 Grafiittiastia 130 sisältöineen asetettiin huoneenlämpö-tilassa uuniin säädetyllä atmosfäärillä. Uunin ovi suljettiin, ja uuniin aikaansaatiin ainakin 762 mm Hg oleva tyhjö. Uuni kuumennettiin sitten noin 200°C lämpötilaan noin 0,75 tunnissa. Ainakin noin 2 tunnin jälkeen noin 200°C:ssa, ja 20 ainakin noin 762 mm Hg tyhjöllä, uuniin syötettiin typpeä määränä noin 2 1/minuutti, ja se kuumennettiin noin 675°C:seen noin 5 tunnissa. Noin 20 tunnin jälkeen noin 675°C:ssa, typen virtauksen ollessa noin 2 1/minuutti, uuni kytkettiin päältä ja jäähdytettiin huoneenlämpötilaan. 25 Huoneenlämpötilassa grafiittikalvolaatikko 132 purettiin ja havaittiin että oli muodostunut metallimatriisi-kom-posiittikappale.
Nävte H {042088-DN1 30
Kuvio 16 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin kuituvahvisteisen metallimatriisi-komposiittinäytteen tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Ruostumatonta terästä oleva säiliö 150, noin 165 mm pitkä, 35 noin 165 mm leveä ja noin 76 mm korkea, tehtiin hitsaamalla yhteen 300 -sarjan ruostumatonta terästä olevia levyjä. Ruostumatonta terästä oleva säiliö 150 vuorattiin grafiit- li 91610 67 tikalvolaatikolla 151, joka mitoiltaan oli noin 152 mm pitkä, noin 152 mm leveä ja noin 76 mm korkea. Grafiitti-kalvolaatikko 151 tehtiin grafiittikalvokappaleesta (Gra-foil (R), Union Carbide:lta), joka mitoiltaan oli noin 229 5 mm pitkä, noin 229 mm leveä ja noin noin 38 mm paksu. Grafiittikalvoon tehtiin neljä samansuuntaista viiltoa noin 76 mm sivulta ja noin 76 mm pitkät. Leikattu grafiittikalvo taitettiin, liimattiin seoksella, joka käsitti painon mukaan noin yhden osan grafiittijauhetta 10 (KS-44, Lonza Inc., Fair Lawn, NJ) ja noin 3 osaa kolloidista piidioksidia (LUDOX (R) SM, E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc. Wilmington, DE), ja liitettiin grafiittikalvolaatikon 151 muodostamiseksi. Sen jälkeen kun liima oli oleellisesti kuivunut, grafiittikalvolaatik-15 ko 151 asetettiin ruostumatonta terästä olevan säiliön 150 pohjalle. Noin 6,4 mm paksu kerros 90 grit ainetta SiC 152 (39 Crystolon, Norton Co., Worcester, MA), kaadettiin grafiittikalvolaatikon 151 pohjalle.
20 Jatkuvakuituinen esimuotti 153, mitoiltaan noin 152 pitkä, noin 152 leveä ja noin 13 paksu, joka olit tehty halkaisijaltaan noin 20 mikrometriä olevia (Fiber FP (R), E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc., Wilmington, DE) alumiinioksidikuiduista, asetettiin ruostumatonta terästä 25 olevaa säilötä 150 vuoraavassa grafiittikalvolaatikossa 151 olevan 90 grit SiC-kerroksen 152 päälle. Grafiittikal-voarkki 155 (Grafoil (R), Union Carbide:lta), mitoiltaan noin 152 mm x 152 mm x 0,38 mm, ja jossa oli halkaisijaltaan noin 51 mm reikä 156 keskellä grafiittiarkkia, asetettiin 30 jatkuvakuituisen esimuottin 153 päälle. Matriisimetalli-valanteita 154, jokainen mitoiltaan noin 89 mm pitkät, 89 mm leveät ja noin 13 mm paksut, jotka painon mukaan käsittivät alle 0,25% Si, alle 0,30% Fe, alle 0,25% Cu, alle 0,15% Mn, 9,5 - 10,6% Mg, alle 0,15% Zn, alle 0,25% 35 Ti ja loppuosan alumiinia, asetettiin grafiittiarkille 155.
68 91610
Ruostumatonta terästä oleva säiliö 150 sisältöineen asetettiin huoneenlämpötilassa retorttivuorattuun vastuksin kuumennettavaan uuniin. Retorttiovi suljettiin ja retort-tiin muodostettiin tyhjö vähintään 762 mm Hg. Vuorattu 5 retorttiuuni kuumennettiin sitten noin 200°C lämpötilaan 0,75 tunnissa. Noin 2 tunnin jälkeen noin 200:ssa, tyhjössä noin 762 mm Hg, tyhjöön saatettuun retorttiin syötettiin typpeä nopeudella noin 2,5 1/minuutti. Vuorattu retorttiuuni kuumennettiin sitten noin 725°C lämpötilaan nopeudella 10 noin 150°C/h, typen virtauksen ollessa noin 2,5 1/minuutti. Järjestelmä pidettiin noin 725°C:ssa noin 25 tunnin ajan, typen virtauksen ollessa noin 2,5 1/minuutti. Sitten ruostumatonta terästä oleva säiliö 150 poistettiin retor-tista. Sitten suoritettiin suunnattu kiinteyttäminen aset-15 tamalla ruostumatonta terästä oleva säiliö 150 grafiitti-levyjen päälle ja kaatamalla 90 grit alumiinioksidia (38 Alundum, jota myy Norton Co., Worcester, MA), joka oli esikuumennettu ainakin 700°C:seen, jäljelle jääneen sulan matriisimetallin päälle, ja ruostumatonta terästä oleva 20 säiliö sisältöineen peitettiin keraamisella kuitupeitteel-lä (CERABLANKET (TM), Manville Refractory Products). Huoneenlämpötilassa järjestely purettiin ja havaittiin jatkuvilla kuiduilla vahvistetun metallimatriisikomposii-tin muodostuneen.
25 Nävte I (083187-VG-7) Käytettiin samanlaista järjestelyä kuin näytettä G varten, joka esitettiin kuviossa 15, metallimatriisikom-30 posiittinäytteen tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen käytettiin veneen muotoista grafiittias-tiaa, joka mitoiltaan oli noin 578 mm pitkä, noin 248 mm leveä ja noin 152 mm korkea, ja joka oli valmistettu ATJ -grafiitista, jota myy Union Carbide. Grafiittikalvolaa-35 tikko mitoiltaan noin 452 mm pitkä ja noin 25 mm leveä ja noin 25 mm korkea, tehtiin grafiittikalvokappaleesta
II
91610 69 (Grafoil (R), Union Carbide:lta), kuten selitettiin näytteen G osalta.
Grafiittikalvolaatikko asetettiin grafiittiastiaan ja se 5 ympäröitiin 24 grit alumiinioksidilla (38 Alundum, jota myy Norton Co., Worcester, MA). Grafiittikalvolaatikon pohjalle asetettii irtonaista CVD piikarbidipäällysteisiä grafiittikuituja (Thornel T 300 Grade 309 ST Carbon Pitch Fibers, Amoco Performance Products, Inc.). Samaa grafiit-10 tijauhe/kolloidista piidioksidi-seosta, jota käytettiin grafiittikalvolaatikon kokoonliimaamiseksi, käytettiin CVD piikarbidipäällystettyjen grafiittikuitujen päiden päällystämiseksi. Matriisimetallivalanne, mitoiltaan noin 305 mm pitkä, noin 19 mm leveä ja noin 25 paksu, ja jonka 15 painosta oli noin 6% Mg, 5% Zn, 12% Si ja loput alumiinia, asetettiinirrallisten piikarbidipäällysteisten grafiitti-kuitujen päälle grafiittikalvolaatikkoon. Grafiittiastia sisältöineen sijoitettiin huoneenlämpötilassa säädetyn atmosfäärin uuniin. Uunin ovi suljettiin ja kammioon 20 muodostettiin ainakin 762 mm Hg tyhjö huoneenlämpötilassa. Sen jälkeen uuni kuumennettiin noin 200°C lämpötilaan noin 0,75 tunnissa. Noin 2 tunnin jälkeen noin 200°C:ssa, ja ainakin noin 762 mm Hg tyhjöllä, uuniin syötettiin typpeä määränä noin 1,5 1/minuutti. Sen jälkeen uunin lämpötila 25 nostettiin noin 850°C:seen noin 5 tunnissa. Oltuaan noin 10 tuntia noin 850°C:ssa, typpiatmosfäärissä virtauksella noin 1,5 1/minuutti, uuni jäähdytettiin huoneenlämpötilaan noin 3 tunnissa. Huoneenlämpötilassa grafiittikalvolaatikko purettiin ja havaittiin että oli muodostunut metalli-30 matriisikomposiitti.
Sen jälkeen kun jokainen edellä kuvatuista näytteistä A -I oli jäähtynyt huoneenlämpötilaan, jokainen leikattiin poikki, jotta voitaisiin määrittää oliko muodostunut 35 metallimatriisi-komposiittikappale. Kaikkien tämän esimerkin näytteiden A - I havaittiin muodostavan metallimat-riisikomposiitteja. Erityisesti kuvio 17a on mikrovalokuva 70 91610 50-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä A; kuvio 17b on mikrovalokuva 1000-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä B; kuvio 17c on mikrovalokuva 400-kertai-sella suurennoksella vastaten näytettä C; kuvio 17d on 5 mikrovalokuva 1000-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä D; kuvio 17e on mikrovalokuva komposiitin kuitu-kitein vahvistetulta alueelta 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä E; kuvio 17f on mikrovalokuva noin 15-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä F; kuvio 10 17g on mikrovalokuva noin 50-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä G; kuvio 17 h on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä H; ja kuvio 17i on mikrovalokuva noin 1000-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä I. Jokaisessa edellä mainitussa 15 kuviossa matriisimetalli osoitetaan viitenumerolla 170 ja täyteaine viitenumerolla 171.
20 25 30 35 7, 91610 υ w αΓ
H I—I
•H *.
c c “ s <s • Op* 5 g § « 8^:
I 2 h.h‘J
3 5 5 ‘ 5 e n <** h
CO J3 2 m O
° φ 3 -σ " <»> ► B ΛΛΟΌωΉΟ'Λ-Η υ s P o ^ 3 3 I—^ r~- r~- I— t— r-~ r- r-r- C Γ VI ^ K C »—I H »H »H »—I H H »—t rH M *« «.
_ » 6 ® c ° υ £
o 0 H S
υ g ^ ®
* R in H
% * ό · 0H.o •H III ° Q L ° P inooinmoinino p »“mV*· I r~ o o r» r- o i" d in 3 *® ® P>
rH r- co r- r- r-* oovo r^oo O _ J* ^ * X
6 « G o> ® b s s s *> I g» 3 +J U ^ * . i c i * «
2 e £ * * b 31 o I
^ P - ^ *H
•H g φ ·Η Ο φ a M in o mm ·£θ Ό ·* 9 I * ad -H **00«. »o mo P'fti ,. ® in
Mid H Cl H H IN O IN IN rH W J +2 * -¾ m 3 rH < β Β) ·Η _ „ _ λ -o o o « t, # c ® m Οι o £ «J p . W -H Ä ^ m '[? «3 P M id 3 M υ c Λ Λ ,® Ο Ό·Η. PflOIPgo 9, " *> «30ιω·αΙ·Η*~ »H tr* d e w . d ® · «2 o* ,#, »
N *· cö (ϋ <ti*» C S H H .r\Q
®P -H -n X fr < u id « P . H C H VI
3 9 t!-H d 3 „P * O^Qi^rtlMUO^» R J: -H in c -p «t; - u .tl td in h λ o » p <”« ® p 3 5® 'i p «-rHiHmlO®»·»· M yi 3 in λ d -h -Ϊ '•i > m M id < 5 P · ® * « u 5 -1 9 ® 3.- Oid« 3? ® ® d »ηϋ·η«υ .
id p ih 3 id J2 ^jH ajp,H+J8 8HP3Ei3‘*’ 3 -g * I .¾ -S^»e^0 S 3 3.3 5 8 H -H S S υ «
B β Φ1® 3 « 6,1<·η,η»2 ® 2 Tj Ä .S S 3 an#N
® Ή X π X X m ro 3 mQi-H £ * ® 1 S ο h V 2 “* ,
P ® =*fc B ® O ·* O O -P O H S ^ ^ ® N I
>, C O rH 3 m U 3 n n -H in U *H * * ° 9 il * ^ ^ H Id »
Sd-H (N BHrlH-HHH 3rlHH ® " U rl 'll '9 H mOVO
H HS INÄrliil/l£iiiiV<£l0£ »iHCr-j O ·Η B H Ϊ M »
^ -«Hl<XUhX Bd rH
οο-Ηΐυ οχλ»
U-HGldäCO-HOM® » c E 3Ίιί O -H C -H U h β H
h C®rHrHWPE-HC (m «< - S O-CÄrtinpS-H-HO#
N3 I -M O WOMB-HOodPP
30 NT U D* P C(m2z®3§i*)<*>o3 n >,h lm X 0C® I O rH 3 a I mw O'»* ZidCidO » B H H o »0
H I X O I 0-H3ZC» « VI O H
® H *H =tt= mi Jl " •H rH H- +WO+ » -H + « 2Ηλ i ^ i7 5 j j j H rH 0% ΟΟΟΟΟΙΛΟΙΝ 3 S J S S m ΪΓ 55. m V* ϊί
M K) + · rH . rH rH · rH m · rH r ,» 3 m ^ » OOl'-' WWEH
±j aj OOOOI OI^OI w O *H ID O a m »H
Id® (N N O (N H Id IN H O IN H 305rH>,H ® # # # • ZB mmr~m«C-nm<imid! 'j - ..tiSii 5 9.Γ! p^mo • r<mTi.HMu O φρ Ιηινγοιν Μβ £ K M ia ΊΗ 0 »»» „ 00 I I ΦΙΗΟνφ*Η®«0000
O nUHKZniilNMtiVIVIII
M
X
3 ® 1 * 8 *u ad 3 o EH Z < HI U Q U h O 03H SHINId^lflliheWH+ii 72 91610
Esimerkki 6 Tämä esimerkki osoittaa, että menestyksellä voidaan käyttää monia täyteaineen koostumuksia metallimatriisi-komposiit-5 tikappaleiden muodostamiseksi spontaanilla tunkeutumis menetelmällä. Taulukko II sisältää yhteenvedot koeolosuhteista, joita on käytetty muodostamaan useita metalli-matriisi-komposiittikappaleita, mukaanlukien erilaiset matriisimetallit, täyteaineen rakenteet, käsittelylämpö-10 tilat ja käsittelyajat.
Näytteet A - D
Näytteet A - D muodostettiin, kuten esimerkissä 5 selitet-15 tiin, käyttäen sulatettua alumiinioksiditäyteainetta ja
vastaavasti hiutaleista alumiinioksiditäyteainetta. Jokainen näytteistä A - D sisältyy taulukkoon II
Nävte J f030689-DAF1 20 Tämä näyte muodostettiin järjestelyllä, joka on oleellisesti samanlainen kuin näytteellä C, kuten esitetään kuviossa 11. Tarkemmin ottaen grafiittikalvolaatikko, noin 102 mm pitkä, noin 102 mm leveä ja noin 76 mm korkea (tehty 25 Grafoil (R):sta, Union Carbide Corporationiin tuote) asetettiiin grafiittiastiaan. Noin 300 g magnesiumoksidi-jauhetta (TECO MgO, Grade 12OS, C-E Minerals, Greenville, SC) aetettiin graf iittiastiaa vuoraavan grafiittikalvolaa-tikon pohjalle. Magnesiumoksidijauheen pinta peitettiin 30 oleellisesti -50 mesh magnesiumjauheella (Alpha Products
Inc., Morton Thiokol, Danvers, MA). Matriisimetallivalan-ne, joka käsitti painon mukaan alle 0,25% Si, alle 0,30% Fe, alle 0,25% Cu, alle 0,15% Mn, 9,5 - 10,6% Mg, alle 0,15% Zn, alle 0,25% Ti ja loppuosan alumiinia, ja joka 35 mitoiltaan oli noin 114 pitkä, noin 38 mm leveä ja noin 38 mm korkea, asetettiin magnesiumoksidi jauheeseen ja -50 mesh magnesiumjauheeseen grafiittikalvolaatikkoon.
Il 73
91 61 O
Grafiittiastia sisältöineen asetettiin vastuksin kuumennettuun vuorattuun retorttiuuniin. Retorttiovi suljettiin ja huoneenlämpötilassa retorttiin muodostettiin tyhjö vähintään 762 mm Hg. Kun tyhjö oli saavutettu, retortti-5 kammioon johdettiin typpeä määränä noin 4 1/minuutti.
Vuorattu retorttiuuni kuumennettiin sitten noin 750°C lämpötilaan nopeudella noin 200°C/h typen virtauksen ollessa noin 4 1/minuutti. Noin 19 tunnin jälkeen noin 750°C:ssa typen virtauksen ollessa noin 4 1/minuutti 10 retorttiuuni jäähdytettiin noin 650°C:seen nopeudella noin 200°C/h. Noin 650°C:ssa retorttiovi avattiin, ja grafiittiastia sisältöineen poistettiin ja saatettiin kosketukseen grafiittilevyyn metallimatriisikomposiitin ja jäljelle jääneen matriisimetallin suunnattua kiinteyttämistä 15 varten. Huoneenlämpötilassa grafiittikalvolaatikko purettiin, ja havaittiin että oli muodostunut magnesiumoksidi-täyteainetta sisältävä metallimatriisikomposiitti.
Nävte K (042089-AAI-l) 20
Kuvio 18 kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin metallimatriisikomposiittinäytteen tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen 1,9 mm paksusta hiiliteräksestä tehtiin teräsmuotti 190 puo-25 lisuunnikkaan muotoisella poikkileikkauksella suljetun pään mittojen ollessa: pituus noin 76 mm, leveys noin 76 mm ja korkeus noin 64 mm. Teräsmuotin sisäpinta päällystettiin grafiittiseoksella 191, joka käsitti noin 1,5 tilavuusosaa etanolia (Pharmco Products, Inc., Byon NJ) ja 30 noin yhden tilavuusosan DAG-154 kolloidista grafiittia (Acheson Colloid, Port Huron, MI). Ainakin kolme kerrosta grafiittiseosta levitettiin ilmasuihkulla säiliön sisäpintaan. Grafiittiseoksen jokaisen kerroksen annettiin kuivua ennen seuraavan kerroksen levittämistä. Teräsmuotti ase-35 tettiin vastuskuumennettuun, ilma-atmosfääriuuniin, joka oli säädetty noin 330°C:seen, kolloidisen grafiittipääl- 74 91610 lystyksen 191 kuivaamiseksi ja sen kiinnittämiseksi teräs-muottiin 190.
Noin 1 kg osittain stabiloitua zirkoniumoksidia (HSY-3SD, 5 Zirconia Sales, Inc., Atlanta, GA) esipoltettiin alu-miinioksidiupokkaassa, joka oli noin 177,8 mm korkea, ylähalkaisijän ollessa noin 159 mm ja pohjan halkaisijan ollessa noin 95 mm, noin 1 tunnin ajan noin 1350°C:ssa. Täyteaineseos 192 tehtiin sekoittamalla 4 litran muovias-10 tiassa noin 600 g sekoitusta, joka käsitti noin 95 painoprosenttia esipoltettua ZrC>2 ja noin 5 painoprosenttia -325 mesh magnesiumjauhetta (Reede Manufacturing Company, Lake Hurst, NJ). Sekoitusta jauhettiin kuulamyllyssä noin tunnin ajan, ja sekoitettiin sitten käsin vielä noin 10 15 minuuttia.
Täyteaineen kerros 192 kaadettiin kolloidisella grafiitilla päällystetyn muotin 190 pohjalle noin 19 mm korkeudelle. Täyteaine peitettiin oleellisesti kokonaan -50 mesh Mg-20 jauhekerroksella 193 (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA). Matriisimetallivalanteita, jotka käsittivät noin 99,7 painoprosenttia alumiinia ja loput merkkiaineita, kokonaispainoltaan noin 537 g, asetettiin kolloidisella grafiitilla päällystetyssä teräsmuotissa 190 olevan täy-25 teaineseoksen 192 ja magnesiumjauhekerroksen 193 päälle.
16,9 g toista matriisimetallia 195, joka käsitti noin 15 painoprosenttia piitä ja loput alumiinia, lisättiin alkuperäisen matriisimetallin 194 päälle. Muotti 194 sisältöineen asetettiin sitten ulompaan hiiliterässäiliöön 196, 30 joka mitoiltaan oli noin 305 mm pitkä ja noin 254 mm leveä ja noin 254 mm korkea. Grafiittikalvokappale 197 (nimeltään PF-25-H, jota myydään tuotenimellä Perma-Foil, yhtiöstä TT America, Portland, OR), mitoiltaan noin 305 mm pitkä ja noin 254 mm leveä sekä noin 0,25 mm paksu, peitti ulomman 35 hiiliterässäiliön 196 sisällä olevan ontelon pohjaa. Titaanisieniainetta 198, painoltaan noin 20 g (Chemalloy Inc., Bryn Mawr, PA), ja -50 mesh magnesiumjauhetta 193
II
91610 75 (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA), painoltaan noin 0,8 g, suihkutettiin ulompaan hiiliterässäiliöön 196 kolloidisella grafiitilla päällystetyn teräsmuotin 190 ympärille ja grafiittikalvolle 197. Kupariarkki 200 ase-5 tettiin ulomman terässäiliön 196 aukon päälle. Typpityh-jennysputki 201 järjestettiin ulomman hiiliterässäiliön 196 sivuseinään. Ulompi terässäiliö 196 sisältöineen asetettiin vastuskuumennettuun yleiskäyttöiseen uuniin. Uunin lämpötilaa nostettiin huoneenlämpötilasta noin 10 600°C:seen nopeudella noin 400 °C/h, typen virtausmäärän ollessa noin 10 1/minuutti, sitten noin 600°C:sta noin 800°C:seen nopeudella noin 400 °C/h, typen virtausmäärän ollessa noin 2 1/minuutti. Uuni pidettiin noin 800°C:ssa noin tunnin ajan typen virtausmäärän ollessa noin 2 15 1/minuutti. Ulompi hiiliterässäiliö 196 sisältöineen poistettiin uunista, Kolloidisella grafiitilla päällystetty teräsmuotti 190 poistettiin ulommasta terässäiliöstä ja saatettiin koskettamaan huoneenlämpötilassa olevaa kupari jäähdytys levyä, joka mitoiltaan oli noin 203 mm pitkä, 20 noin 203 leveä ja noin 13 mm korkea, muodostuneen metallimatriisikomposiitin suunattua kiinteyttämistä varten.
Nävte L <042789-AX-l\ 25 Näyte L tehtiin käyttäen järjestelyä, joka oli samanlainen kuin kuviossa 18 näytteen K osalta esitettiin. Puolisuun-nikkaan muotoisella poikkileikkauksella oleva muotti valmistettiin samalla tavalla kuin näytteellä K, paitsi että 30 muotti poltettiin 2 tunnin ajan kolloidisen grafiittipääl-. lystyksen asettamiseksi.
Likimain 1 kg Zr02:lla lujitettua AI2O3 (ZTA-85, Zirconia Sales, Inc., Atlanta, GA) valmistettiin samalla tavalla 35 kuin näytteen K täyteaine. Kerros täyteaineseosta kaadettiin kolloidisella grafiitilla päällystettyyn teräsmuot-tiin noin 19 mm korkeudelle. Täyteaine peitettiin oleel- 91610 76 lisesti kokonaan kerroksella -50 mesh magnesiumjauhetta (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA). Matriisime-tallivalanteita, jotka käsittivät noin 99,7 painoprosenttia alumiinia ja loput merkkiaineita, ja jotka painoivat 5 noin 386 g, magnesiumjauhekerroksen peittämän magnesium-jauhekerroksen päälle. Toinen matriisimetalli, jonka painosta noin 15% oli piitä ja loput alumiinia, ja joka painoin noin 17,11 g, asetettiin ensimmäisen matriisimetallin pälle. Kolloidisella grafiitilla päällystetty teräsmuotti 10 sisältöineen asetettiin ulompaan hiiliterässäiliöön, mitoiltaan noin 305 mm pitkä ja noin 254 mm leveä ja noin 254 mm korkea. Grafiittinauhatuotteen kappale PF-25-H, jota myydään tuotenimellä Perma-Foil, yhtiöstä TT America, Portland, OR), mitoiltaan noin 305 mm pitkä ja noin 254 mm 15 leveä sekä noin 0,25 mm paksu, peitti ulomman hiiliteräs-säiliön sisällä olevan ontelon pohjaa. Titaanisieniainet-ta, painoltaan noin 20 g (Chemalloy Inc., Bryn Mawr, PA), ja -50 mesh magnesium jauhetta, painoltaan noin 2 g, suihkutettiin ulompaan hiiliterässäiliöön asetettujen, 20 kolloidisella grafiitilla päällystetyn teräsrouotin ympärille ja grafiittinauhatuotteelle. Kupariarkki asetettiin ulomman terässäiliön aukon päälle. Typpityhjennysputki järjestettiin ulomman hiiliterässäiliön sivuseinään.
25 Peitetty terässäiliö sisältöineen asetettiin vastuskuumen-nettuun yleiskäyttöiseen uuniin. Uunin lämpötilaa nostettiin huoneenlämpötilasta noin 600°C:seen nopeudella noin 400 °C/h, typen virtausmäärän ollessa noin 10 1/minuutti, sitten noin 600°C:sta noin 800°C:seen nopeudella noin 400 30 °C/h, typen virtausmäärän ollessa noin 2 1/minuutti. Uuni pidettiin noin 800°C:ssa noin tunnin ajan typen virtaus-määrän ollessa noin 2 1/minuutti, ja jäähdytettiin sitten noin 580°C:seen. Ulompi hiiliterässäiliö sisältöineen poistettiin sitten uunista, ja kolloidisella grafiitilla 35 päällystetty teräsmuotti poistettiin ulommasta terässäi-liöstä ja saatettiin koskettamaan huoneenlämpötilassa olevaa kuparijäähdytyslevyä, joka mitoiltaan oli noin 203 91610 77 mm pitkä, noin 203 leveä ja noin 13 mm korkea, muodostuneen metallimatriisikomposiitin suunattua kiinteyttämistä varten.
5 Näyte M
Kuvio 19 kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin metallimatriisikomposiittinäytteen tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin ottaen järjes-10 tettiin veneen muotoinen grafiittiastia 210, jossa olevan sisätilan mitat olivat pituus noin 305 mm, leveys noin 229 mm ja korkeus noin 140 mm (ATJ-laatua Union Carbide:lta, valmistaja MGP, Inc., Womelsdorf, PA). Muodostettiin noin 203 mm pitkä, 102 mm leveä ja 76 mm syvä grafiittikalvo-15 laatikko (Grafoil (R), Union Carbide ilta), kuten selitetään näytteellä C. Noin 1 g -50 mesh magnesium jauhetta 211 (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA) asetettiin laatikon 217 pohjalle. Ohut suihkepäällystys (ei esitetä kuviossa 19) grafiittisementtiä (RIGIDLOCK (TM), Polycarbon, Valen-20 cia, CA) järjestettiin grafiittikalvolaatikon 217 pohjalle magnesiumjauheen kiinnittämiseksi laatikon 217 pohjaan.
Täyteaineseosta 212 valmistettiin sekoittamalla noin 763 g sekoitusta, joka käsitti noin 98 painoprosenttia 1000 25 mesh piikarbidia (39 Crystolon, Norton Co., Worcester, MA) ja noin 2 painoprosenttia -325 mesh magnesium jauhetta (Aesar (R), Johnson Matthey, Seabrook, NH) etanoliliet-teesseä (LD-menetelmällä, jota selitettiin esimerkin 5 D-näytteellä). Tämä täyteaineen seos 212 asetettiin sitten 30 grafiittilaatikkoon 217 magnesiumjauheen 211 päälle.
Kerros grafiittikalvoa 213 (Grafoil (R), Union Carbi-deilta), joka mitoiltaan oli noin 203 mm pitkä, 102 mm leveä ja 0,38 mm paksu, ja jossa oli halkaisijaltaan noin 35 32 mm reikä 2214 grafiittikalvon keskellä, asetettiin grafiittiastiassa 210 olevan piikarbiditäyteaineen 212 pinnalle. Noin 1 g -50 mesh magnesiumjauhetta (Alpha 78 91610
Products, Morton Thiokol, Danvers, MA) asetettiin täyteaineen 212 paljaalle pinnalle grafiittikalvossa 213 olevan reiän 214 kohdalle.
5 Noin 1237 g painava matriisimetallivalanne, joka käsitti 413.0-seosta (jonka nimellinen koostumus on likimain 11, 0 - 13,0% Si, alle 2,0% Fe, alle 1,0% Cu, alle 0,35% Mn, alle 1,0% Mg, alle 0,50% Ni alle 0,50% Zn, alle 0,15% Sn ja loput alumiinia), asetettiin grafiittikalvon 213 pin-10 nalle, niin että seos 216 peitti grafiittikalvossa 213 olevan reiän 214.
Astian 210 sisältöineen käsittävä reaktiojärjestelmä asetettiin vuorattuun vastuksin kuumennettavaan retortti-15 uuniin. Uuniin muodostettiin tyhjö vähintään 508 mm Hg, jonka jälkeen siihen johdettiin typpikaasua virtausnopeudella noin 4,5 1/minuutti. Uunin lämpötilaa nostettiin huoneenlämpötilasta noin 775°C:seen nopeudella noin 200°C/h. Järjestelmä pidettiin noin 775°C:ssa noin 20 20 tunnin ajan, jonka jälkeen lämpötila laskettiin noin 760°C;seen nopeudella noin 150°C/h. Noin 760°C lämpötilassa järjestelmä poistettiin uunista ja asetettiin vedellä jäähdytetyn nopean jäähdytyksen alumiinilevyn päälle. Noin 500 ml eksotermistä kuumapäällystysainetta (Feedol (R)-9, 25 jota myy Foseco Inc., Brook Park, OH) ruiskutettiin järjestelyn päälle, ja keraaminen kuitupeite (CERABLANKET (TM), Manville Refractory Products) käärittiin grafiit-tiastian ympärille. Feedal (R)-9 -ainetta käytettiin muodostamaan lämpöä kehittävä reaktio järjestelyn päällä, 30 niin että pakotettiin metallimatriisikomposiitti kiinteytymään suunnatusta, kun se jäähtyi, estäen näin kutistu-mishuokoisuuden syntymistä metallimatriisikomposiittiin.
Nävte N (060889-DAE-4) 35 Tämä näyte muodostettiin järjestelyllä, joka oli oleellisesti samanlainen kuin se, jota selitettiin esimerkin 5 li 91610 79 D-näytteen osalta, ja kuten esitetään kuviossa 12. Tarkemmin ottaen kaksi ATJ-laatua olevaa grafiittilevyä, mitoiltaan noin 203 mm pitkät, 76 mm leveät ja 0,3 mm paksut, astettiin noin 203 mm pitkän, 102 mm leveän ja 76 mm korkean 5 veneen muotoisen grafiittiastian sisään ontelon muodostamiseksi grafiittiastiaan, jonka ontelon mitat olivat pituus noin 203, leveys noin 50,8 mm ja korkeus noin 76 mm. Grafiittilevyjen ulkopuolella oleva osa grafiittiastiasta täytettiin 220 grit alumiinioksidilla (38 Alundum, Norton 10 Company). Alumiinioksidilevyjen vierellä olevaan onkaloon asetettiin mitoiltaan noin 203 mm x 50,8 mm x 76 mm oleva grafiittikalvolaatikko (Grafoil (R), Union Carbide:lta), joka muodostettiin, kuten näytteen C osalta selitettiin. Grafiittikalvolaatikon sisälle asetettiin noin 1,5 g -50 15 mesh magnesiumjauhetta (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA), kiinnitetynä grafiittikalvolaatikon pohjaan grafiittisementillä (RIGIDLOCK (TM), Polycarbon, Ltd., Valencia, CA).
20 Piikarbidihiutale-täyteaineseos valmistettiin LD-menetel-mällä, jota selitettiin esimerkin 5 D-näytteen kohdalla, jolloin noin 303 g sekoitusta, jossa oli halkaisijaltaan noin 50 mikrometriä ja paksuudeltaan noin 10 mikrometriä olevia piikarbidihiutaleita 96 painoprosenttia (C-Axis 25 Technology, Ltd., Jonguiere, Quebec, Kanada) ja noin 4 painoprosenttia -325 mesh magnesiumjauhetta (Aesar (R), Johnson Matthey, Seabrook, NH). Tämä täyteaineseos asetettiin grafiittiastiassa olevan magnesiumkerroksen päälle. Toinen noin 1,5 g kerros -50 mesh magnesiumjauhetta (Alpha 30 Products, Morton Thiokol, Danvers, MA) asetettiin piikar-biditäyteaineseoksen päälle. Valanne, joka painoi noin 644 g, käsittäen 413.0 -seosta, ja jonka koostumus oli taulukon II alaosassa esitetty, asetettiin järjestelmään magnesium-kerroksen päälle.
35
Grafiittiastian sisältöineen käsittävä järjestelmä asetettiin vuorattuun vastuksin kuumennettavaan retorttiuuniin.
91610 80
Uuniin muodostettiin tyhjö vähintään 508 mm Hg, jonka jälkeen siihen johdettiin typpikaasua virtausnopeudella noin 4,0 1/minuutti. Uunin lämpötilaa nostettiin huoneenlämpötilasta noin 775°C:seen nopeudella noin 100°C/h.
5 Järjestelmä pidettiin noin 775°C:ssa noin 10 tunnin ajan, jonka jälkeen lämpötila laskettiin noin 760°C:seen nopeudella noin 200°C/h. Noin 760°C lämpötilassa järjestelmä poistettiin uunista ja asetettiin vedellä jäähdytetyn nopean jäähdytyksen alumiinilevyn päälle. Noin 500 ml 10 eksotermistakuumapäällystysainetta (Feedol (R)-9, jota myy Foseco Inc., Brook Park, OH) ruiskutettiin järjestelyn päälle, jakeraaminen kuitupeite (CERABLANKET (TM), Manvil-le Refractory Products) käärittiin grafiittiastian ympärille. Feedal (R)-9 -ainetta käytettiin muodostamaan lämpöä 15 kehittävä reaktio järjestelyn päällä, niin että pakotettiin metallimatriisikomposiitti kiinteytymään suunnatusta, kun se jäähtyi, estäen näin kutistumishuokoisuuden syntymistä metallimatriisikomposiittiin.
20 Nävte O (050289DAE-3) Tämä näyte valmistettiin näytteen M kaaviollisen järjestelyn mukaisesti, kuten kuviossa 19 esitetään. Tarkemmin ottan järjestettiin veneen muotoinen grafiittiastia, jossa 25 olevan sisätilan mitat olivat pituus 305 mm, leveys noin 229 mm ja korkeus noin 140 mm (ATJ-laatua Union Carbidetlta, valmistaja MGP, Inc., Womelsdorf, PA). Muodostettiin noin 203 mm pitkä, 102 mm leveä ja 76 mm syvä grafiittikalvo-laatikko (Grafoil (R), Union Carbide:lta), kuten selitetään 30 näytteellä C. Noin 1 g -50 mesh magnesium jauhetta (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA) asetettiin grafiit-tikalvolaatikon phjalle. Ohut suihkepäällystys grafiit-tisementtiä (RIGIDLOCK (TM), Polycarbon, Valencia, CA) järjestettiin grafiittikalvolaatikon pohjalle magnesium-35 jauheen kiinnittämiseksi laatikon pohjaan.
91610 81 Täyteaineseosta valmistettiin sekoittamalla noin 94 painoprosenttia titaanidiboridikiutaleita, joiden halkaisija oli noin 10 mikrometriä ja paksuus noin 2,5 mikrometriä (HTC-30, Union Carbide:lta) ja noin 6 painoprosenttia -325 5 me sh magnesiumjauhetta (Aesar (R), Johnson Matthey, Seab-rook, NH) LD-menetelmällä, jota selitettiin esimerkin 5 D-näytteellä. Tämä täyteaineen seos kaadettiin sitten grafiittikalvolaatikossa olevan magnesiumjauheen päälle.
10 Kerros grafiittikalvoa 213 (Grafoil (R), Union Carbi- de:lta), joka mitoiltaan oli noin 203 mm pitkä, 102 mm leveä ja 0,38 mm paksu, ja jossa oli halkaisijaltaan noin 32 mm reikä grafiittikalvon keskellä, asetettiin täyteaineen päälle. Noin 1 g -50 mesh magnesium jauhetta (Alpha 15 Products, Morton Thiokol, Danvers, MA) asetettiin täyteaineen pinnalle grafiittikalvossa olevan reiän kautta. Noin 1498 g painava matriisimetallivalanne, joka käsitti 520 -seosta (joka käsitti paino-osuuksin alle 0,25% Si, alle 0,35% Fe, alle 0,25% Cu, alle 0,15% Mn, 9,5 - 10,6% Mg, 20 alle 0,15% Zn, alle 0,25% Ti ja loppuosan alumiinia) astettiin grafiittikalvon päälle.
Astia sisältöineen asetettiin huoneenlämpötilassa vuorattuun vastuksin kuumennettavaan retorttiuuniin. Uunin ovi 25 suljettiin ja uuniin muodostettiin tyhjö vähintään 508 mm Hg, jonka jälkeen siihen johdettiin typpeä virtausnopeudella noin 4,5 1/minuutti. Vuorattua retorttiuunia kuumennettiin sitten huoneenlämpötilasta noin 775°C:s775°C:ssa een nopeudella noin 200°C/h. Noin 20 h jälkeen 775°C lämpöti-30 lassa uuni jäähdytettiin noin 760°C:seen nopeudella noin 150°C/h. Noin 760°C lämpötilassa retorttiovi avattiin ja grafiittiastia sisältöineen poistettiin uunista ja asetettiin huoneenlämpöisellä vedellä jäähdytetyn alumiinilevyn päälle, joka mitoiltaan oli noin 305 mm pitkä, noin 229 mm 35 leveä ja noin 51 mm paksu. Noin 500 ml eksotermista kuumapäällystysainetta (Feedol (R)-9, jota myy Foseco Inc., Brook Park, OH) ruiskutettiin järjestelyn päälle, ja 91610 82 keraaminen kuitupeite (CERABLANKET (TM), Manville Refractory Products) käärittiin grafiittiastian ympärille. Kuu-mapäällystysainetta käytettiin muodostamaan lämpöä kehittävä reaktio jäännösmatriisimetallin päällä edistämään 5 metallimatriisikomposiitin suunnattua kiinteytymistä sen jäähtyessä, estäen näin kutistumishuokoisuuden syntymistä metallimatriisikomposiittiin.
Nävte P (9071489-DAF-l) 10
Kuvio 20 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin metallimatriisi-komposiittikappa-leen muodostamiseksi, kuten alla selitetään. Tarkemmin, ruostumatonta terästä oleva säiliö 230, joka mitoiltaan 15 oli noin 152 mm pitkä, 152 mm leveä ja 191 mm syvä, vuorattiin grafiittikalvolaatikolla 231, joka mitoiltaan oli noin 152 mm pitkä, 152 mm leveä ja 191 mm syvä, ja joka oli valmistettu edellä selitettyjen esimerkkien mukaisesti. Noin 2 g -325 mesh magnesiumjauhetta 232 (Aesar (R), 20 Johnson Matthey, Seabrook, NH) kiinnitettiin grafiittilaa-tikon pohjalle grafiittisementillä (RIGIDLOCK (TM), Poly-carbon, Valencia, CA). Noin 500 g seos, jossa oli noin 95 painoprosenttia alumiininitridijauhetta, jonka keskimääräinen hiukkashalkaisija oli noin 3-6 mikrometriä (A-200 25 AlN, Advanced Refractory Technology, Inc., Buffalo, NY) ja noin 5 painoprosenttia -325 mesh magnesiumjauhetta (Aesar (R), Johnson Matthey, Seabrook, NH), sekoitettiin mekaanisesti neljän litran muoviastiassa ainakin noin 2 tunnin ajan tasaisen täyteaineseoksen 233 aikaansaamiseksi. Tämä 30 täyteaineseos 233 asetettiin grafiittikalvolaatikkoon 231. Pituudeltaan noin 25 mm ja sisähalkaisijaltaan noin 51 mm oleva grafiittiputkiportti 234 asetettiin täyteaineen 233 päälle. 220 grit irtoainealumiinioksidia 235 (E-38 Alundum, Norton Co.) oleva peti kaadettiin grafiittiputkiportin 234 35 ulkokehän ympärille, joka oli keskitetty täyteaineen 233 päälle grafiittilaatikossa 230. Riittävästi 235 grit alumiinioksidia 235 lisättiin, niin että se oleellisesti 91610 83 ympäröi graf iittiputkiportin 234. Noin 5 g -50 mesh magnesiumjauhetta 236 (Alpha Products, Morton Thiokol, Danvers, MA) asetettiin grafiittiputkiportin sisäosaan täyteaineen 233 rajapinnan peittämiseksi. Noin 1210 g 5 matriisimetalliseosta 237, jolla oli nimellinen koostumus 413.0, käsittäen paino-osuuksin noin 11, 0 - 13,0% Si, alle 2,0% Fe, alle 1,0% Cu, alle 0,35% Mn, alle 0,10% Mg, alle 0,50% Ni, alle 0,50% Zn, alle 0,15% Sn ja loput alumiinia, asetettiin reaktion osatekijöiden päälle, kuten kuviossa 10 20 esitetään.
Terässäiliön 230 sisältöineen käsittävä järjestelmä ase-tettin vuorattuun vastuksin kuumennettavaan retortti-uuniin, ja uuniin muodostettiin ainakin 508 mm Hg tyhjö, 15 jonka jälkeen siihen johdettiin typpikaasua, joka virtasi määränä noin 4,0 1/minuutti. Uunin lämpötilaa nostettiin huoneenlämpötilasta noin 200°C:seen nopeudella noin 200°C/h, pidettiin noin 200°C:ssa noin 49 tunnin ajan, nostettiin sitten noin 550°C:seen nopeudella noin 200°C/h, 20 pidettiin noin 550°C:ssa noin 1 tunnin, ja nostettiin sitten noin 775°C:seen nopeudella noin 150°C/h. Järjestelmä pidettiin noin 775°C:ssa noin 10 tunnin ajan, ja annettiin sitten jäähtyä noin 760°C:seen nopeudella noin 150°C/h. Noin 760°C lämpötilassa järjestelmä poistettiin uunista ja 25 saatettiin kuumapäällystämälläkiinteytymään suunnnatus-: ti. Tarkemmin sanoen järjestelmä asetettiin vedellä jääh dytetyn alumiini jäähdytys levyn päälle, joka mitoiltaan oli noin 305 mm pitkä, noin 229 mm leveä ja noin 51 mm paksu. Noin 500 ml eksotermista kuumapäällystysainetta (Feedol 30 (R)-9, jota myy Foseco Inc., Brook Park, OH) ruiskutettiin järjestelyn päälle. Keraaminen kuitupeite (CERABLANKET, Manville Refractory Products) käärittiin ruostumatonta terästä olevan säiliön ympärille järjestelmän eristämiseksi. Kuumapäällystysainetta käytettiin muodostamaan lämpöä 35 kehittävä reaktio jäännösmatriisimetallin päällä edistämään metallimatriisikomposiitin suunnattua kiinteytymistä 91610 84 sen jäähtyessä, estäen näin kutistumishuokoisuuden syntymistä metallimatriisikomposiittiin.
Eräiden tämän esimerkin mukaisesti muodostettujen metal-5 limatriisi-komposiittikappaleiden mekaaniset ominaisuudet on esitetty taulukossa II. Alla esitetään selitys niistä menetelmistä, joita käytettiin mekaanisten ominaisuuksien määrittämiseksi.
10 Vetomurtolu ΐ uuden (U.T.S.\ mittaaminen
Eräiden metallimatriisikomposiittien vetomurtolujuus määritettiin käyttäen ASTM #B557-84 "Standard Methods of Tension Testing Wrought and Cast Aluminum and Magnesium 15 Products" (vakiomenetelmiä taottujen ja valettujen alumiini- ja magnesiumtuotteiden vetolujuuden koestamiseksi). Käytettiin suorakaiteen muotoisia vetolujuustestikappa-leita, jotka mitoiltaan olivat noin 154 mm pitkät, 13 mm leveät ja 2,5 mm paksut. Vetolujuustestikappaleiden mit-20 tausala oli mitoiltaan noin 10 mm leveä ja noin 19 mm pitkä, ja säteet päätyleikkauksesta mittausleikkaukseen olivat noin 76 mm. Neljä alumiinia olevaa tartuntaliuskaa, mitoiltaan noin 51 pitkät, noin 13 mm leveät ja noin 7,6 mm paksut, kiinnitettiin jokaisen suorakaiteen muotoisen 25 vetolujuuden testikappaleen päätyleikkauksiin epoksilla (nimeltään Epoxy-patch (TM), Dexter Corporation of High Sol Aerospace and Industrial Products, Seabrook, NH). Suorakaiteen muotoisten vetolujuuden testikappaleiden venymä mitattiin venymäliuskoilla (350 ohm sillat) merkkiä 30 CEA-06-375UW-350, yhtiöstä Micromeasurements, Raleigh, NC.
Suorakaiteen muotoiset vetolujuuden testikappaleet, mukaan lukien tartuntaliuskat, asetettiin Syntec 2269 kg kuormi-tuskennon (Universal Testing Machine, Model No. CITS 2000/6, jota valmistaa System Integration Technology Inc., 35 Straton, MA) leukoihin. Tietokonekäyttöinen tiedonkeruu-järjestelmä liitettiin mittausyksikköön, ja venymäliuskat tallettivat testivasteet. Suorakaiteen muotoisten testi- li 85 91610 kappaleiden muotoa muutettiin vakionopeudella 1 mm/minuut-ti murtumiseen saakka. Suurin jännitys, suurin venymä ja murtovenymä laskettiin näytteen geometrian talletettujen vasteiden perusteella ja tietokoneeseen talletetuilla 5 ohjelmilla.
Kimmomoduulin mittaaminen resonanssimenetelmällä
Metallimatriisikomposiittien kimmomoduuli määritettiin 10 ääniresonanssimenetelmällä, joka on oleellisesti sama kuin ASTM-menetelmä C848-88. Tarkemmin sanoen komposiittinäyte, joka mitoiltaan oli noin 45 - 55 mm pitkä, noin 6 mm leveä ja noin 4,8 mm paksu, aetettiin kahden muuntimen väliin, jotka oli eristetty huoneen värähtelyistä graniittikiveä 15 kannattavalla ilmapöydällä. Toista muunninta käytettiin taajuuksien aikaansaamiseen komposiittinäytteeseen, ja toista käytettiin metallimatriisikomposiitin taajuusvasteen valvomiseen. Pyyhkimällä taajuuksien läpi, valvomalla ja tallettamalla vastetasot jokaisella taajuudella, sekä 20 merkitsemällä muistiin resonanssitaajuus, määritettiin kimmomoduuli.
Metallimatriisiaineen murtolujuuden mittaus käyttäen lovettua näytettä 25
Munz, Shannon, Bubsey:n menetelmää käytettiin metallimat-riisiaineiden murtolujuuden määrittämiseksi. Murtolujuus laskettiin lovetun näytteen maksimikuormasta nelipiste-kuormituksella. Tarkemmin sanoen lovetun näytteen mitat 30 olivat: pituus noin 45 - 55 mm, leveys noin 4,8 mm ja korkeus noin 6 mm. Lovi leikattiin timanttisahalla, niin että saataisiin halkeama etenemään näytteen läpi. Lovetut näytteet, joiden lovien kärki osoitti alaspäin, asetettiin kiinnityksiin Universal-koestuskoneeseen. Lovetun näyt-35 teen lovi asetettiin kahden 40 mm toisistaan olevan tapin väliin ja likimain 20 mm kummastakin tapista. Lovetun näytteen yläpuolta vastaan asetettiin kaksi 20 mm etäisyy- 9 86 91610 della toisistaan olevaa tappia noin 10 mm lovesta. Maksimikuorman mittaukset tehtiin laitteella Sintec Model CITS-2000/6 Universal Testing Machine, jota valmistaa System Integration Technology Inc., Straton, MA. Kiinni-5 tyspään nopeutena käytettiin 0,58 mm/s. Universal koestus-koneen kuormituskenno liitettiin tietokonekäyttöiseen tiedonkeruu järjestelmään. Lovetun näytteen geometriaa ja suurinta kuormaa käytettiin aineen murtolujuuden laskemiseksi. Käytettiin useita näytteitä annetun aineen keski-10 määräisen murtolujuuden määrittämiseksi.
Kvantitatiivinen kuva-analvvsi (PIA) Täyteaineen tilavuusosuus, matriisimetallin tilavuus-15 osuus, ja huokoisuuden tilavuusosuus määritettiin kvanti tatiivisella kuva-analyysillä. Edustava näyte komposiit-tiainetta kiinnitettiin ja kiillotettiin. Kiillotettu näyte asetettiin objektipöydälle optiseen Nikon Micropho-to-FX mikroskooppiin, jossa yläaukkoon oli kiinnitetty 20 DAGE-MTI Serres 68 videokamera, valmistettu Michigan
Cityissä, IN. Videokameran signaali johdettiin järjestelmään Model DV-4400 Scientific Optical Analysis System, jonka oli valmistanut Lamont Scientific, State College, PA. Sopivalla suurennoksella optisella mikroskoopilla 25 saatiin mikrostruktuurista kymmenen videokuvaa, jotka talletettiin Lamont Scientific Optical Analysis System-järjestelmään. Videokuvat, jotka saatiin 50 - 100 -kertaisena, eräissä tapauksissa 200-kertaisella suurennuksella, käsiteltiin digitaalisesti valaistuksen tasoittamiseksi. 30 Tasaisella valaistuksella varustetuissa videokuvissa määrätyt värin ja harmaatason intensiteettialueet liitettiin määrättyihin mikrorakenteen ominaisuuksiin, määrättyihin täyteaineisiin, matriisimetalliin tai huokoisuuteen, jne. Värin ja intensiteetin oikean määrityksen varmistamiseksi 35 tehtiin vertailu ominaisuustiedoin varustetun videokuvan ja alkuperäisen videokuvan välillä. Jos poikkeavuuksia havaittiin, niin ominaisuustiedoin varustettuihin video-
II
87 91610 kuviin tehtiin korjaukset manuaalisella digitointikynällä ja digitointipöydällä. Edustavat videokuvat ominaisuustie-doin analysoitiin automaattisesti tietokoneen ohjelmistolla, joka sisältyi Lamont Scientific Optical Analysis 5 System-järjestelmään, niin että saatiin täyteaineen alan osuus, matriisimetallin alan osuus ja huokoisuuden alan osuus, jotka oleellisesti vastaavat tilavuusprosentteja.
Sen jälkeen kun edellä käsitellyt näytteet olivat jäähty-10 neet huoneenlämpötilaan, leikattiin jokainen halki jotta voitaisiin määrittää, oliko metallimatriisi-komposiitti-kappale muodostunut. Kaikissa näytteissä A - C ja J - P tässä esimerkissä havaittiin muodostuvan alumiinimetalli-matriisikomposiitteja. Täsmällisemmin on kuvio 17a mikro-15 valokuva 50-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä A; kuvio 17b on mikrovalokuva 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä B; kuvio 17c on mikrovalokuva 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä C; kuvio 21a on mikrovalokuva 100-kertaisella suurennoksella vas-20 täten näytettä J; kuvio 21b on mikrovalokuva 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä N; kuvio 21c on mikrovalokuva 1000-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä O.
25 Jokaisessa edellä mainitussa kuviossa matriisimetalli osoitetaan viitenumerolla 170 ja täyteaine viitenumerolla 171. Taulukossa II on lisäksi lueteltu näytteiden mekaanisia ominaisuuksia.
30 35 88 9 1 6 1 0 ® C a •H 3 <d 3 Φ > '
P <d C
^ — n
Ä -rl # rH VO U7 C^ I I W rH C
HP'·' <» m r~ ·>* II q «( dP w o rT' j· p * φ ” C 3 ® m O CU . Ή e p o'
O O' rH O
n X m d 00 vi 13 ·» ’d * * 03« 01 E -h « *
P -n Pj - <-l H C
a> 3 2 I I ro o I I -H n
> H I i Ή CN II ϊ dP M
m O dP
P ' CN O
a · .. <*> m Ό ϋ o m v
3 -H C VI «*> O
3 I rH H 'VI
«03·— * 0
·<- E 3 <d vo 00 ' C
re E 73 PH I I r~ cn II · nI-h CHOO I I ή ή 1 1 0 z ·* « E ^ U dP 00
£ in ή dP
0 I A m rH * O
0 E 'T rH «. o m P P >1 vott no v
1 h C ' rH VO PVI'O
( 3 II # I I - - II 3 σινί
•H S > ~ I IOOII 0 - S
c E CP
« Φ X dP OI
« z ·* X
X ,_. dP »
Φ vo J φ vo m dP
a — <73 - o
1 CN © I rH
0— Ή w -P -H
EM Ή J* C g 'ö O
6 -n 0j rH ·£ 0 ^ I * V) •h < S I I I co I I n X H ^ I I I rH II ä ^ in *
3 rj φ * *. C
•Q Ή C X
» »H s ^ -p . -H , * *> vo jH>^.c<*pin w ·Η · c *5 s o n . — 00 0« H Φ O cn H h von 5 η Λ ϋ 5 1-1 w • Z I imin 11 * 8 P ΐ « J· D — I I fN Tf 11 -Ί „ 5 0 ' 3
- H g n < h 3 O
«π M ^ -j H H n I rH — 5 5 •O S " <* >i -H 0) m o o in 00 T2 _TP^< 3dP o · 1— I p o r- o o r~- in o J J d 9 S U vo * Φ (Di^r t~~ 00 r~ r- r- 00 ÄSj-^5' - Γ* tl o rl O Λ -H <3 -H · dp ΓΗ VI -rl li n u m *· ϊ o m Φ .pj (H 0 ^ n C (N I ** β n>i— m o * _T 2 9. f 1-1 ‘ P "d Λ -rl .C - *0 o ov « ΐ J . 0 u 3 « « ^ - " - - - - : S -5 < u S M h dP m
*"* — 0 M *H f * *-H n, O rH
103 <d υΡΕΦΟΙΛφ* «- Λ i XJj rj C DPOWpn J| H (N -1-1 -h-3-p -h « ^ 3 < 0 Φ ID 0Z«rtiH«dP p φ ® 3 n «r! 2 Ί* M »Cfe3Cno3-H a P Φ Tfc P n o 10 O O P'· ^ rH SSendSirv^n'11 5 >,C oprHiH3NfM300< ZnSSiu?«5* ^ O φ «I rl -rl rl rl -H O' t-4 5 il25^VI,3HÄ_.^ H Λ mp>;<rH<<x:zts)ii e ^ S ti H ’5 " e dl X O M *- ·· ·· · Λ, -n I 3 m Λ ' -rH -r| -rl n
-h 73 > 3 rl o ' w ω H ·~ι P
n rl H-CO-HmoiQ 3<
H H + ++ 39ΪΗ NXlQdPddP I CU
|_| Ή rl % O O rH rH PniDlDOOdP
t. M <0 + + <-h · ·· «Tlin^-POlnncHOi-ir' π P p o o o o 00 h vo £ u >< v v v > _ Id Φ (N (N O CN CN r~ ΟΟΙΙφωνΟΟΟΟΉφΟν 0 SE ui m r~ m in ή ηθΗ«ΗΚ νι vi vi h -na M X 3 H Φ ··
3 P E
pj s, n <0 Λ § rH CN +
Eh Z «< ffl U a n X B H CN n vfH H + % UI + li 89 91 61 0 α> C «n •H 3 «) 3 Φ > P Λ H ^ * ad -Η dP I vo co I H c
Eh P I M· hp I < Vi
op — ^ P dP
^ r- σ' 3 m
rH ^ ^ Q) H
E m ον o * - « o-l o α X o o vi P I 3 +1 ¥ 01 0 3 <d r~ o-ι -H-
Έ -P -Π fc k * E-< C
3 Φ 3 X I (N ον I N
3 > OH I oH oH I dP
a in dP
•H (N O
<c - in C o
•Η ·Η VI O
E I o-l VI
C 0 3 o— E 3 id vo vo in C k P E 3 (P I ro τί m I cs) *ot
« -H 0 ΰ ΙοΗοΗοΗΙ Z
« z e » •h in dp c I 3d oH o <c0E fNvoHj· - m Φ P >ι σνοΗΐη Ok Ä M B ~ m h p- VI o
a 3 Φ dP I k k k I VI
a£ >- loooi * c o> k » s o> -
Ok O o vo dP
Ok VO oH M *· °
I vo — — “OH
0^. 00 OV T] H k fed Λ ον Η Ή Ϊ o
-1-1¾ Ή+ΙΓΟ „ ^ I VI
rt Λ X I CM CM H» I * ® KM'-' I VO 00 o-I | "O in k sI d«i
OkOkP '«CkdP
VO VO H H e m
k^kO^- . Φ " ? O
• O CM VO ej P U k «ok 5 S m « ® ® ® <* o •Id « -H Ή r! m 2 10 ^ H P4 ιηνοοΗ «Γ H 2 ^ •2 I vt> m vo l 5nS 5Γ * ' D ~ ICMoH^i^oaOoa
i*ok ^'®CkdP
-h u o in in in in il ή il ·£ 3 ° H PO O Pk Pk Pk Pk CO® ϋ υ k φ l — cd p~ r-~ r~ r~ u « S Ti P rl *3 P dP » x) 'CU m -ι-l Λ U 0 C rH (N k 3 5 -k e p o m T. φ . sd -H Λ o o o o Ηη^ i ° h ««ko H^ CM - CM -H m O ^ Pv.^
- S S φ Ό Φ Λ k O
iftS Λ cd H k p -a H φ k
Ji% (d P P < β J -H P h M
£ Hl -H H -H W 0 Λ Φ ^ VI
* K ID Φ ffl - » C 2 ® ^ 3 λ 3 « o b « o * Φ 1-1 3 5 Λ «rk p φ in P >! P in Ph 3 «H « i« ™ >i C OPU3CJ3CQ3Z 0^25¾¾ 3d -H p φ H -H -H H -H -H H R ,Η S 2 5 W Ä 3 Eh« NPWÄ«ÄEhÄ4! -HUo’c>k°< ^ I N Ον Φ D fl H n •H -H -H H H << M ή χ) CO β -H W -H -H kk 3 h H m w «-»- vk m % b o k # i a
I_| -H H H (V| PN O O OOO-HHOin O
LJ M Id + IH r-t . . | O X I O PN O H
" PP ohi i o n < o «< u cn kk _ Id Φ CM < H H CM H H H | h I O H Cd 0 X E murti < m m· n ι υ 3 >< v h -n
3 S
jö sd n v in ve p
Eh Z J X Z O Ph hhhhh+cu
Esimerkki 7 90 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että menestyksellä voidaan käyttää monia piikarbidia olevia täyteaineita metallimatriisi-kom-5 posiittikappaleiden muodostamiseksi spontaanilla tunkeutumismenetelmällä. Voidaan lisäksi aikaansaada vaihtelevia täyteaineen osuuksia, riippuen täyteaineen koosta ja/tai käytetyistä prosessiolosuhteista. Taulukko III sisältää yhteenvedot koeolosuhteista, joita on käytetty muodostalo maan tämän esimerkin metallimatriisi-komposiittikappalei-ta, mukaanlukien erilaiset matriisimetallit, täyteaineen rakenteet, käsittelylämpötilat ja käsittelyajat.
Näytteet O - AH 15 Nämä näytteet muodostettiin tavalla, joka oleellisesti on samanlainen kuin esimerkissä 5 näytteen C osalta, ja kuten esitetään kaaviollisessa poikkileikkauksessa kuviossa 11, paitsi ettei magnesiumjauhetta asetettu grafiittikalvolaa-20 tikon pohjalle ennen täyteaineen lisäämistä.
Esimerkki AI - AJ
Nämä näytteet muodostettiin tavalla, joka oleellisesti on 25 samanlainen kuin esimerkissä 5 näytteen K osalta, ja kuten esitetään kaaviollisessa poikkileikkauksessa kuviossa 18.
Sen jälkeen kun edellä käsitellyt näytteet olivat jäähtyneet huoneenlämpötilaan, leikattiin jokainen halki jotta 30 voitaisiin määrittää, oliko metallimatriisi-komposiitti-kappale muodostunut. Kaikissa näytteissä Q - AJ tässä esimerkissä havaittiin muodostuvan alumiinimetallimatrii-sikomposiitteja. Kuvio 22a on mikrovalokuva noin 400-ker-taisella suurennoksella vastaten näytettä Q; kuvio 22b on 35 mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä R; kuvio 22c on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä S; kuvio 22d on mikrova- 91 91610 lokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä T; kuvio 22e on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä U; kuvio 22f on mikrova-lokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näy-5 tettä V; kuvio 22g on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä W; kuvio 22h on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä X; kuvio 22i on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä Y; kuvio 22j on mikrova-10 lokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AC; kuvio 22k on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AD; kuvio 221 on mikro-valokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AE; kuvio 22m on mikrovalokuva noin 400-kertai-15 sella suurennoksella vastaten näytettä AF; kuvio 22n on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AG; kuvio 22o mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AH. Jokaisessa edellä mainitussa kuviossa matriisimetalli osoitetaan viitenume-20 rolla 170 ja täyteaine viitenumerolla 171.
Näytteiden mekaaniset ominaisuudet mitattiin vakiokoestus-menetelmin, kuten aikaisemmin selitettiin, ja näytteiden mekaaniset ominaisuudet on esitetty taulukossa III.
25 30 35 92 91 61 0 φ ·Η
CO H
•H S
<d p dp Φ > m
PO.— (N
><H # H « m iriTt Oi M T» m I « sd -p m m vo in te in m vo in I _ o H -P * vi o v ή C C E-i
On
O rt K ^ C
>v E Γ'Ί· σι h ts ή mm .-. σι dP o ω ®ucoeocoo\ovovoioioioo * m n £ \ ' · « « - ' > e m « # PO>rMnjmmfMfMnjrMfNfM p* « ° m cC' ! · e ° ^ — Λ ·Ρ N " -k— — — — J Z dP .
Βιηιηνοι-ισιοονονοιοιη °C
I O * «rt --- ~ -- rH » r-t N
03 vo ro or- <n o n oi 0)0 * +J 3 π ΓΟΟΙ O COSO ^ O N VO rH E * τί <#> H *r> £ " - “ -.....- 3p9oCh«-iGO€OGOQOO\tiOO Ό ^ * H * - ^ ^ * 1 £ _*
Λ J ® a VI
+J. 't ® m dP
Φ o o m «» ·<» vo o m P m.H
r W o ^ - « - «.m « « r~ 00 « ® ''"Z
S H o X m .-< o « o o « rti E £> *· 5 CJ S, ^ rH H rH H rH H 9t 0> rH O S ® a P , o •r· ·—1 1 ir» <4 -P _ m C -H Q 5 ‘ ‘P °
•H I rH * -< * VI
E O 3 — *» 0 C E 3 O n 3 1 » E Ό £< Tfin m com m o oi r— tr 1¾ r· O' P -h 0 O vo 10 co oi co oi 01 h oi r~ h g r» G s rH rH rH rH rH rH rH CN rH rH O 5 * QG *J5 O tjfi •r 1 ad frj rH ro © ** in m® co ®s· »-h 3 dj o
C O E ro vo ro rH σ\ ro in r-* σ» co Φ ^ * ° rH
«C «p S — rH Ή rH rH O rH OO O rH O G « * « P C dP «« « .« « « « « « O C £ « o
Λ 3 Φ “ O O o OO O OO O O S ® ® VI
® £ > Ό CP VI
£ Tl <d -P m
. „ — — — — _* „ „ „ rt. Φ n « C
W —* vo vo m -d· m m ^ vo m m P « p £
• β — ~ «^ «- — — vo «- «^ *-* Φ P ° U
H £. mm o mm vo — co oi m ® 51 « „ dP
• £ vr oo vo m*# p« vo m vo oo P 5 *p m 3 «rt »—. i—. H t—I ·—. rH 00 rt. H i—I P C « V—I Γ0 . H 3 v « a H «i C u m o
I H rt* 2 ,-. ® VI
>v -H O oo o oo o oo o o '[? * ' rt. p o mm m mm m mm m m R _ - dl I «rt p«p« r« r«r« r« r~ r- r« r« y U p « ° 3
f) ,-j φ O P rt. « <J
Tj P o es tr
p «J ® O p I dP
m M ^ ®mm«o 30-h.C mm m mm m mm m m Π . ® m r® “
^ w rH rH v£ rH ^ rH rH φ rH φ rH rH «φ rH v£ rH H ’ r ^ r rH
o u υ υ u υ 5 ^ ° Ä ^
•H H Ή ·Η -P -H r O p dP
« W « W « W « W « « « W N * * ° « =ifc rt« ^t* rt**o =|fe rt« ^* rt«ve rt« —*vc Γ «rt *1 f® ^ ® UO^sO^UO^O^UO^O^fcO ‘2®^ M ^ •Hmomo-Pmo mo-pmomo-p “ " Ρ „ . _ wmomowmomowmomom υ ^ * 1 dj
<n CO CO GO 00 0DQ0 _ ’Ή ·*Η ΓΗ O
+* φ % <*> <*> % <*> <» <*> dp ^ S d 2 j· _r
>i G oinapindpoindpindpoinapindpo f{ w b h ^ (N
Λ -H mr-mcommr«mcommr«mcomm -m^ovi o vi E-i Λ fM«rtcvi«rtrt.m«rtm'rtrt.m«rtm«rtrrtm ” _ _ 0 0 4« « « Z > to <0 ·Η <Ö «-I <0
p O W -H W -H M H
« « -H C C C
C -H 3 dP -H dP -H dP -H
en Di σ> OXrt.o-1-io-Ho-rt.
ss s rti a a . e « e · e I mmm OOam3oo3m3 •H III PJi ΗΗΗΗΗΗ β t. -rl -rl 'rt Q P 4 4 4
H -H rH M M M * * « nnmw >-ι * 0 I I I
l_i -Η t—. mm m oo o mm m o P M p ρ p p P«f »H rH rH .. . .. . . υ .Φ030303 π pp il I vo vo vo 00 o m he «a «a «o.
_ ej ® ·-. rH rH mm m ον σι σι ή οι·3·-.θνοο·-.ο 0 SE < < < nm n nm n «s1 ηυζ-.Η-.ΗΉΗ λ; jv: 3 _1 φ 1 £ o Q ad 3 H 2 O* 0$ W 8h D > 2 X X N K Φ O T3 * ^ uj 93 9 1 6 1 0 Φ 09 G 3
•H p -H
« > H
ΦιΟ -pr-r-i-'inmcNrH
4-) rH ^ I I in ιλ in ιο vo vo r- r- op
S'H # I I ID
ad P — . 04 H ~ gi „ - 09 ro SO o
>igoo\voinc4vooin -¾ VI
® U σι oo οι οι ο οσισιΐι - ® χ; \ v - -- - ^ - ι i PC - H O' cn in η η η η γμ n OO C » H — P Stf n c — ο ΓΛ <N 0-00 ^ U >; m „ ~~ — ~ ~ — ~ ~ P fr m J, B — ininmiovoiovo Ο P *·η X — — —- -— —- — — I I Ϊ J O * 109 - .-1 Γ0 rH CO It OO N I I E VI o
OS.nCTi-iioinror-rHm - O VI
P 3 £ σι - -- - --- · P
P -r-ι 5 -ouiooooor- Ο μ -H „ 3 3“ OI H rH I—I I—I O Z £-
S rH ~ ^ N
_ C 0 OP
«, 5 i ° «*> 4J I P O - o (o o in oo -# σι t- in in p -O ro m Ό H O >H - - -- - --1-- O < S H o X ή o m rH f-ι oo-ll 2 I o
3 O -r rH Ή f—I I—I »—I »—I r—I 00 I I - VI
o - p o
•H CO
10 0 4-> CN -H
C <H O g -H 0 E ·* * E -h p ο σι <x> 0 I ·—I * p s o 0 3— >i Ή in P g 3 O P *H op ( £ d P< in σι o r- vo o o oo CJ Q ^ n 0 β-HQO p- ο io n r- m h m I | *> - vi •r K £ ^ I—I (N >H ·—I rH rH 04 rH | | <9l Ό Η Ή
C Γ9 N O
* I 5 I o» « - H g x * yog·'
<V *H "5 * dP
9 I ad W -P 3 o o 0 E σιοοιηιηηρ-ιβσι Λ O H >-h P S — “t in vo n vo oo oi h nfc Ό - -
PCOP rH CN H H rH OOO OOgC O
3 O '-r - - -- - ---11 O S ® S VI
S > o o oo o oooii m ό id "ri op -
. - — r r - r — ^ Ο Η Φ U) C
in — m m m 10 vo u in in OrHPn S
• O --" —r -r — --- —r —— sr rH φ P —
Ei tk co ο π h cn moon ®!pviop • S c— m oo m m v m I I <d P "2 m
3> -r rH Γ4 dim CN rH rH rH I | -npC - CO
. -rl 3 - a < « o c u o
1 h «— 2 «H ® VI
>1 -rl o O O OO O OOOOO "H 'L? Pp rH 4-) o m in m m m m m in o o - in - o in - βι-r r- r~~ r» r- r- i- i- i- «o oo P _ U Ρ - 3
JJ H ® =lfc O P rH U
t) P o o « -rj « on oo o p I & o >i rr mm Φ rH m 09 o • ad -H £ m m mm m mmm-- ^ , ® m -
^ id --- Hip rH φ oH »—I ip »—I Η Η Η Η Η Η ίΡ I Η ^ H
OO U» 2 ° « •Ή -H -HO * 2 ti -in - W - W - -H oo «ο oo oo qq Μ ® =1(1-=111 —vo % -% Mr η η η η Γ ιΓ -el in r? r® o=(fco5(feoo=(fco - (0 CO 09 n 09 · ϋ 3 .
CNOCNO-HCNOCN=fc00000 r 1 m Ij ij -. -
I INOINOIOCNOCNO®®®®® U ID H P 0) OP
Φ OO 00 00 00009090900 - Η Η « O
jJ φ Hfi m 4kdP dPOOIIIII C li H Ö ^ ·» >iC mopmopomopm U O O U O £2-!Su! *2 ad -H oomr-miNOomc-oP-H-H-H-H-H f οι > ο νι vi ΗΛ -rrH-rCNdl-rrH-rmWininWW P ^ ^ o op o id - - Z o > oo -H id -H <o
^ in p m w -H w -H
. . - « -H C C
3 C - -H 3 OP -H OP -H
K C3SDI Ο Ο rH Ο -Η Ο -H
.Zi n U U Z HP a 3 · E · E
„ I mmmcN OUOarnCms
” -H II I I 4-· X rH rH rH rH
00 -Η -Η -Η -Η -Η -Η -H 00 =t|s P « « h -h h ui ut w w in nw · n « t-, -» · ο ι i
i-ι -H rH o o cn m γη r, in o in m m pmcqp p 4J
LJ PA · · rH rH H ' H · Η Η Ο · ® O 3 O 3 m p 4J en η l l i icnioii op H i - a - a
Id® rH rH Η Η rH Η Η ΓΊ rl rl Oi m · 3 rH O rH Q
0 SB "0· A1 << < < V n < < rOmUZrHHrHH
M
X
H ® • 3 e : 5 % 3 S SS S S3S33 L%,. ^
Esimerkki 8 94 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että metallimatriisi-komposiit-tikappaleita voidaan muodostaa monilla eri käsittely-5 ajoilla. Täsmällisemmin sanoen voidaan halutusta tuloksesta riippuen muunnella sitä aikaa, jolloin matriisimetalli spontaanisti tunkeutuu täyteaineeseen tunkeutumiaatmosfäärin ja tunkeutumisen edistäjän tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän läsnäollessa. Taulukko IV sisältää yhteen-10 vedot koeolosuhteista, joita on käytetty muodostamaan tämän esimerkin metallimatriisi-komposiittikappaleita erilaisilla käsittelyajoilla, mukaanlukien erilaiset matriisime-tallit, täyteaineet ja käsittelyolosuhteet.
15 Näytteet AL - AN
Nämä näytteet muodostettiin tavalla, joka oleellisesti on samanlainen kuin esimerkissä 5 näytteen C osalta, ja kuten esitetään kaaviollisessa poikkileikkauksessa kuviossa 11, 20 paitsi että grafiittiastia päällystettiin kolloidisella grafiitilla (DAG-154, yhtiöltä Acheson Colloid, Port Huron, MI) sen sijaan että se olisi vuorattu grafiittikalvolaa-tikolla. Järjestelmä kuumennettiin huoneenlämpötilasta noin 350°C:seen nopeudella noin 200°C/h, pidettiin noin 25 350°C:ssa noin 7 tunnin ajan, kuumennettiin sitten noin 550°C:seen nopeudella noin 200°C/h, pidettiin noin 550:ssa noin tunnin ajan, kuumennettiin sitten noin 750°C:seen nopeudella noin 150°C/h, pidettiin noin 750°C:ssa taulukon IV osoittamat ajat. Lisäksi, kun reaktiojärjestelmä pois-30 tettiin uunista, muodostettu komposiitti asetettiin vesijäähdytteiselle nopean jäähdytyksen alumiinilevylle komposiitin suunnattua kiinteyttämistä varten.
35
II
95 91 61 0
rH
< p 3 a o
rH
w
H
dP
m
<N
V
O
VI
« c
N
dP
H
O
VI
* 0>
X
dP
c « o <E S~ tJ 10 Λ 5 - iH 5 Ol •H 10 +j m m m +* ·.
I r~ r- r~ Ö ^ f" r- r- -H a S-ι ® Ä 0 o +j — d vi p < •H <0 * a X _J fl Λ M 'do t< «3 CM 'f CO Ό m <* 5 ^ •5 ^ 0 „ d °
C VI
•H
*H % mmm g m mmm Sr o o o .3
<N <N <N \J
rl H H * tfp < < < - o ® sn P ® in in in ® * ; >l C CM CM CM 5 ° aa -H co co co d « H rt III ®
I a -rM
•H 3 W
a -Η ·η
•H rH rH dP
S ·Η H U> Γ. M <d + + + ^Ol m +) +J ooo vo * Ä βΰ φ οι oi cm » o O Z E minin Η νι Λί 3 _I φ ·· 3 ft g £ g 3 3 3 S,+
Esimerkki 9 96 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että metallimatriisi-komposiit-tikappaleiden mekaanisia ominaisuuksia voidaan muuttaa 5 suunnatulla kiinteyttämisellä ja/tai jälkilämpökäsitte-lyllä. Taulukko V sisältää yhteenvedot koeolosuhteista, joita on käytetty muodostamaan useita metallimatriisi-kom-posiittikappaleita ja muodostuneilla metallimatriisi-kom-posiittikappaleilla saatuja mekaanisia ominaisuuksia.
10
Näytteet C. AO - AS
Nämä näytteet muodostettiin samalla tavalla kuin selitettiin esimerkin 5 näytteen C osalta, ja kuvion 11 mukaisella 15 kaaviollisella poikkileikkauksella. Näytteet AQ - AS käsiteltiin T-6 lämpökäsittelyllä, kuten alla selitetään.
T-6 lämpökäsittely 20 Komposiitit asetettiin ruostumatonta terästä olevaan lan-kakoriin, joka sitten asetettiin vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfääriuuniin, joka oli säädetty noin 500°C lämpötilaan. Komposiitteja kuumennettiin noin tunnin ajan noin 500°C:ssa, jonka jälkeen ne poistettiin uunista ja jääh-25 dytettiin nopeasti huoneenlämpötilassa olevassa vesikyl-vyssä. Jotta erkautuminen voisi tapahtua, komposiitit vanhennettiin joko keinotekoisesti 160°C lämpötilassa 10 tunnin ajan tai luonnollisesti huoneenlämpötilassa noin viikon ajan.
30
Näytteet AT - AY
Nämä näytteet muodostettiin tavalla, joka on oleellisesti samanlainen kuin näytteellä C, esimerkissä 5 näytteen C 35 osalta, paitsi että 1) magnesiumia ei asetettu käytetyn grafiittikalvolaatikon pohjalle, ja 2) rektiojärjestelmää pidettiin noin 750°C:ssa noin 15 tuntia. Näytteet AW - AY
II
97
9 I 6 Ί O
käsiteltiin T4-lämpökäsittelyllä, kuten selitettiin simer-kin 5 näytteen E kohdalla.
Sen jälkeen kun edellä käsitellyt näytteet olivat jäähty-5 neet huoneenlämpötilaan, leikattiin jokainen halki muodostuneen metallimatriisi-komposiittikappaleen esittämiseksi. Täsmällisemmin kuvio 17c on mikrovalokuva 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä C; Kuvio 23a on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella 10 vastaten näytettä AO; kuvio 23b on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AP; kuvio 23c on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AQ; kuvio 2 3d on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AR; kuvio 15 23e on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AS; kuvio 23f on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AT; kuvio 23g on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AU; kuvio 23h on mikrovalokuva noin 20 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä AV. Jokaisessa edellä mainitussa kuviossa matriisimetalli osoitetaan viitenumerolla 170 ja täyteaine viitenumerolla 171.
25 30 35 98 91610 φ C α •h a rt
rt 3 X
Φ > 01
H-> rt l l i C C
>1 >-h ne ιηιηιηιοιηιηκιιηιπι I i rt n
*1 Ή Ϊ. OS ,-H
H -P ~ < £
«n ·. O
>1 e & +j - φ U σ' 3®
A mmmm^rmr-io.-fcNDi-i P CL
H O' N.*·.».·..*.......... rt o1 H— roromomnronroncon E h O co 5 -H ® ~e ^ ~ — —--- ~ — Φ #> p
l m X ^^Γ'νονονονο^^·^·'*^ E in O
O 3 'w- «IMF ^ V W' W V ·—F -W W v> Π3 •P 3 rt or>ir)nmcoiHn<Noo\rH "O «.dp M ·η& < ο*Λ 3 3* nnr^cNCNinnicncortvcnoo VI® S H '*·' H H H f—1 H H rH H H H H H ^
M «k O
Φ c
_ d ιί ίο ίο o i— -P to I
vo ® o i ii|iHiHro«r^t^lli E dP ®
HnO |||t-4fH*Hi—l«H(H||| O IlS*™*
Ho H -P rH - υ x h » © — λ e ° O 5 VI - *i O' h ^ ϋ 'a 1 rH <N “0 en
0 3 I 5 S dP
1 3 rt HS v E Ό IL vo vo σι cn o r- in o 03 σ\ oo Q 3 dP « •H Q 15 i-'p~«<i,f'<7vli''r'-rt,c'ir''rt' - J « n ^ E ^ HHHHH IHHHOIHH H 3 71 «
φ -H CL o I
3 _ rH
o c - VO
s Φ Λ I ..
a & es rt h M in I rt rH ® 3 * n O E Ί'Γ'ΠΟ'ΟΟ Ov H [n in VC H h -p H <* c •P P-ι vo r- vo vo vo vo o m 00 m r- Φ -r “ * P G rHrHCHrHrH H (V| VO rl (\| «) Φ jn -P -
3 Φ dP - - ~ - I...... 4-> WJ -p C dP
S > — OOOOOIOOOOOO +JP-rl£0
•P N
rt c dP
rH ® J- in 0
‘1? S rH VI
* 3 O % . T3-0 Ό „υϋϋ°- (Λ — _ p-~ „ O -P ^ VI 3
P · rt in m m vo vo in n n n n in ~ ® “· U
φ H 0l -p w -r ^ w n^ w -r -p -r °-P
•a · £ VO O O 00 O IN in (N VO 00 o 1/1 2 “ 3 dP
3 D — in 00 o m o 1 d ω d oo h vo , · 2 ϋ » 3 nmnnin irsnivninv i-ptj *
n 1 1 _ -jJ dP <N
•h O -P ° 3 vn « a -p >. N J -¾ m 1 C E O rH -.559-
rl M rt φ -H -H -rl VO VO VO -H rl -H <» «> V» * TJ o VO
E * -P WWWHEhHWWWHHH ^ ti 5 ^ -
c rH +3 *H »H
^ f) ro mm mm nm % n ci cj(») ci ο<η m cin ci λ « λ e * 4J rt O O rt O O rt O O m O O S S I S m ^
(E O <N fN Ö N N Λ N N O fN N ^ ® 3 (M Φ H
B rv W 01 <n W W <n W W in CO 03 F O rH H < ΐ a-na-e«!ar:-<gÄÄ S S. *SS*SS*SS*SS S!|".s|
^ >ifi OOCNOOfMOOCslOOrS - O
Oi 3d -H «HnvoHnioHpiiöHn τί R ’ϋ! ** ® ^ X H rt I 1 1 1 I I 1 1 I I I 1 ^ g * a 3 x n ·. < 1 φ « a -p ·ρ .p
•P * 3 W W H
rt -P +3 -P
•PH *=*%*%%+ + + + + + »OHdPdPdP
•PH HrHrHrHrHrHOOOOOO HP tnmO
>P rt 000000...... · φ d1 n n m 3 3 000000000000 HE® rt Φ OOOOOO<NCN<NCNCN<N «31000
O X E t^r^i'-i^r^r^inininininm U 2 H VI VI VI
X X 3 rP Φ ** 3 £ g • S rt» 3
Eh a ss o d n + it
II
Esimerkki 10 99 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että voidaan muunnella typen pitoisuutta metallimatriisi-komposiittikappaleessa, joka 5 on muodostettu spontaanilla tunkeutumisella. Tarkemmin sanoen, riippuen matriisimetallin, täyteaineen, tunkeutu-misatmosfäärin ja tunkeutumisen edistäjän tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän yhdistelmästä, ja prosessiolosuh-teista, voidaan muodostuneen metallimatriisi-komposiitti-10 kappaleen typpipitoisuutta räätälöidä. Taulukko VI sisältää yhteenvedon koeolosuhteista, joita on käytetty muodostelmaan tämän esimerkin metallimatriisi-komposiittikappa-leita, mukaanlukien matriisimetallit, täyteaineet, käsittelylämpötilat ja käsittelyajat, skä kunkin muodos-15 tetun metallimatriisi-komposiittikappaleen typpipitoisuuden.
Näytteet AZ - BB
20 Nämä näytteet muodostettiin tavalla, joka oleellisesti on samanlainen kuin esimerkissä 5 näytteen C osalta, ja kuten esitetään kaaviollisessa poikkileikkauksessa kuviossa 14.
Näyte BC 25 Tämä näyte muodostettiin tavalla, joka oleellisesti on samanlainen kuin esimerkissä 5 näytteen C osalta, ja kuten esitetään kaaviollisessa poikkileikkauksessa kuviossa 10.
30 Nävte BD
Tämä näyte muodostettiin tavalla, joka oleellisesti on samanlainen kuin esimerkissä 6 näytteen K osalta, ja kuten esitetään kaaviollisessa poikkileikkauksessa kuviossa 18, 35 paitsi että teräsmuotin sisäosa päällystettiin suihkuttamalla grafiittiainetta (Dylon grade AE, Dylon Industries, Inc., Berea, OH) ja poltettiin noin 260°C:ssa noin tunnin 100 91610 ajan, sen sijasta että teräsmuotti olisi vuorattu grafiit-tikalvolaatikolla.
Nävte BE 5 Tämä näyte oli tarkistusnäyte, jota käytettiin määrittämään alumiiniseoksen typpipitoisuutta alumiiniseoksessa, joka ei sisällä täyteainetta. Tarkemmin sanoen sisäosat teräs-muotissa, joka oli oleellisesti samanlainen kuin näytteellä 10 BD käytetty, päällystettiin grafiittiaineella (Dylon grade AE, Dylon Industries, Inc., Berea, OH). Alumiiniseosta 520.0 asetettiin sitten teräsmuottiin, ja reaktiojärjestelmä kuumennettiin taulukon IV esittämällä tavalla.
15 Sen jälkeen kun edellä käsitellyt näytteet olivat jäähtyneet huoneenlämpötilaan, määritettiin komposiittikappa-leiden typpipitoisuus. Tarkemmin sanoen metallimatriisi-komposiittien typpipitoisuus mitattiin ASTM-menetelmällä E 1019-87A "Determination of Carbon, Sulphur, Nitrogen, 20 Oxygen and Hydrogen in Steels and in Iron, Nickel and Cobalt Alloys". Tässä menetelmässä käytetään inertti kaasu-sula-mis-lämmönjohtavuutta typpipitoisuuden mittaamiseksi. Täsmällisemmin, näyte asetettiin pieneen grafiittiupokkaa-seen ja sen annettiin yhtyä joko kupariin tai nikkeliin 25 virtaavassa helium-atmosfäärissä vähintään 1900°C:ssa. Näytteessä oleva typpi erkani molekyylimuodossa ja erotettiin muista molekyyliaineista (esim. vedystä ja hiilimonoksidista), ja typpi-heliumkaasuseoksen lämmönjohtavuus mitattiin. Tämä testi suoritettiin kaupallisella Leco 30 TC436 happi-typpi-analyysilaitteistolla, joka on suunni teltu automaattiseen käyttöön ja kalibroitu tunnetun typpipitoisuuden mittausstandardeilla (NIST vakio vertailuaine 736, jonka N2-pitoisuus on 0,037% ja AlN, jonka N2-pitoisuus on 32,6%).
35 91610
»H
<
•P
3 a o
H
•H
E-*
dP
m
CN
o
VI
V
c
N
dP
in
H
*
O
VI
tr
X
dP
dP
I *"· 0 m in r* rH o
•|-*C Λ ft ro h fO O »H
Ο,.ρ* H ω ^ (N (N o
g td ...... I
Q. rt O O O rH O
“ rt in . σι o o - «d
rt S dP
•HO * in p O O O O O O S rt I o o o o o o *>“».
H rt σι oo oo CO 00 H o
® VI
H -P
® m «.
.. +J « 3 rt ~ ® p o a> js ® £ 4J W p o # •μ o s 10 •H Λ £ ^ tn M m * * * ad -H - ' o
Ui td Tr TT ·σ ΓΝ rt rt ^ o vi
O
rt rt rt ^ υ c φ tn " « 0 U.
g £ ^ e> ^ '(fc ^ P Z m -P ® % % =* o* g - >1 G ooooo z
: 3d -H O IN CN O O -H rt VI
E-ι «d in n M rt in (] Ev p
I Dl 3 O -H
•H X Ό -P « m -H tn -h C a
H H »01*«++ 3 >1 dP
i_i -H rt χ χ © tn © o rt t-ι tn
tJ H td M m rt rt · . < u (M
·* +j -P I I I I o o
_ td« rt rt rt rt (N fN (O OI O
0X6 <<><<< tn in mnvi λ; *
3 & I
• <0 3d tocauou 3 * E-· x 4 a a o a a so ή vo +
Esimerkki 11 102 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että muodostuneen metallimatrii-si-komposiittikappaleen kulutuskestävyyttä voidaan muun-5 neliä, riippuen käytetystä alumiinioksiditäyteaineesta.
Käytettiin tarkemmin ottaen erilaisia alumiinioksiditäyte-aineita yhdistelmänä matriisimetallin, tunkeutumisatmos-fäärin ja tunkeutumisen edistäjän tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän kanssa esillä olevan esimerkin 10 metallimatriisi-komposiittikappaleiden muodostamiseksi spontaanilla tunkeutumisella. Taulukko VII sisältää yhteenvedon matriisimetallin, täyteaineen, prosessiolosuh-teiden ja tässä esimerkissä muodostettujen metallimatrii-si-komposiittikappaleiden kulumisnopeuden osalta, samoin 15 kuin käsittelemättömän metallin (näyte BL) kulumisnopeuden osalta.
Näytteet A. BF. BG
20 Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla kuin selitettiin esimerkin 5 näytteen A osalta, ja kuten esitetään kuviossa 9.
Näytteet BH - BK. B 25 Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla kuin selitettiin esimerkin 5 näytteen B osalta, ja kuten esitetään kuviossa 10.
30 Nävte BL
Tämä näyte oli vertaileva tarkistusnäyte, jossa 520.0 alumiiniseosta käytettiin kulutustestissä, kuten alla selitetään.
Lueteltujen näytteiden kulutustestaus toteutettiin menetelmällä Sliding Abrasion Test (liukuva hankaustesti), joka 35 91610 103 on muunnos testistä ASTM G75-82 "Slurry Abrasively by Miller Number Test", ja joka sisältyy ASTM Standard Volume 3.02:een. Tällä muunnetulla testillä määritetään va-kiolietteellä koeaineiden kulumisen nopeus. Tämän tyyppi-5 nen liukuvan lietteen hankaustesti on suosittu lietepump-pujen valmistajien keskuudessa, ja sitä käytetään ehdolla olevien aineiden arvioimiseksi, joita harkitaan lietepump-pujen sovellutuksiin.
10 lai Testilaitteisto
Testilaitteisto käsittää neljä mekaanista vartta, joihin jokaiseen on asennettu kulutuskappaleet. Mekaaniset varret on vapaasti nivelletty ristipäähän, joka on kytketty 15 kampeen, jota puolestaan pyöritetään 48 kierrosta minuutissa sopivasti liittyvällä tangolla ja moottorilla. Tällä mekanismilla aikaansaadaan kulutusvarsille vaakasuora, edestakainen noin 203 mm harmoninen liike. Jokaista mekaanista vartta kuormitetaan noin 2,3 kg painolla 20 välittömästi kulutuskappaleen kohdalla. Nokka on järestet-ty hetkellisesti nostamaan jokaista mekaanista vartta ja siten kulutuskappaletta irti kumilaikalta joka jakson lopussa. Muovikaukaloita, mitoiltaan noin 381 mm pitkät, noin 76 leveät ja noin 51 mm korkeat, käytetään hiomis-25 lietteen säilyttämiseksi, ja jokaisella mekaanisella varrella on erillinen kaukalo. Noin 3,2 mm paksu neopreeniku-mia oleva laikka on asennettu jokaisen kaukalon pohjalle. Muokattua elastomeeria käytetään pitämään kumilaikkaa paikallaan kaukalon pohjalla ja muodostamaan V-muotoisen 30 kaukalon pitkin kulutuskappaleen liikematkaa. Jakson nok-kalopussa oleva 45° kallistus aiheuttaa lietteen aallon eli paluuvirtaaman nostetun kulutuskappaleen alle. Kulutuskappaleen pidikkeet, mitoiltaan noin 52 mm pitkät, 51 mm leveät ja noin 13 mm paksut, koneistettiin muovista niin 35 että niissä oli aukko kulutuskappaletta varten sekä rako, jolla kulutuskappale voitiin kiinnittää kiristyspultilla pidikkeen läpi. Kulutuskappaleen pidike asennetaan me- 104
91 61 O
kaaniseen varten siten, että se sallii kulutuskappaleen säätämisen pystysuunnassa ja samansuuntaisesti kumilaikan kanssa. Testilaitteisto voi toimia oleellisesti ilman valvontaa äärettömän kauan.
5 (b1 Testiolosuhteet
Testiolosuhteiden mahdolliset aluevaihtelut ovat: 10 1. Hiukkastyyppi: mikä tahansa (piidioksidi, alumiini, jne) II. Hiukkaskoko: 500 - 5000 mikrometriä III. Hiukkaspitoisuus: 0 - 100 painoprosenttia kiinto aineita 15 IV. Lietetilavuus: 0 - 200 ml V. Lietteen lämpötila: 30°C (huoneenlämpötila) VI. Lietteen pH: 1-14 (muunnelmin) VII. Kulutuskappaleen kuormitus: 0 - 2,3 kg VIII. Aika: ääretön, tyypillisesti neljä tuntia.
20 (cl Näytekappale
Kulutuskappaleet leikattiin pyörivällä timanttiterällä suuremmasta kappaleesta ja tarkkuushiottiin pintahioma-25 laitteella lopullisiin mittoihin: pituus 25 mm, leveys 13 mm ja korkeus 5-9 mm.
(dl Testimenetelmä 30 Kulutuskappaleet puhdistettiin ultraäänellä metanolissa viidentoista minuutin ajan, kuivattiin ainakin viidentoista minuutin ajan tyhjöuunissa, joka oli säädetty 150°C:seen, annettiin tasoittua huoneenlämpötilaan kui-vauslaitteessa noin viidentoista minuutin ajan, ja punnit-35 tiin sitten 0,1 mg tarkkuudella. Kulutuskappaleet asennettiin sitten kulutuskappalepidikkeisiin, ja niiden oikea pysty- ja vaakasuuntainen suuntaus tarkistettiin. Sopiva
II
105
9 Ί 6 i O
määrä hiontahiukkasia ja vettä punnittiin 0,1 g tarkkuudella, sekoitettiin ja kaadettiin sitten muovisiin liete-kaukaloihin* Mekaaniset varret laskettiin paikalleen, jolloin kulutuskappaleet laskettiin hiovaan lietteeseen, 5 ja edestakainen liike käynnistettiin käynnistämällä sähkömoottori .
Kulutuskappaleiden annettiin liikkua edestakaisin hiovan lietteen läpi ennalta määrätyllä taajuudella ennalta 10 määrätyn jakson ajan (tyypillisesti neljä tuntia). Ennalta määrätyn jakson jälkeen mekaaniset varret nostettiin ja kulutuskappaleet poistettiin. Sen jälkeen kulutuskappaleet puhdistettiin, kuivattiin ja punnittiin jälleen oleellisesti saman menetelmän mukaisesti kuin mitä käytettiin 15 testin alussa. Kulutuskappaleiden painon menetystä ja tiheyttä käytettiin tilavuusmenetyksen, ja viime kädessä kulumisnopeuden laskemiseksi kuutiosenttimetreinä tunnissa (cm3/h). Lietteen pH ja lämpötila mitattiin testin alussa ja lopussa.
20 25 30 35 106 91 61 0
rH
<
P
3 ft
O
»P
in *
I -P
Ο eh
I H
m X ~ <*> D o £ in
+> 3 CM
3 (Pm MinH^OIAtSHOl s.
•Hftg HroinmrHninooo o 300 Nnnr-iniMMmoi vi
»θ'—· ή (N CN N N rt (M
% c
N
Φ C a <*> •h 3 m
«3 rH
® >
P Λ O
>1 rH — VI
3d Ή dP HlOMOinoit'liO -
Eh -P ^ S *.
* tn . * m * _ ® 'Ί «ιΓ * o
►.g ® rH
ΦΟ VO CN Γ- ·>* H OI 1» O
Λ — ο·ροοσιοσ\ιησ\Γ- Hl
•rl O» O
H — COrOtNtNmtNCNCNCN ·* ΙΛ •H -H ·Ρ ® '(Λ Ό Ό fl 3d * •H ·Ρ ·Ρ P irt r l ^
Dl ID 01 Φ ·» U C
MMM +> ^ - Ϊ •H O O O g g •P -p ·ρ ·ρ m tn nm 5 H <#> •P V V V M M MM , r m
O -p.H-HPP M U S υ P <P
3 -P -P -P φ φ φ Φ I *< O *
S ftftft-P-Po+J+Ji ' Z O
<0 O Λ* Ί VI
H oo P « ' •H —K I ® Φ ’H * >1 +J o inminoomoo t! *5 3
«hio r^r^r^oor^ooi 5 t* *ί U
Φ H ^ r-r-r-cooor^cocoi ®SS
ij o O ä 4p £ M x o 5 •h cd m g *2 <n m M ^ minir>morM®o ^ * aö -H Λ *%%.*****i ® ,fj o ^ HHHHNMfNM | ** nJ ^
σ> * to E
** * **- OOP·.
- -·_ ft® ’’V-'*- f? O -P H φ «n »n Ό h m en o e at r O O <H m O O Ή em®^1 <N <N Ι-H O ™ N H 5 SJ „ H H 4j n H H 4| < < rH < «4 CM -Ρ0ΙΦΟ Φ Hfe < Hfc 0 P - 5 ^ P Φ % =*fc o Hfc =tfc O « SS Λ rs‘ >. C oooHfcooom *®go
M -P CNOO^CMOOt^-p P g VI
En id (Ninr-)(NtNin<PUH _r ® E rt! X w
I 3 tn P
•P U - 3 to
oo -P c O -P
H -P -P 3 ti iP <ft> H ·Ρ rH Λ fp m >ΡΛ + + + + + + + + + „j 4 in r· tv +J +> OOOOOOOOO *] f-10*
_ «5 Φ fStNtNCIMfMfM(NtM_J 00 I I O
O X & ininininminininin^ m o ω vi M " * I Φ
3 -P E
Φ id -P ··
3 P 6 «n B
S >i — -P O
« rt h O S H b Id J-P 3 σι H s 4aaaacoacoan b p m p +
II
Esimerkki 12 107 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että muodostuneen metallimatrii-si-komposiittikappaleen kulutuskestävyyttä voidaan muun-5 neliä, riippuen täyteaineena käytetystä piidioksidista. Käytettiin tarkemmin ottaen erilaisia piidioksiditäyteai-neita yhdistelmänä matriisimetallin, tunkeutumisatmosfäärin ja tunkeutumisen edistäjän tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän kanssa esillä olevan esimerkin metallimatriisi-10 komposiittikappaleiden muodostamiseksi spontaanilla tunkeutumisella. Taulukko VIII sisältää yhteenvedon matriisimetallin, täyteaineen, prosessiolosuhteiden ja tässä esimerkissä muodostettujen metallimatriisi-komposiitti-kappaleiden kulumisnopeuden osalta, samoinkuin käsittele-15 mättömän metallin (näyte BL) kulumisnopeuden osalta.
Näytteet BM. BN
Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla kuin selitettiin esimerkin 5 näytteen A osalta, ja kuten 20 esitetään kuviossa 9.
Näytteet BO - BQ
Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla kuin selitettiin esimerkin 5 näytteen B osalta, ja kuten 25 esitetään kuviossa 10.
Nävte BR
Tämä näyte muodostettiin oleellisesti samalla tavalla kuin selitettiin esimerkin 6 näytteen K osalta, ja kuten 30 esitettiin kuviossa 18.
Nävte BS
Tämä näyte oli vertaileva tarkistusnäyte, johon kohdistettiin esimerkin 12 testimenetelmä.
35 108 91610 ί * Μ Φ Ρ η Φ ? δ ° ti I Ή 2 « χ ^ £ a «ο λ *j 3 Ν a ®η m in h α m η ο ' i-lOtg in ro η (N in r8 m ο 3 0 0 m ο ΐί o n n ui υ !< C — n h m οι c Ο Ρ Φ Μ C ω Ο •Η 3 Ä « a φ > J- Ρ Λ σι o h m ο ιη - >ί ·Η — ο σν rs r~ co σν r- ο Λ ·Η # ^ HP—' ΓΟ Ρ) Π N « (N (Ν ο m >1 Ρ υ m ro O' >1 Β ^ Φ ο Ρ ,ϊ·
•ΡΟ’Ο'ΌΙ— I— CNI V
H— rf rf <f Ti τί ΙΟ ·Ρ 10 ο ·α * •Ρ ·Ρ ® η η ® Μ Μ 10 •Ρ Ο Ο „
Ρ ·η ·η m m n n 2J
Ρ Ό Ό rt rt rt rt 9 o ·ρ ·ρ ρ ρ ρ p ^ 3 -p -H φ φ φ Φ I „ X aappppi " m .
•H ϊ! U
>1 P U ininoooo •Ρ I o r- i- o o o o i -w Φ H ~ t— t— CO CO 00 00 I « _ 4J Φ Tfe
I) PO
HU “ 9 e M mm ® ^
rt -H Δ * » i U
« «i “ m m o m oi h i g J
S rH
VO
vo ve ve U “ U Uvo . U -H * w
•H -H ϋ -H M
to w p w u w Ρ Φ 5Hs 5®te o-i 5 Zr >v G oo^feoou 0® rt -h n o vj n o ή -rl p ov H <d n m n oi h m h p^
SS o fM
e - 33333 3 00 υυυυυ υ h ·ρ I mmmmmm On
-H I I I I I I P
Η β ·Η ·—! -H -—I ·—I Ή Ή ·—( n =%: H H H <0 <0 <0 <0 CO <0 <0 >v «* 1_| -P ·—I OOOOOCNO pm
h. P «t rH —H —H rH —H 1—I I—I , Q
PP I I I I I 1 <*> Φφ I—II—II—IrHf-Hr-1 rl i CTV m 0 X g ro m frt ρ M I φ
3 PE
_i φ «J ·Η ··
g P E n E
B >i —PO
<e rt seohOPin-H a oo E-ι ss ηααηβαβρ s «> h
II
Esimerkki 13 109 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että muodostuneen metallimatrii-si-komposiittikappaleen kulutuskestävyyttä voidaan muun-5 neliä, riippuen täyteaineen koosta. Taulukko IX sisältää yhteenvedon matriisimetallin, täyteaineen, proses-siolosuhteiden ja tässä esimerkissä spontaanilla tunkeutumisella muodostettujen metallimatriisi-komposiittikap-paleiden ominaisuuksista.
10
Näytteet BT. BU. O. BV
Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla kuin selitettiin esimerkin 5 näytteen C osalta, sekä kuvion 15 11 poikkileikkauksen mukaisella järjestelyllä, paitsi ettei magnesiumjauhetta järjestetty grafiittikalvolaati-kon pohjalle ennen täyteaineen lisäämistä.
Tässä esimerkissä muodostetut metallimatriisi-komposiit-20 tikappaleet leikattiin ja otettiin valokuvat mikrorakenteesta. Erityisesti kuvio 24a on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä BT; kuvio 24b on mikrovalokuva noin 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä BU; kuvio 24c on mikrovalokuva noin 25 400-kertaisella suurennoksella vastaten näytettä BV. Jokaisessa edellä mainitussa kuviossa matriisimetalli osoitetaan viitenumerolla 170 ja täyteaine viitenumerolla 171.
30 • · 35
1 1 O
91610 φ
Cm •H 3 g Λ 3 *
φ > CQ
P Λ ^ C
>ι Ή 4P S
ad -h o n h te K
H P in in tn tn m *n ** * 6 >> ® U r~ rs τι O' Ä ^ r- o co co w
H O’ * * - * S
E-ι — rs ro rs rs E
O
es £ ^ * G rs X g
im" E
p e 2 5 M T-t 5 < 3 3 * ΪΗ X -- m ^ te m λ h I ^ W V co Φ
O O — Ti Ti— P
U U ^ ΓΗ *· · tS Φ
Ho x ' o o - E _,
ϋ S ~ et H H CO O C
p rt
P( H P
>c Q rt 3 _ 5 a -h ^9 a I »H <N Ä
-H O 3 — I S
« E 3 td N rl N te H fl C E Ό PH · ^ ^ · Q _, h -H O O N n n h g
E«E- rHr-trHrH
Ό ‘rl P O ® Φ h n ^ tn S p m o h te p •h n h h h d j C I aa H rt id O E vo ro ro to H c m P >1 ΓΗ τί ro t~~ ® _
M U G ^ H rH »H rH <D G
Il d II # · ' - - P ® a S > ^ oooo P [? s3 s id
' V P
m o ra . „ „ ^ „ ίο φ W — tn tn te tn t! S ^ . « ^ ^ ^ ^ m o H fc ro n tn te Φ 10 p • 2 ti tn ti r- H . 5 O r-l .H .H r-Ι P I >
O d S o p rs P
to to * -m n te te O O ‘ * g U U -P -rl 0 H m
rl H UI UI U O
P Φ =»fc =tfc S J
>lC % ^ o o P 5 rt P Ti o rs o Pr* H td m m m m ” _ _ O O m Z > m E m T d Ή C rl 3
O’ O’ O’ O» 0 M H
S S S S H Φ 3 I (s (s (n (s o Φ m
•H i i i i p M
m *rl -rl -rl -rl -r| m P
•Hr-I 10 UI ΙΟ UI >i · O
y -H h rs rs rs (s >h U P
Xj l| d r-l rH rH r-l <J · φ
M P P I I I I HE
id φ i—i i—i i—i i—i et · 3
0 X & K < < < ro u Z
Λ! .* g * ° p rt H D _ > 3 E-ι z o a o m s to o Ό l!
Esimerkki 14 111 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että spontaanilla tunkeutumisella muodostuneen täyteaineena piikarbidia sisältävän metalli-5 matriisi-komposiittikappaleen lampolaajenemiskerrointa voidaan muuttaa täyteaineen hiukkaskoosta riippuen. Taulukko X esittää erityisesti matriisimetallin, täyteaineen, prosessiolosuhteet ja lämpölaajenemiskertoimen tässä esimerkissä muodostetuilla näytteillä.
10
Näytteet BW - CS
Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla kuin esimerkin 6 näytteen N osalta, kaaviollisella poik-15 kileikkauksella, kuten kuviossa 19 esitetään. Taulukossa X luetellaan reaktiokomponentit ja prosessiolosuhteet jokaiselle näytteelle. Näytteellä CF asetettiin, grafiit-tiastiassa olevan grafiittikalvolaatikon käyttämisen sijasta, grafiittipäällystettä (DAG-154, Acheson Colloid, 20 Port Huron, MI) grafiittiastian sisällä olevaan onteloon. Sen jälkeen asetettiin täyteainetta grafiittiastiaan, oleellisesti saunalla tavalla kuin kuviossa 19 esitetään.
Mekaaniset ominaisuudet saatiin edellä kuvatuilla mekaani-25 silla testausmenetelmillä.
30 35 1 1 2 91610
H
< ρ 3 a o
iH
<d •n
C
W
OP
ir>
H
O
VI
c
M
OP
o in * o
VI
___ « Ή I Ä o •H <1> X o o ^ m
Wu n© in o in o o m oo .h n 1
Ho vc n ·<1 r- r» r- n »h m ^ o o
U N ·> 1i ^ ^ 1· 1· ·. 1» ^ % h VI
Γ'1 Λ ON <Λ (Λ Γ"· CO O 0> ON 00 ~ ti | <1 a ® — en <1> •h 3 o « 3 Ή Φ >
Ρ <d O
>1 <-l VI
Λ -H K) H IN ID ® I TJ· H <T\ | I
BP vo vo vo in in i 10 vo m i i ·.
e ~ a u
O dP
— in m <0 J 1· h s o ri a vi P in o in in in m in in m in in I r^mr-r-r-r- r~ r- r— r— r- .1 - I H r~ r-> r-· r- r- r-' r- r~ t~· r- h o 3 >i °
H -PO
φ O O dP
p Φ Ή O
p 1-1. υ •h λ ^ i r1
m ^ 0 VI
ad a o * S in m in ^ ™ J· •P o m id m m h h h ' 1 h (0 CN H H H H NO SO »o Ό NO O ^
« « < v,,< < u υ o u «I u Or-idP
υ V (J y V O -rl -rl -rl -rl VO -H _ ° •H H -H -P H M M W W W g d 1
»>eWC0WwM01 =tfc O W <N
— UUU P-P^^^^ltfellfcOOOO^fMO ^ _ <1> •P-P-PinW'^'i'i^ootNotNioTtiMo O g ΙΑ) www cvinin^dioorNincvoorv m zr'd ΡΦ % »tfc „ h dP « >iC dPdPdPdPdPindP ' 1 ^
ad-P ^•vrofNooooJrodPoooomcvo g 'd dP
B Λ ίΝίησίΓνιηΓ'ΠΓ'^'Γ-'ΟΓ'ΠΓ'ηιο ·π O 1 o • . m λ >P m » •p Λ 1 B) id -n O Φ ro o -p « n TO ^ •PH tu w ui ω ω u ui ui ui ui ui >ι·Ι
•PH O O O O O O o O O O o PH
S£p«l ...... . . . . . O . O
P P ro n m m n n ro ro ro ro ro B1·
_ Id φ HHHHHH H H H H t—I OI1 H
O a g U ti d1 V U U dj· d v d ro ϋ H
II
Φ 3 £ % •Ö SSXBNdieOQHUiO 3 E-ι z m m cq ffl o υ υ u u u u siouui 1 1 3 91610
W
O
iH
u ^ in in p- \o σ\ σ\
Wy « h o n (N n m p- *h ro cs <n £h O ^ v w w w «» ·» ^ ^ ^ *.
U ^ p oo oo go <71 p go σ> oo oo oo Φ
C CO •H O
s s
P A >1 H
Sd -H ft I Π ιβ fO h> 00 O vo rH (N I
E-<P vo I vo in in vo vo vo m vo vo I
u 0 <d
H
•H
-P m m m m m m m m m in in in I r^» p** r*' p* r-'* r*· p* p* p* p^ r- p»· h p- p- p* p- p«* p- p- p* p* r* p* >1
rH
Φ JS
p ^ J
P _ in in in 3 •Hid in in ίθίο η ηί> h m vo **
a .S* rHio t—I ID rH ϋ U Ή CJ
Λ-H ininininin υ ο -Η ·Η ·Η ,*· K d f-li-lf-IrHi-l >H Ή (Uv « ΙΟ 09« CO ΰ u VO Wvo COvo U U U U ® ° υ υ υ % -h -h -h ifc ·η % % -Jf 9 •H =fc -H -H O CO CO CO O CO OO ® ®
It^COOCOCO O N O ® ^ vo vo vo o O in σι H % Us % m * in in P, — O O O -H H % I#! Hfc OOO O % « tfp H-HHCOCOvrdP^dPOdPtONIMtflvi Hi OP dp g _ Φ —' CO (A CO «NOinOOVOvHfNfNOfN IN m o * ~ ΡΦ % =tfc m m m n n h r* >1 C * % % O O # Id dP OP OP OP OP OP OP * _, Λ -H li Ti O IN O O ·|—ι O «JO RJOOO id o m a) Id
En et in in σι in in r~- r~- -n r~ -n r~ m r~ ·π r-~ vo-r-i-rv
U H •rH C rH
o M) p >
303333 33 3 33,.3 P
u υ υ u u u υ u υ o u r. u oo i—I i—l i—l i—I r—l i—l i—I t-H t—I rH rH , rH 2 ^
I I I I I I I I I I Imi M
, ·Η ·Η ·Η ·Η ·Η -H -H -H -H ·Η ·Η ·Η *. Id
(N ZZZZZZZZZZZafcZ C-H
. in in m in in in in in in in in J in o X
r-f rH a r I IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN N « « ΟΦ
> -H I I I I I I I I I I I I P M
•rl 03 ·Η ·Η -H -H -H ·Η -H -H -H *H ·Η *H M *rl 03 (0 H H CO CO CO CO (0 CO CO CO CO CO CO o CO >i·
•H rH IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN IN m IN pH
^ P d rH i—l rH rH rH rH rH rH *H rH rH rH U ·
^PPIIIIIIIIIIII EH
id φ rl rl rl rl H rl rH rH rH rH rH rH ft · O Z6 <«<<<<:< «<<<<<<< mu λ: Λ! 3 I—I ® ·· -- a p e
.. ti «XH^ZrqSZOOiOiOiCO S
E-· z uuuuuu u u u U U U ® vo 0
Esimerkki 15 114 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että kuituvahvisteisia metalli-matriisi-komposiittikappaleita voidaan muodostaa spon-5 taanilla tunkeutumisella. Taulukko XI esittää erityisesti matriisimetallin, täyteaineen, ja reaktio-olosuhteet, joita käytettiin lueteltujen näytteiden metallimatriisi-kom-posiittikappaleiden muodostamiseksi, lisäksi taulukossa XI esitetään kulloisenkin komposiittikappaleen jäähdytys-10 menetelmä, sellaista käytettäessä.
Näytteet CT - CY
Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla 15 kuin esimerkin 5 näytteellä G, ja kuten kuviossa 15 esitetään.
Näytteet CZ - DA
20 Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla kuin esimerkin 5 näytteellä C, ja kuten kuviossa 11 esitetään, paitsi että: 1) magnesiumjauhetta ei käytetty; 2) säiliö tehtiin ruostumatonta terästä olevasta aineesta, eikä grafiitista; ja 3) kuumennuksen ajaksi säiliön ympäri 25 asetettiin keraaminen kuitupeite.
Näytteet DB - DD
Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla 30 kuin esimerkin 5 näytteellä G, kuten kuviossa 15 esitetään, paitsi että grafiittikalvolaatikon alle asetettiin teräs-levy, ja että keskeltä noin 51 mm halkaisi jäisellä reiällä varustettu grafiittikalvon arkki asetettiin täyteaineen ja matriisimetallin väliin.
35 91610 115
Näytteet DE - DG
Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla kuin esimerkin 5 näytteellä H, ja kuten kuviossa 16 5 esitetään, paitsi että noin 13 mm piikarbidikerros asetettiin ruostumatonta terästä olevan säiliön pohjalle, eikä grafiittikalvolaatikkoon, ja grafiittikalvon aukko mat-riisimetallin ja täyteaineen välillä käsitti noin 13 leveän ja noin 127 pitkän raon, jonka keskellä oli noin 51 mm 10 halkaisijaltaan oleva reikä.
Näytteet PH - DI
Nämä näytteet muodostettiin oleellisesti samalla tavalla 15 kuin näytteet DE - DG, paitsi ettei järjestelmään sovitettu piikarbidikerrosta.
Metallimatriisi-komposiittikappaleiden mekaaniset ominaisuudet saatiin edellä kuvatulla mekaanisella testauksella, 20 ja ne esitetään taulukossa XI. Näiden komposiittikappalei-den mekaaniset ominaisuudet mitattiin menetelmällä, joka oli oleellisesti samanlainen kuin ASTM Standard D-3552.
25 30 35 116 91610 c
•H
Id μ μ
•H
AC σι σι
•rH CN .H
O H H
ft e
<C
<C
μ - c an a
x x a i-H
m <d ® a 4 • >-iinvo<-igginvoa co-' cn ή cn μ —· ·—· μ +c a rr+j •a 44 +( ή a S 3 H b r-'io ονοηιοοομΓθ«ί
• S inn^roiommCr~C-Hoiro O
O'- «Η *H σι CN Ή -t CN Φ CN CD ft CN CN ' rH
C C C
•H -H O
n n m a a « s ^ g a a >.><>ι>ι>ι>ιμμμμ >i>i 5 μ μ μ μ μ μ μ >, μ >, μ μ ’2 <*> >1 >1 >1 >1 S >ι<φΐΐίι >ι>ι m Λ ΙΌΙΌΙΌΙ’ϋΙΌΙΌαμομ I Ό I Ό ” γν μ ·Η Δ ·Η Λ ·Η Λ -Η Λ -Η Λ Η β C C C C -Η Λ -Η Λ 3 CMCadCadCadCadC ad 3 ·Η 3 ·Η d ad C ad * o
3 3#3Κ3»3*Ι3»1Ρ»)3·Η3·γΙ 3 a) 3 a) VI
S SnDnD-nD-nSriS-nfflJC D ·η Ö ·π g α * s " ι-l ΠΡ 0) * in I μ ‘ ή β μ Ρ » α·π υ Η ο
Bo o, Q νι η Μ ·σ ·η ·η at ·η ·σ ·η -σ ·η ·η 18 J X ΕηΗΗΗΗΗΗΕη MH _ * » ρ S o» μ o x 3 μ * g cj Φ H _ n * S o I -H ^ CD -H ^ >1 μ υ mininmooinm mm T3S| H I O COOOr^l-'OOCNCN CN γ» .
CIH'' αιοοιοιοί-'Γ-'Γ-'Γ' r·» r» m 1) c w μ .° oi •h m * o 10 X —' ·Η ' ad-H .C ooooooooinin 00 3 ^ d
M <d ^ »HfHCNCNCNCNiHi—I ΓΟ CO D « J
s cdidid<Uidididid •n ·η -n ‘f-· -n ·η ·η τ-ι · H _!
333 3,3333 MU
μμμμμμμμ neo hq ®σι®σι®σιΡσι®σι®σι®σι®σι *H "H - u.
•H Ή -H -H -H -H -H -H > > «J _ ” ® « cd e cd «e *v«j cd <e (du) dc cd «s 3 3 *ra td X^ ^-n ^J-I-I Ad-τ-ι AJT-. Jd-ι-ι ,*·γ-ι X^ Ad Ad 3 Tl rt
μ_ μ_ μ_ μ_ μ_ μ_ μ_ μ_ μ_ μ a S
d® cd® Λ«J -, «m- «®„ Λ®_, cd®„ -h μ υ . X * X * X * Ad * Ad * X * X * X * -n * -n * 3 -H dp
I ‘Π 'Π Π Π *Γ> *Π *Π *Π *Π *Π 5 ^ flP
CD η3<η3η3<*ι3(η3ρ>3η3η3 n 3 m 3 μ® ομομομομομο^ο-μομ ομομ ·_5 ^ >1 C fN -H ΓΝ -H ΓΝ -H CN -H (N -H CM -H CM -H (N -H ΓΝ Ή ΓΝ -H ~ 'Sl ' ad-H H3H3H3H3H3H3H3.-I3 H 3 H 3 '2^°
Ed « 4X4X4X4X4X4X4X4X 4 X 4 X 2 V<
Ad n
O X N
ω nm 'd 9 ® >1 o o 5 -d k μ -H -H H H H -H -H -H -H -H "j 5 n ΜΜΜΜΜΜΜΜ COCO '2 '"j <* i ►. S d ° 3 H 3 e n μ rl Ή 3 n •H ad CC id »H o rt ie 3 3 n esi id vi ft Q. U U ~ CN CN I I ft -n n
I I I O' O» ft -H
•H ©»Diaa ft 'rt' CO
n -H a a m m ft
H H ·Η r-N -H r~ ' ·. + + + + + + H CP
i_i h h coicoio o o o o o oo μ -h m N- μα m e m d —i *—i · · · · · < ®*mcn Λ μ μ ININI I o o o o oo μ μ >.
_ id ® i-cm—tm—i —e in cn in in in in -h id o O ag 4 I < 1 ·< <t m m m m mm ftcovi
X X
rH ® g ft 8 ·“ ad Ma>SX>cta4 «U 3
Eh s uuuuuuuq qq a: oo σι + ,,7 91610 c
•H
It
P
P
•H
X oo ι-n oo I r- •h o\ r~ m I ro >h
0 iH rH »—4 <N
ft c
It
It
P
c 3
3 *—I
«g < • to W ~ a w if
β 3 Λ S
H W poo »-I r~ m it o ° ft • S -Η n» m C in C o r- r-~ 0 3) -- W IN (ΝφΓΟφη (N cn ' C C g •Η -H ° - m 3 Pi 3 Pi m m m ? f! >ipppp >, >1 >, 5 p p >, p >, p p p g 0 >1 ο) Φ it Φ >i >1 >1 5 in
«J ITJCPCPIOIOIO 'g <N
P -H Ä C a C C -H A -Η Λ ·Η Λ '2
3 Cad3-rl3-HCadCadCad ·* O
3 3ad3-rl3-H3ad3ad3ad VI
S D -n W X W Λ! D -n D -n D τ-ι - g β
>1 H N
Ή „ # Φ * in
IP J I-I
β P O » Q, H O W ©
Jm j, Q vi Λ -rl -H -rl no -rl -Η ** Λ W W U EH W H _ - f C O' ä 2* i s*s Φ -H » « Z S o
<H _ g H
I *H —Φ ·Η >iPu in m m m o o O!S| rHIO «ΝΠΙΊΠΙΟΙΟ ,.
φιΗ'-' r-- r- 1-- r' n- r- ρ ' in jj cm» P ° * •rH « * y m .* τ’ *
Jt -rl i O 00 OO 00 O O 3 J C
<t( -— OI (N CN IN IN IN ~ 2 SE
* < dP
WO » m m m m it ιβ h ‘ •Η -Η -rl -Η -Η Ή ^ ui >>>>>> Λ* 333333 -η Λ » * ,Μ .* .* .V .* 3-0¾
*“«ι "“m "“m "“m *»®«i 3 -3 U
I -o o ·° -o -o -o -o 3 -H dP
Φ r,3r>3m3n3r>3n3 3 1 t P Φ o+jO+jOPOPOPOP ä o in >1 C «Ή «Ή ν·Η «Ή νΉ ν·Η '2 * ad -Η Η3·-Ι3·-Ι3·-Ι3·-Ι3·Η3 « Έ ° H «J 4Χ4ΧΚΧ4Χ4Χ4Χ Sm''1 M Cu OM* m ’g 0 β $ -S ί h m "g g **
I >i S 'e S
(M 3 h jj E m P <-l IN IN 'd P * rt -h ad O O Λ ®
p 3 ad -H -H -H -H -H -H ** VI
> «a WUWWUW rr •«U K ^
m I ^ Οί *H
to -H ti
m -H W
* -H ,-H + + + + + + i-ldP
L_i -Hr-I OOOOOO M -rl m sm <d ······ Φ4-ΐ(Ν
+J+J OOOOOO .Q «A
ä id® (N CN OI CS CN rs -H «d o 0 SE m in m in in in W(0Vi 3 r-| Φ rt p e
,, ^ Q
Id 3d OHWOSH 3 E-· 2 O Q O O Q O S oo oi +
Esimerkki 16 118 91610 Tämä esimerkki osoittaa, että spontaani tunkeutuminen voidaan aikaansaada esimuotteihin, joilla on suuri tila-5 vuusosa täyteainetta, metallimatriisi-komposiittikappaleiden muodostamiseksi. Kuvio 25 esittää kaaviollisen poikkileikkauksen järjestelystä, jota käytettiin tämän esimerkin metallimatriisikomposiitin tuottamiseksi, kuten alla selitetään. Lähemmin tarkasteltuna valmistettiin 10 teräsmuotti 250, jossa oli sisäinen ontelo, joka mitoiltaan oli noin 152 mm pitkä, noin 152 mm leveä ja noin 152 mm syvä. Teräsmuotin 250 pohjapinta peitettiin grafiittikal-von kappaleella 251 (Grafoil (R), Union Carbide:lta), joka mitoiltaan oli noin 76 mm pitkä, noin 76 mm leveä ja noin 15 0,38 mm paksu. Piikarbidiesimuotti 252 (joka saatiin yhtiöltä I Squared R Element, Inc., Akron, NY), jonka ulkohalkaisija oli noin 45 mm ja sisähalkaisija noin 19 mm, ja joka oli katkaistu noin 76 mm pituiseksi, käärittiin grafiittikalvon kappaleeseen 253 ja asetettiin teräs-20 muotissa 250 olevalle grafiittikalvolle 251. 90 grit alumiinioksidiainetta 254 (38 Alundum, Norton Co., Worcester, MA) kaadettiin piikarbidiesimuotin 252 ja teräsmuotin 250 väliseen tilaan. Piikarbidiesimuotin sisätila täytettiin oleellisesti kokonaan grafiittijauheella 255 (KS-44 25 yhtiöstä Lonza, Inc., Fair Lawn, NJ). Grafiittikalvolaa-tikko 256, joka mitoiltaan oli noin 146 mm pitkä, noin 146 mm leveä ja noin 76 mm syvä, tehtiin esimerkin 5 näytteen C yhteydessä kuvatulla menetelmällä. Halkaisijaltaan noin 43 mm oleva reikä 257, joka vastasi piikarbidiesimuotin 30 252 ulkohalkaisi jaa, leikattiin grafiittikalvolaatikon 256 pohjaan, ja grafiittikalvolaatikko 256 asetettiin piikarbidiesimuotin 252 yläpään ympäri teräsmuotissa 250. -100 mesh magnesiumjauhetta 258 (yhtiöstä Hart Corporation, Tamaqua, PA) asetettiin piikarbidiesimuotin 252 yläpinnal-35 le, joka ulottui grafiittikalvolaatikkoon 256. Matriisime-talli, jonka painosta oli 12% piitä, 6% magnesiumia ja 91610 119 loput alumiinia, asetettiin teräsmuotissa 250 olevaan grafiittikalvolaatikkoon 256.
Teräsmuotti 250 sisältöineen asetettiin huoneenlämpötilas-5 sa vastus kuumennettuun vuorattuun retorttiuuniin. Retortin ovi suljettiin ja retorttiin muodostettiin tyhjö ainakin 762 mm Hg. Kun tyhjö oli saavutettu, retorttikammioon tuotiin typpeä virtausnopeudella noin 3 1/minuutti. Vuorattu retorttiuuni kuumennettiin sitten noin 800°C:seen 10 nopeudella noin 200°C/h ja pidettiin noin 10 tuntia noin 800°C:ssa noin 3 1/minuutti virtaavassa typpiatmosfäärissä. Retorttiuuni jäähdytettiin sitten noin 800°C:sta noin 675°Csseen nopeudella noin 200°C/h. Noin 675°C:ssa teräs-muotti 250 sisältöineen poistettiin ja asetettiin huoneen-15 lämpötilassa olevalle grafiittilevylle metallimatriisi- komposiitin ja jäännösmatriisimetallin suunnattua kiinteyttämistä varten. Huoneenlämpötilassa järjestely purettiin, ja havaittiin että matriisimetalli oli spontaanisti tunkeutunut esimuottiin.
20
Sen jälkeen muodostunut metallimatriisikomposiitti leikattiin, kiinnitettiin, kiillotettiin ja saatettiin kvantitatiiviseen kuva-analyysiin. Kuvio 26a esittää mikrovalo-kuvan komposiitin mikrorakenteesta 50-kertaisella 25 suurennoksella, ja kuvio 26b esittää 1000-kertaisella suurennoksella mikrovalokuvan järjestelmässä olevasta etsatusta matriisimetallista. Kvantitatiivisen kuva-analyysin tulokset osoittivat, että piikarbidilla vahvistetun komposiitin pitoisuus oli noin 78 tilavuusprosenttia, mikä 30 osoittaa että metallimatriisikomposiitteja voidaan muodos taa spontaanilla tunkeutumisella sellaiseen esimuottiin, jossa on suuria täyteaineen tilavuusosuuksia.
35

Claims (26)

9Ί 61 O
1. Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi, jossa menetelmässä sula matriisimetalli saatetaan spontaanisti tunkeutumaan ainakin osaan oleellisesti ei-reaktiivista täyte-5 ainetta, tunnettu siitä, että matriisimetallin spontaani tunkeutuminen ainakin osaan täyteainetta aikaansaadaan tai sitä tehostetaan käyttämällä tunkeutumisatmosfääriä sekä lisäksi tunkeutumisen edistäjää ja/tai sellaisen edeltäjää.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisatmosfääri on yhteydessä täyteaineeseen ja/tai matriisimetalliin ainakin tunkeutumisen jossakin vaiheessa.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää lisätään matriisimetalliin, täyteaineeseen ja/tai tunkeutumisatmosfääriin.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että tunkeutumisen edistäjä muodostuu saattamalla tunkeutumisen edistäjän edeltäjä reagoimaan ainakin yhteen aineeseen, joka on valittu ryhmästä, joka käsittää tunkeutumisatmosfäärin, täyteaineen ja matriisimetallin.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä haihtuu tunkeutumisen aikana.
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 30 että haihtunut tunkeutumisen edistäjän edeltäjä reagoi muodostaen reaktiotuotteen ainakin täyteaineen osaan.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu sula matriisimetalli ainakin osaksi voi pelkis- 35 tää mainitun reaktiotuotteen. li 91610
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu reaktiotuote muodostuu päällystyksenä ainakin mainitun täyteaineen osalle.
9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää esimuotin.
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää vaiheen, jossa määritellään täyteai- 10 neen rajapinta estoaineella, jolloin matriisimetalli spontaanisti tunkeutuu estoaineeseen saakka.
11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhden aineen, joka on valittu 15 ryhmästä, joka käsittää jauheet, hiutaleet, mikrokuulat, kui-tukiteet, kuplat, kuidut, hiukkasaineet, kuitumatot, leikatut kuidut, kuulat, pelletit, pienet putket ja tulenkestävän kankaan.
12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjää on seostettu mainittuun matriisimetalliin.
13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu sii-25 tä, että matriisimetalli käsittää alumiinia, että tunkeutumi- ^ sen edistäjän edeltäjä käsittää strontiumia ja/tai magnesiu mia, ja että tunkeutumisatmosfäärin muodostaa typpiatmosfääri, joka on yhteydessä täyteaineeseen ja/tai matriisimetalliin ainakin tunkeutumiajakson osan aikana. 30
14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sula matriisimetalli on ainakin 1100°C lämpötilassa.
15. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 35 että ainakin joko tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää on järjestetty sekä mainittuun matriisimetalliin että mainittuun täyteaineeseen. 91 61 O
16. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin joko tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää on järjestetty useampaan kuin yhteen seu-raavista aineista: mainittu matriisimetalli, mainittu täyteai- 5 ne ja mainittu tunkeutumisatmosfääri.
17. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila spontaanin tunkeutumisen aikana on korkeampi kuin matriisimetallin sulamispiste, mutta alempi kuin mat- 10 riisimetallin höyrystymislämpötila ja täyteaineen sulamispiste .
18. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä käsittää ainetta, joka 15 on valittu ryhmästä, johon kuuluu magnesium, strontium ja kalsium.
19. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu matriisimetalli käsittää alumiinia, ja että mai- 20 nittu spontaani tunkeutuminen tapahtuu lämpötilassa noin 675 -1000°C.
20. Patenttivaatimuksen 19 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu lämpötila on noin 750 - 800°C. 25
21. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu täyteaine käsittää ainakin yhtä ainetta, joka on valittu ryhmästä, joka käsittää sulatettua alumiinioksidihiuk-kasta, kalsinoitua alumiinioksidihiukkasta, alumiinioksidin 30 katkaistuja kuituja, alumiinioksidin jatkuvia kuituja, piikar-bidihiukkasia, piikarbidikuitukiteitä, hiilikuituja, jotka on päällystetty piikarbidilla, zirkoniumhiukkasia, titaanidibori-dihiutaleita, alumiininitridihiukkasia sekä näiden sekoitukset. 35
22. Metallimatriisikomposiitti, tunnettu siitä, että se käsittää oleellisesti reagoimattoman täyteaineen, joka on ympä- roity matriisimetallilla, jolloin mainittu ympäröiminen tapah tuu spontaanisti. 91610
23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen metallimatriisikomposiit-5 ti, tunnettu siitä, että mainittu täyteaine käsittää ainakin yhtä ainetta, joka on valittu ryhmästä, joka käsittää oksidit, karbidit, boridit ja nitridit.
24. Patenttivaatimuksen 22 mukainen metallimatriisikomposiit-10 ti, tunnettu siitä, että mainittu täyteaine käsittää ainakin yhtä ainetta, joka on valittu ryhmästä, joka käsittää jauheet, hiutaleet, mikrokuulat, kuitukiteet, kuplat, kuidut, hiukkas-aineet, kuitumatot, leikatut kuidut, kuulat, pelletit, pienet putket ja tulenkestävän kankaan. 15
25. Patenttivaatimuksen 22 mukainen metallimatriisikomposiit-ti, tunnettu siitä, että matriisimetalli käsittää alumiinia.
26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen metallimatriisikomposiit-20 ti, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää ainakin jotakin alumiininitridiä.
FI894943A 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi spontaanin tunkeutumisprosessin avulla FI91610C (fi)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US26931188A 1988-11-10 1988-11-10
US26931188 1988-11-10
US34959089A 1989-05-09 1989-05-09
US34959089 1989-05-09
US41632789A 1989-10-06 1989-10-06
US41632789 1989-10-06

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI894943A0 FI894943A0 (fi) 1989-10-17
FI91610B true FI91610B (fi) 1994-04-15
FI91610C FI91610C (fi) 1994-07-25

Family

ID=27402162

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI894943A FI91610C (fi) 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi spontaanin tunkeutumisprosessin avulla

Country Status (22)

Country Link
EP (1) EP0375588B1 (fi)
JP (1) JP2801302B2 (fi)
KR (1) KR0121463B1 (fi)
CN (1) CN1082555C (fi)
AT (1) ATE134390T1 (fi)
AU (1) AU634497B2 (fi)
BG (1) BG90288A (fi)
BR (1) BR8905762A (fi)
CA (1) CA2002284C (fi)
CZ (1) CZ282100B6 (fi)
DD (1) DD301878A9 (fi)
DE (1) DE68925720T2 (fi)
DK (1) DK558689A (fi)
FI (1) FI91610C (fi)
HU (1) HUT57279A (fi)
IE (1) IE74680B1 (fi)
IL (1) IL92254A (fi)
NO (1) NO176926C (fi)
PT (1) PT92251B (fi)
RO (1) RO104859B1 (fi)
TR (1) TR27189A (fi)
YU (1) YU47095B (fi)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU6390790A (en) * 1989-10-30 1991-05-02 Lanxide Corporation Anti-ballistic materials and methods of making the same
US5186234A (en) * 1990-08-16 1993-02-16 Alcan International Ltd. Cast compsoite material with high silicon aluminum matrix alloy and its applications
WO1992010347A1 (en) * 1990-12-05 1992-06-25 Lanxide Technology Company, Lp Tooling materials for molds
CA2099582A1 (en) * 1991-01-11 1992-07-12 Birol Sonuparlak Removing metal from composite bodies and resulting products
WO1994002654A1 (en) * 1992-07-15 1994-02-03 Lanxide Technology Company, Lp Filler material for metal matrix composites
US5350003A (en) * 1993-07-09 1994-09-27 Lanxide Technology Company, Lp Removing metal from composite bodies and resulting products
US5669434A (en) * 1994-10-26 1997-09-23 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Method and apparatus for forming an aluminum alloy composite material
AT405798B (de) * 1995-06-21 1999-11-25 Electrovac Verfahren zur herstellung von mmc-bauteilen
JP4224445B2 (ja) * 2004-02-06 2009-02-12 日信工業株式会社 カーボンブラック複合材料の製造方法
JP4420400B2 (ja) * 2005-01-14 2010-02-24 本田技研工業株式会社 アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法
CN103209788A (zh) * 2010-08-25 2013-07-17 陶克斯集团有限公司 复合材料及其制造方法和设备
DE102011008554A1 (de) 2011-01-13 2012-07-19 Sören Grießbach Verfahren zur Herstellung von anorganisch, nichtmetallischen (keramischen) gefüllten Metallverbundwerkstoffen
CN102717052A (zh) * 2011-03-31 2012-10-10 比亚迪股份有限公司 一种陶瓷金属复合制品及其制备方法
WO2015103670A1 (en) * 2014-01-09 2015-07-16 Bradken Uk Limited Wear member incorporating wear resistant particles and method of making same
CN104018022B (zh) * 2014-05-28 2016-07-20 成都西顿硬质合金有限公司 碳化硼基微观结构复合材料的制备方法
CN106353869B (zh) * 2016-10-27 2019-01-18 苏州菲镭泰克激光技术有限公司 一种动态轴镜架
CN107266099B (zh) * 2017-06-16 2023-07-18 中国人民解放军第五七一九工厂 一种航空发动机陶瓷基复合材料涡轮导向器叶片近净成型用夹具
CN108385040B (zh) * 2018-02-22 2019-05-14 威海市和谐硅业有限公司 一种短切碳纤维增强镁铝基复合材料及其制备方法
CN108794017B (zh) * 2018-06-21 2020-10-23 湖北秦鸿新材料股份有限公司 一种耐磨陶瓷复合管的制备方法
CN109137078B (zh) * 2018-08-31 2019-11-12 江苏贝肯新材料有限公司 一种金属氮化物晶须的生长方法
CN110078529A (zh) * 2019-05-30 2019-08-02 西安创正新材料有限公司 一种碳化硅晶须增强铝基复合材料及其制备方法
CN112317748B (zh) * 2020-11-05 2021-08-31 佛山市飞成金属制品有限公司 一种节能型的泡沫铝合金制备工艺和泡沫铝合金
CN114058919A (zh) * 2021-11-15 2022-02-18 郑州大学 金刚石锯片烧结用金属陶瓷模具材料及其制备方法
CN114959346B (zh) * 2022-05-25 2023-04-18 武汉材料保护研究所有限公司 一种利用泡沫铝制备铝碳复合材料的方法
CN118389847B (zh) * 2024-06-27 2024-09-10 湖南中伟新能源科技有限公司 用于红土镍矿还原硫化熔炼的复合材料及其制造方法和应用

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR608800A (fr) * 1924-12-31 1926-08-02 Thomson Houston Comp Francaise Perfectionnements aux compositions métalliques et à leurs procédés de fabrication
FR1037894A (fr) * 1951-05-30 1953-09-23 Metallurg Des Poudres Perfectionnement à la métallurgie des poudres
US3138837A (en) * 1960-10-21 1964-06-30 John W Weeton Method of making fiber reinforced metallic composites
DE2166925C3 (de) * 1971-09-01 1985-01-31 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Verfahren zum Herstellen von Zweischichten-Kontaktstücken als Formteil
GB1595280A (en) * 1978-05-26 1981-08-12 Hepworth & Grandage Ltd Composite materials and methods for their production
US4456577A (en) * 1981-09-25 1984-06-26 Osaka Diamond Industrial Company, Ltd. Methods for producing composite rotary dresser
US4491558A (en) * 1981-11-05 1985-01-01 Minnesota Mining And Manufacturing Company Austenitic manganese steel-containing composite article
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
US4710223A (en) * 1986-03-21 1987-12-01 Rockwell International Corporation Infiltrated sintered articles
US4718941A (en) * 1986-06-17 1988-01-12 The Regents Of The University Of California Infiltration processing of boron carbide-, boron-, and boride-reactive metal cermets
US4828008A (en) * 1987-05-13 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Metal matrix composites
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

Also Published As

Publication number Publication date
AU634497B2 (en) 1993-02-25
CN1045237A (zh) 1990-09-12
KR0121463B1 (en) 1997-12-03
NO176926C (no) 1995-06-21
IE74680B1 (en) 1997-07-30
YU214589A (en) 1990-12-31
HUT57279A (en) 1991-11-28
DE68925720T2 (de) 1996-06-13
CA2002284A1 (en) 1990-05-10
YU47095B (sh) 1994-12-28
JP2801302B2 (ja) 1998-09-21
DE68925720D1 (de) 1996-03-28
IL92254A (en) 1994-02-27
PT92251B (pt) 1995-12-29
RO104859B1 (en) 1994-06-27
EP0375588A1 (en) 1990-06-27
HU895650D0 (en) 1990-01-28
NO894144L (no) 1990-05-11
CZ282100B6 (cs) 1997-05-14
NO176926B (no) 1995-03-13
DK558689A (da) 1990-05-11
JPH02236244A (ja) 1990-09-19
FI91610C (fi) 1994-07-25
IL92254A0 (en) 1990-07-26
PT92251A (pt) 1990-05-31
CN1082555C (zh) 2002-04-10
BR8905762A (pt) 1990-06-05
CS635989A3 (en) 1992-05-13
EP0375588B1 (en) 1996-02-21
AU4384789A (en) 1990-05-17
BG90288A (bg) 1993-12-24
NO894144D0 (no) 1989-10-18
CA2002284C (en) 2001-05-15
ATE134390T1 (de) 1996-03-15
DK558689D0 (da) 1989-11-09
FI894943A0 (fi) 1989-10-17
IE893319L (en) 1990-05-10
TR27189A (tr) 1994-11-30
DD301878A9 (de) 1994-06-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI91610B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi spontaanin tunkeutumisprosessin avulla
Kalaiselvan et al. Production and characterization of AA6061–B4C stir cast composite
FI91831C (fi) Menetelmä kolmiulotteisesti yhteenliittyneen rinnakkaismatriisin sisältävän metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi
FI91723B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä
FI91496B (fi) Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita
FI89014B (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI89015C (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91611B (fi) Menetelmä metallimatriisi-komposiittikappaleen valmistamiseksi
FI91490B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi
FI91492C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91724B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen
FI91494C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmän mukaisesti valmistettu komposiitti
FI91722B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
CN110438379B (zh) 一种含锂的镁/铝基复合材料的制备方法
FI91491B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi uppovalumenetelmää käyttäen
FI91833B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmällä aikaansaatava metallimatriisikomposiittikappale
FI91495B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sulasta matriisimetallista ja oleellisesti ei-reaktiivisesta täyteaineesta
US5848349A (en) Method of modifying the properties of a metal matrix composite body
FI91832B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91493C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
RU2080964C1 (ru) Способ изготовления композиционного материала с металлической матрицей и композиционный материал, полученный этим способом
US5301738A (en) Method of modifying the properties of a metal matrix composite body
Dobrzański et al. The influence of Ni–P layer deposited onto Al 2 O 3 on structure and properties of Al–Al 2 O 3 composite materials
Senoz et al. Effect of B4C amount on the microhardness of AA7075/B4C composite metal foam
Huo Preparation of modified ZrO2 nanoparticle and T

Legal Events

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

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP