FI91612B - Menetelmä makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi - Google Patents

Menetelmä makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI91612B
FI91612B FI903608A FI903608A FI91612B FI 91612 B FI91612 B FI 91612B FI 903608 A FI903608 A FI 903608A FI 903608 A FI903608 A FI 903608A FI 91612 B FI91612 B FI 91612B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metal
matrix
matrix metal
filler
molten
Prior art date
Application number
FI903608A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI903608A0 (fi
FI91612C (fi
Inventor
Ratnesh Kumar Dwivedi
Robert Campbell Kantner
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 FI903608A0 publication Critical patent/FI903608A0/fi
Publication of FI91612B publication Critical patent/FI91612B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI91612C publication Critical patent/FI91612C/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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/74—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing shaped metallic materials
    • 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
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C04B35/652—Directional oxidation or solidification, e.g. Lanxide process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/021—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles in a direct manner, e.g. direct copper bonding [DCB]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/023—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used
    • C04B37/026—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles characterised by the interlayer used consisting of metals or metal salts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • 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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/121—Metallic interlayers based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/12—Metallic interlayers
    • C04B2237/126—Metallic interlayers wherein the active component for bonding is not the largest fraction of the interlayer
    • C04B2237/128—The active component for bonding being silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/34—Oxidic
    • C04B2237/343—Alumina or aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/38—Fiber or whisker reinforced
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/401—Cermets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/405—Iron metal group, e.g. Co or Ni
    • C04B2237/406—Iron, e.g. steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/64—Forming laminates or joined articles comprising grooves or cuts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/84—Joining of a first substrate with a second substrate at least partially inside the first substrate, where the bonding area is at the inside of the first substrate, e.g. one tube inside another tube

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Wrappers (AREA)
  • Saccharide Compounds (AREA)
  • Particle Accelerators (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Packages (AREA)
  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
  • Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
  • Eyeglasses (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

91612
Menetelmä makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi
Esillä oleva keksintö liittyy makrokomposiittikappaleiden 5 muodostamiseen. Erityisesti sijoitetaan täyteaine tai esi-muotti ainakin yhden toisen aineen vierelle tai koskettamaan sitä. Sitten saatetaan sula matriisimetalli koskettamaan täyteainetta tai esimuottia reaktiivisen atmosfäärin läsnäollessa läpäisemättömässä säiliössä, ja ainakin pro-10 sessin jossakin vaiheessa tapahtuu reaktio reaktiivisen atmosfäärin ja sulan matriisimetallin ja/tai täyteaineen tai esimuotin ja/tai läpäisemättömän säiliön välillä, saattaen sulan matriisimetallin tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin, johtuen ainakin osittain sisäisesti 15 muodostuvasta tyhjöstä. Sellainen tunkeutuminen sisäisesti muodostuvalla tyhjöllä esiintyy käyttämättä mitään ulkoista painetta tai tyhjöä. Matriisimetallin jäähtyessä matriisimetallin sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan muodostuu makrokomposiittikappale, joka käsittää ai-20 nakin osaan mainittua ainakin toista ainetta sitoutuneen metallimatriisi-komposiittikappaleen.
Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä, kuituja tai vas-25 taavia käsittävät komposiittituotteet näyttävät lupaavilta • moniin eriin sovellutuksiin, koska niissä yhdistyvät osa lujittavan faasin jäykkyydestä ja kulutuskestävyydestä metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleensä metallimatriisikomposiitilla luodaan parannuksia sellai-30 sissa ominaisuuksissa, kuten lujuus, jäykkyys, hankausku-lutuksen kestävyys, ja lujuuden pysyminen korkeammissa lämpötiloissa, verrattuna matriisimetalliin sen monoliittisessa muodossa, mutta määrä, johon saakka määrättyä ominaisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseessä 2 91612 olevista ainesosista, niiden tilavuus- tai painosuhteesta, sekä siitä miten niitä käsitellään komposiittia muodostettaessa. Eräissä tapauksissa komposiitti voi myös olla kevyempää kuin matriisimetalli sellaisenaan. Alumiinimat-5 riisikomposiitit, jotka on vahvistettu keräämillä, kuten esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden tai kuitukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden alumiiniin verrattuna suuremmasta jäykkyydestä, kulutuksen kestävyydestä ja korkean lämpötilan lujuudesta.
10
Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on kuvattu erilaisia metallurgisia menetelmiä, mukaanlukien menetelmiä, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumistekniikoihin, joissa käytetään hyväksi 15 painevalua, tyhjövalua, sekoittamista, ja notkistimia.
Jauhemetallurgiatekniikoiden avulla jauheen muodossa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava aine sekoitetaan ja sitten 20 joko kylmäpuristetaan ja sintrataan, tai kuumapuristetaan. Metallimatriisien tuottaminen jauhemetallurgiatekniikoiden avulla tavanomaisia prosesseja käyttäen asettaa määrättyjä rajoituksia aikaansaatujen tuotteiden ominaisuuksien suhteen. Komposiitin keraamifaasin tilavuusosuus on rajoi-25 tettu, hiukkasten tapauksessa, tyypillisesti noin 40 prosenttiin. Myös prosessointitoimenpiteet asettavat rajan käytännössä saavutettavalle koolle. Vain suhteellisen yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jälkikäteen tapahtuvaa käsittelyä (esim. muotoilua tai koneistusta) tai 30 ottamatta käyttöön monimutkaisia puristimia. Sintrauksen aikana voi myös esiintyä epätasaista kutistumista, samoin kuin mikrostruktuurin epätasaisuutta, johtuen kiintoaineisiin eriytymisestä ja hiukkasten kasvusta.
35 US-patentissa 3,970,136 (20.7.1976) kuvataan menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi, johon sisältyy kuitumuotoinen lujite, esim. piikarbidi- tai alu- li 3 91612 miinioksidikuitukiteitä, joilla on ennalta määrätty kuvio tai kuitujen suuntaus. Komposiitti tehdään sijoittamalla samassa tasossa olevien kuitujen samansuuntaisia mattoja tai huopia muottiin yhdessä sulan matriisimetallin, esim.
5 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 avulla pakotetaan virtaamaan mattojen 10 väliin. Komposiitissa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 % tilavuuspitoisuuksia on ilmoitettu.
Edellä olevaan tunkeutumismenetelmään liittyy paineen aiheuttamien virtausprosessien yllätyksellisiä vaihtelu-15 ja. ts. mahdollisia epäsäännöllisyyksiä matriisin muodostumisessa, huokoisuutta, jne, kun otetaan huomioon että se riippuu ulkoisesta paineesta sulan matriisimetallin pakottamiseksi kuitupitoisten mattojen läpi. Ominaisuuksien epätasaisuus on mahdollinen vaikka sulaa metallia johdet-20 täisiin useammasta kohdasta kuitupitoiseen järjestelyyn. Vastaavasti on järjestettävä monimutkaiset matto/lähde-järjestelyt ja virtausreitit soveltuvan ja tasaisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi kuitumattojen pinoon. Edellä mainittu painetunkeutumismenetelmä mahdollistaa myös ai-25 noastaan suhteellisen pienen lujitusaineen ja matriisiti-lavuuden suhteen saavuttamisen, johtuen suureen mattoti-lavuuteen sinänsä liittyvästä tunkeutumisen vaikeudesta. Lisäksi muoteissa on oltava sulaa metallia paineen alaisena, joka nostaa menetelmän kustannuksia. Lopuksi edellä 30 mainittu menetelmä, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu metal-limatriisikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satunnaisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistä tai kuiduista koostuvilla aineilla.
Alumiinimatriisi-alumiinioksiditäytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksi- 35 4 91612 dia, jolloin yhtenäisen tuotteen muodostaminen on vaikeata. Muihin matriisimetalli-täyteaine-yhdistelmiin liittyy samoja näkökohtia. Tähän ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Eräs sellainen lähestyminen on alumiinin 5 päällystäminen metallilla (esim. nikkelillä tai wolfrämillä) , joka sitten kuumapuristetaan yhdessä alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiiniin seostetaan litiumia, ja alumiinioksidi voidaan päällystää piidioksidilla. Näillä komposiiteilla kuitenkin ominaisuudet vaihtelevat, tai 10 päällystykset voivat heikentää täyteainetta, tai matriisi sisältää litiumia, joka voi vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.
US-patentilla 4,232,091 voitetaan eräitä alan vaikeuksia, 15 joita kohdataan valmistettaessa alumiinimatriisi-alumii-nioksidikomposiitteja. Tässä patentissa kuvataan 75 - 375 kg/cm paineiden kohdistamista pakottamaan sula alumiini (tai sula alumiiniseos) alumiinioksidia olevaan kuitu- tai kuitukidemattoon, joka on esilämmitetty alueelle 700 -20 1050°C. Alumiinioksidin suurin suhde metalliin tuloksena olevassa kiinteässä valukappaleessa oli 1:4. Koska tässä menetelmässä ollaan riippuvaisia ulkopuolisesta paineesta tunkeutumisen aikaansaamiseksi, tätä menetelmää vaivaavat monet saunat puutteet kuin US-patenttia 3,970,136.
25 EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi-komposiittien valmistennistä, jotka ovat erityisen käyttökelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esimuotoillun alumiinioksidimatriisin ontelot täytetään su-30 lalla alumiinilla. Hakemuksessa korostetaan ettei alumiini pysty kostuttamaan alumiinioksidia, ja tätä varten käytetään erilaisia tekniikoita alumiinioksidin kostuttamiseksi koko esimuotissa. Alumiinioksidi kostutetaan esimerkiksi titaani-, zirkonium-, hafnium tai niobi-diboridia olevalla 35 kostutusaineella tai metallilla, ts. litiumilla, magnesiumilla, kalsiumilla, titaanilla, kromilla, raudalla, koboltilla, nikkelillä, zirkoniumilla tai hafniumilla.
Il 5 91612
Kostutuksen edistämiseksi käytetään inerttiä atmosfääriä, kuten argonia. Tässä julkaisussa esitetään myös paineen kohdistaminen sulan alumiinin saamiseksi tunkeutumaan päällystämättömään matriisiin. Tässä suhteessa tunkeutu-5 minen aikaansaadaan saattamalla huokoset ensin tyhjöön ja kohdistamalla sitten sulaan alumiiniin painetta inertissä atmosfäärissä, esim. argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuot-tiin voidaan tunkeutua höyryfaasissa olevalla alumiini-päällystyksellä pintojen kostuttamiseksi ennen onteloiden 10 täyttymistä tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan lämpökäsittelyä, esim lämpötilassa 1400 - 1800°C, joko argonissa tai tyhjössä. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen altistuminen kaasulle, tai tunkeutu-15 mispaineen poistaminen aiheuttaa alumiinin häviämistä kappaleesta.
Kostutusaineiden käyttäminen sulan metallin tunkeutumisen aikaansaamiseksi elektrolyyttikennon alumiinioksidikoro-20 ponenttiin on esitetty myös EP-patenttihakemuksessa 94353. Tässä julkaisussa kuvataan alumiinin tuottamista elektrolyysillä kennossa, jossa virranjohdinkatodi on kennon vaippana tai alustana. Tämän alustan suojaamiseksi sulalta kryoliitilta levitetään alumiinioksidialustalle ohut pääl-25 lystys kostutusaineen ja liukenemisen estävän aineen seosta * ennen kennon käynnistämistä tai kun se on upotettuna elektrolyysiprosessin tuottamaan sulaan alumiiniin. Kuvattuja kostutusaineita ovat titaani, zirkonium, hafnium, pii, magnesium, vanadiini, kromi, niobi tai kalsium, ja titaani 30 esitetään edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetään olevan hyödyllisiä estettäessä * kostutusaineiden liukenemista sulaan alumiiniin. Viite julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiit-tien tuottamista.
35
Paineen ja kostutusaineiden käytön lisäksi on kuvattu .. tyhjön kohdistamisen edistävän sulan alumiinin tunkeutu- 6 91612 mistä huokoiseen keraamikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa-tentissa 3,718,441 (27.2.1973) raportoidaan keraamiseen kappaleeseen (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja beryl-liumoksidi) tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, beryl-5 liumilla, magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelillä tai kromilla, tyhjössä joka on alle 10“6 torr. Välillä 10“ ... 10 torr oleva tyhjö johti keraamin heikkoon kostuttamiseen sulalla metallilla, niin ettei metalli virrannut vapaasti keraamin ontelotiloihin. Kostuttamisen 10 sanotaan kuitenkin parantuneen, kun tyhjö pienennettiin alle 10-6 torr.
Myös US-patentissa 3,864,154 (4.2.1975) esitetään tyhjön käyttämistä tunkeutumisen aikaansaamiseksi. Tässä paten-15 tissa selitetään kylmäpuristetun AlBi2-jauhekappaleen asettamista kylmäpuristetulle alumiini jauheen pedille. Sen jälkeen sijoitettiin lisää alumiinia AIB12-jauhekappaleen päälle. Upokas, jossa AlBi2-kappale oli "kerrostettuna" alumiinijauhekerrosten väliin, sijoitettiin tyhjöuuniin.
20 Uuniin järjestettiin noin 10"5 torr oleva tyhjö kaasun poistennistä varten. Lämpötilaa nostettiin sen jälkeen 1100°C:een, jossa se pidettiin 3 tuntia. Näissä oloissa sula alumiini tunkeutui AlBi2-kappaleeseen.
25 Menetelmää komposiittiaineiden valmistamiseksi, jotka sisältävät vahvistavaa ainetta, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä, kuituja tai vastaavia, kuvataan EP-patenttihakemuksessa nro 045002 (3.2.1982). Komposiittiaine tuotetaan asettamalla huokoista lujäteainetta (esim. alu-30 miinioksidia, hiiltä tai booria olevia suunnattuja kuituja), joka ei reagoi atmosfäärin ja sulan metallin kanssa (esim. magnesium tai alumiini), säiliöön, jossa on avoin osa, puhaltamalla säiliöön oleellisesti puhdasta happea, ja upottamalla sitten säiliö sulan metallin altaaseen, 35 jolloin sula metalli tunkeutuu vahvistavan aineen välitiloihin. Julkaisussa esitetään, että sula metalli reagoi säiliössä läsnä olevan hapen kanssa tuottaen metallin
•I
7 91612 kiinteän hapettuneen muodon, jolloin säiliöön syntyy tyhjö, joka imee sulaa metallia säiliöön lujittavan aineen välitilojen kautta. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa julkaisu esittää happea sitovan alkuaineen (esim. magnesium) 5 sijoittamista säiliöön reagoimaan säiliössä olevan hapen kanssa ja tyhjön tuottamiseksi, joka sulan metallin 50 kg/cm argonilla tapahtuvan paineistamisen avulla imee sulaa metallia (esim. alumiinia) säiliöön, joka on täytetty lujittavalla aineella (esim. suunnatuilla hiilikuiduilla).
10 US-patentissa 3,867,177 (18.2.1975) selostetaan menetelmä huokoisen kappaleen kyllästämiseksi metallilla saattamalla kappale ensin koskettamaan "aktivaattorimetallia" ja upottamalla kappale sitten "täytemetalliin”. Tarkemmin sanoen 15 upotetaan täyteaineen huokoinen matto tai tiivistetty kappale sulaan aktivaattorimetalliin riittävän pitkäksi aikaa että kappaleen välitilat kokonaan täyttyvät sulalla aktivaattorimetallilla patentin 3,364,976 menetelmällä, jota selitetään alla. Sen jälkeen, kun aktivaattorimetalli 20 on kiinteytynyt, komposiittikappale upotetaan kokonaan toiseen metalliin ja pidetään siinä riittävän kauan aikaa, joka sallii toisen metallin korvaavan aktivaattorimetallin haluttuun määrään saakka. Muodostuneen kappaleen annetaan sitten jäähtyä. On myös mahdollista että täyteaine ainakin 25 osittain poistetaan huokoisesta kappaleesta ja korvataan ainakin kolmannella metallilla, upottamalla jälleen huokoinen kappale osittain tai kokonaan korvaavan metallin sulaan niin pitkäksi aikaa, että se riittää liuottamaan tai diffundoimaan halutun määrän korvaavaa metallia huo-30 koiseen kappaleeseen. Tuloksena oleva kappale voi myös . sisältää metallien välisiä yhdistetiä täyteaineen väliti- * loissa. Monivaiheisen prosessin käyttäminen, mukaan lukien aktivaattorimetallin käyttäminen, halutulla koostumuksella varustetun komposiitin muodostamiseksi, on kallista sekä 35 ajan että rahan suhteen. Lisäksi prosessin rajoitukset, jotka perustuvat esim. metallien yhteensopivuuteen (ts.
.. liukenevuuteen, sulamispisteeseen, reaktiivisyyteen, 8 91612 jne), rajoittavat mahdollisuuksi aineen ominaisuuksien sovittamiseksi toivottua tarkoitusta varten.
US-patentissa 3,529,655 (22.9.1970) selitetään menetelmää 5 magnesiumia tai magnesiumseosta ja piikarbidi-kuitukiteitä sisältävien komposiittien muodostamiseksi. Tarkemmin sanottuna upotetaan muotti, jossa on ainakin yksi aukko atmosfääriin ja joka sisältää piikarbidi-kuitukiteitä muotin sisätilassa, sulan magnesiumin kylpyyn, niin että 10 muotin kaikki aukot ovat sulan magnesiumin kylvyn pinnan alla riittävän kauan, jotta magnesium täyttäisi muotin ontelon jäljelle jäävän tilavuuden. Sanotaan, että kun sula metalli tunkeutuu muottionteloon, se reagoi siinä olevan ilman kanssa muodostaen pieniä määriä magnesiumoksidia ja 15 magnesiumnitridiä, jolloin muodostuu tyhjö joka imee lisää sulaa metallia onteloon ja piikarbidikuitukiteiden väliin. Täytetty muotti poistetaan sen jälkeen sulan magnesiumin kylvystä ja muotissa olevan magnesiumin annetaan jäähtyä.
20 US-patentissa 3,364,976 (23.1.1968) selitetään itsestään kehittyvän tyhjön aikaansaamista kappaleeseen, sulan metallin tunkeutumisen lisäämiseksi kappaleeseen. Tarkemmin sanottuna kappale, esim. grafiittimuotti, teräsmuotti tai huokoinen tulenkestävä aine, upotetaan kokonaan sulaan 25 metalliin, esim. magnesiumiin tai magnesiumseokseen tai alumiiniseokseen. Muotin tapauksessa sulan metallin kanssa reagoivalla kaasulla, esim. ilmalla täytetty muottiontelo on yhteydessä ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti 30 upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon täyttyminen itsestään muodostuvan tyhjön syntyessä ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin reaktion johdosta. Tyhjö on erityisesti tulosta metallin kiinteän oksidimuodon syntymisestä.
35 US-patentissa 3,396,777 (13.8.1968) selitetään sisäisesti muodostuneen tyhjön aikaansaamista sulan metallin tunkeu-, tumisen edistämiseksi täyteainekappaleeseen. Tarkemmin I! 9 91612 sanottuna patentissa kuvataan toisesta päästään atmosfääriin avoin teräs- tai rautasäiliö, joka sisältää hiukkas-muotoista huokoista kiinteätä ainetta, esim. valurautaa, ja joka on peitetty avoimesta päästään kannella, jossa on 5 lävistyksiä tai läpimeneviä reikiä, joiden halkaisija on pienempi kuin huokoisen kiinteän aineen hiukkaskoko. Säiliössä on myös atmosfääriä, esim. ilmaa kiinteässä täyteaineessa, joka ainakin osittain reagoi sulan metallin, esim. magnesiumin, alumiinin, jne. kanssa. Säiliön kansi 10 on upotettu riittävälle etäisyydelle sulan metallin pinnasta, niin että estetään ilman pääsy säiliöön, ja kantta pidetään pinnan alla riittävän kauan, niin että säiliössä oleva atmosfääri voi reagoida sulan metallin kanssa kiinteän tuotteen muodostamiseksi. Atmosfäärin ja sulan 15 metallin välinen reaktio johtaa alipaineeseen tai oleelliseen tyhjöön säiliössä ja huokoisessa kiinteässä aineessa, joka imee sulan metallin säiliöön ja kiinteän huokoisen aineen huokosiin.
20 US-patentti 3,396,777 on määrätyllä tavalla sukua menetelmille, joita selitettiin edellä julkaisujen EP 045,002; US 3,867,177; US 3,529,655 ja US 3,364,976 yhteydessä. Erityisesti US-patentissa 3,396,777 aikaansaadaan sulan metallin kylpy, johon täyteainetta sisältävä säiliö upo-25 tetaan riittävän syvälle, niin että aiheutetaan ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin välinen reaktio ja ontelon sulkeminen sulalla metallilla. Tämän patentin toisen näkökohdan mukaisesti sulan matriisimetallin kylvyn pinta, johon sulassa tilassa voi kohdistua hapettumista sen 30 ollessa kosketuksessa ympäröivään ilmaan, peitetään suo-jaavalla kerroksella eli sulatteella. Sulate pyyhitään sivulle kun säiliö asetetaan sulaan metalliin, mutta sulatteen aiheuttama lika voi kuitenkin sisältyä sulan matriisimetallin kylpyyn ja/tai säiliöön ja huokoiseen 35 kiinteään aineeseen, johon tunkeutuminen tapahtuu. Sellainen likaantuminen, vaikkapa vain hyvin pienessä määrin, voi estää tyhjön muodostumisen säiliössä, samoin kuin olla 10 91612 haitallinen tuloksena olevan komposiitin fysikaalisille ominaisuuksille. Kun säiliö poistetaan sulan matriisime-tallin kylvystä ja ylimääräistä matriisimetallia valuu säiliöstä, voi lisäksi esiintyä matriisimetallin menetystä 5 kappaleesta, johon tunkeutuminen on tapahtunut, johtuen painovoimasta.
Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinkertainen ja luotettava menetelmä metallimatriisi-komposiit-10 tien ja metallimatriisikomposiittia sisältävien makrokom-posiittikappaleiden tuottamiseksi, joka ei perustu ulkoisen paineen tai tyhjön käyttämiseen, tai vahingollisten kostutusaineiden tai sulan matriisimetallin altaan käyttämiseen, niistä seuraavine haittoineen, kuten edellä 15 mainittiin. Lisäksi on pitkään ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden määrää, joita tarvitaan metallimatriisi-komposiittikappaleen tai metallimatriisikomposiittia sisältävän makrokomposiittikappaleen aikaansaamiseksi. Esillä oleva keksintö tyydyttää nämä 20 tarpeet aikaansaamalla menetelmän makrokomposiittikappa-leiden muodostamiseksi, johon liittyy sisäisesti muodostunut tyhjö sulan matriisimetallin (esim. alumiinin, magnesiumin, pronssin, kuparin, valuraudan, jne) tunkeutumisen aikaansaamiseksi aineeseen (esim. keraaminen ai-25 ne), joka voidaan muotoilla esimuotiksi, reaktiivisen atmosfäärin (esim. ilman, typen, hapen, jne) läsnäollessa normaalissa ilmanpaineessa.
Seuraavassa selitetään yhteisesti omistettuja patentteja 30 ja patenttihakemuksia:
Uutta menetelmää metallimatriisi-komposiittiaineen tuottamiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 142,385 (11.1.1988), jonka nimityksenä on "Menetelmä metallimatriisikomposiit-35 tien valmistamiseksi", joka nyt on hyväksytty US-patentik-si. Mainitun keksinnön menetelmän mukaisesti muotti muodostetaan sulan edeltäjämetallin tai perusmetallin suun-
II
11 91612 natulla hapettamisella hapettimen kanssa monikiteisen hapetusreaktiotuotteen kasvun tuottamiseksi, joka täyttää ainakin osan esimuottia, joka muodostuu sopivasta täyteaineesta (johon viitataan "ensimmäisenä täyteaineena").
5 Muodostunut keraamimatriisikomposiittimuotti järjestetään sitten toisen täyteaineen yhteyteen ja toinen täyteaine ja muotti saatetaan koskettamaan sulaa metallia, ja muotin sisältö suljetaan hermeettisesti, tyypillisimmin tuomalla ainakin yhtä sulaa metallia aukkoon, joka sulkee muotin.
10 Hermeettisesti suljettu peti voi sisältää siihen jäänyttä ilmaa, mutta suljettu ilma ja muotin sisältö on eristetty tai suljettu niin, että ulkoinen eli ympäröivä ilma on suljettu ulos. Järjestämällä hermeettinen ympäristö, saavutetaan tunkeutuminen toiseen täyteaineeseen kohtuulli-15 silla sulan metallin lämpötiloilla, ja siten vältetään tai poistetaan mahdollinen kostutusaineiden tarve, erityisesti seosaineiden tarve sulassa matriisimetallissa, kohdistettavan mekaanisen paineen, tyhjön, erikoisen kaasuatmos f äärin tai muiden tunkeutumisvälineiden tarve.
20
Edellä mainitussa yhteisesti omistamassamme patenttihakemuksessa selostetaan menetelmää metallimatriisi-kompo-siittikappaleen tuottamiseksi, joka voidaan sitoa keraa-mimatriisi-komposiittikappaleeseen, sekä sillä tuotettuja 25 uusia kappaleita.
a
Toinen jonkinverran asiaan liittyvä yhteisesti omistettu rinnakkainen US-patenttihakemus 168,284 (15.3.1988) nimityksellä "Metallimatriisikomposiitteja ja menetelmiä nii-30 den valmistamiseksi". Tämän patenttihakemuksen mukaisissa menetelmissä matriisimetalliseos on läsnä metallin ensimmäisenä lähteenä sekä matriisimetalliseoksen varastoläh-teenä, joka on yhteydessä sulan metallin ensimmäiseen lähteeseen, esimerkiksi painovoimaisesta virtauksesta joh-35 tuen. Tässä patenttihakemuksessa kuvattujen olosuhteiden vallitessa sulan matriisiseoksen ensimmäinen lähde alkaa tunkeutua täyteaineroassaan normaalissa atmosfäärin pai- 12 91612 neessa, ja aloittaa siten metallimatriisikomposiitin muodostamisen. Sulan matriisimetalliseoksen ensimmäinen lähde kuluu loppuun sen tunkeutuessa täyteainemassaan, ja haluttaessa sitä voidaan tunkeutumisen jatkuessa täydentää, 5 edullisesti jatkuvin välinein sulan matriisimetallin varastosta. Kun haluttu määrä läpäisevää täyteainetta on läpäisty sulalla matriisiseoksella, lasketaan lämpötilaa seoksen jähmettämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metal-limatriisistruktuuri, joka ympäröi täyteaineen. Tulisi 10 ymmärtää, että metallin varaston käyttäminen on vain tässä patenttihakemuksessa esitetyn keksinnön eräs suoritusmuoto, eikä ole välttämättä yhdistettävä varasto-suoritusmuotoa siinä kuvattuun jokaiseen vaihtoehtoiseen suoritusmuotoon, joista jotkin voisivat olla hyödyllisiä käytettäviksi 15 esillä olevan keksinnön yhteydessä.
Metallin varasto voi olla läsnä sellaisena määränä, että se tuottaa riittävän määrän metallia, joka tunkeutuu ennalta määrätyssä määrin läpäisevään täyteainemassaan.
20 Vaihtoehtoisesti voisi valinnainen estoväline olla kosketuksessa läpäisevään täyteainemassaan ainakin sen toisella puolella, niin että se määrittelee rajapinnan.
Lisäksi, vaikka tuotetun sulan matriisimetalliseoksen 25 määrän tulisi riittää etenemään ainakin oleellisesti läpäisevän täyteainemassan rajapinnoille saakka (ts. es-toaineeseen saakka), niin varastossa olevan seoksen määrä voisi ylittää sellaisen riittävän määrän, niin että siinä on riittävä määrä seosta täydellistä tunkeutumista varten 30 ja sen lisäksi ylimääräinen määrä sulaa metalliseosta, joka voisi jäädä jäljelle ja kiinnittyä metallimatriisi-kom-posiittikappaleeseen. Kun siten sulaa seosta on läsnä, tuloksena oleva kappale on kompleksi kappale (esim. makrokomposiitti), jossa on läpäistyä täyteainetta ja siinä 35 metallimatriisi sitoutuu suoraan ylimääräiseen metalliin, jota jää varastosäiliöön.
Il 13 91612
Menetelmää makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi jonkin verran tähän liittyvässä menetelmässä selitetään yhteisesti omistamassamme rinnakkaisessa US-patenttihake-muksessa (7.7.1989) nimityksellä "Menetelmiä makrokom-5 posiittikappaleiden muodostamiseksi sekä niillä tuotettuja makrokomposiittikappaleita". Tämä patenttihakemus on jat-kohakemus patenttihakemukselle 368,564 (20.6.1989) nimityksellä "Menetelmiä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä niillä tuotettuja makrokomposiittikappalei-10 ta", joka vuorostaan on jatkohakemus patenttihakemukselle 269,464 (10.11.1988) nimityksellä "Menetelmiä makrokom posiittikappaleiden muodostamiseksi sekä niillä tuotettuja makrokomposiittikappaleita". Näissä patenttihakemuksissa selitetään erilaisia menetelmiä, jotka liittyvä makrokom-15 posiittikappaleiden muodostamiseen saattamalla sula mat-riisimetalli spontaanisti tunkeutumaan täyteaineen tai esimuotin läpäisevään massaan ja sitomalla aine, johon spontaani tunkeutuminen on tapahtunut, ainakin yhteen toiseen aineeseen, kuten keräämiin ja/tai metalliin.
20 Tarkemmin sanoen tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjä ja/tai tunkeutumisatmosfääri ovat yhteydessä täyteaineeseen tai esimuottiin ainakin prosessin jossakin vaiheessa, mikä sallii sulan matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen täyteaineeseen tai esimuottiin.
25 Lisäksi ennen tunkeutumista täyteaine tai esimuotti saatetaan koskettamaan ainakin toisen aineen osaa, niin että täyteaineeseen tai esimuottiin tapahtuneen tunkeutumisen jälkeen tämä aine, johon tunkeutuminen on tapahtunut, sitoutuu toiseen aineeseen, jolloin muodostuu makrokom-30 posiittikappale.
Menetelmää metallimatriisi-komposiittikappaleiden muodostamiseksi sisäisesti muodostuvan tyhjön menetelmällä, joka on samantapainen kuin esillä oleva keksintö, selitetään 35 yhteisesti omistamassamme rinnakkaisessa US-patenttihake-muksessa, joka on jätetty 18.7.1989 (Robert C. Kanter) nimityksellä "Menetelmä metallimatriisikomposiittikappa- • · 14 91612 leiden muodostamiseksi sisäisellä tyhjöprosessilla sekä sillä tuotettuja tuotteita". Tässä patenttihakemuksessa selitetään menetelmää, jossa sula matriisimetalli saate-5 taan koskettamaan täyteainetta tai esimuottia reaktiivisen atmosfäärin läsnäollessa, ja ainakin prosessin jossakin vaiheessa sula matriisimetalli reagoi, joko osittain tai oleellisesti täydellisesti reaktiivisen atmosfäärin kanssa saattaen sulan matriisimetallin tunkeutumaan täyteainee-10 seen tai esimuottiin, ainakin osittain sisäisesti muodostuneesta tyhjöstä johtuen. Sellainen tunkeutuminen sisäisesti muodostuneella tyhjöllä esiintyy käyttämättä mitään ulkoista painetta tai tyhjöä.
15 Näiden yhteisesti omistamiemme patenttihakemusten selitykset liitetään tähän nimenomaisena viitteenä.
Esillä olevan keksinnön mukaiselle menetelmälle makro-komposiittikappaleen muodostamiseksi on tunnusomaista 20 se, että muodostetaan reaktiojärjestelmä, joka käsittää matriisimetallia, reaktiivisen atmosfäärin, läpäisemättömän säiliön ja läpäisevää massaa, joka sisältää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan irrallisen täyteainemassan ja täyteainetta olevan esimuotin käsittävästä ryhmästä, sekä 25 ainakin yhden lisäkappaleen, joka sijaitsee mainitun läpäisevän massan vieressä; suljetaan reaktiojärjestelmä ainakin osittain mainitun reaktiojärjestelmän ulkopuolella olevasta ympäröivästä atmosfääristä niin, että aikaansaadaan nettopaine-ero 30 reaktiivisen atmosfäärin ja mainitun ympäröivän atmosfäärin välille, jolloin sulkeminen järjestetään ainakin yhdellä ulkoisella sululla; ja kuumennetaan suljettu reaktiojärjestelmä niin, että matriisimetalli sulaa ja ainakin osittain tunkeutuu mainit-35 tuun ainakin yhteen lisäkappaleeseen muodostaen siten metallimatriisikomposiitin, joka on liittynyt tai sitoutunut yhdeksi kappaleeksi mainitun ainakin yhden lisäkappaleen kanssa muodostaen siten makrokomposiittikappaleen.
n 15 91612
Ensimmäisessä edullisessa suoritusmuodossa järjestetään reaktiojärjestelmä, joka käsittää: 1) läpäisemättömän säiliön; 2) siinä olevaa täyteaine- tai esimuottimassaa; 3) 5 ainakin yhtä toista ainetta, joka sijaitsee lähellä täyteaine- tai esimuottimassaa tai on kosketuksessa siihen; 4) sulaa matriisimetallia; 5) reaktiivisen atmosfäärin; ja 6) ulkoisen sulkemisvälineen reaktiojärjestelmän eristämiseksi ympäröivästä atmosfääristä. Sula matriisimetalli saate-10 taan sitten kosketukseen täyteaineeseen tai esimuottiin reaktiivisen atmosfäärin ja sulkemisvälineen läsnäollessa. Reaktiivinen atmosfääri reagoi, joko osittain tai oleellisesti täydellisesti sulan matriisimetallin ja/tai täyteaineen ja/tai läpäisemättömän säiliön kanssa muodostaen 15 reaktiotuotetta, joka voi muodostaa tyhjön imien siten sulaa matriisimetallia ainakin osittain täyteaineeseen. Reaktio, joka käsittää reaktiivisen atmosfäärin ja sulan matriisimetallin ja/tai täyteaineen ja/tai läpäisemättömän säiliön, voi jatkua niin kauan, että se riittää sallimaan 20 sulan matriisimetallin joko osittain tai oleellisesti kokonaan tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin. Sulan matriisimetallin tulisi kuitenkin tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin niin paljon, että sula matriisimetalli koskettaa ainakin osaa mainitusta ainakin yhdestä toisesta 25 aineesta. Ulkoinen sulkemisvälineellä on matriisimetallis-" ta poikkeava koostumus.
Toisessa edullisessa suoritusmuodossa täyteaine voi reagoida ainakin osittain reaktiivisen atmosfäärin kanssa 30 muodostaen tyhjön, joka imee sulaa matriisimetallia täyteaineeseen tai esimuottiin. Lisäksi voidaan täyteaineeseen sisällyttää lisäaineita, jotka joko osittain tai oleellisesti täydellisesti voivat reagoida reaktiivisen atmosfäärin kanssa tyhjön muodostamiseksi, samoinkuin korostaa 35 tuloksena olevan kappaleen ominaisuuksia. Lisäksi täyteaineen ja matriisimetallin lisäksi tai sen sijasta voidaan 16 91612 läpäisemätön säiliö saattaa ainakin osittain reagoimaan reaktiivisen atmosfäärin kanssa tyhjön muodostamiseksi.
Määritelmiä 5 Tässä selityksessä ja oheisissa patenttivaatimuksissa käytettynä määritellään alla olevat termit seuraavasti:
Seospuoli viittaa tässä käytettynä lopullisen metallimat-10 riisikomposiitin siihen puoleen, joka alunperin kosketti sulaa matriisimetallia ennenkuin tämä sula metalli tunkeutui täyteainemassaan läpäisevään massaan tai esimuottiin
Alumiini jne. merkitsee ja sisältää tässä käytettynä 15 oleellisesti puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, kaupallisesti saatavan seostamattoman alumiinin) tai metallin ja metalliseosten muita laatuja, kuten kaupallisesti saatavat metallit, joissa on epäpuhtauksia ja/tai seosai- li 17 91612 neita, kuten rautaa, piitä, kuparia, magnesiuma, mangaania, kromia, sinkkiä, jne. Tämän määritelmän tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pääainesosana.
5
Ympäröivä atmosfääri merkitsee tässä käytettynä täyteaineen tai esimuotin ja läpäisemättömän säiliön ulkopuolella olevaa atmosfääriä. Sillä voi olla oleellisesti samat osatekijät kuin reaktiivisella atmosfäärillä, tai sillä 10 voi olla erilaiset osatekijät.
Estoaine tai estoväline merkitsee tässä metallimatriisi-komposiittikappaleiden yhteydessä käytettynä mitä tahansa sopivaa ainetta, joka estää, torjuu, pysäyttää sulan 15 matriisimetallin etenemisen, liikkeen tai vastaavan, läpäisevän täyteainemassan tai esimuotin rajapinnan yli, jolloin sellainen rajapinta määritellään mainitulla esto-välineellä. Sopivat estovälineet voivat olla jotain ainetta, yhdistettä, alkuainetta, koostumusta tai vastaavaa, 20 joka prosessin olosuhteissa ylläpitää jonkinasteisen eheyden eikä ole oleellisesti haihtuvaa (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, että siitä tulisi estoaineena hyödytön).
Lisäksi sopivat "estovälineet" sisältävät aineita, joita 25 kulkeutuva sula matriisimetalli käytettyjen prosessin olosuhteiden aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan tai joita se pystyy kostuttamaan, kunhan estovälineen kostuttaminen ei etene oleellisesti estoaineen pinnan yli (ts. pintakostutus). Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää 30 olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneis-tusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja määrittelee 35 ainakin osan tuloksena olevan metallimatriisi-komposiit-tituotteen pinnasta.
» ♦ 18 91612
Sitoutunut merkitsee tässä käytettynä mitä tahansa kiinnitysmenetelmää kahden kappaleen välillä. Kiinnitys voi olla fysikaalinen ja/tai kemiallinen ja/tai mekaaninen. Fysikaalinen kiinnitys vaatii, että ainakin toinen kappale, 5 tavallisesti nestemäisessä tilassa, tunkeutuu ainakin mikrostruktuurin osaan toisessa kappaleessa. Tämä ilmiö tunnetaan tavallisesti "kostuttamisena". Kemiallinen kiinnitys vaatii, että ainakin toinen kappaleista reagoi kemiallisesti toisen kappaleen kanssa muodostaen ainakin 10 yhden kemiallisen sidoksen kappaleiden välille. Eräs menetelmä mekaanisen kiinnityksen aikaansaamiseksi kappaleiden välille sisältää ainakin yhden toisen kappaleen makroskooppisen tunkeutumisen toisen kappaleen pinnalla olevaan uraan tai rakoon. Sellainen mekaaninen kiinnitty-15 minen ei sisällä mikroskooppista tunkeutumista eikä "kostutusta", mutta tätä voidaan käyttää sellaisen fysikaalisen kiinnitysmenetelmän yhteydessä.
Toinen menetelmä mekaanista kiinnitystä varten sisältää 20 sellaisen menetelmän, kuten "kutistussovituksen", jolloin kappale kiinnitetään toiseen kappaleeseen painesovituksel-la. Tällaisessa mekaanisen kiinnityksen menetelmässä toinen kappale sijoitettaisiin puristukseen toisen kappaleen alle.
25
Pronssi merkitsee ja sisältää tässä käytettynä kuparivoit-toista seosta, joka voi sisältää rautaa, tinaa, sinkkiä, alumiinia, piitä, berylliä, magnesiumia ja/tai lyijyä. Määrätyt pronssiseokset sisältävät ne seokset, joissa 30 kuparin osuus on noin 90 painoprosenttia, jolloin piin osuus on noin 6 painoprosenttia, ja raudan osuus noin 3 painoprosenttia.
Jäännökset tai perusmetallin jäännökset viittaa tässä 35 käytettynä alkuperäisen perusmetallimäärän mahdolliseen osaan, joka jää jäljelle ja joka ei ole kulunut keraami-matriisikomposiittikappaleen muodostuksen aikana, ja joka
II
19 91612 tyypillisesti kun sen annetaan jäähtyä, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun kappaleeseen. Tulisi ymmärtää, että jäännökset voivat tyypillisesti myös sisältää toista tai vierasta metallia.
5
Valurauta viittaa tässä käytettynä valettuihin rautaseok-siin, joissa hiilen osuus on ainakin 2 painoprosenttia.
Kupari viittaa tässä käytettynä oleellisesti puhtaan 10 metallin kaupallisiin laatuihin, esim. 99 painoprosenttia kuparia ja siihen sisältyviä vaihtelevia määriä epäpuhtauksia. Lisäksi se viittaa metalleihin, jotka ovat seoksia tai metallien välisiä yhdisteitä, jotka eivät sisälly pronssin määritelmään, ja jotka sisältävät kuparia pää-15 asiallisena osatekijänä.
Täyteaine on tässä käytettynä tarkoitettu sisältämään joko yksittäisiä aineksia tai ainesseoksia, jotka oleellisesti eivät reagoi metallin kanssa ja/tai joilla on rajoitettu 20 liukenevuus matriisimetalliin ja/tai hapetusreaktiotuot-teeseen, ja jotka voivat olla yksi- tai useampifaasisia. Täyteaineita voidaan järjestää lukuisissa eri muodoissa, kuten jauheina, liuskoina, hiutaleina, mikropalloina, kuitukiteinä, kuplina, jne, ja ne voivat olla joko tiiviitä 25 tai huokoisia. Täyteaine voi myös sisältää keraamisia täyteaineita, kuten alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina kuituina, hiukkasina, kuitukiteinä, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tai vastaavina, ja keraa-mipäällystettyjä täyteaineita, kuten hiilikuituja, jotka 30 on päällystetty alumiinioksidilla tai piikarbidilla hiilen suojaamiseksi esim. sulan perusmetalli-alumiinin syövyt-*’ tävältä vaikutukselta. Täyteaineet voivat myös käsittää metalleja.
35 Läpäisemätön säiliö merkitsee tässä käytettynä säiliötä, joka voi sisältää reaktiivista atmosfääriä ja täyteainetta (tai esimuotin) ja/tai sulaa matriisimetallia ja/tai 20 91612 sulkemisvälineen prosessin olosuhteissa, ja joka on riittävän läpäisemätöntä kaasumaisten tai höyryaineiden kulkemiselle säiliön läpi, niin että voidaan muodostaa paine-ero ympäröivän atmosfäärin ja reaktiivisen atmosfää-5 rin välille.
Makrokomposiitti tai makrokomposiittikappale merkitsevät tässä käytettynä kahden tai useamman aineen mitä tahansa yhdistelmää, jotka on valittu ryhmästä joka käsittää 10 keraamimatriisikappaleen, metallikappaleen ja metallimat-riisi-komposiittikappaleen, jotka tiiviisti sitoutuvat toisiinsa johonkin muotoon, jolloin ainakin osa aineista käsittää metallimatriisi-komposiittikappaleen, joka on muodostettu sisäisesti muodostuvan tyhjön menetelmällä.
15 Metallimatriisi-komposiittikappale voi olla läsnä ulkopintana ja/tai sisäpintana. Lisäksi metallimatriisi-kom-posiittikappale voi olla kahden tai useamman edellä mainittuun ryhmään kuuluvan aineen välikerroksena. Tulisi ymmärtää, että metallimatriisi-komposiittikappaleen tai 20 -kappaleiden järjestys, lukumäärä ja/tai sijainti suhteessa jäljelle jäävään matriisimetalliin ja/tai johonkin edellä mainittuun ryhmään kuuluvan aineen suhteen, voidaan hallita tai säätää rajattomalla tavalla.
25 Matriisimetalli tai matriisimetalliseos merkitsevät tässä käytettynä sitä metallia, jota käytetään metallimatriisi-komposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumista) ja/tai sitä metallia, joka sekoittuu täyteaineeseen metal-limatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi (esim.
30 tunkeutumisen jälkeen). Kun matriisimetalliksi nimetään määrätty metalli, on ymmärrettävä, että sellainen matriisimetalli sisältää tämän metallin oleellisesti puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa on epäpuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostaman 35 yhdisteenä tai seoksena, jossa tämä metalli on pääasiallisena osana.
Il 21 91612
Metallimatriisikomposiitti eli MMC merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka käsittää kaksi- tai kolmiulotteisesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka on tunkeutunut esimuottiin tai täyteaineeseen. Matriisimetalli voi 5 sisältää erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tuloksena olevassa komposiitissa.
Matriisimetallista "poikkeava" metalli merkitsee metallia, 10 joka ei sisällä pääasiallisena ainesosana samaa metallia kuin matriisimetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin pääasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metallin pääasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).
15 Esimuotti tai läpäisevä esimuotti merkitse tässä käytettynä sellaista huokoista täytemassaa tai täyteainemassaa, joka valmistetaan ainakin yhdellä rajapinnalla, joka oleellisesti määrittelee tunkeutuvalle matriisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittävän hyvin pitää ehjän 20 muotonsa ja tuorelujuuden, niin että se ilman ulkoisia tukivälineitä aikaansaa mittapysyvyyden ennen kuin matriisimetalli tunkeutuu siihen. Massan tulisi olla riittävän huokoista, niin että se sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen siihen. Tyypillisesti esimuotti käsittää 25 sidotun ryhmän tai täyteaineen järjestelyn, joko homogeenisen tai epähomogeenisen, ja se voi käsittää mitä tahansa soveltuvaa ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauheita, kuituja, kuitukiteitä, jne, sekä mitä tahansa näiden yhdistelmää). Esimuotti voi olla joko 30 erillisenä tai kokoonpanona.
Reaktioiäriestelmä viittaa tässä käytettynä siihen aineiden yhdistelmään, jolla esiintyy sulan matriisimetallin tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin sisäisesti 35 muodostuvassa tyhjössä. Reaktiojärjestelmä käsittää ainakin läpäisemättömän säiliön, jossa on läpäisevää täyte- 22 91612 ainemassaa tai esimuotti, reaktiivista atmosfääriä ja matriisimetallia.
Reaktiivinen atmosfääri merkitsee tässä käytettynä atmos-5 fääriä, joka voi reagoida matriisimetallin ja/tai täyte aineen (tai esimuotin) ja/tai läpäisemättömän säiliön kanssa muodostaen sisäisesti syntyvän tyhjön, aiheuttaen siten matriisimetallin tunkeutumisen täyteaineeseen (tai esimuottiin) kun sisäisesti syntynyt tyhjö on muodostunut.
10
Varastolähde tai varastosäiliö merkitsee tässä käytettynä erillistä matriisimetallimäärää, joka on sijoitettu täy-teainemassan tai esimuotin suhteen niin, että kun metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eräissä tapauksissa 15 alunperin aikaansaamaan ja sen jälkeen täydentämään sitä matriisimetallin osaa, segmenttiä tai lähdettä, joka koskettaa täyteainetta tai esimuottia.
Sulku tai sulkemisväline viittaa tässä käytettynä prosessin 20 oloissa kaasua läpäisemättömään sulkuun, joka on muodostunut reaktiojärjestelmässä (esim. sisäinen sulku) tai siitä erillisenä (ulkoinen sulku), joka eristää ympäröivän atmosfäärin reaktiivisesta atmosfääristä. Sulku tai sulkemisväline voi koostumukseltaan olla erilainen kuin 25 matriisimetalli.
Sulun edistäjä on tässä käytettynä ainetta, joka edistää sulun muodostumista matriisimetallin reagoidessa ympäröivän atmosfäärin ja/tai läpäisemättömän säiliön ja/tai 30 täyteaineen tai esimuotin kanssa. Aine voidaan lisätä matriisimetalliin, ja sulun edistäjän läsnäolo matriisime-tallissa voi edistää tuloksena olevan komposiittikappaleen ominaisuuksia.
35 Toinen aine merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää keraamimatriisikappaleen,
II
23 91612 keraamimatriisi-komposiittikappaleen, metallikappaleen ja meta11imatriis1-komposiittikappaleen.
Kostutuksen edistäjä viittaa tässä käytettynä johonkin 5 aineeseen, joka matriisimetalliin ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin lisättynä edistää täyteaineen tai esimuotin kostuttamista sulalla matriisimetallilla (esim. vähentää sulan matriisimetallin pintajännitystä). Kostutuksen edistäjän läsnäolo voi myös edistää tuloksena olevan metalli-10 matriisi-komposiittikappaleen ominaisuuksia, esimerkiksi edistämällä matriisimetallin ja täyteaineen välistä sitoutumista.
Seuraavat kuviot on järjestetty keksinnön ymmärtämisen 15 tueksi, mutta niitä ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnön suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on käytetty mahdollisuuksien mukaan samoja viitenumerolta osoittamaan samanlaisia osia, jolloin: 20 kuvio 1 on kaaviollinen poikkileikkaus esillä olevan keksinnön menetelmän mukaisesta tyypillisestä kokoonpanosta, jossa käytetään ulkoista sulkemisvälinettä; 25 kuvio 2 on yksinkertaistettu vuokaavio esillä olevan keksinnön menetelmästä sovellettuna vakiokokoonpanoon; kuvio 3 on valokuva esimerkissä 1 tuotetun valmiin 30 makrokomposiittikappaleen vaakaleikkaus; * kuvio 4 on päältä nähtynä neljä rakoa keraamimatriisi-kom- posiittikappaleen yläpinnassa, jota käytettiin esimerkeissä 2, 3, 4, 5 ja 7; 35 kuvio 5 on esimerkissä 2 muodostetun valmiin makrokomposiittikappaleen valokuva; « « 24 91612 kuvio 6 on esimerkissä 3 tuotetun makrokomposiittikappaleen pystyleikkaus; kuvio 7 on esimerkissä 4 tuotetun makrokomposiittikappaleen 5 pystyleikkaus; kuvio 8 on esimerkissä 4 tuotetun makrokomposiittikappaleen valokuva; 10 kuvio 9 on esimerkissä 5 tuotetun makrokomposiittikappaleen pystyleikkaus; kuvio 10 on esimerkissä 5 tuotetun valmiin makrokomposiittikappaleen valokuva; 15 kuvio 11 on pystyleikkaus kokoonpanosta, jota käytettiin esimerkin 6 makrokomposiittikappaleen tuottamiseksi; 20 kuvio 12 on esimerkissä 6 tuotetun valmiin makrokomposiittikappaleen valokuva; kuvio 13 on esimerkissä 7 tuotetun makrokomposiittikappaleen pystyleikkaus; 25 kuvio 14 on esimerkissä 7 tuotetun viimeistellyn makrokomposiittikappaleen valokuva; kuvio 15 kuva sylinterin muotoisen makrokomposiittikappa- 30 leen vaakaleikkauksesta, joka tuotettiin esimer kissä 8; kuvio 16 on esimerkissä 9 tuotetun makrokomposiittikappaleen pystyleikkaus; 35 kuvio 17 on valokuva esimerkissä 9 tuotetun makrokomposiittikappaleen vaakaleikkauksesta;
II
25 91612 kuvio 18 on esimerkissä 10 tuotetun makrokomposiittikap-paleen vaakaleikkaus; kuvio 19 on valokuva esimerkissä 11 tuotetun makrokom-5 posiittikappaleen vaakaleikkauksesta; kuvio 20 on valokuva esimerkissä 12 tuotetun valmiin makrokompos iittikappaleen vaakaleikkauksesta; 10 kuvio 21 on esimerkissä 13 tuotetun makrokomposiittikappaleen vaakaleikkaus; kuvio 22 on esimerkissä 14 tuotetun makrokomposiittikap-paleen pystyleikkaus; ja 15 kuvio 23 valokuva esimerkissä 15 tuotetusta valmiista kaksikerros-makrokomposiittikappaleesta.
Viitaten kuvioon 1 havainnollistetaan tyypillistä kokoon-20 panoa 30 makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää toiseen aineeseen sitoutuneen metallimatriisi-komposiittikappaleen, jolloin metallimatriisi-komposiit-tikappale on muodostettu esillä olevan keksinnön mukaisella sisäisesti muodostuvan tyhjön menetelmällä. Tarkemmin 25 sanottuna täyteaine tai esimuotti 31, joka voi olla jotain : alempana yksityiskohtaisemmin selitettyä sopivaa ainetta, sijoitetaan toisen aineen, esimerkiksi keraamimatriisi-komposiittikappaleen 29 viereen läpäisemättömään säiliöön 32, joka voi sisältää sulaa matriisimetallia 33 ja 30 reaktiivista atmosfääriä. Täyteaine 31 voidaan esimerkiksi saattaa kosketukseen reaktiivisen atmosfäärin kanssa ‘ (esim. sen atmosfäärin kanssa jota on täyteaineen tai esimuotin huokosissa) riittävän pitkäksi ajaksi, niin että mahdollistetaan reaktiivisen atmosfäärin tunkeutuminen 35 joko osittain tai oleellisesti täydellisesti läpäisemättömässä säiliössä 32 olevaan täyteaineeseen 31. Matriisime-talli 33, joko sulassa muodossa tai kiinteässä valannemuo- 26 91612 dossa, sijoitetaan sitten koskettamaan täyteainetta 31. Kuten alla yksityiskohtaisemmin selitetään edullisessa suoritusmuodossa, voidaan järjestää ulkoinen sulku tai sulkemisväline 34 esimerkiksi sulan matriisimetallin pin-5 nalle eristämään reaktiivinen atmosfääri ympäröivästä atmosfääristä 37. Sulkemisväline, joko sisäinen tai ulkoinen, voi toimia tai olla toimimatta sulkemisvälineenä huonelämpötilassa, mutta sen tulisi toimia sulkemisvälineenä prosessin oloissa (esim. matriisimetallin sulamis-10 pisteessä tai sen yläpuolella). Kokoonpano 30 sijoitetaan sen jälkeen uuniin, joka on joko huonelämpötilassa tai joka on esilämmitetty likimain prosessilämpötilaan. Näissä prosessin oloissa uuni toimii lämpötilassa, joka on matriisimetallin sulamispisteen yläpuolella, niin että 15 sallitaan sulan matriisimetallin tunkeutuminen täyteainee seen tai esimuottiin, ja koskettamaan ainakin osaa mainitusta ainakin yhdestä toisesta aineesta, sisäisesti muodostuvan tyhjön avulla.
20 Kuvioon 2 viitaten esitetään yksinkertaistettu vuokaavio esillä olevan keksinnön menetelmän prosessivaiheiden suorittamiseksi. Vaiheessa 1 voidaan valmistaa tai muutoin järjestää sopiva läpäisemätön säiliö, jolla on sopivat ominaisuudet, joita yksityiskohtaisemmin selitetään alla.
25 Esimerkiksi yksinkertainen päästä avoin (esim. ruostumatonta terästä oleva) terässylinteri sopii muotiksi. Teräs-säiliö voidaan sitten valinnaisesti vuorata GRAFOIL(R) -grafiittinauhalla (GRAFOIL(R) on Union Carbide:n rekisteröity tavaramerkki) säiliössä muodostettavan makrokom-30 posiittikappaleen irrottamisen helpottamiseksi. Kuten alla yksityiskohtaisemmin selitetään, voidaan makrokomposiit-tikappaleen säiliöstä tai muotista irrottamisen helpottamiseksi käyttää myös muita aineita, kuten B2O3, jota pölytetään säiliöön, tai tinaa, jota lisätään matriisime-35 talliin. Säiliöön voidaan sitten asettaa haluttu määrä sopivaa täyteainetta tai esimuottia, joka valinnaisesti ainakin osaksi voidaan peittää toisella kerroksella GRA-
II
27 91612 FOIL(R) -nauhaa. Tämä grafiittinauhakerros helpottaa me-tallimatriisi-komposiittikappaleen irrottamista mahdollisesti matriisimetallin jäännöksestä, jota on olemassa täyteaineeseen tunkeutumisen jälkeen.
5
Sitten voidaan säiliöön kaataa jokin määrä sulaa mat-riisimetallia, esim. alumiinia, pronssia, kuparia, valurautaa, magnesiumia, jne. Säiliö voi olla huonelämpötilassa tai se voidaan esilämmittää johonkin sopivaan lämpötilaan.
10 Lisäksi voitaisiin matriisimetallia alunperin järjestää kiinteinä matriisimetallin valanteina ja sitten kuumentaa valanteiden sulattamiseksi. Sitten voidaan muodostaa sopivaa sulkemisvälinettä (jota alla selitetään yksityiskohtaisemmin), joka valitaan ryhmästä joka käsittää ulkoiset 15 sulkemisvälineet ja sisäiset sulkemisvälineet. Jos esimerkiksi haluttaisiin muodostaa ulkoinen sulku, voitaisiin ulkoista sulkemisvälinettä kuten lasipanos (esim. B2O3) levittää säiliössä olevan sulan matriisimetallin altaan pinnalle. Sen jälkeen lasipanos sulaa, peittäen tyypilli-20 sesti altaan pinnan, mutta kuten alla yksityiskohtaisemmin selitetään, täydellistä peittämistä ei vaadita. Sen jälkeen kun sula matriisimetalli on saatettu koskettamaan täyteainetta tai esimuottia ja kun matriisimetalli ja/tai täyteaine on tarvittaessa eristetty ulkoisella sulkemis-25 välineellä ympäröivästä atmosfääristä, säiliö asetetaan * sopivaan uuniin, joka on voitu esilämmittää prosessin lämpötilaan, riittävän pitkäksi ajaksi niin että tunkeutuminen voi tapahtua. Uunin prosessilämpötila voi olla erilainen eri matriisimetalleilla (esimerkiksi noin 950 °C 30 on toivottava joillekin alumiiniseoksille ja noin 1100 °C .. joillekin pronssiseoksille). Sopiva prosessilämpötila voi ” vaihdella riippuen matriisimetallin sulamispisteestä ja muista ominaisuuksista, samoinkuin reaktiojärjestelmän ja sulkemiavälineen osatekijöiden ominaisuuksista. Sopivan 35 ajan jälkeen uunin lämpötilassa syntyy tyhjö (jota yksityiskohtaisemmin selitetään alla) täyteaineeseen tai esi-muottiin, jolloin sula matriisimetalli voi tunkeutua »· i 28 91612 täyteaineeseen tai esimuottiin ja koskettamaan ainakin osaa mainitusta ainakin yhdestä toisesta aineesta. Säiliö voidaan sitten poistaa uunista ja jäähdyttää, esimerkiksi asettamalla se jäähdytyslevylle matriisimetallin suuntau-5 tunutta kiinteytymistä varten. Makrokomposiittikappale voidaan sitten poistaa jollakin sopivalla tavalla säiliöstä.
Ymmärretään, että edellä olevat kuvioiden 1 ja 2 selitykset 10 on esitetty yksinomaan esillä olevan keksinnön merkittävimpien piirteiden valaisemiseksi. Prosessin muita yksityiskohtia ja prosessissa mahdollisesti käytettävien aineiden ominaisuuksia selitetään alla.
15 Haluamatta sitoutua mihinkään määrättyyn teoriaan tai selitykseen, uskotaan, että kun sopiva matriisimetalli, tyypillisesti sulassa tilassa, koskettaa sopivaa täyteainetta tai esimuottia, joka sijaitsee lähellä ainakin yhtä toista ainetta tai on kosketuksessa siihen, sopivan 20 reaktiivisen atmosfäärin läsnäollessa läpäisemättömässä säiliössä, niin saattaa reaktiivisen atmosfäärin ja sulan matriisimetallin ja/tai täyteaineen tai esimuotin ja/tai läpäisemättömän säiliön välillä esiintyä reaktio, joka johtaa reaktiotuotteeseen (ts. kiinteään, nestemäiseen tai 25 höyryyn), joka täyttää pienemmän tilavuuden kuin reagoivien osatekijöiden alkuperäinen tilavuus. Kun reaktiivinen atmosfääri eristetään ympäröivästä atmosfääristä saattaa läpäisevässä täyteaineessa tai esimuotissa syntyä tyhjö, joka imee sulaa matriisimetallia täyteaineen tyhjiin 30 tiloihin. Lisäksi tyhjön muodostuminen voi edistää kostut tamista. Reaktiivisen atmosfäärin ja sulan matriisimetallin ja/tai täyteaineen tai esimuotin ja/tai läpäisemättömän säiliön välillä jatkuva reaktio voi johtaa siihen, että matriisimetalli tunkeutuu täyteaineeseen tai esimuottiin 35 kun muodotuu lisää tyhjöä. Reaktio voi jatkua niin kauan että sula matriisimetalli voi tunkeutua, joko osittain tai oleellisesti täydellisesti täyteaineen tai esimuotin mas- 29 91612 saan. Täyteaineen tai esimuotin massan tulisi olla riittävän läpäisevää, niin että reaktiivinen atmosfääri voi tunkeutua, ainakin osittain, täyteaineen tai esimuotin massaan. Lisäksi, makrokomposiittikappaleen muodostami-5 seksi, sulan matriisimetallin tulisi tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin niin paljon, että sula matriisimetalli koskettaa ainakin osaa mainitusta ainakin yhdestä toisesta aineesta.
10 Tässä patenttihakemuksessa selitetään erilaisia matriisi- metalleja, jotka metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisen jossakin vaiheessa saatetaan koskettamaan reaktiivista atmosfääriä. Siten eri yhteyksissä voidaan viitata määrättyihin matriisimetallin/reaktiivisen atmos-15 fäärin yhdistelmiin eli järjestelmiin, joilla esiintyy sisäisen tyhjön muodostumista. Tarkemmin sanottuna on sisäisen tyhjön muodostumista havaittu alumiini/ilma-jär-jestelmässä; alumiini/happi-järjestelmässä; alumiini/ typpi-järjestelmässä; pronssi/ilma-järjestelmässä; prons-20 si/typpi-järjestelmässä; kupari/ilma-järjestelmässä; ku- pari/typpi-järjestelmässä; ja valurauta/ilma-järjestelmässä. Ymmärretään kuitenkin, että myös muut matriisimetallin/reaktiivisen atmosfäärin järjestelmät kuin tässä patenttihakemuksessa erikseen mainitut voivat käyttäytyä 25 samalla tavalla.
Esillä olevan keksinnön sisäisesti muodostuvan tyhjön menetelmän käyttämiseksi reaktiivisen atmosfäärin on oltava fyysisesti eristettynä ympäröivästä atmosfääristä, 30 niin että reaktiivisen atmosfäärin tunkeutumisen aikana esiintyvä alempi paine ei häiriinny merkittävästi jostain * kaasusta, jota kulkee ympäröivästä atmosfääristä. Lä päisemättömällä säiliöllä, jota voidaan käyttää esillä olevassa keksinnössä, voi olla mikä tahansa koko, muoto 35 ja/tai koostumus, joka voi reagoida tai olla reagoimatta matriisimetallin ja/tai reaktiivisen atmosfäärin kanssa, . ja joka ei läpäise ympäröivää atmosfääriä prosessin 30 91612 oloissa. Erityisesti voi läpäisemätön säilö käsittää mitä tahansa ainetta (esim keraami, metalli, lasi, polymeeri, jne), joka kestää prosessin oloissa niin että se säilyttää kokonsa ja muotonsa ja estää tai riittävästi haittaa 5 ympäröivän atmosfäärin kulkeutumista säiliön läpi. Käyttämällä säiliötä, joka on riittävät läpäisemätön, niin ettei se läpäise atmosfääriä, voidaan säiliöön kehittää sisäisesti muodostuva tyhjö. Lisäksi, riippuen kulloinkin käytetystä reaktiojärjestelmästä, voidaan käyttää lä-10 päisemätöntä säiliötä, joka ainakin osittain on reaktiivinen reaktiivisen atmosfäärin ja/tai matriisimetallin ja/tai täyteaineen kanssa, muodostamaan tai avustamaan sisäisesti muodostuvan tyhjön muodostamisessa säiliöön.
15 Sopivan läpäisemättömän säiliön ominaisuuksina on huokosten, halkeamien tai pelkistyvien oksidien puuttuminen, jotka saattaisivat haitallisesti vaikuttaa sisäisesti muodostuva tyhjön kehittymiseen tai sen ylläpitämiseen. Siten ymmäretään, että läpäisemättömien säiliöiden muodos-20 tamiseksi voidaan käyttää monia aineita. Esimerkiksi voidaan käyttää valettua alumiinioksidia tai piikarbidia, samoin kuin metalleja, joilla on rajallinen tai alhainen liukenevuus matriisimetalliin, esim. ruostumaton teräs alumiinia, kuparia tai pronssia olevia matriisimetalleja 25 varten.
Lisäksi muutoin sopimattomat aineet, kuten huokoiset aineet (esim. keraamikappaleet), voidaan saada läpäisemättömiksi muodostamalla sopiva päällyste ainakin niiden pinnan 30 osalle. Sellaiset läpäisemättömät päällysteet voivat olla jotain ainetta suuresta määrästä lasitteita ja geelejä, jotka ovat sopivia sidottaviksi sellaisiin aineisiin ja sulkemaan sellaisia huokoisia aineita. Lisäksi voi sopiva läpäisemätön päällyste voi olla nestemuotoinen prosessin 35 lämpötilassa, jolloin päällysteaineen tulisi olla riittävän pysyvää, niin että se pysyisi läpäisemättömänä sisäisesti muodostuvan tyhjön alaisena, esimerkiksi kiinnitty- 31 91612 mällä viskoosisesti säiliöön tai täyteaineeseen tai esi-muottiin. Sopivat päällysteaineet sisältävät lasimaisia aineita (esim. B2O3), klorideja, karbonaatteja, jne, edellyttäen että täyteaineen tai esimuotin huokoskoko on 5 riittävän pieni, jotta päällyste tehokkaasti voi sulkea huokoset muodostaen läpäisemättömän päällysteen.
Esillä olevan keksinnön menetelmässä käytetty matriisime-talli voi olla mitä tahansa matriis imet allia, joka proses-10 sin oloissa sulatettuna tunkeutuu täyteaineeseen tai esimuottiin, täyteaineeseen muodostuvan tyhjön alaisena. Matriisimetalli voi esimerkiksi olla jotain metallia, tai metallin osatekijää, joka reagoi reaktiivisen atmosfäärin kanssa prosessin oloissa, joko osittain tai oleellisesti 15 kokonaan, saattaen siten sulan matriisimetallin tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin johtuen ainakin osaksi siinä muodostuvasta tyhjöstä. Lisäksi, riippuen käytetystä järjestelmästä, matriisimetalli voi olla osittain tai oleellisesti kokonaan ei-reaktiivista reaktiivisen atmos-20 fäärin kanssa, ja tyhjö voi muodostua reaktiivisen atmosfäärin reagoidessa, valinnaisesti, reaktiojärjestelmän yhden tai useamman muun osatekijän kanssa, mahdollistaen siten matriisimetallin tunkeutumisen täyteaineeseen.
25 Edullisessa suoritusmuodossa roatriisimetalliin voidaan : seostaa kostutuksen edistäjää edistämään matriisimetallin kostutuskykyä, jolloin esimerkiksi helpotetaan sidoksen muodostumista matriisimetallin ja täyteaineen välillä, jolloin muodostuneen metallimatriisikomposiitin huokoi-30 suus pienenee, tai vähennetään tunkeutumisen loppuun saattamiseksi tarvittavaa aikaa, jne. Lisäksi kostutuksen * edistäjää sisältävä aine voi myös toimia sulun edistäjänä, kuten alla selitetään, edistäen reaktiivisen atmosfäärin eristämistä ympäröivästä atmosfääristä. Edelleen toisessa 35 edullisessa suoritusmuodossa kostutuksen edistäjää voidaan sisällyttää suoraan täyteaineeseen sen sijasta, että sitä . seostettaisiin matriisimetalliin. Kostutuksen edistäjä voi 32 91612 myös helpottaa matriisimetallin mainitun ainakin yhden toisen aineen kostuttamista, sallien siten vahvemman ja kiinteämmän makrokomposiittikappaleen tuottamisen.
5 Siten täyteaineen kostuttaminen matriisimetallilla voi edistää tuloksena olevan metallimatriisi-komposiittikap-paleen ominaisuuksia (esim. vetolujuus, kulutuksen kestävyys, jne). Lisäksi täyteaineen kostuttaminen sulalla matriisimetallilla voi mahdollistaa täyteaineen tasaisen 10 jakautumisen muodostuneeseen metallimatriisiin ja parantaa täyteaineen sitoutumista matriisimetalliin. Käyttökeploi-sia kostutuksen edistäjiä alumiini-matriisimetallille ovat mm. magnesium, vismutti, lyijy, tina, jne, ja pronssille ja kuparille mm. seleeni, telluuri, rikki, jne. Lisäksi, 15 kuten edellä mainittiin, matriisimetalliin ja/tai täyteaineeseen voidaan lisätä ainakin yhtä kostutuksen edistäjää muodostamaan tuloksena olevan metallimatriisi-komposiit-tikappaleen haluttuja ominaisuuksia.
20 Lisäksi voidaan käyttää matriisimetallin varastosäiliötä varmistamaan matriisimetallin täydellinen tunkeutuminen täyteaineeseen ja/tai syöttää toista metallia, jonka koostumus poikkeaa ensimmäisestä matriisimetallin lähteestä. Erityisesti voi joissakin tapauksissa olla toivottavaa 25 käyttää varastosäiliössä matriisimetallia, jonka koostumus poikkeaa ensimmäisestä matriisimetallin lähteestä. Jos esimerkiksi ensimmäisenä matriisimetallin lähteenä käytetään alumiiniseosta, niin varastosäiliön metallina voitaisiin käyttää lähes mitä tahansa muuta metallia tai 30 metallisoeosta, joka on sulaa prosessin lämpötilassa. Sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toisiinsa, joka johtaisi varastosäiliömetallin sekoittumiseen ensimmäisen matriisimetallin lähteeseen, kunhan sekoittumiseen annetaan riittävä aika. Käyttämällä siten varastosäiliömetal-35 lia, jonka koostumus poikkeaa ensimmäisestä matriisimetallin lähteestä, voidaa sovittaa matriisimetallin ominaisuuksia vastaamaan erilaisia toimintavaatimuksia ja siten
II
33 91612 sovittaa metallimatriisi-komposiittikappaleen ominaisuuksia.
Reaktiojärjestelmään kohdistuva lämpötila (esim. proses-5 silämpötila) voi vaihdella käytetystä matriisimetallista, täyteaineesta tai esimuotista, toisista aineista ja reaktiivisesta atmosfääristä riippuen. Esimerkiksi alumiini-matriisimetallilla esillä oleva sisäisesti muodostuva tyhjöprosessi yleensä toimii lämpötilassa, joka on ainakin 10 noin 700 °C ja edullisesti noin 850 °C tai yli. Yli 1000 °C lämpötiloja ei yleensä tarvita, ja erityisen käyttökelpoinen alue on välillä 850 - 1000 °C. Pronssi- tai kupari-matriisimetallilla käyttökelpoiset lämpötilat ovat noin 1050 - 1125 °C, ja valuraudalle sopivat lämpötilat 15 noin 1250 - 1400 °C. Yleensä voidaan käyttää lämpötiloja, jotka ovat matriisimetallin sulamispisteen yläpuolella, mutta sen höyrystymispisteen alapuolella.
Metallimatriisin koostumusta ja/tai mikrostruktuuria voi-20 daan sovittaa makrokomposiittikappaleen metallimatriisi- komposiittiosan muodostumisen aikana toivottujen ominaisuuksien muodostamiseksi tuloksena olevalle makrokom-posiittikappaleelle. Annetussa järjestelmässä voidaan esimerkiksi valita prosessin olot niin, että säädetään 25 esimerkiksi metallien välisten yhdisteiden, oksidien, : nitridien, jne. muodostumista. Metallimatriisin koostumuk sen säätämisen lisäksi voidaan muuttaa metallimatriisikom-posiittiosan muita fysikaalisia ominaisuuksia, esim. huokoisuutta, säätämällä metallimatriisikomposiittiosan 30 jäähtymisnopeutta. Joissakin tapauksissa saattaa olla toivottavaa, että metallimatriisikomposiittiosa saatetaan * kiinteytymään suuntautuvasta, sijoittamalla esimerkiksi muodostuneen metallimatriisi-komposiittikappaleen sisältävä säiliö jäähdytyslevylle ja/tai selektiivisesti si-35 joittamalla eristävää ainetta säiliön ympärille. Lisäksi voidaan muodostuneen metallimatriisikomposiittiosan ja . makrokomposiittikappaleen muita ominaisuuksia (esim. ve- 34 91612 tolujuutta) säätää käyttämällä lämpökäsittelyä (esim. tavanomaista lämpökäsittelyä, joka vastaa oleellisesti pelkän, tai osittain tai oleellisesti muunnetun matriisime-tallin lämpökäsittelyä). Näitä menetelmiä makrokomposiit-5 tikappaleen metallimatriisikomposiittiosan ominaisuuksien muuntamiseksi voidaan käyttää lopullisen makrokomposiit-tikappaleen ominaisuuksien muuttamiseksi tai muuntamiseksi, niin että se vastaa määrättyjä teollisia vaatimuksia.
10 Esillä olevan keksinnön menetelmässä käytetyissä olosuhteissa täyteaineen tai esimuotin massan, joka sijaitsee lähellä ainakin yhtä toista ainetta tai koskettaa sitä, tulisi olla riittävän läpäisevää, niin että se sallii reaktiivisen atmosfäärin läpäisemisen tai tunkeutumisen 15 täyteaineeseen tai esimuottiin prosessin jossakin vaiheessa ennen ympäröivän atmosfäärin eristämistä reaktiivisesta atmosfääristä. Järjestämällä sopivaa täyteainetta, reaktiivinen atmosfääri reagoida joko osittain tai oleellisesti täydellisesti koskettaessaa sulaa matriisimetalli ja/tai 20 täyteainetta ja/tai läpäisemätöntä säiliötä, johtaen siten tyhjön muodostumiseen joka imee sulaa matriisimetallia täyteaineeseen ja koskettamaan ainakin osaa mainitusta ainakin yhdestä toisesta aineesta. Lisäksi reaktiivisen atmosfäärin jakautumisen täyteaineeseen ei tarvitse olla 25 oleellisesti tasaista, mutta kuitenkin reaktiivisen atmosfäärin oleellisesti tasainen jakautuminen saattaa edistää toivotun metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumista.
30 Keksinnöllistän metallimatriisi-komposiittikappaleen muo-dostamismenetelmää voidaan soveltaa moniin erilaisiin täyteaineisiin, ja aineiden valinta riippuu pääasiassa sellaisista tekijöistä, kuten matriisimetallista, mainitusta ainakin yhdestä toisesta aineesta, prosessin olosuh-35 teista, sulan matriisimetallin reaktiivisuudesta reaktiivisen atmosfäärin kanssa, täyteaineen reaktiivisuudesta reaktiivisen atmosfäärin kanssa, sulan matriisimetallin
II
35 91612 reaktiivisuudesta läpäisemättömän säiliön kanssa, sekä valmiin makrokomposiittituotteen metallimatriisi-kom-posiittiosalle haetuista ominaisuuksista. Kun esimerkiksi matriisimetalli käsittää alumiinia, sopivia täyteaineita 5 ovat mm, a) oksidit (esim. alumiinioksidi); b) karbidit (esim. piikarbidi); c) nitridit (esim. titaaninitridi). Jos täyteaine pyrkii reagoimaan haitallisesti sulan mat-riisimetallin kanssa, niin sellainen reaktio voidaan ottaa huomioon minimoimalla tunkeutumisaika ja lämpötila, tai 10 järjestämällä reagoimaton päällystys täyteaineelle. Täyteaine voi käsittää alustan, kuten hiiltä tai muuta ei-keraamista ainetta, jolla on keraamipäällystys alustan suojäämiseksi syöpymiseltä tai hajoamiselta. Sopivia keraamisia päällystyksiä ovat mm. oksidit, karbidit ja 15 nitridit. Esillä olevassa menetelmässä edullisina pidetyt keraamit sisältävät alumiinioksidin ja piikarbidin hiukkasten, hiutaleiden, kuitukiteiden ja kuitujen muodossa. Kuidut voivat olla epäjatkuvia (katkaistusa muodossa) tai jatkuvien lankojen muodossa, kuten monilankaisena köytenä.
20 Lisäksi täyteaineen tai esimuotin koostumus ja/tai muoto voi olla homogeeninen tai heterogeeninen.
Täyteaineen koko ja muoto voi olla mikä tahansa, jota voidaan vaatia valmiin makrokomposiittituotteen metalli-25 matriisi-komposiittiosalta toivottujen ominaisuuksien ai-*' kaansaamiseksi. Siten aine voi olla hiukkasten, hiutalei den, kuitukiteiden ja kuitujen muodossa, koska täyteaineen muoto ei rajoita tunkeutumista. Muut muodot kuten kuulat, pienet putket, pelletit, tulenkestävä kuitukangas, ja 30 vastaavat ovat käyttökelpoisia. Lisäksi aineen koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka täydellisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi pienempien hiukkasten massaan saatetaan tarvita korkeampi lämpötila tai pidempi aika kuin suurempien hiukkasten massaan. Keskimääräiset täyteaineen koot 35 alueella alle 24 grit ... yli noin 500 grit katsotaan edullisiksi useimpiin tekniisiin sovellutuksiin. Säätämällä täyteaineen tai esimuotin läpäisevän massan kokoa (esim.
• · « 36 91612 hiukkasten halkaisijaa jne), voidaan lisäksi sovittaa valmiin makrokomposiittituotteen muodostuneen metallimat-riisikomposiittiosan fyysiset ja/tai mekaaniset ominaisuudet vastaamaan rajatonta määrää teollisia sovellutuksia.
5 Edelleen, käyttämällä täyteainetta, jonka hiukkaskoko vaihtelee, voidaan saavuttaa täyteaineen suurempi tiheys makrokomposiittikappaleen metallimatriisi-komposiittiosan säätämiseksi. On myös mahdollista haluttaessa aikaansaada pienempiä hiukkastiheyksiä sekoittamalla täyteainetta 10 (esim. ravistamalla säiliössä) tunkeutumisen aikana ja/tai sekoittamalla jauhemaista matriisimetallia täyteaineeseen ennen tunkeutumista.
Esillä olevan keksinnön menetelmässä käytetty reaktiivinen 15 atmosfääri voi olla mikä tahansa atmosfääri, joka reagoi ainakin osittain tai oleellisesti täydellisesti sulan matriisimetallin ja/tai täyteaineen ja/tai läpäisemättömän säiliön kanssa muodostaen reaktiotuotetta, jonka ottama tilavuus on pienempi kuin atmosfäärin ja/tai reaktiokom-20 ponenttien ottama tilavuus ennen reaktiota. Tarkemmin sanoen reaktiivinen atmosfääri sulaa matriisimetallia ja/tai täyteainetta ja/tai läpäisemätöntä säiliötä kosket-taessaan voi reagoida reaktiojärjestelmän yhden tai useamman osatekijän kanssa muodostaen kiinteän, nestemäisen tai 25 höyryfaasissa olevan reaktiotuotteen, jonka ottama tilavuus on pienempi kuin erillisten osatekijöiden yhteinen tilavuus, aiheuttaen siten ontelon tai tyhjön, joka edistää sulan matriisimetallin imemistä täyteaineeseen tai esi-muottiin. Reaktiivisen atmosfäärin ja matriisimetallin 30 ja/tai täyteaineen ja/tai läpäisemättömän säilön välinen reaktio voi jatkua riittävän kauan, niin että matriisime-talli ainakin osittain tai oleellisesti täydellisesti voi tunkeutua täyteaineeseen. Sulan matriisimetallin tulisi kuitenkin tunkeutua täyteaineeseen tai esimuottiin niin 35 paljon, että sula matriisimetalli koskettaa ainakin osaa mainitusta ainakin yhdestä toisesta aineesta, joka sijaitsee kosketuksessa täyteaineeseen tai esimuottiin tai sen n 37 91612 lähellä. Kun esimerkiksi ilmaa käytetään reaktiivisena atmosfäärinä, matriisimetallin (esim. alumiini) ja ilman välinen reaktio voi johtaa reaktiotuotteiden (esim. alumiinioksidi ja/tai alumiininitridi, jne) muodostumiseen.
5 Prosessin oloissa reaktiotuote (-tuotteet) pyrkivät ottamaan pienemmän tilavuuden kuin ilman kanssa reagoivan sulan alumiinin viemä kokonaistilavuus. Reaktion tuloksena muodostuu tyhjö, jolloin sula matriisimetalli saatetaan tunkeutumaan täyteaineeseen tai esimuottiin. Riippuen 10 käytetystä järjestelmästä voi täyteaine ja/tai läpäisemätön säiliö reagoida reaktiivisen atmosfäärin kanssa samalla tavalla tyhjöä muodostaen, joka siten edistää sulan matriisimetallin tunkeutumista täyteaineeseen. Sisäisesti muodostunut tyhjöreaktio voi jatkua riittävän kauan, niin 15 että se johtaa metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumiseen, joka sitoutuu ainakin yhteen toiseen aineeseen, makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi.
Lisäksi on havaittu, että sulku tai sulkemisväline tulisi 20 järjestää estämään tai rajoittamaan kaasun virtausta ympäröivästä atmosfääristä täyteaineeseen tai esimuottiin (esim. estämään ympäröivän atmosfäärin virtaus reaktiiviseen atmosfääriin). Viitaten jälleen kuvioon 1, reaktiivinen atmosfääri läpäisemättömässä säiliössä 32 ja täyte-25 aineessa 31 tulisi eristää riittävästi ympäröivästä atmosfääristä 37, niin että kun reaktio reaktiivisen atmosfäärin ja sulan matriisimetallin 33 ja/tai täyteaineen tai esimuotin 33 ja/tai läpäisemättömän säiliön 32 välillä etenee, muodostetaan ja ylläpidetään paine-ero reaktiivi-30 sen atmosfäärin ja ympäröivän atmosfäärin välillä, kunnes toivottu tunkeutuminen on saavutettu. Ymmärretään että reaktiivisen ja ympäröivän atmosfäärin välisen eristyksen ei tavitse olla täydellinen, vaan pelkästään "riittävä”, niin että on olemassa nettopaine-ero (esim. voisi esiintyä 35 höyryfaasin virtausta ympäröivästä atmosfääristä reaktiiviseen atmosfääriin, kunhan virtausmäärä on pienempi kuin se, joka välittömästi tarvittaisiin korvaamaan reaktiivis- • · 38 91612 ta atmosfääriä). Kuten edellä selitettiin, osa ympäröivän atmosfäärin ja reaktiivisen atmosfäärin välisestä tarvittavasta eristyksestä aikaansaadaan säiliön 32 läpäisemät-tömyydellä. Koska useimmat matriisimetallit myös ovat 5 riittävästi läpäisemättömiä ympäröivän atmosfäärin suhteen, niin sulan matriisimetallin allas 33 aikaansaa välttämättömän eristyksen toisen osan. On kuitenkin tärkeätä havaita, että läpäisemättömän säiliön 32 ja matriisimetallin välinen rajapinta voi muodostaa vuotoreitin 10 ympäröivän ja reaktiivisen atmosfäärin välille. Vastaavasti tulisi järjestää sulku, joka riittävästi rajoittaa tai estää sellaisen vuodon.
Sopivat sulut tai sulkemisvälineet voidaan luokitella 15 mekaanisiksi, fysikaalisiksi tai kemiallisiksi, ja ne kaikki voidaan lisäksi luokitella ulkoisiksi tai sisäisiksi. "Ulkoisella" tarkoitetaan sitä, että sulkemisvaikutus syntyy sulasta matriisimetallista riippumattomasti, tai sulan matriisimetallin mahdollisesti tuottaman sulkemis-20 vaikutuksen lisäksi (esim. aineella, jota lisätään reaktio järjestelmän muihin alkuaineisiin); "sisäisellä " tarkoitetaan sitä, että sulkemisvaikutus syntyy pelkästään matriisimetallin yhden tai useamman ominaisuuden perusteella (esimerkiksi matriisimetallin kyvystä kostuttaa 25 läpäisemätön säiliö). Sisäinen mekaaninen sulku voidaan muodostaa yksinkertaisesti järjestämällä riittävän syvä sulan matriisimetallin allas, tai upottamalla täyteaine tai esimuotti, kuten edellä mainituissa US-patenteissa 3,364,976 ja 3,396,777 ja patenteissa joihin niissä 30 viitataan.
On kuitenkin havaittu, että esimerkiksi US-patentissa 3,396,777 esitetyt sisäiset sulut ovat tehottomia monissa eri sovellutuksissa, ja ne voivat vaatia erittäin suuria 35 määriä sulaa matriisimetallia. Esillä olevan keksinnön mukaisesti on havaittu, että ulkoiset sulut ja sisäisten sulkujen fysikaaliset ja kemialliset luokat poistavat nämä
II
39 91612 sisäisen mekaaniset sulun haitat. Ulkoisen sulun edullisessa suoritusmuodossa sulkemisväline voidaan levittää ulkoisesti matriisimetallin pinnalle kiinteän tai nestemäisen aineen muodossa, joka prosessin oloissa voi olla 5 oleellisesti ei-reagoivaa matriisimetallin kanssa. On havaittu, että sellainen ulkoinen sulku estää, tai ainakin riittävästi rajoittaa, höyryfaasissa olevien tekijöiden siirtymisen ympäröivästä atmosfääristä reaktiiviseen atmosfääriin. Ulkoisena fysikaalisena sulkuna käytettävät 10 sopivat aineet voivat olla joko kiinteitä aineita tai nesteitä, mukaanlukien lasit (esim. boori- tai piilasit, B2O3, sulat oksidit, jne) tai jotain muuta ainetta (aineita), joka riittävästi rajoittaa ympäröivän atmosfäärin siirtymistä reaktiiviseen atmosfääriin prosessin 15 oloissa.
Ulkoinen mekaaninen sulku voidaan muodostaa esitasoitta-malla tai esikiillottamalla tai muulla tavalla muokkaamalla läpäisemättömän säiliön sisäpintaa, joka on kosketuksessa 20 matriisimetallin altaaseen, niin että kaasun siirtyminen ympäröivän atmosfäärin ja reaktiivisen atmosfäärin välillä on riittävästi estetty. Lasitukset ja sellaiset päällystykset kuin B2O3, jotka voidaan levittää säiliölle sen tekemiseksi läpäisemättömäksi, voivat myös aikaansaada 25 sopivan sulun.
Ulkoinen kemiallinen sulku voitaisiin järjestää sijoittamalla sulan matriisimetallin pinnalle ainetta, joka voi reagoida esimerkiksi läpäisemättömän säiliön kanssa. Reak-30 tiotuote voisi käsittää metallien välisen yhdisteen, oksidin, karbidin, jne.
Sisäisen fysikaalisen sulun edullisessa suoritusmuodossa matriisimetalli voi reagoida ympäröivän atmosfäärin kanssa 35 muodostaen sulun tai sulkemisvälineen, jonka koostumus poikkeaa matriisimetallin koostumuksesta. Esimerkiksi matriisimetallin reagoidessa ympäröivän atmosfäärin kanssa 40 91612 voi muodostua reaktiotuotetta (esim. MgO ja/tai magnesiuma-luminaattispinelli tapauksessa, jossa AL-Mg-seos reagoi ilman kanssa; tai kuparioksidi tapauksessa, jossa pronssi ragoi ilman kanssa), joka voi sulkea reaktiivisen atmos-5 fäärin ympäröivästä atmosfääristä. Sisäisen fysikaalisen sulun toisessa suoritusmuodossa voidaan matriisimetalliin lisätä sulun edistäjää edistämään sulun muodostumista matriisimetallin ja ympäröivän atmosfäärin reagoidessa (esim. lisäämällä magnesiumia, vismuttia, lyijyä, jne 10 alumiinimatriisimetalleilla; tai lisäämällä seleeniä, tel-luuria, rikkiä, jne kupari- ja pronssimatriisimetalleil-la). Muodostettaessa sisäistä kemiallista sulkemisvälinet-tä matriisimetalli voi reagoida läpäisemättömän säiliön kanssa (esim. säiliön tai sen (sisäisen) päällystyksen 15 osittaisella liukenemisella tai muodostamalla reaktio-tuotetta tai metallien välisiä yhdisteitä jne, jotka voivat sulkea täyteaineen ympäröivästä atmosfääristä).
Ymmärretään lisäksi, että sulun tulisi voida mukautua 20 tilavuuden muutoksiin (ts. joko laajentuminen tai supistuminen) tai muihin muutoksiin reaktio järjestelmässä päästämättä ympäröivää atmosfääriä virtaamaan täyteaineeseen (esim. virtaamaan reaktiiviseen atmosfääriin). Erityisesti kun sula matriisimetalli tunkeutuu täyteaineen tai esi-25 muotin läpäisevään massaan, säiliössä olevan sulan matriisimetallin syvyys voi pyrkiä pienenemään. Sellaiseen järjestelmään soveltuvien sulkemisvälineiden tulisi olla riittävän mukautuvia, niin että ne estävät kaasun siirtymisen ympäröivästä atmosfääristä täyteaineeseen sulan 30 matriisimetallin pinnan laskiessa säiliössä.
Esillä olevan keksinnön määrätyissä sovellutuksissa mak-rokomposiittikappaleen muodostamisessa käytetty ainakin yksi toinen aine voi ulottua sulan matriisimetalliseoksen 35 pinnan yläpuolelle sen jäkeen kun matriisimetalliseos on sijoitettu läpäisemättömään säiliöön. Tässä tilanteessa sulan matriisimetallin tulisi myös muodostaa sulku toisen
II
41 91612 aineen kanssa sulan matriisimetallin, toisen aineen ja ympäröivän atmosfäärin rajapinnassa. Edellä oleva selitys, joka liittyy sulan matriisimetallin ja läpäisemättömän säiliön väliseen sulkuun, pätee myös sulan matriisimetallin 5 ja toisen aineen väliseen sulkuun, kun sellainen sulku on tarpeellinen.
Estoainetta voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä. Tämän keksinnön menetelmän yhteydessä mahdol-10 lisesti käytettävä estoväline voi olla jokin sopiva väline, joka vuorovaikuttaa, rajoittaa, estää tai lopettaa sulan matriisimetallin siirtymisen, liikkeen tai vastaavan täyteaineen määrätyn rajapinnan yli. Sopivat estovälineet voivat olla jotain ainetta, yhdistettä, alkuainetta, 15 koostumusta tai vastaavaa, joka tämän keksinnön prosessin olosuhteissa ylläpitää jonkinasteisen eheyden eikä ole haihtuvaa ja joka pystyy paikallisesti rajoittamaan, pysäyttämään, vuorovaikuttamaan, estämään tai vastaavaa, jatkuvan tunkeutumisen tai minkä tahansa muun tapaisen 20 liikkeen täyteaineen määritellyn rajapinnan yli. Estovä-lineitä voidaan käyttää sisäisesti tuotetun tyhjötunkeu-tumisen aikana tai sisäisesti tuotetun tunkeutumisen menetelmän yhteydessä käytetyssä mahdollisessa läpäisemättömässä säiliössä metallimatriisikomposiittien muodosta-25 miseksi, kuten alempana yksityiskohtaisemmin selitetään.
·' Nämä estovälineet helpottavat muotoiltujen makrokomposiit- tikappaleiden tuottamista.
Sopivat estovälineet sisältävät aineita, joita etenevä sula 30 matriisimetalli ei prosessin oloissa pysty kostuttamaan tai kostuttaa, kunhan estovälineen kostuttaminen ei etene “ oleellisesti estoaineen rajapinnan yli (ts. pintakostu- tus). Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan 35 matriisimetalliin, ja estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneistusta tai • · 42 91612 hiomista, jota voidaan tarvita valmiin makrokomposiitti-kappaleen tuottamiseksi.
Erityisen käyttökelpoisia estoaineita alumiinimatriisime-5 talleilla ovat ne, jotka sisältävät hiiltä, erityisesti hiilen kiteistä allotrooppista muotoa, joka tunnetaan grafiittina. Sula alumiiniseos ei oleellisesti pysty kostuttamaan grafiittia kuvatuissa prosessin oloissa. Erityisen edullinen grafiitti on grafiittinauhatuote GRA-10 FOIL(R), jonka ominaisuudet estävät sulan alumiiniseoksen etenemisen täyteaineen määritellyn rajapinnan yli. Tämä grafiittinauha kestää myös kuumuutta ja on kemiallisesti oleellisesti inerttiä. GRAFOIL(R)-grafiittinauha on taipuisaa, mukautuvaa, muotoiltavaa ja joustavaa, ja se 15 voidaan tehdä moniin eri muotoihin, niin että se sopii lähes mihin tahansa estoainesovellutukseen. Grafiitties-tovälineitä voidaan myös käyttää lietteen tai tahnan muodossa tai jopa maalikalvona täyteaineen tai esimuotin ympärillä ja rajapinnalla. GRAFOIL(R)-nauhaa pidetään 20 erityisen edullisena, koska se on taipuisan grafiittiarkin muodossa. Eräs tapa tämän paperia muistuttavan grafiit-tiarkkiaineen käyttämiseksi on GRAFOIL(R)-aineen kerroksen kääriminen täyteaineen tai esimuotin päälle. Vaihtoehtoisesti voidaan grafiittiarkkiaine muotoilla negatiiviseksi 25 muotiksi, jolla on metallimatriisi-komposiittikappaleelta toivottu muoto, ja tämä muotti voidaan sitten täyttää täyteaineella.
Estoaineena voi lisäksi määrätyissä tilanteissa toimia 30 hienoksi jauhettu hiukkasmainen aine, kuten 500 grit alumiinioksidi, kunhan hiukkasmaiseen estoaineeseen tunkeutuminen tapahtuu nopeudella, joka on pienempi kuin täyteaineseen tunkeutumisen nopeus.
35 Estoainetta voidaan levittää jollakin sopivalla tavalla, kuten peittämällä määritely rajapinta estovälineen kerroksella. Sellainen estovälineen kerros voidaan levittää
II
43 91612 maalaamalla, upottamalla, silkkipainamalla, höyrystämällä tai levittämällä muulla tavalla estovälinettä nesteen, lietteen tai tahnan muodossa, tai sputteroimalla höyrystyvää estovälinettä, tai yksinkertaisesti kerrostamalla 5 kiinteätä hiukkasmaista estovälinettä, tai levittämällä kiinteä ohut kalvo tai arkki estovälinettä määritellylle rajapinnalle. Kun estoväline on paikallaan, sisäisesti muodostunut tyhjötunkeutuminen oleellisesti päättyy tunkeutuvan matriisimetallin saavuttaessa määritellyn raja-10 pinnan ja koskettaessa estovälinettä.
Esillä oleva menetelmä makrokomposiittikappaleen metalli-matriisikomposiittiosan muodostamiseksi sisäisesti muodostuvan tyhjön menetelmällä, yhdessä estovälineen käyt-15 tämisen kanssa, aikaansaa merkittäviä etuja tekniikan tason suhteen. Erityisesti, käyttämällä esillä olevan keksinnön menetelmää voidaan tuottaa metallimatriisi-komposiitti-kappale tarvitsematta kallista tai monimutkaista prosessointia. Esillä olevan keksinnön eräässä suoritusmuodossa 20 läpäisemätön säiliö, joka voi olla kaupallisesti saatava tai erikseen sovitettu määrättyä tarvetta varten, voi sisältää halutun muotoisen täyteaineen tai esimuotin, joka sijaitsee ainakin yhden toisen aineen lähellä tai kosketuksessa siihen, reaktiivista atmosfääriä, ja estovälinet-25 tä matriisimetallin tunkeutumisen estämiseksi tuloksena • * olevan makrokomposiittikappaleen pinnan yli. Reaktiivisen atmosfäärin koskettaessa matriisimetallia, jota voidaan kaataa läpäisemättömään säiliöön, ja/tai täyteainetta, prosessin oloissa saattaa muodostua sisäisesti muodostuva 30 tyhjö, joka aiheuttaa sulan matriisimetallin tunkeutumisen täyteaineeseen ja lopulta koskettamaan ainakin osaa mainitusta ainakin yhdestä toisesta aineesta. Esillä olevalla menetelmällä voidaan välttää monimutkaiset käsittelyvaiheet, esim muottien koneistaminen monimutkaisiin muotoi-35 hin, sulan metallikylvyn ylläpitäminen, muodostuneiden kappaleiden poistaminen mutkikkaan muotoisista muoteista, jne. Lisäksi sulan matriisimetallin aiheuttama täyteaineen 44 91612 siirtyminen minimoidaan oleellisesti järjestämällä tukeva säiliö, jota ei upoteta metallin sulaan altaaseen.
Esillä olevan keksinnön erilaisia demonstraatioita on 5 liitetty tässä välittömästi seuraaviin esimerkkeihin. Näitä esimerkkejä pitäisi kuitenkin pitää havainnollistavina, eikä niitä saa käsittää keksinnön suoja-alaa rajoittavina, niinkuin se määritellään oheisissa patenttivaatimuksissa.
10
Esimerkki 1
Seuraava esimerkki havainnollistaa menetelmää keraamimat-riisikappaleen sitomiseksi ruostumatonta terästä olevaan 15 kappaleeseen käyttäen alumiini-metallimatriisikomposiit-tikerrosta.
Ruostumatonta terästä oleva sauva, jonka likimääräinen halkaisija oli 13 mm ja pituus 64 mm, sijoitettiin 20 pystyasennossa läpäisemättömään säiliöön, joka käsitti kaupallisesti saatavan alumiinioksidiupokkaan, jonka ul-kohalkaisija oli noin 38 mm ja korkeus noin 64 mm, niin että terässauvan toinen pää nojasi makrokomposiittikappa-leupokkaan pohjaan. Terässauvan ulkopinnan ja alumiiniok-25 sidiupokkaana sisäpinnan välinen rengastila täytettiin sitten likimain 19 mm paksulla kerroksella täyteainetta, joka käsitti 54 grit piikarbidihiukkasia. Terässauvan ulkopinta oli aiemmin päällystetty B203-jauheen ja veden liuoksella. B2O3-jauhe saatiin yhtiöstä Aesar Co, Seabrook, 30 NH. Eräs määrä kiinteätä matriisimetallia, joka käsitti alumiiniseosta, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksina oli noin 2,5 - 3,5 % Zn, 7,5 - 9,5 % Si, 3,0 - 4,0 % Cu, 0,2 - 0,3 % Mg, 0,8 - 1,5 % Fe, < 0,5 % Mn, < 0,35 % Sn, ja < 0,5 % Ni ja loput Ai, sijoitettiin läpäisemättömään 35 säiliöön, joka oli huonelämpötilassa, piikarbidi-täyteai-neen päälle. Läpäisemättömän säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun „ 91612 45 ilma-atmosfäärilaatikkouuniin, joka oli esikuumennettu noin 600 °C:een. Sitten uunin lämpötila nostettiin noin 900 °C:een noin 1,5 h jakson aikana, jonka aikana kiinteä matriisimetalliseos ruostumatonta terästä olevan sauvan ja 5 alumiinioksidiupokkaan välisessä rengastilassa suli, muodostaen noin 19 mm paksun kerroksen sulaa matriisimetal-liseosta. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulkua muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan alumiini-mat-10 riisimetallin pinnalle. Oltuaan noin 15 minuuttia noin 900 °C:ssa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. 15 Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin tunti lisää noin 900 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja sijoitettiin suoraan vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle matriisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kokoonpanon valmiin struktuurin analyysi osoitti, että 20 sula matriisimetalli oli tunkeutunut piikarbidi-täyteai- neeseen muodostaen metallimatriisikomposiitin joka oli sitoutunut sekä alumiinioksidiupokkaaseen että ruostumatonta terästä olevaan sauvaan, muodostaen siten kiinteän makrokomposiittikappaleen, jossa keraaminen kappale (alu-25 miinioksidiupokas) oli sitoutunut metallikappaleeseen (ruostumatonta terästä olevaan sauvaan) metallimatriisi-komposiitti-välikerroksella. Lisäksi jäljelle jääneen matriisimetallin kerros, joka ei ollut tunkeutunut piikarbidia olevaan täyteaineeseen, oli sitoutunut alumiinioksidiupok-30 kaaseen, metallimatriisikomposiitti-välikerrokseen ja te- . rässauvaan, kokoonpanon yläpinnalla.
Kuvio 3 on valokuva valmiin makrokomposiittikappaleen vaakaleikkauksesta, joka on muodostettu tässä esimerkissä. 35 Poikkileikkaus tehtiin jäljelle jääneen matriisimetallin kerroksen alapuolelta ja alumiinioksidiupokkaan pohjan yläpuolelta. Tässä poikkileikkauksessa nähdään ruostuma- i · 46 91612 tonta terästä oleva sauva (609f joka on sitoutunut alumiinioksidiupokkaaseen (62) metallimatriisikomposiit-ti-välikerroksen (64) välityksellä.
5 Esimerkki 2
Seuraava esimerkki havainnollistaa menetelmää, jolla muodostetaan makrokomposiittikappale joka käsittää keraami-matriisi-komposiittikappaleen sidottuna alumiini-metalli-10 matriisi-komposiittikappaleeseen. Tämä esimerkki havainnollistaa myös mekaanisen sitomisen käyttämistä yhdessä muiden sitomismekanismien kanssa.
Sylinterin muotoinen keraamimatriisi-komposiittikappale, 15 joka käsitti piikarbidi-täyteainetta alumiinioksidimat-riisilla läpäistynä, sijoitettiin 500 grit alumiinioksidi jauhekerroksen päälle (38 Alundum, Norton Co), joka oli läpäisemättömässä säiliössä, jonka sisähalkaisija oli noin 38 mm ja korkeus noin 57 mm, ja joka oli tehty 1,6 mm 20 paksusta, ruostumattomasta teräksestä AISI Type 304. Säiliö tehtiin hitsaamalla 1,6 mm paksu ruostumatonta terästä oleva putki, sisähalkaisijaltaan noin 38 mm ja pituudeltaan noin 57 mm, 1,6 mm paksuun, 45 x 45 mm ruostumatonta terästä olevaan levyyn. Sylinterin muotoinen keraamimatriisi-kom-25 posiittikappale, jota kuvattiin edellä, tehtiin menetelmin, jotka on esitetty seuraavissa yhteisesti omistamissamme US-patenttihakemuksissa, joiden koko selitys liitetään tähän nimenomaisena viitteenä: US-patentti 4,851,375 (25.7.1989) nimityksellä "Menetelmiä komposiittikeraa-30 miesineiden valmistamiseksi, joissa on lävistettyä täyteainetta", ja US-patenttihakemus nro 07/338,471 (14.4.1989) , joka on jatkohakemus nyt rauenneelle US-pa-tenttihakemukselle 06/861,025 (8.5.1986), joiden molempien nimityksenä on "Muotoiltuja keraamikomposiitteja ja mene- 35 telmiä niiden valmistamiseksi". Keraamimatriisi-kom-posiittikappaleen pinnan, joka vastaa sylinterin muotoisen keraamimatriisi-komposiittikappaleen ulkohalkaisijaa, ja
II
47 91612 läpäisemättömän säiliön sisäpinnan välinen rengastila täytettiin edellä mainitulla 500 grit alumiinioksidi-jauheella niin paljon, että jauheen taso oli likimain sama kuin keraamimatriisi-komposiittikappaleen yläpinnan taso.
5 500 grit jauhe, tämän esimerkin oloissa, toimi estoaineena, jota sula matriisimetalli ei pysty läpäisemään. Keraami-matriisi-komposiittikappaleen yläpinnassa oli neljä, 9 mm leveätä ja 8 mm syvää rakoa, kuvion 4 osoittamalla tavalla suunnattuina. Raot 66 oli kallistettu noin 8 astetta 10 sylinterin muotoisen keraamimatriisi-komposiittikappaleen pystyakselin suhteen. 500 grit jauhe ei peittänyt keraa-mimatriisi-komposiittikappaleen yläpintaa eikä sitä päässyt keraamimatriisi-komposiittikappaleen pinnalla oleviin rakoihin. Sylinterin muotoisen keraamimatriisi-komposiit-15 tikappaleen likimääräiset mitat olivat: halkaisija 35 mm ja korkeus 8 mm. Noin 3,1 mm paksu kerros täyteainetta, joka käsitti 90 grit piikarbidihiukkasia, sijoitettiin sitten keraamimatriisi-komposiittikappaleen yläpinnalle. Piikarbidihiukkaset täyttivät myös keraamimatriisi-kom-20 posiittikappaleen pinnalla olevat raot. Eräs määrä sulaa matriisimetallia, joka käsitti alumiiniseosta, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksina oli noin 2,5 - 3,5 %
Zn, 7,5 - 9,5 % Si, 3,0 - 4,0 % Cu, 5,2 - 5,3 % Mg, 0,8 - 1,5 % Fe, < 0,5 % Mn, < 0,35 % Sn, ja < 0,5 % Ni ja loput 25 Ai, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan säiliöön, peittäen piikarbidi-täyteaineen. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan alumiini-matriisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän säi-30 liön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikkouuniin, : joka oli esikuumennettu noin 800 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een 35 mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin kaksi tuntia 48 91612 lisää 800 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle mat-5 riisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, se purettiin ja saatiin makrokomposiittikappale, joka käsittää metallimat-riisi-komposiittikappaleen joka on sitoutunut keraamimat-riisi-komposiittikappaleeseen. Makrokomposiitin metalli-10 matriisiosa hiottiin sitten noin 0,38 mm paksuksi. Tämä valmis makrokomposiittikappale, joka on esitetty kuviossa 5, altistettiin sitten lämpöiskutesteille, joiden avulla määritettiin erottuisiko metallimatriisi-komposiittikap-pale 68 keraamimatriisi-komposiittikappaleesta 70 lämpöis-15 kujen johdosta. Lämpöiskutesti käsitti lämpöjaksotuksen, jolloin makrokomposiittikappaleen lämpötila nostettiin 500 °C:een ilma-atmosfääriuunissa, ja pidettiin 15 minuuttia 500 °C:ssa ennen uunista poistamista huonelämpötilassa olevaan ilma-atmosfääriin 15 minuutin ajaksi. Kun makro-20 komposiittikappaleeseen oli kohdistunut huonelämpötilassa oleva ympäristö 15 minuutin ajan, se asetettiin takaisin 500 °C uuniin ja jakso toistettiin. Kun jakso oli toistettu kuusi kertaa, mitään sitoutumisen vauriota tai metallimat-riisi-komposiittikappaleen irtoamista keraamimatriisi-25 komposiittikappaleesta ei havaittu.
Esimerkki 3
Seuraava esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokom-30 posiittikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää keraami-matriisi-komposiittikappaleen sidottuna ruostumatonta terästä olevaan kappaleeseen käyttäen alumiini-metallimat-riisikomposiitti-välikerrosta.
35 Sylinterin muotoinen keraamimatriisi-komposiittikappale, jonka halkaisija oli noin 25 mm ja korkeus noin 6,4 mm, ja joka käsitti piikarbidi-täyteainetta alumiinioksidimat-
II
49 91612 riisillä läpäistynä, sijoitettiin 500 grit alumiinioksidi jauhekerroksen päälle (38 Alundum, Norton Co), joka oli läpäisemättömässä säiliössä, jonka sisähalkaisija oli noin 38 mm ja korkeus noin 57 mm. Keraamimatriisi-komposiitti-5 kappale tehtiin menetelmin, jotka on selitetty yhteisesti omistamissamme patenttihakemuksissa, joita selitettiin esimerkissä 2. Keraamimatriisi-komposiittikappaleen yläpinnassa oli neljä, 9 mm leveätä ja 8 mm syvää rakoa, kuvion 4 osoittamalla tavalla suunnattuina. Raot oli kallistettu 10 noin 8 astetta sylinterin muotoisen keraamimatriisi-kom-posiittikappaleen pystyakselin suhteen. Läpäisemätön säiliö tehtiin 1,6 mm paksusta., ruostumattomasta teräksestä AISI Type 304, ja se tehtiin hitsaamalla 1,6 mm paksua ruostumatonta terästä oleva putki, sisähalkaisijaltaan 15 noin 38 mm ja pituudeltaan noin 57 mm, 1,6 mm paksuun, 45 x 45 mm ruostumatonta terästä olevaan levyyn. Kirjoitus-paperikappale asetettiin sylinterin muotoisen keraamimat-riisi-komposiittikappaleen pinnalle, joka vastasi sylinterin muotoisen keraamimatriisi-komposiittikappaleen ul-20 kopinnan kehää. Paperi ulottui noin 13 mm keraamimatrii-si-komposiittikappaleen yläpinnan yläpuolelle, jolloin muodostui suljettu alue. Määrä täyteainetta, joka käsitti 90 grit piikarbidihiukkasia, lisättiin suljettuun alueeseen, niin että keraamimatriisi-komposiittikappaleen pin-25 nan raot täyttyivät piikarbidi-täyteaineella. Sitten li- « sättiin enemmän 90 piikarbidia suljettuun alueeseen, kunnes noin 1,6 mm paksu kerros 90 grit piikarbidia oli keraami-matriisi-komposiittikappaleen yläpinnalla. Rei'itetty ruostumatonta terästä oleva levy asetettiin sitten piikar-30 bidihiukkaskerroksen päälle. Pyöreän rei'itetyn levyn halkaisija oli noin 25 mm ja paksuus 0,76 mm. Noin 40 % *- koko rei'ietyn levyn pinnasta käsitti läpimeneviä reikiä, joiden halkaisija oli noin 0,76 mm. Kun rei'itetty levy oli asetettu piikarbidihiukkaskerroksen päälle, lisättiin 35 enemmän 90 grit piikarbidihiukkasainetta suljettuun alueeseen. Tämä piikarbidihiukkasten lisääminen täytti ruostumatonta terästä olevan levyn reiät ja muodosti noin 0,8 mm 50 91612 paksun kerroksen piikarbidia rei'itetyn ruostumatonta terästä olevan levyn yläpinnalle. Tässä vaiheessa lisättiin lisämäärä 500 grit-jauhetta renkaan muotoiseen tilaan suljetun alueen ulkokehän ja ruostumatonta terästä olevan 5 läpäisemättömän säiliön sisäpinnan väliseen renkaan muotoiseen tilaan. 500 grit-jauhetta lisättiin kunnes 500 grit jauheen pinta oli likimain yhtä korkealla kuin suljetun alueen taso. Sulaa matriisimetallia, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksina oli noin 2,5 - 3,5 % Zn, 7,5 -10 9,5 % Si, 3,0 - 4,0 % Cu, 0,2 - 0,3 % Mg, 0,8 - 1,5 % Fe, < 0,5 % Mn, < 0,35 % Sn, ja < 0,5 % Ni ja loput Ai, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan säiliöön, peittäen piikarbidi-täyteaineen ja 500 grit jauheen. Sulan matriisimetallin lämpötila oli noin 900 °C. Sula matriisimetalli peitettiin 15 sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan alumiini-matriisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun il-20 ma-atmosfäärilaatikkouuniin, joka oli esikuumennettu noin 900 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin 25 muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin puolitoista tuntia lisää 900 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kupa-30 rijäähdytyslevylle matriisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, kokoonpanosta saatiin makrokomposiittikappale. Tämän makrokomposiittikappaleen poikkileikkaus on esitetty kuviossa 6. Kuten kuviossa 6 esitetään, makrokomposiitti-35 kappale 72 käsitti keraamimatriisi-komposiittikappaleen 74, joka oli sitoutunut rei'itettyyn ruostumatonta terästä olevaan levyyn 76 välikerroksen kautta, joka kerros käsitti 51 91612 metallimatriisikomposiittiainetta, jossa oli 90 grit pii-karbidi-täyteainetta edellä kuvatun alumiiniseoksen matriisin läpäisemänä. Tämän makrokomposiittikappaleen väli-kerros ulottui myös ruostumatonta terästä olevan levyn 5 reikien läpi ja oli siten sitoutunut metal1imatriisi-kom-posiittikappaleen 80 muuhun osaan, joka sijaitsi rei'itetyn ruostumatonta terästä olevan levyn yläpuolella.
Esimerkki 4 10
Seuraava esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää keraami-matriisi-komposiittikappaleen sidottuna alumiini-metalli-matriisi-komposiittikappaleeseen, joka vuorostaan on si-15 dottu matriisimetallimäärään.
Sylinterin muotoinen keraamimatriisi-komposiittikappale tehtiin menetelmin, joita on selitetty yhteisesti omistamissamme patenttihakemuksissa, joita selitettiin esimer-20 kissä 2, ja joka käsitti piikarbidi-täyteainetta alu- miinioksidimatriisilla läpäistynä, sijoitettiin 500 grit alumiinioksidijauhekerroksen päälle (38 Alundum, Norton Co), joka oli läpäisemättömässä säiliössä. Läpäisemätön säiliö tehtiin 1,6 mm paksusta, ruostumattomasta teräksestä 25 AISI Type 304. Säiliö tehtiin hitsaamalla 1,6 mm paksu ruostumatonta terästä oleva putki, sisähalkaisijaltaan noin 54 mm ja pituudeltaan noin 76 mm, noin 64 x 64 mm kokoiseen, 1,6 mm paksuun ruostumatonta terästä olevaan levyyn. Lisää 500 grit jauhetta lisättiin renkaan muotoi-30 seen tilaan, sylinterin muotoisen keraamimatriisi-kom- posiittikappaleen ulkopinnan, jonka määrittelee sylinterin muotoisen keraamimatriisi-komposiittikappaleen ulkohal-kaisija, ja läpäisemättömän säiliön sisäpinnan välillä, kunnes jauheen taso oli likimain sama kuin keraamimatrii-35 si-komposiittikappaleen yläpinnan taso. Sylinterin muotoisen keraamimatriisi-komposiittikappaleen likimääräiset mitat olivat: halkaisija 40 mm ja korkeus 13 mm. Lisäksi, 52 91612 keraamimatriisi-komposiittikappaleessa oli neljä, 9 mm leveätä ja 8 mm syvää rakoa, kuvion 4 osoittamalla tavalla suunnattuina. Raot oli kallistettu noin 8 astetta sylinterin muotoisen keraamimatriisi-komposiittikappaleen pys-5 tyakselin suhteen. Noin 7 mm paksu kerros täyteainetta, joka käsitti 90 grit piikarbidihiukkasia, asetettiin sitten keraamimatriisi-komposiittikappaleen yläpinnalle. Määrä sulaa matriisimetallia, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksina oli noin 2,5 - 3,5 % Zn, 7,5 - 9,5 % Si, 10 3,0 - 4,0 % Cu, 0,2 - 0,3 % Mg, 0,8 - 1,5 % Fe, < 0,5 %
Mn, < 0,35 % Sn, ja < 0,5 % Ni ja loput Ai, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan säiliöön, peittäen piikarbidi-täyteaineen ja 500 grit jauheen. Sulan matriisimetallin lämpötila oli noin 850 °C. Sula matriisimetalli peitettiin 15 sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan alumiini-matriisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun il-20 ma-atmosfäärilaatikkouuniin, joka oli esikuumennettu noin 850 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B2O3seen mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin 25 muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin kolme tuntia lisää 850 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kupa-30 rijäähdytyslevylle matriisimetallin suuntautunutta kiin teytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, kokoonpano purettiin ja siitä saatiin makrokom-posiittikappale. Tämän makrokomposiittikappaleen pysty-leikkaus on esitetty kuviossa 7. Kuten kuvio 7 osoittaa, 35 makrokomposiittikappale 82 käsitti keraamimatriisi-kom-posiittikappaleen 84, joka oli sitoutunut metallimatrii-si-komposiittikappaleeseen 86, joka vuorostaan oli sitou- li 53 91612 tunut matriisimetallin kappaleeseen 88. Metallimatriisi-komposiittikappale käsitti 90 grit piikarbidi-täyteainetta joka oli edellä kuvatun alumiiniseoksen matriisin lä-päisemää. Makrokomposiittikappaleen matriisimetalliosaa 5 koneistettiin sitten, kunnes saatiin kuvion 8 esittämä makrokomposiittikappale. Kuviossa 8 esitetyt viitenumerot vastaavat kuvion 7 viitenumerolta.
Kuten kuviot 7 ja 8 osoittavat, metallimatriisi-komposiit-10 tikappale 86 on mekaanisesti sitoutunut keraamimatriisi-komposiittikappaleeseen 84 metallimatriisikomposiittiai-neella, joka on tunkeutunut neljään rakoon. Poikkeileik-kauksessa (kuvio 7) ja makrokomposiittikappaleen valokuvassa 8 näkyy kolme rakoa 90, johon tunkeutuminen on 15 tapahtunut. Kuten aikaisemmin tässä esimerkissä mainittiin, raot ovat hieman kallistettuja sylinterin muotoisen keraamimatriisi-komposiittikappaleen keskiakselista. Kun metallimatriisikomposiittiaine kiinteytyy näihin rakoihin, syntyy metallimatriisi-komposiittikappaleen ja keraa-20 mimatriisi-komposiittikappaleen välille mekaaninen sidos. Tämä mekaaninen sidos lisää mahdollisen muun sidoksen (esim. kemiallinen sidos) lujuutta, joka voi olla läsnä keraamimatriisi-komposiittikappaleen ja metallimatriisi-komposiittikappaleen välillä, ja siten se tuottaa vahvemman 25 ja kiinteämmän makrokomposiittikappaleen. Lisäksi, jos keraamimatriisi-komposiittikappaleen ja metallimatriisi-komposiittikappaleen väliset kaikki muut sidokset tai osa niistä vioittuisi, pitäisi mekaaninen sidos vielä molemmat kappaleet yhdessä. Tämä pyrkisi estämään koko makrokom-30 posiittikappaleen rikkoutumisen, kun siihen kohdistuu määrätyn tyyppisiä rasituksia.
• I
Esimerkki 5 35 Seuraava esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää keraami- 54 91612 matriisi-komposiittikappaleen sidottuna alumiini-metalli-matriisi-komposiittikappaleeseen.
Keraamimatriisi-komposiittikappale, joka käsittää ainakin 5 yhtä täyteainetta alumiinimatriisissa, sijoitettiin 500 grit alumiinioksidijauheen (38 Alundum, Norton Co) kerroksen päälle läpäisemättömässä säiliössä. Läpäisemättömän säiliön sisähalkaisija oli noin 79 mm ja korkeus noin 51 mm, ja se muodostui 1,6 mm paksusta, ruostumattomasta 10 teräksestä AISI Type 304. Säiliö tehtiin hitsaamalla 1,6 mm vahvaa ruostumatonta terästä oleva putki, sisähal-kaisijaltaan noin 79 mm ja pituudeltaan noin 51 mm, 92 x 92 mm kokoiseen, 1,6 mm paksuun ruostumatonta terästä olevaan levyyn. Keraamimatriisi-komposiittikappale teh-15 tiin menetelmin, joita on selitetty yhteisesti omistamassamme US-patenttihakemuksessa 4,818,734 (4.4.1989) nimityksellä "Menetelmä keraamiesineiden metallikomponentin paikan päällä tapahtuvaa sovittamista varten". Yhteisesti omistamassamme US-patenttihakemuksessa 4,818,734 oleva 20 koko selitys liitetään tähän viitteeksi. Keraamimatriisi-komposiittikappale oli sylinterin muotoinen ja sen halkaisija oli noin 76 mm ja korkeus noin 6,4 mm. Lisäksi keraamimatriisi-komposiittikappaleessa oli neljä, 9 mm leveätä ja 8 mm syvää rakoa, kuvion 4 osoittamalla tavalla 25 suunnattuina. Lisää 500 grit jauhetta lisättiin renkaan ’ muotoiseen tilaan, sylinterin muotoisen keraamimatriisi- komposiittikappaleen ulkopinnan, jonka määrittelee sylinterin muotoisen keraamimatriisi-komposiittikappaleen ul-kohalkaisija, ja läpäisemättömän säiliön sisäpinnan välil-30 lä. Lisää 500 grit jauhetta lisättiin, kunnes jauheen taso läpäisemättömässä säiliössä oli likimain sama kuin keraa-mimatriisi-komposiittikappaleen yläpinnan taso. Noin 0,15 mm paksu kerros täyteainetta, joka käsitti 90 grit tuoretta piikarbidia, asetettiin sitten keraamimatriisi-komposiit-35 tikappaleen ja 500 grit jauheen yläpinnalle. 90 grit tuore piikarbidi täytti myös keraamimatriisi-komposiittikappa-leen yläpinnassa olevat raot. Sulaa matriisimetallia, jonka
II
55 91612 likimääräinen koostumus paino-osuuksina oli noin 2,5 - 3,5 % Zn, 7,5 - 9,5 % Si, 3,0 - 4,0 % Cu, 0,2 - 0,3 % Mg, 0,8 - 1,5 % Fe, < 0,5 % Mn, < 0,35 % Sn, ja < 0,5 % Ni ja loput Ai, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan säiliöön, 5 peittäen piikarbidi-täyteaineen ja 500 grit jauheen. Sulan matriisimetallin lämpötila oli noin 850 °C. Sula mat-riisimetalli peitettiin sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan alumiini-matriisimetallin pinnalle.
10 Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikkouuniin, joka oli esikuumennettu noin 850 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut 15 muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin 2,5 tuntia lisää 850 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja 20 ruostumatonta terästä oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle matriisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, kokoonpano puret-25 tiin ja siitä saatiin makrokomposiittikappale. Tämän makrokomposiittikappaleen pystyleikkaus on esitetty kuviossa 9. Kuten kuvio 9 osoittaa, makrokomposiittikappale 92 käsitti keraamimatriisi-komposiittikappaleen 94, joka oli sitoutunut metallimatriisi-komposiittikappaleeseen 30 96, joka vuorostaan oli sitoutunut jäljelle jääneeseen matriisimetalliin 98, joka ei ollut tunkeutunut täyteaineeseen. Metallimatriisi-komposiittikappale käsitti 90 grit piikarbidi-täyteainetta joka oli edellä kuvatun alumiiniseoksen matriisin läpäisemää. Makrokomposiitti-35 kappaleen matriisimetalliosaa loppukäsiteltiin sitten toi menpiteessä, jossa matriisimetallin jäännös poistettiin hiomalla. Kun tämä viimeistelykäsittely oli valmis, lei- 56 91612 kattiin metallimatriisi-komposiittikappaleeseen ura likimain keraamimatriisi-komposiittikappaleen ja metallimat-riisi-komposiittikappaleen väliseen rajapintaan. Ura ulottui koko sylinterin muotoisen makrokomposiittikappaleen 5 kehää pitkin. Viimeistelty makrokomposiittikappale on esitetty kuviossa 10, jossa ura on merkitty viitenumerolla 102. Kuvioissa 9 ja 10 on käytetty monia samoja viitenume-roit osoittamaan samanlaisia osia ja/tai struktuureja.
10 Kuvio 9 havainnollistaa myös mekaanista sidosta, joka aikaansaadaan metallimatriisikomposiitin viilatuilla raoilla 100, joita käsiteltiin yksityiskohtaisesti esimerkissä 4.
15 Esimerkki 6 Tämä esimerkki esittää menetelmän makrokomposiittikappaleen muodsotamiseksi, joka käsittää joukon keraamimatrii-si-komposiittikappaleita, jotka on sidottu toisiinsa alu-20 miini-metallimatriisikomposiittiainetta olevalla välikerroksella ja ohuella matriisimetallikerroksella.
Kuvio 11 esittää pystyleikkauksen kokoonpanosta 104, jota käytettiin tässä esimerkissä olevan makrokomposiittikap-25 paleen tuottamiseksi. Kokoonpano 104 muodostettiin levittämällä ohut kerros puuliimaa Elmer's Wood Glue (jota valmistaa Borden Co, Columbus, OH) viiden keraamimatrii-si-komposiittikappaleen 108 pinnalle ja saattamalla sitten viiden keraamimatriisi-komposiittikappaleen päällystetyt 30 pinnat 106 koskettamaan toisiaan. Keraamimatriisi-kom-posiittikappaleet tehtiin menetelmin, joita on selitetty yhteisesti omistamassamme patenttihakemuksessa, jota selitettiin esimerkissä 5, ja jokainen keraamimatriisi-kom-posiittikappale käsitti ainakin yhtä täyteainetta alu-35 miinioksidimatriisin ympäröimänä. Lisäksi keraamimatrii-si-komposiittikappaleet olivat muodoltaan suorakulmaisia, ja niiden pinnoilla oli rakoja 110. Jotkut raot oli li 57 91612 kallistettu noin 8 astetta kokoonpanon 104 viivan A - A tai viivan B - B suhteen, kuviossa 11. Kun liima oli kovettunut, noin 102 mm pitkä ja 45 mm leveä kokoonpano 104 asetettiin 90 grit piikarbidi-täyteainekerroksen pääl-5 le, joka oli läpäisemättömässä säiliössä, halkaisijaltaan noin 127 mm ja korkeudeltaan 64 mm. Läpäisemätön säiliö tehtiin 1,6 mm paksusta, ruostumattomasta teräksestä AISI Type 304. Säiliö tehtiin hitsaamalla 1,6 mm paksu ruostumatonta terästä oleva putki, sisähalkaisijaltaan noin 127 10 mm ja pituudeltaan noin 64 mm, noin 152 x 152 mm kokoiseen, 1,6 mm vahvaa ruostumatonta terästä olevaan levyyn. Lisää 90 grit piikarbidi-täyteainetta lisättiin sitten läpäisemättömään säiliöön, kunnes koko kokoonpano oli piikarbidi-täyteainekerroksen peittämänä. Piikarbidi-täyte-15 ainekerroksen lopullinen taso oli noin 3,2 mm kokoonpanon pintojen 112 yläpuolella. Raot 110 täyttyivät myös 90 grit piikarbidi-täyteaineella. Määrä sulaa matriisimetallia, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksina oli noin 2,5 - 3,5 % Zn, 7,5 - 9,5 % Si, 3,0 - 4,0 % Cu, 0,2 - 0,3 % 20 Mg, 0,8 - 1,5 % Fe, < 0,5 % Mn, < 0,35 % Sn, ja < 0,5 % Ni ja loput Ai, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan säiliöön, peittäen 90 grit piikarbidi-täyteaineen. Sulan matriisime-tallin lämpötila oli noin 850 °C. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin 25 sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) * sulan alumiini-matriisiroetallin pinnalle. Läpäisemättömän säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikko-uuniin, joka oli esikuumennettu noin 850 °C:een. Oltuaan 30 noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin 3,5 tuntia 35 lisää 850 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin suoraan koske- 58 91612 tukseen vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle mat-riisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, kokoonpano purettiin ja siitä saatiin makrokomposiittikappale. Mak-5 rokomposiittikappale käsitti keraamimatriisi-komposiitti-kappaleiden kokoonpanon, joka oli täysin upotettu metal-limatriisi-komposiittikappaleeseen, joka käsitti 90 grit piikarbidi-täyteainetta ja oli edellä kuvatun alumiini-matriisimetallin läpäisemää. Metallimatriisikomposiitaine 10 koneistettiin pois keraamimatriisi-komposiittikappaleiden kokoonpanon pinnoilta valmiin makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi, joka on esitetty kuviossa 12. Tämä makrokomposiittikappale 114 käsitti viisi keraamimatrii-si-komposiittikappaletta 108, jotka muodostivat kokoonpa-15 non, ja joita sitoi yhteen välikerros 116 metallimatrii-si-komposiittikappaleesta, joka ulottui ainakin jokaisen erillisen keraamimatriisi-komposiittikappaleen 108 osan välillä. Lisäksi keraamimatriisi-komposiittikappaleet 108 oli sidottu toisiinsa matriisimetallin välikerroksilla 20 118, jotka tunkeutuivat kokoonpanon niihin osiin, jotka aikaisemmin oli täytetty Elmer's Wood Glue:11a. Siten valmis makrokomposiittikappale 114 käsitti keraamimatrii-si-komposiittikappaleiden kokoonpanon, jotka olivat sitoutuneet metallimatriisikomposiitti-välikerrokseen 116, ja 25 lisäksi sekä metallimatriisikomposiit-välikerros 116 että keraamimatriisi-komposiittikappaleet 108 olivat sitoutuneet ohuisiin matriisimetallin välikerroksiin 118, joita esiintyi erillisten keraamimatriisi-komposiittikappalei-den 108 välillä.
30
Kuvio 12 havainnollistaa myös mekaanista sitoutumista, jonka aikaansaa metallimatriisikomposiitilla täytety raot 120, ja jota on selitetty yksityiskohtaisesti esimerkissä 4. On huomattava, että tämän esimerkin makrokomposiitti-35 kappaleessa on vaakasuoria metallimatriisikomposiitilla täytettyjä rakoja keraamimatriisi-komposiittikappaleissa, jotka sijaitsevat makrokomposiittikappaleen molemmissa 59 91612 päissä. Nämä metallimatriisikomposiitilla täytetyt vaakasuorat raot, yhdessä metallimatriisikomposiitilla täytettyjen muissa keraamimatriisi-komposiittikappaleissa olevien pystyrakojen kanssa, aikaansaavat makrokomposiit-5 tikappaleen kaksiulotteisella mekaanisella lukitusjärjestelmällä.
Esimerkki 7 10 Tämä esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiit-tikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää alumiini-metal-limatriisi-komposiittikappaleen, joka on sidottu sekä keraamimatriisi-komposiittikappaleeseen ja kokoonpanoon, joka kokoonpano käsittää rei'itetyn ruostumatonta terästä 15 olevan levyn joka on hitsattu kierteitettyyn ruostumatonta terästä olevaan sauvaan.
Keraamimatriisi-komposiittikappale, joka tehtiin menetelmin, jotka on selitetty yhteisesti omistamissamme patent-20 tihakemuksissa, joita selitettiin esimerkissä 2, ja joka käsitti täyteainetta alumiinioksidimatriisillä läpäistynä, sijoitettiin läpäisemättömään säiliöön. Läpäisemätön säiliö tehtiin 1,6 mm paksusta, ruostumattomasta teräksestä AISI Type 304. Säiliö tehtiin hitsaamalla 1,6 mm vahvaa 25 ruostumatonta terästä oleva putki, sisähalkaisijaltaan noin 54 mm ja pituudeltaan noin 76 mm, 1,6 mm paksuun, 64 x 64 mm ruostumatonta terästä olevaan levyyn. Sylinterin muotoisen keraamimatriisikomposiitin halkaisija oli likimain yhtä suuri kuin läpäisemättömän säiliön sisähalkaisi-30 ja. Lisäksi keraamimatriisi-komposiittikappaleen yläpinnassa oli neljä, 9 mm leveätä ja 8 mm syvää rakoa, kuvion 4 osoittamalla tavalla suunnattuina. Raot oli kallistettu noin 8 astetta sylinterin muotoisen keraamimatriisi-kom-posiittikappaleen pystyakselin suhteen. Eräs määrä 90 grit 35 piikarbidihiukkasainetta asetettiin keraamimatriisi-kom-posiittikappaleen pinnalle niin, että se täytti raot ja ulottui hyvin ohuena kerroksena keraamimatriisi-komposiit- 60 91612 tikappaleen pinnalla. Sitten piikarbidi-täyteainekerrok-sen päälle asetettiin kokoonpano, joka käsitti re'itetyn ruostumatonta terästä olevan levyn, ja joka oli hitsattu kierteitetyn ruostumatonta terästä olevan sauvan toiseen 5 päähän, niin että rei'itetyn ruostumatonta terästä olevan levyn toinen pinta kosketti piikarbidi-täyteainekerrosta, ja toinen pinta, joka oli hitsattu ruostumatonta terästä olevaan sauvaan, osoitti poispäin keraamimatriisi-kom-posiittikappaleesta. Rei'itetty ruostumatonta terästä ole-10 va levy oli muodoltaan pyöreä ja sen halkaisija oli noin 45 mm ja paksuus noin 0,76 mm. Lisäksi noin 40 % koko rei'ietyn levyn pinnasta käsitti läpimeneviä reikiä, joiden halkaisija oli noin 1,59 mm. Lisää 90 grit piikarbidihiuk-kasainetta lisättiin sitten läpäisemättömään säiliöön, 15 kunnes ruostumatonta terästä olevan rei'itetyn levyn yläpintaa peitti noin 3,2 mm paksu kerros piikarbidi-täy-teainetta. Piikarbidi-täyteaine ulottui ruostumatonta terästä olevan levyn reikien läpi, niin että se kosketti rei'itetyn ruostumatonta terästä olevan levyn alla olevaa 20 piikarbidi-täyteainetta. Piikarbidi-täyteaine ympäröi myös ruostumatonta terästä olevan sauvan alapäätä koskettaen sitä. Sulaa matriisimetallia, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksina oli noin 2,5 - 3,5 % Zn, 7,5 - 9,5 % Si, 3,0 - 4,0 % Cu, 0,2 - 0,3 % Mg, 0,8 - 1,5 % Fe, 25 < 0,5 % Mn, < 0,35 % Sn, ja < 0,5 % Mi ja loput Ai, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan säiliöön, peittäen piikarbidi-täyteaineen ja ympäröiden osaksi ruostumatonta terästä olevan sauvan. Sulan matriisimetallin lämpötila oli noin 800 °C. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulun 30 muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan alumiini-mat-riisimetallin pinnalle. Tämä kokoonpano, joka käsitti läpäisemättömän säiliön sisältöineen, asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikkouuniin, 35 joka oli esikuumennettu noin 800 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een 11 61 91612 mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin kaksi tuntia lisää 800 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja 5 ruostumatonta terästä oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle mat-riisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, kokoonpano 10 purettiin ja siitä otettiin talteen makrokomposiittikap-pale. Kuten kuvio 13 osoittaa, jossa on makrokomposiitti-kappaleen pystysuuntainen poikkileikkaus, makrokomposiit-tikappale 122 käsitti keraamimatriisi-komposiittikappa-leen 124, joka oli sitoutunut kokoonpanoon, joka käsitti 15 rei'itetyn ruostumatonta terästä olevan levyn 126 ja kierteitetyn sauvan 128, metallimatriisikomposiittiainet-ta olevan välikerroksen 130 kautta. Lisäksi metallimatrii-sikomposiitti-välikerros 130 oli myös sitoutunut tunkeu-tumattomaan matriisimetallin määrään 132, joka vuorostaan 20 oli sitoutunut kierteitettyyn ruostumatonta terästä olevaan sauvaan 128. Metallimatriisikomposiittiaine käsitti 90 grit piikarbidi-täyteainetta edellä kuvatun alumiiniseoksen matriisin läpäisemänä. Metallimatriisikomposiittiaine ympäröi rei'itetyn ruostumatonta terästä 25 olevan levyn kokonaan ja ulottui myös reikiin sitoen metallimatriisikomposiittiaineen ruostumatonta terästä olevan levyn alapuolella metallimatriisikomposiittlaineeseen ruostumatonta terästä olevan levyn yläpuolella.
30 Kuvio 14 on valokuva viimeistellystä makrokomposiittikap-paleesta, joka tuotettiin poistamalla suurin osa mat-riisimetallijäänöksestä hiomalla. Kuviossa 14 käytetään useita samoja viitenumerolta kuin kuviossa 13 samanlaisten osien tai struktuurien osoittamiseksi. Kuten kuviossa 14 35 esitetään, annettiin matriisimetallijäännöksen laipan 134 jäädä kierteitetyn ruostumatonta terästä olevan sauvan 128 alapään ympärille. Rei'itetty ruostumatonta terästä oleva 62 91612 levy ei näy kuviossa 14, koska se on kokonaan metailimat-riisikomposiitti-välikerrokseen 130 upotettuna.
Kuvio 14 havainnollistaa myöt mekaanista sidosta, jonka 5 metallimatriisikomposiitilla täytety raot 136 aikaansaavat, ja jota selitettiin yksityiskohtaisesti esimerkissä 4.
Esimerkki 8 10 Tämä esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiit-tikappaleen tuottamiseksi, joka käsittää kaksi ruostumatonta terästä olevaa putkea, jotka on järjestetty saman-keskeisesti ja jotka ovat sitoutuneet toisiinsa alumiini-15 metallimatriisikomposiitti-välikerroksella, joka sijaitsee sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken ulkopinnan ja ulomman ruostumatonta terästä olevan putken sisäpinnan välissä.
20 Ensimmäinen kokoonpano muodostettiin hitsaamalla 1,6 mm paksusta, ruostumattomasta teräksestä AISI Type 304 oleva putki, jonka sisähalkaisija oli noin 40 mm ja pituus noin 121 mm ruostumatonta terästä olevaan levyyn, joka oli 1,6 mm paksu ja kooltaan 64 x 64 mm. Toinen 1,6 mm paksusta, 25 ruostumattomasta teräksestä AISI Type 304 oleva putki, jonka sisähalkaisi ja oli noin 54 mm ja pituus noin 159 mm, asetettiin samankeskeisesti ensimmäisen ruostumatonta terästä olevan putken ympärille. Toinen ruostumatonta terästä oleva putki hitsattiin vuorostaan 1,6 mm paksuuun, ja 30 ruostumatonta terästä kooltaan 64 x 64 mm olevaan levyyn läpäisemättömän säiliön muodostamiseksi. Sisempi putki täytettiin sitten 500 grit alumiinioksidijauheella (38 Alundum, Norton Co), kunnes 500 grit-jauheen pinta oli likimain sisäputken yläreunan tasalla, sisemmän putken 35 yläpää suljettiin sitten muodostamalla kerros kalsiumalu-minaattiseosta, joka tehtiin sekoittamalla Secar 71 -sementtiä veteen, sisäputken yläpinnan poikki. Renkaan
II
63 91612 muotoinen tilavuus sisäputken ulkopinnan ja ulkoputken sisäpinnan välissä täytettiin sitten 14 grit piikarbidi-hiukkasaineella. Kun mainittu renkaan muotoinen tila oli täytetty 14 grit piikarbidihiukkasaineella, asetettiin 14 5 grit piikarbidihiukkasaineen päälle kerros 50 grit piikar-bidihiukkasainetta, ja sitä ravisteltiin ultraäänellä asettumaan 14 grit piikarbidihiukkasaineen kerrokseen. Sitten, ultraääniravistusvaiheen jälkeen, renkaan muotoinen tila sisäputken ulkopinnan ja ulkoputken sisäpinnan 10 välissä oli täytetty 14 ja 50 grit piikarbidihiukkasaineen sekoituksella korkeudelle, joka oli likimain yhtä korkealla kuin sisemmän putken suljettu pää. Sulan matriisimetallin määrä, joka käsitti kaupallisesti saatavaa alumiiniseosta, merkillä 6061, kaadettiin huonelämpötilassa olevan ulko-15 putken sisäpinnan rajasunaan tilaan peittämään piikarbidi-täyteaineen ja sisemmän, ruostumatonta terästä olevan putken suljetun yläpään. Sulan matriisimetallin lämpötila oli noin 900 °C. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitet-20 tiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan alumii-ni-matriisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikkouuniin, joka oli esikuumennettu noin 25 900 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B2O3- aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimai-sen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin 30 uunissa noin kaksi tuntia lisää 900 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä • oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kupari jäähdytys levylle matriisimetallin suuntautunutta kiin-35 teytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, ruostumatonta terästä oleva levy leikattiin irti ruostumatonta terästä olevista putkista ja metallimatrii- 64 91612 sikomposUtista. Lisäksi ulomman ruostumatonta terästä olevan putken yläpää katkaistiin kohdalta, joka on hieman sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken suljetun yläpään alapuolella. Lopullinen sylinterin muotoinen mak-5 rokomposiittikappale käsitti kaksi samankeskeistaä ruostumatonta terästä olevaa putkea, jotka olivat sioutuneet toisiinsa metallimatriisikomposiitti-välikerroksella. Me-tallimatriisi-komposiittikappale käsitti 14 ja 50 grit piikarbidi-täyteaineiden sekoitusta, joka oli edellä ku-10 vatun alumiiniseoksen matriisin läpäisemää. Tässä esimerkissä muodostetun sylinterin muotoisen makrokomposiitti-kappaleen vaakaleikkaus on esitetty kuviossa 15, jossa ulompi ruostumatonta terästä oleva putki on merkitty viitenumerolla 138, sisempi ruostumatonta terästä oleva 15 putki numerolla 140 ja metallimatriisikomposiitti-väliker-ros numerolla 142.
Esimerkki 9 20 Tämä esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiit-tikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää alumiini-metal-limatriisi-komposiittikappaleen joka on sidottu metalli-kappaleeseen .
25 Noin 6,4 mm paksu kerros 180 grit tuoretta piikarbidihiuk-kasainetta asetettiin läpäisemättömän säiliön pohjalle. Säiliö tehtiin 1,6 mm paksusta, ruostumattomasta teräsputkesta AISI Type 304, jonka sisähalkaisija oli noin 54 mm ja pituus noin 76 mm, joka hitsattiin 64 x 64 mm, 1,6 mm 30 paksuun ruostumatonta terästä olevaan levyyn. Sylinterin muotoinen valanne 6061 alumiiniseosta, jonka mitat olivat likimain: halkaisija 19 mm ja korkeus 25 mm; asetettiin piikarbidihiukkaspedille, niin että sylinterin toinen pyöreä pää oli hiukkaspedillä ja 25 mm: n korkeus oli 35 kohtisuorassa piikarbidihiukkaskerrokseen nähden. Toinen noin 13 mm kerros piikarbidihiukkasainetta lisättiin sitten läpäisemättömään säiliöön, niin että piikarbidihiukkasaine n 65 91612 ympäröi sylinterin muotoista alumiinivalannetta noin puolen korkeuden verran. Eräs määrä sulaa matriisimetallia, joka käsitti alumiiniseosta, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksina oli noin 2,5 - 3,5 % Zn, 7,5 - 9,5 % Si, 5 3,0 - 4,0 % Cu, 0,2 - 0,3 % Mg, 0,8 - 1,5 % Fe, < 0,5 %
Mn, < 0,35 % Sn, ja < 0,5 % Ni ja loput Ai, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan läpäisemättömään säiliöön, niin että se peitti piikarbidi-täyteaineen ja 6061 alumiiniseos-valanteen yläosan. Sulan matriisimetallin lämpötila oli 10 noin 800 °C. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulkua muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan alumiini-mat-riisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin 15 kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikkouuniin, joka oli esi-kuumennettu noin 800 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti 20 kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin 3,5 tuntia lisää 800 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin välittömästi 25 koskettamaan vesijäähdytettyä kuparijäähdytyslevyä matriisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, se purettiin ja otettiin talteen makrokomposiittikappale. Kuvio 16 on pystyleikkaus kokoonpanosta saadusta makrokomposiittikap-30 paleesta. Kuten kuviossa 16 osoitetaan, makrokomposiittikappale 144 käsitti alumiinimetallikappaleen 146, joka oli sitoutunut metallimatriisi-komposiittikappaleeseen 148. Metallimatriisi-komposiittikappale käsitti 180 grit pii-karbidi-täyteainetta, joka oli edellä selitetyn mat-35 riisimetallin läpäisemää.
66 91612
Kuvio 17 on valokuva tässä esimerkissä muodostun makrokom-posiittikappaleen vaakaleikkauksesta. Kuvion 17 esittämä poikkileikkaus otettiin tasolta, joka oli hieman metalli-matriisi-komposiittikappaleen yläpinnan alapuolella. Ku-5 ten kuvio 17 osoittaa, metallimatriisi-komposiittikappale 148 on sitoutunut alumiinimetallikappaleeseen 146.
Esimerkki 10 10 Tämä esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiit-tikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää alumiini-metal-limatriisi-komposiittikappaleen joka on sidottu metalli-kappaleeseen .
15 Läpäisemätön säiliö, sisähalkaisijaltaan noin 40 mm ja korkeudeltaan noin 121 mm, muodostettiin 1,6 mm paksusta, ruostumattomasta teräsputkesta AISI Type 304. Säiliö tehtiin hitsaamalla 1,6 mm paksu ruostumatonta terästä oleva putki, jonka sisähalkaisija oli noin 40 mm ja korkeus 20 noin 121 mm, 64 x 64 mm kokoiseen, 1,6 mm paksuun ruostumatonta terästä olevaan levyyn. Kaupallisesti saatavaa alumiiniseosta 6061, jonka halkaisija oli noin 25 mm ja pituus noin 76 mm, asetettiin läpäisemättömään säiliöön, niin että sauvan toinen pää kosketti läpäisemättömän 25 säiliön pohjaa. Läpäisemättömän säiliön pohjaa koskettavassa päässä oli pyöreä olake, joka lisäsi sauvan halkaisijaa, niin että sillä oli lähes yhtä suuri halkaisija (40 mm) kuin läpäisemättömän säiliön sylinterin muotoisen osan sisähalkaisija. Renkaan muotoinen tila sauvan pyöreän 30 olakkeen yläpuolella läpäisemättömän säiliön sisäpinnan ja sauvan ulkopinnan välissä täytettiin sitten täyteaineella, joka käsitti 24 grit piikarbidihiukkasainetta. Piikarbi-dihiukkasaineen pinta oli likimain yhtä korkealla kuin alumiinisauvan yläpää. Eräs määrä sulaa matriisimetallia, 35 jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksina oli noin 2,5 - 3,5 % Zn, 7,5 - 9,5 % Si, 3,0 - 4,0 % Cu, 0,2 - 0,3 % Mg, 0,8 - 1,5 % Fe, < 0,5 % Mn, < 0,35 % Sn, ja < 0,5 % Ni
II
„ 91612 ja loput Ai, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan säiliöön, peittäen piikarbidi-täyteaineen ja alumiinisauvan yläpinnan. Sulan matriisimetallin lämpötila oli noin 900 °C. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulun muodostavalla 5 aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Ae-sar Co, Seabrook, NH) sulan alumiini-matriisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikko-10 uuniin, joka oli esikuumennettu noin 900 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemä-15 tön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin kaksi tuntia lisää 900 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle mat-20 riisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, kokoonpanon alapää katkaistiin pois kohdalta, joka oli hieman alumiinisauvan olakkeen yläpuolella. Lisäksi kokoonpanon yläpää katkaistiin pois kohdalta, joka oli hieman alu-25 miinisauvan yläpään alapuolella. Sitten ruostumatonta • terästä oleva sylinteri poistettin, paljastaen makrokom- posiittikappaleen, joka käsitti alumiiniseosta olevan sauvan, joka oli sitoutunut sylinterin muotoiseen metal-limatriisikomposiittikuoreen, joka kuori käsitti 24 grit 30 piikarbidihiukkasainetta, joka oli edellä mainitun lajisen matriisimetallin läpäisemää.
Kuvio 18 esittää vaakasuoran poikkileikkauksen tässä esimerkissä muodostetusta makrokomposiittikappaleesta.
35 Kuten kuviossa 18 osoitetaan, käsittää makrokomposiitti- kappale 150 alumiiniseosta olevan sauvan 152, joka on ‘ · » 68 91612 sitoutunut sylinterin muotoiseen metallimatriisikompo-siittikuoreen.
Esimerkki 11 5 Tämä esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiit-tikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää kaksi samankes-keistä ruostumatonta terästä olevaa putkea, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa pronssi-metallimatriisikomposiitti-10 välikerroksella.
Ensimmäinen 1,6 mm paksua ruostumatonta terästä oleva putki, sisähalkaisijaltaan noin 40 mm ja pituudeltaan noin 121 mm, hitsattiin kooltaan 64 mm x 64 mm, ruostumattomasta 15 teräksestä AISI Type 304 olevaan 1,6 mm vahvaan levyyn ensimmäisen kokoonpanon muodostamiseksi. Toinen suurempi 1,6 mm paksua ruostumatonta terästä AISI Type 304 oleva putki asetettiin samankeskeisesti ensimmäisen ruostumatonta terästä olevan putken ympärille. Toinen ruostumatonta 20 terästä oleva putki, sisähalkaisijaltaan noin 54 mm ja pituudeltaan 165 mm, hitsattiin samaan 64 mm x 64 mm, ruostumattomasta teräksestä olevaan 1,6 mm vahvaan levyyn kuin ensimmäinen ruostumatonta terästä oleva putki, läpäisemättömän säiliön muodostamiseksi. 1,6 mm paksua 25 ruostumatonta terästä AISI Type 304 oleva pyöreä levy, jolla oli sama halkaisija kuin sisemmällä ruostumatonta terästä olevalla putkella, hitsattiin ruostumatonta terästä olevan sisäputken yläpäähän tämän putken yläpään eristämiseksi. Sisemmän ruostumatonta terästä olevan put-30 ken ulkopinnan ja ulomman ruostumatonta terästä olevan putken sisäpinnan välinen rengastila täytettiin sitten täyteaineella, joka käsitti 90 grit alumiinioksidituotetta (38 Alundum, Norton Co). 90 grit alumiinioksidi-täyteaineen pinnan korkeus oli likimain sama kuin suljetun sisemmän 35 ruostumatonta terästä olevan putken yläpään korkeus. Määrä sulaa matriisimetallia, joka käsitti pronssiseosta, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksin oli 90 % Cu, 5 % ii 69 91612
Si, 2 % Fe ja 3 % Zn, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan läpäisemättömään säiliöön, niin että se peitti täyteaineen ja sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken suljetun pinnan. Sulan matriisimetallin lämpötila oli noin 1100 °C.
5 Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Ae-sar Co, Seabrook, NH) sulan pronssi-matriisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sit-10 ten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikko-uuniin, joka oli esikuumennettu noin 1100 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui 15 oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku* Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin neljä tuntia lisää 1100 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka määritteli läpäisemättömän säiliön pohjan, sijoitettiin suoraan kos-20 ketukseen vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle matriisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, ruostumatonta terästä oleva levy leikattiin pois ruostumatonta terästä olevista putkista tasolla, joka oli hieman suljetun 25 sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken yläpään alapuolella. Tuloksena oleva makrokomposiittikappale käsitti kaksi samankeskeistä ruostumatonta terästä olevaa putkea, jotka olivat sitoutuneet toisiinsa metallimatrii-sikomposiitti-välikerroksella.
30
Kuvio 19 on valokuva tässä esimerkissä muodostetun makro-• komposiittikappaleen vaakasuorasta poikkileikkauksesta.
Kuten kuviossa 19 osoitetaan, makrokomposiittikappale 156 käsitti kaksi samankeskeistä ruostumatonta terästä olevaa 35 putkea, ulomman putken 158 ja sisemmän putken 160, jotka olivat sitoutuneet toisiinsa pronssi-metallimatriisikom-posiitti-välikerroksella 162.
70 91612
Esimerkki 12 Tämä esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiit-tikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää onton ruostu-5 matonta terästä olevan putken joka on sitoutunut pronssi-metailimatriisi-komposiittikappaleeseen.
Läpäisemätön säiliö muodostettiin hitsaamalla 1,6 mm paksu, ruostumatonta terästä AISI Type 304 oleva putki, jonka 10 sisähalkaisija oli noin 40 mm ja pituus noin 121 mm, kooltaan 64 x 64 mm ja 1,6 mm paksuun ruostumatonta terästä olevaan levyyn ensimmäisen kokoonpanon muodostamiseksi. Toinen suurempi 1,6 mm paksua ruostumatonta terästä AISI Type 304 oleva putki asetettiin samankeskeisesti ensimmäi-15 sen ruostumatonta terästä olevan putken ympärille. Toinen ruostumatonta terästä oleva putki, sisähalkaisijaltaan noin 57 mm ja pituudeltaan 165 mm, hitsattiin samaan 64 mm x 64 mm, ruostumattomasta teräksestä olevaan 1,6 mm vahvaan levyyn kuin ensimmäinen ruostumatonta terästä oleva putki, 20 läpäisemättömän säiliön muodostamiseksi. 1,6 mm paksua ruostumatonta terästä AISI Type 304 oleva pyöreä levy hitsattiin ruostumatonta terästä olevan sisemmän (ensimmäisen) putken yläpäähän. Tämän pyöreän ruostumatonta terästä olevan levyn halkaisija oli hieman suurempi kuin 25 sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken halkaisija, ja kun se oli hitsattu paikalleen se eristi sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken yläpään. Kun sisempi ruostumatonta terästä oleva putki oli eristetty, porattiin 64 x 64 mm, 1,6 mm vahvan ruostumatonta terästä olevan 30 levyn pohjan läpi vuotoreikä sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken sisäseinien rajoittamaan tilaan. Tämä vuotoreikä esti mahdollisen paineen nousun, jota olisi voinut esiintyä, kun kokoonpano kuumennettiin huonelämpötilasta käsittelylämpötilaan. Tämä vuotoreikä ei vaikuttanut ko-35 koonpanon läpäisemättömyyteen, koska sisäputken yläpää oli suljettu. Sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken ulkopinnan ja ulomman ruostumatonta terästä olevan (toisen) 71 91612 putken sisäpinnan välinen rengastila täytettiin sitten täyteaineella, joka käsitti 14 grit alumiinioksidi-täyteainetta (38 Alundum, Norton Co). Alumiinioksidi-täyteaineen pinnan korkeus oli likimain sama kuin suljetun 5 sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken yläpään korkeus. Eräs määrä sulaa matriisimetallia, joka käsitti pronssiseosta, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksin oli 90 % Cu, 5 % Si , 2 % Fe ja 3 % Zn, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan läpäisemättömään säiliöön, niin 10 että se peitti täyteaineen ja sisemmän ruostumatonta terästä olevan putken suljetun yläpään. Sulan matriisime-tallin lämpötila oli noin 1100 °C. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) 15 sulan pronssi-matriisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikkouuniin, joka oli esikuumennettu noin 1100 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, 20 B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B2O3teen mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin kaksi tuntia lisää 1100 °C:ssa. Sitten 25 kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva alempi levy leikattiin irti kahdesta ruostumatonta terästä olevasta putkesta ja metallimatriisikomposiit-vä-likerroksesta. Lisäksi kokoonpanon yläpää leikattiin pois tasolta, joka oli hieman sisemmän ruostumatonta terästä 30 olevan putken yläpään alapuolella. Kokoonpanosta talteen otettu makrokomposiittikappale käsitti kaksi samankeskeis- » k tä ruostumatonta terästä olevaa putkea, jotka olivat sitoutuneet toisiinsa metallimatriisikomposiitti-väliker-roksella. Metallimatriisikomposiitti-välikerros käsitti 35 14 grit alumiinioksidi-täyteainetta, joka oli edellä mainitun lajisen matriisimetallin läpäisemää. Kun kokoonpanon molemmat päät oli poistettu, myös ulompi ruostuma- 72 91612 tonta terästä oleva putki poistettiin, niin että muodostui lopullinen makrokomposiittikappale, joka käsitti ruostumatonta terästä olevan putken joka oli sitoutunut prons-si-metallimatriisikomposiittikuoreen.
5
Kuvio 20 on valokuva tämän esimerkin mukaisesti muodostetun makrokomposiittikappaleen vaakasuorasta leikkauksesta, Kuten kuviossa 20 esitetään, makrokomposiittikappale 164 käsitti sisemmän ruostumatonta terästä olevan utken 166, 10 joka oli sitoutunut pronssi-metallimatriisikomposiitti-kuoreen 168.
Esimerkki 13 15 Tämä esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää ruostumatonta terästä olevan sauvan joka on sitoutunut ruostumatonta terästä olevaan putkeen pronssi-metalliroatriisikomposiit-ti-välikerroksella. Ruostumaton terässauva ja ruostumaton 20 teräsputki olivat samankeskeiset.
Ensimmäinen kokoonpano muodostettiin hitsaamalla sisähal-kaisijaltaan noin 25 mm ja pituudeltaan noin 114 mm ruostumatonta terästä oleva sauva kooltaan noin 64 x 64 mm 25 ja vahvuudeltaan 1,6 mm ruostumatonta terästä olevaan levyyn» Ruostiimatonta AISI Type 304 terästä oleva 1,6 mm vahva putki, jonka sisähalkaisija oli noin 35 mm ja pituus noin 152 mm, sijoitettiin samankeskeisesti ruostumatonta terästä olevan sauvan ympärille. Sitten ruostumatonta 30 terästä oleva putki hitsattiin 64 x 64 mm ruostumatonta terästä olevaan levyyn läpäisemättömän säiliön muodostamiseksi. Renkaan muotoinen tila ruostumatonta terästä olevan sauvan ulkopinnan ja ruostumatonta terästä olevan putken sisäpinnan välissä täytettiin sitten täyteaineella, 35 joka käsitti 90 grit alumiinioksidituotteella (38 Alundum, Norton Co). 90 grit täyteaineen pinnan korkeus oli likimain sama kuin ruostumatonta terästä olevan sauvan yläpään
II
73 91612 korkeus. Sulaa matriisimetallia, joka käsitti pronssiseos-ta, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksin oli 90 % Cu, 5 % Si , 2 % Fe ja 3 % Zn, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan läpäisemättömään säiliöön, niin että se peitti 5 täyteaineen ja ruostumatonta terästä olevan putken suljetun yläpään. Sulan matriisimetallin lämpötila oli noin 1100 °C. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Ae-sar Co, Seabrook, NH) sulan pronssi-matriisimetallin 10 pinnalle. Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikko-uuniin, joka oli esikuumennettu noin 1100 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti 15 kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin neljä tuntia lisää 1100 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista 20 ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka muodosti kokoonpanon pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle matriisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, kokoonpanon pohja leikattiin 25 irti tasolta, joka oli hieman ruostumatonta terästä olevan pohjalevyn pinnan yläpuolella. Lisäksi kokoonpanon yläpää leikattiin pois tasolta, joka oli hieman ruostumatonta terästä olevan sauvan yläpään alapuolella. Valmis sylinterin muotoinen makrokomposiittikappale, joka saatiin 30 kokoonpanosta, käsitti ruostumatonta terästä olevan sauvan, joka oli sitoutunut ruostumatonta terästä olevaan putkeen metallimatriisikomposiitti-välikerroksella. Me-tallimatriisikomposiitti käsitti 90 grit alumiinioksidi-täyteaineen, joka oli edellä mainitun lajisen matriisime-35 tallin läpäisemää.
74 91612
Kuvio 21 on vaakasuora poikkileikkaus tässä esimerkissä muodostetusta makrokomposiittikappaleesta. Kuten kuviossa 21 osoitetaan, makrokomposiittikappale 170 käsitti ruostumatonta terästä olevan sauvan 170, joka oli sitoutunut 5 ruostumatonta terästä olevaan putkeen 174 metallimatrii-sikomposiitti-välikerroksella 176.
Paksuudeltaan noin 8 mm poikkileikkaus tässä esimerkissä muodostetusta makrokomposiittikappaleesta, ja jota havain-10 nollistetaan kuviossa 21, asetettiin leikkaustestiin me-tallimatriisikomposiittiaineen ja ruostumatonta terästä olevan sauvan välisen sitoutumisen lujuuden määrittämiseksi. Leikattu levy sijoitettiin teräsrenkaalle siten, että alumiinioksidilla täytetty pronssi-metallimatriisi kos-15 ketti teräsrengasta. Sitten mäntä asetettiin koskettamaan ruostumatonta terästä olevaa keskustaa ja painetta kohdistettiin mäntään ruostumatonta terästä olevan keskustan puskemiseksi suuntaan, joka oli kohtisuorassa makrokom-posiittilevyn halkaisijaan nähden. Testi suoritettiin 20 Forney compression/Universal testing machine (Model FT- 0060-D) -testilaitteella, jota valmistaa Forney Inc,
Wampum, PA. Suurin kuormitus noin 3724 kg leikkausalalla 2 noin 6,38 cm , antoi mitatuksi leikkauslujuudeksi noin 57,23 MPa.
25
Esimerkki 14 Tämä esimerkki havainnollistaa menetelmää makrokomposiit-tikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää pronssi-metal-30 limatriisi-komposiittikappaleen, joka on sitoutunut metal-likappaleeseen.
Kaupallisesti saatavan 6RAF0IL(R) grafiittinauha-aineen (jota valmistaa Union Carbide) arkki asetettiin läpäisemät-35 tömän säiliön pohjalle peittämään läpäisemättömän säiliön koko pohjan. Läpäisemätön säiliö tehtiin hitsaamalla 1,6 non vahvoja ruostumatonta terästä olevia levyjä yhteen, niin
II
75 91612 että muodostui neliömäinen säiliö, jonka sisämitat olivat noin 102 x 102 mm ja korkeus noin 38 mm. Noin 3,2 mm paksu kerros täyteainetta, joka käsitti 90 grit alumiinioksidi-tuotetta 38 Alundum (Norton Co.) asetettiin GRAFOIL(R)-ar-5 kin päälle. Neliömäinen levy kylmämuovattua terästä, mitoiltaan noin 89 x 89 mm ja noin 9,5 mm paksu, asetettiin alumiinioksidi-täyteaineen kerroksen päälle. Lisää 90 grit alumiinioksidiainetta asetettiin sitten läpäisemättömään säiliöön, kunnes alumiinioksidi-täyteaineen taso oli li-10 kimain sama kuin kylmämuovatun teräskappaleen yläpinnan korkeus. Sitten asetettiin toinen GRAFOIL(R)-arkki kylmämuovatun teräslevyn päälle. GRAFOIL(R)-arkki ulottui kylmämuovatun teräslevyn reunojen yli ja peitti osittain alumiinioksidi-täyteaineen kerrosta. Noin 6,4 mm leveä rako 15 jäi GRAFOIL(R)-arkin reunojen ja läpäisemättömän säiliön sisäpinnan väliin. Eräs määrä sulaa matriisimetallia, joka käsitti pronssiseosta, jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksin oli 90 % Cu, 5 % Si , 2 % Fe ja 3 % Zn, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan läpäisemättömään säiliöön, niin 20 että se peitti GRAFOIL(R)-arkin ja paljaan alumiinioksidi-täyteaineen. Sulan matriisimetallin lämpötila oli noin 1100 °C. Sula matriisimetalli peitettiin sitten sulun muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan pronssi-mat-25 riisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä kokoonpano asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfää-rilaatikkouuniin, joka oli esikuumennettu noin 1100 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli 30 oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemätön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin kolme tuntia lisää 1100 °C:ssa. Sitten kokoonpano 35 poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka muodosti kokoonpanon pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle 76 91612 matriisimetallin suuntautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, kokoonpano purettiin ja talteen otettiin makrokomposiittikappale. Makrokomposiittikappale käsitti metallimatriisi-kompo-5 siittikappaleen, joka oli sitoutunut kylmämuovattuun teräs kappaleeseen .
Kuvio 22 on pystyleikkaus tässä esimerkissä muodostetusta makrokomposiittikappaleesta. Kuten kuvio 22 osoittaa, 10 makrokomposiittikappale 178 käsitti pronssi-metallimat-riisi-komposiittikappaleen 180, joka oli sitoutunut kylmämuovattuun teräskappaleeseen 182.
Esimerkki 15 15
Esillä oleva esimerkki havainnollistaa menetelmää makro-komposiittikappaleen muodostamiseksi, joka käsittää prons-si-metallimatriisi-komposiittikappaleen, joka on sitoutunut toiseen pronssi-metallimatriisi-komposiittikappalee-20 seen, jossa on erilaista täyteainetta. Lisäksi esillä oleva esimerkki havainnollistaa menetelmää, jolla muodostetaan makrokomposiittikappale, jolla on pieni tiheys.
Noin 3,2 mm paksu kerros täyteainetta, joka käsitti 90 grit 25 piikarbidia asetettiin läpäisemättömän säiliön pohjalle. Läpäisemätön säiliö tehtiin hitsaamalla 1,6 mm vahvuista AISI type 304 ruostumatonta terästä oleva putki, jonka sisähalkaisi ja oli noin 51 mm ja pituus noin 64 mm, ruostumatonta terästä olevaan levyyn, joka oli 60 mm x 60 30 mm ja 1,6 mm paksu. Noin 19 mm paksu kerros alumiinioksi-dipalloja sijoitettiin 90 grit piikarbidikerroksen päälle. Alumiinioksidipallot olivat pallon muotoisia 3,2 mm: n halkaisijalla, ja niitä tuottaa Ceramic Fillers Inc, Atlanta, 6A. Toinen kerros 90 piikarbidi-täyteainetta 35 järjestettiin alumiinioksidipallokerroksen päälle. Läpäisemättömän säiliön siältöineen käsittävää kokoonpanoa ravisteltiin varovasti, niin että 90 grit piikarbidi-täy- 77 91612 teaine asettuisi ja täyttäisi (ts. sijaitsisi) ainakin joissakin osissa alumiinioksidipallojen välissä olevaa huokoisuutta. Kun 90 grit piikarbidia ei enää laskeutunut pallojen väliseen huokoisuuteen, lisättiin toinen määrä 90 5 grit piikarbidia kokoonpanoon, niin että muodostui 3,2 mm paksu kerros piikarbidia alumiinioksidipallojen päälle. Ruostumatonta terästä oleva levy, joka oli noin 48 mm halkaisijaltaan ja noin 3,2 mm paksu, asetettiin päällimmäisen piikarbidikerroksen päälle. Ruostumatonta terästä 10 olevan levyn halkaisija oli hieman pienempi kuin lä päisemättömän säiliön sisähalkaisija, niin että muodostui vähäinen rako ruostumatonta terästä olevan levyn reunan ja ruostumatonta terästä olevan putken sisäpinnan väliin. Eräs määrä sulaa matriisimetallia, joka käsitti pronssiseosta, 15 jonka likimääräinen koostumus paino-osuuksin oli 90 % Cu, 5%Si, 2 % Fe ja 3 % Zn, kaadettiin huonelämpötilassa olevaan läpäisemättömään säiliöön, niin että se peitti ruostumatonta terästä olevan levyn ja paljaan piikarbidi-täyteaineen. Sitten sula matriisimetalli peitettiin sulun 20 muodostavalla aineella. Tarkemmin sanoen sijoitettiin B2O3-jauhetta (Aesar Co, Seabrook, NH) sulan pronssi-mat-riisimetallin pinnalle. Läpäisemättömän ruostumatonta terästä olevan säiliön sisältöineen käsittävä asetettiin sitten vastuksin kuumennettuun ilma-atmosfäärilaatikko-25 uuniin, joka oli esikuumennettu noin 1100 °C:een. Oltuaan noin 15 minuuttia lämpötilassa, B203-aine oli oleellisesti kokonaan sulanut muodostaen lasimaisen kerroksen. Lisäksi B203:een mahdollisesti jäänyt vesi kaasuuntui ja poistui oleellisesti kokonaan, jolloin muodostui kaasua läpäisemä-30 tön sulku. Kokoonpanoa pidettiin uunissa noin kaksi tuntia lisää 1100 °C:ssa. Sitten kokoonpano poistettiin uunista ja ruostumatonta terästä oleva levy, joka muodosti kokoonpanon pohjan, sijoitettiin suoraan kosketukseen vesijäähdytetylle kuparijäähdytyslevylle matriisimetallin suun-35 tautunutta kiinteytymistä varten. Kun kokoonpano oli jäähtynyt huonelämpötilaan, kokoonpano purettiin ja tal-, teen otettiin makrokomposiittikappale. Makrokomposiitti- 91612 78 kappale käsitti ensimmäisen kerroksen metallimatriisikom-posiittlainetta, joka käsitti 90 grit piikarbidi-täyte-ainetta ja joka oli edellä mainitun pronssi-matriisimetal-lin läpäisemää, ja joka oli sitoutunut toiseen metallimat-5 riisikomposiittiaineen kerrokseen, joka käsitti alu- miinioksidipalloja edellä mainitun pronssi-matriisimetal-lin läpäisemänä, joka vuorostaan oli sitoutunut kolmanteen metallimatriisikomposiittiaineen kerrokseen, joka käsitti 90 grit piikarbidi-täyteainetta edellä mainitun pronssi-10 matriisimetallin läpäisemänä. Päällimmäinen metallimat-riisikomposiittikerros poistettiin makrokomposiittikappa-leesta, niin että tuotettiin kaksikerroksinen makrokom-posiittikappale, joka käsitti pallot sisältävän metalli-matriisi-komposiittikappaleen sitoutuneena metallimatrii-15 si-komposiittikappaleeseen, jossa oli 90 grit piikarbidi-täyteainetta. Tämän kappaleen tiheys oli noin 3,9 g/cm . Tavallinen tiheys metallimatriisi-komposiittikappaleelle, joka sisältää noin 50 tilavuusprosenttia 90 piikarbidi-täyteainetta sellaisen pronssiseoksen läpäisemänä, joka on 20 samanlaista kuin tässä kokeessa käytetty pronssiseos, on noin 5,5 g/cm3.
Kuvio 23 on valokuva vaakasuorasta poikkileikkauksesta lopullisesta kaksikerros-makrokomposiittikappaleesta, jo-25 ka on muodostettu esillä olevassa esimerkissä. Kuten kuviossa 23 osoitetaan, niin makrokomposiittikappale 184 käsitti pronssi-metallimatriisi-komposiittikappaleen, jossa oli alumiinioksidipalloja täyteaineena 186, ja joka oli sitoutunut pronssi-metallimatriisi-komposiittikappa-30 leeseen, jossa vuorostaan oli 90 grit piikarbidia täyteaineena 188.
35

Claims (28)

79 91612
1. Menetelmä makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi, tunnettu siitä, että muodostetaan reaktiojärjestelmä, joka käsittää matriisime-5 tallia, reaktiivisen atmosfäärin, läpäisemättömän säiliön ja läpäisevää massaa, joka sisältää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan irrallisen täyteainemassan ja täyteainetta olevan esimuotin käsittävästä ryhmästä, sekä ainakin yhden lisäkappaleen, joka sijaitsee läpäisevän massan vieressä; 10 suljetaan reaktiojärjestelmä ainakin osittain reaktiojär-jestelmän ulkopuolella olevasta ympäröivästä atmosfääristä niin, että aikaansaadaan nettopaine-ero reaktiivisen atmosfäärin ja ympäröivän atmosfäärin välille, jolloin sulkeminen järjestetään ainakin yhdellä ulkoisella sululla; 15 ja kuumennetaan suljettu reaktiojärjestelmä niin, että mat-riisimetalli sulaa ja ainakin osittain tunkeutuu mainittuun ainakin yhteen lisäkappaleeseen muodostaen siten me-tallimatriisikomposiitin, joka on liittynyt tai sitoutunut 20 yhdeksi kappaleeksi mainitun ainakin yhden lisäkappaleen kanssa muodostaen siten makrokomposiittikappaleen.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osittainen sulkeminen käsittää reak- 25 tiivisen atmosfäärin oleellisen eristämisen ympäröivästä ·· atmosfääristä.
3. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nettotryckskillnaden förekommer under ätminstone en del av den tid dä den smultna matrismetallen infiltrerar den ge-nomslappiiga massan. 5
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nettopaine-ero on olemassa ainakin osan aikaa 30 sulan matriisimetallin tunkeutuessa läpäisevään massaan.
4. Förfarande enligt patentkrav 1, kannetecknat av att matrismetallen omfattar ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av aluminium, magnesium, brons, koppar och gjut-järn. 10
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimetalli käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää alumiinin, mag- 35 nesiumin, pronssin, kuparin ja valuraudan. 80 91612
5. Förfarande enligt patentkrav 1, kannetecknat av att det vidare omfattar anordnande av ätminstone ett vätnings-befrämjande medel i reaktionssystemet. 15 6. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att det vidare omfattar anordnande av ätminstone ett tillslut-ningsbefrämjande medel i reaktionssystemet.
5. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää ainakin yhden kostutuksen edistäjän järjestämisen reaktiojärjestelmään.
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää ainakin yhden sulun edistäjän järjestämisen reaktiojärjestelmään.
7. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att 20 nämnda ätminstone ena yttre barriär omfattar ett glasak- tigt material.
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että mainittu ainakin yksi ulkoinen sulku käsittää lasimaista ainetta.
8. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den reaktiva atmosfären reagerar ätminstone delvis ätmins- 25 tone med matrismetallen, fyllnadsmedlet eller den ogenom-trängliga behällaren, och därvid ästadkommer nettotryckskillnaden.
8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiivinen atmosfääri reagoi ainakin osit- 15 tain ainakin matriisimetallin, täyteaineen tai läpäisemättömän säiliön kanssa, johtaen siten nettopaine-eroon.
9. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att 30 ätminstone ett vätningsbefrämjande medel legeras med matrismetallen. •
9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yhtä kostutuksen edistäjää seostetaan 20 matriisimetalliin.
10. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det vidare omfattar anordnande av ett spärrmedel som de- 35 finierar ätminstone en del av ytan av den genomträngliga massan. 85 91612
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää estovälineen järjestämisen, joka määrittelee ainakin osan läpäisevän massan pin- 25 nasta.
11. Förfarande enligt patentkrav 10, kännetecknat av att spärrmedlet omfattar ätminstone ett material valt i grup-pen bestäende av koi, grafit, titaniumdiborid, aluminium-oxid och rostfritt stäl. 5
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että estoväline käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää hiilen, grafiitin, ti- 30 taanidiboridin, alumiinioksidin ja ruostumattoman teräksen.
12. Förfarande enligt patentkrav 10, kännetecknat av att matrismetallen inte kan väta spärrmedlet väsentligt.
12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimetalli ei oleellisesti pysty kostut- 35 tamaan estovälinettä.
13. Förfarande enligt patentkrav 5, kännetecknat av att 10 matrismetallen omfattar aluminium och det fuktighetsbe- främjande medlet omfattar ätminstone ett ämne valt i grup-pen bestäende av magnesium, vismut, bly och tenn.
13. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimetalli käsittää alumiinia ja kostu- II 81 91612 tuksen edistäjä käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka sisältää magnesiumin, vismutin, lyijyn ja tinan.
14. Förfarande enligt patentkrav 5, kännetecknat av att 15 matrismetallen omfattar ätminstone antingen brons eller koppar och att det vätningsbefrämjande medlet omfattar ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av selen, tellurium och svavel. 20 15. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den genomträngliga massan omfattar ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av pulver, flingor, skiffer, mik-rostäner, fiberkristaller, bubblor, fiber, partiklar, fi-bermattor, brutna fiber, kulor, pelletar, smä rör och 25 brandbeständigt tyg.
14. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimetalli käsittää ainakin joko pronssia tai kuparia ja että kostutuksen edistäjä käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää seleenin, telluurin ja rikin. 10
15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että läpäisevä massa käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää jauheet, hiutaleet, liuskeet, mikrokuulat, kuitukiteet, kuplat, kuidut, hiuk- 15 kaset, kuitumatot, katkaistut kuidut, kuulat, pelletit, pienet putket ja tulenkestävän kankaan.
16. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att fyllnadsmedlet omfattar ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av oxider, karbider, borider och nitrider. 30
16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhtä ainetta, joka 20 valitaan ryhmästä, joka käsittää oksidit, karbidit, bori-dit ja nitridit.
17. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den ogenomträngliga behällaren omfattar ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av keramik, metall, glas och polymer. 35
17. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että läpäisemätön säiliö käsittää ainakin yhtä ai- 25 netta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää keraamin, metallin, lasin ja polymeerin.
18. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att matrismetallen omfattar ett ämne valt i gruppen bestäende 86 91612 av aluminium, koppar och brons, och att den ogenomträngli-ga behällaren omfattar rostfritt stäl.
18. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimetalli käsittää ainetta, joka vali- 30 taan ryhmästä, joka käsittää alumiinin, kuparin ja pronssin, ja että läpäisemätön säiliö käsittää ruostumatonta .· terästä.
19. Förfarande enligt patentkrav 17, kännetecknat av att 5 den ogenomträngliga behällaren omfattar aluminiumoxid el- ler kiselkarbid.
19. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu 35 siitä, että läpäisemätön säiliö käsittää alumiinioksidia tai piikarbidia. 82 91612
20. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den reaktiva atmosfären omfattar ätminstone ett ämne valt 10. gruppen bestäende av syreinnehällande atmosfär och kväve innehäl lande atmosfär.
20. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiivinen atmosfääri käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää happea sisältävän atmosfäärin ja typpeä sisältävän atmosfäärin. 5
21. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att matrismetallen omfattar aluminium och den reaktiva atmos- 15 fären omfattar luft, syre eller kväve.
21. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimetalli käsittää alumiinia ja reaktiivinen atmosfääri käsittää ilmaa, happea tai typpeä.
22. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att matrismetallen omfattar ätminstone antingen brons-matris-metall, koppar-matrismetall eller gjutjärn-matrismetall 20 och att den reaktiva atmosfären omfattar luft, syre eller kväve.
22. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että matriisimetalli käsittää ainakin joko prons-si-matriisimetallia, kupari-matriisimetallia tai valu-rauta-matriisimetallia ja että reaktiivinen atmosfääri käsittää ilmaa, happea tai typpeä. 15
23. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att reaktionssystemets temperatur är högre än matrismetallens 25 smältpunkt, men lägre än matrismetallens indunstningstem-‘ peratur och fyllnadsmedlets smältpunkt.
23. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiojärjestelmän lämpötila on korkeampi kuin matriisimetallin sulamispiste, mutta alhaisempi kuin matriisimetallin höyrystymislämpötila ja täyteaineen sula- 20 mispiste.
24. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det slutna reaktionssystemet upphettas tili en temperatur 30 pä c. 700-1000 °C dä matrismetallen omfattar aluminium; c. 1050-1125 °C dä matrismetallen omfattar brons eller koppar; och c. 1250-1400 °C dä matrismetallen omfattar gjut-järn. 35 25. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av att fyllnadsmedlet omfattar ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av aluminiumoxid, kiselkarbid, zirkonium, ti-taniumnitrid, borkarbid och blandningar av dessa. li 87 91612
24. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suljettu reaktiojärjestelmä kuumennetaan lämpötilaan, joka on noin 700 - 1000 °C, kun matriisimetalli 25 käsittää alumiinia; noin 1050 - 1125 °C, kun matriisimetalli käsittää pronssia tai kuparia; ja noin 1250 - 1400 °C, kun matriisimetalli käsittää valurautaa.
25. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää alumiinioksidin, piikar-· bidin, zirkoniumin, titaaninitridin, boorikarbidin ja nii den seokset.
26. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det vidare omfattar inriktad solidifiering av ätminstone metallmatriskompositdelen av makrokompositkroppen. 5 27. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda ätminstone ena andra eller ytterligare kropp omfattar ett ämne valt i gruppen bestäende av metall, keramik, keramisk matriskomposit, metallmatriskomposit och kombi-nationer av dessa. 10
26. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää ainakin makrokomposiitti-kappaleen metallimatriisikomposiittiosan suunnatun kiinteyttämisen. 83 91612
27. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ainakin yksi toinen tai lisäkappale käsittää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan ryhmästä, joka käsittää metallin, keraamin, keraamimatriisikomposii- 5 tin, metallimatriisikomposiitin ja näiden yhdistelmät.
28. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainittu ainakin yksi ulkoinen sulku sisältää ainakin yhtä ainetta, joka valitaan joukosta, joka muodos- 10 tuu boorilaseista, piilaseista ja B203:sta, ja joka on ainakin osittain sulassa tilassa ainakin osan tunkeutumis-jaksosta. 15 1. Förfarande för att bilda en makrokompositkropp, kän- netecknat av att man bildar ett reaktionssystem omfattande en matrismetall, en reaktiv atmosfär, en ogenomtränglig behällare och en genomtränglig massa innehällande ätminstone ett material 20 valt i gruppen bestäende av en lös fyllnadsmedelmassa och en förform av fyllnadsmedel, samt ätminstone en ytterlig kropp belägen invid den genomträngliga massan; reaktionssystemet slutes ätminstone delvis frän den omgi-vande atmosfären utanför reaktionssystemet sä att en net-25 totryckskillnad uppnds mellan den reaktiva atmosfären och den omgivande atmosfären, varvid tillslutningen utförs med ätminstone en yttre barriär; och det slutna reaktionssystemet upphettas sä att matrismetal-len smälter och ätminstone delvis tränger in i nämnda ät-30 minstone ena ytterligare kropp och sälunda bildar en me-tallmatriskomposit som är ansluten eller bunden tili en ·· kropp med nämnda ätminstone ena kropp och sälunda bildar en makrokompositkropp. 35 2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att den ätminstone delvisa tillslutningen omfattar en väsent-lig isolering av den reaktiva atmosfären frän den omgivan- • < de atmosfären. 84 91612
28. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av att nämnda ätminstone ena yttre barriär innehäller ätminstone ett ämne valt i gruppen bestäende av borglas, kiselglas och B203, och som är ätminstone delvis i smält tillständ 15 under ätminstone en del av inträngningstiden.
FI903608A 1989-07-21 1990-07-17 Menetelmä makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi FI91612C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US38393589A 1989-07-21 1989-07-21
US38393589 1989-07-21

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI903608A0 FI903608A0 (fi) 1990-07-17
FI91612B true FI91612B (fi) 1994-04-15
FI91612C FI91612C (fi) 1994-07-25

Family

ID=23515371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI903608A FI91612C (fi) 1989-07-21 1990-07-17 Menetelmä makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi

Country Status (24)

Country Link
EP (1) EP0409764B1 (fi)
JP (1) JP3256219B2 (fi)
KR (1) KR910002739A (fi)
CN (1) CN1033046C (fi)
AT (1) ATE119509T1 (fi)
AU (1) AU636626B2 (fi)
BR (1) BR9003428A (fi)
CA (1) CA2020675A1 (fi)
CS (1) CS354990A3 (fi)
DD (1) DD301859A9 (fi)
DE (1) DE69017545T2 (fi)
FI (1) FI91612C (fi)
HU (1) HUT64934A (fi)
IE (1) IE902464A1 (fi)
IL (1) IL94958A (fi)
MX (1) MX167358B (fi)
NO (1) NO902980L (fi)
NZ (1) NZ234367A (fi)
PL (1) PL167044B1 (fi)
PT (1) PT94739A (fi)
RU (1) RU2016702C1 (fi)
TR (1) TR25515A (fi)
YU (1) YU47110B (fi)
ZA (1) ZA905589B (fi)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5525385A (en) * 1992-11-20 1996-06-11 Lanxide Technology Company, Lp Macrocomposite bodies and methods for making the same
JP3987201B2 (ja) * 1998-05-01 2007-10-03 日本碍子株式会社 接合体の製造方法
US6635357B2 (en) * 2002-02-28 2003-10-21 Vladimir S. Moxson Bulletproof lightweight metal matrix macrocomposites with controlled structure and manufacture the same
RU2461789C1 (ru) * 2011-03-09 2012-09-20 Александр Шугруевич Анохин Способ изготовления структурированной керамической брони и броня, полученная таким способом
US9016090B2 (en) * 2013-06-12 2015-04-28 Hamid Hojaji Glass microspheres comprising sulfide, and methods of producing glass microspheres
US9643876B2 (en) 2015-10-04 2017-05-09 Hamid Hojaji Microspheres and methods of making the same
MX2018012762A (es) 2016-04-20 2019-05-16 Upterior Llc Macrocompuestos y composiciones de metal-vidrio y metodos para su realizacion.
GB201714401D0 (en) * 2017-09-07 2017-10-25 Univ Brunel Method for forming metal matrix composites
CN110421149B (zh) * 2019-08-22 2021-05-04 东营市泰达石油装备有限责任公司 双金属复合材料及其制备方法和应用、耐磨配件、采矿设备
CN111347028B (zh) * 2020-03-28 2021-11-19 哈尔滨工程大学 一种金属空心球复合材料的铸造模具及其制备方法
CN114505466B (zh) * 2022-01-20 2023-06-06 清华大学 电子封装材料及其制备方法和制备装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS602149B2 (ja) * 1980-07-30 1985-01-19 トヨタ自動車株式会社 複合材料の製造方法
US4923832A (en) * 1986-05-08 1990-05-08 Lanxide Technology Company, Lp Method of making shaped ceramic composites with the use of a barrier
US4871008A (en) * 1988-01-11 1989-10-03 Lanxide Technology Company, Lp Method of making metal matrix composites
US5040588A (en) * 1988-11-10 1991-08-20 Lanxide Technology Company, Lp Methods for forming macrocomposite bodies and macrocomposite bodies produced thereby
US5000245A (en) * 1988-11-10 1991-03-19 Lanxide Technology Company, Lp Inverse shape replication method for forming metal matrix composite bodies and products produced therefrom

Also Published As

Publication number Publication date
DD301859A9 (de) 1994-05-26
IL94958A0 (en) 1991-06-10
DE69017545D1 (de) 1995-04-13
JPH03138329A (ja) 1991-06-12
EP0409764A2 (en) 1991-01-23
CA2020675A1 (en) 1991-01-22
AU636626B2 (en) 1993-05-06
ATE119509T1 (de) 1995-03-15
PL167044B1 (pl) 1995-07-31
HUT64934A (en) 1994-03-28
MX167358B (es) 1993-03-18
NO902980L (no) 1991-01-22
HU904204D0 (en) 1990-12-28
CN1033046C (zh) 1996-10-16
RU2016702C1 (ru) 1994-07-30
DE69017545T2 (de) 1995-07-27
CN1048894A (zh) 1991-01-30
BR9003428A (pt) 1991-08-27
PT94739A (pt) 1991-03-20
IE902464A1 (en) 1991-02-13
CS354990A3 (en) 1992-06-17
EP0409764B1 (en) 1995-03-08
YU47110B (sh) 1994-12-28
IL94958A (en) 1995-05-26
NZ234367A (en) 1993-02-25
NO902980D0 (no) 1990-07-04
KR910002739A (ko) 1991-02-26
JP3256219B2 (ja) 2002-02-12
YU139990A (sh) 1992-07-20
PL286090A1 (en) 1991-04-08
FI903608A0 (fi) 1990-07-17
EP0409764A3 (en) 1992-11-25
AU5877390A (en) 1991-01-24
FI91612C (fi) 1994-07-25
ZA905589B (en) 1991-03-27
TR25515A (tr) 1993-05-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI91611B (fi) Menetelmä metallimatriisi-komposiittikappaleen valmistamiseksi
FI91831C (fi) Menetelmä kolmiulotteisesti yhteenliittyneen rinnakkaismatriisin sisältävän metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi
FI91496B (fi) Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita
FI91723B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä
FI91613B (fi) Menetelmä muotoillun metallimatriisi-komposiittikappaleen valmistamiseksi
FI89014B (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91492B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91494C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmän mukaisesti valmistettu komposiitti
FI91490B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi
JPH03223438A (ja) 装甲材料
FI91612B (fi) Menetelmä makrokomposiittikappaleen muodostamiseksi
FI91724B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen
FI91722B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91609C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91491B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi uppovalumenetelmää käyttäen
US5188164A (en) Method of forming macrocomposite bodies by self-generated vacuum techniques using a glassy seal
FI91832B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91493B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
US5247986A (en) Method of forming macrocomposite bodies by self-generated vacuum techniques, and products produced therefrom

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP

BB Publication of examined application
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP