FI91723C - Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä - Google Patents

Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä Download PDF

Info

Publication number
FI91723C
FI91723C FI894930A FI894930A FI91723C FI 91723 C FI91723 C FI 91723C FI 894930 A FI894930 A FI 894930A FI 894930 A FI894930 A FI 894930A FI 91723 C FI91723 C FI 91723C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metal
matrix
filler
infiltration
preform
Prior art date
Application number
FI894930A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI91723B (fi
FI894930A0 (fi
Inventor
Michael Kevork Aghajanian
Robert Campbell Kantner
Jr John Peter Biel
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 FI894930A0 publication Critical patent/FI894930A0/fi
Publication of FI91723B publication Critical patent/FI91723B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI91723C publication Critical patent/FI91723C/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
    • C04B41/515—Other specific metals
    • C04B41/5155—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/88—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1057—Reactive infiltration
    • C22C1/1063—Gas reaction, e.g. lanxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/1003—Use of special medium during sintering, e.g. sintering aid
    • B22F2003/1014—Getter
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00905—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms
    • C04B2111/00913—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms as ceramic preforms for the fabrication of metal matrix comp, e.g. cermets
    • C04B2111/00931—Coated or infiltrated preforms, e.g. with molten metal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

91723
Menetelmå metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suun-natulla kiinteytyksellå 5 Esillå oleva keksintd koskee uutta menetelmåå metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi. Menetelmåsså sula mat-riisimetalli saatetaan spontaanisti tunkeutumaan (ts. kåyttåmåttå apuna painetta tai tyhjoå) tåyteaineen tai esimuotin låpåisevåån massaan tunkeutumisen ediståjån ja/-10 tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjån sekå tunkeutumis-atmosfåårin låsnåollessa ainakin prosessin jossakin vai-heessa. Lisåksi joko metallimatriisikomposiitin muodos-tuessa tai oleellisesti jatkuvasti metallimatriisikomposiitin muodostumisen yhteydesså aikaansaadaan matriisi-15 metallin kiinteytyminen.
Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitå, kuituja tai vas-taavia kåsittåvåt komposiittituotteet nåyttåvåt lupaavilta 20 moniin eriin sovellutuksiin, koska niisså yhdistyvåt osa lujittavan faasin jåykkyydestå ja kulutuskeståvyydestå metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleenså metallimatriisikomposiitilla luodaan parannuksia sellai-sissa ominaisuuksissa, kuten lujuus, jåykkyys, hankausku-25 lutuksen keståvyys ja lujuuden pysyminen korkeammissa låm-potiloissa, verrattuna matriisimetalliin sen monoliitti-sessa muodossa, mutta måårå, johon saakka mååråttyå omi-naisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseesså ole-vista ainesosista, niiden tilavuus- tai painosuhteista 30 sekå siitå, miten niitå kåsitellåån komposiittia muodos-tettaessa. Eråisså tapauksissa komposiitti voi myos olla kevyempåå kuin matriisimetalli sellaisenaan. Alumiinimat-riisikomposiitit, jotka on vahvistettu keraamilla, kuten esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden tai kui-35 tukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden alu-miiniin verrattuna suuremmasta jåykkyydestå, kulutuksen keståvyydestå ja korkean låmpdtilan lujuudesta.
2 91723
Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on' kuvattu erilaisia metallurgisia menetelmiå, mukaanlukien menetelmiå, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumistekniikoihin, joissa kåytetaan 5 hyvåksi painevalua, tyhjovalua, sekoittamista, ja notkis-timia. Jauhemetallurgiateknilkoiden avulla jauheen muodos-sa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava alne sekoitetaan ja sitten joko kylmåpuristetaan ja sintrataan, tai kuuma-10 puristétaan. Tållå menetelmållå tuotetun piikarbidilla lujitetun alumiinimatriisikomposlitin suurimman keraamin tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosent-tia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauksessa.
15
Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauhemetallurgi-sia tekniikoita kåyttåvin tavanomaisin menetelmin asettaa eråitå rajoituksia aikaansaatavien tuotteiden ominaisuuk-sille. Komposiitissa olevan keraamifaasin tilavuusosa on 20 tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 prosenttiin. Samaten asettaa puristustoiminta rajan kåy-tånnosså saavutettavalle koolie. Ainoastaan suhteellisen yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jålkeenpåin tapahtuvaa kåsittelyå (esim. muotoilua tai 25 koneistusta) tai ottamatta kåyttoon monimutkaisia puris-timia. Sintrauksen aikana voi myos esiintyå epåtasaista kutistumista, seimoin kuin mikrostruktuurin epåtasaisuutta, johtuen kiintoaineisiin eriytymisestå ja hiukkasten kas-vusta.
30 US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelmå metallimatrii-sikomposiitin muodostamiseksi, johon sisåltyy kuitumuotoi-nen lujite, esim. piikarbidi- tai alumiinikuitukiteitå, joilla on ennalta mååråtty kuitujen suuntaus. Komposiitti 35 tehdåån sijoittamalla samassa tasossa olevien kuitujen samansuuntaisia mattoja tai huopia muottiin yhdesså sulan matriisimetallin, esim. alumiinin låhteen kanssa ainakin 3 91723 joidenkin mattojen vålisså, ja kohdistamalla painetta, niin ettå sula metalli pakotetaan tunkeutumaan mattoihin ja ympåroimåån suunnatut kuidut. Matto jen pinon påålle voidaan valaa sulaa metallia, jolloin sitå paineen avulla pakote-5 taan virtaamaan mattojen våliin. Komposiitissa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 % tilavuuspitoisuuksia on ilmoitettu.
Edellå olevaan tunkeutumismenetelmåån liittyy paineen 10 aihéuttamien virtausprosessien yllatyksellisia vaihtelu-ja. ts. mahdollisia epåsaånnollisyyksiå matriisin muodos-tumisessa, huokoisuutta, jne, kun otetaan huomioon ettå se riippuu ulkoisesta paineesta sulan matriisimetallin pakot-tamiseksi kuitupitoisten mattojen låpi. Ominaisuuksien 15 epåtasaisuus on mahdollinen vaikka sulaa metallia johdet-taisiin useammasta kohdasta kuitupitoiseen jårjestelyyn. Vastaavasti on jårjestettåvå monimutkaiset matto/låhde-jårjestelyt ja virtausreitit soveltuvan ja tasaisen tun-keutumisen aikaansaamiseksi kuitumattojen pinoon. Edellå 20 mainittu painetunkeutumismenetelmå mahdollistaa myos ai-noastaan suhteellisen pienen lujitusaineen ja matriisiti-lavuuden suhteen, johtuen suureen mattotilavuuteen kiin-teåsti liittyvåstå tunkeutumisen vaikeudesta. Lisåksi muoteissa on oltava sulaa metallia paineen alaisena, joka 25 nostaa menetelmån kustannuksia. Lopuksi edellå mainittu menetelmå, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu alumiinimatrii-sikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satun-naisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistå tai 30 kuiduista koostuvilla aineilla.
Alumiinimatriisi-alumiinioksiditåytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksi-dia, jolloin on vaikeata muodostaa yhtenåinen tuote. Tåhån 35 ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Erås sellainen låhestyminen on alumiinin påållyståminen metallilla (esim. nikkelillå tai wolfr2unilla), joka sitten kuumapuristetaan 4 91723 yhdesså alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan påallystaa piidioksidilla. Nåilla komposiiteilla kuitenkin ominaisuudet vaihtelevat, tai påallystykset voivat heiken-5 tåå tåytettå, tai matriisi sisåltaa litiumia, joka voi vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.
US-patentilla 4,232,091 voitetaan eråitå alan vaikeuksia, joita kohdataan valmistettaessa alumiinimatriisi-alu-10 miinioksiditåytteisiå komposiitteja. Tasså patentissa ku-vataan 75 - 375 kg/cm paineen kohdistamista pakottamaan sula alumiini (tai sula alumiiniseos) alumiinioksidia olevaan kuitu- tai kuitukidemattoon, joka on esilåmmitetty alueelle 700 - 1050°C. Alumiinioksidin suurin suhde 15 metalliin tuloksena olevassa kiinteåssa valukappaleessa oli 0,25:1. Koska tasså menetelmåsså ollaan riippuvaisia ulkopuolisesta paineesta tunkeutumisen aikaansaamiseksi, sitå vaivaavat monet samat puutteet kuin US-patenttia 3,970,136.
20 EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi-komposiittien valmistamista, jotka ovat erityisen kåytto-kelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi-muotin alumiinioksidimatriisin ontelot taytetåån 25 alumiinilla, ja tåta vårten kaytetåån erilaisia tekniikoita alumiinioksidin kostuttamiseksi koko esimuotissa. Alumiinioksidi kostutetaan esimerkiksi titaani-, zirkonium-, hafnium tai niobi-diboridia olevalla kostutusaineella tai metallilla, ts. litiumilla, magnesiumilla, kalsiumilla, 30 titaanilla, kromilla, raudalla, koboltilla, nikkelillå, zirkoniumilla tai hafnixunilla. Kostutuksen edistamiseksi kåytetaån inerttiå atmosfåariå, kuten argonia. Tasså julkaisussa esitetåån xnyos paineen kohdistauninen sulan alumiinin saamiseksi tunkeutumaan påållyståmåttomåån mat-35 riisiin. Tasså suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saat-teunalla huokoset ensin tyhjoon ja kohdistamalla sitten sulaan alumiiniim painetta inertisså atmosfåårisså, esim.
5 91723 argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuottiin voidaan tunkeutua hoyryfaasissa olevalla alumiinipåållystyksellå pintojen kostuttamiseksi ennen onteloiden tåyttåmistå tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin 5 pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan låmpokåsittelyå, esim låmpotilassa 1400 - 1800°C, joko argonissa tai tyhjosså. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen altistuminen kaasulle, tai tunkeutumispaineen poistaminen, aiheuttaa alumiinin håviåmisen kappaleesta.
10
Kostutusaineiden kåyttåminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisåltåvåån elektrolyyttikennoon on esitetty myos EP-hakemuksessa 94353. Tåssa julkaisussa kuvataa alumiinin tuottamista 15 elektrolyysillå kennossa, jossa virranjohdinkatodi on kennon vaippana tai alustana. Tainan alustan suojaamiseksi sulalta kryoliitilta levitetaan alumiinioksidialustalle ohut påållystys kostutusaineen ja liukenemisen eståvån aineen seoksella ennen kennon kåynnistamista tai kun se on 20 upotettuna elektrolyysiprosessin tuottamaan sulaan alu-miiniin. Kuvattuja kostutusaineita ovat titaani, zir-konium, hafnium, pii, magnesium, vanadiini, kromi, niobi tai kalsium, ja titaani esitetåån edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetåån olevan 25 hyodyllisiå estettåesså kostutusaineiden liukenemista sulaan alumiiniin. Tassa julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikå siina eh-dotetaa sellaisten komposiittien muodosteunista esimerkiksi typpiatmos fååris s a.
30
Paineen ja kostutusaineiden kåyton lisåksi on kuvattu tyhjon kohdistamisen ediståvån sulan alumiinin tunkeutu-mista huokoiseen keraeunikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa-tentissa 3,718,441 raportoidaan keraamiseen kappaleeseen 35 (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja berylliumoksidi) tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, berylliumilla, magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelillå tai • ^ 6 91723 _6 λ kromilla, tyhjosså joka on alle 10“ torr. Vålillå 10“ ...
10“6 torr oleva tyhjo johti keraamin heikkoon kostuttami-seen sulalla metallilla, niin ettei metalli virrannut vapaasti keraamin ontelotiloihin. Kostuttamisen sanotaan 5 kuitenkin parantuneen, kun tyhjo pienennettiin alle 10“6 torr.
Myos US-patentissa 3,864,154 esitetåån tyhjon kåyttåmistå tunkeutumisen aikaansaamiseksi. Tåsså patentissa selite-10 taan kylmåpuristetun AlB 12-kappaleen asettamista kylmåpu-ristetun alumiinijauheen pedille. Sen jalkeen sijoitettiin lisåå alumiinia AlBi2-jauhekappaleen påålle. Sulatusastia, jossa AlBi2-kappale oli "kerrostettuna" alumiinijauheker-rosten våliin, sijoitettiin tyhjouuniin. Uuniin jårjestet-15 tiin noin 10“5 torr oleva tyhjo kaasun poistumista vårten. Låmpotilaa nostettiin sen jalkeen 1100°C:een, jossa se pidettiin 3 tuntia. Naissa oloissa sula alumiini tunkeutui AlBi2-kappaleeseen.
20 US-patentissa 3,364,976 selitetaan suunnitelmaa itsestaan kehittyvån tyhjon aikaansaamista kappaleeseen, sulan metallin kappaleeseen tunkeutumisen lisååmiseksi. Erityises-ti selitetaan, ettå kappale, esim. grafiittimuotti, terås-muotti tai huokoinen tulenkeståvå aine, kokonaan upotetaan 25 sulaan metalliin. Muotin tapauksessa metallin kanssa reagoivan kaasun kanssa taytetty muottiontelo on yhteydesså ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon tåyttyminen itsestaan kehittyvån tyhjon 30 syntyesså ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin reaktion johdosta. Tyhjo on erityisesti tulosta metallin kiinteån oksidimuodon syntymisestå. Siten tåsså julkaiussa esitetåån, ettå on oleellista aikaansaada ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin vålinen reaktio. Muotin kåyttå-35 minen tyhjon luomiseksi ei kuitenkaan vålttåmåttå ole toivottavaa, johtuen muotin kåyttoon liittyvistå vålitto-mistå rajoituksista. Muotit on ensin koneistettava mååråt- 7 91723 tyyn muotoon; sitten loppukåsiteltåvå, koneistettava hy-våksyttåvån valupinnan tuottamiseksi muottiin; sitten koottava ennen niiden kåyttåmistå; sitten purettava niiden kåyton jålkeen valukappaleen poistajniseksi niistå; ja sen 5 jalkeen muotti on jålleen saatettava kåyttokuntoon, mikå mitå todennåkoisimmin merkitsisi muotin pintojen uudelleen kåsittelya tai muotin poistamista, ellei se enåa ole kåyttoon hyvåksyttåvå. Muotin koneistaminen monimutkaiseen muotoon saattaa olla erittåin kallista ja aikaavievåa.
10 Lisaksi muodostuneen kappaleen poistaminen monimutkaisen muotoisesta muotista saattaa olla vaikeata (ts. monimutkaisen muotoiset valukappaleet saattavat mennå rikki niitå muotista poistettaessa). Lisåksi, vaikka julkaisussa eh-dotetaan, ettå huokoinen tulenkeståvå aine voitaisiin 15 suoraan upottaa sulaan metalliin tarvitsematta kåyttåå muottia, niin tulenkeståvån aineen olisi oltava yhtenåinen kappale, koska ei ole olemassa mahdollisuutta aikaansaada tunkeutumista irralliseen tai erotettuun huokoiseen ainee-seen ilman såilionå olevaa muottia (ts. uskotaan yleisesti, 20 ettå hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai valuisi hajalleen sitå sulaan metalliin sijoitettaessa). Lisåksi, jos haluttaisiin aikaansaada tunkeutuminen hiuk-kasmaiseen aineeseen tai loyhåsti muodostettuun esimuot-tiin, olisi ryhdyttåvå varotoimiin, niin ettei tunkeutuva 25 metalli syrjåyttåisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, mikå johtaisi epåhomogeeniseen mikrostruktuuriin.
Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinker-tainen ja luotettava menetelmå muotoiltujen metallimatrii-30 si-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen tai tyhjon kåyttåmiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai sisåisesti kehitettynå), tai vahingollisten kostutusainei-den kåyttåmiseen metallimatriisin luomiseksi toiseen aineeseen, kuten keraamiseen aineeseen. Lisåksi on pitkåån 35 ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden mååråå, joita tarvitaan metallimatriisi-komposiittikappa-leen aikaansaamiseksi. Esillå oleva keksinto tyydyttåå nåmå 8 91723 tarpeet aikaansaamalla spontaanin tunkeutumismekanismin sulan matriisimetallin (esim. alumiinin) tunkeutumisen aikaansaamiseksi keraamista materiaalia tai påållystettyå materiaalia olevaan tåyteaineeseen, joka voidaan muotoilla 5 esimuotiksi, tunkeutumisatmosfåårin (esim. typen) låsnåol-lessa ilmakehån paineissa, jolloin tunkeutumisen ediståjåå on låsnå ainakin jossakin prosessin vaiheessa.
Lisåksi metallien valumenetelmisså tiedetåån suunnatun 10 kiinteytymisen yleenså ediståvån esimerkiksi huokoisuuden ja/tai onteloiden våhentåmistå kappaleesta, murtolujuuden lisååmistå, mikrorakenteiden muuntamista, jne. Suunnatun kiinteytymisen menetelmån yhdiståmisellå esillå olevan keksinnon spontaaneihin tunkeutumismekanismeihin aikaan-15 saadaan uusia metallimatriisikomposiittikappaleita.
Tåmån hakemuksen sisålto liittyy useaan rinnakkaiseen ha-kemukseen. Erityisesti nåmå muut rinnakkaiset hakemukset kuvaavat uusia menetelmiå metallimatriisikomposiittiainei-20 den tuottamiseksi (niihin viitataan jåljempånå eråisså tapauksissa nimellå "rinnakkais-metallimatriisihakemuk-set").
Uutta menetelmåå metallimatriisikomposiittiaineen tuotta-25 miseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049 171, jonka nimi- ' tyksenå on "Metallimatriisikomposiitteja", ja joka nyt on hyvåksytty USA:ssa. Mainitun keksinnon mukaisesti metalli-matriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla låpåisevåån tåyteaineeseen (esim. keraamia tai keraamilla påållystet-30 tya ainetta) sulaa alumiinia, joka sisåltåå ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 3 pai-noprosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu spon-taanisti kåyttåmåttå ulkoista painetta tai tyhjdå. Sulan metalliseoksen syottd saatetaan koskettamaan tåyteaine-35 massaa låmpotilassa, joka on ainakin noin 675°C, kun lås-nå on kaasua, joka kåsittåå noin 10 - 100 tilavuuspro-senttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia 9 91723 typpea, jolloin loput, mikåli sita on, on ei-hapettavaa kaasua, esim. argonia. Naisså oloissa sula alumiiniseos tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehan paineessa muodostaen alumiini- (tai alumiiniseos-) matriisikomposii-5 tin. Kun haluttu måårå tåyteainetta on sulan alumiiniseok-sen låpitunkemaa, lasketaan lampotilaa seoksen kiinteyt-tåmiseksi, jolloin muodostuu kiintea metallimatriisi-rakenne, joka sulkee sisåånså lujittavan tåyteaineen. Tavallisesti, ja edullisesti, syotetty sula seos riittaa 10 aikaansaamaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti tåy-teainemassan rajoille. Hakemuksen 049,171 mukaisesti tuo-tettujen alumiinimatriisikomposiittien tåyteaineen måårå voi olla erittåin suuri. Tåsså mielesså voidaan saavuttaa tåyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka ovat suurem-15 pia kuin 1:1.
Edellå mainitun hakemuksen 049,171 mukaisissa proses-sioloissa alumiininitridiå voi muodostua epåjatkuvana faasina, joka on jakautunut koko alumiinimatriisiin. 20 Nitridin måårå alumiinimatriisissa voi vaihdella sellais-ten tekijoiden, kuten låmpotilan, seoksen koostumuksen, kaasun koostumuksen ja tåyteaineen mukaisesti. Siten voidaan yhtå tai useampaa sellaista jårjestelmån tekijåå sååtåmållå rååtåloidå mååråttyjå komposiitin ominaisuuk-25 sia. Joitakin loppukåyttosovellutuksia vårten voi kuiten-kin olla toivottavaa, ettå komposiitti sisåltåå våhån tai oleellisesti ei lainkaan alumiininitridiå.
On havaittu, ettå korkeammat låmpotilat ediståvåt tunkeu-30 tumista, mutta johtavat siihen, ettå menetelmåsså herkemmin muodostuu nitridiå. Hakemuksen 049,171 mukaisessa keksin-nosså sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muodos-tumisen vålisen tasapainon valitseminen.
35 Esimerkki sopivista estovålineistå kåytettåviksi metalli-matriisikomposiittien muodostamisen yhteydesså on selitet-ty US-hakemuksessa 141,642, jonka nimityksenå on "Menetelmå 1-- 10 91723 metallimatriisikomposiittien valmistamiseksi estoainetta kåyttåen". Taman keksinnon menetelman mukaisesti estovå-linettå (esim. hiukkasmaista titaanidiboridia tax grafiit-tiainetta, kuten joustavaa grafiittinauhatuotetta, jota 5 Union Carbide myy tuotenimellå Grafoil (R) ) sijoitetaan tåyteaineen mååråtyllå rajapinnalle ja matriisiseos tun-keutuu estovålineen måårittelemaån rajapintaan saakka. Estovålinettå kåytetåån eståmåån, torjumaan tax lopetta-maan sulan seoksen tunkeutuminen, jolloin aikaansaadaan 10 verkon, tax lahes verkon muotoja tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa. Vastaavasti muodostetuilla metallimatriisi-komposiittikappaleilla on ulkomuoto, joka oleellisesti vastaa estovålineen sisåmuotoa.
15 US-patenttihakemuksen 049,171 mukaista menetelroåå paran-nettiin rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168,284, jonka nimityksenå on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi". Mainitussa hakemuk-sessa esitettyjen menetelmien mukaisesti matriisimetal-20 liseos on låsnå metallin ensimmåisenå låhteenå ja mat-riisimetallin varastolåhteenå, joka on yhteydesså sulan metallin ensimmåiseen låhteeseen, esimerkiksi painovoimai-sen virtauksen vålityksellå. Erityisesti, mainitussa ha-kemuksessa esitetyisså oloissa, sulan matriisiseoksen 25 låhde alkaa tunkeutua tåyteainemassaan normaalissa ilma-kehån paineessa ja aloittaa siten metallimatriisikomposii-tin muodostuksen. Sulan matriisimetallin ensimmåinen låhde kulutetaan sen tunkeutuessa tåyteainemassaan, ja halutta-essa sitå voidaan lisåtå, edullisesti jatkuvalla tavalla, 30 sulan matriisimetallin varastolåhteestå spontaanin tunkeu-tumisen jatkuessa. Kun toivottu måårå låpåisevåå tåyte-ainetta on sulan matriisiseoksen låpitunkemaa, lasketaan låmpotilaa seoksen kiinteyttåmiseksi, jolloin muodostuu kiinteå metallimatriisistruktuuri, joka ympåroi lujittavaa 35 tåyteainetta. On ymmårrettåvå, ettå metallivarastolåhteen kåyttåminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa kuvatun keksinnon erås suoritusmuotcj, eikå varastolåhteen 11 91723 suoritusmuodon yhdiståminen jokaiseen siinå esitettyyn keksinnon vaihtoehtoiseen suoritusmuotoon ole vålttåmåtdn-tåf joista erååt voisivat my5s olla hyddyllisiå kåytettynå 5 esillå olevan keksinnon yhteydesså.
Metallin varastolåhdettå voi olla sellaisena måårånå, ettå se aikaansaa riittåvån metallimåårån tunkeutumisen ennalta mååråtysså måårin låpåisevåån tåyteaineeseen. Vaihtoehtoi-10 sesti voi valinnainen estovåline olla kosketuksessa tåyte-aineen låpåisevåån massaan ainakin sen toisella puolella rajapinnan måårittelemiseksi.
Lisåksi, vaikka syotetyn sulan matriisiseoksen måårån 15 tulisi olla riittåvå sallimaan spontaanin tunkeutumisen eteneminen ainakin oleellisesti tåyteaineen låpåisevån massan rajapintoihin (ts. estopintoihin) saakka, varasto-låhteesså olevan seoksen måårå voisi ylittåå sellaisen riittåvån måårån niin, ettå on olemassa riittåvå måårå 20 seosta tunkeutumisen loppuun saattamiseksi, ja sen lisåksi ylimååråinen sula metalliseos voisi jåådå ja kiinnittyå metallimatriisikomposiittikappaleeseen. Kun siten låsnå on ylimåårå sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on kompleksinen komposiittikappale (esim. makrokomposiitti), 25 jossa metallimatriisin låpitunkema keraamikappale suoraan sitoutuu varastolåhteeseen jååvåån ylimååråiseen metal-liin,
Jokainen edellå selitetyistå rinnakkais-metallimatriisiha-30 kemuksista kuvaa menetelmiå metallimatriisikomposiitti- kappaleiden tuottamiseksi sekå uusia metallimatriisikom-’· posiittikappaleita, joita niillå tuotetaan.
Keksinnon mukaiselle mene t elmål le metallimatriisikomposii-35 tin valmistamiseksi on tunnusomaista se, ettå komposiitti valmistetaan matriisimetallista ja oleellisesti reagoimat-tomasta tåyteaineesta, joka on joko keraamista materiaalia 12 91723 tai påållystettyå materiaalia, kuten keraamisella materi -aalilla påållystettyjå kuituja, saattamalla matriisimetal-li låmpotilassa, joka on matriisimetallin sulamispisteen 5 ylåpuolella, tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja/tai tunkeutumisen ediståjån låsnåollessa tunkeutumisatmos-fåårisså, joka sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen tai ediståå sitå ja joka on kosketuksessa matriisimetallin ja/tai tåyteaineen kanssa ainakin jossakin 10 tunkeutumisprosessin vaiheessa, spontaanisti tunkeutumaan ainakin osaan tåyteaineesta ja saattamalla ainakin osa saadusta massasta, johon matriisimetalli on spontaanisti tunkeutunut, kiinteytymåån suunnatusti.
15 Erååsså edullisessa suoritusmuodossa tåyteaine voi sisål-tåå tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå. Tåyteaine voidaan sen jålkeen saattaa kosketukseen tunkeutumisatmosfåårin kanssa tunkeutumisen ediståjån muodostamiseksi ainakin tåyteaineen osaan. Sellaista tunkeutumisen ediståjåå 20 voidaan muodostaa ennen tai oleellisesti jatkuvasti kun sula matriisimetalli saatetaan koskettamaan tåyteainetta. Lisåksi voidaan jårjeståå tunkeutumisatmosfååri oleellisesti koko spontaanin tunkeutumisprosessin ajaksi, jolloin se siten on yhteydesså tåyteaineeseen tai vaihtoehtoises-25 ti, se voi olla yhteydesså tåyteaineeseen ja/tai matriisi-metalliin vain spontaanin tunkeutumisprosessin osan ajan. Lopuksi on toivottavaa, ettå ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen ediståjån tulisi sijaita ainakin osassa tåyteainetta.
30
Lisåksi keksinnon toisessa edullisessa suoritusmuodossa voidaan tunkeutumisen ediståjån edeltåjån tåyteaineeseen syottåmisen sijasta syottåå tunkeutumisen ediståjåå suo-raan joko tåyteaineeseen ja/tai matriisimetalliin ja/tai 35 tunkeutumisatmosfååriin. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen ediståjån tulisi sijaita ainakin osassa tåyteainetta.
13 91723
Huomattakoon, ettå tåmå hakemus kåsittelee pååasiassa alumiinimatriisimetalleja, jotka jossain metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisen aikana ovat kosketuk-sessa magnesiumiin, joka toimii tunkeutumisen ediståjån 5 edeltåjånå, tunkeutumisatmosfåårinå toimivan typen låsnå-ollessa. Siten alumiini/magnesium/typpi-jårjestelman mat-riisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edeltåjå/tunkeutu-misatmosfååri-jårjestelmållå esiintyy spontaania tunkeutumista. Muut matriisimetalli/tunkeutumisen edistå-10 jån edeltåjå/tunkeutumisatmosfååri-jårjestelmåt voivat kuitenkin kåyttåytyå samantapaisesti kuin alumiini/magnesium/typpi-jår jestelmå. Samantapaista spontaania tun-keutumiskåyttåytymistå on esimerkiksi havaittu alumii-ni/strontium/typpi-jårjestelmåsså; alumiini/sinkki/happi-15 jårjestelmåsså; sekå alumiini/kalsium/typpi-jårjestelmås så. Vastaavasti, vaikka tåsså hakemuksessa kåsitellåån pååasiassa alumiini/magnesium/typpi-jårjestelmåå, on ym-mårrettåvå, ettå muut metallimatriisi/tunkeutumisen ediståjån edeltåjå/tunkeutumisatmosfååri-jårjestelmåt voivat 20 kåyttåytyå samantapaisesti, ja keksinto on tarkoitettu kattamaan myos ne.
Matriisimetallin kåsittåesså alumiiniseosta, saatetaan alumiiniseos kosketukseen tåyteainemassaan tai esimuot-25 tiin, joka kåsittåå tåyteainetta (esim. alumiinioksidia tai piikarbidia), jolloin tåyteaineeseen on sekoitettu magnesiumia, ja/tai jolloin se saatetaan magnesiumin vaikutuksen alaiseksi prosessin jossakin kohdassa. Lisåksi erååsså edullisessa suoritusmuodossa alumiiniseos ja/tai 30 esimuotti tai tåyteaine pidetåån lisåksi typpiatmosfååris-.. så ainakin prosessin osan aikana. Esimuotissa tai tåyte- ainemassassa esiintyy spontaania tunkeutumista, ja spon-taanin tunkeutumisen ja metallimatriisin muodostumisen måårå tai nopeus vaihtelevat annetun prosessiolojen jår-35 jestelyn mukaisesti, johon sisåltyy esimerkiksi jårjestel-måån (esim. alumiiniseokseen ja/tai esimuottiin ja/tai tunkeutumisatmosfååriin) tuotetun magnesiumin pitoisuus, 14 91723 tåyteaineen tai esimuotin hiukkasten koko ja/tai koostumus, typen p±toisuus tunkeutumisatmosfåårisså, aika jona tun-keutumisen annetaan esiintyå, ja/tai låmpotila, jossa tunkeutuminen esiintyy. Spontaania tunkeutumista esiintyy 5 tyypillisesti niin suuressa måårin, ettå se riittåå oleellisen taydellisesti ympåroimåån tåyteainemassan tai esimuotin.
Lisåksi on havaittu, ettå spontaanilla tunkeutumisella 10 aikaansaadun metallimatriisi-komposiittikappaleen mikro-struktuuria, ja siten ominaisuuksia, voidaan parantaa kåyttåmållå hyvåksi suunnattua kiinteytystå. Erityisesti kun tåyteaineen spontaani tunkeutuminen on aikaansaatu, ja/tai oleellisen låhellå spontaanin tunkeutumisen valmis-15 tumista, voidaan kåyttåå ainakin joko komposiitin toisella puolella olevaa kuumennusvålinettå ja/tai komposiitin toisella puolella olevaa jååhdytysvålinettå. Jos komposii-tilla kåytetåån sekå kuumennusvålinettå ettå jååhdytysvålinettå, tulisi kuumennus- ja jååhdytysvålineiden sijaita 20 oleellisesti komposiitin vastakkaisissa påisså. Sellaisil-la metallimatriisikomposiiteilla, jotka on aikaansaatu spontaanilla tunkeutumismenetelmållå, ja jotka ovat suun-natusti kiinteytyneet, saattaa olla paremmat mikrostruk-tuurit kuin sellaisilla metallimatriisi-komposiittikappa-25 leilla, jotka on tehty samantapaisella menetelmållå, mutta joihin kuitenkaan ei ole sovellettu suunnattua kiinteytystå. Mikrostruktuurit voivat esimerkiksi olla homogeenisem-pia, niillå voi olla våhemmån huokoisuutta tai onteloita, jne. Sellaiset paremmat mikrostruktuurit saattavat aikaan-30 saada paremmat mekaaniset ominaisuudet, mukaan lukien suuremman murtolujuuden, suuremman iskusitkeyden, jne.
Mååråttyjå esimerkkejå jååhdytysvålineistå, jotka sovel-tuvat suunnatun kiinteytymisen aikaansaamiseksi ovat jååh-35 dytyslevyt; ainakin osittain muodostuneen metallimatrii-sikomposiitin jaksollinen poistaminen kuumennusuunista; ja/tai ainakin yhden juoksevan våliaineen saattaminen i 91 723 15 koskettamaan ainakin osittain muodostunutta metallimatrii-sikomposiittia. Maarattyjå esimerkkejå kuumennusvålineis-tå, jotka soveltuvat suunnatun kiinteytymisen aikaansaa-miseksi ovat kuumat levyt, "kuumapåållystys", jne.
5 Keksinnon erilaisia maarattyjå suoritusmuotoja selitetåån yksityiskohtaisemmin alempana.
Mååritelmiå 10 "Seospuoli" viittaa tåsså kåytettynå siihen metallimatrii-sikomposiitin puoleen, joka aluksi kosketti sulaa metallia, ennenkuin tåmå sula metalli tunkeutui esimuottiin tai tayteainemassaan.
15 "Alumiini" merkitsee ja sisåltåå tåsså kåytettynå oleel-lisesti puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, kaupallisesti saatavan seostamattoman alumiinin) tai me-tallin ja metalliseosten muita laatuja, kuten kaupallisesti saatavat metallit, joissa on epåpuhtauksia ja/tai jotka 20 sallivat siinå olevan sellaisia ainesosia, kuten rautaa, piitå, kuparia, magnesiuma, mangaania, kromia, sinkkiå, jne. Tåmån mååritelmån tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pååainesosana.
25 "Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tåsså kåytettynå sitå, ettå tunkeutumisatmosfåårin muodostavan primååri-kaasun lisånå oleva mikå tahansa kaasu on joko inerttiå kaasua tai pelkiståvåå kaasua, joka oleellisesti ei reagoi 30 matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien kaasussa (kaasuissa) epåpuhtautena mahdollisesti låsnå olevien hapettavien kaasu jen måårån tulisi olla riittåmåton matriisimetallin hapettamiseen missåån oleellisessa måårin . prosessin olosuhteissa.
35 "Estoaine" tai "estovåline" merkitsee tåsså kåytettynå mitå tahansa soveltuvaa vålinettå, joka vuorovaikuttaa, eståå, 16 91723 torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, tåyteainemassan tai esimuotin rajapinnan taakse, jolloin mainittu estovåline måårittelee 5 sellaisen rajapinnan. Sopivia estovålineitå voivat olla mitkå tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa yllåpitåvåt jonkinasteisen eheyden eivåtkå ole oleellisesti haihtuvia (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, ettå siitå tulisi 10 estoaineena hyodyton).
Lisåksi sopivat "estovålineet" sisåltåvåt aineita, joita kulkeutuva sula matriisimetalli kåytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tåmån tyyppisellå 15 estoaineella nåyttåå olevan oleellisen våhån tai ei lain-kaan yhtymispyrkimystå sulaan matriisimetalliin, ja estovåline eståå tai torjuu siirtymisen tåyteainemassan tai esimuotin mååritellyn rajapinnan yli. Estoaine våhentåå mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan 20 tarvita, ja måårittelee ainakin osan tuloksena olevan metallimatriisikomposiittituotteen pinnasta. Estoaine voi mååråtyisså tapauksissa olla låpåisevåå tai huokoista tai se voidaan saattaa låpåisevåksi esimerkiksi poraamalla reikiå estoaineeseen tai låviståmållå se, niin ettå kaasu 25 pååsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.
"Jåånndkset" tai "matriisimetallin jåånnokset" viittaa tåsså kåytettynå alkuperåisen matriisimetallirungon mah-dolliseen osaan, joka jåå jåljelle ja joka ei ole kulunut 30 metallimatriisikomposiittikappaleen muodostuksen aikana, ja tyypillisesti, jos sen annetaan jååhtyå, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Tulisi ymmårtåå, ettå jåånnokset voivat myos tyypillisesti sisåltåå toista tai vierasta 35 ainetta.
"Tåyteaine", joka keksinnon mukaan on keraamista materiaa-lia tai påållystettyå materiaalia, kåsittåå joko yksittåi- 17 91723 siå aineksia tai ainesseoksia, jotka oleellisesti eivåt reagoi matriisimetallin kanssa ja/tai joilla on rajoitetu liukenevuus matriisimetalliin, ja jotka voivat olla yksi-tai useampifaasisia. Tåyteaineita voidaan jårjeståå lukui-5 sissa eri muodoissa, kuten jauheina, liuskoina, hiutalei-na, mikropalloina, kuitukiteinå, kuplina, jne, ja ne voivat olla joko tiiviitå tai huokoisia. Tåyteaine voi olla keraamista materiaalia, kuten alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina kuituina, hiukkasina, 10 kuitukiteinå, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tai vastaa-vina, tai påållystettyå materiaalia, kuten hiilikuituja, jotka on påållystetty alumiinioksidilla tai piikarbidilla hiilen suojaamiseksi esim. sulan perusmetalli-alumiinin syovyttåvåltå vaikutukselta.
15 "Kuumapåållystys" viittaa tåsså kåytettynå aineen asetta-miseen ainakin osittain muodostuneen metallimatriisikom-posiitin toiseen pååhån ("påållystys"-påå) , jolloin metal-limatriisikomposiitti låmpSå kehittåen reagoi ainakin 20 matriisimetallin ja/tai tåyteaineen ja/tai påållystyspåå- hån syotetyn toisen aineen kanssa. Tåmån eksotermisen reaktion tulisi tuottaa niin paljon låmpoå, ettå se riit-tåå pitåmåån påållystyspååsså olevan matriisimetallin sulana sinå aikana, kun komposiitin matriisimetallin 25 loppuosa jååhtyy kiinteytymislåmpotilaan.
"Tunkeutumisatmosfååri" tåsså kåytettynå tarkoittaa sitå atmosfååriå, joka on låsnå ja joka vuorovaikuttaa matriisimetallin ja/tai esimuotin (tai tåyteaineen) ja/tai 30 tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja/tai tunkeutumisen ediståjån kanssa ja sallii tai ediståå matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esiintymisen.
"Tunkeutumisen ediståjå" merkitsee tåsså kåytettynå ainet-35 ta, joka ediståå tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista tåyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumi- 18 91723 sen edistajå voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen ediståjån edeltåjån reaktiolla tunkeutumisatmosfåårin kanssa 1) kaasun ja/tai 2) tunkeutumisen ediståjan edeltåjån ja tunkeutumisatmosfåårin reaktiotuotteen ja/tai 3) 5 tunkeutumisen ediståjan edeltåjån ja tåyteaineen tai esimuotin reaktiotuotteen muodostamiseksi. Lisåksi tunkeutumisen ediståjåå voidaan syottåå suoraan ainakin yhteen seuraavista: esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfååriin; ja se voi toimia oleellisesti 10 samalla tavalla kuin tunkeutumisen ediståjå, joka on muodostunut tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja jonkin toisen aineen reaktiona. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen ediståjån tulisi sijaita ainakin osassa tåyteainetta tai esimuottia spontaanin 15 tunkeutumisen aikaansaamiseksi.
"Tunkeutumisen ediståjån edeltåjå" merkitsee tåsså kåytet-tynå ainetta, joka yhdesså matriisimetallin, esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfåårin kanssa kåytettynå muodostaa 20 tunkeutumisen ediståjån, joka aiheuttaa tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista tåyteaineeseen tai esimuottiin. Haluamatta sitoutua mihinkåån mååråttyyn teoriaan tai selitykseen, vaikuttaa siltå, ettå tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå pitåisi pystyå asettamaan, sen 25 pitåisi sijaita tai sitå pitåisi voida kuljettaa sellaiseen kohtaan, joka sallii tunkeutumisen ediståjån edeltåjån olla vuorovaikutuksessa tunkeutumisatmosfåårin kanssa ja/tai esimuotin tai tåyteaineen ja/tai metallin kanssa. Eråisså matriisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edeltåjå/tunkeu-30 tumisatmosfååri-jårjestelmisså on esimerkiksi toivotta- vaa, ettå tunkeutumisen ediståjån edeltåjå hoyrystyy siinå låmpotilassa jossa matriisimetalli sulaa, tåmån låmpotilan låhellå, tai eråisså tapauksissa jopa jonkinverran tåmån . låmpotilan ylåpuolella. Sellainen hoyrystyminen saattaa 35 johtaa: 1) tunkeutumisen ediståjån edeltåjån reaktioon tunkeutumisatmosfåårin kanssa sellaisen kaasun muodostamiseksi, joka ediståå tåyteaineen tai esimuotin kostutta- 19 91723 mista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistå-jån edeltåjån reaktioon tunkeutumisatmosfåårin kanssa sellaisen kiinteån aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen ediståjån muodostamiseksi ainakin 5 tåyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistaa kostutta-mista; ja/tai 3) sellaiseen tunkeutumisen edistajan edeltåjån reaktioon tayteaineessa tai esimuotissa, joka muo-dostaa kiinteån aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistajan ainakin tåyteaineen tai esimuotin 10 osassa, joka edistaa kostuttamista.
"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevåt tåsså kaytettynå sitå metallia, jota kåytetåån metallimat-riisikomposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumis-15 ta) ja/tai sitå metallia, joka sekoittuu tåyteaineeseen metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi (esim. tunkeutumisen jålkeen). Kun matriisimetalliksi nimetåån mååråtty metalli, on ymmårrettåvå, ettå sellainen matriisimetalli sisåltåå tamån metallin oleellisesti puh-20 taana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa on epåpuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostaman yhdisteenå tai seoksena, jossa tåmå metalli on pååasial-lisena osana.
25 "Matriisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edeltåjå/tunkeu-tumisatmosfååri-jårjestelmå" eli "spontaani jårjestelmå" viittaa tåsså kåytettynå siihen aineiden yhdistelmåån, jolla esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin ja tåyteaineeseen. On ymmårrettåvå, ettå kun esimerkin mat-30 riisimetallin, tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja tunkeutumisatmosf åårin vålisså esiintyy merkki "/", sitå kåytetåån merkitsemåån jårjestelmåå tai aineiden yhdistel-måå, jolla mååråtyllå tavalla yhdisteltynå esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin tai tåyteaineeseen.
35 "Metallimatriisikomposiitti” eli "MMC" merkitsee tåsså * kåytetynå ainetta, joka kåsittåå kaksi- tai kolmiulottei- 20 91723 sesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitåå sisållåån esimuottia tai tåyteainemassaa. Matriisimetalli voi sisaltåa. erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaa-daan erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset 5 ominaisuudet tuloksena olevassa komposiitissa.
Matriisimetallista "poikkeava" metalli merkitsee metallia, joka ei sisalla pååasiallisena ainesosana samaa metallia kuin matriisimetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin 10 påaasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metallin påaasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).
"Ei-reaktiivinen astia matriisimetallia vårten” merkitsee mitå tahansa astiaa, joka voi sisåltåå tåyteainetta (tai 15 esimuotin) ja/tai sulaa matriisimetallia prosessin olois-sa, ja joka ei reagoi matriisin ja/tai tunkeutumisatmos-fåårin ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja/tai tåyteaineen tai esimuotin kanssa sellaisella tavalla, joka oleellisesti huonontaisi spontaania tunkeutumismekanis-20 mia.
"Esimuotti" tai "låpåisevå esimuotti" merkitse tåsså kåytettynå sellaista huokoista tåytemassaa tai tåyteainemassaa, joka valmistetaan ainakin yhdellå rajapinnal-25 la, joka oleellisesti måårittelee tunkeutuvalle mat-riisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittåvån hyvin pitåå ehjån muotonsa ja tuorelujuuden, niin ettå se aikaansaa mittapysyvyyden ennen kuin matriisimetalli tun-keutuu siihen. Massan tulisi olla riittåvån huokoista, niin 30 ettå se sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen siihen. Tyypillisesti esimuotti kåsittåå sidotun ryhmån tai tåyteaineen jårjestelyn, joko homogeenisen tai epåho-mogeenisen, ja se voi kåsittåå mitå tahansa soveltuvaa ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauhei-35 ta, kuituja, kuitukiteitå, jne, sekå mitå tahansa nåiden yhdistelmåå). Esimuotti voi olla joko erillisenå tai kokoonpanona.
21 91723 "Varastolåhde" tai varasto merkitsee tåssa kåytettyna erillista matriisimetallin kappaletta, joka on sijoitettu tåyteainemassan tai esimuotin suhteen niin, etta kun metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eråisså 5 tapauksissa alunperin aikaansaamaan ja sen jålkeen tåyden-tåmåån s ita matriisimetallin osaa, segmenttiå tai låhdettå, joka koskettaa tåyteainetta tai esimuottia. Varastoa voi myos kåyttåå tuottamaan metal lia, joka poikkeaa matriisime-tallista.
10 "Spontaani tunkeutuminen" merkitsee tasså kaytettynå matriisimetallin tunkeutumista låpåisevåån tåyteainemassan tai esimuottiin, joka tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjon kåyttåmistå (ei ulkoisesti kohdistettua eikå sisåi-15 sesti kehitettyå).
Seuraavat kuviot on jårjestetty keksinnon ymmårtåmisen tueksi, mutta niitå ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnon suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on kåytetty 20 mahdollisuuksien mukaan samoja viitenumeroita osoittamaan seunanlaisia osia, jolloin:
Kuvio 1 on poikkileikkaus esimerkisså 1 kåytetyistå aineista spontaanin tunkeutumisen aikaansaami- 25 seksi ensimmåiseen esimuottiin;
Kuvio 2 on poikkileikkaus esimerkisså 2 kåytetyistå aineista spontaanin tunkeutumisen aikaansaami- seksi toiseen esimuottiin; 30
Kuvio 3 on poikkileikkaus kuviossa 2 esitetyistå aineista sen jålkeen, kun on tapahtunut matriisimetallin spontaani tunkeutuminen esimuottiin. Kuvio 3 nåyttåå myos esimerkisså 1 35 kåytetyn suunnatun kiinteytymisen kokoonpanon; 22 91723
Kuvio 4 on poikkileikkaus esimerkisså 2 kåytetyistå aineista spontaanin tunkeutumisen aikaansaami-seksi tåyteainemassaan; 5 Kuviot 5a ja 5b ovat optisia mikrovalokuvia suuntau-tuneesti kiinteytyneestå metallimatriisikom-posiitista, joka sisåltåå alumiinioksidikuitu-ja; 10 Kuviot 6a ja 6b ovat optisia mikrovalokuvia ei-suuntau- tuneesti kiinteytyneestå metallimatriisikom-posiitista, joka sisåltåå alumiinioksidikuitu-ja; 15 Kuvio 7 on optinen mikrovalokuva uunissa ei-suuntau- tuneesti kiinteytyneestå metallimatriisikom-posiitista, joka sisåltåå alumiinioksidikuitu- ja; 20 Kuvio 8 on optinen mikrovalokuva suuntautuneesti kiin- teytyneestå metallimatriisikomposiitista, joka sisåltåå alumiinioksidikuituja.
Esillå olevassa keksinnosså ensimmåisenå vaiheena on 25 soveltuvan aineiden yhdistelmån valitseminen spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi (ts. valitaan matriisime-talli ja/tai tåyteaine tai esimuotti, tunkeutumisen edis-tåjå ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjå, seostusai-neet (tarvittaessa) ja/tai tunkeutumisatmosfååri). Esillå 30 olevassa keksinnosså kåytetåån hyvåksi niitå synergiavai-kutuksia, jota ovat tuloksena spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi kåytetystå aineiden yhdistelmåstå. Sen jålkeen (tai oleellisesti samanaikaisesti) kun aineiden sopiva yhdistelmå on valittu ja kun spontaani tunkeutuminen 35 on aikaansaatu, niin tunkeutumisen kohteena ollut tåyte-ainemassa tai esimuotti kiinteytetåån suunnatusti soveltuvan suunnatun kiinteytymisen menetelmån avulla. Mååråt- 23 91723 tyjå suunnatun kiinteytymisen menetelmiå, jotka soveltuvat kaytettåviksi spontaanin tunkeutumisen yhteydesså, seli-tetåån alempana.
5 Matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen aikaansaamisek-si tåyteaineeseen tai esimuottiin, tulisi spontaaniin jårjestelmåån jårjestaa tunkeutumisen ediståjå. Tunkeutumisen ediståjå voisi muodostua tunkeutumisen ediståjån edeltåjåstå, joka voitaisiin jarjestaå 1) matriisimetal-10 liin, ja/tai 2) tåyteaineen tai esimuotin lapåisevaån massaan, ja/tai 3) tunkeutumisatmosfååristå, ja/tai 4) ulkoisesta låhteestå spontaaniin jarjestelmaan. Lisaksi, tunkeutumisen ediståjån edeltåjån sijasta voidaan tunkeutumisen ediståjåå syottåå suoraan ainakin joko tåyteainee-15 seen tai esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfååriin. Lopuksi, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeutumisen ediståjån tulisi sijaita ainakin osassa tåyteainetta tai esimuottia.
20 Edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, ettå tunkeutumisen ediståjån edeltåjån voidaan ainakin osittain antaa reagoida tunkeutumisatmosfåårin kanssa, niin ettå tunkeutumisen ediståjåå voidaan muodostaa ainakin osassa tåyteainetta ennen kuin tai oleellisesti samanaikaisesti, kun 25 tåyteaine koskettaa matriisimetallia (esim. jos tunkeutumisen ediståjån edeltåjånå olisi magnesiumia ja tunkeutu-misatmosfåårinå typpeå, niin tunkeutumisen ediståjå voisi olla magnesiumnitridiå, joka voisi sijaita ainakin osassa tåyteainetta).
30
Esimerkkinå matriisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edel-tåjå/tunkeutumisatmosfååri-jårjestelmåstå on alumiini/ magnesium/typpi-jarjestelmå.
35 Niisså oloissa, joita kåytetåån esillå olevan keksinnon mukaisessa menetelmåsså, spontaanin alumiini/mag-1 nesium/typpi-tunkeutumisjårjestelmån tapauksessa tåyte- 24 91 723 24 ainemassan tulisi olla riittåvån låpåisevåå, jotta typpeå sisåltåvå kaasu voisi tunkeutua tåyteaineeseen prosessin jonkin vaiheen aikana ja/tai koskettaa sulaa matriisime-tallia. Lisåksi tåyteainemassassa tai esimuotissa voi 5 tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin alheutuu sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen typen låpåisemåån tåyteainemassaan tai esimuottiin, niin ettå se muodostaa metallimatriisi-komposiittikappaleen ja/tai sattaa typen reagoimaan tunkeutumisen ediståjån 10 edeltajan kanssa tunkeutumisen ediståjån muodostamiseksi tåyteaineeseen tai esimuottiin aiheuttaen nåin spontaanin tunkeutumisen. Spontaanin tunkeutumisen måårå tai nopeus ja metallimatriisikomposiitin muodostuminen vaihtelee pro-sessiolojen annetun yhdistelmån mukaisesti, joita ovat mm.
15 magnesiumin måårå alumiiniseoksessa, magnesiumin måårå tåyteaineessa tai esimuotissa, magnesiumnitridin måårå esimuotissa tai tåyteaineessa, muiden seostusalkuaineiden (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, kromi, sinkki, ja vastaavat) låsnåolo, esimuotin muodostavan tåyteaineen 20 keskimååråinen koko (esim. hiukkashalkaisija), tåyteaineen pintatila ja tyyppi, tunkeutumisatmosfåårin typpipitoi-suus, tunkeutumiselle annettu aika ja låmpotila, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Annettaessa esimerkiksi sulan alumiinimatriisimetallin tunkeutumisen tapahtua spon-25 taanisti, voidaan alumiini seostaa ainakin noin 1 paino- prosentilla, ja edullisesti ainakin noin 3 painoprosentilla magnesiumia (joka toimii tunkeutumisen ediståjån edeltå-jånå), seoksen painoon verrattuna. Muita lisåseosalkuai-neita, kuten edellå on selitetty, voidaan myos sisåltåå 30 matriisimetalliin sen erityisten ominaisuuksien rååtåloi- miseksi. (Lisåksi lisåseosalkuaineet voivat vaikuttaa matriisin alumiinimetallissa tarvittavan magnesiumin måå-råån, niin ettå se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen tåyteaineeseen tai esimuottiin.) Magnesiumin håviåmistå 35 spontaanista jårjestelmåstå, esimerkiksi hoyrystymisen vuoksi, ei saisi tapahtua niin suuressa måårin, ettei magnesiumia ole låsnå muodostamaan tunkeutumisen edistå- 25 91723 jåå. Siten on toivottavaa, ettå aluksi kåytetåån riittåvåå seosalkuaineiden mååråå jotta spontaani tunkeutuminen voisi tapahtua hoyrystymisen sitå haittaamatta. Lisaksi magnesiumin låsnåolo seka esimuotissa ettå matriisimetal-5 lissa, tai pelkåståån esimuotissa, voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista vårten tarvittavan måårån pie-nenemiseen (jota selitetåån yksityiskohtaisemmin alempa-na).
10 Typpiatmosfåårisså olevan typen måårå vaikuttaa myos metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisnopeu-teen. Erityisesti jos atmosfåårisså on alle 10 tilavuus-prosenttia typpeå, niin spontaania tunkeutumista esiintyy hyvin hitaasti tai hyvin våhån. On havaittu, ettå on 15 edullista kun atmosfåårisså on ainakin 50 tilavuusprosent-tia typpeå, jolloin aikaansaadaan lyhyempiå tunkeutu-misaikoja paljon suuremmasta tunkeutumismååråstå johtuen. Tunkeutumisatmosfååri (esim. typpeå sisåltåvå kaasu) voi-daan syottåå suoraan tåyteaineseen tai esimuottiin, tai se 20 voidaan tuottaa aineen hajoamisen tuloksena.
Sulan matriisimetallin tåyteaineseen tai esimuottiin tun-keutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin våhim-måismåårå riippuu yhdestå tai useammasta tekijåstå, kuten 25 prosessin låmpotilasta, ajasta, muiden lisåseosalkuainei-den kuten piin tai sinkin låsnåolosta, tåyteaineen luon-teesta, magnesiumin sisåltymisestå yhteen tai useampaan spontaanin jårjestelmån osaan, atmosfåarin typpisisållos-tå, ja typpiatmosfåårin virtausmååråstå. Voidaan kåyttåå 30 alempia låmpotiloja tai lyhyempiå kuumennusaikoja tåydel-lisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun seoksen ja/tai tåyteaineen tai esimuotin magnesiumpitoisuutta nostetaan. Saunaten annetulla magnesiumpitoisuudella mååråttyjen li-• såseosalkuaineiden, kuten sinkin lisååminen mahdollistaa 35 alempien låmpotilojen kåyttåmisen. Esimerkiksi matriisimetallin magnesiumpitoisuutta toimivan alueen alapååsså, : esim vålillå noin 1-3 painoprosenttia, voidaan kåyttåå 26 9 1 7 2 3 yhdesså ainakin jonkin seuraavien kanssa: våhimmåisproses-silåmpotilan ylittåvå låmpotila, suuri typpipitoisuus, yksi tai useampia lisaseosalkuaineita. Ellei tåyteainee-seen tai esimuottiin lisåtå lainkaan magnesiumia, pidetåån 5 valillå noin 3-5 painoprosenttia magnesiumia sisåltåviå seoksia edullisina, johtuen niiden yleisestå kåytettåvyy-destå laajoilla prosessiolojen alueilla, jolloin ainakin 5 painoprosenttia pidetåån edullisena kåytettåesså alempia låmpotiloja ja lyhyempiå aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan 10 kåyttåå 10 painoprosentin ylittåviå magnesiumpitoisuuksia tunkeutumiseen vaadittavien låmpotilaolojen muuntelemi-seksi. Magnesiumpitoisuutta voidaan pienentåå muiden seo-salkuaineiden yhteydesså, mutta nåmå alkuaineet palvelevat ainoastaan lisåtoimintoja, ja niitå kåytetåån edellå 15 mainitun magnesiumin minimimåårån tai sen ylittåvån måårån kanssa. Esimerkiksi oleellisesti mitåån tunkeutumista ei esiintynyt nimellisesti puhtaalla alumiinilla, jota oli seostettu vain 10 % piillå, 1000°C låmpotilassa, alustaan 39 Crystolon (99 % puhdasta piikarbidia Norton Co:lta), 20 jonka raekoko oli 500 mesh (mesh = seulan aukkojen lukumåårå tuumaa kohti). Magnesiumin låsnåollessa on kuitenkin piin havaittu ediståvån tunkeutumisprosessia. Toisena esimerk-kinå magnesiumin måårå muuttuu, jos sitå syotetåån yksin-omaan esimuottiin tai tåyteaineeseen. On havaittu, ettå 25 spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun spontaaniin jårjes-telmåån syotetåån pienempi painoprosentti magnesiumia, jos ainakin jokin måårå syotetyn magnesiumin kokonaismååråstå sijoitetaan esimuottiin tai tåyteaineeseen. Saattaa olla toivottavaa, ettå magnesiumia jårjestetåån pienempi måårå, 30 jotta våltettåisiin ei-toivottu jen metalliyhdisteiden syn-tyminen metallimatriisi-komposiittikappaleeseen. Esi-muotin ollessa piikarbidia on havaittu, ettå matriisirae-talli tunkeutuu spontaanisti esimuottiin, kun esimuotti saatetaan kosketukseen alumiinimatriisimetallin kanssa, 35 esimuotin sisåltåesså ainakin 1 painoprosenttia magnesiumia ja oleellisesti puhtaan typpiatmosfåårin låsnåollessa. Alumiinioksidi-esimuotin tapauksessa hyvåksyttå- 27 91723 van spontaanin tunkeutumisen saavuttamiseksi vaadittu magnesiumin maåra on hieman suurempi. Erityisesti on havaittu, ettå kun Séunantapainen alumiinimatriisimetalli saatetaan koskettamaan alumiinioksidi-esimuottia, liki-5 main samassa låmpotilassa kuin alumiini joka tunkeutui piikarbidi-esimuottiin, ja séunan typpiatmosfåarin lasna-ollessa, niin saatetaan tarvita ainakin noin 3 paino-prosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumi-sen aikaansaamiseksi, kuin se joka saavutettiin juuri 10 edella kuvatun piikarbidi-esimuotin yhteydesså.
On myos havaittu, ettå on mahdollista syottåå spontaaniin jårjestelmåån tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå ja/tai tunkeutumisen ediståjåå seoksen pinnalle ja/tai esimuotin 15 tai tåyteaineen pinnalle ja/tai esimuottiin tai tåyteai-neeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua tåyteaineeseen tai esimuottiin (ts. saattaa olla, ettei syotettyå tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå tai tunkeutumisen ediståjåå tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan 20 ettå sitå yksinkertaisesti syotetåån spontaaniin jårjes-telmåån). Jos magnesiumia levitettåisiin matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, ettå tåmå pinta olisi se pinta, joka on låhimpånå tai edullisesti kosketuksessa tåyteaineen låpåisevåån massaan tai påinvastoin; tai 25 sellaista magnesiumia voitaisiin sekoittaa ainakin esimuotin tai tåyteaineen osaan. Lisåksi on mahdollista, ettå pinnalle levittåmisen, seostamisen ja magnesiumin sijoit-tciinisen ainakin tåyteaineen tai esimuotin osaan, joitakin yhdistelmiå voitaisiin kåyttåå. Sellaiset yhdistelmåt 30 tunkeutumisen ediståjån (ediståjien) ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjån (edeltåjien) levittåmisesså saattai-sivat johtaa alumiinimatriisimetallin tåyteaineeseen tai esimuottiin tunkeutumisen ediståmiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispainoprosenttimåårån pienenemiseen, sa-35 moinkuin alempien låmpotilojen saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyå. Lisåksi magnesiumin låsnåolos- ------- -. r- 91723 28 ta johtuva metallien epåtoivottujen keskinaisten yhdistei-den muodostuminen voitaisiin myos minimoida.
Yhden tai useamman lisaseosalkuaineen kåyttåminen ja 5 ympåroivån kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myos mat-riisimetallin nitrautumiseen annetussa låmpotilassa. Esi-merkiksi voidaan seokseen sisallyttåå tai seoksen pinnalle levittaå sellaisia lisaseosalkuaineita kuin sinkkia tai rautaa tunkeutumislåmpotilan alentamiseksi ja siten muo-10 dostuvån nitridin maårån pienentåmiseksi, kun taas kaasussa olevan typen pitoisuuden lisååmistå voitaisiin kåyttåå nitridin muodostumisen edistamiseen.
Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai 15 tåyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin pitoisuus pyrkii myos vaikuttamaan tunkeutumisen maåraan annetussa lampotilassa. Vastaavasti eraissa tapauksissa, joissa pieni maara tai ei lainkaan magnesiumia saa olla kosketuksessa suoraan esimuottiin tai tåyteaineeseen, 20 saattaa olla edullista, ettå ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia sisållytetåån seokseen. Tåtå arvoa pienemmåt seosmååråt, kuten 1 painoprosentti magnesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilampotilat tai lisaseosalkuaineita tunkeutumista vårten. Taman keksinnon spontaanin 25 tunkeutumisprosessin toteuttcuaiseksi vaadittu låmpotila voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoi-suutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 painoprosenttiin; ja/tai 2) kun seostavia aineita sekoitetaan tåyteaineen låpåisevåån massaan; ja/tai 3) kun alumiiniseoksessa on 30 toista alkuainetta, kuten sinkkia tai rautaa. Låmpotila voi myos vaihdella eri tåyteaineilla. Yleenså esiintyy spontaania ja etenevåå tunkeutumista prosessilåmpotilassa, joka on ainakin noin 675°C, edullisesti prosessilåmpotilassa, joka on ainakin noin 750 - 800°C. Yleenså yli 1200°C 35 olevat låmpotilat eivåt nåytå ediståvån prosessia, ja erityisen kåyttokepoiseksi låmpotilaksi on havaittu alue noin 675°C - noin 1200°C. Kuitenkin yleisenå sååntonå 29 91723 spontaanin tunkeutumisen låmpotila on sellainen låmpotila, joka on matriisimetallin sulamispisteen ylåpuolella mutta matriisimetallin hoyrystymislåmpotilan alapuolella. Lisaksi spontaanin tunkeutumisen låmpotilan tulisi olla 5 tåyteaineen sulamispisteen alapuolella. Edelleen, kun låmpotilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfaårin valisen reaktiotuotteen muodostands een (esim. alumiinimatriisimetallin ja typpeå olevan tunkeutumisatmosfaårin tapauksessa saattaa muodostua alu-10 miininitridiå). Sellaiset reaktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-toivottuja, riippuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aiotusta kåytostå. Lisåksi tyypilli-sesti kåytetåan såhkovastuskuumennusta tunkeutumislåmpo-tilojen saavuttamiseksi. Keksinnon yhteydesså 15 kåytettåvåksi hyvåksytåån kuitenkin mikå tahansa kuumen-nusvåline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan, ja joka ei vaikuta haitallisesti spontaaniin tunkeutumiseen.
Esillå olevassa menetelmåsså esimerkiksi tåyteaineen tai 20 esimuotin låpåisevå massa saatetaan kosketukseen sulan alumiinin kanssa typpeå sisåltåvån kaasun ollessa låsnå ainakin jossakin prosessin vaiheessa. Typpeå sisåltåvåå kaasua voidaan syottåå yllåpitåmåån jatkuva kaasun virtaus kosketukseen ainakin joko tåyteaineeseen tai esimuottiin 25 ja/tai sulaan alumiinimatriisimetalliin. Vaikkei typpeå sisåltåvån kaasun virtausmåårå ole kriittinen, pidetåån edullisena ettå virtausmåårå on riittåvå kompensoimaan nitridin muodostumisesta seosmatriisissa johtuva mahdol-linen typen håviåminen atmosfååristå, sekå eståmåån tai 30 torjumaan ilman sisåån påaseminen, jolla voi olla hapettava vaikutus sulaan metalliin.
Metallimatriisikomposiitin muodosteunismenetelmåå voidaan soveltaa tåyteaineiden laajaan valikoimaan, ja tåyteainei-35 den valinta riippuu sellaisista tekijoistå, kuten mat-riisiseoksesta, prosessin olosuhteista, sulan matriisi-seoksen reaktiivisuudesta tåyteaineen kanssa, sekå -- i 91723 30 lopulliselle komposiittituotteelle haetuista ominaisuuk-sista. Kun matriisimetallina on esimerkiksi alumiini, lukeutuvat sopiviksi tåyteaineiksi a) oksidit, esim. alumiinioksidi, b) karbidit, esim. piikarbidi, c) boridit, 5 esim. alumiinidodekaboridi, ja d) nitridit, esim. alu-miininitridi. Mikåli tåyteaine pyrkii ragoimaan sulan alumiinimatriisimetallin kanssa, tåmå voidaan ottaa huo-mioon minimoimalla tunkeutumisaika ja -låmpotila tai jårjestamalla reagoimaton paallystys tayteaineelle. Tåy-10 teaine voi kåsittåå alustan, kuten hiiltå tai ei-keraamista ainetta, jonka påålla on keraaminen paallystys alustan suojaamiseksi syopymiselta tai heikkenemiseltå. Sopivia påållysteita voivat olla keraamit, kuten oksidit, karbidit, boridit ja nitridit. Esillå olevassa menetelmåsså kåytet-15 taviksi edullisina pidettyja keraameja ovat mm. alumiinioksidi ja piikarbidi hiukkasten, hiutaleiden, kuitukiteiden ja kuitujen muodossa. Kuidut voivat olla epåjatkuvia (leikatussa muodossa) tai jatkuvan saikeen muodossa, kuten monisåikeiset langat. Lisåksi tåyteaine tai esimuotti voi 20 olla homogeeninen tai epåhomogeeninen.
On myos havaittu, ettå maaråtyilla tåyteaineilla esiintyy suurempaa tunkeutumista suhteessa tåyteaineisiin, joilla on samantapainen kemiallinen koostumus. Esimerkiksi US-pa-25 tentissa 4,713,360 (nimitys "Uusia keraamisia aineita ja menetelmiå niiden valmistamiseksi" ) kuvatulla menetelmållå valmistetuilla murskatuilla alumiinioksidi-kappaleilla on edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallises-ti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Lisåksi 30 rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessa 819,397 (nimitys: "Komposiittikeraamisia esineitå ja niiden valmistus-menetelmå") esitetyllå menetelmållå tehdyillå murskatuilla alumiinioksidikappaleilla on myos edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla ole-35 viin alumiinioksidituotteisiin. Edellå mainitut patentti-julkaisut esitetåån tåsså nimenomaisina viittauksina. Nåin olien on havaittu, ettå tåydellinen tunkeutuminen keraa- 31 91723 mista ainetta olevaan låpåisevåån massaan voi tapahtua alemmissa tunkeutumislampotiloissa ja/tai lyhyemmilla tun-keutumisajoilla kåyttåen puristettuja tai murskattuja kappaleita, jotka on valmistettu edella mainittujen pa-5 tenttijulkaisujen mukaisella menetelmallå.
Tåyteaineen koko ja muoto voi olla mikå tahansa sellainen, joka vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Siten tayteaine voi olla hiukkasten, 10 kuitukiteiden, hiutaleiden tai kuitujen muodossa, koska tayteaineen muoto ei rajoita tunkeutumista. Voidaan kåyttåå muitakin muotoja, kuten kuulia, pienia putkia, pellettejå, tulenkestavåa kuitukangasta, ja vastaavia. Lisåksi aineen koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten 15 massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemiseksi tarvita korkeampi lampotila tai pidempi aika kuin suuremmilla hiukkasilla. Lisaksi (esimuotiksi muotoillun) tayte-ainemassan tulisi tunkeutumista vårten olla låpåisevåa (ts. sen tulisi olla sulaa matriisimetallia ja tunkeutumisat-20 mosfååria lapåisevåå).
Esilla olevan keksinnon mukainen menetelma metallimatrii-si-komposiittikappaleiden muodostamiseksi ne ei ole riip-puvainen paineen kåyttamisestå sulan matriisimetallin 25 puristamiseksi esimuottiin tai tayteainemassaan. Keksin-nolla voidaan tuottaa oleellisesti homogeenisia metalli-matriisikomposiittejaf joilla on suurempi tilavuusosuus tåyteainetta ja pieni huokoisuus. Suurempia tayteaineen tilavuusosuuksia voidaan aikaansaada kåyttåmållå alussa 30 tayteainemassaa, jolla on pienempi huokoisuus. Suurempia tilavuusosuuksia voidaan myos aikaansaada silloin, jos * 4 tayteainemassa tiivistetåån tai tehdåån muulla tavalla tiiviimmaksi, edellyttåen ettei massaa muuteta joko tåysin tiiviiksi suljetuin kennohuokosin tai taysin tiiviiksi 35 rakenteeksi, mikå eståisi sulan seoksen tunkeutumisen.
32 91723
On havaittu, etta alumiinin tunkeutumista ja matriisin muodostumista vårten keraamisen tåyteaineen ymparille voi keraamisen tåyteaineen kostutus alumiinimatriisimetallil-la olla tårkeå osa tunkeutumismekanismista. Lisåksi alhai-5 sissa prosessilåmpotiloissa esiintyy erittåin våhån tai håviåvån våhån metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan erittåin våhåinen epåjatkuva alumiininitridin faasi metallimatriisiin jakautuneena. Kun låhestytåån låmpotila-alueen ylåpååtå, tapahtuu kuitenkin todennåkoi-10 semmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan sååtaå nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamal-la låmpotilaa, jossa tunkeutuminen tapahtuu. Ne mååråtyt låmpotilat, joissa nitridin muodostuminen tulee merkittå-våmmåksi, muuttuvat myos sellaisista tekijoistå riippuen, 15 kuten kåytetty matriisin alumiiniseos ja sen måårå suh-teessa tåyteaineen tai esimuotin mååråån, tåyteaineen måårå johon tunkeutumisen on tapahduttava, sekå tunkeutumisat-mosfåårin typpipitoisuus. Esimerkiksi alumiininitridin muodostumisen måårån uskotaan mååråtysså prosessilåmpoti-20 lassa kasvavan, kun seoksen kyky tåyteaineen kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfåårin typpipitoisuus kasvaa.
Sen vuoksi on mahdollista rååtåloidå metallimatriisin rakennetta komposiitin muodostuksen aikana, niin ettå 25 voidaan antaa tuloksena olevalle tuotteelle mååråtyt ominaisuudet. Annetulla jårjestelmållå voidaan prosessin olosuhteet valita nitridin muodostuksen sååtåmiseksi. Alumiininitridiå sisåltåvållå komposiittituotteella on eråitå ominaisuuksia, jotka voivat olla edullisia tuotteen 30 suorituskyvylle tai parantaa niitå. Lisåksi alumiiniseok-sen spontaanin tunkeutumisen edullinen låmpotila-alue voi vaihdella kåytetystå kerasimisesta aineesta riippuen. Kun tåyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeutumisen låmpo-tilan tulisi ylittåå 1000°C, mikåli halutaan, ettei 35 matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkittåvån nitridin muodostumisen johdosta. Låmpotilan 1000°C ylit-tåviå låmpotiloja voidan kuitenkin kåyttåå, mikåli halutaan 33 91723 tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikoinpi muovat-tavuus ja suurempi jåykkyys. Piikarbidiin tunkeutumista vårten voidaan kåyttåå korkeampia, noin 1200°C lampotiloja, koska piikarbidia tåyteaineena kaytettåesså alumiiniseok-5 sesta syntyy våhemmån nitrideja, kuin alumiinioksideja tåyteaineena kaytettåesså.
Lisåksi on mahdollista kåyttåå matriisimetallin varasto-låhdettå tåyteaineen tåydellisen tunkeutumisen varmista-10 miseksi ja/tai syottåå toista metallia, jolla on erilainen koostumus kuin matriisimetallin ensimmåisellå låhteellå. Eråisså tapauksissa voi erityisesti olla toivottavaa kåyttåå varastolåhteesså matriisimetallia, joka koostumuk-seltaan poikkeaa matriisimetallin ensimmåisestå låhteestå.
15 Jos esimerkiksi alumiiniseosta kåytetåån ensimmåisenå matriisimetallin låhteenå, niin varastolåhteen metallina voitaisiin kåyttåå nåennåisesti mi tå tahansa toista metal-lia tai metalliseosta, joka on sulanut prosessilåmpotilas-sa. Sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toistensa 20 kanssa, mikå johtaisi varastolåhdemetallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmåiseen låhteeseen niin kauan kuin annetaan riittåvåsti aikaa sekoittumista vårten. Kåytet-tåesså ensimmåisen matriisimetallin låhteestå poikkeavan koostumuksen omaavaa varastolåhdemetallia, on siten mah-25 dollista rååtåloidå metallimatriisin ominaisuuksia eri-laisten toimintavaatimusten tåyttåmiseksi ja siten rååtåloidå metallimatriisikomposiitin ominaisuuksia.
Estovålinettå voidaan myos kåyttåå esillå olevan keksinnon 30 yhteydesså. Tåmån keksinnon yhteydesså kåytettåvå estovå-line voi erityisesti olla mikå tahansa soveltuva våline, joka vuorovaikuttaa, eståå ja lopettaa sulan matriisiseok-sen (esim. alumiiniseos) kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan tåyteaineen mååritellyn rajapinnan ohi. Sopivia 35 estovålineitå voivat olla mitkå tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa yllåpitåvåt jonkinasteisen eheyden eivåtkå ---- ... 1— 91723 34 ole haihtuvia, ja jotka edullisesti ovat prosessissa kåytettya kaasua låpåiseviå, ja jotka samoin pystyvåt paikallisesti eståmåån, pysåyttåmåån, vuorovaikuttamaan, torjumaan, jne, jatkuvan tunkeutumisen tai minka tahansa 5 muun liikkeen tayteaineen mååritellyn rajapinnan ohi.
Soveltuvat estovålineet sisåltavat aineita, joita kulkeu-tuva sula matriisimetalli kåytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tåmån tyyppisella esto-10 aineella nayttåå olevan oleellisen våhån tai ei lainkaan yhtymispyrkimystå sulaan matriisimetalliin, ja estovåline estaå tai torjuu siirtymisen tåyteainemassan tai esimuotin mååritellyn rajapinnan yli. Estoaine våhentåå mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita metal-15 limatriisikomposiittituotteella. Kuten edellå mainittiin, tulisi estoaineen edullisesti olla låpåisevåå tai huokois-ta, tai se voidaan saattaa låpåisevåksi esimerkiksi poraamalla reikiå estoaineeseen tai låviståmållå se, niin ettå kaasu påasee kosketukseen sulan matriisimetallin 20 kanssa.
Soveltuvia estoaineita, jotka ovat erityisen edullisia alumiinimatriisiseoksilla, ovat niitå, jotka sisåltavat hiiltå, erityisesti hiilen kiteiset allotrooppiset muodot, 25 jotka tunnetaan grafiittina. Grafiittia ei oleellisesti voida kostuttaa kuvatuissa prosessiolosuhteissa sulalla alumiiniseoksella. Erityisen edullinen grafiitti on gra-fiittinauhatuote, jota myydåån tuotenimellå Grafoil (R), jonka tavaramerkin haltija on Union Carbide. Tållå gra-30 fiittinauhalla on tiiviståviå ominaisuuksia, jotka eståvåt sulaa alumiiniseosta kulkeutumasta tayteaineen mååritellyn rajapinnan ohi. Tåmå grafiittinauha on myos kuumuutta keståvå ja kemiallisesti inertti. Grafoil (R) -grafiitti-aine on taipuisaa, keståvåå, mukautuvaa ja joustavaa. Sitå 35 voidaan valmistaa useissa muodoissa sopimaan esto-ainesovellutuksiin. Grafiittiestovålinettå voidaan kui-tenkin kåyttåå lietteenå tai tahnana tåi jopa maalikalvona 35 91723 tåyteaineen tai esimuotin rajapinnalla tai sen ympårillå. Grafoil (R) -tuotetta pidetaan erityisen edullisena, koska se on taipuisan grafiittiarkin muodossa. Kaytosså tåmå paperin tapainen grafiitti yksinkertaisesti muovaillaan 5 tayteaineen tai esimuotin ympårille.
Muita edullisia estoaineita tunkeutuville alumiinimetal-limatriisiseoksille typpiympåristosså ovat siirtymåmetal-liboridit (esim. titaanidiboridi (TiB2))r joita sulat 10 alumiinimetalliseokset eivåt tåtå ainetta mååråtyisså prosessioloissa kåytettåesså pysty kostuttamaan. Taman tyyppisellå estoaineella prosessilampotilan ei tulisi ylittåå noin 875°C, koska muutoin estoaineen vaikutus våhenee, ja itse asiassa korkeammassa lampotilassa esiintyy 15 tunkeutumista estoaineeseen. Siirtymåmetalliboridit ovat tyypillisesti hiukkasmuodossa (1-30 mikrometria). Esto-aineet voidaan levittåå lietteenå tai tahnana edullisesti esimuotiksi muotoillun låpåisevån keraéimisen tayteaineen massan rajapinnoille.
20
Alumiinimetallimatriisiseoksia vårten typesså muut kåyt-tokelpoiset estoaineet sisåltåvåt vaikeasti haihtuvia orgaanisia yhdisteitå, jotka levitetåån kalvona tai ker-roksena tayteaineen tai esimuotin ulkopinnalle. Poltetta-25 essa typesså, erityisesti tåmån keksinnon mukaisissa prosessioloissa, orgaaninen yhdiste hajoaa, jåttåen jål-keenså hiilinokikalvon. Orgaaninen yhdiste voidaan levittåå tavanomaisin keinoin, kuten maalaamalla, suihkuttamal-la, upottamalla, jne.
30
Lisåksi voivat hienoksi jauhetut hiukkasmaiset aineet toimia estoaineena, jos hiukkasmaiseen aineeseen tunkeu-tuminen esiintyy nopeudella, joka on hitaeunpi kuin tunkeu-tumisnopeus tåyteaineeseen.
Siten voidaan estoainetta levittåå millå tahansa sopivalla tavalla, kuten peittåmållå mååritelty rajapinta estovåli- 35 36 91723 neen kerroksella. Sellainen estovålineen kerros voidaan muodostaa maalaamalla, upottamalla, silkkipainatuksella, hoyrystamållå, tai levittåmållå estovålinettå muilla ta-voin neste-, liete- tai tahnamuodossa, tai sputteroimalla 5 hoyrystyvåå estovålinettå, tai yksinkertaisesti kerrosta-malla kiinteån hiukkasmaisen estovålineen kerros, tai levittåmållå estovålineen kiinteå ohut arkki tai kalvo mååritellylle rajapinnalle. Kun estovåline on paikallaan, spontaani tunkeutuminen pååttyy oleellisesti silloin, kun 10 tunkeutuva matriisimetalli saavuttaa mååritellyn rajapin-nan ja koskettaa estovålinettå.
Kun toivottu måårå spontaania tunkeutumista on saavutettu, tai spontaanin tunkeutumisen aikana (esim. oleellisen 15 låhellå spontaanin tunkeutumisen loppumista), kåytetåån jotain tapaa metallimatriisikomposiitin suunnattua kiin-teytystå vårten. Erilaisia hyvåksyttåviå vålineitå metal-limatriisikomposiitin suunnattua kiinteytystå vårten voidaan kåyttåå, mukaan lukien metallimatriisikomposiitin 20 ainakin yhden pinnan "kuumapåållyståmisen"; ja/tai saat-tamalla metallimatriisikomposiitin jokin pinta kosketta-maan paikaltaan kiinteåtå låmmon nielua, kuten jååhdytys-levyå; ja/tai koskettamalla ja jaksottain upottamalla metallimatriisikomposiit juoksevaan aineeseen (joko pai-25 kallaan pysyvåån tai virtaavaan); ja/tai poistamalla metallimatriisikomposiitti jaksollisesti uunista, jossa se muodostui; jne. Kåyttåmållå yhtå tai useampaa nåistå suunnatuista kiinteytysmenetelmistå joka yksinåån tai yhdesså, on mahdollista korostaa spontaanin tunkeutumisen 30 menetelmållå tuotetun metallimatriisikomposiittituotteen ominaisuuksia. Voidaan esimerkiksi aikaansaada met al limat-riisikomposiitteja, joilla on: paremmat mikrostruktuurit (esim. homogeenisempia); pienempi huokoisuuden tai onte-. loiden måårå mikrostruktuurissa; suurempi murtolujuus; 35 jne, verrattuna samalla tavalla tuotettuun metallimatrii-sikomposiittiin, joka ei ole suunnatusti kiinteytynyt. Kuten kuvioissa 5a ja 5b, sekå kuvioissa 6a ja 6b esitetåån, 37 91723 niin kuituja sisåltåvån metallimatriisi-komposiittikappa-leen suunnattu kiinteytyminen vahentåå komposiittikappa-leen huokoisuutta ja tuottaa homogeenisemman mikrostruk-tuurin. Kuten lisaksi esimerkissa 1 osoitetaan, niin 5 kuiduilla vahvistetuilla, suunnatusti kiinteytyneillå me-tallimatriisikomposiiteilla on suurempi murtolujuus kuin samanlaisilla komposiiteilla, jotka eivat ole suunnatusti kiinteytyneet.
10 Tarkemmin ottaen kuviot 5a, 5b, 6a ja 6b ovat optisia mikrovalokuvia metallimatriisikomposiitista, joka sisål-taa alumiinioksidikuituja. Kummatkin kuvien ryhmåt esit-tavåt mikrovalokuvia kahdella eri suurennustasolla. Kuvi-oiden 5a ja 5b mikrovalokuvat edustavat metallimatriisi-15 komposiittia, joka jååhdytetiin uunissa, joka ts. ei kiinteytynyt suunnatusti.
Kuten viivoilla 80 kuvioissa 5a ja 5b osoitetaan, niin sellaisessa metallimatriisikomposiitissa, joka ei ole 20 kiinteytynyt suunnatusti, esiintyy huokoisuusalueita, tai ontelotiloja, joissa ei ole matriisimetallia. Sita vastoin on kuvioista 6a ja 6b selvasti nahtåvisså, ettå suunnatusti kiinteytyneessa metallimatriisikomposiitissa on oleelli-sesti våhemmån huokoisuutta tai ontelotiloja. Lisaksi 25 kuvioissa 6a ja 6b esitetyllå metallimatriisikomposiitilla on homogeenisempi mikrostruktuuri kuin kuvioissa 5a ja 5b esitetylla metallimatriisikomposiitilla. Erityisesti tåtå suurempaa homogeenisuutta todistaa kuitujen suurempi dis-persio matriisimetalliin.
30
Hakijat uskovat, ettå esimerkissa 1 kuvattuissa suunnatusti kiinteytyneisså metallimatriisikomposiiteissa esiintyvå suurempi murtolujuus johtui ainakin osaksi huokoisuuden tai ontelotilojen våhenemisestå, joka aikaansaatiin metal-35 limatriisikomposiitin suunnatulla kiinteytymisella. Tar-kemmin ottaen huokoisuus ja ontelotilat pienentåvåt metai-limatriisikomposiitin kuormaa vålittåvåå pinta-alaa, « · 91723 38 pienentåen komposiitin murtolujuutta. Siten huokoisuuden tai ontelotilojen våhentåminen johtaisi metallimatriisi-komposiitin suurempaan kuormaa vålittåvåån pinta-alaan, ja vastaavaan murtolujuuden nousuun.
5
Kuviot 7 ja 8 ovat muita optisia mikrovalokuvia kahdesta metallimatriisikomposiitista, jotka sisåltåvåt alumiini-oksidikuituja. Kuvio 7 esittåå sellaisen metallimatriisi-komposiitin mikrostruktuurin, joka ei kiinteytynyt suun-10 natusti, kun taas kuvio 8 esittåå sellaisen metallimatriisikomposiitin mikrostruktuurin, jossa on ta-pahtunut suunnattu kiinteytyminen. Itse asiassa kuvio 8 esittåå sen metallimatriisikomposiitin mikrostruktuurin, joka suunnatusti kiinteytyi esimerkisså 1. Kuvion 7 viivat 15 84 osoittavat metallimatriisikomposiitissa olevia alueita, joissa on huokoisuutta tai ontelotiloja. Kuvion 8 tarkastelu osoittaa, ettå niitå alueita, joissa on huokoisuutta tai ontelotiloja, on joko oleellisesti våhemmån tai ei lainkaan. Siten kvuiot 7 ja 8 antavat lisåtodistuksen 20 siitå, ettå suunnatulla kiinteytymisellå voidaan saavuttaa huokoisuuden tai ontelotilojen våhentåminen ja homogeeni-sempi mikrostruktuuri metallimatriisikomposiitissa, joka on tuotettu matriisimetallin spontaanilla tunkeutumisella tåyteainemassaan tai esimuottiin.
25
Vaikka tåsså on selitetty useita suunnatun kiinteytymisen tapoja siten, ettå aikaansaadan våliton kosketus metalli-matriisikomposiittiin, on kuitenkin ymmårrettåvå, ettå nåmå kuvaukset ovat ainoastaan havainnollistavia, ja ettå 30 komposiitti tavallisesti on ainakin soveltuvassa tulenkes-tåvåsså astiassa suunnatun kiinteytymisen vaiheen aikana. Kun siten selitetåån, ettå måaratty suunnatun kiinteytymisen våline koskettaa komposiitin mååråttyå osaa, on ymmårrettåvå, ettå suunnatun kiinteytymisen våline voi 35 tosiasiassa koskettaa jårjestelyn sitå pååtå, joka on låhinnå komposiitin selitettyå pååtå. Seuraavissa esimer-keisså havainnollistetaan sellaisten jårjestelyjen suun- i 39 91723 nattua kiinteytymistå, jotka sisåltåvåt metallimatriisi-komposiitteja. Nåiden esimerkkien tulisi kuitenkin ymmår-taa olevan havainnollistavia, eikå niitå tule ottaa keksinnon suoja-alaa rajoittavina, siten kuin se mååritel-5 laan oheisissa patenttivaatimuksissa.
Esimerkki 1
Seuraava esimerkki havainnollistaa suunnatun kiinteytymi-10 sen menetelmån kåyttåmistå yhdesså uuden menetelmån kanssa, jolla muodostetaan metallimatriisikomposiitti spontaanin tunkeutumisen menetelmallå, niin etta aikaansaadaan metallimatriisikomposiitti , jolla on ylivoimainen murtolujuus verrattuna sellaiseen metallimatriisi-komposiittikappa-15 leeseen, joka on tuotettu samanlaisella spontaanin tunkeutumisen menetelmallå yhdiståmåtta sitå suunnatun kiintey-tymisen vaiheeseen.
Huokoiseen esimuottiin, johon seuraavassa viitataan esi-20 muottina no. 1, jonka mitat olivat noin 127 mm x 127 mm x 20 mm, saatettiin typpiatmosfåårin låsnåollessa tunkeutu-maan sulaa magnesiumia sisåltåvåå kaupallista alumiini-seosta. Esimuotti kåsitti likimååråisesti 12 tilavuus-prosenttia alumiinioksidikuituja (ainakin 90 painoprosent-25 tia alumiinioksidikuiduista oli Fiber FP, jota valmistaa Du Pont Company), jotka oli sidottu toisiinsa kolloidisella alumiinioksidilla. Kolloidisen alumiinioksidin ja kuitujen painosuhde oli likimain 1:4, ja muu osa esimuotin tila-vuutta kåsitti yhteydesså olevaa huokoisuutta. Esimuottiin 30 tunkeutuminen aikaansaatiin seuraavissa kappaleissa kuva-tulla menetelmallå.
Kuten kuviossa 3 esitetåån, noin 50 mm kerros 24 grit (seulamitta, grit = noin 75 mikrometriå) alumiinioksidi-35 ainetta 17, jota tuottaa Norton Company, ja jota myydåån tavaramerkillå Alundum (R), asetettiin veneen muotoisen grafiittiastian 10 pohjaile. Laatikko 12, joka muodostet- · 40 91723 tiin 0/38 mm paksusta laatua GTB olevasta grafiittinauha-tuotteesta, jota tuottaa Union Carbide ja jota myydaån tavaramerkillå Grafoil (R), asetettiin grafiittiastiassa 10 olevan 50 mm Alundum (R)-kerroksen 17 påålle. Grafoil 5 (R)-laatikko 12 tehtiin jårjestamållå sopivan kokoisa Grafoil (R)-kappaleita yhteen ja sulkemalla sen jålkeen saumat lietteellå/ joka tehtiin sekoittamalla grafiitti-jauhetta (Grade KS-44, Lonza Inc.) ja kolloidista piidiok-sidia (Ludox HS, DuPont). Grafiitin painosuhde kolloidiseen 10 piidioksidiin oli noin 1:3.
Sen jalkeen kun Grafoil (R)-laatikko 12 oli asetettu ensimmåisen Alundum (R)-kerroksen 17 påålle, lisåttiin Alundum:ia (R) 14 grafiittiastiaan 10 Grafoil (R)-laatikon 15 12 ulkopuolelle, kunnes tuloksena olevan Alundum (R)-pedin 14 taso grafiittiastiassa 10 oli likimain samassa tasossa Grafoil (R)-laatikon 12 ylåpinnan kanssa. Tållå kohdin esimuotti no.l, viitenumerolla 16 kuviossa 1, asetettiin Grafoil (R)-laatikon 12 pohjalle, ja kaupallisesti saatavaa 20 olevaa 520.2 seosta, jonka likimååråiset mitat olivat 120 mm x 120 mm x 12 mm, asetettiin esimuotin 16 påålle.
Grafiittiastiasta 10 ja sen sisållostå koostuva jårjestely asetettiin såådetyn atmosfåårin såhkovastusuuniin (ts.
25 tyhjouuniin) huoneenlåmpotilassa. Sen jålkeen uuniin muo-dostettiin huoneenlåmpotilassa suuri tyhjo (likimain 1 x 10-4 torr). Kun tyhjo oli aikaansaatu, uunin låmpotila nostettiin 45 minuutin jakson aikana noin 200°C låmpotilaan ja pidettiin tåsså låmpotilassa noin kaksi tuntia. Kahden 30 tunnin seisontajakson jålkeen uuniin palautettiin typpeå noin 1 ilmakehån paineeseen, ja muodostettiin jatkuva 2 1/minuutti kaasun virtaus. Uunin låmpotila nostettiin sitten noin 700°C låmpotilaan noin 5 tunnin kuluessa ja pidettiin noin 700°C:ssa noin 20 tuntia. 20 tunnin 35 kuumennusjakson jålkeen uuni kytkettiin pååltå, ja jårjes-telyn annettiin uunissa olien jååhtyå ympåriston låmpotilaan.
91725 41
Kun jårjestely saavutti ympåriston låmpotilan, se poistet-tiin uunista ja purettiin. Jårjestelystå saatu metallimat-riisikomposiitti leikattiin kahdeksi yhtå suureksi kappa-leeksi, ja toinen kappaleista, johon jålempånå viitataan 5 kappaleena A, kåsiteltiin T4-liuoksella. Låmpokåsittely T4-liuoksella kåsltti metallimatriisikomposiitin kastami-sen noin 432°C låmpotilassa noin 18 tunnin ajan, jonka jålkeen metallimatriisikomposiitti vålittomåsti jååhdy-tettiin kiehuvassa vedesså 100°C låmpotilassa noin 20 s 10 ajan. Toiselle metallimatriisikomposiittikappaleelle, johon jålempånå viitataan kappaleena B, ei suoritettu mitåån låmpokåsittelyå. Magnesiumia sisåltåvåå kaupallista alu-miiniseosta saatettiin typpiatmosfåårisså tunkeutumaan toiseen esimuottiin, johon jålempånå viitataan esimuottina 15 no.2, ja joka kåsitti samoja aineita kuin esimuotti no.l, mutta jonka mitat olivat 146 mm x 146 mm x 20 mm. Esimuottiin tunkeutuminen aikaansaatiin menetelmållå, jota selitetåån seuraavissa kappaleissa.
20 Kuten kuviossa 2 esitetåån, mitoiltaan 146 mm x 146 mm x 76 mm oleva Grafoil (R)-laatikko 22, joka tehtiin edellå kuvatulla tavalla, asetettiin 152 mm x 152 mm xl65 mm kokoiseen ruostumatonta teråstå olevaan laatikkoon 24. Viitenumerolla 26 kuviossa 2 varustettu esimuotti (esi-25 muotti no. 2) asetettiin Grafoil (R)-laatikkoon 22, ja noin 89 mm x 89 mm x 12 mm oleva kaupallisesti saatavilla olevaa alumiiniseosta 520.2 oleva valanne 28 asetettiin esimuotin 26 påålle. Ruostumatonta teråstå olevan laatikon 24 ylåpinta peitettiin sitten 3,2 mm paksulla levyllå 30 30 eristysaineesta, jota tuottaa McNeil Refractories Inc., ja jota myydåån tavaramerkillå Fiberfrax Duraboard (TM) HD. Jårjestely, joka kåsitti ruostumatonta teråstå olevan laatikon 24 ja sen sisållon sekå niitå peittåvån Fiber-frax-levyn 30, asetettiin såådetyn atmosfåårin såhkovas-35 tusuuniin (ts. tyhjouuniin) huoneenlåmpotilassa. Sen jålkeen uunista poistettiin ilmaa huoneenlåmpotilassa, kunnes saavutettnn suun tyhjo (likimain 1 x 10 torr). Kun 42 91723 tyhjo oli aikaansaatu, uuniin palautettiin typpeå noin 1 ilmakehån paineeseen, ja muodostettiin jatkuva noin 2,5 1/minuutti kaasun virtaus. Uunin låmpotila nostettiin sitten noin 725°C låmpotilaan nopeudella noin 150°C/h. Uuni 5 pidettiin noin 725°C:ssa noin 15 tuntia, jonka aikana alumiinivalanne suli ja tunkeutui spontaanisti esimuot-tiin.
15 tunnin kuumennusjakson jalkeen uunin annettiin jåahtyå 10 noin 675°C lampotilaan. Tåsså låmpotilassa jårjestely poistettiin uunista ja, kuten kuviossa 3 esitetåån, asetettiin kahden grafiittilevyn 36 paalla olevan terås-levyn 34 påålle. Sen lisåksi, kuten kuviossa 3 esitetåån, sijoitettiin neljå tulenkeståvåå tiiltå 38 ruostumatonta 15 teråstå olevan laatikon 24 ympårille jårjestelyn eristå-miseksi ja seoksen pitåmiseksi sulassa tilassa suunnatun kiinteytymisen prosessin aikana« Jokainen tulenkeståvå tiili 38 kosketti ruostumatonta teråstå olevan laatikon 24 yhtå sivua. Jårjestelysså olevan sulan seoksen suunnattu 20 kiinteytyminen tapahtui grafiittilevyjen 36 absorboidessa jårjestelystå teråslevyn 34 låpi suuntautuvaa låmpoener-giaa. Siten teråslevy 34 siirsi låmmon jårjestelyn pohjalta grafiittilevyihin 36, jotka toimivat låmmon nieluna. Tållå tavalla jårjestely suunnatusti jååhdytettiin pohjaltaan 25 alkaen kohti sen pinnalla olevaa ylimååråistå seosta 35. Sen jålkeen kun jårjestely oli jååhtynyt alumiiniseoksen kiinteytymislåmpotilan alle, se purettiin ja metallimat-riisikomposiitti otettiin talteen. Metallimatriisikom-posiitti leikattiin kahdeksi yhtå suureksi kappaleeksi. 30 Ensimmåiseen kappaleeseen, johon jålempånå viitataan kap-paleena C, kohdistettiin T4-låmp6kåsittely. Tåtå låmpokå-sittelyå selitettiin edellå. Toiseen kappaleeseen, johon jålempånå viitataan kappaleena D, ei kohdistettu mitåån låmpokåsittelyå.
35 43 91723 Nåille neljålle kappaleelie, kappaleille A, B, C ja D, suoritettiin vakio murtolujuusmittaustesti, jota selite-tåån seuraavassa kappaleessa.
5 Jokaisesta metallimatriisi-komposiittikappaleesta leikat-tiin testiliuskoja paksuudeltaan noln 2,5 mm, leveydeltaån noin 12 mm ja pituudeltaan noin 127 mm. Liuskan geometriat noudattivat standardia ASTM Std. D 3552-77 (uusittu 1982), kuvio 1, kohde B, paitsi etta kaytetty dogbone-såde oli 10 nimellisesti 101,6 mm. Jokainen liuska asennettiin koes-tuskoneen sopiviin laukoihin ja niitå kuormitettiin (ve-tåmållå liuskan toisesta paåsta) likimain vakiolla puris-tinpaån nopeudella 0,508 mm/minuutti, kunnes testiliuska petti. Nåiden murtolujuustestien tulokset on yhteenvetona 15 taulukossa 1.
Taulukko 1 Låmpo- Låmpo- Murto-
Kappa- tila (°C) kasit- lujuus 20 le_Seos_/aika (h) tely Muuta (ksil A Al-10,5Mg 700/20 T4 uuni- 22 (maks.) (520.0) jååhdytys 25 B Al-10,5Mg 700/20 Ei uuni- 24 (maks.) (520.0) jååhdytys C Al-10,5Mg 725/15 T4 suunnat. 40,3±0,9 (520.0) kiinteyt.
30 D Al-10,5Mg 725/15 Ei suunnat. 36,2+0,7 (520.0) kiinteyt.
35 44 91723
Taulukossa 1 yhteenvetona esitetyt tulokset osoittavat, ettå suunnatun kiinteytymisen kåyttaminen metallimatrii-si-komposiittikappaletta muodostettaessa voi lisåtå met al-limatriisi-komposiittikappaleen murtolujuutta. Sen lisåk-5 si suunnatusti kiinteytyneen metallimatriisi-komposiitti-kappaleen lampokåsittelyllå voidaan lisåtå murtolujuutta. Uskomme, ettå murtolujuuden dramaattinen lisåys, joka esiintyy suunnatun kiinteytymisen jlkeen, on tuloksena metallimatriisi-komposiittikappaleen huokoisuuden tai on-10 telotilojen våhenemisestå. Tåmå huokoisuuden tai ontelo-tilojen våheneminen lisåå kuormitusta vastaanottavaa pin-ta-alaa, nostaen siten metallimatriisi-komposiittikappa-leen murtolujuutta.
15 Esimerkki 2
Seuraava esimerkki havainnollistaa suunnatun kiinteytymisen menetelmån kåyttåmistå yhdesså uuden menetelmån kanssa, jolla muodostetaan metallimatriisikomposiitti spontaanin 20 tunkeutumisen menetelmållå, niin ettå aikaansaadaan metallimatriisikomposiitti, jossa on våhemmån huokoisuutta tai ontelotilaa kuin metallimatriisi-komposiittikappaleessa, joka on muodostettu samalla tavalla, mutta jolla ei ole suoritettu suunnattua kiinteytymistå.
25
Kuten kuviossa 4 esitetåån, sekoitettiin noin 263 g 1000 grit vihreåtå piikarbidia, jota tuottaa Norton Co, ja jota myydåån tuotenimellå 39 Crystolon, noin 2 painoprosenttiin (5,8 g) jauhettua magnesiumia, jolloin sekoitukseen vii-30 tataan numerolla 50, ja sekoitus 50 asetettiin laatikkoon 40, jonka mitat livat noin 152 mm x 76 mm x 127 mm, ja joka oli muodostettu noin 2,5 mm paksusta hiiliteråksestå 42, ja jossa oli sisåvuoraus 44 noin 0,38 paksusta laatua GTB olevasta grafiittinauhatuotteesta, joka tunnetaan tuo-35 tenimellå Grafoil (R), ja jota tuottaa Union Carbide. Laatikon 40 ulkopuoli vuorattiin 3,2 mm paksulla esipol-tetulla Fiberfrax Duraboard (TM) HD:llå, jota tuottaa 45 91723
McNeil Refractories Inc., ja joka on kuviossa 4 merkitty viitenumerolla 46. Noin 520.2 g painava valanne 48 aluiniiniseosta, joka kåsitti 12 painoprosenttia piitå, 5 painoprosenttia sinkkiå, 6 painoprosenttia magnesiumia, ja 5 loput alumiinia, asetettiin pedin 50 påålle, joka muodostui 1000 grit piikarbidi/magnesium-sekoituksesta. Tamå jårjes-tely asetettiin 3,2 mm paksun Fiberfrax-ainetta olevan levyn 52 paalle, levyn ollessa ruostumatonta terasta olevan såilion 54 pohjalla, jolla oli typpikaasun syotto 56 ja 10 kuparikalvopåållinen 58. Titaanisientå 60 sijoitettiin ruostumatonta terasta olevaan sailioon, mutta sekoitusta 50 ja alumiiniseosta 48 sisåltåvån Fiberfrax:in ulkopuo-lelle. Titaanisieni 60 sijoitettiin sailioon 54 happea imevåksi aineeksi. Såilio 54 asetettiin såhkovastuksin 15 kuumennettuun uuniin, joka oli ilmaan avoin, ja kuumennet-tiin ympåriston låmpotilasta noin 250°C låmpotilaan noin 40 minuutin jakson kuluessa; sitå pidettiin noin 250°C:ssa noin tunnin verran; nostettiin noin 800°C låmpotilaan noin kolmen.tunnin jakson aikana; pidettiin noin 800°C:ssa noin 20 2,5 tuntia; ja poistettiin sitten uunista noin 800°C
låmpotilassa. Kun såilio oli uunissa, syotettiin såilon 54 sisåtilaan syotollå 56 typpeå nopeudella noin 5 1/minuutti, ja paine uunissa pidettiin noin yhden ilmakehån suuruisena. Sen jålkeen kun jår jestely oli poistettu uunista noin 800°C 25 låmpotilassa, se saatettiin suunnatusti kiinteytymåån vedellå jååhdytetyn kuparia olevan huippujååhdytyslevyn påållå noin puolen tunnin ajan ja upotettiin sitten ympåriston låmpotilassa olevaan veteen.
30 Saavuttaessaan ympåriston låmpotilan jårjestely poistet tiin vedestå ja purettiin. Jårjestelystå saadun metalli-matriisikomposiitin tarkastelu pal jasti, ettå komposiitis-sa oli våhemmån huokoisuutta tai ontelotioja kuin aikaisemmissa metallimatriisikomposiiteissa, jotka oli 35 tuotettu ilman suunnattua kiinteytymistå.
*.
46 91723
Vaikka edella olevia esimerkkeja on selitetty seikkaperåi-sesti, saattaa tavanomaisin taidoin varustetulle kåsityo-laiselle tulle mleleen muita muunnelmia nåista esimerkeis-ta, ja kalkkien sellaisten muunelmien tulisi ymmårtåå 5 sisaltyvån oheisten patenttivaatimusten suoja-alaan.
10 15 20 25 30 35

Claims (9)

91723
1. Menetelmå metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi, tun-nettu siitå, ettå komposiitti valmistetaan matriisimetallista ja oleellisesti reagoimattomasta tåyteaineesta, joka on joko 5 keraamista materiaalia tai påållystettyå materiaalia, kuten keraamisella materiaalilla påållystettyjå kuituja, saattamalla matriisimetalli låmpotilassa, joka on matriisimetallin sula-mispisteen ylåpuolella, tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja/tai tunkeutumisen ediståjån låsnåollessa tunkeutumisatmos-10 fåårisså, joka sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen tai ediståå sitå ja joka on kosketuksessa matriisimetallin ja/tai tåyteaineen kanssa ainakin jossakin tunkeutumisproses-sin vaiheessa, spontaanisti tunkeutumaan ainakin osaan tåyteaineesta ja saattamalla ainakin osa saadusta massasta, johon 15 matriisimetalli on spontaanisti tunkeutunut, kiinteytymåån suunnatusti.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå,tunnettu siitå, ettå syotetåån tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå ja/tai tun- 20 keutumisen ediståjåå matriisimetalliin, ja/tai tåyteaineeseen ja/tai tunkeutumisatmosfååriin.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmå,tunnettu siitå, ettå tåyteaine muodostaa esimuotin. 25
4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå esteen avulla muodostetaan tåyteaineelle ainakin yksi rajapinta, jolloin matriisimetalli tunkeutuu tåy-teaineessa spontaanisti esteeseen saakka. 30
5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmå, * tunnettu siitå, ettå tåyteaine kåsittåå ainakin yhtå oleellisesti reagoimatonta ainetta, joka on valittu ryhmåstå, johon kuuluu jauheet, hiutaleet, mikrokuulat, kuitukiteet, kuplat, 35 kuidut, hiukkaset, kuitumatot, katkaistut kuidut, kuulat, pel-letit, pienet putket ja tulenkeståvåt kankaat. 91723
6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmå, tunnet tu siitå, ettå låmpotila spontaanin tunkeutumisen aikana on korkeampi kuin matriisimetallin sulamispiste mutta alempi kuin matriisimetallin hoyrystymislåmpåtila ja tåyteaineen su- 5 lamispiste.
7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå suunnattu kiinteytys suoritetaan sen jål-keen, kun spontaani tunkeutuminen ainakin oleellisesti on 10 pååttynyt, tai spontaanin tunkeutumisen aikana.
8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå mainittu suunnattu kiinteytys kåsittåå ainakin jonkin seuraavista toimenpiteistå: massan, johon me- 15 talli on spontaanisti tunkeutunut, koskettamisen ainakin låm- m6n nielulla ja/tai juoksevalla aineella; massan, johon metal li on spontaanisti tunkeutunut, erottamisen låmmon låhteestå; massan, johon metalli on spontaanisti tunkeutunut, ainakin yhden pinnan ainakin osittaisen kuumapåållyståmisen; ja mas-20 san, johon metalli on spontaanisti tunkeutunut, ainakin yhden pinnan ainakin yhden osan kuumentamisen samalla kun massan sen osan, jota ei kuumenneta, annetaan jååhtyå.
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, 25 ettå mainittu juokseva aine kåsittåå virtaavaa juoksevaa ai- netta ja/tai oleellisesti paikallaan pysyvåå juoksevaa ainet-ta. 91723
FI894930A 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä FI91723C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/269,602 US5020583A (en) 1988-11-10 1988-11-10 Directional solidification of metal matrix composites
US26960288 1988-11-10

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI894930A0 FI894930A0 (fi) 1989-10-17
FI91723B FI91723B (fi) 1994-04-29
FI91723C true FI91723C (fi) 1994-08-10

Family

ID=23027946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI894930A FI91723C (fi) 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä

Country Status (21)

Country Link
US (1) US5020583A (fi)
EP (1) EP0368785B1 (fi)
JP (1) JP2905516B2 (fi)
KR (1) KR0121459B1 (fi)
CN (1) CN1042499A (fi)
AT (1) ATE96470T1 (fi)
AU (1) AU625092B2 (fi)
BR (1) BR8905758A (fi)
CA (1) CA2000800C (fi)
DE (1) DE68910274T2 (fi)
DK (1) DK558589A (fi)
FI (1) FI91723C (fi)
IE (1) IE893176L (fi)
IL (1) IL91730A0 (fi)
MX (1) MX174180B (fi)
NO (1) NO893983L (fi)
NZ (1) NZ231082A (fi)
PH (1) PH26243A (fi)
PT (1) PT92262B (fi)
TR (1) TR27335A (fi)
ZA (1) ZA898536B (fi)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5347426A (en) * 1988-09-13 1994-09-13 Pechiney Recherche Electronic device including a passive electronic component
US5165463A (en) * 1988-11-10 1992-11-24 Lanxide Technology Company, Lp Directional solidification of metal matrix composites
US5303763A (en) * 1988-11-10 1994-04-19 Lanxide Technology Company, Lp Directional solidification of metal matrix composites
FR2647524B1 (fr) * 1989-05-23 1991-10-31 Inst Francais Du Petrole Conduite flexible comportant un materiau composite a matrice en alliage d'aluminium et procede de fabrication dudit materiau
US5308533A (en) * 1991-11-29 1994-05-03 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Aerogel mesh getter
US5360572A (en) * 1991-11-29 1994-11-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Aerogel mesh getter
US5465481A (en) * 1993-10-04 1995-11-14 Motorola, Inc. Method for fabricating a semiconductor package
JPH07211832A (ja) * 1994-01-03 1995-08-11 Motorola Inc 電力放散装置とその製造方法
US5404930A (en) * 1994-01-06 1995-04-11 Pcc Airfoils, Inc. Method and apparatus for casting an airfoil
US5480727A (en) * 1994-02-03 1996-01-02 Motorola, Inc. Electronic device assembly and method for making
US5565705A (en) * 1994-05-02 1996-10-15 Motorola, Inc. Electronic module for removing heat from a semiconductor die
DE19706926C2 (de) 1997-02-20 2002-08-29 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Herstellung von Keramik-Metall-Verbundkörpern
US6193928B1 (en) 1997-02-20 2001-02-27 Daimlerchrysler Ag Process for manufacturing ceramic metal composite bodies, the ceramic metal composite bodies and their use
DE19706925C2 (de) * 1997-02-20 2000-05-11 Daimler Chrysler Ag Verfahren zum Herstellen von Keramik-Metall-Verbundkörpern, Keramik-Metall-Verbundkörper und deren Verwendung
US5944097A (en) * 1997-05-06 1999-08-31 Northrop Grumman Corporation Composite substrate carrier for high power electronic devices
KR100491243B1 (ko) * 1997-12-12 2005-09-02 삼성토탈 주식회사 자동차범퍼용심재
DE10013406B4 (de) * 2000-03-17 2007-01-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus einem Verbundwerkstoff und Verwendung der Formkörper
JP3812321B2 (ja) * 2000-10-25 2006-08-23 株式会社豊田自動織機 放熱板およびその製造方法
US7141310B2 (en) * 2002-04-17 2006-11-28 Ceramics Process Systems Corporation Metal matrix composite structure and method
TWI290012B (en) * 2005-03-03 2007-11-11 Mitac Technology Corp Printed circuit board structure and manufacturing method thereof
WO2006107915A2 (en) * 2005-04-05 2006-10-12 X-Rite, Incorporated Systems and methods for monitoring a process output with a highly abridged spectrophotometer
US7264038B2 (en) * 2005-07-12 2007-09-04 Alcoa Inc. Method of unidirectional solidification of castings and associated apparatus
US7377304B2 (en) 2005-07-12 2008-05-27 Alcoa Inc. Method of unidirectional solidification of castings and associated apparatus
US8448690B1 (en) 2008-05-21 2013-05-28 Alcoa Inc. Method for producing ingot with variable composition using planar solidification
CN101824557B (zh) * 2010-02-04 2011-05-04 汨罗市鸿昱新材料有限责任公司 一种高效节能生产锻轧锰桃的方法
WO2017003574A2 (en) * 2015-06-19 2017-01-05 Halliburton Energy Services, Inc. Reinforcement material blends with a small particle metallic component for metal-matrix composites
CN113732272B (zh) * 2021-08-25 2022-06-03 中国联合重型燃气轮机技术有限公司 定向凝固装置及定向凝固方法

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2422439A (en) * 1943-01-29 1947-06-17 American Electro Metal Corp Method of manufacturing composite structural materials
US2843501A (en) * 1956-08-01 1958-07-15 Sintercast Corp America Method for the precision production of infiltrated articles
US2951771A (en) * 1956-11-05 1960-09-06 Owens Corning Fiberglass Corp Method for continuously fabricating an impervious metal coated fibrous glass sheet
US3031340A (en) * 1957-08-12 1962-04-24 Peter R Girardot Composite ceramic-metal bodies and methods for the preparation thereof
US3149409A (en) * 1959-12-01 1964-09-22 Daimler Benz Ag Method of producing an engine piston with a heat insulating layer
US3396777A (en) * 1966-06-01 1968-08-13 Dow Chemical Co Process for impregnating porous solids
US3547180A (en) * 1968-08-26 1970-12-15 Aluminum Co Of America Production of reinforced composites
US3608170A (en) * 1969-04-14 1971-09-28 Abex Corp Metal impregnated composite casting method
JPS5013205B1 (fi) * 1969-11-08 1975-05-17
US3868267A (en) * 1972-11-09 1975-02-25 Us Army Method of making gradient ceramic-metal material
JPS49107308A (fi) * 1973-02-13 1974-10-11
US4082864A (en) * 1974-06-17 1978-04-04 Fiber Materials, Inc. Reinforced metal matrix composite
DE2819076C2 (de) * 1978-04-29 1982-02-25 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München Verfahren zum Herstellen eines metallischen Mehschicht-Verbundwerkstoffes
JPS602149B2 (ja) * 1980-07-30 1985-01-19 トヨタ自動車株式会社 複合材料の製造方法
JPS57210140A (en) * 1981-06-18 1982-12-23 Honda Motor Co Ltd Fiber reinfoced piston for internal combustion engine
US4404262A (en) * 1981-08-03 1983-09-13 International Harvester Co. Composite metallic and refractory article and method of manufacturing the article
US4376804A (en) * 1981-08-26 1983-03-15 The Aerospace Corporation Pyrolyzed pitch coatings for carbon fiber
US4376803A (en) * 1981-08-26 1983-03-15 The Aerospace Corporation Carbon-reinforced metal-matrix composites
US4473103A (en) * 1982-01-29 1984-09-25 International Telephone And Telegraph Corporation Continuous production of metal alloy composites
GB2115327B (en) * 1982-02-08 1985-10-09 Secr Defence Casting fibre reinforced metals
JPS58144441A (ja) * 1982-02-23 1983-08-27 Nippon Denso Co Ltd 炭素繊維強化金属複合材料の製造方法
JPS5950149A (ja) * 1982-09-14 1984-03-23 Toyota Motor Corp 繊維強化金属複合材料
JPS59215982A (ja) * 1983-05-20 1984-12-05 Nippon Piston Ring Co Ltd 回転式流体ポンプ用ロータ及びその製造方法
GB2156718B (en) * 1984-04-05 1987-06-24 Rolls Royce A method of increasing the wettability of a surface by a molten metal
GB8411074D0 (en) * 1984-05-01 1984-06-06 Ae Plc Reinforced pistons
JPS6169448A (ja) * 1984-09-14 1986-04-10 工業技術院長 炭素繊維強化金属とその製造法
US4587177A (en) * 1985-04-04 1986-05-06 Imperial Clevite Inc. Cast metal composite article
US4673435A (en) * 1985-05-21 1987-06-16 Toshiba Ceramics Co., Ltd. Alumina composite body and method for its manufacture
US4630665A (en) * 1985-08-26 1986-12-23 Aluminum Company Of America Bonding aluminum to refractory materials
US4718941A (en) * 1986-06-17 1988-01-12 The Regents Of The University Of California Infiltration processing of boron carbide-, boron-, and boride-reactive metal cermets
US4657065A (en) * 1986-07-10 1987-04-14 Amax Inc. Composite materials having a matrix of magnesium or magnesium alloy reinforced with discontinuous silicon carbide particles
US4713111A (en) * 1986-08-08 1987-12-15 Amax Inc. Production of aluminum-SiC composite using sodium tetrasborate as an addition agent
US4662429A (en) * 1986-08-13 1987-05-05 Amax Inc. Composite material having matrix of aluminum or aluminum alloy with dispersed fibrous or particulate reinforcement
US4753690A (en) * 1986-08-13 1988-06-28 Amax Inc. Method for producing composite material having an aluminum alloy matrix with a silicon carbide reinforcement
EP0271222A3 (en) * 1986-11-12 1989-07-12 Alcan International Limited Production of metal matrix composites
US4871008A (en) * 1988-01-11 1989-10-03 Lanxide Technology Company, Lp Method of making metal matrix composites
EP0340957B1 (en) * 1988-04-30 1994-03-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of producing metal base composite material under promotion of matrix metal infiltration by fine pieces of third material
CA2000770C (en) * 1988-10-17 2000-06-27 John M. Corwin Method of producing reinforced composite materials
US4932099A (en) * 1988-10-17 1990-06-12 Chrysler Corporation Method of producing reinforced composite materials

Also Published As

Publication number Publication date
AU625092B2 (en) 1992-07-02
FI91723B (fi) 1994-04-29
NZ231082A (en) 1991-11-26
EP0368785B1 (en) 1993-10-27
PH26243A (en) 1992-04-01
NO893983D0 (no) 1989-10-05
DE68910274T2 (de) 1994-03-10
IL91730A0 (en) 1990-06-10
MX174180B (es) 1994-04-27
BR8905758A (pt) 1990-06-05
IE893176L (en) 1990-05-10
PT92262A (pt) 1990-05-31
AU4165489A (en) 1990-05-17
US5020583A (en) 1991-06-04
DE68910274D1 (de) 1993-12-02
DK558589D0 (da) 1989-11-09
DK558589A (da) 1990-05-11
KR0121459B1 (ko) 1997-12-03
FI894930A0 (fi) 1989-10-17
ATE96470T1 (de) 1993-11-15
PT92262B (pt) 1995-07-18
EP0368785A1 (en) 1990-05-16
TR27335A (tr) 1995-01-12
JPH02236248A (ja) 1990-09-19
CA2000800A1 (en) 1990-05-10
CN1042499A (zh) 1990-05-30
ZA898536B (en) 1991-07-31
CA2000800C (en) 2002-01-15
KR900007527A (ko) 1990-06-01
NO893983L (no) 1990-05-11
JP2905516B2 (ja) 1999-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI91723C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä
FI91831C (fi) Menetelmä kolmiulotteisesti yhteenliittyneen rinnakkaismatriisin sisältävän metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi
FI89014C (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91496C (fi) Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita
FI91608C (fi) Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi
FI89015C (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91494C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmän mukaisesti valmistettu komposiitti
FI91492B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91722C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
PT87466B (pt) Processo para a preparacao de um produto composito com matriz metalica e produto composito de matriz de liga de aluminio assim obtido
FI91609C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91490B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi
FI91724B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen
FI91491C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi uppovalumenetelmää käyttäen
FI91495B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sulasta matriisimetallista ja oleellisesti ei-reaktiivisesta täyteaineesta
FI91833B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmällä aikaansaatava metallimatriisikomposiittikappale
FI91493B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91832C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
US5165463A (en) Directional solidification of metal matrix composites
US5303763A (en) Directional solidification of metal matrix composites
KR0183973B1 (ko) 다층 복합체의 제조 방법

Legal Events

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

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP