FI91724B - Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen - Google Patents

Description

5 91724

Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen

Esillä oleva keksintö koskee uutta menetelmää metallimat-riisikomposiitin valmistamiseksi. Erityisesti läpäisevästä täyteainemassasta muodostetaan itsekantava esimuotti muodostamalla ensin negatiivinen ontelo matriisimetalliin ja 10 sijoittamalla sitten mainittu läpäisevä täyteainemassa mainittuun onteloon. Tunkeutumisen edistäjä ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjä sekä tunkeutumisatmosfääri ovat myös yhteydessä täyteaineeseen, ainakin prosessin jossakin vaiheessa, mikä sallii sulatetun matriisimetallin spontaa-15 nin tunkeutumisen läpäisevään täyteaineeseen.

Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitä, kuituja tai vastaavia käsittävät komposiittituotteet näyttävät lupaavilta 20 moniin eriin sovellutuksiin, koska niissä yhdistyvät osa lujittavan faasin jäykkyydestä ja kulutuskestävyydestä metallimatriisin muovattavuuteen ja sitkeyteen. Yleensä metallimatriisikomposiitilla luodaan parannuksia sellaisissa ominaisuuksissa, kuten lujuus, jäykkyys, hankausku-25 lutuksen kestävyys ja lujuuden pysyminen korkeammissa lämpötiloissa, verrattuna matriisimetalliin sen monoliittisessa muodossa, mutta määrä, johon saakka määrättyä ominaisuutta voidaan parantaa, riippuu suuresti kyseessä olevista ainesosista, niiden tilavuus- tai painosuhteista, 30 sekä siitä, miten niitä käsitellään komposiittia muodos tettaessa. Eräissä tapauksissa komposiitti voi myös olla kevyempää kuin matriisimetalli sellaisenaan, ja joissakin tapauksissa komposiitti voi olla raskaampaa. Alumiinimat-riisimetallikomposiitit, jotka on vahvistettu keräämillä, 35 kuten esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden 2 91724 tai kuitukiteiden muodossa/ ovat kiinnostavia johtuen niiden alumiiniin verrattuna suuremmasta jäykkyydestä, kulutuksen kestävyydestä ja korkean lämpötilan lujuudesta.

5 Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on kuvattu erilaisia metallurgisia menetelmiä, mukaanlukien menetelmiä, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumistekniikoihin, joissa käytetään hyväksi painevalua, tyhjövalua, sekoittamista, ja notkis-10 timia. Jauhemetallurgiatekniikoiden avulla jauheen muodossa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava aine sekoitetaan ja sitten joko kylmäpuristetaan ja sintrataan, tai kuuma-puristetaan. Tällä menetelmällä tuotetun piikarbidilla 15 lujitetun alumiinimatriisikomposiitin suurimman keraamin tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosenttia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauksessa.

λ 20 Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauhemetallurgi- sia tekniikoita käyttävin tavanomaisin menetelmin asettaa eräitä rajoituksia aikaansaatavien tuotteiden ominaisuuksille. Komposiitissa olevan keraamifaasin tilavuusosa on tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 25 prosenttiin. Samaten asettaa puristustoiminta rajan käy-• tännössä saavutettavalle koolle. Ainoastaan suhteellisen yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jälkeenpäin tapahtuvaa käsittelyä (esim. muotoilua tai koneistusta) tai ottamatta käyttöön monimutkaisia puris-30 timia. Sintrauksen aikana voi myös esiintyä epätasaista kutistumista, saunoin kuin mikrostruktuurin epätasaisuutta, • *' johtuen kiintoaineisiin eriytymisestä ja hiukkasten kas vusta.

35 US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelmä metallimatrii-sikomposiitin muodostamiseksi, johon sisältyy kuitumuotoi-nen lujite, esim. piikarbidi- tai alumiinioksidikuituki- 3 91724 teitä, joilla on ennalta määrätty kuitujen suuntaus. Komposiitti tehdään sijoittamalla samassa tasossa olevien kuitujen samansuuntaisia mattoja tai huopia muottiin yhdessä sulan matriisimetallin, esim. alumiinin lähteen 5 kanssa ainakin joidenkin mattojen välissä, ja kohdistamalla painetta, niin että sula metalli pakotetaan tunkeutumaan mattoihin ja ympäröimään suunnatut kuidut. Mattojen pinon päälle voidaan valaa sulaa metallia, jolloin sitä paineen avulla pakotetaan virtaamaan mattojen väliin. Komposiitis-10 sa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 tilavuusprosenttia olevia osuuksia on ilmoitettu.

Edellä olevaan tunkeutumismenetelmään liittyy paineen aiheuttamien virtausprosessien yllätyksellisiä vaihtelu-15 ja. ts. mahdollisia epäsäännöllisyyksiä matriisin muodostumisessa, huokoisuutta, jne, kun otetaan huomioon että se riippuu ulkoisesta paineesta sulan matriisimetallin pakottamiseksi kuitupitoisten mattojen läpi. Ominaisuuksien epätasaisuus on mahdollinen vaikka sulaa metallia johdet-20 täisiin useammasta kohdasta kuitupitoiseen järjestelyyn. Vastaavasti on järjestettävä monimutkaiset matto/lähde-järjestelyt ja virtausreitit soveltuvan ja tasaisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi kuitumattojen pinoon. Edellä mainittu painetunkeutumismenetelmä mahdollistaa myös ai-25 noastaan suhteellisen pienen lujitusaineen ja matriisiti-* lavuuden suhteen, johtuen suureen mattotilavuuteen kiin teästi liittyvästä tunkeutumisen vaikeudesta. Lisäksi muoteissa on oltava sulaa metallia paineen alaisena, joka nostaa menetelmän kustannuksia. Lopuksi edellä mainittu 30 menetelmä, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu alumiinimatrii-sikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satunnaisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistä tai kuiduista koostuvilla aineilla.

Alumiinimatriisi-alumiinioksiditäytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksi- 35 4 91724 dia, jolloin on vaikeata muodostaa yhtenäinen tuote. Tähän ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Eräs sellainen lähestyminen on alumiinin päällystäminen metallilla (esim. nikkelillä tai wolfrämillä), joka sitten kuumapuristetaan 5 yhdessä alumiinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan päällystää piidioksidilla. Näillä komposiiteilla kuitenkin ominaisuudet vaihtelevat, tai päällystykset voivat heikentää täytettä, tai matriisi sisältää litiumia, joka voi 10 vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.

US-patentilla 4,232,091 voitetaan eräitä alan vaikeuksia, joita kohdataan valmistettaessa alumiinimatriisi-alu-miinioksiditäytteisiä komposiitteja. Tässä patentissa ku-15 vataan 75 - 375 kg/cm paineen kohdistamista pakottamaan sula alumiini (tai sula alumiiniseos) alumiinioksidia olevaan kuitu- tai kuitukidemattoon, joka on esilämmitetty alueelle 700 - 1050°C. Alumiinioksidin suurin suhde metalliin tuloksena olevassa kiinteässä valukappaleessa ·· 20 oli 0,25:1. Koska tässä menetelmässä ollaan riippuvaisia ulkopuolisesta paineesta tunkeutumisen aikaansaamiseksi, sitä vaivaavat monet samat puutteet kuin US-patenttia 3,970,136.

25 EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi- • · ’ komposiittien valmistamista, jotka ovat erityisen käyttö kelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi-muotin alumiinioksidimatriisin ontelot täytetään alumiinilla, ja tätä varten käytetään erilaisia tekniikoita 30 alumiinioksidin kostuttamiseksi koko esimuotissa. Alu miinioksidi kostutetaan esimerkiksi titaani-, zirkonium-, hafnium tai niobi-diboridia olevalla kostutusaineella tai metallilla, ts. litiumilla, magnesiumilla, kalsiumilla, titaanilla, kromilla, raudalla, koboltilla, nikkelillä, 35 zirkoniumilla tai hafniumilla. Kostutuksen edistämiseksi käytetään inerttiä atmosfääriä, kuten argonia. Tässä julkaisussa esitetään myös paineen kohdistaminen sulan 5 91724 alumiinin saamiseksi tunkeutumaan päällystämättömään matriisiin. Tässä suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saattamalla huokoset ensin tyhjöön ja kohdistamalla sitten sulaan alumiiniin painetta inertissä atmosfäärissä, esim.

5 argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuottiin voidaan tunkeutua höyryfaasissa olevalla alumiinipäällystyksellä pintojen kostuttamiseksi ennen onteloiden täyttämistä tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan lämpökäsittelyä, 10 esim lämpötilassa 1400 - 1800°C, joko argonissa tai tyhjössä. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen altistuminen kaasulle, tai tunkeutumispaineen poistaminen, aiheuttaa alumiinin häviämistä kappaleesta.

15 Kostutusaineiden käyttäminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisältävään elektrolyyttikennoon on esitetty myös EP-patenttihakemuk-sessa 94353. Tässä julkaisussa kuvataan alumiinin tuottamista elektrolyysillä kennossa, jossa virranjohdinkatodi 20 on kennon vaippana tai alustana. Tämän alustan suojaamiseksi sulalta kryoliitilta levitetään alumiinioksidialus-talle ohut päällystys kostutusaineen ja liukenemisen estävän aineen seoksella ennen kennon käynnistämistä tai kun se on upotettuna elektrolyysiprosessin tuottamaan 25 sulaan alumiiniin. Kuvattuja kostutusaineita ovat titaani, zirkonium, hafnium, pii, magnesium, vanadiini, kromi, niobi tai kalsium, ja titaani esitetään edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetään olevan hyödyllisiä estettäessä kostutusaineiden liukenemista su-30 laan alumiiniin. Tässä julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikä siinä eh-“ dotetaa sellaisten komposiittien muodostamista esimerkiksi typpiatmosfäärissä.

35 Paineen ja kostutusaineiden käytön lisäksi on kuvattu tyhjön kohdistamisen edistävän sulan alumiinin tunkeutumista huokoiseen keraamikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa- 6 91724 tentissä 3,718,441 raportoidaan keraamiseen kappaleeseen (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja berylliumoksidi) tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, berylliumilla, magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelillä tai 6 2 5 kromilla, tyhjössä joka on alle 10" torr. Välillä 10~ ...

10-6 torr oleva tyhjö johti keraamin heikkoon kostuttami-seen sulalla metallilla, niin ettei metalli virrannut vapaasti keraamin ontelotiloihin. Kostuttamisen sanotaan kuitenkin parantuneen, kun tyhjö pienennettiin alle 10-6 10 torr.

Myös US-patentissa 3,864,154 esitetään tyhjön käyttämistä tunkeutumisen aikaansaamiseksi. Tässä patentissa selitetään kylmäpuristetun AlBi2-jauhekappaleen asettamista kyl-15 mäpuristetun alumiinijauheen pedille. Sen jälkeen sijoitettiin lisää alumiinia AlBi2-jauhekappaleen päälle. Sulatusastia, jossa AlBi2-kappale oli "kerrostettuna" alumiini jauhekerros ten väliin, sijoitettiin tyhjöuuniin. Uuniin järjestettiin noin 10-5 torr oleva tyhjö kaasun li 20 poistumista varten. Lämpötilaa nostettiin sen jälkeen 1100°C:een, jossa se pidettiin 3 tuntia. Näissä oloissa sula alumiini tunkeutui AlB 12-kappaleeseen.

US-patentissa 3,364,976 selitetään suunnitelmaa itsestään 25 kehittyvän tyhjön aikaansaamista kappaleeseen, sulan me-• tallin tunkeutumisen lisäämiseksi kappaleeseen. Erityises ti selitetään, että kappale, esim. grafiittimuotti, teräs-muotti tai huokoinen tulenkestävä aine, kokonaan upotetaan sulaan metalliin. Muotin tapauksessa metallin kanssa 30 reagoivan kaasun kanssa täytetty muottiontelo on yhteydessä . ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon täyttyminen itsestään kehittyvän tyhjön syntyessä ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin 35 reaktion johdosta. Tyhjö on erityisesti tulosta metallin kiinteän oksidimuodon syntymisestä. Siten tässä julkaisussa esitetään, että on oleellista aikaansaada ontelossa 7 91724 olevan kaasun ja sulan metallin välinen reaktio. Muotin käyttäminen tyhjön luomiseksi ei kuitenkaan välttämättä ole toivottavaa, johtuen muotin käyttöön liittyvistä välittömistä rajoituksista. Muotit on ensin koneistettava 5 määrättyyn muotoon; sitten loppukäsiteltävä, koneistettava hyväksyttävän valupinnan tuottamiseksi muottiin; sitten koottava ennen niiden käyttämistä; sitten purettava niiden käytön jälkeen valukappaleen poistamiseksi niistä; ja sen jälkeen muotti on jälleen saatettava käyttökuntoon, mikä 10 mitä todennäköisimmin merkitsisi muotin pintojen uudelleen käsittelyä tai muotin poistamista, ellei se enää ole käyttöön hyväksyttävä. Muotin koneistaminen monimutkaiseen muotoon saattaa olla erittäin kallista ja aikaavievää. Lisäksi muodostuneen kappaleen poistaminen monimutkaisen 15 muotoisesta muotista saattaa olla vaikeata (ts. monimutkaisen muotoiset valukappaleet saattavat mennä rikki niitä muotista poistettaessa). Lisäksi, vaikka julkaisussa ehdotetaan, että huokoinen tulenkestävä aine voitaisiin suoraan upottaa sulaan metalliin tarvitsematta käyttää 20 muottia, niin tulenkestävän aineen olisi oltava yhtenäinen kappale, koska ei ole olemassa mahdollisuutta aikaansaada tunkeutumista irralliseen tai erotettuun huokoiseen aineeseen ilman säiliönä olevaa muottia (ts. uskotaan yleisesti, että hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai 25 valuisi hajalleen sitä sulaan metalliin sijoitettaessa). Lisäksi, jos haluttaisiin aikaansaada tunkeutuminen hiuk-kasmaiseen aineeseen tai löyhästi muodostettuun esimuot-tiin, olisi ryhdyttävä varotoimiin, niin ettei tunkeutuva metalli syrjäyttäisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, 30 mikä johtaisi epähomogeeniseen mikrostruktuuriin.

Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinkertainen ja luotettava menetelmä muotoiltujen metallimatrii-si-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen 35 tai tyhjön käyttämiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai sisäisesti kehitettynä), tai vahingollisten kostutusainei-den käyttämiseen metallimatriisin luomiseksi toiseen ai- 8 91724 neeseen, kuten keraamiseen aineeseen. Lisäksi on pitkään ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden määrää, joita tarvitaan metallimatriisikomposiittikappa-leen aikaansaamiseksi. Esillä oleva keksintö tyydyttää 5 nämä tarpeet aikaansaamalla spontaanin tunkeutumismekanis-min sulan matriisimetallin (esim. alumiinin) tunkeutumisen aikaansaamiseksi täyteaineeseen (esim. keraaminen aine), joka voidaan muotoilla esimuotiksi, tunkeutumisatmosfäärin (esim. typen) läsnäollessa normaalissa ilmanpaineessa, 10 jolloin tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutu misen edistäjää on läsnä ainakin jossakin prosessin vaiheessa.

Tämän hakemuksen sisältö liittyy useaan rinnakkaiseen ha-15 kemukseen. Erityisesti nämä muut rinnakkaiset hakemukset kuvaavat uusia menetelmiä metallimatriisikomposiittiainei-den tuottamiseksi (niihin viitataan jäljempänä eräissä tapauksissa nimellä "rinnakkais-metallimatriisihakemuk-set").

20

Uutta menetelmää metallimatriisikomposiittiaineen tuottamiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049 171, jonka nimityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja", nyt US-pa-tentti 4 828 008. Mainitun keksinnön menetelmän mukaisesti 25 metallimatriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla lä- ' päisevään täyteaineeseen (esim. keräämiä tai keräämillä päällystettyä ainetta) sulaa alumiinia, joka sisältää ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu 30 spontaanisti käyttämättä ulkoista painetta tai tyhjöä.

Sulan metalliseoksen lähde saatetaan koskettamaan täyte-ainemassaa lämpötilassa, joka on ainakin noin 675°C, kun läsnä on kaasua, joka käsittää noin 10 - 100 tilavuusprosenttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia 35 typpeä, jolloin loput, mikäli sitä on, on ei-hapettavaa kaasua, esim. argonia. Näissä oloissa sula alumiiniseos tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehän paineessa 9 91724 muodostaen alumiini- (tai alumiiniseos-) matriisikomposii-tin. Kun haluttu määrä täyteainetta on sulan alumiiniseoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyttä-5 miseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisirakenne, joka sulkee sisäänsä lujittavan täyteaineen. Tavallisesti, ja edullisesti, syötetty sula seos riittää aikaansaamaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti täyteainemassan rajoille. US-patentin 4 828 008 mukaisesti tuotettujen alu-10 miinimatriisikomposiittien täyteaineen määrä voi olla erittäin suuri. Tässä mielessä voidaan saavuttaa täyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka ovat suurempia kuin 1:1.

15 Edellä mainitun US-patentin 4 828 008 mukaisissa proses- sioloissa alumiininitridiä voi muodostua epäjatkuvana faasina, joka on jakautunut koko alumiinimatriisiin. Nitridin määrä alumiinimatriisissa voi vaihdella sellaisten tekijöiden, kuten lämpötilan, seoksen koostumuksen, kaasun 20 koostumuksen ja täyteaineen mukaisesti. Siten voidaan yhtä tai useampaa sellaista järjestelmän tekijää säätämällä räätälöidä määrättyjä komposiitin ominaisuuksia. Joitakin loppukäyttösovellutuksia varten voi kuitenkin olla toivottavaa, että komposiitti sisältää vähän tai oleellisesti ei 25 lainkaan alumiininitridiä.

On havaittu, että korkeammat lämpötilat edistävät tunkeutumista, mutta johtavat siihen, että menetelmässä herkemmin muodostuu nitridiä. US-patentin 4 828 008 mukaisessa 30 keksinnössä sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muodostumisen välisen tasapainon valitseminen.

Esimerkki sopivista estovälineistä käytettäviksi metalli-matriisikomposiittien muodostamisen yhteydessä on selitet-35 ty rinnakkaisessa US-hakemuksessa 141 642, jonka nimityk senä on "Menetelmä metallimatriisikomposiittien valmistamiseksi estoainetta käyttäen". Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti estovälinettä (esim. hiukkasmaista titaanidibo- 10 91724 ridia tai grafiittiainetta, kuten joustavaa grafiittinau-hatuotetta, jota Union Carbide myy tuotenimellä Grafoil (R)) sijoitetaan täyteaineen määrätyllä rajapinnalle ja 5 matriisiseos tunkeutuu estovälineen määrittelemään rajapintaan saakka. Estovälinettä käytetään estämään, torjumaan tai lopettamaan sulan seoksen tunkeutuminen, jolloin aikaansaadaan verkon, tai lähes verkon muotoja tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa. Vastaavasti muodos-10 tetuilla metallimatriisi-komposiittikappaleilla on ulko muoto, joka oleellisesti vastaa estovälineen sisämuotoa.

US-patentin 4 828 008 mukaista menetelmää parannettiin rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168 284, jonka ni-15 mityksenä on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi". Mainitussa hakemuksessa esitettyjen menetelmien mukaisesti matriisimetalliseos on läsnä metallin ensimmäisenä lähteenä ja matriisimetallin varas-tolähteenä, joka on yhteydessä sulan metallin ensimmäiseen 20 lähteeseen, esimerkiksi painovoima is en virtauksen välityksellä. Erityisesti, mainitussa hakemuksessa esitetyissä oloissa, sulan matriisiseoksen lähde alkaa tunkeutua täy-teainemassaan normaalissa ilmakehän paineessa ja aloittaa siten metallimatriisikomposiitin muodostuksen. Sulan mat-25 riisimetallin ensimmäinen lähde kulutetaan sen tunkeutues- : sa täyteainemassaan, ja haluttaessa sitä voidaan lisätä, edullisesti jatkuvalla tavalla, sulan matriisimetallin varastolähteestä spontaanin tunkeutumisen jatkuessa. Kun toivottu määrä läpäisevää täyteainetta on sulan matriisi-30 seoksen läpitunkemaa, lasketaan lämpötilaa seoksen kiinteyttämiseksi, jolloin muodostuu kiinteä metallimatriisi-struktuuri, joka ympäröi lujittavaa täyteainetta. On ymmärrettävä, että metallivarastolähteen käyttäminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa kuvatun keksin-35 nön eräs suoritusmuoto, eikä varastolähteen suoritusmuo don yhdistäminen jokaiseen siinä esitettyyn keksinnön vaihtoehtoiseen suoritusmuotoon ole välttämätöntä, joista 11 91724 eräät voisivat myös olla hyödyllisiä käytettynä esillä olevan keksinnön yhteydessä.

5 Metallin varastolähdettä voi olla sellaisena määränä, että se aikaansaa riittävän metallimäärän tunkeutumisen ennalta määrätyssä määrin läpäisevään täyteaineeseen. Vaihtoehtoisesti voi valinnainen estoväline olla kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan ainakin sen toisella puolella 10 rajapinnan määrittelemiseksi.

Lisäksi, vaikka syötetyn sulan matriisiseoksen määrän tulisi olla riittävä sallimaan spontaanin tunkeutumisen eteneminen ainakin oleellisesti täyteaineen läpäisevän 15 massan rajapintoihin (ts. estopintoihin) saakka, varasto- lähteessä olevan seoksen määrä voisi ylittää sellaisen riittävän määrän niin, että on olemassa riittävä määrä seosta tunkeutumisen loppuun saattamiseksi, ja sen lisäksi ylimääräinen sula metalliseos voisi jäädä ja kiinnittyä 20 metallimatriisikomposiittikappaleeseen. Kun siten läsnä on ylimäärä sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on kompleksinen komposiittikappale (esim. makrokomposiitti), jossa metallimatriisin läpitunkema keraamikappale suoraan sitoutuu varastolähteeseen jäävään ylimääräiseen metal- 25 liin.

Jokainen edellä selitetyistä rinnakkais-metallimatriisiha-kemuksista kuvaa menetelmiä metallimatriisikomposiittikap-paleiden tuottamiseksi sekä uusia metallimatriisikompo-30 siittikappaleita, joita niillä tuotetaan.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle metallimatriisikomposii-tin valmistamiseksi on tunnusomaista se, että muodostetaan ontelo kiinteään matriisimetalliin; sijoitetaan onteloon 35 läpäisevää, oleellisesti ei-reagoivaa täyteainetta siten, että täyteainemassa on kokonaisuudessaan ontelon sisällä; aiheutetaan täyteaineen muuttuminen itsekantavaksi ja saatetaan oleellisesti noudattamaan ontelon muotoa; sula- 12 91724 tetaan matriisimetalli; ja saatetaan prosessiin ainakin jossakin sen vaiheessa tunkeutumisatmosfääri sekä sen lisäksi tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää siten, että niiden vaikutuksesta sula mat-5 riisimetalli spontaanisti tunkeutuu ainakin osaan läpäisevää, itsekantavaa täyteainetta. Täyteaine on muutettavissa itsekantavaksi kohdistamalla siihen esimerkiksi korkea lämpötila ja/tai sitovaa ainetta ja/tai reagenssia, jne. Tunkeutumisvaiheessa sula matriisimetalli tunkeutuu täyte-10 aineeseen siten, että täyteaine säilyttää metallissa ol leen ontelon muodon.

Matriisimetallin ontelo voidaan muodostaa erilaisilla tässä selitetyillä menetelmillä. Ontelon pitäisi kuitenkin 15 pystyä vastaanottamaan ja pitämään täyteainetta niin, että kun onteloon sijoitetaan täyteainetta, se oleellisesti noudattaa ontelon muotoa. Lisäksi täyteaine ainakin prosessin jossakin vaiheessa tulisi saattaa kosketukseen ainakin tunkeutumisen edistäjän ja/tai tunkeutumisen edistä-20 jän edeltäjän sekä tunkeutumisatmosfäärin kanssa. Tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää voitaisiin esimerkiksi sekoittaa täyteaineeseen ja/tai asettaa ontelon pinnalle ja/tai syöttää matriisimetallissa ja/tai syöttää tunkeutumisatmosfäärissä. Täyteaineen, mat-25 riisimetallin ja tunkeutumisen edistäjän ja/tai tunkeutu- misen edistäjän edeltäjän sekä tunkeutumisatmosfäärin yh distelmä saattaa matriisimetallin tunkeutumaan spontaanisti esimuottiin, jonka muoto oleellisesti vastaa matriisi-metalliin muodostettua onteloa.

30

Matriisimetallin ontelo voidaan muodostaa sellaisilla menetelmillä kuten koneistamalla ontelo matriisimetaliiva-lanteeseen, kokoamalla useita matriisimetallivalannekap-paleita niin, että muodostuu ontelo kun sellainen kokoon-35 pano muodostetaan, valamalla matriisimetallia valusydämen ympärille, uuttamalla ainakin osa matriisimetallista emäksisellä aineella, edullisesti kuumentamalla ainakin osa 13 91724 matriisimetallista; ja/tai millä tahansa näiden yhdistelmällä tai muilla menetelmillä, joiden avulla voidaan muodostaa ontelo matriisimetalliin.

5 Edullisessa suoritusmuodossa muodostetaan kumimuotti muotoillun valusydämen ympärille, joka oleellisesti vastaa tuotetun metallimatriisi-komposiittikappaleen muotoa. Muotoiltu valusydän voi olla metalli-, savi- tai muovito-teutus halutusta muodostettavasta metallimatriisi-kom-10 posiittikappaleesta. Valusydän poistetaan sitten kumi-muotista, jolloin kumimuottiin muodostuu ontelo, joka kooltaan ja muodoltaan oleellisesti vastaa valusydäntä. Kumimuotissa oleva ontelo täytetään sen jälkeen aineella, joka voi noudattaa ontelon muotoa, ja joka käsiteltynä voi 15 muodostaa korkean lämpötilan valusydämen. Korkean lämpötilan valusydämen muodostamiseksi voitaisiin esimerkiksi käyttää kipsin ja hiukkasmaisen keraamisen aineen sekoitusta. Korkean lämpötilan valusydän asetetaan sitten sopivaan tulenkestävään astiaan ja sulaa matriisimetallia 20 kaadetaan korkean lämpötilan valusydämen ymprärille. Ymmärretään siten, että korkean lämpötilan valusydämellä täytyy olla riittävä lujuus ja muodon pysyvyys, niin että se kestää mekaanisia, kemiallisia ja lämpövaikutuksia, joita syntyy sen koskettaessa sulaa matriisimetallia, ja 25 sen ympärillä olevan matriisimetallin jäähtyessä. Lisäksi * valusydämen tulisi olla oleellisesti ei-reagoivaa matriisimetallin suhteen.

Sulan matriisimetallin annetaan jähmettyä korkean lämpö-30 tilan valusydämen ympärillä, ja kun se on jähmettynyt, korkean lämpötilan valusydämen tulisi olla poistettavissa * · jähmettyneestä matriisimetallista. Korkean lämpötilan valusydän voitaisiin poistaa matriisimetallista esimerkiksi sellaisilla menetelmillä kuten liuottamalla korkean läm-35 pötilan valusydän nesteellä, edullisesti hiekkapuhaltamalla tai teräsraepuhdistamalla korkean lämpötilan valusydän metallista, koneistamalla korkean lämpötilan valusydän 14 91724 matriisimetallista, ja/tai millä tahansa näiden menetelmien yhdistelmällä tai muulla menetelmällä, joka sopii korkean lämpötilan valusydämen poistamiseen sitä ympäröivästä matriisimetallista.

5

Huomattakoon, että tämä hakemus käsittelee pääasiassa alumiinimatriisimetalleja, jotka jossain metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisen aikana ovat kosketuksessa magnesiumiin, joka toimii tunkeutumisen edistäjän 10 edeltäjänä, tunkeutumisatmosfäärinä toimivan typen läsnäollessa. Siten alumiini/magnesium/typpi-järjestelmän mat-riisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeutu-misatmosfääri-järjestelmällä esiintyy spontaania tunkeutumista. Monet muut matriisimetalli/tunkeutumisen 15 edistäjän edeltäjä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmät voivat kuitenkin käyttäytyä samantapaisesti kuin alumii-ni/magnesium/typpi-järjestelmä. Samantapaista spontaania tunkeutumiskäyttäytymistä on esimerkiksi havaittu alumii-, ni/strontium/typpi-järjestelmässä; alumiini/sinkki/happi- . 20 järjestelmässä; sekä alumiini/kalsium/typpi-järjestelmäs sä. Vastaavasti, vaikka tässä hakemuksessa käsitellään ainoastaan tässä viitattuja järjestelmiä, on ymmärrettävä, että muut metallimatriisi/tunkeutumisen edistäjän edeltä-jä/tunkeutumisatmosfääri-järjestelmät voivat käyttäytyä 25 samantapaisesti.

Matriisimetallin käsittäessä alumiiniseosta, voidaan alumiiniseoksessa oleva ontelo täyttää täyteaineella (esim. alumiinioksidi- tai piikarbidihiukkasilla). Ensimmäisessä 30 edullisessa suoritusmuodossa täyteaineeseen on sekoitettu magnesiumia, tai siihen vaikutetaan magnesiumilla tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä. Lisäksi alumiiniseos ja/tai täyteaine pidetään tunkeutumisatmosfäärinä olevassa typ-piatmosfäärissä ainakin prosessin osan aikana, ja edulli-35 sessa suoritusmuodossa sellainen altistus esiintyy oleellisesti koko käsittelyn aikana, jolloin tunkeutumisen edistäjän edeltäjä muuttuu tunkeutumisen edistäjäksi.

15 91724

Lisäksi prosessin jossakin vaiheessa esimuotista tulee ainakin osittain itsekantava. Edullisessa suoritusmuodossa esimuotista tulee itsekantava ennen matriisimetallin sula-5 mistä tai oleellisesti samanaikaisesti sen kanssa. Lisäksi voidaan tunkeutumisen edistäjä tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjä järjestää matriisimetalliin tai seokseen, sen sijasta tai sen lisäksi että sitä järjestetään täyteaineeseen. Siten esimuotissa esiintyy spontaania tunkeutumista.

10 Spontaanin tunkeutumisen ja metallimatriisin muodostumisen määrä tai nopeus vaihtelevat annetun prosessiolojen järjestelyn mukaisesti, johon sisältyy esimerkiksi järjestelmään tuotetun magnesiumin pitoisuus, esimuotissa olevien hiukkasten koko ja/tai koostumus, typen pitoisuus tunkeu-15 tumisatmosfäärissä, aika, jona tunkeutumisen annetaan esiintyä, ja/tai lämpötila, jossa tunkeutuminen esiintyy. Spontaania tunkeutumista esiintyy tyypillisesti niin suuressa määrin, että se riittää oleellisen täydellisesti ympäröimään esimuotin.

20 Määritelmiä "Alumiini" merkitsee ja sisältää tässä käytettynä oleellisesti puhtaan metallin (esim. suhteellisen puhtaan, kau-25 pallisesti saatavan seostamattoman alumiinin) tai metallin : ja metalliseosten muita laatuja, kuten kaupallisesti saa tavat metallit, joissa on epäpuhtauksia ja/tai jotka sallivat siinä olevan sellaisia ainesosia, kuten rautaa, piitä, kuparia, magnesiumia, mangaania, kromia, sinkkiä, jne.

30 Tämän määritelmän tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on pää-* ainesosana.

"Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tässä käytetty-35 nä sitä, että tunkeu tumisatmosf äärin muodostavan primääri- 16 91724 kaasun lisänä oleva mikä tahansa kaasu on joko inerttiä kaasua tai pelkistävää kaasua, joka oleellisesti ei reagoi matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien kaasussa (kaasuissa) epäpuhtautena mahdollisesti läsnä 5 olevien hapettavien kaasujen määrän tulisi olla riittämätön matriisimetallin hapettamiseen missään oleellisessa määrin prosessin olosuhteissa.

"Estoaine" tai "estoväline" merkitsee tässä käytettynä mitä 10 tahansa soveltuvaa välinettä, joka vuorovaikuttaa, estää, torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, täyteainemassan tai esimuotin rajapinnan taakse, jolloin mainittu estoväline määrittelee sellaisen rajapinnan. Sopivia estovälineitä voivat olla 15 mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole oleellisesti haihtuvia (ts. estoaine ei haihdu niin paljon, että siitä tulisi estoaineena hyödytön).

20

Lisäksi sopivat "estovälineet" sisältävät aineita, joita kulkeutuva sula matriisimetalli käytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tämän tyyppisellä estoaineella näyttää olevan oleellisen vähän tai ei 25 lainkaan yhtymispyrkimystä sulaan matriisimetalliin, ja • estoväline estää tai torjuu siirtymisen täyteainemassan tai esimuotin määritellyn rajapinnan yli. Estoaine vähentää mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja määrittelee ainakin osan tuloksena olevan 30 metallimatriisi-komposiittituotteen pinnasta. Estoaine voi määrätyissä tapauksissa olla läpäisevää tai huokoista, tai se voidaan saattaa läpäiseväksi esimerkiksi poraamalla reikiä estoaineeseen tai lävistämällä se, niin että kaasu pääsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.

"Jäännökset" tai "matriisimetallin jäännökset" viittaa tässä käytettynä alkuperäisen matriisimetallirungon mah- 35 17 91724 elolliseen osaan, joka jää jäljelle ja joka ei ole kulunut metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostuksen aikana, ja tyypillisesti, jos sen annetaan jäähtyä, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun metallimatriisi-5 komposiittikappaleeseen. Tulisi ymmärtää, että jäännökset voivat myös sisältää toista tai vierasta ainetta.

"Täyteaine" on tässä käytettynä tarkoitettu sisältämään joko yksittäisiä aineksia tai ainesseoksia, jotka oleel-10 lisesti eivät reagoi matriisimetallin kanssa ja/tai joilla on rajoitetu liukenevuus matriisimetalliin, ja jotka voivat olla yksi- tai useampifaasisia. Täyteaineita voidaan järjestää lukuisissa eri muodoissa, kuten jauheina, liuskoina, hiutaleina, mikropalloina, kuitukiteinä, kuplina, 15 jne, ja ne voivat olla joko tiiviitä tai huokoisia. Täyteaine voi myös sisältää keraamisia täyteaineita, kuten alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina kuituina, hiukkasina, kuitukiteinä, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tai vastaavina, ja päällystettyjä täyteai-20 neita, kuten hiilikuituja, jotka on päällystetty alumiinioksidilla tai piikarbidilla hiilen suojaamiseksi esim. sulan perusmetalli-alumiinin syövyttävältä vaikutukselta. Täyteaineet voivat myös käsittää metalleja.

25 "Korkean lämpötilan valusydän" tässä käytettynä tarkoittaa • kappaletta, joka on muodostettu sellaisesta aineesta, josta voidaan muotoilla kopio toivotusta metallimatriisi-kom-posiittikappaleesta, ja joka matriisimetallin sulamisläm-pötilassa oleellisesti voi säilyttää muotonsa. Lisäksi 30 korkean lämpötilan valusydämen tulisi pystyä kestämään mitä tahansa sulan matriisimetallin kemiallista tai fyysistä vaikutusta, kun sula matriisimetalli saatetaan välittömästi koskettamaan sitä; esimerkiksi pitäisi korkean lämpötilan valusydämen pystyä kestämään mahdollista puristus-35 jännitystä, jota valusydämen ympärillä jäähtyvä matriisimetalli aiheuttaa. Edullisesti tulisi valusydämen olla kätevästi poistettavissa matriisimetallista sen jäi- 18 91724 keen kun matriisimetalli on jähmettynyt valusydämen ympärillä.

"Tunkeutumisatmosfääri" tässä käytettynä tarkoittaa sitä 5 atmosfääriä, joka on läsnä ja joka vuorovaikuttaa mat-riisimetallin ja/tai esimuotin (tai täyteaineen) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja/tai tunkeutumisen edistäjän kanssa ja sallii tai edistää matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esiintymisen.

10 "Tunkeutumisen edistäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka edistää tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen 15 edistäjän edeltäjän reaktiolla tunkeutumisatmosfäärin kanssa 1) kaasun ja/tai 2) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tunkeutumisatmosfäärin reaktiotuotteen ja/tai 3) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja täyteaineen tai . esimuotin reaktiotuotteen muodostamiseksi. Lisäksi tunkeu- • 20 tumisen edistäjää voidaan syöttää suoraan ainakin yhteen seuraavista: esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfääriin; ja se voi toimia oleellisesti samalla tavalla kuin tunkeutumisen edistäjä, joka on muodostunut tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja jonkin 25 toisen aineen reaktiona. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.

30 "Tunkeutumisen edistäjän edeltäjä" merkitsee tässä käytettynä ainetta, joka yhdessä matriisimetallin, esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfäärin kanssa käytettynä muodostaa tunkeutumisen edistäjän, joka aiheuttaa tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista täyteaineeseen tai 35 esimuottiin. Haluamatta sitoutua mihinkään määrättyyn teoriaan tai selitykseen, vaikuttaa siltä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjää pitäisi pystyä asettamaan, sen 19 91724 pitäisi sijaita tai sitä pitäisi voida kuljettaa sellaiseen kohtaan, joka sallii tunkeutumisen edistäjän edeltäjän olla vuorovaikutuksessa tunkeutumisatmosfäärin kanssa ja/tai esimuotin tai täyteaineen ja/tai metallin kanssa. Eräissä 5 matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu-tumisatmosfääri-järjestelmissä on esimerkiksi toivottavaa, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjä höyrystyy siinä lämpötilassa jossa matriisimetalli sulaa, tämän lämpötilan lähellä, tai eräissä tapauksissa jopa jonkinverran tämän 10 lämpötilan yläpuolella. Sellainen höyrystyminen saattaa johtaa: 1) tunkeutumisen edistäjän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kaasun muodostamiseksi, joka edistää täyteaineen tai esimuotin kostuttamista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistä-15 jän edeltäjän reaktioon tunkeutumisatmosfäärin kanssa sellaisen kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostutta-. mistä; ja/tai 3) sellaiseen tunkeutumisen edistäjän edel- • 20 täjän reaktioon täyteaineessa tai esimuotissa, joka muo dostaa kiinteän aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen edistäjän ainakin täyteaineen tai esimuotin osassa, joka edistää kostuttamista.

25 "Valusydän" tarkoittaa tässä käytettynä kappaletta, jonka muoto oleellisesti toistaa metallimatriisi-komposiitti-kappaleen toivotun muodon.

"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevät 30 tässä käytettynä sitä metallia, jota käytetään metallimat-.. riisikomposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumis ta) ja/tai sitä metallia, joka sekoittuu täyteaineeseen metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi (esim. tunkeutumisen jälkeen). Kun matriisimetalliksi 35 nimetään määrätty metalli, on ymmärrettävä, että sellainen matriisimetalli sisältää tämän metallin oleellisesti puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa 20 91724 on epäpuhtauksia ja/tai seosaineita, metallien muodostelman yhdisteenä tai seoksena, jossa tämä metalli on pääasiallisena osana.

5 "Matriisimetalli/tunkeutumisen edistäjän edeltäjä/tunkeu- tumisatmosfääri-järjestelmä" eli "spontaani järjestelmä" viittaa tässä käytettynä siihen aineiden yhdistelmään, jolla esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin ja täyteaineeseen. On ymmärrettävä, että kun esimerkin mat-10 riisimetallin, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän ja tun-keutumisatmosfäärin välissä esiintyy vinoviiva "/", sitä käytetään merkitsemään järjestelmää tai aineiden yhdistelmää, jolla määrätyllä tavalla yhdisteltynä esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin tai täyteaineeseen.

15 "Metallimatriisikomposiitti" eli "MMC" merkitsee tässä käytetynä ainetta, joka käsittää kaksi- tai kolmiulottei-sesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitää . sisällään esimuottia tai täyteainetta. Matriisimetalli voi . 20 sisältää erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet tuloksena olevassa komposiitissa.

Matriisimetallista "poikkeava" metalli merkitsee metallia, 25 joka ei sisällä pääasiallisena ainesosana saunaa metallia * kuin matriisimetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin pääasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metallin pääasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).

30 "Esimuotti" tai "läpäisevä esimuotti" merkitse tässä käytettynä sellaista huokoista täytemassaa tai täyte-ainemassaa, joka valmistetaan ainakin yhdellä rajapinnalla, joka oleellisesti määrittelee tunkeutuvalle mat-riisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittävän 35 hyvin pitää ehjän muotonsa ja tuorelujuuden, niin että se aikaansaa mittapysyvyyden ennen kuin matriisimetalli tunkeutuu siihen. Massan tulisi olla riittävän huokoista, niin 21 91724 että se sallii matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen siihen. Tyypillisesti esimuotti käsittää sidotun ryhmän tai täyteaineen järjestelyn, joko homogeenisen tai epähomogeenisen, ja se voi käsittää mitä tahansa soveltuvaa 5 ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauheita, kuituja, kuitukiteitä, jne, sekä mitä tahansa näiden yhdistelmää). Esimuotti voi olla joko erillisenä tai kokoonpanona.

10 "Tulenkestävä astia" merkitsee tässä käytettynä mitä tahansa astiaa tai ainetta, joka prosessiolooissa voi sisältää spontaanin järjestelmän reagoimatta spontaanin järjestelmän minkään ainesosan kanssa sellaisella tavalla, joka oleellisesti haittaisi spontaania tunkeutumismekanis-15 mia.

"Varastolähde" tai varasto merkitsee tässä käytettynä erillista matriisimetallin kappaletta, joka on sijoitettu . täyteainemassan tai esimuotin suhteen niin, että kun 20 metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eräissä tapauksissa alunperin aikaansaamaan ja sen jälkeen täydentämään sitä matriisimetallin osaa, segmenttiä tai lähdettä, joka koskettaa täyteainetta tai esimuottia.

25 "Spontaani tunkeutuminen" merkitsee tässä käytettynä mat- * riisimetallin tunkeutumista läpäisevään täyteainemassan tai esimuottiin, joka tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjön käyttämistä (ei ulkoisesti kohdistettua eikä sisäisesti kehitettyä).

30 .. "Järjestelmän puhdistaja" tarkoittaa tässä käytettynä mitä tahansa sopivaa ainetta, joka spontaanin järjestelmän yhteydessä käytettynä voi puhdistaa tunkeutumisatmosfääriä poistaen tunkeutumisatmosfääristä mahdollisia ainesosia 35 tai spontaanista järjestelmästä kehittyviä ainesosia, jotka voisivat haitallisesti vaikuttaa spontaaniin tunkeu-tumismekanismiin.

22 91724

Seuraavat kuviot on järjestetty keksinnön ymmärtämisen tueksi, mutta niitä ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnön suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on käytetty mahdollisuuksien mukaan samoja viitenumerolta osoittamaan 5 samanlaisia osia, jolloin:

Kuvio 1 on poikkileikkaus matriisimetallikappaleesta, jonka sisällä on toivotun esimuotin muotoa vastaava ontelo; 10

Kuvio 2 esittää tulenkestävän astian, joka esillä olevan keksinnön mukaisesti sisältää täyteaineella täytetyn matriisimetallikappaleen; 15 Kuvio 3 havainnollistaa astiaa, jossa on sulan matriisime-tallin allas ja esimuotti; ja

Kuvio 4 havainnollistaa astiaa, matriisimetalliallasta ja siinä olevaa metallimatriisi-komposiittikappalet-20 ta, jossa on tapahtunut täysin spontaani tunkeu tuminen.

Esillä oleva keksintö liittyy metallimatriisi-komposiit-tikappaleen muodostamiseen muodostamalla ontelo mat-25 riisimetallikappaleeseen ja täyttämällä ontelo täyteai- ·’ neella, joka ainakin osaksi on itsekantavaa. Ainakin joko tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisatmosfääriä tulisi syöttää matriisimetallikappaleeseen ja/tai esimuottiin, niin että 30 voisi esiintyä matriisimetallin spontaania tunkeutumista esimuottiin.

Kuvioon 1 viitaten esitetään matriisimetallikappale 1, jossa on ontelo 2. Ontelon 2 muoto noudattaa edullisesti 35 valmiin metallimatriisi-komposiittikappaleen toivottua muotoa. Muotoillun ontelon 2 tuottamiseksi voidaan käyttää yhtä tai useampaa monista mahdollisista menetelmistä 23 91724 riippuen esimerkiksi komposiittikappaleen monimutkaisuudesta ja matriisimetallin koostumuksesta. Sopiva ontelo voidaan tuottaa koneistamalla matriisimetallikappale esimerkiksi varsijyrsimellä, sähköpurkauksella ja muilla 5 menetelmillä. Mutkikkaammille komposiittikappaleen muodoille voi olla edullista muodostaa ontelo 2 muotoilemalla tai valamalla matriisimetallikappale 1 tarkoituksenmukaisen korkean lämpötilan valusydämen ympärille, joka toistaa komposiitin halutun muodon.

10

Korkean lämpötilan valusydän voidaan tuottaa muodostamalla sopivaa ainetta oleva kappale mallin tai valusydämen ympärille, jolla on komposiitin haluttu muoto. Sellainen malli voi ola metalli-, kipsi-, muovi- tai muu malli, tai 15 jopa aikaisemmin muodostettu matriisikomposiittikappale. Eräs sopiva aine käytettäväksi tässä vaiheessa on sili-konikumi; voidaan myös käyttää muita aineita, kuten jäykistettäviä valuaineita, parafiinivahaa ja vastaavia. Kun sopivaa ainetta, esim. silikonikumia oleva kappale on 20 muodostettu, poistetaan siitä malli, ja tuloksena olevaa onteloa voidaan käyttää korkean lämpötilan valusydämen muodostamiseksi.

Erityisesti voidaan ontelo täyttää kovettuvalla aineella, 25 joka tarkasti pystyy noudattamaan ontelon mittoja, ja jolla on muita toivottavia ominaisuuksia, joita selitetään alempana. Eräs sellainen kovettuva aine on kipsi. Ymmärretään, että edellä olevan tuloksena tässä suoritusmuodossa on korkean lämpötilan valusydämen muodostuminen, joka 30 tarkasti toistaa valmiin metallimatriisi-komposiittikap-paleen toivotn muodon.

Muodostettaessa matriisimetallikappaletta 1 kipsistä tehdyn korkean lämpötilan valusydämen ympärille, on edullista 35 kuivata valusydän perusteellisesti, esim. paistamalla se. Sen jälkeen korkean lämpötilan valusydän voidaan asettaa tarkoituksenmukaisesti tulenkestävään säiliöön, johon kaa- 24 91724 detaan sulaa matriisimetallia. Jäähtyessä muotoutuu kappale 1, ja korkean lämpötilan valusydän poistetaan. Käytettäessä korkean lämpötilan valusydämenä kipsiä, voidaan valusydän poistaa kastamalla valusydän vesisuihkulla.

5 Korkean lämpötilan valusydämen poistamiseksi voidaan va-lusydämen koostumuksen mukaan käyttää muita menetelmiä, niin että matriisimetallikappaleeseen 1 jää ontelo 2.

Sen jälkeen kun on muodostettu kappale 1 ja ontelo 2, 10 täytetään ontelo 2 kuvioon 2 viitaten halutulla täyteaineella 5, johonh matriisimetalli spontaanisti tunkeutuu. Kuten edempänä yksityiskohtaisemmin selitetään, voi täyteaine 5 käsittää mitä tahansa täyteainetta, jotka ovat spontaanin järjestelmän elementtejä, lukien elementeiksi 15 kappaleen 1 muodostavan matriisimetallin tai toisen eli lisämatriisimetallin. Täyteaine voi myös sisältää tarkoituksenmukaista tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää, ja/tai toinen tai molemmat näistä voivat sisältyä matriisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmos-20 fääriin.

Sen jälkeen voidaan täyteaine 5 ja matriisimetallikappale 1 asettaa tulenkestävään astiaan 6, joka kuumennetaan sopivin välinein, kuten sähkövastuksin kuumennettavalla 25 uunilla. Tarkoituksenmukainen tunkeutumisatmosfääri yllä-·* pidetään edullisesti astian 6 sisätilassa niin, että spontaani tunkeutumisprosessi voi edetä. Ymmärretään, että astiaan 6 voidaan sen sijaan järjestää inertti atmosfääri, joka riittää estämään spontaanin järjestelmän heikkenemi-30 sen, mikäli tunkeutumisen edistäjää muutoin järjestetään spontaaniin järjestelmään.

Kuvioon 3 viitaten astia 6 kuumennetaan sopivasti, jolloin matriisimetallikappale 1 nesteytyy matriisimetallin al-35 taaksi. Ennen matriisimetallikappaleen 1 nesteytymistä tulisi täyteaine muuntaa esimuotiksi 8. Sellainen muunnos voi tapahtua paikan päällä kuumennettaessa kappaletta 1 25 91724 altaan muodostamiseksi tunkeutumis- tai inertin atmosfäärin läsnäollessa, joko täyteaineen sintrautumisella tai muulla kemiallisella reaktiolla, kuten toisaalla selitetään. Täyteaine voidaan esimerkiksi aluksi sekoittaa 5 tunkeutumisen edistäjän edeltäjän kanssa, joka tunkeutu-misatmosfäärin läsnäollessa kuumennettuna ainakin osittain voi muuntua tunkeutumisen edistäjäksi, joka sitoo täyteaineen esimuotiksi. Altaan 7 muodostuessa voi matriisime-talli sitten spontaanisti tunkeutua esimuottiin 8, muodos-10 taen lopuksi metallimatriisi-komposiittikappaleen 9, jota havainnollistetaan kuviossa 4. Ymmärretään, että tunkeutuminen voi esiintyä spontaanisti kaikkien matriisimetal-lia vastaan olevien esimuotin pintojen läpi.

15 Matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi esimuottiin, tulisi spontaaniin järjestelmään järjestää tunkeutumisen edistäjä. Tunkeutumisen edistäjä voisi muodostua tunkeutumisen edistäjän edeltäjästä, joka voitaisiin järjestää 1) matriisimetalliin, ja/tai 2) esimuottiin, 20 ja/tai 3) tunkeutumisatmosfääristä, ja/tai 4) ulkoisesta lähteestä spontaaniin järjestelmään. Lisäksi, tunkeutumisen edistäjän edeltäjän sijasta voidaan tunkeutumisen edistäjää syöttää suoraan ainakin joko esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfääriin. Lopuk-25 si, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeutumisen *’ edistäjän tulisi sijaita ainakin osassa täyteainetta tai esimuottia.

Edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, että tunkeu-30 tuntisen edistäjän edeltäjän voidaan ainakin osittain antaa reagoida tunkeutumisatmosfäärin kanssa, niin että tunkeutumisen edistäjä voidaan muodostaa ainakin osassa esimuottia ennen kuin tai oleellisesti samanaikaisesti kun esimuotti koskettaa matriisimetallia (esim. jos tunkeutu-35 inisen edistäjän edeltäjänä olisi magnesiumia ja tunkeutumisatmos f äärinä typpeä, niin tunkeutumisen edistäjä voisi 26 91724 olla magnesiumnitridiä, joka voisi sijaita ainakin osassa esimuottia tai täyteainetta).

Niissä oloissa, joita käytetään esillä olevan keksinnön 5 mukaisessa menetelmässä, alumiini/magnesium/typpi-spon- taanissa tunkeutumisjärjestelmän tapauksessa esimuotin tulisi olla riittävän läpäisevää, jotta typpeä sisältävä kaasu voisi tunkeutua esimuottiin prosessin jonkin vaiheen aikana ja/tai koskettaa sulaa matriisimetallia. Lisäksi 10 läpäisevässä täyteaineessa tai esimuotissa voi tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin aiheutuu sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen typen läpäisemään esimuottiin, niin että se muodostaa metallimat-. . riisi-komposiittikappaleen ja/tai sattaa typen reagoimaan 15 tunkeutumisen edistäjän edeltäjän kanssa tunkeutumisen edistäjän muodostamiseksi esimuottiin johtaen näin spontaaniin tunkeutumiseen. Spontaanin tunkeutumisen määrä ja metallimatriisikomposiitin muodostuminen vaihtelee pro-sessiolojen annetun yhdistelmän mukaisesti, joita ovat mm.

: 20 magnesiumin määrä alumiiniamtriisiseoksessa ja/tai esi muotissa, magnesiumnitridin määrä esimuotissa ja/tai alu-miinimatriisimetallissa, muiden seosalkuaineiden (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, kromi, sinkki, ja vastaavat) läsnäolo, esimuotin tai täyteaineen muodostavan täyteai-25 neen keskimääräinen koko (esim. hiukkashalkaisija), täyteaineen tai esimuotin pintatila ja tyyppi, tunkeutumisat-mosfäärin typpipitoisuus, tunkeutumiselle annettu aika ja lämpötila, jossa tunkeutuminen tapahtuu.

30 Annettaessa esimerkiksi sulan alumiinimatriisimetallin tunkeutumisen tapahtua spontaanisti, voidaan alumiini seostaa ainakin noin 1 painoprosentilla, ja edullisesti ainakin noin 3 painoprosentilla magnesiumia (joka toimii tunkeutumisen edistäjän edeltäjänä), seoksen painoon ver-35 rattuna. Muita lisäseosalkuaineita, kuten edellä on selitetty, voidaan myös sisältää matriisimetalliin sen erityisten ominaisuuksien räätälöimiseksi. Lisäksi 27 91724 lisäseosalkuaineet voivat vaikuttaa matriisin alumiinime-tallissa tarvittavan magnesiumin määrään, niin että se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen täyteaineeseen tai esi-muottiin.

5

Magnesiumin häviämistä spontaanista järjestelmästä, esimerkiksi höyrystymisen vuoksi, tulisi välttää niin suuressa määrin, että jokin määrä magnesiumia jää muodostamaan tunkeutumisen edistäjää. Siten on toivottavaa, että aluksi 10 käytetään riittävää seosalkuaineiden määrää jotta spontaani tunkeutuminen voisi tapahtua höyrystymisen siihen vaikuttamatta. Lisäksi magnesiumin läsnäolo sekä esi-muotissa että matriisimetallissa tai pelkästään esimuotis-sa voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista varten 15 vaadittavaan pienempään määrään (jota selitetään yksityiskohtaisemmin alempana). Typpiatmosfäärissä olevan typen määrä vaikuttaa myös metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisnopeuteen. Erityisesti jos atmosfäärissä on alle 10 tilavuusprosenttia typpeä, niin spontaania tunkeu-20 tumista esiintyy hyvin hitaasti tai hyvin vähän. On havaittu, että on edullista kun atmosfäärissä on ainakin 50 tilavuusprosenttia typpeä, joka johtaa esimerkiksi paljon nopeampaan tunkeutumiseen.

25 Sulan matriisimetallin täyteaineseen tai esimuottiin tunkeutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin vähimmäismäärä riippuu yhdestä tai useammasta tekijästä, kuten prosessin lämpötilasta, ajasta, muiden lisäseosalkuainei-den kuten piin tai sinkin läsnäolosta, täyteaineen luon-30 teestä, magnesiumin sisältymisestä yhteen tai useampaan spontaanin järjestelmän osaan, ja atmosfäärin typpisisäl-löstä. Voidaan käyttää alempia lämpötiloja tai lyhyempiä kuumennusaikoja täydellisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun matriisimetalliseoksen ja/tai esimuotin magnesium-35 pitoisuutta nostetaan. Samaten annetulla magnesiumpitoi-suudella määrättyjen lisäseosalkuaineiden, kuten sinkin lisääminen mahdollistaa alempien lämpötilojen käyttämisen.

28 91724

Esimerkiksi matriisimetallin magnesiumpitoisuutta toimivan alueen alapäässä, esim välillä noin 1-3 painoprosenttia, voidaan käyttää yhdessä ainakin jonkin seuraavien kanssa: vähimmäisprosessilämpötilan ylittävä lämpötila, 5 suuri typpipitoisuus, yksi tai useampia lisäseosalkuainei-ta. Ellei esimuottiin lisätä lainkaan magnesiumia, pidetään välillä noin 3-5 painoprosenttia magnesiumia sisältäviä matriisimetalliseoksia edullisina, johtuen niiden yleisestä käytettävyydestä laajoilla prosessiolojen alueilla, 10 jolloin ainakin 5 painoprosenttia pidetään edullisena käytettäessä alempia lämpötiloja ja lyhyempiä aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan käyttää 10 painoprosentin ylittäviä magnesiumpitoisuuksia tunkeutumiseen vaadittavien lämpötilaolojen muuntelemiseksi.

15

Magnesiumpitoisuutta voidaan pienentää muiden seosalkuai-neiden yhteydessä, mutta nämä alkuaineet palvelevat ainoastaan lisätoimintoja, ja niitä käytetään edellä mainitun magnesiumin minimimäärän tai sen ylittävän määrän kanssa. 20 Esimerkiksi oleellisesti mitään tunkeutumista ei esiintynyt nimellisesti puhtaalla alumiinilla, jota oli seostettu vain 10 % piillä, 1000°C lämpötilassa, alustaan 39 Crystolon (99 % puhdasta piikarbidia Norton Co:lta), jonka raekoko oli 500 mesh (mesh = seulan aukkojen lukumäärä tuumaa 25 kohti). Magnesiumin läsnäollessa on kuitenkin piin havaittu * edistävän tunkeutumisprosessia. Lisäksi magnesiumin määrä muuttuu, jos sitä syötetään yksinomaan esimuottiin tai täyteaineeseen. On havaittu, että spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun järjestelmään syötetään pienempi paino-30 prosentti magnesiumia, jos ainakin jokin määrä syötetyn magnesiumin kokonaismäärästä sijoitetaan esimuottiin tai täyteaineeseen. Saattaa olla toivottavaa, että magnesiumia järjestetään pienempi määrä, jotta vältettäisiin ei-toi-vottujen metalliyhdisteiden syntyminen metallimatriisi-35 komposiittikappaleeseen. Esimuotin ollessa piikarbidia on havaittu, että matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti esimuottiin, kun esimuotti saatetaan kosketukseen alu- 29 91724 miinimatriisimetallin kanssa, esimuotin sisältäessä ainakin 1 painoprosenttia magnesiumia ja oleellisesti puhtaan typpiatmosfäärin läsnäollessa. Alumiinioksidi-esimuotin tapauksessa hyväksyttävän spontaanin tunkeutumisen saavut-5 tautiseksi vaadittu magnesiumin määrä on hieman suurempi. Erityisesti on havaittu, että kun samantapainen alu-miinimatriisimetalli saatetaan koskettamaan alumiinioksi-di-esimuottia, likimain samassa lämpötilassa kuin alumiini joka tunkeutui piikarbidi-esimuottiin ja saman typpiatmos-10 fäärin läsnäollessa, niin saatetaan tarvita noin 3 paino prosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.

On myös havaittu, että on mahdollista syöttää spontaaniin 15 järjestelmään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää seoksen pinnalle ja/tai esimuotin tai täyteaineen pinnalle ja/tai esimuottiin tai täyteaineeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua . , täyteaineeseen tai esimuottiin (ts. saattaa olla, ettei 20 syötettyä tunkeutumisen edistäjän edeltäjää tai tunkeutumisen edistäjää tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan että sitä yksinkertaisesti syötetään spontaaniin järjestelmään). Jos magnesiumia levitettäisiin matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, että tämä pinta olisi se 25 pinta, joka on lähimpänä tai edullisesti kosketuksessa täyteaineen läpäisevään massaan tai päinvastoin; tai sellaista magnesiumia voitaisiin sekoittaa ainakin esimuotin tai täyteaineen osaan. Lisäksi on mahdollista, että pinnalle levittämisen, seostamisen ja magnesiumin sijoit-30 tamisen ainakin esimuotin osaan, joitakin yhdistelmiä voitaisiin käyttää. Sellaiset yhdistelmät tunkeutumisen edistäjän (edistäjien) ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjän (edeltäjien) levittämisessä saattaisivat johtaa alumiinimatriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen edis-35 tämiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispainoprosentti-määrän pienenemiseen, samoinkuin alempien lämpötilojen saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyä. Lisäksi 30 91724 magnesiumin läsnäolosta johtuva metallien epätoivottujen keskinäisten yhdisteiden muodostuminen voitaisiin myös minimoida.

5 Yhden tai useamman lisäseosalkuaineen käyttäminen ja ympäröivän kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myös mat-riisimetallin nitrautumiseen annetussa lämpötilassa. Esimerkiksi voidaan seokseen sisällyttää tai seoksen pinnalle levittää sellaisia lisäseosalkuaineita kuin sinkkiä tai 10 rautaa tunkeutumislämpötilan alentamiseksi ja siten muodostuvan nitridin määrän pienentämiseksi, kun taas kaasussa olevan typen pitoisuuden lisäämistä voitaisiin käyttää nitridin muodostumisen edistämiseen.

15 Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai täyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin pitoisuus pyrkii myös vaikuttamaan tunkeutumisen määrään annetussa lämpötilassa. Vastaavasti eräissä tapauksissa, joissa pieni määrä tai ei lainkaan magnesiumia saa olla 20 kosketuksessa suoraan esimuottiin tai täyteaineeseen, saattaa olla edullista, että ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia sisällytetään raatriisimetalliseokseen. Tätä arvoa pienemmät seosmäärät, kuten 1 painoprosentti magnesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilämpötilat tai 25 lisäseosalkuaineita tunkeutumista varten. Tämän keksinnön spontaanin tunkeutumisprosessin toteuttamiseksi vaadittu lämpötila voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoisuutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 painoprosenttiin; ja/tai 2) kun seostavia aineita sekoi-30 tetaan täyteaineen läpäisevään massaan tai esimuottiin; ja/tai 3) kun alumiiniseoksessa on toista alkuainetta, kuten sinkkiä tai rautaa. Lämpötila voi myös vaihdella eri täyteaineilla. Yleensä esiintyy spontaania ja etenevää tunkeutumista prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 35 675°C, edullisesti prosessilämpötilassa, joka on ainakin noin 750 - 800°C. Yleensä yli 1200°C olevat lämpötilat eivät näytä edistävän prosessia, ja erityisen käyttökepoiseksi 31 91724 lämpötilaksi on havaittu alue noin 675°C - noin 1200°C. Kuitenkin yleisenä sääntönä spontaanin tunkeutumisen lämpötila on sellainen lämpötila, joka on matriisimetallin sulamispisteen yläpuolella mutta matriisimetallin höyrys-5 tyrnislämpötilan alapuolella. Lisäksi spontaanin tunkeutumisen lämpötilan tulisi olla täyteaineen sulamispisteen alapuolella. Edelleen, kun lämpötilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfäärin välisen reaktiotuotteen muodostamiseen (esim. alumiinimat-10 riisimetallin ja typpeä olevan tunkeutumisatmosfäärin tapauksessa saattaa muodostua alumiininitridiä) . Sellaiset reaktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-toivot-tuja, riippuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aiotusta käytöstä. Lisäksi tyypillisesti käytetään sähkövas-15 tuskuumennusta tunkeutumislämpötilojen saavuttamiseksi.

Keksinnön yhteydessä käytettäväksi hyväksytään kuitenkin mikä tahansa kuumennusväline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan ja joka ei vaikuta haitallisesti spontaaniin tunkeutumiseen.

20

Esillä olevassa menetelmässä esimerkiksi läpäisevä täyte-ainemassa, joka jossakin prosessin vaiheessa voi muodostua itsekantavaksi (ts. muotoutua esimuotiksi) saatetaan kosketukseen sulan alumiinin kanssa typpeä sisältävän kaasun 25 ollessa läsnä ainakin jossakin prosessin vaiheessa. Läpäisevä täyteainemassa voi sisältää tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää. Typpeä sisältävää kaasua voidaan syöttää ylläpitämään jatkuva kaasun virtaus kosketukseen ainakin joko täyteaineeseen 30 (esimuottiin) ja/tai sulaan alumiiniroatriisimetalliin. Vaikkei typpeä sisältävän kaasun virtausmäärä ole kriittinen, pidetään edullisena että virtausmäärä on riittävä kompensoimaan nitridin muodostumisesta seosmatriisissa johtuva mahdollinen typen häviäminen atmosfääristä, sekä 35 estämään tai torjumaan ilman sisään pääseminen, jolla voi olla hapettava vaikutus sulaan matriisimetalliin ja/tai 32 91724 tunkeutumisen edistäjään ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjään.

Esillä olevaa metallimatriisikomposiitin muodostamis-5 menetelmää voidaan soveltaa täyteaineiden laajaan valikoimaan, ja täyteaineiden valinta riippuu sellaisista tekijöistä, kuten matriisiseoksesta, prosessin olosuhteista, sulan matriisimetalliseoksen reaktiivisuudesta täyteaineen kanssa, sekä lopulliselle metallimatriisi-komposiit-10 tituotteelle haetuista ominaisuuksista. Kun matriisimetal-lina on esimerkiksi alumiini, lukeutuvat sopiviksi täyteaineiksi a) oksidit, esim. alumiinioksidi, b) karbidit, esim. piikarbidi, c) boridit, esim. alumiinidodeka-boridi, ja d) nitridit, esim. alumiininitridi. Mikäli 15 täyteaine pyrkii ragoimaan sulan alumiinimatriisimetallin kanssa, tämä voidaan ottaa huomioon minimoimalla tunkeu-tumisaika ja -lämpötila tai järjestämällä reagoimaton päällystys täyteaineelle. Täyteaine voi käsittää alustan, kuten hiiltä tai ei-keraamista ainetta, jonka päällä on ~ 20 keraaminen päällystys alustan suojaamiseksi syöpymiseltä tai heikkenemiseltä. Sopivia keraamipäällysteitä ovat mm. oksidit, karbidit, boridit ja nitridit. Esillä olevassa menetelmässä käytettäviksi edullisina pidettyjä keraameja ovat mm. alumiinioksidi ja piikarbidi hiukkasten, hiuta-25 leiden, kuitukiteiden ja kuitujen muodossa. Kuidut voivat olla epäjatkuvia (leikatussa muodossa) tai jatkuvan säikeen muodossa, kuten monisäikeiset langat. Lisäksi keraaminen massa tai esimuotti voi olla homogeeninen tai epähomogeeninen.

30

On myös havaittu, että määrätyillä täyteaineilla esiintyy suurempaa tunkeutumista suhteessa täyteaineisiin, joilla on samantapainen kemiallinen koostumus. Esimerkiksi US-pa-tentissa 4,713,360 (nimitys "Uusia keraamisia aineita ja 35 menetelmiä niiden valmistamiseksi") kuvatulla menetelmällä valmistetuilla murskatuilla alumiinioksidi-kappaleilla on edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallises- 33 91724 ti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Lisäksi rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessa 819,397 (nimitys: "Komposiittikeraamisia esineitä ja niiden valmistusmenetelmä" ) esitetyllä menetelmällä tehdyillä murskatuilla 5 alumiinioksidikappaleilla on myös edulliset tunkeutu-misominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Edellä mainitut patenttijulkaisut esitetään tässä nimenomaisina viittauksina. Näin ollen on havaittu, että täydellinen tunkeutuminen keraa-10 mistä ainetta olevaan läpäisevään massaan voi tapahtua alemmissa tunkeutumislämpötiloissa ja/tai lyhyemmillä tun-keutumisajoilla käyttäen puristettuja tai murskattuja kappaleita, jotka on valmistettu edellä mainittujen patenttijulkaisujen mukaisella menetelmällä.

15 Täyteaineen koko ja muoto voi olla mikä tahansa sellainen, joka vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Siten aine voi olla hiukkasten, kuituki-teiden, hiutaleiden tai kuitujen muodossa, koska täyteai-20 neen muoto ei rajoita tunkeutumista. Voidaan käyttää muitakin muotoja, kuten kuulia, pieniä putkia, pellettejä, tulenkestävää kuitukangasta, ja vastaavia. Lisäksi aineen koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemiseksi tarvita 25 korkeampi lämpötila tai pidempi aika kuin suuremmilla hiukkasilla. Lisäksi (esimuotiksi muotoillun) täyte-ainemassan tulisi tunkeutumista varten olla läpäisevää, ts. sen tulisi olla sulaa matriisimetallia ja mahdollisesti tunkeutumisatmosfääriä läpäisevää.

30

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä metallimatrii-si-komposiittikappaleiden muodostamiseksi sallii oleellisesti yhtenäisten metallimatriisikomposiittien valmistamisen, joilla on suuri tilavuusosa täyteainetta ja pieni 35 huokoisuus, koska ne eivät ole riippuvaisia paineen käyttämisestä sulan matriisimetallin puristamiseksi esi-muottiin tai täyteainemassaan. Suurempia täyteaineen ti- 34 91724 lavuusosuuksia voidaan aikaansaada käyttämällä alussa täyteainemassaa, jolla on pienempi huokoisuus. Suurempia tilavuusosuuksia voidaan myös aikaansaada silloin, jos täyteainemassa tiivistetään tai tehdään muulla tavalla 5 tiiviimmäksi, edellyttäen ettei massaa muuteta joko täysin tiiviiksi suljetuin kennohuokosin tai täysin tiiviiksi rakenteeksi, mikä estäisi sulan seoksen tunkeutumisen.

On havaittu, että alumiinin tunkeutumista ja matriisin 10 muodostumista varten täyteaineen ympärille voi täyteaineen kostutus alumiinimatriisimetallilla olla tärkeä osa tunkeutumismekanismista. Lisäksi alhaisissa prosessiläm-pötiloissa esiintyy erittäin vähän tai häviävän vähän metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan 15 erittäin vähäinen epäjatkuva alumiininitridin faasi metal-limatriisiin jakautuneena. Kun lähestytään lämpötila-alueen yläpäätä, tapahtuu kuitenkin todennäköisemmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan säätää nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamalla lämpötilaa, jossa .1 20 tunkeutuminen tapahtuu. Ne määrätyt lämpötilat, joissa nitridin muodostuminen tulee merkittävämmäksi, muuttuvat myös sellaisista tekijöistä riippuen, kuten käytetty matriisin alumiiniseos ja sen määrä suhteessa täyteaineen tai esimuotin määrään, täyteaineen määrä johon tunkeutu-25 inisen on tapahduttava, sekä tunkeutumisatmosfäärin typpi-* pitoisuus. Esimerkiksi alumiininitridin muodostumisen mää rän uskotaan määrätyssä prosessilämpötilassa kasvavan, kun seoksen kyky täyteaineen kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfäärin typpipitoisuus kasvaa.

30

Sen vuoksi on mahdollista räätälöidä metallimatriisin rakennetta metallimatriisikomposiitin muodostuksen aikana, niin että voidaan antaa tuloksena olevalle tuotteelle määrätyt ominaisuudet. Annetulla järjestelmällä voidaan 35 prosessin olosuhteet valita nitridin muodostuksen säätämiseksi. Alumiininitridiä sisältävällä komposiittituot-teella on eräitä ominaisuuksia, jotka voivat olla edullisia 35 91724 tuotteen suorituskyvylle tai parantaa niitä. Lisäksi alumiiniseoksen spontaanin tunkeutumisen edullinen lämpötila-alue voi vaihdella käytetystä keraamisesta aineesta riippuen. Kun täyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeu-5 tumisen lämpötilan tulisi ylittää 1000°C, mikäli halutaan, ettei matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkittävän nitridin muodostumisen johdosta. Lämpötilan 1000°C ylittäviä lämpötiloja voidan kuitenkin käyttää, mikäli halutaan tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikompi 10 muovattavuus ja suurempi jäykkyys. Piikarbidiin tunkeutumista varten voidaan käyttää korkeampia, noin 1200°C lämpötiloja, koska piikarbidia täyteaineena käytettäessä alumiiniseoksesta syntyy vähemmän nitridejä, kuin alumiinioksideja täyteaineena käytettäessä.

15

Lisäksi on mahdollista käyttää matriisimetallin varasto-lähdettä täyteaineen täydellisen tunkeutumisen varmistamiseksi ja/tai syöttää toista metallia, jolla on erilainen , koostumus kuin matriisimetallin ensimmäisellä lähteellä.

20 Esimerkiksi matriisimetallia olevan kappaleen koko voi olla riittämätön takaamaan täydellisen tunkeutumisen esimuot-tiin; siten matriisimetallia oleva kappale voidaan viedä olemassa olevaan suurempaan altaaseen eli matriisimetallin varastoon, joka sulattaisi matriisimetallia olevan kappa-25 leen, mahdollistaen spontaanin tunkeutumisen. Lisäksi ’ eräissä tapauksissa voi olla toivottavaa käyttää varasto- lähteessä matriisimetallia, joka koostumukseltaan poikkeaa matriisimetallia olevan kappaleen muodostavasta matriisimetallin ensimmäisestä lähteestä. Jos esimerkiksi 30 alumiiniseosta käytetään ensimmäisenä matriisimetallin lähteenä, niin varastolähteen metallina voitaisiin käyttää näennäisesti mitä tahansa toista metallia tai metalliseosta, joka on sulanut prosessilämpötilassa. Sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toistensa kanssa, mikä 35 johtaisi varastolähdemetallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmäiseen lähteeseen niin kauan kuin annetaan riittävästi aikaa sekoittumista varten. Käytettäessä en- 36 91724 simmäisen matriisimetallin lähteestä poikkeavan koostumuksen omaavaa varastolähdemetallia, on siten mahdollista räätälöidä metallimatriisin ominaisuuksia erilaisten toimintavaatimusten täyttämiseksi ja siten räätälöidä metal-5 limatriisikomposiitin ominaisuuksia.

Estovälinettä voidaan myös käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä. Tämän keksinnön yhteydessä käytettävä estovä-line voi erityisesti olla mikä tahansa soveltuva väline, 10 joka vuorovaikuttaa, estää ja lopettaa sulan matriisiseok-sen (esim. alumiiniseos) kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan täyteaineen määritellyn rajapinnan ohi. Sopivia estovälineitä voivat olla mitkä tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin 15 olosuhteissa ylläpitävät jonkinasteisen eheyden eivätkä ole haihtuvia, ja jotka edullisesti ovat prosessissa käytettyä kaasua läpäiseviä, ja jotka samoin pystyvät paikallisesti estämään, pysäyttämään, vuorovaikutteinaan, torjumaan, jne, jatkuvan tunkeutumisen tai minkä tahansa il 20 muun liikkeen keraamisen täyteaineen määritellyn rajapin nan ohi. Sellaisia aineita ovat grafiitti ja hiilen muut muodot, sekä erilaiset keraamit, esim. oksidit, boridit ja vastaavat.

25 Estovälinettä voidaan järjestää esimuotin yhdelle tai useammalle pinnalle edistämään esimuotin muodon säilymistä tai muutoin suojaamaan esimuottia ja/tai metallimatriisi-komposiittikappaletta käsittelyn aikana. Erityisesti, jos esimuotti muodostetaan kuvioiden 1 ja 2 mukaisesti, niin 30 kappaleen 1 ontelo 2 voitaisiin vuorata tai pinnoittaa sopivalla estoaineella esimuotin lisätueksi tai sen verk-** komuoto-ominaisuuksien korostamiseksi tunkeutumisen jäl keen. Estoväline voidaan muotoilla tarkoituksenmukaisella tavalla kestävän pinnan aikaansaamiseksi metallimatriisi-35 komposiittikappaleeseen tarttumiseksi tai muulla tavalla poistamiseksi sulasta matriisimetallista, mutta kuitenkin edelleen antamaan komposiitin muodostumisen edut mahdol- 37 91724 lisimman vähällä jälkikäteen tapahtuvalla muodon käsittelyllä.

Välittömästi seuraavissa esimerkeissä on esillä olevan 5 keksinnön erilaisia demonstraatioita. Näitä esimerkkejä on kuitenkin pidettävä havainnollistavina, eikä niitä pidä ymmärtää keksinnön suoja-alaa rajoittavina, joka määritellään oheisissa patenttivaatimuksissa.

10 Esimerkki 1

Halkaisijaltaan noin 7,6 cm olevaa tavanomaista teräslai-tetta käytettiin mallina eli valusydämenä lopullista metallimatriisi-komposiittikappaletta varten. Laite upo-15 tettiin GI-1000 -kumivaluyhdistekappaleeseen (jota saadaan Plastic Tooling Supply Coilta) kaatamalla yhdistettä laitteen ympärille ja antamalla sen kovettua, laite poistettiin sen jälkeen varovasti kovettuneesta yhdistes-tä, jolloin siihen muodostui ontelo. Tämä ontelo täytettiin 20 seoksella, jossa oli likimain yhtä suurer osat kipsiä (jota esim. saadaan Bondex Co:lta) ja titaanidioksidia. Titaanidioksidi teki kipsin enemmän sementtiä muistuttavaksi, vaikkei sen olemassaolo ja osuus seoksessa ole kriittinen, koska mitä tahansa uudelleen kastettavaa kipsiä 25 voidaan käyttää. Kipsin ja titaanidioksidin suhdetta voidaan lisäksi vaihdella (esim. alueella 30/70 - 70/30).

Kovettuessaan kipsi muodosti korkean lämpötilan valusydä-men, joka poistettiin kumivaluyhdisteestä. Korkean lämpö-30 tilan valusydän asetettiin uuniin ja kuivattiin perusteellisesti 200°C:ssa noin kahden tunnin ajan. Kuivuttuaan korkean lämpötilan valusydän asetettiin 316-ruostumatonta terästä olevaan tölkkiin, jonka pituus oli noin 15 cm ja halkaisija noin 10 cm, ja joka oli vuorattu grafiitilla 35 (esim. Permafoil (R), jota saadaan T.T.America Co:lta). Grafiittitanko asetettiin korkean lämpötilan valusydämen päälle painolastiksi, ja tölkki korkean lämpötilan va- 38 91724 lusydämineen esikuumennettiin noin 300°C:seen. Sitten kaadettiin noin 800°C lämpötilassa olevaa sulaa alumiiniseosta tölkkiin korkean lämpötilan valusydämen päälle, ja tölkin kylkiä koputettiin tarkoituksena kuplien 5 poistaminen sulasta metallista. Seoksen koostumuksena oli noin 77 painoprosenttia alumiinia, noin 12 painoprosenttia piitä, noin 5 painoprosenttia sinkkiä ja noin 6 painoprosenttia magnesiumia (ts. Al-12Si-5Zn-6Mg). Ymmärretään, että seoksen koostumus voidaan valita käytettävän täyte-10 aineen mukaisesti tai lopulliselle komposiittikappaleelle haluttujen ominaisuuksien mukaisesti.

Tölkin annettiin jäähtyä muutamia minuutteja, jolloin ’· ' alumiiniseos jähmettyi korkean lämpötilan valusydämen 15 ympärille, ja kiinteä seoskappale poistettiin tölkistä. Sitten valusydän kostutettiin uudelleen vedellä, jolloin se pehmeni ja se voitiin huuhdella pois kiinteästä alumiiniseoksesta. Seokseen jäävä ontelo säilytti laitteen muodon, ja seoskappale kuivattiin huolellisesti kuumenta-20 maila se noin 150°C:seen noin tunnin ajan.

Sitten onteloon tiivistettiin käsin täyteainetta, joka käsitti sekoituksena 1000 mesh piikarbidijauhetta (39 Crystolon, Norton Corlta) ja noin 2 painoprosenttia 325 25 mesh magnesiumjauhetta. Lisää magnesiumjauhetta ripoteltiin täytetyn ontelon pinnalle; tämä ylimäärä magnesiumia kiihdytti spontaania tunkeutumista, mutta ei ole välttämätön menetelmälle. Joskus on myös eduksi pölyttää ontelon sisätila magnesiumilla ennen sen täyttämistä täyteaineel-30 la.

Seoskappale tiivistettyine laitteen muotoisine täyteainei-neen palautettiin grafiittivuorattuun terästölkkiin. Joukko puhdistettuja alumiiniseosvalanteita samalla seoskoos-35 tumuksella lisättiin tölkkiin, ja asetettiin koskettamaan täytetyn ontelon pintaa. Nämä valanteet puhdistettiin teräsraepuhdistamalla ja pesemällä liuottimessa, kuten 39 91724 etanolissa leikkausöljyjen ja mahdollisten muitten orgaanisten yhdisteiden poistamiseksi. Valanteiden lukumäärä ei ole kriittinen, edellyttäen että järjestetään riittävästi seosta halutun spontaanin tunkeutumisen määrän 5 aikaansaamiseksi.

Seosvalanteiden päälle lisättiin pieni grafiittia (esim. Permafoil (R)) oleva laatikon muotoinen astia, joka sisälsi herneen kokoisen massan titaania (4 mesh x 30 mesh, 10 epätasaisen kokoista hiukkasta, jota saadaan Chemalloy Co., Inc:lta). Titaani toimi järjestelmän puhdistimena, ts. hapen sitojana menetelmää varten.

Sitten tölkki peitettiin ohuella kuparikaivolla, joka 15 käännettiin tölkin reunojen ympäri, osittain sen sulkien. Ruostumatonta terästä oleva putki johdettiin kalvon läpi, ja sen jälkeen kun tölkki oli asetettu sopivaan uuniin johdettiin oleellisesti puhdasta typpeä putken kautta virtausmääränä 0,4 1/minuutti tai enemmän huuhtelemaan 20 tölkin sisätilaa, ja uunin lämpötila nostettiin noin 120°C:seen. Noin tunnin kuluttua sähkövastuksin kuumennettava uuni kuumennettiin noin 120°C:sta noin 800°C lämpötilaan noin 12 tunnin jakson aikana, sitten pidettiin noin 800°C:ssa noin 12 tuntia. On havaittu, että noin 500 -25 600°C olevassa lämpötilassa seosontelossa oleva täyteaine kiinteytyy esimuotiksi, mahdollisesti nitridin muodostumisen ja/tai sintrauksen johdosta. Kun seoskappale ja valanne sulavat, seos tunkeutuu spontaanisti esimuottiin kaikilta pinnoilta, jotka ovat seosta vastaan, jolloin 30 aikaansaadaan perusteellisen, nopean tunkeutumisen edut.

Tuloksena oleva metallimatriisikomposiittilaite poistettiin tölkistä sen jälkeen kun ylimääräinen sula seos oli poistettu tölkin pohjassa olevan reiän kautta. Seosaltaan 35 pinnalla mahdollisesti oleva kuona poistetaan edullisesti ennen tyhjentämistä, vaikka metallimatriisikomposiittiin mahdollisesti kiinnittyvä kuona voidaan poistaa jälkeen- 40 91724 päin, esimerkiksi teräsraepuhdistamalla komposiittia. Tyhjentämisen jälkeen metallimatriisikomposiittilaitteen annettiin jäähtyä ilmassa. Näin saatu komposiitti oli kokonaan tunkeutumiskäsitelty ja sillä oli hyvä muotoyh-5 teneväisyys teräslaitemallin kanssa.

Esimerkki 2

Noudatettiin esimerkissä 1 selitettyä menettelyä, vaikka 10 mallina eli valusydämenä käytettiin teräslaitteen tilalla muotoa, joka oli muotoiltu vaahteran lehdeksi. Kun alu-miiniseoskappaleeseen oli muodostettu ontelo, onteloa lisäksi hiekkapuhallettiin ennen sen pölyttämistä 325 mesh magnesiumjauheella, ja se täytettiin täyteaineella. Hiek-15 kapuhaltaminen karkeutti seosta ja helpotti siten mag-nesiumjauheen kiinnittymistä seokseen. Varmistamalla tällä tavalla magnesiumin ja/tai magnesiumnitridin läsnäolo lopuksi sulavan seoksen ja kiinteäksi saatetun esimuotin välillä, taattiin huolellinen spontaani tunkeutuminen myös 20 lehden reunoilla ja kärjissä.

Typpikaasu huuhteli terästölkin sisätilaa virtausmääränä noin 2,5 1/minuutti, ja tölkin sisätilassa pidettiin noin 750°C lämpötila (joka vastaa uunin lämpötilaa noin 800°C) 25 noin 2 tunnin ajan, sen jälkeen kun uunin lämpötilaa oli nostettu noin kahden tunnin jakson aikana. Tunkeutunut komposiitti poistettiin sitten kuumana. Tasaisemman tölkin kuumentamisen aikaansaamiseksi uunissa, tölkin ulkokehälle käärittiin 3 mm paksu kerros amorfista piioksidimattoa 30 (Fiberfax (R), jota saadaan McNeil Refractories, Inc:lta).

Lisäksi havaittiin, että tässä esimerkissä oli toivottavaa, että seosontelo ja täyteaine sijoitettiin terästölkin pohjalle, koska esimuotti oli ennen spontaania tunkeutu-35 mistä riittävän kelluva kelluakseen sulan seoksen altaan pinnalla. Vaikka spontaania tunkeutumista esiintyi pinnalla, piti altaan pintajännityksen ja viskositeetin sekä 41 91724 lehden laajan muodon yhdistelmä esimuottia, jossa tunkeutuminen oli tapahtunut, altaan pinnalla jossa se todennäköisesti vioittuisi kuonaa poistettessa. Huomattakoon, että muun muotoiset ja eri lailla kelluvat komposiitit 5 eivät mahdollisesti pysy seosaltaan pinnalla.

Tällä tavalla tuotetulla metallimatriisikomposiittileh-dellä oli erittäin hyvä muodon toistuvuus ja siinä oli tapahtunut perinpohjainen spontaani tunkeutuminen.

10 15 20 25 30 35

Claims (12)

91724

1. Menetelmä metallimatriisikomposiit in valmistamiseksi, tunnettu siitä, että muodostetaan ontelo kiinteään matriisimetalliin; 5 sijoitetaan onteloon läpäisevää, oleellisesti ei-reagoivaa täyteainetta siten, että täyteainemassa on kokonaisuudessaan ontelon sisällä; aiheutetaan täyteaineen muuttuminen itsekantavaksi ja saatetaan oleellisesti noudattamaan ontelon muotoa; 10 sulatetaan matriisimetalli; ja saatetaan prosessiin ainakin jossakin sen vaiheessa tun-keutumisatmosfääri sekä sen lisäksi tunkeutumisen edistäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjän edeltäjää siten, että niiden vaikutuksesta sula matriisimetalli spontaanisti 15 tunkeutuu ainakin osaan läpäisevää, itsekantavaa täyte ainetta .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syötetään tunkeutumisen edistäjän edeltäjää 20 ja/tai tunkeutumisen edistäjää matriisimetalliin ja/tai täyteaineeseen ja/tai tunkeutumisatmosfääriin.

3. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhtä ainetta, joka 25 on valittu ryhmästä, joka käsittää jauheita, hiutaleita, : mikrokuulia, kuitukiteitä, kuplia, kuituja, hiukkasia, kuitumattoja, katkaistuja kuituja, kuulia, pellettejä, pieniä putkiaihioita ja tulenkestäviä kankaita.

4. Patenttivaatimuksen l tai 3 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että täyteaine saatetaan itsekantavaksi altistamalla täyteaine lämmönlähteelle ja/tai sitomisaineel-le.

5. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine muuttuu itsekantavaksi oleellisesti samanaikaisesti kun matriisimetalli sulaa tai ennen sitä. 91724

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ontelo muodostetaan koneistamalla matriisime-tallivalannetta, ja/tai kokoamalla useita matriisimetal-lista muotoiltuja kappaleita, ja/tai valamalla matriisime- 5 tallia valusydämen ympärille, ja/tai uuttamalla pois osa matriisimetallivalanteesta, ja/tai edullisesti sulattamalla pois osa matriisimetallivalanteesta.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että ontelo muodostetaan muodostamalla kumimuotti valusydämen ympärille, joka on toivotun metallimatriisi-komposiittikappaleen muotoinen, poistamalla valusydän ku-mimuotista, täyttämällä kumimuotti tulenkestävällä aineella, muodostamalla tulenkestävä valusydän tulenkestävästä 15 aineesta, kiinteyttämällä sulaa matriisimetallia tulenkes tävän valusydämen ympärille ja poistamalla tulenkestävä valusydän kiinteytyneestä matriisimetallista.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että tulenkestävä aine käsittää kipsiä.

9. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tunkeutumisen edistäjän edeltäjää ja/tai tunkeutumisen edistäjää syötetään täyteaineeseen ja että se 25 saattaa täyteaineen itsekantavaksi, kun sitä kuumennetaan : tunkeutumisatmosfäärin läsnäollessa.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine oleellisesti täyttää ontelon. 30

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu ‘‘ siitä, että täyteaine täyttää ontelon vain osittain.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu 35 siitä, että täyteaine saatetaan pinnoitteena ontelon sei nämille . 91724