FI91724C - Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen - Google Patents

Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen Download PDF

Info

Publication number
FI91724C
FI91724C FI894932A FI894932A FI91724C FI 91724 C FI91724 C FI 91724C FI 894932 A FI894932 A FI 894932A FI 894932 A FI894932 A FI 894932A FI 91724 C FI91724 C FI 91724C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metal
filler
matrix
matrix metal
cavity
Prior art date
Application number
FI894932A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI91724B (fi
FI894932A0 (fi
Inventor
Kurt Joseph Becker
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 FI894932A0 publication Critical patent/FI894932A0/fi
Publication of FI91724B publication Critical patent/FI91724B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI91724C publication Critical patent/FI91724C/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
    • 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
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/1208—Containers or coating used therefor
    • B22F3/1258—Container manufacturing
    • B22F3/1275—Container manufacturing by coating a model and eliminating the model before consolidation
    • 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
    • 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

Description

5 91724
Menetelmå metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi nega-tiivista seosmuottia kåyttåen
Esillå oleva keksinto koskee uutta menetelmåå metallimat-riisikomposiitin valmistamiseksi. Erityisesti låpåisevåstå tåyteainemassasta muodostetaan itsekantava esimuotti muo-dostamalla ensin negatiivinen ontelo matriisimetalliin ja 10 sijoittamalla sitten mainittu låpåisevå tåyteainemassa mainittuun onteloon. Tunkeutumisen ediståjå ja/tai tunkeu-tumisen ediståjån edeltåjå sekå tunkeutumisatmosfååri ovat myos yhteydesså tåyteaineeseen, ainakin prosessin jossakin vaiheessa, mikå sallii sulatetun matriisimetallin spontaa-15 nin tunkeutumisen låpåisevåån tåyteaineeseen.
Metallimatriisin ja lujittavan tai vahvistavan faasin, kuten keraamisia hiukkasia, kuitukiteitå, kuituja tai vas-taavia kåsittåvåt komposiittituotteet nåyt'åvåt 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 låmpotiloissa, verrattuna matriisimetalliin sen monoliit-tisessa 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, ja joissakin tapauksissa komposiitti voi olla raskaampaa. Alumiinimat-riisimetallikomposiitit, jotka on vahvistetcu keraamilla, 35 kuten esimerkiksi piikarbidilla hiukkasten, hiutaleiden 2 91724 tai kuitukiteiden muodossa, ovat kiinnostavia johtuen niiden alumiiniin verrattuna suuremmasta jåykkyydestå, kulutuksen keståvyydestå ja korkean lampotilan lujuudesta.
5 Alumiinimatriisikomposiittien valmistamiseksi on kuvattu erilaisia metallurgisia menetelmia, mukaanlukien menetelmia, jotka perustuvat jauhemetallurgiatekniikoihin ja sulan metallin tunkeutumistekniikoihin, joissa kaytetåån hyvaksi painevalua, tyhjovalua, sekoittamista, ja notkis-10 tiinia. Jauhemetallurgiatekniikoiden avulla jauheen muodossa oleva metalli ja jauheen, kuitukiteiden, leikattujen kuitujen, jne. muodossa oleva lujittava aine sekoitetaan ja sitten joko kylmapuristetaan ja sintrataan, tai kuuma-puristetaan. Tållå menetelmållå tuotetun piikarbidilla 15 lujitetun alumiinimatriisikomposiitin suurimman keraamin tilavuusosan on ilmoitettu olevan noin 25 tilavuusprosent-tia kuitukiteiden tapauksessa ja noin 40 tilavuusprosenttia hiukkasten tapauksessa.
λ 20 Metallimatriisikomposiittien tuottaminen jauhemetallurgi- sia tekniikoita kayttåvin tavanomaisin menetelmin asettaa eråitå rajoituksia aikaansaatavien tuotteiden ominaisuuk-sille. Komposiitissa olevan keraeunifaasin tilavuusosa on tyypillisesti rajoittunut, hiukkasten tapauksessa noin 40 25 prosenttiin. Samaten asettaa puristustoiminta rajan kay-• tannossa saavutettavalle koolle. Ainoastaan suhteellisen yksinkertaiset tuotteen muodot ovat mahdollisia ilman jålkeenpain tapahtuvaa kåsittelya (esim. muotoilua tai koneistusta) tai ottamatta kåyttoon monimutkaisia puris-30 timia. Sintrauksen aikana voi myos esiintyå epatasaista kutistumista, samoin kuin mikrostruktuurin epåtasaisuutta, • *' johtuen kiintoaineisiin eriytymisesta ja hiukkasten kas- vusta.
35 US-patentissa 3,970,136 kuvataan menetelma metallimatrii-sikomposiitin muodostamiseksi, johon sisaltyy kuitumuotoi-nen lujite, esim. piikarbidi- tai alumiinioksidikuituki- 3 91724 teitå, joilla on ennalta mååråtty kuitujen suuntaus. Komposiitti tehdåån sijoittamalla samassa tasossa olevien kuitujen samansuuntaisia mattoja tai huopia muottiin yhdesså sulan matriisimetallin, esim. alumiinin låhteen 5 kanssa ainakin joidenkin mattojen vålisså, ja kohdistamalla painetta, niin etta sula metalli pakotetaan tunkeutumaan mattoihin ja ympåroimåån suunnatut kuidut. Mattojen pinon påålle voidaan valaa sulaa metallia, jolloin sita paineen avulla pakotetaan virtaamaan mattojen våliin. Komposiitis-10 sa olevien lujittavien kuitujen jopa 50 tilavuusprosenttia olevia osuuksia on ilmoitettu.
Edella olevaan tunkeutumismenetelmåan liittyy paineen aiheuttamien virtausprosessien yllåtyksellisiå vaihtelu-15 ja. ts. mahdollisia epåsaannollisyyksia matriisin muodos-tumisessa, huokoisuutta, jne, kun otetaan huomioon etta se riippuu ulkoisesta paineesta sulan matriisimetallin pakot-tamiseksi kuitupitoisten mattojen lapi. Ominaisuuksien epåtasaisuus on mahdollinen vaikka sulaa metallia johdet-20 taisiin useammasta kohdasta kuitupitoiseen jårjestelyyn. Vastaavasti on jårjestettåvå monimutkaiset matto/låhde-jårjestelyt ja virtausreitit soveltuvan ja tasaisen tun-keutumisen aikaansaamiseksi kuitumattojen pinoon. Edella mainittu painetunkeutumismenetelmå mahdollistaa myos ai-25 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 nostaa menetelmån kustannuksia. Lopuksi edella mainittu 30 menetelmå, joka rajoittuu ojennuksessa oleviin hiukkasiin tai kuituihin tunkeutumiseen, ei sovellu alumiinimatrii-sikomposiittien muodostamiseen, jotka on lujitettu satun-naisesti suuntautuvista hiukkasista, kuitukiteistå tai kuiduista koostuvilla aineilla.
Alumiinimatriisi-alumiinioksiditåytteisten komposiittien valmistuksessa alumiini ei helposti kostuta alumiinioksi- 35 4 91724 dia, jolloin on vaikeata muodostaa yhtenåinen tuote. Tåhån ongelmaan on ehdotettu erilaisia ratkaisuja. Eras sellainen låhestyminen on aluiniinin påållyståminen metallilla (esim. nikkelillå tai wolframilla), joka sitten kuumapuristetaan 5 yhdesså aluiniinin kanssa. Toisessa tekniikassa alumiini seostetaan litiumin kanssa, ja alumiinioksidi voidaan påållyståå piidioksidilla. Nåillå komposiiteilla kuitenkin ominaisuudet vaihtelevat, tai påållystykset voivat heiken-tåå tåytetta, tai matriisi sisaltåa litiumia, joka voi 10 vaikuttaa matriisin ominaisuuksiin.
US-patentilla 4,232,091 voitetaan eråitå alan vaikeuksia, joita kohdataan valmistettaessa alumiinimatriisi-alu-miinioksiditåytteisiå komposiitteja. Tåsså patentissa ku-15 vataan 75 - 375 kg/cm paineen kohdistamista pakottamaan sula alumiini (tai sula alumiiniseos) alumiinioksidia olevaan kuitu- tai kuitukidemattoon, joka on esilammitetty alueelle 700 - 1050°C. Alumiinioksidin suurin suhde metalliin tuloksena olevassa kiinteåssa valukappaleessa ·· 20 oli 0,25:1. Koska tåsså menetelmåsså ollaan riippuvaisia ulkopuolisesta paineesta tunkeutumisen aikaansaamiseksi, sitå vaivaavat monet samat puutteet kuin US-patenttia 3,970,136.
25 EP-hakemuksessa 115,742 kuvataan alumiini-alumiinioksidi- • · ’ komposiittien valmistamista, jotka ovat erityisen kåytto- kelpoisia elektrolyyttikennokomponentteina, ja joissa esi-muotin alumiinioksidimatriisin ontelot tåytetåån alumiinilla, ja tåtå vårten kåytetåån 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, nikkelillå, 35 zirkoniumilla tai hafniumilla. Kostutuksen ediståmiseksi kåytetåån inerttiå atmosfååriå, kuten argonia. Tåsså julkaisussa esitetåån myos paineen kohdistaminen sulan 5 91724 alumiinin saamiseksi tunkeutumaan påållyståmåttomåån mat-riisiin. Tåsså suhteessa tunkeutuminen aikaansaadaan saat-tamalla huokoset ensin tyhjoon ja kohdistamalla sitten sulaan alumiiniin painetta inertisså atmosfåårisså, esim.
5 argonissa. Vaihtoehtoisesti esimuottiin voidaan tunkeutua hoyryfaasissa olevalla alumiinipåållystyksellå pintojen kostuttamiseksi ennen onteloiden tåyttåmistå tunkeutuvalla sulalla alumiinilla. Jotta varmistettaisiin alumiinin pysyminen esimuotin huokosissa vaaditaan låmpokåsittelyå, 10 esim låmpotilassa 1400 - 1800°C, joko argonissa tai tyhjossa. Muutoin joko paineen alaisena tunkeutuneen aineen altistuminen kaasulle, tai tunkeutumispaineen poistaminen, aiheuttaa alumiinin haviamistå kappaleesta.
15 Kostutusaineiden kåyttåminen alumiinioksidikomponentin tunkeutumisen aikaansaamiseksi sulaa metallia sisaltåvåan elektrolyyttikennoon on esitetty myos EP-patenttihakemuk-sessa 94353. Tasså julkaisussa kuvataan alumiinin tuotta-mista elektrolyysillå kennossa, jossa virranjohdinkatodi 20 on kennon vaippana tai alustana. Tåmån alustan suojaami-seksi sulalta kryoliitilta levitetåån alumiinioksidialus-talle ohut påållystys kostutusaineen ja liukenemisen eståvån aineen seoksella ennen kennon kåynniståmistå 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 esitetåån edullisimmaksi aineeksi. Boorin, hiilen ja typen yhdisteiden selitetåån olevan hyodyllisiå estettåesså kostutusaineiden liukenemista su-30 laan alumiiniin. Tasså julkaisussa ei kuitenkaan ehdoteta metallimatriisikomposiittien tuottamista, eikå siinå eh-“ dotetaa sellaisten komposiittien muodostamista esimerkiksi typpiatmosfåårisså.
35 Paineen ja kostutusaineiden kåyton lisåksi on kuvattu tyhjon kohdistamisen ediståvån sulan alumiinin tunkeutu-mista huokoiseen keraamikappaleeseen. Esimerkiksi US-pa- 6 91724 tentissa 3,718,441 raportoidaan keraamiseen kappaleeseen (esim. boorikarbidi, alumiinioksidi ja berylliumoksidi) tunkeutumista joko sulalla alumiinilla, berylliumilla, magnesiumilla, titaanilla, vanadiinilla, nikkelilla tai 6 2 5 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 kuitenkin parantuneen, kun tyhjo pienennettiin alle 10-6 10 torr.
Myos US-patentissa 3,864,154 esitetåån tyhjon kåyttamista tunkeutumisen aikaansaamiseksi. Tåssa patentissa selitetåån kylmåpuristetun AlBi2-jauhekappaleen asettamista kyl-15 måpuristetun alumiinijauheen pedille. Sen jalkeen sijoi-tettiin lisaa alumiinia AlBi2-jauhekappaleen påålle. Sulatusastia, jossa AlBi2-kappale oli "kerrostettuna" alumiini jauhekerr os ten våliin, sijoitettiin tyhjouuniin. Uu-niin jårjestettiin noin 10-5 torr oleva tyhjo kaasun 1! 20 poistumista vårten. Lampotilaa nostettiin sen jalkeen 1100°C:een, jossa se pidettiin 3 tuntia. Naisså oloissa sula alumiini tunkeutui AlB 12-kappaleeseen.
US-patentissa 3,364,976 selitetåån suunnitelmaa itsestaån 25 kehittyvan tyhjon aikaansaamista kappaleeseen, sulan me-• tallin tunkeutumisen lisååmiseksi kappaleeseen. Erityises- ti selitetåån, etta kappale, esim. grafiittimuotti, terås-muotti tai huokoinen tulenkestavå aine, kokonaan upotetaan sulaan metalliin. Muotin tapauksessa metallin kanssa 30 reagoivan kaasun kanssa tåytetty muottiontelo on yhteydessa . ulkopuolella sijaitsevaan sulaan metalliin muotissa olevan ainakin yhden aukon kautta. Kun muotti upotetaan sulaan, tapahtuu ontelon tayttyminen itsestaan kehittyvan tyhjon syntyesså ontelossa olevan kaasun ja sulan metallin 35 reaktion johdosta. Tyhjo on erityisesti tulosta metallin kiinteån oksidimuodon syntymisesta. Siten tåssa julkaisus-sa esitetåån, ettå on oleellista aikaansaada ontelossa 7 91724 olevan kaasun ja sulan metallln vålinen reaktio. Muotin kåyttaminen tyhjon luomiseksi ei kuitenkaan vålttåmåttå ole toivottavaa, johtuen muotin kayttoon liittyvistå vålittomistå rajoituksista. Muotit on ensin koneistettava 5 mååråttyyn muotoon; sitten loppukåsiteltåvå, koneistettava hyvaksyttavån valupinnan tuottamiseksi muottiin; sitten koottava ennen niiden kåyttåmistå; sitten purettava niiden kåyton jålkeen valukappaleen poistamiseksi niistå; ja sen jålkeen muotti on jalleen saatettava kåyttokuntoon, mikå 10 mitå todennåkoisimmin merkitsisi muotin pintojen uudelleen kasittelyå tai muotin poistamista, ellei se enaa ole kayttoon hyvåksyttåvå. Muotin koneistaminen monimutkaiseen muotoon saattaa olla erittåin kallista ja aikaavievaa. Lisåksi muodostuneen kappaleen poistaminen monimutkaisen 15 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 suoraan upottaa sulaan metalliin tarvitsematta kåyttåå 20 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, ettå hiukkasmainen aine tyypillisesti dissosioituisi tai 25 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 metalli syrjåyttåisi osaa hiukkasaineesta tai esimuotista, 30 mikå johtaisi epåhomogeeniseen mikrostruktuuriin.
Vastaavasti on kauan ollut olemassa tarve saada yksinker-tainen ja luotettava menetelmå muotoiltujen metallimatrii-si-komposiittien tuottamiseksi, joka ei perustu paineen 35 tai tyhjon kåyttåmiseen (joko ulkoisesti kohdistettuna tai sisåisesti kehitettynå), tai vahingollisten kostutusainei-den kåyttåmiseen metallimatriisin luomiseksi toiseen ai- 8 91724 neeseen, kuten keraamiseen aineeseen. Lisåksi on pitkåån ollut tarve minimoida lopullisten koneistustoimenpiteiden mååråå, joita tarvitaan metallimatriisikomposiittikappa-leen aikaansaamiseksi. Esillå oleva keksintd tyydyttåå 5 nåmå tarpeet aikaansaamalla spontaanin tunkeutumismekanis-min sulan matriisimetallin (esim. alumiinin) tunkeutumisen aikaansaamiseksi tåyteaineeseen (esim. keraaminen aine), joka voidaan muotoilla esimuotiksi, tunkeutumisatmosfåårin (esim. typen) låsnåollessa normaalissa ilmanpaineessa, 10 jolloin tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå ja/tai tunkeutu misen ediståjåå on låsnå ainakin jossakin prosessin vai-heessa.
Tåmån hakemuksen sisålto liittyy useaan rinnakkaiseen ha-15 kemukseen. Erityisesti nåmå muut rinnakkaiset hakemukset kuvaavat uusia menetelmiå metallimatriisikomposiittiainei-den tuottamiseksi (niihin viitataan jåljempånå eråisså tapauksissa nimellå "rinnakkais-metallimatriisihakemuk-set").
20
Uutta menetelmåå metallimatriisikomposiittiaineen tuottamiseksi kuvataan US-hakemuksessamme 049 171, jonka ni-mityksenå on "Metallimatriisikomposiitteja", nyt US-pa-tentti 4 828 008. Mainitun keksinndn menetelmån mukaisesti 25 metallimatriisikomposiitti tuotetaan tunkeuttamalla lå-' påisevåån tåyteaineeseen (esim. keraamia tai keraamilla påållystettyå ainetta) sulaa alumiinia, joka sisåltåå ainakin 1 painoprosentin magnesiumia ja edullisesti ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia. Tunkeutuminen tapahtuu 30 spontaanisti kåyttåmåttå ulkoista painetta tai tyhjåå.
Sulan metalliseoksen låhde saatetaan koskettamaan tåyte-ainemassaa låmpotilassa, joka on ainakin noin 675°C, kun låsnå on kaasua, joka kåsittåå noin 10 - 100 tilavuus-prosenttia, edullisesti ainakin noin 50 tilavuusprosenttia 35 typpeå, jolloin loput, mikåli sitå on, on ei-hapettavaa kaasua, esim. argonia. Nåisså oloissa sula alumiiniseos tunkeutuu keraamimassaan normaalissa ilmakehån paineessa 9 91724 muodostaen alumiini- (tai alumiiniseos-) matriisikomposii-tin. Kun haluttu måårå tåyteainetta on sulan alumiiniseok-sen låpitunkemaa, lasketaan låmpStilaa seoksen kiinteyttå-5 miseksi, jolloin muodostuu kiinteå metallimatriisirakenne, joka sulkee sisåånså lujittavan tåyteaineen. Tavallisesti, ja edullisesti, syStetty sula seos riittåå aikaansaamaan tunkeutumisen etenemisen oleellisesti tåyteainemassan ra-joille. US-patentin 4 828 008 mukaisesti tuotettujen alu-10 miinimatriisikomposiittien tåyteaineen måårå voi olla erittåin suuri. Tåsså mielesså voidaan saavuttaa tåyteaineen ja seoksen tilavuussuhteita jotka ovat suurempia kuin 1:1.
15 Edellå mainitun US-patentin 4 828 008 mukaisissa proses- sioloissa alumiininitridiå voi muodostua epåjatkuvana faa-sina, joka on jakautunut koko alumiinimatriisiin. Nitridin måårå alumiinimatriisissa voi vaihdella sellaisten teki-jSiden, kuten låmpotilan, seoksen koostumuksen, kaasun 20 koostumuksen ja tåyteaineen mukaisesti. Siten voidaan yhtå tai useampaa sellaista jårjestelmån tekijåå sååtåmållå rååtålSidå mååråttyjå komposiitin ominaisuuksia. Joitakin loppukåyttosovellutuksia vårten voi kuitenkin olla toivot-tavaa, ettå komposiitti sisåltåå våhån tai oleellisesti ei 25 lainkaan alumiininitridiå.
On havaittu, ettå korkeammat låmpotilat ediståvåt tunkeu-tumista, mutta johtavat siihen, ettå menetelmåsså herkem-min muodostuu nitridiå. US-patentin 4 828 008 mukaisessa 30 keksinnSsså sallitaan tunkeutumiskinetiikan ja nitridin muodostumisen vålisen tasapainon valitseminen.
Esimerkki sopivista estovålineistå kåytettåviksi metalli-matriisikomposiittien muodostamisen yhteydesså on selitet-35 ty rinnakkaisessa US-hakemuksessa 141 642, jonka nimityk- senå on "Menetelmå metallimatriisikomposiittien valmista-miseksi estoainetta kåyttåen". Tåmån keksinnon menetelmån mukaisesti estovålinettå (esim. hiukkasmaista titaanidibo- 10 91724 ridia tai grafiittiainetta, kuten joustavaa grafiittinau-hatuotetta, jota Union Carbide myy tuotenimellå Grafoil (R)) sijoitetaan tåyteaineen mååråtyllå rajapinnalle ja 5 matriisiseos tunkeutuu estovålineen måårittelemåån raja-pintaan saakka. Estovålinettå kåytetåån eståmåån, torju-raaan tai lopettamaan sulan seoksen tunkeutuminen, jolloin aikaansaadaan verkon, tai låhes verkon muotoja tuloksena olevassa metallimatriisikomposiitissa. Vastaavasti muodos-10 tetuilla metallimatriisi-komposiittikappaleilla on ulko- muoto, joka oleellisesti vastaa estovålineen sisåmuotoa.
US-patentin 4 828 008 mukaista menetelmåå parannettiin rinnakkaisella US-patenttihakemuksella 168 284, jonka ni-15 mityksenå on "Metallimatriisikomposiitteja ja tekniikoita niiden valmistamiseksi" . Mainitussa hakemuksessa esitetty-jen menetelmien mukaisesti matriisimetalliseos on låsnå metallin ensimmåisenå låhteenå ja matriisimetallin varas-tolåhteenå, joka on yhteydesså sulan metallin ensimmåiseen 20 låhteeseen, esimerkiksi painovoimaisen virtauksen vålityk- sellå. Erityisesti, mainitussa hakemuksessa esitetyisså oloissa, sulan matriisiseoksen låhde alkaa tunkeutua tåy-teainemassaan normaalissa ilmakehån paineessa ja aloittaa siten metallimatriisikomposiitin muodostuksen. Sulan mat-25 riisimetallin ensimmåinen låhde kulutetaan sen tunkeutues- : sa tåyteainemassaan, ja haluttaessa sitå voidaan lisåtå, edullisesti jatkuvalla tavalla, sulan matriisimetallin varastolåhteestå spontaanin tunkeutumisen jatkuessa. Kun toivottu måårå låpåisevåå tåyteainetta on sulan matriisi-30 seoksen låpitunkemaa, lasketaan låmpotilaa seoksen kiin- teyttåmiseksi, jolloin muodostuu kiinteå metallimatriisi-struktuuri, joka ympåroi lujittavaa tåyteainetta. On ym-mårrettåvå, ettå metallivarastolåhteen kåyttåminen on ainoastaan mainitussa patenttihakemuksessa kuvatun keksin-35 ηόη erås suoritusmuoto, eikå varastolåhteen suoritusmuo- don yhdiståminen jokaiseen siinå esitettyyn keksinnon vaihtoehtoiseen suoritusmuotoon ole vålttåmåt6ntå, joista 11 91724 erååt voisivat my6s olla hyodyllisiå kåytettynå esillå olevan keksinnon yhteydesså.
5 Metallin varastolåhdettå voi olla sellaisena måårånå, et tå se aikaansaa riittåvån metallimåårån tunkeutumisen ennalta mååråtysså måårin låpåisevåån tåyteaineeseen. Vaihtoehtoi-sesti voi valinnainen estovåline olla kosketuksessa tåyte-aineen låpåisevåån massaan ainakin sen toisella puolella 10 rajapinnan måårittelemiseksi.
Lisåksi, vaikka syotetyn sulan matriisiseoksen måårån tu-lisi olla riittåvå sallimaan spontaanin tunkeutumisen eteneminen ainakin oleellisesti tåyteaineen låpåisevån 15 massan rajapintoihin (ts. estopintoihin) saakka, varasto- låhteesså olevan seoksen måårå voisi ylittåå sellaisen riittåvån måårån niin, ettå on olemassa riittåvå måårå seosta tunkeutumisen loppuun saattamiseksi, ja sen lisåksi ylimååråinen sula metalliseos voisi jåådå ja kiinnittyå 20 metallimatriisikomposiittikappaleeseen. Kun siten låsnå on ylimåårå sulaa seosta, tuloksena oleva kappale on komp-leksinen komposiittikappale (esim. makrokomposiitti) , jos-sa metallimatriisin låpitunkema keraamikappale suoraan sitoutuu varastolåhteeseen jååvåån ylimååråiseen metal- 25 liin.
Jokainen edellå selitetyistå rinnakkais-metallimatriisiha-kemuksista kuvaa menetelmiå metallimatriisikomposiittikap-paleiden tuottamiseksi sekå uusia metallimatriisikompo-30 siittikappaleita, joita niillå tuotetaan.
Keksinnon mukaiselle menetelmålle metallimatriisikomposii-tin valmistamiseksi on tunnusomaista se, ettå muodostetaan ontelo kiinteåån matriisimetalliin; sijoitetaan onteloon 35 låpåisevåå, oleellisesti ei-reagoivaa tåyteainetta siten, ettå tåyteainemassa on kokonaisuudessaan ontelon sisållå; aiheutetaan tåyteaineen muuttuminen itsekantavaksi ja saatetaan oleellisesti noudattamaan ontelon muotoa; sula- 12 91724 tetaan matriisimetalli; ja saatetaan prosessiin ainakin jossakin sen vaiheessa tunkeutumisatmosfååri sekå sen li-såksi tunkeutumisen ediståjåå ja/tai tunkeutumisen edistå-jån edeltåjåå siten, ettå niiden vaikutuksesta sula mat-5 riisimetalli spontaanisti tunkeutuu ainakin osaan låpåise-våå, itsekantavaa tåyteainetta. Tåyteaine on muutettavissa itsekantavaksi kohdistamalla siihen esimerkiksi korkea låmpotila ja/tai sitovaa ainetta ja/tai reagenssia, jne. Tunkeutumisvaiheessa sula matriisimetalli tunkeutuu tåyte-10 aineeseen siten, ettå tåyteaine såilyttåå metallissa ol- leen ontelon muodon.
Matriisimetallin ontelo voidaan muodostaa erilaisilla tås-så selitetyillå menetelmillå. Ontelon pitåisi kuitenkin 15 pystyå vastaanottamaan ja pitåmåån tåyteainetta niin, ettå kun onteloon sijoitetaan tåyteainetta, se oleellisesti noudattaa ontelon muotoa. Lisåksi tåyteaine ainakin pro-sessin jossakin vaiheessa tulisi saattaa kosketukseen ainakin tunkeutumisen ediståjån ja/tai tunkeutumisen edistå-20 jån edeltåjån sekå tunkeutumisatmosfåårin kanssa. Tunkeutumisen ediståjåå ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå voitaisiin esimerkiksi sekoittaa tåyteaineeseen ja/tai asettaa ontelon pinnalle ja/tai syottåå matriisimetallissa ja/tai sy6ttåå tunkeutumisatmosfåårisså. Tåyteaineen, mat-25 riisimetallin ja tunkeutumisen ediståjån ja/tai tunkeutu- misen ediståjån edeltåjån sekå tunkeutumisatmosfåårin yh- distelmå saattaa matriisimetallin tunkeutumaan spontaanisti esimuottiin, jonka muoto oleellisesti vastaa matriisi-metalliin muodostettua onteloa.
30
Matriisimetallin ontelo voidaan muodostaa sellaisilla menetelmillå kuten koneistamalla ontelo matriisimetalliva-lanteeseen, kokoamalla useita matriisimetallivalannekap-paleita niin, ettå muodostuu ontelo kun sellainen kokoon-35 pano muodostetaan, valamalla matriisimetallia valusydåmen ympårille, uuttamalla ainakin osa matriisimetallista emåk-sisellå aineella, edullisesti kuumentamalla ainakin osa 13 91724 matriisimetallista; ja/tai millå tahansa naiden yhdistel-mållå tai muilla menetelmillå, joiden avulla voidaan muodostaa ontelo matriisimetalliin.
5 Edullisessa suoritusmuodossa muodostetaan kumimuotti muo-toillun valusydåmen ympårille, joka oleellisesti vastaa tuotetun metallimatriisi-komposiittikappaleen muotoa. Muotoiltu valusydån voi olla metalli-, savi- tai muovito-teutus halutusta muodostettavasta metallimatriisi-kom-10 posiittikappaleesta. Valusydan poistetaan sitten kumi-muotista, jolloin kumimuottiin muodostuu ontelo, joka kooltaan ja muodoltaan oleellisesti vastaa valusydåntå. Kumimuotissa oleva ontelo tåytetåån sen jålkeen aineella, joka voi noudattaa ontelon muotoa, ja joka kåsiteltynå voi 15 muodostaa korkean låmpotilan valusydåmen. Korkean låmpo-tilan valusydåmen muodostamiseksi voitaisiin esimerkiksi kåyttåå kipsin ja hiukkasmaisen keraamisen aineen sekoi-tusta. Korkean låmpotilan valusydån asetetaan sitten sopivaan tulenkeståvåån astiaan ja sulaa matriisimetallia 20 kaadetaan korkean låmpotilan valusydåmen ymprårille. Ym-mårretåån siten, ettå korkean låmpotilan valusydåmellå tåytyy olla riittåvå lujuus ja muodon pysyvyys, niin ettå se keståå mekaanisia, kemiallisia ja låmpovaikutuksia, joita syntyy sen koskettaessa sulaa matriisimetallia, ja 25 sen ympårillå olevan matriisimetallin jååhtyesså. Lisåksi * valusydåmen tulisi olla oleellisesti ei-reagoivaa matriisimetallin suhteen.
Sulan matriisimetallin annetaan jåhmettyå korkean låmpo-30 tilan valusydåmen ympårillå, ja kun se on jåhmettynyt, korkean låmpotilan valusydåmen tulisi olla poistettavissa * · jåhmettyneestå matriisimetallista. Korkean låmpotilan valusydån voitaisiin poistaa matriisimetallista esimerkiksi sellaisilla menetelmillå kuten liuottamalla korkean låm-35 potilan valusydån nesteellå, edullisesti hiekkapuhal tamal-la tai teråsraepuhdistamalla korkean låmpotilan valusydån metallista, koneistamalla korkean låmpotilan valusydån 14 91724 matriisimetallista, ja/tai millå tahansa nåiden menetel-mien yhdistelmållå tai muulla menetelmållå, joka sopii korkean låmpotilan valusydåmen poistamiseen sitå ympa-roivåstå matriisimetallista.
5
Huomattakoon, ettå tåmå hakemus kasittelee paaasiassa alumiinimatriisimetalleja, jotka jossain metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisen aikana ovat kosketuk-sessa magnesiumiin, joka toimii tunkeutumisen ediståjån 10 edeltåjånå, tunkeutumisatmosfåårinå toimivan typen låsnå-ollessa. Siten alumiini/magnesium/typpi-jårjestelmån mat-riisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edeltåjå/tunkeutu-misatmosfååri-jårjestelmållå esiintyy spontaania tunkeutumista. Monet muut matriisimetalli/tunkeutumisen 15 ediståjån edeltåjå/tunkeutumisatmosfååri-jårjestelmåt voivat kuitenkin kåyttåytyå samantapaisesti kuin alumii-ni/magnesium/typpi-jårjestelmå. Samantapaista spontaania tunkeutumiskåyttåytymistå on esimerkiksi havaittu alumii-, ni/strontium/typpi-jårjestelmåsså; alumiini/sinkki/happi- . 20 jårjestelmåsså; sekå alumiini/kalsium/typpi-jårjestelmås- så. Vastaavasti, vaikka tåsså hakemuksessa kåsitellåån ainoastaan tåsså viitattuja jårjestelmiå, on ymmårrettåvå, ettå muut metallimatriisi/tunkeutumisen ediståjån edeltå-jå/tunkeutumisatmosfååri-jårjestelmåt voivat kåyttåytyå 25 samantapaisesti.
Matriisimetallin kåsittåesså alumiiniseosta, voidaan alu-miiniseoksessa oleva ontelo tåyttåå tåyteaineella (esim. alumiinioksidi- tai piikarbidihiukkasilla). Ensimmåisesså 30 edullisessa suoritusmuodossa tåyteaineeseen on sekoitettu magnesiumia, tai siihen vaikutetaan magnesiumilla tunkeutumisen ediståjån edeltåjånå. Lisåksi alumiiniseos ja/tai tåyteaine pidetåån tunkeutumisatmosfåårinå olevassa typ-piatmosfåårisså ainakin prosessin osan aikana, ja edulli-35 sessa suoritusmuodossa sellainen altistus esiintyy oleel-lisesti koko kåsittelyn aikana, jolloin tunkeutumisen ediståjån edeltåjå muuttuu tunkeutumisen ediståjåksi.
15 91724
Lisåksi prosessin jossakin vaiheessa esimuotista tulee ainakin osittain itsekantava. Edullisessa suoritusmuodossa esimuotista tulee itsekantava ennen matriisimetallin sula-5 mista tai oleellisesti samanaikaisesti sen kanssa. Lisåksi voidaan tunkeutumisen ediståjå tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjå jårjeståå matriisimetalliin tai seokseen, sen sijasta tai sen lisåksi ettå sitå jårjestetåån tåyteainee-seen. Siten esimuotissa esiintyy spontaania tunkeutumista.
10 Spontaanin tunkeutumisen ja metallimatriisin muodostumisen måårå tai nopeus vaihtelevat annetun prosessiolojen jår-jestelyn mukaisesti, johon sisåltyy esimerkiksi jårjestel-måån tuotetun magnesiumin pitoisuus, esimuotissa olevien hiukkasten koko ja/tai koosturnus, typen pitoisuus tunkeu-15 tumisatmosfåårisså, aika, jona tunkeutumisen annetaan esiintyå, ja/tai låmpåtila, jossa tunkeutuminen esiintyy. Spontaania tunkeutumista esiintyy tyypillisesti niin suu-ressa måårin, ettå se riittåå oleellisen tåydellisesti ympåroimåån esimuotin.
20 Mååritelmiå "Alumiini" merkitsee ja sisåltåå tåsså kåytettynå 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 epåpuhtauksia ja/tai jotka sal-livat siinå olevan sellaisia ainesosia, kuten rautaa, pii-tå, kuparia, magnesiumia, mangaania, kromia, sinkkiå, jne.
30 Tåmån mååritelmån tarkoituksiin oleva alumiiniseos on seos tai metallien muodostama yhdiste, jossa alumiini on påå-* ainesosana.
"Ei-hapettavan kaasun loppuosa" merkitsee tåsså kåytetty-35 nå sitå, ettå tunkeutumisatmosfåårin muodostavan primååri- 16 91724 kaasun lisånå oleva mikå tahansa kaasu on joko inerttiå kaasua tai pelkiståvåå kaasua, joka oleellisesti ei reagoi matriisimetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Kaikkien kaasussa (kaasuissa) epåpuhtautena mahdollisesti låsnå 5 olevien hapettavien kaasujen måarån tulisi olla riittåmåton matriisimetallin hapettamiseen missåån oleellisessa måårin prosessin olosuhteissa.
"Estoaine" tai "estovåline" merkitsee tåsså kåytettynå mitå 10 tahansa soveltuvaa vålinettå, joka vuorovaikuttaa, eståå, torjuu tai lopettaa sulan matriisimetallin kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan, tåyteainemassan tai esimuotin rajapinnan taakse, jolloin mainittu estovåline måårittelee sellaisen rajapinnan. Sopivia estovålineitå voivat olla 15 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 estoaineena hyodyton).
20
Lisåksi sopivat "estovålineet" sisåltåvåt aineita, joita kulkeutuva sula matriisimetalli kåytetyn prosessin aikana ei oleellisesti pysty kostuttamaan. Tåmån tyyppisellå estoaineella nåyttåå olevan oleellisen våhån tai ei 25 lainkaan yhtymispyrkimystå sulaan matriisimetalliin, ja • estovåline eståå tai torjuu siirtymisen tåyteainemassan tai esimuotin mååritellyn rajapinnan yli. Estoaine våhentåå mahdollista loppukoneistusta tai hiomista, jota voidaan tarvita, ja måårittelee ainakin osan tuloksena olevan 30 metallimatriisi-komposiittituotteen pinnasta. Estoaine voi mååråtyisså tapauksissa olla låpåisevåå tai huokoista, tai se voidaan saattaa låpåisevåksi esimerkiksi poraamalla reikiå estoaineeseen tai låviståmållå se, niin ettå kaasu pååsee kosketukseen sulan matriisimetallin kanssa.
"Jåånnokset" tai "matriisimetallin jåånnokset" viittaa tåsså kåytettynå alkuperåisen matriisimetallirungon mah- 35 17 91724 dolliseen osaan, joka jåå jåljelle ja joka ei ole kulunut metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostuksen aikana, ja tyypillisesti, jos sen annetaan jååhtyå, pysyy ainakin osittaisessa kosketuksessa muodostettuun metallimatriisi-5 komposiittikappaleeseen. Tulisi ymmårtåå, etta jåannokset voivat myos sisåltåå toista tai vierasta ainetta.
"Tåyteaine" on tasså kåytettynå tarkoitettu sisåltåmåån joko yksittåisiå aineksla tai ainesseoksia, jotka oleel-10 lisesti eivåt reagoi matriisimetallin kanssa ja/tai joilla on rajoitetu liukenevuus matriisimetalliin, ja jotka voivat olla yksi- tai useampifaasisia. Tåyteaineita voidaan jårjestaa lukuisissa eri muodoissa, kuten jauheina, lius-koina, hiutaleina, mikropalloina, kuitukiteinå, kuplina, 15 jne, ja ne voivat olla joko tiiviitå tai huokoisia. Tayteaine voi myos sisaltåå keraamisia tåyteaineita, kuten alumiinioksidia tai piikarbidia kuituina, leikattuina kuituina, hiukkasina, kuitukiteinå, kuplina, kuulina, kuitumattoina, tai vastaavina, ja påållystettyjå tåyteai-20 neita, kuten hiilikuituja, jotka on påållystetty alu-miinioksidilla tai piikarbidilla hiilen suojaamiseksi esim. sulan perusmetalli-alumiinin syovyttåvåltå vaikutuk-selta. Tåyteaineet voivat myos kåsittåå metalleja.
25 "Korkean låmpotilan valusydån" tåsså kåytettynå tarkoittaa • kappaletta, joka on muodostettu sellaisesta aineesta, josta voidaan muotoilla kopio toivotusta metallimatriisi-kom-posiittikappaleesta, ja joka matriisimetallin sulamislåm-potilassa oleellisesti voi såilyttåå muotonsa. Lisåksi 30 korkean låmpotilan valusydåmen tulisi pystyå keståmåån mitå tahansa sulan matriisimetallin kemiallista tai fyysistå vaikutusta, kun sula matriisimetalli saatetaan vålittomås-ti koskettamaan sitå; esimerkiksi pitåisi korkean låmpotilan valusydåmen pystyå keståmåån mahdollista puristus-35 jånnitystå, jota valusydåmen ympårillå jååhtyvå matriisimetalli aiheuttaa. Edullisesti tulisi valusydåmen olla kåtevåsti poistettavissa matriisimetallista sen jål- 18 91724 keen kun matriisimetalli on jåhmettynyt valusydåmen ympå-rillå.
"Tunkeutumisatmosfååri" tåssa kåytettynå tarkoittaa sita 5 atmosfaåriå, joka on lasnå ja joka vuorovaikuttaa mat-riisimetallin ja/tai esimuotin (tai tåyteaineen) ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja/tai tunkeutumisen ediståjån kanssa ja sallii tai ediståå matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen esiintymisen.
10 "Tunkeutumisen ediståjå" merkitsee tasså kaytettynå ainet-ta, joka ediståå tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista tåyteaineeseen tai esimuottiin. Tunkeutumisen ediståjå voidaan muodostaa esimerkiksi tunkeutumisen 15 ediståjån edeltåjån reaktiolla tunkeutumisatmosfåårin kanssa 1) kaasun ja/tai 2) tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja tunkeutumisatmosfåårin reaktiotuotteen ja/tai 3) tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja tåyteaineen tai . esimuotin reaktiotuotteen muodostamiseksi. Lisåksi tunkeu- • 20 tumisen ediståjåå voidaan syottåå suoraan ainakin yhteen seuraavista: esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfååriin; ja se voi toimia oleellisesti samalla tavalla kuin tunkeutumisen ediståjå, joka on muodostunut tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja jonkin 25 toisen aineen reaktiona. Lopuksi ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana tunkeutumisen ediståjån tulisi sijaita ainakin osassa tåyteainetta tai esimuottia spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.
30 "Tunkeutumisen ediståjån edeltåjå" merkitsee tåsså kåytet-tynå ainetta, joka yhdesså matriisimetallin, esimuotin ja/tai tunkeutumisatmosfåårin kanssa kåytettynå muodostaa tunkeutumisen ediståjån, joka aiheuttaa tai avustaa matriisimetallin spontaania tunkeutumista tåyteaineeseen tai 35 esimuottiin. Haluamatta sitoutua mihinkåån mååråttyyn teoriaan tai selitykseen, vaikuttaa siltå, ettå tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå pitåisi pystyå asettamaan, sen 19 91724 pitåisi sijaita tax 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 5 matriisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edeltåjå/tunkeu-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 10 låmpotilan ylåpuolella. Sellainen hoyrystyminen saattaa johtaa: 1) tunkeutumisen ediståjån edeltåjån reaktioon tunkeutumisatmosfåårin kanssa sellaisen kaasun muodostamiseksi, joka ediståå tåyteaineen tai esimuotin kostutta-mista matriisimetallilla; ja/tai 2) tunkeutumisen edistå-15 jån edeltåjån reaktioon tunkeutumisatmosfåårin kanssa sellaisen kiinteån aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen ediståjån muodostamiseksi ainakin tåyteaineen tai esimuotin osassa, joka ediståå kostutta-. mista; ja/tai 3) sellaiseen tunkeutumisen ediståjån edel- • 20 tåjån reaktioon tåyteaineessa tai esimuotissa, joka muo- dostaa kiinteån aineen, nesteen tai kaasun muodossa olevan tunkeutumisen ediståjån ainakin tåyteaineen tai esimuotin osassa, joka ediståå kostuttamista.
25 "Valusydån" tarkoittaa tåsså kåytettynå kappaletta, jonka muoto oleellisesti toistaa metallimatriisi-komposiitti-kappaleen toivotun muodon.
"Matriisimetalli" tai "matriisimetalliseos" merkitsevåt 30 tåsså kåytettynå sitå metallia, jota kåytetåån metallimat-.. riisikomposiitin muodostamiseksi (esim. ennen tunkeutumis- ta) ja/tai sitå metallia, joka sekoittuu tåyteaineeseen metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostamiseksi (esim. tunkeutumisen jålkeen). Kun matriisimetalliksi 35 nimetåån mååråtty metalli, on ymmårrettåvå, ettå sellainen matriisimetalli sisåltåå tåmån metallin oleellisesti puh-taana metallina, kaupallisesti saatavana metallina, jossa 20 91724 on epapuhtauksia ja/tai seosalneita, metallien muodostaman yhdisteenå tai seoksena, jossa tama metalli on paåasial-lisena osana.
5 "Matriisimetalli/tunkeutumisen ediståjån edeltåjå/tunkeu-tumisatmosfååri-jårjestelmå" eli "spontaani jarjestelma" viittaa tassa kaytettyna siihen aineiden yhdistelmåån, jolla esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin ja tåyteaineeseen. On yirvmårrettåvå, ettå kun esimerkin mat-10 riisimetallin, tunkeutumisen ediståjån edeltåjån ja tun-keutumisatmosfaarin vålisså esiintyy vinoviiva "/", sitå kåytetaan merkitsemåån jarjestelmaa tai aineiden yhdistel-maå, jolla mååråtyllå tavalla yhdisteltynå esiintyy spontaania tunkeutumista esimuottiin tai tayteaineeseen.
15 "Metallimatriisikomposiitti" eli "MMC" merkitsee tåsså kaytetynå ainetta, joka kasittaa kaksi- tai kolmiulottei-sesti liittyneen seoksen tai matriisimetallin, joka pitaå . sisållaan esimuottia tai tåyteainetta. Matriisimetalli voi . 20 sisåltåå erilaisia seosalkuaineita, joilla aikaansaadaan erityisesti toivotut mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuu-det tuloksena olevassa komposiitissa.
Matriisimetallista "poikkeava" metalli merkitsee metallia, 25 joka ei sisållå pååasiallisena ainesosana samaa metallia * kuin matriisimetalli (jos esimerkiksi matriisimetallin pååasiallisena osana on alumiini, niin "poikkeavan" metal-lin pååasiallisena osana voisi olla esimerkiksi nikkeli).
30 "Esimuotti" tai "låpåisevå esimuotti" merkitse tåsså kåytettynå sellaista huokoista tåytemassaa tai tåyte-ainemassaa, joka valmistetaan ainakin yhdellå rajapinnal-laf joka oleellisesti måårittelee tunkeutuvalle mat-riisimetallille rajapinnan, kuten massaa, joka riittåvån 35 hyvin pitåå ehjån muotonsa ja tuorelujuuden, niin ettå se aikaansaa mittapysyvyyden ennen kuin matriisimetalli tun-keutuu siihen. Massan tulisi olla riittåvån huokoista, niin 21 91724 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 5 ainetta (esim. keraamisia ja/tai metallihiukkasia, jauhei-ta, kuituja, kuitukiteitå, jne, sekå mitå tahansa nåiden yhdistelmåå). Esimuotti voi olla joko erillisenå tai kokoonpanona.
10 "Tulenkeståvå astia" merkitsee tåsså kåytettynå mitå tahansa astiaa tai ainetta, joka prosessiolooissa voi sisåltåå spontaanin jårjestelmån reagoimatta spontaanin jårjestelmån minkåån ainesosan kanssa sellaisella tavalla, joka oleellisesti haittaisi spontaania tunkeutumismekanis-15 mia.
"Varastolåhde" tai varasto merkitsee tåsså kåytettynå erillista matriisimetallin kappaletta, joka on sijoitettu . tåyteainemassan tai esimuotin suhteen niin, ettå kun 20 metalli sulaa, se voi virrata korvaamaan, tai eråisså tapauksissa alunperin aikaansaamaan ja sen jålkeen tåyden-tåmåån sitå matriisimetallin osaa, segmenttiå tai låhdettå, joka koskettaa tåyteainetta tai esimuottia.
25 "Spontaani tunkeutuminen" merkitsee tåsså kåytettynå mat- * riisimetallin tunkeutumista låpåisevåån tåyteainemassan tai esimuottiin, joka tapahtuu vaatimatta paineen tai tyhjon kåyttåmistå (ei ulkoisesti kohdistettua eikå sisåi-sesti kehitettyå).
30 .. "Jårjestelmån puhdistaja" tarkoittaa tåsså kåytettynå mitå tahansa sopivaa ainetta, joka spontaanin jårjestelmån yhteydesså kåytettynå voi puhdistaa tunkeutumisatmosfååriå poistaen tunkeutumisatmosfååristå mahdollisia ainesosia 35 tai spontaanista jårjestelmåstå kehittyviå ainesosia, jotka voisivat haitallisesti vaikuttaa spontaaniin tunkeu-tumismekanismiin.
22 91724
Seuraavat kuviot on jårjestetty keksinnon ymmårtåmisen tueksi, mutta niitå ei ole tarkoitettu rajoittamaan keksinnon suoja-alaa. Kaikissa kuvioissa on kåytetty mahdollisuuksien mukaan samoja viitenumeroita osoittamaan 5 samanlaisia osia, jolloin:
Kuvio 1 on poikkileikkaus matriisimetallikappaleesta, jonka sisallå on toivotun esimuotin muotoa vastaava ontelo; 10
Kuvio 2 esittåå tulenkeståvån astian, joka esillå olevan keksinnon mukaisesti sisåltåå tåyteaineella tåy-tetyn matriisimetallikappaleen; 15 Kuvio 3 havainnollistaa astiaa, jossa on sulan matriisime-tallin allas ja esimuotti; ja
Kuvio 4 havainnollistaa astiaa, matriisimetalliallasta ja siinå olevaa metallimatriisi-komposiittikappalet-20 ta, jossa on tapahtunut tåysin spontaani tunkeu- tuminen.
Esillå oleva keksinto liittyy metallimatriisi-komposiit-tikappaleen muodostamiseen muodostamalla ontelo mat-25 riisimetallikappaleeseen ja tåyttåmållå ontelo tåyteai- ·’ neella, joka ainakin osaksi on itsekantavaa. Ainakin joko tunkeutumisen ediståjåå ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå ja/tai tunkeutumisatmosfååriå tulisi syottåå matriisimetallikappaleeseen ja/tai esimuottiin, niin ettå 30 voisi esiintyå matriisimetallin spontaania tunkeutumista esimuottiin.
Kuvioon 1 viitaten esitetåån matriisimetallikappale 1, jossa on ontelo 2. Ontelon 2 muoto noudattaa edullisesti 35 valmiin metallimatriisi-komposiittikappaleen toivottua muotoa. Muotoillun ontelon 2 tuottamiseksi voidaan kåyttåå yhtå tai useampaa monista mahdollisista menetelmistå 23 91724 riippuen esimerkiksi komposiittikappaleen monimutkaisuu-desta ja matriisimetallin koostumuksesta. Sopiva ontelo voidaan tuottaa koneistamalla matriisimetallikappale esi-merkiksi varsijyrsimellå, såhkopurkauksella ja itiuilla 5 menetelmillå. Mutkikkaammille komposiittikappaleen muo-doille voi olla edullista muodostaa ontelo 2 muotoilemalla tai valamalla matriisimetallikappale 1 tarkoituksenmukai-sen korkean låmpotilan valusydåmen ympårille, joka toistaa komposiitin halutun muodon.
10
Korkean låmpotilan valusydån voidaan tuottaa muodostamalla sopivaa ainetta oleva kappale mallin tai valusydåmen ympårille, jolla on komposiitin haluttu muoto. Sellainen malli voi ola metalli-, kipsi-, muovi- tai muu malli, tai 15 jopa aikaisemmin muodostettu matriisikomposiittikappale. Erås sopiva aine kåytettåvåksi tåsså vaiheessa on sili-konikumi; voidaan myos kåyttåå muita aineita, kuten jåykistettåviå valuaineita, parafiinivahaa ja vastaavia. Kun sopivaa ainetta, esim. silikonikumia oleva kappale on 20 muodostettu, poistetaan siitå malli, ja tuloksena olevaa onteloa voidaan kåyttåå korkean låmpotilan valusydåmen muodostamiseksi.
Erityisesti voidaan ontelo tåyttåå kovettuvalla aineella, 25 joka tarkasti pystyy noudattamaan ontelon mittoja, ja jolla on muita toivottavia ominaisuuksia, joita selitetåån alempana. Erås sellainen kovettuva aine on kipsi. Ymmår-retåån, ettå edellå olevan tuloksena tåsså suoritusmuodossa on korkean låmpotilan valusydåmen muodostuminen, joka 30 tarkasti toistaa valmiin metallimatriisi-komposiittikap-paleen toivotn muodon.
Muodostettaessa matriisimetallikappaletta 1 kipsistå teh-dyn korkean låmpotilan valusydåmen ympårille, on edullista 35 kuivata valusydån perusteellisesti, esim. paistamalla se. Sen jålkeen korkean låmpotilan valusydån voidaan asettaa tarkoituksenmukaisesti tulenkeståvåån såilioon, johon kaa- 24 91724 detaan sulaa matriisimetallia. Jååhtyesså muotoutuu kap-pale 1, ja korkean låmpotilan valusydån poistetaan. Kaytettaessa korkean lampotilan valusydåmenå kipsia, voi-daan valusydån poistaa kast amal la valusydån vesisuihkulla.
5 Korkean låmpotilan valusydåmen poistamiseksi voidaan va-lusydåmen koostumuksen mukaan kåyttåå muita menetelmiå, niin ettå matriisimetallikappaleeseen 1 jåå ontelo 2.
Sen jålkeen kun on muodostettu kappale 1 ja ontelo 2, 10 tåytetåån ontelo 2 kuvioon 2 viitaten halutulla tåyteai-neella 5, johonh matriisimetalli spontaanisti tunkeutuu. Kuten edempånå yksityiskohtaisemmin selitetåån, vox tåy-teaine 5 kåsittåå mitå tahansa tåyteainetta, jotka ovat spontaanin jårjestelmån elementtejå, lukien elementeiksi 15 kappaleen 1 muodostavan matriisimetallin tai toisen eli lisåmatriisimetallin. Tåyteaine voi myos sisåltåå tarkoi-tuksenmukaista tunkeutumisen ediståjåå ja/tai tunkeutumi-sen ediståjån edeltåjåå, ja/tai toinen tai molemmat nåistå voivat sisåltyå matriisimetalliin ja/tai tunkeutumisatmos-20 fååriin.
Sen jålkeen voidaan tåyteaine 5 ja matriisimetallikappale 1 asettaa tulenkeståvåån astiaan 6, joka kuumennetaan sopivin vålinein, kuten såhkovastuksin kuumennettavalla 25 uunilla. Tarkoituksenmukainen tunkeutumisatmosfååri yllå-·’ pidetåån edullisesti astian 6 sisåtilassa niin, ettå spontaani tunkeutumisprosessi voi edetå. Yiranårretåån, ettå astiaan 6 voidaan sen sijaan jårjeståå inertti atmosfååri, joka riittåå eståmåån spontaanin jårjestelmån heikkenemi-30 sen, mikåli tunkeutumisen ediståjåå muutoin jårjestetåån spontaaniin jårjestelmåån.
Kuvioon 3 viitaten astia 6 kuumennetaan sopivasti, jolloin matriisimetallikappale 1 nesteytyy matriisimetallin al-35 taaksi. Ennen matriisimetallikappaleen 1 nesteytymistå tulisi tåyteaine muuntaa esimuotiksi 8. Sellainen muunnos voi tapahtua paikan påållå kuumennettaessa kappaletta 1 25 91724 altaan muodostamiseksi tunkeutumis- tai inertin atmosfåå-rin låsnåollessa, joko tayteaineen sintrautumisella tai muulla kemiallisella reaktiolla, kuten toisaalla selite-tåån. Tåyteaine voidaan esimerkiksi aluksi sekoittaa 5 tunkeutumisen ediståjån edeltajån kanssa, joka tunkeutu-misatmosfåårin låsnåollessa kuumennettuna ainakin osittain voi muuntua tunkeutumisen ediståjåksi, joka sitoo tayteaineen esimuotiksi. Altaan 7 muodostuessa voi matriisime-talli sitten spontaanisti tunkeutua esimuottiin 8, muodos-10 tåen lopuksi metallimatriisi-komposiittikappaleen 9, jota havainnollistetaan kuviossa 4. Ymmårretaån, etta tunkeu-tuminen voi esiintyå spontaanisti kaikkien matriisimetal-lia vastaan olevien esimuotin pintojen lapi.
15 Matriisimetallin spontaanin tunkeutumisen aikaansaamisek-si esimuottiin, tulisi spontaaniin jarjestelmåån jarjestaa tunkeutumisen ediståjå. Tunkeutumisen ediståjå voisi muo-dostua tunkeutumisen edistajan edeltåjåstå, joka voitai-siin jarjestaa 1) matriisimetalliin, ja/tai 2) esimuottiin, 20 ja/tai 3) tunkeutumisatmosfååristå, ja/tai 4) ulkoisesta lahteestå spontaaniin jarjestelmåån. Lisåksi, tunkeutumisen edistajan edeltajån sijasta voidaan tunkeutumisen ediståjåå syottåå suoraan ainakin joko esimuottiin, ja/tai matriisimetalliin, ja/tai tunkeutumisatmosfååriin. Lopuk-25 si, ainakin spontaanin tunkeutumisen aikana, tunkeutumisen *' ediståjån tulisi sijaita ainakin osassa tåyteainetta tai esimuottia.
Edullisessa suoritusmuodossa on mahdollista, etta tunkeu-30 tumisen ediståjån edeltåjån voidaan ainakin osittain antaa reagoida tunkeutumisatmosfåårin kanssa, niin ettå tunkeutumisen ediståjå voidaan muodostaa ainakin osassa esimuottia ennen kuin tai oleellisesti samanaikaisesti kun esimuotti koskettaa matriisimetallia (esim. jos tunkeutu-35 misen ediståjån edeltåjånå olisi magnesiumia ja tunkeutu-misatmosfåårinå typpeå, niin tunkeutumisen ediståjå voisi ________ __ -· 1— 91724 26 olla magnesiumnitridiå, joka voisi sijaita ainakin osassa esimuottia tai tåyteainetta).
Niissa oloissa, joita kåytetåån esillå olevan keksinnon 5 mukaisessa menetelmåsså, alumiini/magnesium/typpi-spon- taanissa tunkeutumisjårjestelmån tapauksessa esimuotin tulisi olla riittåvån låpåisevåå, jotta typpea sisåltåvå kaasu voisi tunkeutua esimuottiin prosessin jonkin vaiheen aikana ja/tai koskettaa sulaa matriisimetallia. Lisåksi 10 låpåisevåsså tåyteaineessa tai esimuotissa voi tapahtua sulan matriisimetallin tunkeutumista, jolloin aiheutuu sulan matriisimetallin spontaani tunkeutuminen typen lå-påisemåån esimuottiin, niin ettå se muodostaa metallimat-. . riisi-komposiittikappaleen ja/tai sattaa typen reagoimaan 15 tunkeutumisen ediståjån edeltajån kanssa tunkeutumisen ediståjån muodostamiseksi esimuottiin johtaen nåin spon-taaniin tunkeutumiseen. Spontaanin tunkeutumisen måårå ja metallimatriisikomposiitin muodostuminen vaihtelee pro-sessiolojen annetun yhdistelman mukaisesti, joita ovat mm.
: 20 magnesiumin måarå alumiiniauntriisiseoksessa ja/tai esi muotissa, magnesiumnitridin måarå esimuotissa ja/tai alu-miinimatriisimetallissa, muiden seosalkuaineiden (esim. pii, rauta, kupari, mangaani, kromi, sinkki, ja vastaavat) låsnåolo, esimuotin tai tåyteaineen muodostavan tåyteai-25 neen keskimååråinen koko (esim. hiukkashalkaisija), tåyteaineen tai esimuotin pintatila ja tyyppi, tunkeutumisat-mosfåårin typpipitoisuus, tunkeutumiselle annettu aika ja låmpotila, 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 ediståjån edeltåjånå), seoksen painoon ver-35 rattuna. Muita lisåseosalkuaineita, kuten edellå on seli-tetty, voidaan myos sisåltåå matriisimetalliin sen eri-tyisten ominaisuuksien rååtåloimiseksi. Lisåksi 27 91724 lisåseosalkuaineet voivat vaikuttaa matriisin alumiinime-tallissa tarvittavan magnesiumin mååråån, niin ettå se johtaa spontaaniin tunkeutumiseen tayteaineeseen tai esi-muottiin.
5
Magnesiumin håviåmista spontaanista jårjestelmåstå, esi-merkiksi hoyrystymisen vuoksi, tulisi vålttåå niin suuressa maårin, etta. jokin rnaara magnesiumia jåa muodostamaan tunkeutumisen ediståjåa. Siten on toivottavaa, etta aluksi 10 kåytetaån riittavaå seosalkuaineiden mååråå jotta spontaa-ni tunkeutuminen voisi tapahtua hoyrystymisen siihen vaikuttamatta. Lisaksi magnesiumin låsnaolo sekå esi-muotissa etta matriisimetallissa tai pelkastaan esimuotis-sa voi johtaa magnesiumin spontaania tunkeutumista vårten 15 vaadittavaan pienempåån maaraån (jota selitetåån yksityis-kohtaisemmin alempana). Typpiatmosfaarisså olevan typen maåra vaikuttaa myos metallimatriisi-komposiittikappaleen muodostumisnopeuteen. Erityisesti jos atmosfåårisså on alle 10 tilavuusprosenttia typpea, niin spontaania tunkeu-20 tumista esiintyy hyvin hitaasti tai hyvin vahån. On havaittu, etta on edullista kun atmosfaarissa on ainakin 50 tilavuusprosenttia typpea, joka johtaa esimerkiksi paljon nopeampaan tunkeutumiseen.
25 Sulan matriisimetallin tayteaineseen tai esimuottiin tunkeutumisen aikaansaamiseksi vaadittavan magnesiumin vahirn-maismaåra riippuu yhdestå tai useammasta tekijåstå, kuten prosessin lampotilasta, ajasta, muiden lisaseosalkuainei-den kuten piin tai sinkin lasnSolosta, tayteaineen luon-30 teestaf magnesiumin sisåltymisestå yhteen tai useampaan spontaanin jårjestelmån osaan, ja atmosfåarin typpisisål-losta. Voidaan kayttåå alempia låmpotiloja tai lyhyempiå kuumennusaikoja taydellisen tunkeutumisen aikaansaamiseksi, kun matriisimetalliseoksen ja/tai esimuotin magnesium-35 pitoisuutta nostetaan. Samaten annetulla magnesiumpitoi-suudella maåråttyjen lisåseosalkuaineiden, kuten sinkin lisaaminen mahdollistaa alempien lampotilo jen kåyttåmisen.
28 91724
Esimerkiksi matriisimetallin magnesiumpitoisuutta toimi-van alueen alapååsså, esim vålillå noin 1-3 painoprosenttia, voidaan kayttaa yhdesså ainakin jonkin seuraavien kanssa: våhimmåisprosessilåmpotilan ylittava låmpotila, 5 suuri typpipitoisuus, yksi tai useampia lisaseosalkuainei-ta. Ellei esimuottiin lisåta lainkaan magnesiumia, pidetaån vålillå noin 3-5 painoprosenttia magnesiumia sisåltåviå matriisimetalliseoksia edullisina, johtuen niiden yleises-tå kåytettåvyydestå laajoilla prosessiolojen alueilla, 10 jolloin ainakin 5 painoprosenttia pidetaån edullisena kåytettåesså alempia låmpotiloja ja lyhyempiå aikoja. Alumiiniseoksessa voidaan kåyttåå 10 painoprosentin ylit-tåviå magnesiumpitoisuuksia tunkeutumiseen vaadittavien låmpotilaolojen muuntelemiseksi.
15
Magnesiumpitoisuutta voidaan pienentåå muiden seosalkuai-neiden yhteydesså, mutta nåmå alkuaineet palvelevat aino-astaan lisåtoimintoja, ja niitå kåytetåån edellå mainitun magnesiumin minimimåårån tai sen ylittåvån måårån kanssa. 20 Esimerkiksi oleellisesti mitåån tunkeutumista ei esiinty-nyt nimellisesti puhtaalla alumiinilla, jota oli seostettu vain 10 % piillå, 1000°C låmpotilassa, alustaan 39 Crystolon (99 % puhdasta piikarbidia Norton Co:lta), jonka raekoko oli 500 mesh (mesh = seulan aukkojen lukumåårå tuumaa 25 kohti). Magnesiumin låsnåollessa on kuitenkin piin havaittu * ediståvån tunkeutumisprosessia. Lisåksi magnesiumin måårå muuttuu, jos sitå syotetåån yksinomaan esimuottiin tai tåyteaineeseen. On havaittu, ettå spontaani tunkeutuminen tapahtuu, kun jårjestelmåån syotetåån pienempi paino-30 prosentti magnesiumia, jos ainakin jokin måårå syotetyn magnesiumin kokonaismååråstå sijoitetaan esimuottiin tai tåyteaineeseen. Saattaa olla toivottavaa, ettå magnesiumia jårjestetåån pienempi måårå, jotta våltettåisiin ei-toi-vottujen metalliyhdisteiden syntyminen metallimatriisi-35 komposiittikappaleeseen. Esimuotin ollessa piikarbidia on havaittu, ettå matriisimetalli tunkeutuu spontaanisti esimuottiin, kun esimuotti saatetaan kosketukseen alu- 29 91724 miinimatriisimetallin kanssa, esimuotin sisåltåesså aina-kin 1 painoprosenttia magnesiumia ja oleellisesti puhtaan typpiatmosfåårin låsnåollessa. Alumiinioksidi-esimuotin tapauksessa hyvåksyttåvån spontaanin tunkeutumisen saavut-5 tamiseksi vaadittu magnesiumin maara on hieman suurempi. Erityisesti on havaittu, ettå kun samantapainen alu-miinimatriisimetalli saatetaan koskettamaan alumiinioksi-di-esimuottia, likimain samassa lampotilassa kuin alumiini joka tunkeutui piikarbidi-esimuottiin ja saman typpiatmos-10 faarin låsnåollessa, niin saatetaan tarvita noin 3 painoprosenttia magnesiumia samanlaisen spontaanin tunkeutumisen aikaansaamiseksi.
On myos havaittu, etta on mahdollista syottåa spontaaniin 15 jårjestelmåån tunkeutumisen ediståjån edeltajåå ja/tai tunkeutumisen ediståjaå seoksen pinnalle ja/tai esimuotin tai tåyteaineen pinnalle ja/tai esimuottiin tai tayteai-neeseen ennen kuin matriisimetallin annetaan tunkeutua . , tåyteaineeseen tai esimuottiin (ts. saattaa olla, ettei 20 syotettyå tunkeutumisen edistajan edeltajåå tai tunkeutumisen ediståjåå tarvitse seostaa matriisimetalliin, vaan ettå sitå yksinkertaisesti syotetåån spontaaniin jårjes-telmåån). Jos magnesiumia levitettåisiin matriisimetallin pinnalle, saattaa olla edullista, ettå tåmå pinta olisi se 25 pinta, joka on låhimpånå tai edullisesti kosketuksessa tåyteaineen låpåisevåån massaan tai påinvastoin; tai sellaista magnesiumia voitaisiin sekoittaa ainakin esimuotin tai tåyteaineen osaan. Lisaksi on mahdollista, ettå pinnalle levittåmisen, seostamisen ja magnesiumin sijoit-30 tcunisen ainakin esimuotin osaan, joitakin yhdistelmiå voitaisiin kåyttåå. Sellaiset yhdistelmåt tunkeutumisen ediståjån (ediståjien) ja/tai tunkeutvunisen ediståjån edeltåjån (edeltåjien) levittåmisesså saattaisivat johtaa alumiinimatriisimetallin esimuottiin tunkeutumisen edis-35 tåmiseen vaadittavan magnesiumin kokonaispainoprosentti-måårån pienenemiseen, samoinkuin alempien låmpotilojen saavuttamiseen, joissa tunkeutumista voi esiintyå. Lisåksi 30 91724 magnes±um±n låsnåolosta johtuva metallien epåtoivottujen keskinåisten yhdisteiden muodostuminen voitaisiin myos minimoida.
5 Yhden tai useamman lisåseosalkuaineen kåyttåminen ja ympåroivån kaasun typpipitoisuus vaikuttavat myos mat-riisimetallin nitrautumiseen annetussa låmpotilassa. Esi-merkiksi voidaan seokseen sisållyttåå tai seoksen pinnalle levittåå sellaisia lisaseosalkuaineita kuin sinkkiå tai 10 rautaa tunkeutumislåmpotilan alentamiseksi ja siten muo-dostuvan nitridin maaran pienentåmiseksi, kun taas kaasussa olevan typen pitoisuuden lisååmistå voitaisiin kayttåå nitridin muodostumisen ediståmiseen.
15 Seoksessa olevan ja/tai seoksen pinnalle levitetyn ja/tai tåyteaineeseen tai esimuottiin yhdistetyn magnesiumin pitoisuus pyrkii myos vaikuttamaan tunkeutumisen maåråån annetussa låmpotilassa. Vastaavasti eråissa tapauksissa, joissa pieni maara tai ei lainkaan magnesiumia saa olla 20 kosketuksessa suoraan esimuottiin tai tåyteaineeseen, saattaa olla edullista, ettå ainakin 3 painoprosenttia magnesiumia sisållytetåån raatriisimetalliseokseen. Tåtå arvoa pienemmåt seosmååråt, kuten 1 painoprosentti magnesiumia, saattaa vaatia korkeammat prosessilåmpotilat tai 25 lisaseosalkuaineita tunkeutumista vårten. Tåmån keksinnon spontaanin tunkeutumisprosessin toteuttamiseksi vaadittu låmpotila voi olla alempi: 1) kun yksinomaan seoksen magnesiumpitoisuutta nostetaan, esim. ainakin noin 5 painoprosenttiin; ja/tai 2) kun seostavia aineita sekoi-30 tetaan tåyteaineen låpåisevåån massaan tai esimuottiin; ja/tai 3) kun alumiiniseoksessa on toista alkuainetta, kuten sinkkiå tai rautaa. Låmpotila voi myos vaihdella eri tåyteaineilla. Yleenså esiintyy spontaania ja etenevåå tunkeutumista prosessilåmpotilassa, joka on ainakin noin 35 675°C, edullisesti prosessilåmpotilassa, joka on ainakin noin 750 - 800°C. Yleenså yli 1200°C olevat låmpotilat eivåt nåytå ediståvån prosessia, ja erityisen kåyttokepoiseksi 31 91724 låmpotilaksi on havaittu alue noin 675°C - noin 1200°C. Kuitenkin yleisenå sååntonå spontaanin tunkeutumisen 1am-potila on sellainen låmpotila, joka on matriisimetallin sulamispisteen ylåpuolella mutta matriisimetallin hoyrys-5 tymislåmpotilan alapuolella. Lisaksi spontaanin tunkeutumisen lampotilan tulisi olla tayteaineen sulamispisteen alapuolella. Edelleen, kun lampotilaa nostetaan, kasvaa pyrkimys matriisimetallin ja tunkeutumisatmosfåårin vali-sen reaktiotuotteen muodostamiseen (esim. alumiinimat-10 riisimetallin ja typpeå olevan tunkeutumisatmosfåårin tapauksessa saattaa muodostua alumiininitridiå) . Sellaiset reaktiotuotteet saattavat olla toivottavia tai ei-toivot-tuja, riippuen metallimatriisi-komposiittikappaleen aio-tusta kåytostå. Lisåksi tyypillisesti kåytetåån såhkovas-15 tuskuumennusta tunkeutumislåmpotilojen saavuttamiseksi.
Keksinnon yhteydesså kåytettåvåksi hyvåksytåån kuitenkin mikå tahansa kuumennusvåline, joka voi saattaa matriisimetallin sulamaan ja joka ei vaikuta haitallisesti spon-taaniin tunkeutumiseen.
20
Esillå olevassa menetelmåsså esimerkiksi låpåisevå tåyte-ainemassa, joka jossakin prosessin vaiheessa voi muodostua itsekantavaksi (ts. muotoutua esimuotiksi) saatetaan kos-ketukseen sulan alumiinin kanssa typpeå sisåltåvån kaasun 25 ollessa låsnå ainakin jossakin prosessin vaiheessa. Låpåisevå tåyteainemassa voi sisåltåå tunkeutumisen edistå-jåå ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå. Typpeå sisåltåvåå kaasua voidaan syottåå yllåpitåmåån jatkuva kaasun virtaus kosketukseen ainakin joko tåyteaineeseen 30 (esimuottiin) ja/tai sulaan alumiiniroatriisimetalliin. Vaikkei typpeå sisåltåvån kaasun virtausmåårå ole kriit-tinen, pidetåån edullisena ettå virtausmåårå on riittåvå kompensoimaan nitridin muodostumisesta seosmatriisissa johtuva mahdollinen typen håviåminen atmosfååristå, sekå 35 eståmåån tai torjumaan ilman sisåån pååseminen, jolla voi olla hapettava vaikutus sulaan matriisimetalliin ja/tai 32 91724 tunkeutumisen edistajaan ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjåån.
Esillå olevaa metallimatriisikomposiitin muodostamis-5 menetelmaa voidaan soveltaa tayteaineiden laajaan valikoi-maan, ja tayteaineiden valinta riippuu sellaisista teki-joista, kuten matriisiseoksesta, prosessin olosuhteista, sulan matriisimetalliseoksen reaktiivisuudesta tayteai-neen kanssa, seka lopulliselle metallimatriisi-komposiit-10 tituotteelle haetuista ominaisuuksista. Kun matriisimetal-lina on esimerkiksi alumiini, lukeutuvat sopiviksi tåyteaineiksi a) oksidit, esim. alumiinioksidi, b) karbi-dit, esim. piikarbidi, c) boridit, esim. alumiinidodeka-boridi, ja d) nitridit, esim. alumiininitridi. Mikåli 15 tayteaine pyrkii ragoimaan sulan alumiinimatriisimetallin kanssa, tarna voidaan ottaa huomioon minimoimalla tunkeu-tumisaika ja -lampotila tai jarjestamalla reagoimaton paallystys tayteaineelle. Tayteaine voi kåsittaå alustan, kuten hiiltå tai ei-keraamista ainetta, jonka paalla on -- 20 keraaminen paallystys alustan suojaamiseksi syopymiselta tai heikkenemiseltå. Sopivia keraamipåållysteitå ovat mm. oksidit, karbidit, boridit ja nitridit. Esilla olevassa menetelmåssa kaytettaviksi edullisina pidettyjå keraameja ovat mm. alumiinioksidi ja piikarbidi hiukkasten, hiuta-25 leiden, kuitukiteiden ja kuitujen muodossa. Kuidut voivat olla epajatkuvia (leikatussa muodossa) tai jatkuvan såikeen muodossa, kuten monisåikeiset langat. Lisåksi keraaminen massa tai esimuotti voi olla homogeeninen tai epåhomogeeni-nen.
30
On myds havaittu, etta maaratyilla tåyteaineilla esiintyy suurempaa tunkeutumista suhteessa tåyteaineisiin, joilla on samantapainen kemiallinen koostumus. Esimerkiksi US-pa-tentissa 4,713,360 (nimitys "Uusia keraamisia aineita ja 35 menetelmia niiden valmistamiseksi" ) kuvatulla menetelmalla valmistetuilla murskatuilla alumiinioksidi-kappaleilla on edulliset tunkeutumisominaisuudet verrattuna kaupallises- 33 91724 ti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Lisaksi rinnakkaisessa US-patenttihakemuksessa 819,397 (nimitys: "Komposiittikeraamisia esineitå ja niiden valmistus-menetelmå" ) esitetyllå menetelmållå tehdyillå murskatuilla 5 alumiinioksidikappaleilla on myos edulliset tunkeutu-misominaisuudet verrattuna kaupallisesti saatavilla oleviin alumiinioksidituotteisiin. Edella mainitut patentti-julkaisut esitetåån tåsså nimenomaisina viittauksina. Nain olien on havaittu, etta tåydellinen tunkeutuminen keraa-10 mista ainetta olevaan låpåisevåan massaan voi tapahtua alemmissa tunkeutumislåmpotiloissa ja/tai lyhyemmillå tun-keutumisajoilla kayttåen puristettuja tax murskattuja kappaleita, jotka on valmistettu edella mainittujen patentti julkaisujen mukaisella menetelmållå.
15 Tåyteaineen koko ja muoto voi olla mika tahansa sellainen, joka vaaditaan komposiitin toivottujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Siten aine voi olla hiukkasten, kuituki-teiden, hiutaleiden tai kuitujen muodossa, koska tayteai-20 neen muoto ei rajoita tunkeutumista. Voidaan kayttåa muitakin muotoja, kuten kuulia, pieniå putkia, pellettejå, tulenkeståvaa kuitukangasta, ja vastaavia. Lisaksi aineen koko ei rajoita tunkeutumista, vaikka pienten hiukkasten massalla saatetaan tunkeutumisen loppuunviemiseksi tarvita 25 korkeampi låmpotila tai pidempi aika kuin suuremmilla hiukkasilla. Lisåksi (esimuotiksi muotoillun) tåyte-ainemassan tulisi tunkeutumista vårten olla lapaisevåå, ts. sen tulisi olla sulaa matriisimetallia ja mahdollisesti tunkeutumisatmosfaariå lapaisevåå.
30
Esillå olevan keksinnon mukainen menetelmå metallimatrii-si-komposiittikappaleiden muodostamiseksi sallii oleelli-sesti yhtenåisten metallimatriisikomposiittien valmista-misen, joilla on suuri tilavuusosa tåyteainetta ja pieni 35 huokoisuus, koska ne eivåt ole riippuvaisia paineen kåyttåmisestå sulan matriisimetallin puristamiseksi esi-muottiin tai tåyteainemassaan. Suurempia tåyteaineen ti- 91724 _____ T— 34 lavuusosuuksia voidaan aikaansaada kåyttåmållå alussa tåyteainemassaa, jolla on pienempi huokoisuus. Suurempia tilavuusosuuksia voidaan myos aikaansaada silloin, jos tåyteainemassa tiivistetåån tai tehdåån muulla tavalla 5 tiiviimmåksi, edellyttåen ettei massaa muuteta joko taysin tiiviiksi suljetuin kennohuokosin tai taysin tiiviiksi rakenteeksi, mikå eståisi sulan seoksen tunkeutumisen.
On havaittu, etta alumiinin tunkeutumista ja matriisin 10 muodostumista vårten tåyteaineen ympårille voi tayteai-neen kostutus alumiinimatriisimetallilla olla tårkeå osa tunkeutumismekanismista. Lisaksi alhaisissa prosessilåm-potiloissa esiintyy erittain våhån tai håviåvan våhån metallin nitridiksi muuttumista, jonka takia saadaan 15 erittain våhåinen epåjatkuva alumiininitridin faasi metal-limatriisiin jakautuneena. Kun lahestytåån lampotila-alu-een ylapaåta, tapahtuu kuitenkin todennåkoisemmin metallin nitridiksi muuttumista. Siten voidaan sååtaa nitridifaasin osuutta metallimatriisissa muuttamalla låmpotilaa, jossa .1 20 tunkeutuminen tapahtuu. Ne mååråtyt låmpotilat, joissa nitridin muodostuminen tulee merkittåvammåksi, muuttuvat myos sellaisista tekijdistå riippuen, kuten kåytetty matriisin alumiiniseos ja sen måårå suhteessa tåyteaineen tai esimuotin mååråån, tåyteaineen måårå johon tunkeutu-25 misen on tapahduttava, sekå tunkeutumisatmosfåårin typpi-* pitoisuus. Esimerkiksi alumiininitridin muodostumisen måå- rån uskotaan mååråtysså prosessilåmpotilassa kasvavan, kun seoksen kyky tåyteaineen kostuttamiseen pienenee ja kun atmosfåårin typpipitoisuus kasvaa.
30
Sen vuoksi on mahdollista rååtåloidå metallimatriisin rakennetta metallimatriisikomposiitin muodostuksen aika-na, niin ettå voidaan antaa tuloksena olevalle tuotteelle mååråtyt ominaisuudet. Annetulla jårjestelmållå voidaan 35 prosessin olosuhteet valita nitridin muodostuksen sååtå-miseksi. Alumiininitridiå sisåltåvållå komposiittituot-teella on eråitå ominaisuuksia, jotka voivat olla edullisia 35 91724 tuotteen suorituskyvylle tai parantaa niita. Lisåksi alumiiniseoksen spontaanin tunkeutumisen edullinen låmpo-tila-alue voi vaihdella kaytetystå keraamisesta aineesta riippuen. Kun tåyteaineena on alumiinioksidia, ei tunkeu-5 tumisen låmpotilan tulisi ylittåå 1000°C, mikali halutaan, ettei matriisin muovattavuus oleellisesti pienene merkit-tavån nitridin muodostumisen johdosta. Låmpotilan 1000°C ylittåviå låmpotiloja voidan kuitenkin kåyttåå, mikali halutaan tuottaa komposiitti, jonka matriisilla on heikompi 10 muovattavuus ja suurempi jåykkyys. Piikarbidiin tunkeutu-mista vårten voidaan kåyttåå korkeampia, noin 1200°C låmpotiloja, koska piikarbidia tåyteaineena kåytettåesså alumiiniseoksesta syntyy våhemmån nitridejå, kuin alu-miinioksideja tåyteaineena kåytettåesså.
15
Lisåksi on mahdollista kåyttåå matriisimetallin varasto-låhdettå tåyteaineen tåydellisen tunkeutumisen varmista-miseksi ja/tai syottåå toista metallia, jolla on erilainen , koostumus kuin matriisimetallin ensimmåisellå låhteellå.
20 Esimerkiksi matriisimetallia olevan kappaleen koko voi olla riittåmåton takasunaan tåydellisen tunkeutumisen esimuot-tiin; siten matriisimetallia oleva kappale voidaan viedå olemassa olevaan suurempaan altaaseen eli matriisimetallin varastoon, joka sulattaisi matriisimetallia olevan kappa-25 leen, mahdollistaen spontaanin tunkeutumisen. Lisåksi ’ eråisså tapauksissa voi olla toivottavaa kåyttåå varasto- låhteesså matriisimetallia, joka koostumukseltaan poikkeaa matriisimetallia olevan kappaleen muodostavasta matriisimetallin ensimmåisestå låhteestå. Jos esimerkiksi 30 alumiiniseosta kåytetåån ensimmåisenå matriisimetallin låhteenå, niin varastolåhteen metallina voitaisiin kåyttåå nåennåisesti mitå tahansa toista metallia tai metalliseos-ta, joka on sulanut prosessilåmpotilassa. Sulat metallit ovat usein hyvin sekoittuvia toistensa kanssa, mikå 35 johtaisi varastolåhdemetallin sekoittumiseen matriisimetallin ensimmåiseen låhteeseen niin kauan kuin annetaan riittåvåsti aikaa sekoittumista vårten. Kåytettåesså en- 36 91724 simmåisen matriisimetallin låhteestå poikkeavan koostumuk-sen omaavaa varastolåhdemetallia, on siten mahdollista rååtåloidå metallimatriisin ominaisuuksia erilaisten toi-mintavaatimusten tåyttåmiseksi ja siten raataloidå metal-5 limatriisikomposiitin ominaisuuksia.
Estovålinettå voidaan myos kåyttåå esillå olevan keksinnon yhteydesså. Tåmån keksinnon yhteydesså kåytettåvå estovå-line voi erityisesti olla mikå tahansa soveltuva valine, 10 joka vuorovaikuttaa, eståå ja lopettaa sulan matriisiseok-sen (esim. alumiiniseos) kulkeutumisen, siirtymisen tai vastaavan tåyteaineen mååritellyn rajapinnan ohi. Sopivia estovålineitå voivat olla mitkå tahansa aineet, yhdisteet, alkuaineet, koostumukset tai vastaavat, jotka prosessin 15 olosuhteissa yllåpitåvåt jonkinasteisen eheyden eivåtkå ole haihtuvia, ja jotka edullisesti ovat prosessissa kåytettyå kaasua låpåiseviå, ja jotka samoin pystyvåt paikallisesti eståmåån, pysåyttåmåån, vuorovaikuttamaan, torjumaan, jne, jatkuvan tunkeutumisen tai minkå tahansa il 20 muun liikkeen keraamisen tåyteaineen mååritellyn rajapin nan ohi. Sellaisia aineita ovat grafiitti ja hiilen muut muodot, sekå erilaiset keraamit, esim. oksidit, boridit ja vastaavat.
25 Estovålinettå voidaan jårjeståå esimuotin yhdelle tai useammalle pinnalle ediståmåån esimuotin muodon såilymistå tai muutoin suojaamaan esimuottia ja/tai metallimatriisi-komposiittikappaletta kåsittelyn aikana. Erityisesti, jos esimuotti muodostetaan kuvioiden 1 ja 2 mukaisesti, niin 30 kappaleen 1 ontelo 2 voitaisiin vuorata tai pinnoittaa sopivalla estoaineella esimuotin lisåtueksi tai sen verk-** komuoto-ominaisuuksien korostamiseksi tunkeutumisen jål- keen. Estovåline voidaan muotoilla tarkoituksenmukaisella tavalla keståvån pinnan aikaansaamiseksi metallimatriisi-35 komposiittikappaleeseen tarttumiseksi tai muulla tavalla poistamiseksi sulasta matriisimetallista, mutta kuitenkin edelleen anteunaan komposiitin muodostumisen edut mahdol- 37 91724 lisimman våhållå jålkikåteen tapahtuvalla muodon kåsitte-lyllå.
Vålittomåsti seuraavissa esimerkeisså on esillå olevan 5 keksinnon erilaisia demonstraatioita. Nåitå esimerkkejå on kuitenkin pidettåvå havainnollistavina, eikå niitå pida ymmårtåå keksinnon suoja-alaa rajoittavina, joka mååritel-låån oheisissa patenttivaatimuksissa.
10 Esimerkki 1
Halkaisijaltaan noin 7,6 cm olevaa tavanomaista teråslai-tetta kåytettiin mallina eli valusydåmena lopullista metallimatriisi-komposiittikappaletta vårten. Laite upo-15 tettiin GI-1000 -kumivaluyhdistekappaleeseen (jota saadaan Plastic Tooling Supply Corlta) kaatamalla yhdistettå laitteen ympårille ja antamalla sen kovettua. laite poistettiin sen jålkeen varovasti kovettuneesta yhdistes-tå, jolloin siihen muodostui ontelo. Tåmå ontelo tåytettiin 20 seoksella, jossa oli likimain yhta suurer osat kipsiå (jota esim. saadaan Bondex Co:lta) ja titaanidioksidia. Ti-taanidioksidi teki kipsin eneimnån sementtiå muistuttavak-si, vaikkei sen olemassaolo ja osuus seoksessa ole kriittinen, koska mita tahansa uudelleen kastettavaa kipsiå 25 voidaan kåyttåå. Kipsin ja titaanidioksidin suhdetta voidaan lisåksi vaihdella (esim. alueella 30/70 - 70/30).
Kovettuessaan kipsi muodosti korkean låmpotilan valusydå-men, joka poistettiin kumivaluyhdisteestå. Korkean låmpo-30 tilan valusydån asetettiin uuniin ja kuivattiin perusteel-lisesti 200°C:ssa noin kahden tunnin ajan. Kuivuttuaan korkean låmpotilan valusydån asetettiin 316-ruostumatonta teråstå olevaan tolkkiin, 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 låmpotilan valusydåmen påålle painolastiksi, ja tolkki korkean låmpotilan va- 38 91724 lusydåmineen esikuumennettiin noin 300°C:seen. Sitten kaadettiin noin 800°C låmpotilassa olevaa sulaa alu-miiniseosta tolkkiin korkean låmpotilan valusydåmen påål-le, ja tolkin kylkia koputettiin tarkoituksena kuplien 5 poistaminen sulasta metallista. Seoksen koostumuksena oli noin 77 painoprosenttia alumiinia, noin 12 painoprosenttia piitå, noin 5 painoprosenttia sinkkia ja noin 6 painoprosenttia magnesiumia (ts. Al-12Si-5Zn-6Mg). Ymmårretåån, etta seoksen koostumus voidaan valita kaytettåvån tåyte-10 aineen mukaisesti tai lopulliselle komposiittikappaleelle haluttujen ominaisuuksien mukaisesti.
Tolkin annettiin jaahtyå muutamia minuutteja, jolloin ’· ' alumiiniseos jahmettyi korkean låmpotilan valusydåmen 15 ympårille, ja kiinteå seoskappale poistettiin tolkistå. Sitten valusydån kostutettiin uudelleen vedellå, jolloin se pehmeni ja se voitiin huuhdella pois kiinteåstå alumiiniseoksesta. Seokseen jååvå ontelo såilytti laitteen muodon, ja seoskappale kuivattiin huolellisesti kuumenta-20 malla se noin 150°C:seen noin tunnin ajan.
Sitten onteloon tiivistettiin kåsin tåyteainetta, joka kåsitti sekoituksena 1000 mesh piikarbidijauhetta (39 Crystolon, Norton Corlta) ja noin 2 painoprosenttia 325 25 mesh magnesiumjauhetta. Lisåå magnesiumjauhetta ripotel-tiin tåytetyn ontelon pinnalle; tåmå ylimåårå magnesiumia kiihdytti spontaania tunkeutumista, mutta ei ole vålttå-måton menetelmålle. Joskus on myos eduksi polyttåå ontelon sisåtila magnesiumilla ennen sen tåyttåmistå tåyteaineel-30 la.
Seoskappale tiivistettyine laitteen muotoisine tåyteainei-neen palautettiin graf iittivuorattuun teråstolkkiin. Jouk-ko puhdistettuja alumiiniseosvalanteita samalla seoskoos-35 tumuksella lisåttiin tolkkiin, ja asetettiin koskettamaan tåytetyn ontelon pintaa. Nåmå valanteet puhdistettiin teråsraepuhdistamalla ja pesemållå liuottimessa, kuten 39 91724 etanolissa leikkausoljyjen ja mahdollisten muitten or-gaanisten yhdisteiden poistamiseksi. Valanteiden lukumaara. ei ole kriittinen, edellyttåen ettå jårjestetåån riitta-vasti seosta halutun spontaanin tunkeutumisen maarån 5 alkaansaamiseksi.
Seosvalanteiden påålle lisattiin pieni grafiittia (esim. Permafoil (R)) oleva laatikon muotoinen astia, joka sisålsi herneen kokoisen massan titaania (4 mesh x 30 mesh, 10 epåtasaisen kokoista hiukkasta, jota saadaan Chemalloy Co., Inc:lta). Titaani toimi jarjestelman puhdistimena, ts. hapen sitojana menetelmaa vårten.
Sitten tolkki peitettiin ohuella kuparikalvolla, joka 15 kåånnettiin tolkin reunojen yrnpari, osittain sen sulkien. Ruostumatonta terasta oleva putki johdettiin kalvon låpi, ja sen jålkeen kun tolkki oli asetettu sopivaan uuniin johdettiin oleellisesti puhdasta typpea putken kautta virtausmaarana 0,4 1/minuutti tai enemman huuhtelemaan 20 tolkin sisåtilaa, ja uunin lampotila nostettiin noin 120°C:seen. Noin tunnin kuluttua såhkovastuksin kuumennet-tava uuni kuumennettiin noin 120°C:sta noin 800°C lampoti-laan noin 12 tunnin jakson aikana, sitten pidettiin noin 800°C:ssa noin 12 tuntia. On havaittu, ettå noin 500 -25 600°C olevassa lampotilassa seosontelossa oleva tåyteaine kiinteytyy esimuotiksi, mahdollisesti nitridin muodostu-misen 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 poistet-tiin tolkistå sen jålkeen kun ylimååråinen sula seos oli poistettu tolkin pohjassa olevan reiån kautta. Seosaltaan 35 pinnalla mahdollisesti oleva kuona poistetaan edullisesti ennen tyhjentåmistå, vaikka metallimatriisikomposiittiin mahdollisesti kiinnittyvå kuona voidaan poistaa jålkeen- 91 724 40 pain, esimerkiksi teråsraepuhdistamalla komposiittia. Tyh-jentåmisen jalkeen metallimatriisikomposiittilaitteen an-nettiin jååhtyå ilmassa. Nain saatu komposiitti oli kokonaan tunkeutumiskåsitelty ja sillå oli hyva muotoyh-5 tenevåisyys teraslaitemallin kanssa.
Esimerkki 2
Noudatettiin esimerkisså 1 selitettyå menettelyå, vaikka 10 mallina eli valusydåmenå kåytettiin teråslaitteen tilalla muotoa, joka oli muotoiltu vaahteran lehdeksi. Kun alu-miiniseoskappaleeseen oli muodostettu ontelo, onteloa lisåksi hiekkapuhallettiin ennen sen polyttamista 325 mesh magnesiumjauheella, ja se taytettiin tayteaineella. Hiek-15 kapuhaltaminen karkeutti seosta ja helpotti siten mag-nesiumjauheen kiinnittyiuistå seokseen. Varmistéimalla tallå tavalla magnesiumin ja/tai magnesiumnitridin lasnaolo lopuksi sulavan seoksen ja kiinteåksi saatetun esimuotin vålillå, taattiin huolellinen spontaani tunkeutuminen myos 20 lehden reunoilla ja karjissa.
Typpikaasu huuhteli terastolkin sisatilaa virtausmaårånå noin 2,5 1/minuutti, ja tolkin sisåtilassa pidettiin noin 750°C låmpotila (joka vastaa uunin lampotilaa noin 800°C) 25 noin 2 tunnin ajan, sen jalkeen kun uunin lampotilaa oli nostettu noin kahden tunnin jakson aikana. Tunkeutunut komposiitti poistettiin sitten kuumana. Tasaisemman tolkin kuumentamisen aikaansaamiseksi uunissa, tolkin ulkokehålle kaårittiin 3 mm paksu kerros amorfista piioksidimattoa 30 (Fiberfax (R), jota saadaan McNeil Refractories, Inc:lta).
Lisaksi havaittiin, ettå tasså esimerkisså oli toivottavaa, ettå seosontelo ja tåyteaine sijoitettiin terastolkin pohjalle, koska esimuotti oli ennen spontaania tunkeutu-35 mista riittåvån kelluva kelluakseen sulan seoksen altaan pinnalla. Vaikka spontaania tunkeutumista esiintyi pinnal-la, piti altaan pintajånnityksen ja viskositeetin sekå 91724 41 lehden laa jan muodon yhdistelxnå esimuottia, jossa tunkeu-tuminen oli tapahtunut, altaan pinnalla jossa se todenna-koisesti vioittuisi kuonaa poistettessa. Huomattakoon, etta muun muotoiset ja eri lailla kelluvat komposiitit 5 eivåt mahdollisesti pysy seosaltaan pinnalla.
Tålla tavalla tuotetulla metallimatriisikomposiittileh-dellå oli erittåin hyvå muodon toistuvuus ja siinå oli tapahtunut perinpohjainen spontaani tunkeutuminen.
10 15 20 25 30 35

Claims (12)

91724
1. Menetelmå metallimatriisikomposiitinvalmistamiseksi, tunnettu siitå, ettå muodostetaan ontelo kiinteåån matriisimetalliin; 5 sijoitetaan onteloon låpåisevåå, oleellisesti ei-reagoivaa tåyteainetta siten, ettå tåyteainemassa on kokonaisuudes-saan ontelon sisållå; aiheutetaan tåyteaineen muuttuminen itsekantavaksi ja saatetaan oleellisesti noudattamaan ontelon muotoa; 10 sulatetaan matriisiraetalli; ja saatetaan prosessiin ainakin jossakin sen vaiheessa tun-keutumisatmosfååri sekå sen lisåksi tunkeutumisen edistå-jåå ja/tai tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå siten, ettå niiden vaikutuksesta sula matriisimetalli spontaanisti 15 tunkeutuu ainakin osaan låpåisevåå, itsekantavaa tåyte ainetta .
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå syotetåån tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå 20 ja/tai tunkeutumisen ediståjåå matriisimetalliin ja/tai tåyteaineeseen ja/tai tunkeutumisatmosfååriin.
3. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå tåyteaine kåsittåå ainakin yhtå ainetta, joka 25 on valittu ryhmåstå, joka kåsittåå jauheita, hiutaleita, : mikrokuulia, kuitukiteitå, kuplia, kuituja, hiukkasia, kuitumattoja, katkaistuja kuituja, kuulia, pellettejå, pieniå putkiaihioita ja tulenkeståviå kankaita.
4. Patenttivaatimuksen l tai 3 mukainen menetelmå, tun nettu siitå, ettå tåyteaine saatetaan itsekantavaksi al-tistamalla tåyteaine låmmdnlåhteelle ja/tai sitomisaineel-le.
5. Patenttivaatimuksen l mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå tåyteaine muuttuu itsekantavaksi oleellisesti samanaikaisesti kun matriisimetalli sulaa tai ennen sitå. 91724
6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå ontelo muodostetaan koneistamalla matriisime-tallivalannetta, ja/tai kokoamalla useita matriisimetal-lista muotoiltuja kappaleita, ja/tai valamalla matriisime- 5 tallia valusydåmen ympårille, ja/tai uuttamalla pois osa matriisimetallivalanteesta, ja/tai edullisesti sulattamal-la pois osa matriisimetallivalanteesta.
7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu 10 siitå, ettå ontelo muodostetaan muodostamalla kumimuotti valusydåmen ympårille, joka on toivotun metallimatriisi-komposiittikappaleen muotoinen, poistamalla valusydån ku-mimuotista, tåyttåmållå kumimuotti tulenkeståvållå aineel-la, muodostamalla tulenkeståvå valusydån tulenkeståvåstå 15 aineesta, kiinteyttåmållå sulaa matriisimetallia tulenkes-tåvån valusydåmen ympårille ja poistamalla tulenkeståvå valusydån kiinteytyneestå matriisimetallista.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmå, tunnettu 20 siitå, ettå tulenkeståvå aine kåsittåå kipsiå.
9. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå tunkeutumisen ediståjån edeltåjåå ja/tai tun-keutumisen ediståjåå syotetåån tåyteaineeseen ja ettå se 25 saattaa tåyteaineen itsekantavaksi, kun sitå kuumennetaan : tunkeutumisatmosfåårin låsnåollessa.
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå tåyteaine oleellisesti tåyttåå ontelon. 30
11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu ‘‘ siitå, ettå tåyteaine tåyttåå ontelon vain osittain.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmå, tunnettu 35 siitå, ettå tåyteaine saatetaan pinnoitteena ontelon sei- nåmille. 91724
FI894932A 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen FI91724C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/269,295 US5004036A (en) 1988-11-10 1988-11-10 Method for making metal matrix composites by the use of a negative alloy mold and products produced thereby
US26929588 1988-11-10

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI894932A0 FI894932A0 (fi) 1989-10-17
FI91724B FI91724B (fi) 1994-04-29
FI91724C true FI91724C (fi) 1994-08-10

Family

ID=23026651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI894932A FI91724C (fi) 1988-11-10 1989-10-17 Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen

Country Status (20)

Country Link
US (1) US5004036A (fi)
EP (1) EP0368786B1 (fi)
JP (1) JP2905518B2 (fi)
KR (1) KR0134966B1 (fi)
CN (1) CN1042498A (fi)
AT (1) ATE113316T1 (fi)
AU (1) AU625091B2 (fi)
BR (1) BR8905614A (fi)
CA (1) CA2000778A1 (fi)
DE (1) DE68919048T2 (fi)
DK (1) DK558889A (fi)
FI (1) FI91724C (fi)
IL (1) IL91732A0 (fi)
MX (1) MX172495B (fi)
NO (1) NO893985L (fi)
NZ (1) NZ231083A (fi)
PH (1) PH26123A (fi)
PT (1) PT92245B (fi)
TR (1) TR27099A (fi)
ZA (1) ZA898548B (fi)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5529109A (en) * 1988-11-10 1996-06-25 Lanxide Technology Company, Lp Flotation process for the formation of metal matrix composite bodies
US5361824A (en) * 1990-05-10 1994-11-08 Lanxide Technology Company, Lp Method for making internal shapes in a metal matrix composite body
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
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
US5333667A (en) * 1992-01-31 1994-08-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Superstrength metal composite material and process for making the same
US5284200A (en) * 1992-11-02 1994-02-08 Caterpillar Inc. Method of forming a bonded component
US5433511A (en) * 1993-10-07 1995-07-18 Hayes Wheels International, Inc. Cast wheel reinforced with a metal matrix composite
ES2190881B1 (es) * 2001-09-17 2004-09-16 Fundacion Inasmet Piezas para molienda de aridos compuestas de una matriz metalica con inserto interno de material ceramico.
US7175686B2 (en) * 2003-05-20 2007-02-13 Exxonmobil Research And Engineering Company Erosion-corrosion resistant nitride cermets
US7544228B2 (en) * 2003-05-20 2009-06-09 Exxonmobil Research And Engineering Company Large particle size and bimodal advanced erosion resistant oxide cermets
US7175687B2 (en) * 2003-05-20 2007-02-13 Exxonmobil Research And Engineering Company Advanced erosion-corrosion resistant boride cermets
US7153338B2 (en) * 2003-05-20 2006-12-26 Exxonmobil Research And Engineering Company Advanced erosion resistant oxide cermets
US7074253B2 (en) * 2003-05-20 2006-07-11 Exxonmobil Research And Engineering Company Advanced erosion resistant carbide cermets with superior high temperature corrosion resistance
US7461659B2 (en) 2005-10-12 2008-12-09 Avon Products, Inc. Water absorbing hair styling implement
US7731776B2 (en) * 2005-12-02 2010-06-08 Exxonmobil Research And Engineering Company Bimodal and multimodal dense boride cermets with superior erosion performance
CA2705769A1 (en) * 2007-11-20 2009-05-28 Exxonmobil Research And Engineering Company Bimodal and multimodal dense boride cermets with low melting point binder
WO2012024791A1 (en) * 2010-08-25 2012-03-01 Torxx Group Inc. Composite materials and methods and apparatus for making same
CN107848087B (zh) * 2016-06-30 2020-07-17 有限会社商南工程 磁式碎屑输送机
CN106493292A (zh) * 2016-10-18 2017-03-15 无锡蕾菲赛尔机械科技有限公司 一种轮胎铝合金铸造模具用石膏铸型及其制作方法

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2951771A (en) * 1956-11-05 1960-09-06 Owens Corning Fiberglass Corp Method for continuously fabricating an impervious metal coated fibrous glass sheet
US3031340A (en) * 1957-08-12 1962-04-24 Peter R Girardot Composite ceramic-metal bodies and methods for the preparation thereof
US3149409A (en) * 1959-12-01 1964-09-22 Daimler Benz Ag Method of producing an engine piston with a heat insulating layer
US3364976A (en) * 1965-03-05 1968-01-23 Dow Chemical Co Method of casting employing self-generated vacuum
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
US3666454A (en) * 1970-12-04 1972-05-30 Federal Mogul Corp Method of making large sintered powdered metal parts without dies
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
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
DE3245412A1 (de) * 1982-12-08 1984-06-14 Hutschenreuther Ag, 8672 Selb Verfahren zur herstellung eines faserverstaerkten verbundwerkstoffes
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
US4828785A (en) * 1986-01-27 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Inverse shape replication method of making ceramic composite articles
US4657065A (en) * 1986-07-10 1987-04-14 Amax Inc. Composite materials having a matrix of magnesium or magnesium alloy reinforced with discontinuous silicon carbide particles
US4713111A (en) * 1986-08-08 1987-12-15 Amax Inc. Production of aluminum-SiC composite using sodium tetrasborate as an addition agent
US4753690A (en) * 1986-08-13 1988-06-28 Amax Inc. Method for producing composite material having an aluminum alloy matrix with a silicon carbide reinforcement
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
US4828008A (en) * 1987-05-13 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Metal matrix composites
US4871008A (en) * 1988-01-11 1989-10-03 Lanxide Technology Company, Lp Method of making metal matrix composites
EP0340957B1 (en) * 1988-04-30 1994-03-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Method of producing metal base composite material under promotion of matrix metal infiltration by fine pieces of third material
US4932099A (en) * 1988-10-17 1990-06-12 Chrysler Corporation Method of producing reinforced composite materials
CA2000770C (en) * 1988-10-17 2000-06-27 John M. Corwin Method of producing reinforced composite materials

Also Published As

Publication number Publication date
PH26123A (en) 1992-02-24
AU625091B2 (en) 1992-07-02
FI91724B (fi) 1994-04-29
FI894932A0 (fi) 1989-10-17
PT92245B (pt) 1995-07-18
NO893985L (no) 1990-05-11
KR900007528A (ko) 1990-06-01
TR27099A (tr) 1994-11-08
DE68919048D1 (de) 1994-12-01
JPH02243730A (ja) 1990-09-27
NO893985D0 (no) 1989-10-05
EP0368786B1 (en) 1994-10-26
ZA898548B (en) 1991-07-31
MX172495B (es) 1993-12-17
ATE113316T1 (de) 1994-11-15
KR0134966B1 (ko) 1998-06-15
IL91732A0 (en) 1990-06-10
EP0368786A1 (en) 1990-05-16
DE68919048T2 (de) 1995-03-02
BR8905614A (pt) 1990-06-05
PT92245A (pt) 1990-05-31
CA2000778A1 (en) 1990-05-10
US5004036A (en) 1991-04-02
NZ231083A (en) 1991-11-26
DK558889A (da) 1990-05-11
DK558889D0 (da) 1989-11-09
CN1042498A (zh) 1990-05-30
JP2905518B2 (ja) 1999-06-14
AU4165089A (en) 1990-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI91831C (fi) Menetelmä kolmiulotteisesti yhteenliittyneen rinnakkaismatriisin sisältävän metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi
FI91724C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi negatiivista seosmuottia käyttäen
FI91496C (fi) Menetelmä makrokomposiittikappaleiden muodostamiseksi sekä sillä muodostettuja makrokomposiittikappaleita
FI89015B (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91608B (fi) Menetelmä ainakin kahden kappaleen yhteenliittämiseksi
FI91723C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä
FI89014B (fi) Foerfarande foer framstaellning av en metallmatriskomposit
FI91494C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sekä menetelmän mukaisesti valmistettu komposiitti
FI91722C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91492C (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
FI91490C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin muodostamiseksi
FI91491C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi uppovalumenetelmää käyttäen
PT92259B (pt) Processo para a termo-modelacao de um novo corpo composito com matriz de metal e produtos produzidos por esse processo
FI91495C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi sulasta matriisimetallista ja oleellisesti ei-reaktiivisesta täyteaineesta
FI91832B (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi
FI91493C (fi) Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi

Legal Events

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

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP