KR970008037B1 - 자발 용침에 의한 금속 매트릭스 복합체의 제조방법 - Google Patents

자발 용침에 의한 금속 매트릭스 복합체의 제조방법 Download PDF

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랜자이드 테크놀로지 컴패니, 엘피
마이클 재이. 홀린스
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Abstract

요약없음

Description

자발 용침에 의한 금속 매트릭스 복합체의 제조방법
제1도는 실시예 1의 공정에 따라 처리될 내화 용기에 모두 담겨 있는, 충전재와, 이 충전재와의 사이에 마그네슘 부스러기(turning)층을 구비하는 알루미늄 합금을 개략적으로 단면 도시한 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 내화 용기2 : 매트릭스 금속 합금
3 : 충전재(예비 성형체)4 : 매트릭스 부스러기 층
본 발명은 자발 용침(spontaneous infiltration)기술을 이용한, 금속 매트릭스 복합체(metal matrix composite body)의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 용침 촉진제(enhancer) 및/또는 용침 촉진제 선구 물질(precursor)은, 용윰 매트릭스 금속이 용침하게 될 충전재(혹은, 예비 성형체(preform)와, 매트릭스 금속의 계면중 적어도 일부가 배치될 수 있다. 더욱이, 제조 과정 중의 몇몇 시점에서, 용침 분위기는 충전재(혹은 예비 성형체) 및/또는 매트릭스 금속과 상호 통(通)하는 상태에 있을 수 있다.
금속 매트릭스와 보강상(reinforcing phase)(예, 세라믹 입자, 휘스커, 섬유등)을 포함한 복합체는 그 용도가 매우 광범위한데, 그 이유는 복합체가 경성과 내마모성을 가지는 보강상과, 전성과 인성을 가지는 금속 매트릭스와의 복합체이기 때문이다. 일반적으로, 금속 매트릭스 복합체는 강도, 경도, 내마모성, 고온강도 등과 같은 특성이 단일(monolithic)금속에 비해 우수하며, 그 특성의 우수성은 주로 특정 성분, 특정 성분의 체적, 중량 분율 및 복합체 제조방법에 따라 달라진다. 어떤 경우에는 복합체의 중량이 매트릭스 금속 그 자체보다도 가벼워질 수도 있다. 실리콘 카바이드(예, 입자 형태, 판 형태 또는 휘스커 형태)와 같은 세라믹으로 보강시킨 알루미늄 매트릭스 복합체는 알루미늄 자체보다 경도, 내마모성 및 고온 강도 등이 우수하므로 관심의 대상이 된다.
알루미늄 매트릭스 복합체를 제조하기 위한 여러가지 방법이 공지되어 있는데, 예를 들면, 분말 야금법 및 용융 금속 용침법이 있다. 용융 금속 용침법은 가압 캐스팅, 진공 캐스팅, 교반 및 습윤제 등을 사용한다.
분말 야금법은 금속 분말과 보강 물질(예, 분말 형태, 휘스커 형태, 절단한 섬유 형태 등)을 혼합한 다음, 냉간 압축 및 소결, 또는 열간 압축하는 방법이다. 이 분말 야금법에 의해 제조된 알루미늄 매트릭스 복합체(실리콘 카바이드로 보강시킨 것)의 최대 세라믹 체적 분율은 보강재가 휘스커 형태인 경우에는 약 25체적%이고, 보강재가 입자 형태인 경우에 약 40체적%인 것으로 보고되어 있다.
종래의 분말 야금법을 이용한 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법에 따라 제조된 복합체는 그것의 특성과 관련한 제약을 수반한다. 예를 들면, 복합체내의 세라믹상(입자 형태인 경우)의 체적 분율은 보강재가 입자 형태인 경우에 약 40%로 제한되는가 하면, 압축 공정에 의해 얻어지는 제품의 치수에도 제한이 수반된다. 또한, 후속 공정(예, 성형 또는 기계가공)이나 복잡한 압축 강도의 도움없이는 비교적 단순한 형태의 제품밖에는 생산할 수가 없다. 또한, 압분체(壓紛體 : compact)내의 편석 및 결정립 성장에 기인하여 미세구조가 불균일해지는가 하면, 소결 작업시 불균일한 후축이 발생하기도 한다.
미합중국 특허 제3,970,136호에 섬유 보강재(예, 실리콘 카바이드 또는 알루미나 휘스커)로 보강하여 보강 섬유가 소정의 지향 패턴을 가지는 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법이 기재되어 있다. 이 복합체는 용융 매트릭스 금속(예, 알루미늄)저장부(reservoir)를 구비한 주형내에 평행한 매트(mat) 또는 보강 섬유로된 펠트를 설치한 다음, 용융 금속이 상기 매트내로 침투하도록, 그리고, 상기와 같이 지향된 보강 섬유를 둘러싸도록 압력을 가하여 제조한다. 용융 금속을 적층된 매트에 주입시킴과 동시에, 매트사이에 용융 금속이 침투하도록 압력을 가할 수도 있다. 이 복합체내의 보강 섬유의 체적 분율은 약 50체적%로 보고되어 있다.
전술한 용침 공정에서는 적층된 섬유 매트내에 용융 매트릭스 금속을 강제 침투시키기 위해 외부에서 압력을 가해주므로 압력 변화에 따른 유동 특성의 변화에 의해 불균일한 매트릭스가 형성될 수 있고, 기공등의 결함이 발생할 수 있으며, 용융 금속을 섬유 매트내의 다수의 위치에서 도입시키더라도 성질이 불균일해질 수 있다. 따라서, 적층된 섬유 매트내에 용융 금속이 균일하게 침투하도록 하기 위해서는 복잡한 매트/용융 금속 저장부의 배열 및 복잡한 용융 금속 유통로가 필요하다. 또한, 이와 같은 가압 용침법에서는 매트의 체적에 대한 보강재의 체적비율이 비교적 낮아지는 문제점이 있고, 가압하에서 주형내에 용융 금속을 주입시켜야 하므로 공정에 드는 비용이 증가하는 문제가 있다. 또한, 전술한 방법은 보강 입자나 보강섬유가 규칙적으로 배열되었을 때에만 용침이 가능하므로 불규칙하게 배열된 보강재(입자, 휘스커 또는 섬유)를 사용한 알루미늄 매트릭스 복합체는 제조할 수 없다.
알루미늄 매트릭스-알루미나 충전 복합체를 제조하는 경우, 알루미늄이 알루미나에 용이하게 습윤(wetting)되지 못하므로 긴밀하게 응집된 제품의 생산이 곤란해진다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 여러가지 방법이 제안되어 있는데, 그 중 하나의 해결 방법으로서 알루미나를 금속(예, 니켈 또는 텅스텐)으로 코팅한 다음, 알루미늄과 함께 열간 압축하는 것을 들 수 있다. 다른 하나의 방법은 알루미늄을 리튬과 합금하고, 알루미나를 실리카로 코팅시키는 것이다. 그러나, 이런 방법으로 제조한 복합체는 그 특성이 일정하지 않으면, 코팅 피막이 충전재의 특성을 해치지거나, 아니면 알루미늄과 합금된 리튬이 매트릭스의 특성에 악영향을 끼치는 수가 있다.
미합중국 특허 제4,232,091호는 상기한 알루미늄 매트릭스-알루미나 복합체 제조시의 몇 가지 문제점을 해소한 것으로서, 이 특허에서는 700-1050℃의 온도를 예열시킨 알루미나 섬유 매트나 알루미나 휘스커 매트내로 용융 알루미늄(또는 용융 알루미늄 합금)을 75-375kg/㎠의 압력으로 강제로 용침시키고 있다. 그 결과 제조된 주물내의 알루미나 대 금속의 최대 체적 비율은 0.25 : 1이다. 이 특성에서도 용침을 위해 외력에 의존하므로 전술한 미합중국 특허 제3,970,136호의 문제점과 동일한 문제점이 존재한다.
유럽 특허 출원 공개 제116,742호에는 예비 성형체인 알루미나 매트릭스내의 공극에 용융 알루미늄을 충전시킴에 의해 전해조의 부품으로 특히 유용한 알루미늄-알루미나 복합체를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 이 출원에서는 알루미늄에 의한 알루미나의 비습윤성이라는 사실을 강조하고 있고, 이에 따라, 예비성형체 전체에 걸쳐 알루미나를 습윤시키기 위한 여러 가지 방법을 이용하고 있다. 예를 들면, 알루미나를 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 또는 니오븀 등의 디보라이드로 이루어지는 습윤제, 또는 리튬, 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 크롬, 철, 코발트, 니켈, 지르코늄 또는 하프늄과 같은 금속으로 코팅하는 것을 들 수 있다. 또한, 습윤이 용이하게 이루어지도록 아르곤과 같은 불활성 분위기도 사용된다. 이 특허 출원에서는 또한 코팅되지 않은 매트릭스내에 용융 알루미늄을 침투시키기 위해 압력을 가해주게 되는데, 이 경우의 용침은 기공을 배기(排氣; evacuating)한 후, 불활성 분위기(예, 아르곤 기체)중에서 용융 알루미늄에 압력을 가함에 의해 달성된다. 다른 방법으로는, 용융 알루미늄를 용침시킴으로써 예비 성형체의 기공에 용융을 충전시키기 전에 비해 성형체의 표면에 알루미늄을 기상 증착법으로 침투시켜 표면을 습윤시킬 수 있다. 용융 알루미늄을 예비 성형체의 기공내의 확실하게 유지되도록 하기 위해서는 진공 또는 아르곤 분위기 주에서 열처리(예, 1400 내지 1800℃의 온도)하는 것이 필요하다. 이와 같은 열처리를 하지 않은 경우, 예비 성형체에 용침된 물질을 기체에 노출시키거나 용침 압력을 제거하게 되면, 에비 성형체로부터 알루미늄이 소실된다.
유럽 특허 출원 공개 제94353호에서도 전해조 내의 알루미나 성분내로의 용융 금속의 용침을 촉진하기 위해 습윤제를 사용하고 있다. 이 출원에서는 전해조 라이너 또는 전해조 기판으로서의 음극 전류 공급체를 구비한 전해조에서 전해재취(electrowinning)에 의해 알루미늄을 생산한다. 전해조 기판을 용융 빙정석으로부터 보호하기 위해서, 전해조의 시동전, 또는 전해공정에 의해 생성된 용융 알루미늄에 침지하는 동안, 알루미나 기판에 습윤제와 용해 억제제의 혼합물을 얇게 코팅한다. 습윤제로서는 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 실리콘, 마그네슘, 바나듐, 크롬, 니오븀, 또는 칼슘을 들 수 있으며, 특히 티타늄이 바람직한 습윤제로 되어 있다. 또한, 붕소, 탄소 및 질소의 화합물은 용융 알루미늄에 대한 습윤제의 용해도를 억제시키는데 유용한 것으로 기재되어 있다. 그러나, 이 출원에는 금속 매트릭스 복합체의 제조를 시사하고 있지 않을 뿐만 아니라, 예를 들면, 질소 분위기 중에서의 복합체를 제조하는 것도 전혀 시사하고 있지 않다.
압력의 인가 및 습윤제의 코팅 이외에도, 진공을 사용하면 용융 알루미늄의 다공성 세라믹 압분체 내로의 용침을 촉진시킬 수 있다는 것도 공지되어 있다. 예를 들면, 미합중국 특허 제3,718,441호가 그것인데, 이 특허에서는 10-6torr 미만의 진공하에서 세라믹 압분체(예, 탄화 붕소, 알루미나 및 베릴리아(beryllia)에 용융 금속(예, 알루미늄, 베릴륨, 마그네슘, 티타늄, 바나듐, 니켈 또는 크롬)을 용침시키고 있다. 10-2내지10-6torr의 진공하에서는 용융 금속이세라믹 압분체의 기공내로 자유롭게 유동할 수 없을 정도로 세라믹 압분체에 대한 용융 금속의 습윤성이 불충분하지만, 진공이 10-6torr 미만인 경우에는 습윤성이 향상되는 것으로 기재하고 있다.
미합중국 특허 제3,864,154호도 용침을 달성하기 위해 진공을 사용하는 것을 개시하고 있다. 이 특허에서는 냉간 압축된 알루미늄 분말층(bed)상에 AlB12로 구성된 냉간 압분체를 위치시키고, 이어서 AlB12분말성형체의 상부에 알루미늄을 추가로 덮었다.알루미늄 분말층 사이에 샌드위치된(sandwiched) AlB12압분체를 장전한 도가니를 진공로에 설치한 다음, 이 진공로를 약 10-5torr로 진공하여 기체를 방출했다. 이어서, 온도를 1100℃로 승온시키고, 이 온도에서 3시간 동안 유지했다. 이러한 조건하에서, 용융 알루미늄이 통기성의 다공질 AlB12성형체내로 침투해 들어갔다.
미합중국 특허 제3,364,976호에는 소정의 성형체내로의 용융 금속의 용침을 촉진시키기 위하여 그 성형체내에 자체적으로 진공을 발생시키는 개념이 기재되어 있다. 특히, 상기 특허에서는 성형체(예, 흑연 주형, 강 주형, 또는 다공질의 내화물질)를 용융 금속내에 완전히 침지시키고 있는데, 주형을 사용하는 경우, 용융 금속과 반응하는 기체가 충만되어 있는 주형의 공동부(cavity)는 주형내의 적어도 하나의 구멍을 통해 주형 외측의 용융 금속과 통(通)하는 상태가 된다. 이 주형을 용융 금속내에 침지시키면 주형 공동부내의 기체와 용융 금속사이의 반응에 의해 자체적으로 진공이 형성됨에 따라 주형 공동부가 금속으로 충만되게 된다.
특히, 진공은 고체 금속 산화물이 생성된 결과 형성된 것이다. 따라서, 주형 공동부내의 기체와 용융 금속사이의 반응을 유발시키는 것이 필수적인 것으로 설명되어 있다. 그러나, 진공을 형성하기 위해 주형을 사용하는 기술은 주형의 사용과 관련된 고유의 한계 때문에 바람직하지 않다. 즉, 우선 주형을 특징의 형상으로 기계 가공한 다음, 마무리 가공하여 주형상에 허용 가능한 주조 표면을 형성하고, 주형으로서 사용하기 위해 조립하며, 사용 후에는 주물을 취출하기 위해 주형을 분해하고, 분해한 후에도 주형 표면을 재가공하여 그 주형을 재생하거나, 혹은 주형을 더 이상 사용 불가능한 경우에는 폐기 처분해야 한다. 주형을 복잡한 형상으로 기계 가공하기 위해서는 비용 및 시간이 많이 소비되며, 이같이 복잡한 형상의 주형으로부터 성형된 주물을 취출해 내는 것도 매우 어렵다(즉, 주물의 형상이 복잡하므로 주형으로부터 제거해낼 때 부서지기 쉽다).
또한, 주형을 사용할 필요없이 다공질 내화제를 용융 금속내로 직접 침지시키는 기술도 제시되어 있으나, 이 경우에는 상기 내화재를 하나의 덩어리로 성형해 주어야 하는데, 왜냐하면, 용기의 역할을 하는 주형없이 푸석푸석하거나 분리된 통기성 재료를 용침시키는 설비는 없기 때문이다(즉, 입상 재료들은 용융 금속내에 위치되면, 입자들이 하나하나 분리되거나 용융금속의 상부로 떠오르게 되는 문제가 있다). 또한, 입자 재료, 혹은 푸석푸석하게 성형된 예비 성형체를 용침시키기 위해서는 용융금속에 의해 예비 성형체의 적어도 일부가 흩뜨려지지 않도록, 그리하여 불균일한 미세구조가 초래되지 않도록 상당한 주의가 필요하다.
따라서, 세라믹 재료와 같은 다른 재료를 매립(embedding)하는 금속 매트릭스를 생성하기 위하여, 압력이나 진공, 또는 손상을 초래하는 습윤제를 사용할 필요가 없는 간단하고 신뢰성있는 성형 금속 매트릭스 복합체 제조 방법 및 제조된 금속 매트릭스 복합체의 최종 마무리 가공을 최소화할 수 있는 기술이 오래 전부터 요청되어 왔다. 본 발명은 이 같은 요청에 부응하는 가술로서, 제조 공정중의 적어도 일부에 걸쳐 용침 촉진제가 존재하는 한, 대기압하의 용침 분위기(예, 질소 분위기)에서 예비 성형체를 이루는 어떤 재료(예, 세라믹 재료)를 용융금속(예,알루미늄)으로 용침시키기 위해 자발 용침기구(spontaneous infiltration mechanism)를 제공함으로써 전술의 요청을 충족시킨다.
본 발명은 "금속 매트릭스 복합체 제조 방법'에 관한 다수의 다른 특허 출원과 관련이 있는 발명으로서, 이하의 기재에서는 이들 다른 특허 출원은 단순히" 금속 매트릭스 특허 출원"으로 약칭한다.
1987년 5월3일자 미합중국 특허 출원 제049,171호에는 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법이 기재되어 있는데, 이 출원 발명에 따르면, 통기성 충전재(permeable mass of filler material)(예, 세라믹 재료 또는 코팅된 세라믹 재료)에 최소 약 1중량%(바람직하게는 최소 약 3중량%)의 마그네슘을 함유하는 용융 알루미늄을 용침시킴에 의해 금속 매트릭스 복합체를 제조한다.
용침은 외부로부터 압력이나 진공을 가하지 않은 상태하에서 자발적으로 발생한다. 약 10-100체적%(바람직하게는 최소 약 50%)의 질소와, 경우에 따라서는 비산화성 기체(예, 아르곤 기체)를 함유한 기체의 존재하에서, 그리고 최소 약 675℃의 온도에서, 용융 합금 공급원은 충전재 성형체와의 접촉을 유지한다. 이 같은 조건에서 용융 알루미늄 합금은 대기합하에서 세라믹체내로 용침되어 알루미늄(또는 알루미늄 합금)매트릭스 복합체를 형성한다. 충전재 성형체에 용융 알루미늄 합금이 소정량 용침된 후에 온도를 강하시켜 합금을 응고시킴으로써 보강 충전재를 함유한 고체 금속 매트릭스 구조를 얻는다. 용융 합금 공급원의 양은 충전재의 계면까지 용침이 달성될 수 있도록 충분한 양으로 한다. 상기 출원 발명에 따르면, 제조된 알루미늄 매트릭스 복합체내의 충전재의 양이 지나치게 많으므로 충전재 대 합금의 체적비가 1 : 1 이상이 된다.
전술한 미합중국 특허 출원 제049,171호의 제조 공정 조건하에서 질화 알루미늄은 알루미늄 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 불연속상을 형성할 수 있다. 알루미늄 매트릭스내의 질화물의 양은 온도, 합금의 조성, 분위기 기체의 조성 및 충전재 등과 같은 여러 인자의 변화에 따라 달라진다. 따라서, 위와 같은 인자들중 하나 이상의 인자를 제어함에 의해 복합체의 특성을 조절할 수 있다. 그러나 최종 사용 목적을 위해 복합체내에 질화 알루미늄이 거의 함유되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
온도가 높아지면 용침이 촉진되지만, 질화물의 생성이 용이해지므로, 상기 미합중국 특허 출원 제049,171호에서는 용침의 가속화와 질화물의 생성이 균형을 이루도록 하고 있다.
"차단 수단(barrier)을 이용한 금속 매트릭스 복합체 제조 방법"이라는 명칭의 1988년 1월 7일자 미합중국 특허 출원 제141,642호에는 금속 매트릭스 복합체의 제조시 사용할 수 있는 적절한 차단 수단의 일예가 기재되어 있다. 이 특허 출원에 따르면, 차단 수단(예, 티타늄 디보라이드 입자 또는 유니온 카바이드사에서 Grafoil
Figure kpo00001
이라는 상표면에서 시판하는 가요성 흑연 테이프)을 충전재의 표면상의 정해진 경계에 배치하여, 매트릭스 금속 합금을 상기 차단 수단에 의해 차단된 표면까지 용침시킨다. 상기 차단 수단은 용융 합금의 용침의 진행을, 억제, 방지, 종료시켜 금속 매트릭스 복합체가 궁극적인 형태의 가깝거나 혹은 그 궁극적인 형태를 이루도록 한다. 따라서, 생성된 금속 매트릭스 복합체의 외형은 차단의 내면의 형상과 거의 일치하게 된다.
"금속 매트릭스 복합체 및 그 제조 방법"이라는 명칭의 미합중국 특허 출원 제049,171호에 개시된 방법은 1988년 3월 15일자 미합중국 특허 출원 제168,284호의 발명에 의해 개량되었는 바, 이에 따르면, 매트릭스 금속 합금은 제1용융 금속 공급원으로서, 그리고 매트릭스 금속 합금 저장부로서 존재한다. 이 매트릭스 금속 합금 저장부는, 예를 들면 중력에 의해 금속을 제1용융 금속 공급원에 공급할 수 있게 되어 있다. 특히, 이 특허 출원에 되어 있는 조건하에서, 제1용융 매트릭스 금속 합금 공급원은 대기압하에서 충전재 성형체내로의 용침을 개시하여 금속 매트릭스 복합체의 생성을 개시한다. 상기 제1용융 매트릭스 금속 합금 공급원은 충전재 성형체내로의 용침 중에 완전히 고갈되므로, 필요한 경우 자발 용침의 진행중에 용융 매트릭스 금속 저장부와 통하는 연결수단을 이용하여 재공급할 수 있다. 충전재 성형체가 용융 매트릭스 금속으로 원하는 양만큼 자발 용침되면, 온도를 강하시켜 합금을 응고시키고, 이에 의해 보강을 충전재를 함유한 고체상의 금속 매트릭스 구조를 얻는다. 이같이 금속 저장부를 사용하는 것은 상기 특허 출원에 개시된 발명의 일실시예로서, 이 실시예를 상기 특허 출원의 타 실시예와 조합할 필요는 없으나, 상기 특허 출원의 다른 실시예들 중 일부를 본원 발명과 조합하여 사용하면 유리하다.
금속 저장부의 양은 그것이 다공질, 즉 통기성의 충전재 성형체의 소정의 원하는 범위까지 충분히 용침 될 수 있는 양으로 존재할 수도 있다. 또한, 통기성 충전재 성형체의 적어도 일표면에는 차단 수단을 접촉되게 설치하여 표면의 경계를 형성할 수도 있다.
용융 매트릭스 금속 합금 공급원은 양은 적어도 이 합금이 통기성 충전재 성형체의 경계(예, 차단 수단)까지 자발 용침되기에 충분한 양으로 함과 동시에, 용융 합금 저장부내의 합금의 양은 용침을 완료하기에 충분할 뿐만 아니라 과잉의 용융 합금이 금속 매트릭스 복합체에 부착되어 남아있을 수 있는 양으로 할 수 있다. 이같이 과잉의 용융 합금이 금속 매트릭스 복합체에 부착되어 남아있게 되면, 최종 생성물은 복잡한 형태의 복합체로서 저장부에 남아있는 과잉의 금속은 복잡한 형태의 복합체로서 금속 매트릭스를 지니는 용침된 세라믹체와 직접 결합되게 된다.
전술한 각 "금속 매트릭스 특허 출원"에는 금속 매트릭스 복합체 제조 방법 및 이 제조 방법에 의한 금속 매트릭스 복합체가 기재되어 있는데, 본원 발명의 명세서에서는 이들 "금속 매트릭스 특허 출원"을 참고사항으로 기재하였다.
본 발명의 금속 매트릭스 복합체는 충전재 혹은 예비 성형체의 통기성 덩어리(mass)에 용융 매트릭스 금속을 자발적으로 침투시킴으로써 제조된다. 구체적으로, 매트리스 금속과 충전재 혹은 예비 성형체의 통기성 덩어리 사이의 계면 중 적어도 일부분에는 용침 촉진제(enhancer)및/또는 용침 촉진제 선구 물질(precursor)이 배치된다. 더욱이, 제조 과정 중의 몇몇 시점에서, 용침 분위기는 충전재(혹은 예비 성형체) 및/또는 매트릭스 금속 중 적어도 어느 하나와 상호 통(通)하는 상태에 있을 수 있다. 용침 촉진제 및/또는 용침 촉진제 선구 물질 및/또는 용침 분위기의 존재로 인해, 매트릭스 금속은 그것이 용해될 때 자발적으로 충전재(혹은 예비 성형체)에 용침된다.
양호한 실시예에 있어서, 용침 촉진제 선구 물질은 충전재(혹은 예비 성형체)의 통기성 덩어리와 매트릭스 금속의 고체 잉곳(ingot)사이의 계면에 설치된다. 용침 촉진제 선구 물질은 예를 들면, 충전재(혹은 예비 성형체)의 다공성(porosity)으로 인해 용침 분위기와 상호 통할 수 있기 때문에, 용침 분위기는 충전재(혹은 예비 성형체)를 통과하여 유동하게 된다. 이러한 용침 촉진제 선구 물질은 매트릭스 금속의 고체 잉곳 및/또는 충전재(혹은 예비 성형체) 중 적어도 한쪽 또는 양쪽 표면에 느슨하게(즉, 입자 또는 고형 물질로서)도포되는 것이 좋다. 또한, 용침 촉진제 선구 물질은 적절한 수단(즉, 페인팅 또는 스프레잉)을 이용하여 매트릭스 금속의 고체 잉곳 및/또는 충전재(혹은 예비 성형체)중 적어도 한쪽 또는 양쪽 표면에 도포될 수 있는 슬러러(slurry) 혼합물로 형성될 수 있다.
또다른 양호한 실시예에 있어서, 용침 촉진제는 충전재(혹은 예비 성형체)의 통기성 덩어리와 매트릭스 금속의 고체 잉곳 사이의 계면에 설치된다. 이러한 용침 촉진제는 매트릭스 금속의 고체 잉곳 및/또는 충전재(혹은 예비 성형체) 중 적어도 한쪽 또는 양쪽 표면에 느슨하게 (즉, 입자 또는 고형 물질로서)도포되는 것이 좋다. 또한, 용침 촉진제는 적절한 수단(즉, 페인팅 또는 스프레잉)을 이용하여 매트릭스 금속의 고체 잉곳 및/또는 충전재(혹은 예비성형체)중 적어도 한쪽 또는 양쪽 표면에 도포될 수 있는 슬러리 혼합물로 형성될 수 있다.
또 다른 양호한 실시예에 있어서, 용침 촉진제 및/또는 용침 촉진제 선구 물질은 용침되는 충전재(혹은 예비 성형체)의 통기성 덩어리의 표면중 최소한 일부에만 독점적으로(어떤 적당한 수단에 의해)도포될 수 있다. 그후, 용융 매트릭스 금속의 최소한 일부가 용침 촉진제 및/또는 용침 촉진제 선구 물질과 접촉되도록 용융 매트릭스는 용침되는 충전재(혹은 예비 성형체)의 표면과 접촉하게 된다. 더욱이, 제조 과정 중의 몇몇 시점에서, 용침 분위기는 매트릭스 금속 및/또는 용침 촉진제 및/또는 용침 촉진제 선구 물질 및/또는 충전재(혹은 예비 성형체)중 적어도 어느 하나와 상호 통(通)하는 상태에 있을 수 있다. 궁극적으로, 용침 촉진제 혹은 용침 촉진제 선구 물질 중 어느 것이 사용되든지 간에, 용침 촉진제는 매트릭스 금속과 충전재(혹은 에비 성형체)사이의 졔면 중 적어도 일부에 배치되어야 한다.
본 명세서에 있어서는, 주 알루미늄 매트릭스 금속에 대해 설명될 것이다. 이 금속은 금속 매트릭스 복합체의 제조 과정 중의 몇몇 시점에서, 용침 분위기로서 작용하는 질소의 존재 하에서, 용침 촉진제 선구물질로 작용하는 마그네슘과 접촉한다. 따라서, 알루미늄/마그네슘/질소로부터 매트릭스 금속/용침 촉진 선구 물질/용침 분위기 계(系)는 자발적인 용침을 나타낸다. 그러나, 그외의 매트릭스 금속/용침 촉진제 선구물질/요침 분위기 계도 알루미늄/마그네슘/질소 계(系)와 동일한 방식으로 거동될 수 있다. 예를 들면, 동일한 자발 용침의 거동은 알루미늄/스트론튬/질소 계; 알루미늄/아연/산소 계; 및 알루미늄/칼슘/질소 계에 있어서 관찰되었다. 따라서, 본 명세서에서는 알루미늄/마그네슘/질소 계(系)에 대해서 주로 설명되었지만, 그 밖의 매트릭스 금속/용침 촉진제 선구 물질/용침 분위기계도 동일한 방식의 거동을 할 수 있다.
매트릭스 금속이 알루미늄 합금으로 이루어질 경우, 그 매트릭스 합금은 충전재(즉, 알루미나 혹은 실리콘 카바이드)의 예비 성형체나 충전재의 견고한 입자간의 결합성이 없는 덩어리와 접촉한다. 여기서 충전재 혹은 예비 성형체의 표면에는 마그네슘이 도포되어 있다. 이와 유사하게, 만약 공정이 매트릭스 금속의 고형 잉곳으로부터 시작될 경우, 마그네슘은 고형 매트릭스 금속의 표면에 도포될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 양호한 실시예에 이어서, 알루미늄 합금 및/또는 예비 성형체 혹은 충전재를 공정의 적어도 일부분 동안 질소 분위기 내에 유입시킨다. 예비 성형체는 자발적으로 용침되며, 금속 매트릭스의 자발 용침의 정도 및 속도는 주어진 공정 조건들에 따라 변하게 되는데, 이러한 조건들의 예로는 계의 공급된 매트릭스의 농도(즉, 알루미늄 합금 상이나 충전재 혹은 예비 성형체의 표면상의 농도), 예비 성형체 혹은 충전재 입자의 사이즈 및/또는 조성, 용침 분위기 내의 질소 농도, 용침을 위해 허용되는 시간, 및/또는 용침이 발생하는 온도를 들 수 있다. 자발 용침은 일반적으로 예비 성형체 혹은 충전재를 완전히 매립시키기에 충분한 정도로 발생한다.
사용되는 용어의 정의
여기서, " 알루미늄"이라 함은 순수한 금속(예, 시판되는 비교적 순수한 비합금 알루미늄) 또는 철, 실리콘, 동, 마그네슘, 망간, 크롬, 아연 등과 같은 합금 성분 및/또는 불순물을 함유한 금속과 같은 여러가지 등급의 시판되고 있는 합금 및 금속을 의미한다. 이러한 정의에 따르면, 알루미늄 합금은 알루미늄이 주성분을 이루는 합금 또는 금속간 화합물이 된다.
"잔부의 비산화성 기체"라 함은 제조 공정 조건하에서 매트릭스 금속과 거의 반응하지 않는 불활성 기체 또는 환원성 기체로서, 용침 분위기를 포함한 주요 기체이외의 임의의 기체를 의미한다. 사용되는 기체내에 불순물로서 존재할 수도 있는 산화성 기체의 양은 제조 공정 조건하에서 매트릭스 금속을 산화시키지 않을 정도로 유지해야 한다.
"차단(barrier)" 또는 "차단 수단"이라 함은 용융 매트릭스 금속이 충전재 혹은 예비 성형체의 통기성 덩어리의 표면 경계를 벗어나 용치되는 것을 방해, 억제, 방지 또는 종료시켜 주는 수단을 의미하는 것으로서, 적절한 차단 수단으로 공정 조건하에서 그 형태를 유지할 수 있고 또한 실질적으로 휘발성이 없는 임의의 물질을 선택할 수 있다.
적절한 차단 수단에는 또한 채용된 공정 조건하에서 용융 매트릭스 금속에 의해 거의 습윤되지 않는 물질이 포함된다. 이러한 종류의 차단 수단은 용융 매트릭스 금속과의 친화력이 거의 없으며, 이 차단 수단에 의해 용융 매트릭스 금속이 충전재 혹은 예비 성형체의 통기성 덩어리의 표면 경계를 초과하여 용침되는 것이 방지된다. 또한, 이 차단 수단은 최종 기계 가공 또는 연삭 가공을 줄이 수 있고, 생성된 금속 매트릭스 복합체의 적어도 일부의 표면을 형성되게 된다. 경우에 따라서, 차단 수단이 통기성 혹은 다공성이거나 그 차단 수단에 구멍(예, 드릴 구멍 또는 펀치 구멍)을 형성하여 용융 매트릭스 금속이 기체와 접촉할 수 있게 할 수도 있다.
"카아커스(carcass)"혹은 "매트릭스 금속의 카아커스"라 함은 금속 매트릭스 복합체의 생성 중에 소모 되지 않고, 냉각된 금속 매트릭스 복합체에 적어도 부분적으로 접촉된 채 유지되는 매트릭스 금속 본체(original body)를 의미하는 것으로서, 이 카아커스에는 제2금속 또는 이종 금속이 포함될 수 있다.
"충전재"라 함은 매트릭스 금속과 반응하지 않은 재료 및/또는 매트릭스 금속에 제한된 용해도를 갖는 물질로서, 단일 성분이나 여러 가지 성분의 혼합물을 포함하며, 단일상(single-phase) 또는 다상으로 할 수 있다.
충전재는 분말 형태, 조각 형태, 판 형태, 미세한 구 형태, 휘스커 형태, 기포 형태 등과 같이 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 치밀하거나 혹은 다공성의 조직으로 형성될 수 있다. "충전재"에는 또한 섬유 형태, 짧게 절단한 섬유 형태, 입자 형태, 휘스커 형태, 기포 형태, 구 형태, 섬유 매트 형태 등의 형태를 가진 알루미나 또는 실리콘 카바이드와 같은 세라믹 충전재 및 용융 금속에 의한 탄소의 침식을 방지하게 위해 알루미나 또는 실리콘 카바이드로 코팅한 탄소섬유와 같은 세라믹 코팅 충전재가 포함된다. 또한 금속도 충전재로 사용할 수 있다.
"용침 분위기"라 함은 메트릭스 금속 및/또는 예비 성형체(또는 충전재) 및/또는 용침 촉진제 선구 물질 및/또는 용침 촉진제와 상호 작용하는 기체를 의미하는 것으로서, 이 충전 분위기에 의해 매트릭스 금속의 자발 용침이 촉진된다.
"용침 촉진제"라 함은 충전재 또는 예비 성형체내로의 매트릭스 금속의 자발 용침을 촉진 또는 보조하는 물질을 의미한다. 용침 촉진제는 용침 촉진제 선구 물질과 용침 분위기 상의 반응에 의해 (1) 기체종 및/또는 (2) 용침 촉진제 선구물질과 용침 부위기 사이의 반응 생성물 및/또는 (3) 용침 촉진제 선구 물질과 충전재 또는 에비 성형체 사이의 반응 생성물을 생성함에 의해 형성될 수 있다. 또한, 용침 촉진제가 예비성형체 및/또는 매트릭스 금속 및/또는 용침 분위기중 적어도 하나에 직접 공급되어, 용침 촉진제 선구 물질과 다른 종(species)과의 사이의 반응에 의해 생성된 용침 촉진제와 동일한 기능을 할 수 있다. 결국, 적어도 자발 용침중에는 용침 촉진제를 충전재 또는 예비 성형체의 적어도 일부에 위치시켜 자발 용침을 달성하도록 해야 한다.
"용침 촉진제 선구 물질"이라 함은 이 물질은 매트릭스 금속, 예비 성형체 및/또는 용침 분위기와 조합하여 사용했을때, 충전재 또는 예비 성형체내로의 매트릭스 금속의 자발적인 용침을 촉진 또는 보조하는 용침 촉진제를 생성하는 물질을 의미한다. 어떤 이론이나 설명을 동원하지 않더라도 용침 촉진제 선구 물질은 용침 분위기 및/또는 예비 성형체 또는 충전재 및/또는 금속과 반응할 수 있는 위치에 배치하는 것이 필요하다. 예를 들면, 매트릭스 금속/용침 촉진제 선구 물질/용침 분위기 계에 있어서, 용침 촉진제 선구 물질이 매트릭스 금속의 용융 온도보다 다소 높은 온도에서 휘발하는 것이 바람직하다.
이같이 용침 촉진제 선구 물질이 휘발하게 되면, (1) 매트릭스 금속에 의한 충전재 또는 예비 성형체의 습윤성을 촉진시키는 물질인 기체종(gaseous species)을 생성하기 위한 용침 촉진제 선구 물질과 용침 분위기 사이의 반응; 및/또는 (2) 적어도 일부의 충전재 또는 예비 성형체에 습윤성을 촉진시키는 고체, 액체 또는 기체상의 용침 촉진제를 생성하기 위한 용침 촉진제 선구 물질과 용침 분위기 상의 반응; 또는 및/또는 (3)적어도 일부의 충전재 또는 예비 성형체내에 습윤성을 촉진시키는 고체, 액체 또는 기체상의 용침 촉진제를 생성하기 위한 용침 촉진제 선구 물질과 충전재 또는 예비 성형체 사이의 반응이 발생한다.
"매트릭스 금속" 또는 "매트릭스 금속 합금"이라 함은 금속 매트릭스 복합체를 생성하는 데 사용되는 금속(예, 용침전의 금속)및/또는 충전재와 혼합되어 금속 매트릭스 복합체를 생성하는 금속(예, 용침후의 금속)을 의미한다. 특정의 금속을 매트릭스 금속으로 선택했을때, 이 특징 매트릭스 금속은 순수한 금속, 불순불 및/또는 합금 성분을 함유한 시판되는 금속, 상기 특정 금속이 주성분을 이루고 있는 금속간 화합물 또는 합금을 모두 지칭하는 것으로 이해해야 한다.
"매트릭스 금속/용침 촉진제 선구 물질/용침 분위기 계", 또는 "자발 용침 계(spontaneous system)"라 함은 예비 성형체 또는 충전제로 자발적인 용침을 일으키는 물질의 조합을 의미한다. "/ " 표시는 예시하는 매트릭스 금속, 용침 촉진제 선구 물질 및, 용침 분위기 사이에 삽입되어, 이들 인자를 원하는 바에 따라 선택 조합한 경우에, 예비 성형체 또는 충전재로의 자발 용침을 유발하는 계 또는 물질의 조합을 표현하기 위하여 사용된다.
"금속 매트릭스 복합체(metal martix compsite)"또는 "MMC"라 함은 예비 성형체 또는 충전재를 매립하는(덮는), 2차원 또는 3차원적으로 상호 연결된 합금 또는 매트릭스 금속을 의미한다. 완성된 복합체에 원하는 기계적 물리적 특성을 부여하기 위해서, 상기 매트릭스 금속에 여러 가지 합금 성분을 포함시킬 수도 있다.
"매트릭스 금속과 다른 금속"이라 함은 매트릭스 금속의 성분과 다른 성분의 금속을 의미하는 것으로서, 예를 들면 알루미늄을 매트릭스 금속으로 선택한 경우 니켈은 "매트릭스 금속과 다른 금속"이 된다.
"매트릭스 금속을 수용하는 비반응성 용기"라 함은 공정 조건하에서 충전재(또는 예비 성형체) 및/또는 용융 매트릭스 금속을 수용할 수 있고, 또한 매트릭스 금속 및/또는 용침 분위기 및/또는 용침 촉진제 선구 물질 및/또는 충전재(또는 예비 성형체)와는 자발 용침 기구(mechanism)에 현저한 악영향을 미칠 정도로 반응하지 않는 용기를 의미한다.
"예비 성형체" 또는 "통기성 예비 성형체"라 함은 적어도 하나의 표면을 가지도록 제조된 충전재 또는 다공성의 충전재 성형체를 의미하는 것으로서, 이러한 예비 성형체는 매트릭스 금속에 의해 용침되기 전에 치수 안정성(dimensional fidelity)을 확보하기 위해 충분한 형태 보전성(shape integrity)과 상형 강도(green strength)를 유지하고 있다. 또한, 이 예비 성형체는 매트릭스 금속에 의한 자발 용침을 허용할 수 있도록 충분한 기공도를 가져야 한다. 예비 성형체는 전형적으로 충전재를 균질 또는 비균질 상태로 점결시킨 것이며, 적절한 재료(예, 세라믹 및/또는 금속의 입자, 분말, 섬유 휘스커 등, 그리고 이들을 조합한 어떤 재료)로 구성될 수 있다. 또한, 이 예비 성형체는 일체형으로 하거나 다수의 예비 성형체를 조립한 형태로 할수 있다.
"매트릭스 금속 저장부"라 함은, 용융시, 충전재(또는 예비 성형체)와 접촉하고 있는 매트릭스 금속의 부분, 세그먼트 혹은 공급원을 보충하거나 또는, 초기에 매트릭스 금속을 공급하고 차후에 계속해서 보충하기 위하여 유동하는, 충전재 또는 예비 성형체 덩어리에 소정 위치에 배치한 매트릭스 금속 재료로 이루어진 별도의 물체를 의미한다.
"자발 용침(spontaneous infiltration)"이라 함은 압력이나 진공을 인가하지 않아도 매트릭스 금속이 충전재 또는 예비 성형체내로 자발적으로 용침되는 현상을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본원 발명의 실시예에 대해 설명한다. 도면 전체를 통해 동일한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 사용하였다.
본 발명은 입자간의 견고한 결합성이 없는 충전재나 혹은 예비 성형체에 용융 매트릭스 금속을 자발 용침시킴으로써 금속 매트릭스 복합체를 형성하는데 관한 것이다. 특히, 용침 촉진제 및/또는 용침 촉진제 선구 물질은, 자발 용침이 발생하기 전에 충전재 혹은 예비 성형체와 매트릭스 금속 사이의 계면에 도포되거나, 용융 매트릭스 금속과 충전재 혹은 예비 성형체와의 접촉과 실질적으로 연속해서 도포되는 것이 바람직하다. 기본적으로, 최소한 자발 용침 동안에는, 용침 촉진제는 충전재 혹은 예비 성형체와 매트릭스 금속 사이의 계면 및/ 또는 충전재 혹은 예비 성형체의 최소한 일부에 위치되어야 한다.
구체적으로, 용침 촉진제 선구 물질은, 충전재 혹은 예비 성형체와 매트릭스 금속과의 접촉이 일어나기 전이나 또는 실질적으로 연속하여 용침 촉진제가 충전재 혹은 예비 성형체의 최소한 일부를 성형할 수 있도록 용침 분위기와 최소한 부분적으로 반응할 수 있다(즉, 마그네숨이 용침 촉진 선구 물질이고 질소가 용침 분위기가 될 경우, 용침 촉진제는 충전재 혹은 예비 성형체의 표면이나 또는 그것의 최소한 일부에 위치되는 질화 마그네슘일 수 있다).
매트릭스 금속/용침 촉진제 선구 물질/용침 분위기 계의 일례로는 알루미늄/마그네슘/질소 계를 들 수 있다. 구체적으로, 알루미늄 매트릭스 금속은, 공정 조건들 하에서 알루미늄이 용융되었을 때, 이 알루미늄 매트릭스 금속 및/또는 충전재 혹은 예비 성형체와 반응하지 않는 적당한 내화 용기에 담기게 될 수 있다. 충전재 혹은 예비 성형체의 표면에는 마그네슘이 함유될 수 있고, 그리고 처리 중의 몇몇 시점에서 질소 분위기에 노출될 수 있다. 용융 알루미늄 매트릭스 금속이 그 표면에 마그네슘을 함유하는 예비 성형체 혹은 충전재와 접촉할 때, 매트릭스 금속은 자발적으로 충전재 혹은 예비 성형체에 용침하게 될 것이다.
더욱이, 용침 촉진제 선구 물질을 공급하기 보다는, 용침 촉진제를 예비 성형체와 매트릭스 금속 사이의 계면에서 예비 성형체 및/또는 매트릭스 금속의 적어도 하나에 직접 공급할 수 있다.
본 발명에서 채택한 처리 조건하의 알루미늄/마그네슘/질소로 이루어진 자발 용침 계의 경우에 있어, 충전재 혹은 예비 성형체는 처리 중의 몇몇 시점에서 질소 함유 기체가 이 예비 성형체를 투과하여 용융 매트릭스 금속과 접촉할 수 있을 정도로 충분한 통기성을 가져야 한다. 또한, 통기성의 충전재 혹은 예비 성형체가 용융 매트릭스 금속의 침입을 허용함으로써, 질소가 투과된 충전재 혹은 예비 성형체 내로 용융 매트릭스 금속의 자발 용침을 유발시켜 금속 매트릭스 복합체를 제조할 수 있고, 그리고 질소가 용침 촉진제 선구 물질과의 반응을 허용함므로써 충전재 혹은 예비 성형체의 표면 및/또는 충전재 혹은 예비 성형체 내의 최소한 일부에 용침 촉진제가 형성되도록 하여 자발 용침이 일어나게 한다. 자발 용침 및 금속 매트릭스 복합체의 생성 정도 혹은 속도는 충전재 혹은 예비 성형체 표면상의 마그네슘 함량, 충전재 혹은 예비 성형체의 표면 혹은 그 내부에 형성 및 위치된 질화 마그네슘의 양, 추가의 합금 원소(예, 실리콘, 철, 구리, 망간, 크롬, 아연 등)의 존재 여부, 충전재의 평균치수(예, 입경), 충전재의 표면 상태 및 그 종류, 용침 분위기중의 질소 농도, 용침 시간 및 용침 발생 온도를 포함하는 일련의 처리 조건들에 따라 달라진다.
비교를 위해 예를 들면, 용융 알루미늄 매트릭스 금속의 자발적인 용침을 발생시키기 위해, 알루미늄은 합금의 중량을 기준으로 최소 약 1중량%의 마그네슘, 바람직하게는 최소 약 3중량%의 마그네슘(용침 촉진제 선구 물질의 작용을 함)을 합금시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 매트릭스 금속의 특성을 조절하기 위해, 보조 합금 원소들을 매트릭스 금속에 함유시킬 수도 있다(또한, 그 보조 합금 원소는 알루미늄 매트릭스 금속을 충전재 또는 예비 성형체에 자발 용침을 유발시키는데 요구되는 마그네숨의 최소량에 영향을 줄수 있다). 자발 용침 계로부터 마그네슘이 소실(예들 들어, 휘발에 의한 소실)되어 용침 촉진제가 생성될 수 없을 정도가 되어서는 안된다. 따라서, 휘발에 의해 자발 용침 반응이 악화되지 않도록 초기에 매트릭스 금속내에 충분한 양의 합금 원소를 부가하는 것이 바람직하다. 그러나, 예비 성형체와 매트릭스 금속 양쪽에 또는 예비 성형체 내에 마그네슘이 존재하면, 자발 용침에 요구되는 마그네슘의 양을 감소시킬 수 있다(이하의 설명 참조).
질소 분위기 내에서 질소의 체적 백분율도 또한 금속 매트릭스 복합체의 생성 속도에 영향을 미친다. 특히, 질소 분위기에서 약 10체적% 이하의 질소가 함유되어 있으면 자발 용침이 매우 늦게 일어나거나 거의 일어나지 않게 되며, 최소 약 50체적%의 질소가 함유되어 있으면, 용침 속도가 매우 빨라져서 용침에 소요되는 시간이 짧아지는 것으로 밝혀져 있다. 용침 분위기(예, 질소 함유 기체)는 충전재(또는 예비 성형체)및/또는 매트릭스 금속에 직접 부가될 수 있으며, 또한 어떤 물질의 분해에 의해 생성될 수도 있다.
세라믹 충전 금속 매트릭스 복합체를 얻기 위해, 매트릭스 금속과 충전재 혹은 예비 성형체 사이의 계면에 배치되는데 필요한 최소 마그네슘 함량은 처리 온도, 시간, 실리콘 또는 아연과 같은 보조 합금 원소의 존재 여부, 충전재의 특성, 용침 분위기내의 질소의 함량 및 질소 분위기의 유동 속도 등과 같은 하나 이상의 변수에 따라 달라진다. 마그네슘 함량이 증가함에 따라, 보다 낮은 온도 또는 보다 짧은 가열 시간을 사용하여 완전한 용침을 달성할 수도 있다. 또한 마그네슘의 함량이 일정한 경우, 아연과 같은 보조 합금 원소를 부가하면 보다 낮은 온도를 사용하여 용침을 달성할 수도 있다.
비교를 위해 예를 들면, 매트릭스 금속내의 마그네숨의 함량이 사용 범위의 하한치 즉, 약1-3중량%인 경우도, 전술한 최소 처리 온도, 높은 질소 농도, 또는 하나 이상의 보조 합금 원소와 같은 인자중 적어도 하나의 인자와 함께 사용할 수 있다. 더욱이, 충전재 혹은 예비 성형체에 마그네슘을 전혀 부가하지 않은 경우, 약 3-5중량%의 마그네슘을 함유한 합금을 사용하는 것이 광범위한 처리 조건을 적용할 수 있다는 점에서 바람직하며, 보다 낮은 온도 및 보다 짧은 시간을 채용한 경우에는 최소 약 5중량%의 마그네슘을 함유한 합금을 사용하는 것이 바람직하다. 용침에 필요한 온도 조건을 조절하기 위해서는 약 10중량%(알루미늄 합금의 중량을 기준으로 함)이상의 마그네슘을 사용할 수도 있다. 보조 합금 원소와 함께 사용하는 경우에는 마그네슘의 함량을 줄일 수도 있으나, 이들 보조 합금원소는 단지 보조적인 기능만을 할 뿐이다. 또한 이들 보조 합금원소는 적어도 전술한 최소량의 마그네슘과 함께 사용된다. 예를 들면, 10중량%의 실리콘이 합금된 공칭의 순수한 알루미늄은 1000℃의 온도하에서 500메쉬(mesh)의 39크리스톨론(Crystolon)(Norton Co.에서 시판하는 99% 순도의 실리콘 카바이드)으로 구성된 베드(bedding)내로 거의 용침되지 않으나 마그네슘이 존재하면 실리콘이 용침 반응을 촉진시킨다는 사실이 밝혀졌다.
그러나, 마그네슘을 예비 성형체 또는 충전재에만 부가해 주면 마그네슘의 양이 변화하게 된다. 마그네슘이 매트릭스 금속과 예비 성형체 혹은 충전재 사이의 계면에 위치하면 자발 용침 계에 보다 적은 양의 마그네슘을 부가시켜도 자발 용침 반응이 일어난다는 사실이 밝혀졌다. 완성된 금속 매트릭스 복합체내에 원하지 않은 금속간 화합물이 생성되는 것을 방지하기 위해서는 보다 적은 양의 마그네슘을 사용하는 것이 바람직하다.
최소 약 1중량%의 마그네슘을 함유한 실리콘 카바이드로 된 예비 성형체의 경우, 거의 순수한 질소 분위기 하에서 이 예비 성형체를 알루미늄 매트릭스 금속에 접촉시키면 이 매트릭스 금속이 예비 성형체내로 자발적으로 용침되는 것으로 밝혀졌다. 알루미나로 된 예비 성형체의 경우, 자발 용침을 일으키는데 요구되는 마그네슘의 양은 다소 많아진다. 특히 알루미늄 매트릭스 금속의 실리콘 카바이드 예비 성형체내로 용침시와 동일한 온도와 동일한 질소 분위기하에서 알루미나 예비 성형체를 알루미늄 매트릭스 금속에 접촉시키는 경우, 바로 위에서 설명한 실리콘 카바이드 예비 성형체내로의 알루미늄 매트릭스 금속의 용침과 동일한 용침 정도를 달성하는데 최소 약 3중량%의 마그네슘이 필요한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 매트릭스 금속이 예비 성형체(혹은 충전재)내로 용침하기 전에 합금의 표면 및/또는 예비 성형체(또는 충전재)의 표면에 용침 촉진제 및/또는 용침 촉진제 전구 물질을 부가함으로써, 자발 용침을 달성하는데 요구되는 마그네슘의 양은 줄어들 수 있다.
매트릭스 금속의 표면상에 마그네슘을 도포하는 경우, 상기 매트릭스 금속의 표면은 충전재의 통기성 덩어리에 가장 인접한 표면, 바람직하게는 충전재와 접촉한 표면이 되어야 한다.
또한, 매트릭스 표면상에 마그네슘을 도포하는 방법, 예비 성형체의 적어도 일부분만 마그네슘을 위치 및 합금시키는 방법 등을 조합한 마그네슘 부가 방법도 사용할 수 있다. 용침 촉진제 및/또는 용침 촉진제 선구 물질 부가하기 위한 이와 같이 조합된 방법에 의하면 예비 성형체내에 매트릭스 알루미늄 금속이 용침되는 것을 촉진시키는데 필요한 총 마그네슘의 양이 감소되며, 또한 보다 낮은 온도에서 용침 반응이 일어난다. 또한, 마그네슘의 존재에 기인하여 생성되는 원하지 않는 금속간 화합물의 양도 최소화된다.
추가의 합금 원소 및 분위기 기체내의 질소의 농도 또한 주어진 온도하에서 매트릭스 금속의 질화의 정도에 영향을 준다. 예를 들면, 아연 또는 철과 같은 추가의 합금 원소를 합금 내에 포함시키거나 합금의 표면상에 가해주면 용침 온도가 감소되고, 이에 의해 질화물의 생성량이 감소된다. 이에 반해, 분위기 기체내의 질소의 농도를 상승시키면 질화물의 생성이 촉진된다.
합금 및/또는 충전재 혹은 예비 성형체의 표면상에 배치된 마그네슘의 농도 역시 주어진 온도하에서 용침의 정도에 영향을 준다. 따라서, 마그네슘이 예비 성형체(또는 충전재)와 거의 접촉하지 않는 경우, 자발 용침을 달성하기 위해 매트릭스 금속 합금내의 마그네슘의 농도는 최소 약 3중량%는 되어야 한다. 만일 마그네슘의 농도가 3중량% 이하(예로써, 1중량%)이면 용침을 달성하는데 보다 높은 처리 온도 또는 추가의 합금원소가 필요해진다. (1) 합금내의 마그네슘 함량이 예로써 최소 약 5중량%까지 증가하는 경우 및/또는 (2) 합금 성분을 예비 성형체의 통기성 덩어리와 혼합한 경우 및/또는 (3)알루미늄 합금 내에 아연 또는 철과 같은 다른 원소가 존재하는 경우에는 본 발명의 자발 용침 반응을 일으키는데 필요한 온도가 낮아질 수 있다. 또한, 충전재의 종류가 달라지면, 자발 용침 반응은 온도가 달라진다. 일반적으로는 최소 약675℃의 온도에서, 바람직하게는 최소 약 750-800℃의 온도에서 자발적이고도 점진적인 용침 반응이 일어나며, 온도가 1200℃를 초과하면 용침 반응에 불리하다. 특히, 유용한 용침 반응의 온도 범위는 약 675℃내지 1200℃의 범위인 것으로 밝혀졌다. 그러나, 일반적으로 자발 용침 온도는 매트릭스 금속의 융점 이상의 온도 내지 기화 온도 이하의 온도 범위이며, 또한, 충전재의 융점 이하의 온도로 해야 한다. 온도가 높아짐에 따라 매트릭스 금속과 용침 분위기 사이에서 반응 생성물이 생성되는 경향이 증가한다(예를 들면, 매트릭스 금속으로서 알루미늄을 사용하고, 용침 분위기로서 질소를 사용하는 경우, 질화 알루미늄이 생성된다). 이와 같은 반응 생성물은 제조된 금속 매트릭스 복합체의 사용 목적에 따라 바람직한 경우도 있고 바람직하지 않은 경우도 있다. 또한, 용침 온도를 얻기 위해 전기 저항 가열 방식을 사용하기도 한다. 그러나, 매트릭스 금속을 용해시킬 수 있고, 자발 용침에 악영향을 주지 않는 한 어떠한 가열 방식을 사용해도 무방하다.
본 발명에 방법에서는 용침을 달성하는데 필요 전체 시간 동안, 예를 들면, 예비 성형체 혹은 충전재의 통기성 덩어리를 질소 함유 기체의 존재 하에서 용융 알루미늄에 접촉시킨다. 질소 함유 기체는 예비 성형체 혹은 충전재 및/또는용융 알루미늄 매트릭스 금속중 적어도 어느 하나와 계속해서 접촉하는 연속적인 유동 상태를 유지하면서 공급된다. 질소 함유 기체의 유속은 결정적인 사항은 아니지만, 합금 매트릭스내에서 질화물이 생성됨에 따라 분위기로부터의 질소의 손실 양을 보상할 수 있을 정도의 충분한 유속으로, 그리고, 용융 금속 및/또는 용침 촉진제 및/또는 용침 촉진제 선구 물질을 산화시키는 공기의 혼입을 방지할 수 있을 정도의 충분한 유속으로 해주어야 한다.
본 발명의 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법은 여러 가지 종류의 충전재에 적용할 수 있으며, 충전재는 매트릭스 금속 합금, 처리 조건, 용융 매트릭스 금속의 충전재에 대한 반응성, 원하는 최종 복합체의 특성등과 같은 여러 가지 인자에 따라 다양하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 알루미늄이 매트릭스 금속인 경우의 적절한 충전재로서는 (a) 산화물(예, 알루미나), (b) 탄화물(예, 실리콘 카바이드), (c) 붕화물(예, 알루미늄 도데카보라이드), 및 (d) 질화물(예, 질화 알루미늄) 등을 들 수 있다. 충전재가 용융 알루미늄 매트릭스 금속과 반응하는 경향이 있는 경우에는 용침 시간 및 용침 온도를 최소화하거나 충전재 위에 비반응성 코팅을 도포함으로써 위와 같은 반응을 방지할 수 있다. 충전재로서는 기층 위에 세라믹 코팅을 하여 침식 또는 열화되지 않도록 한 탄소 또는 비세라믹 재료 같은 기재(substrate)가 포함된다. 적절한 세라믹 코팅물질로서는 산화물, 탄화물, 붕화물 및 질화물이 포함된다. 본 발명의 제조 방법에 적합한 세라믹에는 입자 형태, 판 형태, 휘스커 형태 및 섬유 형태의 알루미나 및 실리콘 카바이드가 포함된다. 섬유 형태의 세라믹은 짧게 자른 불연속 형태로 하거나 멀티필라멘트와 같은 연속 형태로 할 수 있다. 또한, 충전재 혹은 예비 성형체는 균질로 하거나 비균질로도 할 수 있다.
어떤 종류의 충전재는 유사한 화학 조성을 가진 다른 충전재에 비해 용침성이 우수한데, 예를 들면, 미합중국 특허 제4,713,360호 및 미합중국 특허 출원 제819,397호에 기재되어 있는 방법에 의해 제조된 분쇄 알루미나는 시판되는 일반 알루미나에 비해 우수한 용침성을 나타낸다. 따라서, 상기 미합중국 특허 및 특허 출원의 방법에 의해 제조된 분쇄된 알루미나를 사용하면 보다 낮은 용침 온도 및/또는 보다 낮은 용침 시간에 용침이 완료될 수 있다.
충전재 혹은 예비 성형체의 치수 및 형상에 따라 완성된 복합체의 특성이 달라진다. 충전재의 형태에 의해 용침 반응이 제한을 받는 것은 아니므로 충전재는 입자 형태, 휘스커 형태, 판 형태 또는 섬유 형태 등의 형태를 취할 수 있으며, 이 밖에도 구 형태, 세관(tubule)형태, 펠리트 형태, 내화 섬유의 직물 형태 등도 사용할 수 있다. 또한, 입자가 큰 충전재로 된 충전재 성형체에 비해 입자가 작은 충전재로된 충전재 성형체가 그 용침을 완료하는데 더 높은 온도와 긴 시간이 필요하다. 또한, 충전재의 덩어리(덩어리는 예비 성형체 내에서 형성됨)는 통기성이 있어야 하는데, 다시 말해서 용융 매트릭스 금속과 용침 분위기가 침투할 수 있어야 한다.
용융 매트릭스 금속을 예비 성형체 또는 충전재 덩어리 내에 용침시킴에 있어, 압력을 사용하지 않는 본 발명의 금속 매트릭스 복합체 제조 방법에 의하면 충전재의 체적 분율이 높은 그리고 기공도가 낮은 거의 균일한 금속 매트릭스 복합체를 제조할 수 있다. 기공도가 낮은 충전재 성형체를 사용하면 충전재의 체적분율이 높은 복합체를 얻을 수 있으며, 또한 용융 합금에 의한 용침이 방해되지 않을 정도로 충전재 덩어리를 압축 성형 또는 치밀화시킴으로써 충전재의 체적 분율이 높은 복합체를 얻을 수 있다.
알루미늄의 용침 및 세라믹 충전재 주위에서의 매트릭스의 형성에 있어서, 알루미늄 매트릭스 금속에 의한 세라믹 충전재의 습윤성은 용침 기구(infiltration mechanism)에서 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 또한, 낮은 처리 온도에서는 무시할 수 있을 정도의 금속의 질화 반응이 일어나고, 그 결과 소량의 질화 알루미늄 불연속상의 금속 매트릭스내에 분산상으로서 존재하게 된다. 반대로, 용침 온도가 고온이 되면 금속의 질화가 용이하게 발생하게 된다. 따라서, 용침 온도를 변화시켜 주면 금속 매트릭스내의 질화물 상의 양을 조절할 수 있다. 또한, 질화물이 생성되는 온도는 사용한 매트릭스 알루미늄 합금, 충전재 또는 예비 성형체의 체적에 대한 매트릭스 알루미늄의 양, 용침된 충전재, 및 용침 분위기내의 질소의 농도 등과 같은 인자에 따라 달라진다. 예를 들면, 주어진 처리 온도 하에서 세라믹 충전재에 대한 알루미늄 합금의 습윤성이 감소할수록 그리고 용침 분위기중의 질소 농도가 증가할수록 알루미늄 질화물의 생성 정도는 증가한다고 밝혀졌다.
그러므로, 복합체의 생성중의 금속 매트릭스의 구성 상태를 조절해 줌으로써 완성된 복합체에 원하는 특성을 부여할 수 있게 된다. 하나의 주어진 계에 있어서, 질화물의 생성을 제어하도록 처리 조건을 선택할수 있다. 질화 알루미늄 상을 함유한 복합체는 제품의 성능에 유리하거나 혹은 그것을 개선할 수 있는 우수한 특성을 나타낸다. 또한, 알루미늄 합금의 자발 용침을 위한 온도 범위는 사용한 세라믹 물질에 따라 달라진다. 충전재로서 알루미나를 사용한 경우, 질화물의 생성에 기인된 매트릭스 금속의 전성의 감소를 방지하려면 용침 온도가 약 1000℃를 초과해서는 안된다. 그러나, 전성은 약하지만 강성(stiffness)이 우수한 성질을 가진 복합체를 제조하고자 하는 경우에는 1000℃를 초과하는 용침 온도를 사용할 수 있다. 충전재로서 실리콘 카바이드를 사용하고, 매트릭스 금속으로서 알루미늄을 선택한 경우에는 약 1200℃의 고온을 사용할 수 있는데, 이는 충전재로서 알루미나를 사용한 경우보다는 실리콘 카바이드를 사용한 경우가 알루미늄 합금의 질화 정도가 낮기 때문이다.
또한, 충전재에 대한 용침 반응의 완료 및/또는 제1매트릭스 금속과 다른 조성의 제2매트릭스 금속의 공급을 위해 매트릭스 금속 저장부를 사용할 수 있다. 특히, 어떤 경우에는 제1매트릭스 금속과 그 조성이 다른 제2매트릭스 금속을 사용하는 것이 바람직할 경우도 있다. 예를 들면, 알루미늄 합금을 제1매트릭스 금속으로서 사용한 경우, 처리 온도에서 용융 상태인 다른 금속 또는 다른 합금을 제2매트릭스 금속으로서 사용할 수 있다. 일반적으로, 용융 금속은 적절한 시간 동안 방치해 두면 서로 혼합되는 성질이 있다. 본 발명에 따르면, 자발 용침중인 예비 성형체, 즉 제1매트릭스 금속에 의해 부분적으로 용침된 예비 성형체는, 기체 흐름 또는 기타의 기구(mechanism)에 의해, 제2매트릭스 금속을 포함한 매트릭스 금속 저장부내로 도입될 수 있다. 또한, 일반적 용융 금속은 적절한 시간 동안 방치해 두면 서로 혼합되는 성질이 있으므로 제1매트릭스 금속과는 조성이 다른 제2매트릭스 금속 저장부를 사용하면 여러 가지 사용 목적에 부합되는 특성을 가진 금속 매트릭스를 얻을 수 있고, 따라서 완성된 금속 매트릭스 복합체의 특성도 조절할 수 있다.
본 발명에서는 또한 차단 수단(barrier means) 사용할 수 있다. 특히, 본 발명에서 사용하는 차단 수단은 용융 매트릭스 금속 합금(예, 알루미늄 합금)이 충전재 또는 예비 성형체의 소정의 경계면을 초과하여 유동하는 것을 방지할 수 있는 것이라면 어떠한 수단도 가능하다. 적절한 차단 수단으로서는 본 발명의 처리 조건하에서 그 형태를 유지할 수 있고, 휘발하지 않으며, 처리에 사용된 기체가 침투할 수 있으며, 세라믹 충전재의 소정의 경계면을 초과하는 용침을 방지할 수 있는 임의의 물질, 화합물, 원소, 조성물 등을 들 수 있다.
적절한 차단 수단에는 채용된 처리 조건하에서 용침하는 용융 매트릭스 금속 합금에 의해 거의 습윤되지 않는 재료가 포함된다. 이러한 종류의 차단 수단은 용융 매트릭스 금속에 대한 친화력이 거의 없으므로 충전재 또는 예비 성형체의 소정의 경계면을 초과하는 용융 매트릭스 금속의 용침을 차단하게 된다. 또한, 차단 수단을 사용하면 금속 매트릭스 복합체에 요구되는 최종 기계 가공이나 연삭 가공의 필요성을 감소시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 분위기 기체가 용융 매트릭스 합금에 접촉할 수 있도록, 차단 수단이 통기성을 가지는 것이 바람직하다.
특히, 알루미늄 매트릭스 금속 합금에 대해 유용한 차단 수단은 탄소를 함유한 차단 수단이며, 특히 탄소의 동소체인 흑연을 함유한 차단 수단이다. 흑연을 처리 조건하에서 용융 알루미늄 합금에 의해 습윤되지 않으며, 특히 바람직한 흑연으로서는 유니온 카바이드사의 상표명 Grafoil
Figure kpo00002
으로 시판되는 흑연 테이프를 들 수 있다. 이 흑연 테이프는 용융 알루미늄 합금이 충전재의 소정의 경계면을 초과하여 유동하는 것을 방지해주는 차단 특성을 발휘한다. 이 흑연 테이프는 또한 내열성이 우수하며 화학적으로 불활성이다. 또한 이 Grafoil
Figure kpo00003
흑연 테이프는 가요성 및 탄력성이 있으므로 임의의 다양한 형상으로의 성형이 가능하다. 그러나, 슬러리 또는 페이스트 형태의 흑연 차단 수단을 사용할 수도 있으며, 경우에 따라 충전재 또는 예비 성형체의 주위에 박막 형태로 흑연 차단 수단을 도포할 수도 있다. Grafoil
Figure kpo00004
흑연 테이프를 사용하는 것이 바람직한 이유는, 이것이 가요성의 흑연 시트(sheet)로서 충전재 또는 예비 성형체의 둘레에 쉽게 설치할 수 있기 때문이다.
질소 분위기 하에서의 알루미늄 매트릭스 금속 합금에 대해 바람직한 그 밖의 차단 수단으로 천이 금속 붕화물(예, 티타늄 디보라이드(TiB2)이 있는데, 이 물질은 채용한 처리 조건 하에서 용융 알루미늄 합금에 의해 습윤되지 않는다. 그러나, 이러한 종류의 차단 수단을 사용하는 경우, 처리 온도가 약 875℃를 초과해서는 안되며, 만일 이 온도를 초과하면 차단 수단의 기능이 떨어지며, 온도가 상승함에 따라 차단 수단내로의 용침도 발생하게 된다. 상기 천이 금속 붕화물은 전형적으로 입자 형태(1-30㎛)이며, 이는 세라믹 충전재 성형체(또는 예비 성형체)의 소정의 경계면에 슬러리 또는 페이스트 상태로 도포할 수 있다.
질소 분위기 하에서의 알루미늄 매트릭스 금속 합금에 대해 유용한 그 밖의 차단 수단으로는 충전재 또는 예비 성형체의 외면상에 박막 또는 층상으로 설치되는 휘발성이 낮은 유기 화합물이 포함된다. 질소 분위기 하에서, 특히 본 발명의 처리 조건 하에서 가열되면, 이 유기 화합물을 분해되면 탄소 박막이 남는다. 그 유기 화합물은 페인팅법, 스프레이법, 디핑법(dipping) 등과 같은 종래의 기술을 이용하여 도포할 수 있다.
또한, 충전재보다 용침이 느리게 발생하는 미세하게 분쇄한 미립자 물질도 차단 수단으로 사용할 수 있다.
차단 수단은 소정의 경계면상에 차단층(layer)을 마련하는 등의 임의의 적절한 방법으로 형성할 수 있으며, 페인팅법, 디핑법, 실크 스크린법, 증착법, 액상 도포법, 슬러리 도포법, 페이스트 도포법, 기화성 있는 차단 수단의 스퍼터링법, 고체입자 형태의 차단층의 용착법, 고체 박막 형태의 차단 수단을 마련하는 등의 방법으로 형성할 수 있다. 이와 같은 차단 수단을 설치한 경우, 용융 매트릭스 금속이 소정의 경계면과 이 차단 수단에 접촉하면 자발 용침은 중지된다.
이하, 본원 발명의 몇가지 실시예에 대해 설명한다. 본 실시예는 본원 발명의 일예로서 본원 발명이 본 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
제1도는 금속 매트릭스 복합체를 형성하는데 사용되는 어셈블리의 단면도가 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 220그리트(grit)의 알루미나 분말(노턴사(Norton Co.)에서 제작 시판하는 제품명 39 Alundum)을 함유하는 충전재(3)를 내화 용기(1)에 담았다. 이 내화 용기(1)는 약 100mm×45mm×19mm의 치수를 지니며, 고순도 알루미나 물질(Boit Technical Ceramics, Inc. 의 BTC-AL-99.7%)로 구성되었다. 존슨 메티사(Johnson Mathey Co.)의 자회사인 에이자(Aesar)사 제품인 약 2.7그램의 마그네슘 부스러기(4) 층을 알루미나 충전재(3)의 상부 표면에 배치시켰다. 약 2인치×1인치×1/2인치의 치수 및 약 41.9%의 중량을 지닌 매트릭스 금속 합금(2)을 마그네슘 부스러기(4)층상에 배치시켰다. 매트릭스 금속 합금(2)은 1100 Aluminum으로 알려진 상업용 알루미늄 합금이고, 약 99중량%의 Al과, Zn, Cu, Fe, Si 및 Mn 등의 소량의 불순물을 함유한다. 내화 용기(1) 및 그 내용물을 내전성의 제어된 분위기의 관형노(tube furnace)내에 배치시킨 다음 밀봉하여 노내를 약 1×10-2torr로 배치시키고, 약 96체적%의 질소와 약 4체적%의 수소를 함유하는 생성 가스를 이입(backfill)시켰다. 그 다음, 생성 가스를 약 250cc/min 속도로 연속적으로 유동시켰다. 다음에, 노의 온도를 시간당 약 150℃의 속도로 약 875℃까지 승온시키고, 이 온도에서 5시간 동안 유지시킨 후, 다시 시간당 약 200℃이 속도로 실온까지 저하시켰다. 배 모양의 내화 용기(1) 및 그 내용물을 노에서 취출하여 관찰하면, 합금(2)이 충전재(3)에 실질적으로 완전히 용침되어 있다는 것이 판명되었다.
실시예 2
1.3그램의 마그네슘 부스러기(4) 층을 충전재(3)와 매트릭스 금속 합금(2) 사이에 배치시키고 그리고 합금(2)의 중량을 약 41.1그램으로 하는 것만 제외하고, 전술한 실시예 1의 처리를 반복하였다. 이러한 조건에서도, 매트릭스 금속이 충전재(3)에 실질적으로 완전히 용침되었다.

Claims (6)

  1. 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법에 있어서, 매트릭스 금속원을 제공하는 단계와; 비반응성 충전재나 혹은 충전재의 예비 성형체를 상기 매트릭스 금속원에 근접하게 배치하는 단계와; 상기 매트릭스 금속과 상기 충전재 사이의 계면중 적어도 일부에 용침 촉진제 및 용침 촉진제 선구 물질의 적어도 하나를 공급하는 단계와; 상기 매트릭스 금속을 용융시키는 단계와; 그리고 상기 충전재의 적어도 일부에 상기 용융매트릭스 금속을 자발 용침시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 용침 공정 중 적어도 한 시점에서, 상기 충전재와 상기 매트릭스 금속중 적어도 하나와 통하는 용침 분위기를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 매트릭스 금속, 충전재 및 용침 분위기중 적어도 하나에 용침 촉진제 선구 물질 및 용침 촉진제중 적어도 하나를 부가하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 차단체로 충전재의 경계면을 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 매트릭스 금속은 상기 차단체까지 자발 용침하는 것을 특징으로 하는 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 매트릭스 금속은 알루미늄으로 이루어지며, 상기 충전재는 산소, 카아바이드, 보라이드 및 니트라이드를 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 용침 촉진제 선구 물질과 용침 촉진제중 적어도 하나는 상기 매트릭스 금속원의 적어도 일부나 혹은 상기 예비 성형체의 적어도 일부에 코딩물로서 도포되는 것을 특징으로 하는 금속 매트릭스 복합체의 제조 방법.
KR1019890014116A 1988-11-10 1989-09-30 자발 용침에 의한 금속 매트릭스 복합체의 제조방법 KR970008037B1 (ko)

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US07/269,377 US5016703A (en) 1988-11-10 1988-11-10 Method of forming a metal matrix composite body by a spontaneous infiltration technique
US269,377 1988-11-11

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