NO176348B - Framgangsmåte for å framstille kompositter med metallmatrise ved å bruke neddykket stöping - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en framgangsmåte for framstilling av et metallmatrisekomposittlegeme.

Bakgrunn

Kompositter som består av en metallmatrise og en styrkende eller armerende fase slik som keramiske partikler, whiskers, fibre eller tilsvarende, har store muligheter for et utall av anvendelser, fordi de kombinerer noe av stivheten og slitestyrken til den armerende fasen med duktiliteten og seigheten av metallmatrisen. Generelt vil en metallrnatrisekompositt framvise en forbedring i slike egenskaper som styrke, stivhet, kontakt-slitestyrke og høytemperaturstyrke i forhold til metallmatrisen i monolittisk form, men graden av forbedrete egenskaper avhenger i stor grad av de spesifikke komponentene, deres volum- eller vektfraksjon samt hvordan de er prosessert ved tilvirkingen av kompositten. I noen tilfeller kan i og for seg kompositten også være lettere i vekt enn metallmatrisen. Aluminium-metallmatrisekompositter armert med keramiske materialer, slik som f.eks. silisiumkarbid i partikkelform, plateform, eller whiskersform, er interessante på grunn av deres høyere stivhet, slitemotstand og høytemperaturstyrke i forhold til aluminium.

Ulike metallurgiske prosesser har blitt beskrevet for fabrikkering av aluminiummatrise-kompositter, inkludert metoder basert på pulver-metallurgiske prosesser og veske-metall mfiltreringsteknikker som anvender trykkstøping, vakuumstøping, røring og fuktemidler. Med pulvermetallurgiske teknikker blir metallet i form av et pulver og det armerende materiale i form av et pulver, whiskers, knuste fibre etc. blandet sammen og deretter enten kaldpresset og sintret, eller varmpresset. Den maksimale keramiske volumfraksjon i silisiurnkarbid-armert aluminiummatrise kompositter produsert ved denne metoden har blitt rapportert til å utgjøre 25 vol% i tilfellet for whiskers, og 40 vol% i tilfellet for partikler.

Produksjonen av metaUmatrisekompositter ved pulver-metallurgiske teknikker som anvender konvensjonelle prosesser, pålegges visse begrensninger med hensyn til de oppnåelige produkt-karakteristika. Volumfraksjonen av den keramiske fase i kompositten er typisk begrenset, i tilfellet for partikler, til 40%. Press-operasjonen framviser også en grense på den praktisk oppnåelige størrelse. Kun relativt enkle produktformer er mulig uten etterfølgende behandling (f.eks. forming eller maskinering) eller uten å ty til komplekse prosesser. Ikke-uniform krymping under sintring kan også forekomme, så vel som rigiditet i mikrostrukturen forårsaket av segregering i kompaktene og kornveksten.

US patentskrift 3.970.136, beskriver en prosess for tilvirking av en metallmatrisekompositt ved inkorporering av en fibrøs armering, f.eks. silisiumkarbid eller aluminawhiskers, som har et forutbestemt mønster av fibrenes orientering. Komposittene er laget ved å plassere parallelle matter eller felter av koplanare fibre i en form med et reservoar av smeltet metallmatrise, f.eks. aluminium, mellom i det minste noen av mattene, og anvende trykk for å tvinge smeltet metall til å penetrere mattene og omgi de orienterte fibrene. Smeltet metall kan helles over stabelen av matter mens den under trykk tvinges til å flyte mellom mattene. Andeler på opptil 50 vol% av armerende fibre i kompositten er blitt rapportert.

Sett i lys av den ovennevnte infiltreringsprosess' avhengighet av eksternt trykk for å tvinge den smeltete metallmatrise gjennom stabelen av fibrøse matter, forutsetter den ovennevnte infiltreringsprosessen trykkinduserte flyteprosesser, dvs. mulig ikke-uniformitet av matrisedannelse, porøsitet etc. Ikke-uniformitet av egenskaper er mulig, selv om smeltet metall kan introduseres i en mangfoldighet av posisjoner i fiberarrangementet. Som en konsekvens må kompliserte arrangementer av matte/reservoar og flytveier legges til rette for å oppnå fullgod og uniform penetrering i stabelen av fibermatter. Den ovennevnte metoden med trykkinfiltrering tillater kun en forholdsvis lav volumfraksjon med armering av matrise på grunn av den iboende vanskelighet med infiltrering av et stort mattevolum. Videre kreves det at forma må inneholde det smeltete metall under trykk, som går på bekostning av prosessen. Til slutt er den ovennevnte prosessen, som er begrenset til infiltrering av retningsoirenterte partikler eller fibre, ikke rettet mot dannelse av aluminium-metallmatrisekompositter armert med materialer i form av tilfeldig orienterte partikler, whiskers eller fibre.

I fabrikasjonen av aluminium matrise-alumina fylte kompositter vil ikke aluminium fukte alumina skikkelig, noe som gjør det vanskelig å forme et sammenhengende produkt. Ulike løsninger på dette problemet er blitt foreslått. En slik timærming kan være å belegge alumina med et metall (f.eks. nikkel eller wolfram), som deretter varmpresses sammen med aluminium. I en annen teknikk er aluminium legert med litium, og alumina kan belegges med silika. Disse komposittene framviser imidlertid variasjoner i egenskaper, beleggene kan degradere fyllmaterialet, eller matrisen inneholder litium som kan påvirke matrisens egenskaper.

US patentskrift 4.232.091, overvinner visse vanskeligheter i faget som man må regne med i produksjon av alurnMum-matirse-alumina kompositter. Dette patentskriftet beskriver anvendelse av trykk på 75-375 kg/cm<2>for å tvinge smeltet aluminium (eller smeltet aluniiniumlegering) inn i en fiber- eller whiskersmatte av alumina som er blitt forvarmet til 700 til 1050°C. Det maksimale volumforhold mellom alumina og metall i den ferdige massive støp var 0.25:1. På grunn av avhengigheten av ekstern kraft for å oppnå infiltrering, er denne prosessen utsatt for de samme vanskeligheter som prosessen i det ovennevnte US patentskrift.

EP-A-I 15,742 beskriver produksjon av alunumum-alumina-kompositter, spesielt anvendbare som elektrolytiske cellekomponenter, ved fylling av hulrommene i en preformet aluminamatrise med smeltet aluminium. Denne anvendelse framhever ufuktbarheten av alumina med aluminium, og derfor er ulike teknikker anvendt for å fukte alumina gjennom preforma. F.eks. er alumina belagt med et fuktemiddel av et diborid av titan, zirkonium, hafnium eller niob, eller med et metall som f.eks. litium, magnesium, kalsium, titan, krom, jern, kobolt, nikkel, zirkonium eller hafnium. Inerte atmosfærer som f.eks. argon er anvendt for å lette fukting. Denne referanse viser også anvendelse av trykk for å penetrere smeltet aluminium i en ubelagt matrise. I denne sammenheng oppnås infiltrering ved evakuering av porene for deretter å anvende trykk på det smeltete aluminium i en inert atmosfære, f.eks. argon. Alternativt kan preforma infiltreres ved avsetning av aluminium i dampfase for å fukte overflata forut for fylling av hulrommene ved infiltrering med smeltet aluminium. For å sikre retensjon av aluminium i hulrommene i preforma kreves det varmebehandling, f.eks. ved 1400-1800 °C, enten i vakuum eller i en argonatmosfære. På den annen side vil enten eksponering av det trykkinfiltrerte materiale for gass, eller fjerning av det infiltrerende trykk, resultere i tap av aluminium fra legemet.

Anvendelsen av fuktemidler for å effektuere infiltrering av en aluminakomponent i en elektrolytisk celle med smeltet metall er også vist i EP-A-94353. Denne publikasjonen beskriver produksjon av aluminium ved elektrolytisk utvinning med en celle som har en katodisk strømforsyner som celleinnsats eller substrat. For å beskytte dette substratet fra smeltet kryolitt, er aluminasubstratet påført et tynt belegg med ei blanding av et fuktemiddel og løselighetsdemper forut for oppstart av cellen eller mens det er neddykket i det smeltete aluminium produsert ved den elektrolytiske prosess. Tilhørende fuktemidler er titan, zirkonium, hafnium, silisium, magnesium, vanadium, krom, niob eller kalsium, der titan er utpekt som det foretrukkete middel. Forbindelser av bor, karbon og nitrogen er beskrevet som nyttige til å undertrykke løseligheten av fuktemidlene i smeltet aluminium. I referansen er det imidlertid ikke foreslått produksjon av metallmatrisekompositter eller tilvirking av en slik kompositt i, f.eks., en nitrogenatmosfære.

I tillegg til anvendelse av trykk og fuktemidler, er det kommet fram at anvendelse av vakuum vil bistå penetreringen av smeltet aluminium i inn i et porøst keramisk kompakt. F.eks., US patentskrift 3.718.441 rapporterer infiltrering av et keramisk kompakt (f.eks. borkarbid, alumina og beryllia) med enten smeltet aluminium, beryllium, magnesium, titan, vanadium, nikkel eller krom under et vakuum på mindre enn IO"<6> torr. Et vakuum på IO'<2> til 10"<*> torr resulterte i dårlig fukting av keramikken med det smeltete metall i en slik grad at metallet ikke fløt fritt inn i de keramiske hulrommene. Imidlertid ble det hevdet at fukting ble forbedret når vakuumet ble redusert til mindre enn IO"<6> torr.

US patentskrift 3.864.154 viser også bruken av vakuum for å oppnå infiltrering. Dette patentskriftet beskriver tilsats av et kaldpresset kompakt av A1B12 -pulver på ei seng av kaldpresset aluminium-pulver. Ekstra aluminium ble deretter lokalisert på toppen av AlB^-kompaktet. Digelen, med kompaktet av A1B12 "laminert" mellom lagene av aluminiumpulver, ble plassert i en vakuumovn. Ovnen ble evakuert til omlag 10"<5> torr for å tillate avgassing. Temperaturen ble deretter hevet til 1100°C og holdt ved like i en periode på 3 timer. Ved disse betingelsene penetrerte det smeltete aluminium det porøse A1B12- kompaktet.

US patentskrift 3.364.976 viser konseptet for dannelse av selvgenerert vakuum i et legeme for å forbedre penetrering av et smeltet metall inn i legemet. Mer spesifikt kommer det fram i dette patentskriftet at et legeme, f.eks. ei grafittform, ei stålform, eller et porøst ildfast materiale, er fullstendig neddykket i et smeltet metall. I tilfellet med ei form, kommuniserer formas hulrom, som er fylt med en gass som er reaktiv med metallet, med det omgivende smeltete metallet gjennom minst én åpning i forma. Når denne forma blir neddykket i smeiten, skjer fyllingen av hulrommet mens det selvgenererte vakuum er produsert fra reaksjonen mellom gassen i hulrommet og det smeltete metallet. Nærmere beskrevet er vakuumet et resultat av dannelsen av en fast oksidert form av metallet. På denne måten viser det sistnevnte patentskriftet at det essensielle er induksjon av reaksjonen mellom gassen i hulrommet og det smeltete metallet. Det kan imidlertid være uhensiktsmessig å anvende ei form til å danne vakuum, på grunn av de tilknyttete begrensninger ved bruken av ei form. Ei form må først maskineres til en spesiell figur; deretter finpusses, maskineres til å produsere ei akseptabel støpeoverflate i forma; deretter settes sammen før bruk; deretter demonteres etter bruk for å fjerne støpestykket; og deretter gjenvinne forma, som mest sannsynlig ville kreve gjentatt finpussing av overflata i forma eller avhending av forma hvis den ikke lenger er akseptabel til bruk. Maskinering av ei form til en kompleks figur kan være svært kostbart og tidkrevende. Dessuten kan fjerning av et formet stykke fra ei form med kompleks geometri være vanskelig (dvs. støpestykker med en kompleks geometri kan gå i stykker når de tas ut av forma). Videre, mens det finnes et forslag om at porøst ildfast materiale kan neddykkes direkte i et smeltet metall uten bruk av ei form, måtte det ildfaste materialet være et udelt stykke fordi det ikke finnes noen anordning for infiltrering av et løst eller separert porøst materiale uten bruk av ei beholder-form (dvs. det er en generell oppfatning at det partikkelformige materiale typisk vil dissosiere eller flyte fra hverandre når det kommer i kontakt med flytende metall). Videre, hvis det var ønskelig å infiltrere et partikkelformig materiale eller løselig formet preform, burde det tas forholdsregler slik at det infiltrerende metallet ikke fortrenger i det minste deler av partiklene eller preforma med en inhomogen mikrostruktur som resultat.

I henhold til dette har det lenge vært et behov for en enkel og pålitelig prosess til produksjon av formete metallmatrisekompositter som ikke er avhengig av trykk eller vakuum (enten eksternt eller internt framskaffet), eller ødeleggende fuktemidler for å skape en metallmatrise som støper inn et annet materiale slik som et keramisk materiale. Dessuten har det lenge vært et ønske om å minimalisere omfanget av avsluttende maskinering s-operasj oner, som er påkrevet for å produsere et metallmatrisekomposittlegeme. Den foreliggende oppfinnelsen tilfredsstiller disse behovene ved å sørge for en spontan infiltrerende mekanisme for infiltrering av et materiale (f.eks. et keramisk materiale), som kan formes til ei preform, med smeltet matrisemetall (f.eks. aluminium) i nærvær av en infiltrerende atmosfære (f.eks. nitrogen) under atmosfæriske trykk så lenge et infiltreirngsmiddel er tilstede i det minste på ett tidspunkt i løpet av prosessen.

En ny framgangsmåte for tilvirking av et metallmatrisekomposittmateriale er vist i NO patentsøknad 882083 (publisert etter foreliggende prioritetsdato). I henhold til denne metoden er det produsert en metallmatrisekompositt ved infiltrering av en permeabel masse av et fyllmateriale (f.eks. et keramisk eller et keramisk belagt materiale) med smeltet aluminium inneholdende minst 1 vekt% magnesium, og helst minst 3 vekt% magnesium. Infiltrering skjer spontant uten anvendelse av eksternt trykk eller vakuum. En forsyning av den smeltete metall-legering er brakt i kontakt med massen av fyllmaterialet ved en temperatur på minst 675 °C i nærvær av gass bestående av 10-100 vol%, og fortrinnsvis minst 50 vol% nitrogen, og en resterende del, hvis det finnes, som består av en ikke-oksiderende gass, f.eks. argon. Under disse betingelser infiltrerer den smeltete aluminiumlegering den keramiske masse under normale atmosfæriske trykk til å danne en aluminium- (eller aluminium-legering) matrise kompositt. Når den ønskete andel av fyllmaterialet er infiltrert av den smeltete aluminiumlegering, blir temperaturen senket for å størkne legeringen, hvoretter resultatet blir en størknet metallmatrise-konstruksjon som omgir det armerende fyllmateriale. Vanligvis, og fortrinnsvis, vil den tilsatte mengden av smeltet legering være tilstrekkelig til å tillate infiltreringen å fortsette til fyllmaterialets grenser. Mengden fyllmateriale i aluminiummatrise kompositter produsert i henhold til metoden i den sistnevnte oppfinnelsen kan være betydelig høy. I dette henseende kan det oppnås volumetriske forhold av fyllmateriale: legering som er høyere enn 1:1.

Under prosessbetingelsene i den ovennevnte oppfinnelsen, kan aluminiumnitrid dannes som en diskontinuerlig fase dispergert gjennom hele aluminium-matrisen. Mengde nitrid i aluminium-matrisen kan variere avhengig av slike faktorer som temperatur, sammensetning av legeringen, gass-sammensetning og fyllmateriale. Ved å kontrollere én eller flere slike faktorer i systemet, er det på denne måten mulig å skreddersy komposittens egenskaper. For anvendelse som sluttprodukt kan det i noen tilfeller være ønskelig at kompositten inneholder lite eller i hovedsak intet aluminiumnitrid.

Det er blitt observert at høyere temperaturer favoriserer infiltrering men også framhever prosessen som leder til nitriddannelse. Den sistnevnte oppfinnelsen tillater et valg av en balanse mellom mfUtreringskinetikk og nitriddannelse.

Et eksempel på passende barrieremidler til bruk for metallmatrisekompositt-dannelse er beskrevet i NO patentsøknad 890014 (publisert etter foreliggende prioritetsdato). I henhold til framgangsmåten i denne søknaden er et barrieremiddel (f.eks. partikkelformig titandiborid eller et grafittmateriale slik som en fleksibel grafittfolie solgt av Union Carbide under handelsnavnet Grafoil) anordnet på en definert overflategrense av et fyllmateriale, og legeringsmatrise infiltrerer opp til grensen som er definert av barrieremidlet. Barrieremidlet blir brukt til å forhindre eller terminere infiltrering av den smeltete legering, og dermed framskaffe ei ren eller tilnærmet ren overflate av den resulterende metallmatrisekompositten. I henhold til dette har de dannete metallmatrisekomposittlegemer en ytre form som i hovedsak tilsvarer den indre overflata av barrieremidlet.

I henhold til den ovennevnte NO-A-882093 er en matrisemetall-legering tilstede som en første metallkilde og som et reservoar av matrisemetall-legering som kommuniserer med den første kilde av smeltet metall, forårsaket av f.eks. fallflyt. Spesielt, under betingelsene beskrevet i denne patentsøknaden, begynner den første kilden av smeltet matrisemetall-legering å infiltrere massen med fyllmateriale under normale atmosfæriske trykk, og virker på denne måten til dannelse av en metallmatrisekompositt. Den første kilden av smeltet matrisemetall-legering er forbrukt i løpet av dens infiltrering inn i massen av fyllmaterialet og kan, om ønskelig, etterfylles, fortrinnsvis på en kontinuerlig måte, fra reservoaret av smeltet matrisemetall mens den spontane infiltreringen fortsetter. Når en ønsket andel av det permeable fyllmaterialet er blitt spontant infiltrert av den smeltete matrisemetall-legering, blir temperaturen senket for å størkne legeringen, som deretter former en størknet struktur av metallmatrise som omgir det armerende fyllmaterialet. Det bør være forstått at bruken av et reservoar med metall kun er én anvendelse av den foreliggende oppfinnelsen, og det er ikke nødvendig å kombinere reservoaranvendelsen med hver av de gjensidige anvendelser av oppfinnelsen åpenbart derunder, der noen av disse også kunne være fordelaktig å anvende i kombinasjon med den foreliggende oppfinnelsen.

Metallreservoaret kan være tilstede i en slik mengde at det sørger for at en tilstrekkelig mengde metall infiltrerer den permeable massen av fyllmateriale i en forutbestemt grad. Alternativt kan et valgfritt barrieremiddel bringes i kontakt med den permeable massen av fyllmateriale i det minste på én side av denne for å definere en overflategrense.

Dessuten, mens tilsatsen av smeltet legeringsmatrise i det minste burde være tilstrekkelig til å tillate spontan infiltrering å fortsette i hovedsak til grensene (dvs. barrierene) i den permeable massen av fyllmaterialet, kan mengden av legeringen tilstede i reservoaret overstige slike mengder at det ikke bare vil være tilstrekkelig mengde for fullstendig infiltrering, men også et overskudd av smeltet matrisemetall-legering som kan festes til metaUmatrise-komposittlegemet. På denne måten, når smeltet legering er tilstede i overskudd, vil det resulterende legemet utgjøre et komplekst komposittlegeme (f.eks. en makrokompositt), deri et infiltrert keramisk legeme med metallmatrise vil være direkte bundet til overskytende metall som er gjenværende i reservoaret.

Formål

Formålet med oppfinnelsen er å anvise en forbedret framgangsmåte for framstilling av en metallmatrisekompositt.

Oppfinnelsen

Dette formål oppnås med en framgangsmåte ifølge den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de tilhørende uselvstendige kravene.

I henhold til oppfinnelsen framstilles en metallmatrisekompositt ved spontan infiltrering av en permeabel masse av et generelt ureaktivt fyllmateriale som er formet til ei preform. Nærmere beskrevet blir et matrisemetall smeltet og holdt på plass i en passende ureaktiv beholder (f.eks. en passende ildfast beholder) til å danne et basseng med smeltet matrisemetall. Preforma kan deretter plasseres i det smeltete matrisemetall for å oppnå spontan infiltrering. Et mfiltreringsmiddel og/eller en forløper til et mfUtreringsmiddel og/eller en infiltrerende atmosfære kommuniserer også med preforma, i det minste på et eller annet tidspunkt i løpet av prosessen, for dermed å tillate smeltet matrisemetall å infiltrere preforma spontant når preforma blir plassert i det smeltete matrisemetall.

Preforma kan ha en naturlig tendens til å flyte ved eller på ei overflate av smeltet matrisemetall på grunn av dens naturlige oppdrift i forhold til det smeltete matrisemetall. Det kan imidlertid være hensiktsmessig å neddykke preforma fullstendig i det smeltete matrisemetall. Forut for en slik fullstendig neddykking bør imidlertid preforma inneholde et infiltreirngsmiddel og/eller en forløper til et infiltreringsmiddel. Under slike betingelser vil smeltet matrisemetall spontant infiltrere den neddykkete preforma. Alternativt kan det smeltete matrisemetall inneholde et infiltreringsmiddel eller en forløper til et infiltreringsmiddel i tillegg til eller i stedet for infiltreringsmidlet eller forløperen til dette i preforma. Hvis en forløper til et infiltreringsmiddel er inkludert kun i det smeltete matrisemetall, må visse midler tas i bruk for å kontakte en slik forløper med et annet materiale (f.eks. en infiltrerende atmosfære som kan bobles inn i det smeltete matrisemetall).

I en foretrukket anvendelse kan ei formet preform lages ved å inkludere et fyllmateriale som består av en forløper til et infiltreringsmiddel og et keramisk materiale i ei form. Det støpte fyllmaterialet og forløper til infiltreringsmiddel kan deretter eksponeres for en infiltrerende atmosfære for å herde/feste preforma og danne infiltreringsmiddel i preforma. Preforma som nå inneholder et infiltreringsmiddel kan deretter neddykkes i smeltet matrisemetall med en passende framgangsmåte slik at preforma senere kan fjernes fra matrisemetallet. For eksempel kan preforma huses i ei uttagbar kurv som fysisk tvinger preforma under overflata til det smeltete matrisemetall, ellers kan preforma festes til en ballast som motvirker preformas oppdrift i forhold til det smeltete matrisemetall.

Det er dessuten mulig at i tillegg til den spontane infiltreringsmekanisme kan det eksistere en tendens til å danne et selvgenerert vakuum i den neddykkete preforma (f.eks. smeltet matrisemetall kan reagere med fanget atmosfære i preforma og på denne måten skape en tendens for det smeltete matrisemetall å infiltrere preforma).

Det bemerkes at det her primært diskuteres aluminium-matrisemetaller som, på ett eller annet tidspunkt under dannelsen av metallmatrise-komposittlegemet, kontaktes med magnesium, som fungerer som forløperen til infiltreringsmidlet, i nærvær av nitrogen, som fungerer som den infiltrerende atmosfære. Systemet matrisemetall/forløper til mfHtreringsmiddel/infiltrerende atmosfære representert ved aluminium/magnesium/nitrogen framviser således spontan infiltrering. Andre system av matrisemetall/forløper til mfUtteringsmiddel/infiltrerende atmosfære kan imidlertid også framvise en liknende spontan oppførsel som systemet aluniinium/magnesium/nitrogen. Spontan infiltrering er f.eks. blitt observert for systemene aluminium/strontium/nitrogen, alununium/sink/oksygen og aluminium/kalsium/nitrogen. I henhold til dette, selv om systemet aluniinium/magnesium/nitrogen er det systemet som primært diskuteres herunder, må det være forstått at andre systemer av matrisemetall/forløper til infiltreringsmiddel/- infiltrerende atmosfære kan vise en liknende oppførsel.

Når matrisemetallet omfatter en aluminium-legering kan aluminium-legeringen kontakte ei preform som omfatter et fyllmateriale (f.eks. alumina eller silisium-karbid partikler), der nevnte fyllmateriale er blandet sammen med, og/eller på et

eller annet tidspunkt i løpet av prosessen blir eksponert for, magnesium. Dessuten, i en foretrukket anvendelse er aluminium-legeringen og preforma holdt i en atmosfære av nitrogen under i det minste en del av prosessen. Preforma vil dermed bli spontant infiltrert av matrisemetallet, og graden eller hastigheten av spontan infiltrering og dannelse av metallmatrisekompositten vil variere med et gitt sett av prosessbeitngelser inkludert f.eks. konsentrasjonen av magnesium tilført systemet (f.eks. i alumimum-legeringen og/eller i preforma og/eller i den infiltrerende atmosfære), størrelsen og/eller sammensetningen av partiklene i preforma, konsentrasjonen av nitrogen i den infiltrerende atmosfære, tid gitt til infiltrering og/eller temperaturen der infiltrering skjer. Spontan infiltrering skjer typisk til en slik grad som er tilstrekkelig til praktisk talt fullstendig å omgi preforma med matrisemetallet.

Definisjoner

" Aluminium" er å forstå som et hovedsaklig rent metall (f.eks. et relativt rent,

kommersielt tilgjengelig ulegert aluminium) eller andre kvaliteter av metall og metallegeringer slik som de kommersielt tilgjengelige metaller med forurensninger og/eller legerende bestanddeler slik som jern, silisium, kobber, magnesium, mangan, krom, sink, etc. En aluniiniumlegering under denne definisjonen er en legering eller intermetallisk forbindelse der aluminium er den dominerende bestanddel.

Med " ballast" menes her ei anordning som motvirker preformas naturlige oppdrift i forhold til det smeltete matrisemetallet, slik at når nevnte anordning blir festet til preforma blir preforma lokalisert ved et punkt som er under overflata til det smeltete matrisemetall-legering.

Med " balanserende/ resterende ikke- oksiderende gass" menes enhver gass, som er tilstede i tillegg til den primære gassen som utgjør den infiltrerende atmosfære, som enten er en inertgass eller en reduserende gass som i hovedsak er ureaktiv med matrisemetallet under prosessbetingelsene. Enhver oksiderende gass som måtte være tilstede i den anvendte gassen(e) som en urenhet, bør være utilstrekkelig til å oksidere matrisemetallet av betydning under prosessbetingelsene.

Med " barriere" eller " barrieremiddel" menes et passende middel som forstyrrer, forhindrer eller terminerer migrasjonen, bevegelsen, eller tilsvarende, av smeltet matrisemetall forbi en overflategrense i den permeable massen av fyllmaterialet eller preforma, hvor en slik overflategrense er definert ved nevnte barrieremidler. Passende barrieremidler kan være i form av et materiale, forbindelse, element, blanding, eller tilsvarende, som under prosessbeitngelsene opprettholder en viss integritet, og som ikke er vesentlig flyktig (dvs. at barrierematerialet ikke framviser flyktighet i en slik grad at det må regnes som uegnet som barrieremiddel).

Passende "barrieremidler" inkluderer videre materialer som i hovedsak er ufuktbare av det migrerende smeltete matrisemetall under de anvendte prosessbetingelsene. En barriere av denne type viser seg å framvise i hovedsak lite eller ingen affinitet for det smeltete matrisemetall, og bevegelse forbi den definerte overflategrense av massen av fyllmaterialet eller preforma blir hindret av barrieremidlet. Barrieren reduserer enhver sluttmaskinering eller sliping som måtte kreves, og definerer i det minste en del av overflata til det resulterende metallmatrisekomposittprodukt. Barrieren kan i visse tilfeller være permeabel eller porøs, eller gjort permeabel av, f.eks., drillete hull eller punkteringer i barrieren, for å tillate gass å

komme i kontakt med det smeltete matrisemetall.

" Ramme" eller " ramme av metallmatrise" refererer til enhver av de originale deler av matrisemetall som ikke er forbrukt under dannelse av selve kompositten, og som typisk forblir i det minste i delvis kontakt med metallmatrise-komposittlegemet som er blitt dannet, hvis den får anledning til å kjølne. Det bør være forstått at rammen også typisk kan inkludere et andre eller fremmed metall.

" Fyller" representerer enten enkle bestanddeler eller blandinger av bestanddeler som i hovedsak er ureaktive med, og/eller av begrenset løselighet i matrisemetallet og kan være én eller flere faser. Fyllstoffer kan framskaffes i ulike fonner og størrelser, som f.eks. pulvere, flak, plater, mikrosfærer, whiskers, bobler, etc., og kan enten være kompakte eller porøse. "Fyller" kan også representere keramiske

fyllere, slik som alumina eller silisiumkarbid i form av fibre, knuste fibre, partikler, whiskers, bobler, sfærer, fibermatter eller tilsvarende, og keramisk belagte fyllstoffer slik som karbonfibre belagt med alumina eller silisiumkarbid for å beskytte karbonet mot angrep, f.eks. fra et smeltet aluminium-modermetall. Fyllstoffer kan også inkludere metaller i enhver ønsket konfigurasjon.

Med " infiltrerende atmosfære" menes en atmosfære som samhandler med matrisemetall og/eller preform (eller fyllmateriale) og/eller infiltreringsmiddel og/eller en forløper til infiltreringsmiddel, og som besørger eller fremmer spontan infiltrering med matrisemetall.

Med " infiltreirngsmiddel" menes et materiale som påvirker eller tar del i den spontane infiltrering av et matrisemetall inn i et fyllstoff eller preform. Et infiltreringsmiddel kan dannes fra f.eks. en reaksjon mellom en forløper til et infiltreringsmiddel med en infiltrerende atmosfære til å danne (1) et gassformig medium og/eller (2) et reaksjonsprodukt av forløperen til infiltreringsmidlet og den infiltrerende atmosfære og/eller (3) et reaksjonsprodukt fra forløperen til infiltreringsmidlet og fyllstoffet eller preforma. Dessuten kan infiltreringsmidlet forsynes direkte til i det minste én av flg.: preforma, og/eller matrisemetallet, og/eller den infiltrerende atmosfære og i hovedsak funksjonere på en tilsvarende måte som et infiltreringsmiddel som er blitt dannet fra en reaksjon mellom en forløper til et infiltreringsmiddel og andre medier. Som et krav bør infiltreringsmidlet, i det minste i løpet av den spontane infiltrering, være plassert i det minste i deler av fyllstoffet

eller preforma for å oppnå spontan infiltrering.

Med " forløper til infiltreringsmiddel" menes et materiale som, når brukt i kombinasjon med matrisemetallet, preforma og/eller den infiltrerende atmosfære, danner et infiltreringsmiddel som induserer eller assisterer matrisemetallet til spontant å infiltrere fyllstoffet eller preforma. Uten ønske om å være bundet til noen spesiell teori eller forklaring, ser det ut som at det kan være nødvendig for forløperen til mfiltreringsmidlet å være i stand til å bli posisjonert, lokalisert eller transporterbart til en posisjon som tillater forløperen til mfiltreringsmidlet å samvirke med den infiltrerende atmosfære og/eller preform eller fyllstoff og/eller metall. F.eks., i noen systemer av matrisemetall/forløper til mfiltreringsmiddel/infiltrerende atmosfære, er det ønskelig at forløperen til infiltreringsmidlet fordamper ved, nær, eller i noen tilfeller, selv noe over temperaturen der matrisemetallet blir flytende. Slik fordamping kan lede til: (1) en reaksjon av forløperen til infiltreringsmidlet med den infiltrerende atmosfære til å danne et gassformig medium som forbedrer fukting av fyllmaterialet eller preforma med matrisemetallet; og/eller (2) en reaksjon av forløperen til infiltreringsmidlet med den infiltrerende atmosfære til å danne et fast, flytende eller gassformig infiltreringsmiddel i det minste i deler av fyllmaterialet eller preforma som forbedrer fukting; og/eller (3) en reaksjon mellom forløperen til infiltreringsmidlet innen fyllmaterialet eller preforma som danner et fast, flytende eller gassformig infiltreringsmiddel i det minste i deler av fyllmaterialet eller preforma som forbedrer fukting.

" Matrisemetall" eller " matrisemetallegering" er å forstå som et metall som blir benyttet til å danne en metallmatrisekompositt (f.eks. før infiltrering) og/eller det metall som er blandet med et fyllstoff til å danne et metallmatrisekompositt-legeme (f.eks. etter infiltrering). Når et spesifikt metall er nevnt som matrisemetallet er det å forstå som et matrisemetall som inkluderer et metall som i hovedsak er et rent metall, et kommersielt tilgjengelig metall med urenheter og/eller legerende komponenter, en intermetallisk forbindelse eller en legering der metallet er den dominerende bestanddel.

" System av matrisemetall/ forløper til infiltreringsmiddel/ infiltrerende atmosfære" eller " spontant system" refererer til den kombinasjon av materialer som framviser spontan infiltrering inn i ei preform eller fyllmateriale. Det bør være forstått at når

en "/" opptrer mellom et eksemplifiserende matrisemetall, forløper til mfiltreringsmiddel og infiltrerende atmosfære er 7" anvendt for å betegne et system eller kombinasjon av materialer som, når kombinert på en spesiell måte, framviser spontan infiltrering inn i ei preform eller et fyllmateriale.

" Anordning for neddykking. som også kan fjernes" representerer her ei passende anordning som festes til eller understøtter minst ei preform slik at den nevnte anordning i det minste delvis kan neddykke preforma under ei overflate i et basseng av smeltet matrisemetall-legering og som kan fjerne preforma fra bassenget med smeltet matrisemetall-legering.

Med " metallmatrise- kompositt" menes her et materiale som består av to- eller tredimensjonalt forbundet legering eller metallmatrise som har omgitt ei preform eller masse av et fyllmateriale. Metallmatrisen kan inkludere ulike legerende elementer for å framskaffe spesifikke ønskete mekaniske eller fysikalske egenskaper i den endelige kompositten.

Med et metall " forskjellig" fra metallmatrisen menes et metall som ikke inneholder det samme metall, som den primære bestanddel, som i metallmatrisen (f.eks. hvis den primære bestanddel i metallmatrisen er aluminium, kan det "forskjellige" metall ha f.eks. nikkel som den dominerende komponent).

" Ureaktiv beholder for matrisemetall" representerer her enhver beholder som kan huse eller holde på smeltet matrisemetall under prosessbetingelsene, og som ikke reagerer med matrisen og/eller den infiltrerende atmosfære og/eller forløperen til infiltreringsmidlet på en måte som ville være signifikant ødeleggende for den spontane infiltreringsmekanisme.

" Preform" eller " permeabel preform" representerer en porøs masse av fyller eller fyllmateriale som er laget i det minste med én overflategrense, som i hovedsak definerer en grense for det infiltrerende matrisemetall, og med en masse som beholder en tilstrekkelig helhet i formen og god styrke til å sikre geometrisk nøyaktighet forut for infiltreringen av matrisemetall. Massen bør være tilstrekkelig porøs for å tillate spontan infiltrering av matrisemetallet inn i denne. Ei preform omfatter typisk en bundet konstruksjon eller arrangement av fyller, enten homogent eller heterogent, og kan omfatte ethvert passende materiale (f.eks. keramiske og/eller metalliske partikler, pulvere, fibre, whiskers, etc., og enhver kombinasjon av disse).

Ei preform kan eksistere enten enkeltstående eller i form av en sammenstilling.

" Reservoar'' representerer et separat legeme av matrisemetall som er lokalisert i forhold til en masse av fyller eller ei preform slik at, når metallet er smeltet, vil det flyte for å etterfylle, eller i noen tilfeller for initielt å forsyne for deretter å etterfylle, den del, segment eller kilde av matrisemetall som er i kontakt med fyllmaterialet eller preforma.

Med " spontan infiltrering" menes infiltreringen av matrisemetall inn i den permeable massen av fyller eller preform som skjer uten behov for anvendelse av trykk eller vakuum (enten eksternt påsatt eller internt dannet).

Kort beskrivelse av figurene

I figurene er det anvendt like henvisningstall for å betegne like komponenter, når mulig der: Figur la viser ei alminnelig preform som er passende til bruk i den foreliggende oppfinnelsen; Figur lb viser ei form for tilvirking av den alminnelige preforma, og som kan brukes om igjen; Figur 2 viser en anordning for neddykkig av preforma, som også kan fjernes, i henhold til den foreliggende oppfinnelsen; Figur 3 viser et arrangement for spontan infiltrering i henhold til den foreliggende oppfinnelsen; Figur 4 viser fjerning av et metallmatrisekomposittlegeme ved bruk av den fjembare neddykkings-anordningen;

Figur 5 viser ei forbrukbar form med ballast; og

Figur 6 viser forma og ballasten neddykket i et basseng av matrisemetall.

Den foreliggende oppfinnelsen angår tilvirking av et metallmatrisekomposittlegeme ved neddykking av enhver passende preform i er smeltet matrisemetall, der preforma typisk er formet av et generelt ureaktivt fyllmateriale, som beskrevet i nærmere detalj under, og kontakte, på et eller annet tidspunkt i løpet av prosessen, i det minste en av et infiltreringsmiddel og/eller en forløper til et mfiltreringsmiddel og/eller en infiltrerende atmosfære, som resulterer i at det smeltete matrisemetall

spontant infiltrerer preforma til en ønsket grad.

Med henvisning til figurene der like henvisningstall identifiserer like deler, viser figurene la og lb ei alminnelig preform (1) som kan anvendes i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. Preforma (1) kan omfatte f.eks. ei blanding av keramiske partikler og et infUtreringsmiddel, som kan dannes ved en reaksjon mellom en infiltrerende atmosfære og en forløper til et mfiltreringsmiddel som er gitt en ønsket geometri fra et hulrom (2) i ei form (3). Forma (3) kan brukes om igjen, og i et slikt tilfelle kan den omfatte et passende slipt/raspet materiale som ennå er formbart, slik som brent gips eller silikongummi eller tilsvarende; forma (3) kan ellers konsumeres under etterfølgende prosesstrinn der den i tilfelle kan omfatte et materiale slik som metallfolie, som ikke påvirker den spontane infiltrerings-prosess. Forma (3) kan være ei delbar form, flerstykket form, bekledningsskall eller enhver passende form.

Som vist i figur 2 kan preforma (1), enten fremdeles innpakket i ei forbrukbar form eller frittstående, plasseres i ei anordning (4) for å neddykke preforma i et basseng av smeltet matrisemetall. De mere viktige karakteirstikkene til anordningen (4) er at anordningen (4) understøtter eller festes til preforma (1) for å motvirke den naturlige oppdriften til preforma i bassenget av matrisemetall uten å påvirke preformas geometri, at anordningen (4) tillater kontakt av preforma med bassenget, at anordningen (4) er tilstrekkelig temperatur-resistent og kjemisk inaktiv til å motstå neddykking i bassenget av matrisemetall og at anordningen (4) ikke påvirker den spontane infiltrerings-prosessen på en negativ måte. Ei passende anordning (4) omfatter en bunn (4-1), et flertall av staver (4-2) og en løselig festet topp (4-3). Et passende håndtak (4-4) kan lettvint festes til anordningen (4), som tillater neddykking og fjerning av anordningen (4) fra bassenget med matrisemetall så vel som andre ønskete håndteringsoperasjoner. Det vil også settes pris på at anordningen (4) også kan omfatte enhver kurv eller garn som er permeabel overfor matrisemetallet og som har de andre ovennevnte viktige karakteristikker til anordningen (4). I tillegg kan anordningen (4) omfatte hovedsaklig en bunn og et håndtak med ei eller flere preformer løselig sikret i bunnen.

I henhold til figur 3 og den foreliggende oppfinnelsen er anordningen (4), for neddykking av preforma (1) plassert i et basseng (5) av smeltet matrisemetall som er avgrenset av en ureaktiv beholder (6). I et passende spontant system, slik som de beskrevet herunder, infiltrerer matrisemetallet (5) preforma (1) spontant. Som vist i figur 5 kan preforma (1) neddykkes fullstendig i bassenget (5) der spontan infiltrering av preforma kan skje fra alle overflatene av preforma som er i kontakt med bassenget. Etter at den ønskete grad av infiltrering har skjedd, med dannelse av et metallmatrisekomposittlegeme (7) som resultat som vist i figur 4, kan anordningen (4) og komposittlegemet (7) trekkes ut av bassenget. Matrisemetall som ikke har infiltrert preforma, men som trekkes ut sammen med anordningen (4) kan deretter slippes tilbake med hjelp av tyngdekrafta eller ei annen passende kraft, slik som gassflyt, til bassenget av smeltet matrisemetall for derved å minimalisere ramma som festes til komposittlegemet (7).

Det vil settes pris på at anordningen for neddykking av preforma i bassenget av smeltet matrisemetall kun delvis istedet for fullstendig kan neddykke preforma. Slik delvis neddykking kan være hensiktsmessig f.eks. når spontan infiltrering kun bør skje i en foretrukket retning eller i en del av preforma. Som diskutert i nærmere detalj nedenfor, kan passende barrieremiddel festes til utvalgte overflater av preforma for å kontrollere retningen av infiltreringen eller for å minimalisere enhver resterende ramme av metallmatrise slik at en ren eller nær ren geometri blir oppnådd ved fjerning av barrieren.

I tillegg kan dybden av neddykkingen av preforma i bassenget kontrolleres selektivt for f.eks. å variere sammensetningen i metallmatrise-komposittlegemet. En slik variasjon kan oppnås ved et basseng med en sammensetning av ulike matrisemetaller ved ulike dybder. Slike ulike sammensetninger kan resultere fra en dybdeavhengig temperaturgradient og/eller legeringsblanding. Neddykkings-anordningen ville dermed påvirke kontakten mellom preforma og en første matrisemetaU-sammensetning ved en første dybde i en forutbestemt tidsperiode, og etterfølgende påvirke kontakt mellom den delvis spontant infiltrerte preforma og en andre matrisemetaU-sammensetning ved en andre dybde for en andre forutbestemt tidsperiode. Ytterligere matrisemetaU-sammensetninger kan kontaktes i henhold til deres lokalisering i bassenget av smeltet matrisemetall.

Videre kan flere enn ei preform samtidig støttes av neddykkings-anordningen for dermed å øke hastigheten for produksjon av metallmatrisekomposittlegemer. Preformene kan løselig arrangeres med neddykkings-anordningen eller løselig festet til denne alt etter hva som passer. Det vil være forstått at volumet av bassenget med smeltet matrisemetall vil øke til en grad som er tilstrekkelig for å besørge den ønskete grad av infiltrering av flertallet av metaUmatrisekomposittlegemene som er produsert på denne måten.

Som allerede diskutert kan en karakteristikk for neddykkings-anordningen være at den motvirker enhver naturlig oppdrift, enten positiv eller negativ, av preforma i forhold til bassenget med smeltet matrisemetall. Det vil være forstått at andre anordninger kan anvendes for å utøve denne og andre funksjoner. Ei slik alternativ anordning er en anordning for å tilføre preforma ballast, en anvendelse som er beskrevet i nærmere detalj under i sammenheng med eksemplet. Ballasten har i forbindelse med den foreliggende oppfinnelsen generelt karakteristikker tilsvarende som neddykkings-anordningene.

For å effektuere spontan infiltrering av matrisemetall inn i preforma, bør det spontane systemet tilføres et infiltreringsmiddel. Infiltreringsmidlet kan dannes fra en forløper til et infiltreringsmiddel som kan anbringes (1) i matrisemetallet og/eller (2) i preforma og/eller (3) fra den infiltrerende atmosfære og/eller (4) fra en ekstern kilde til det spontane system. Dessuten, istedet for å tilsette en forløper til et infiltreringsmiddel, kan infiltreringsmiddel tilsettes direkte til minst en av preforma og/eller matrisemetallet og/eller den infiltrerende atmosfære. Som et minstekrav, i det minste under den spontane infiltreringen, bør infiltreringsmidlet lokaliseres i minst en del av fyllmaterialet eller preforma. For eksempel, når tilsatt til den infiltrerende atmosfære, kan infiltreringsmidlet transporteres til ei neddykket preform ved å boble atmosfæren gjennom bassenget med smeltet matrisemetall. Hvis preforma ikke er fullstendig neddykket, kan infiltreringsmidlet tilføres preforma gjennom en infiltrerende atmosfære over bassengets overflate. En forløper til et infiltreringsmiddel kan tilsvarende tilføres preforma, der en slik forløper kan omsettes til et infiltreringsmiddel ved å boble den infiltrerende atmosfære gjennom bassenget eller ved å eksponere ei overflate av preforma overfor den infiltrerende atmosfære over bassenget.

Et eksempel på et system av matrisemetall/forløper til

mfUtieringsmiddel/infiltrerende atmosfære er systemet aluminium/magnesium/nitrogen. Nærmere beskrevet kan et aluminium-matrisemetall huses i en

passende ildfast beholder som, under prosessbetingelsene, ikke reagerer med aluminium-matrisemetallet når aluminium er smeltet. Ei preform kan deretter holdes under overflata av og i kontakt med smeltet matrisemetall ved hjelp av en ballast eller neddykkingsanordning.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen, i tilfellet med et spontant system av aluminium/magnesium/nitrogen, bør preforma være tilstrekkelig permeabel for å tillate penetrering eller metting av den nitrogenholdige gassen i preforma i det minste på ett tidspunkt i løpet av prosessen, f.eks. ved å boble nitrogen gjennom det smeltete matrisemetall. Dessuten kan den permeable preforma samtidig eller etterfølgende tillempe infiltrering av det smeltete matrisemetall eller eksponere preforma overfor nitrogen før neddykking, for dermed å forårsake at den nitrogen-mettete preforma blir spontant infiltrert med smeltet matrisemetall til å danne et metallmatrisekomposittlegeme og/eller forårsake at nitrogen reagerer med en forløper til et infiltreirngsmiddel til å danne mfiltreringsmiddel i preforma som resulterer i spontan infiltrering.

Graden av spontan infiltrering og dannelsen av metallmatrisekompositten vil variere med et gitt sett av prosessbetingelser, inkludert, for systemet aluminium/magnesium/nitrogen, innholdet av magnesium i aluminium-legeringen, innholdet av magnesium i preforma, innholdet av magnesium-nitrid i aluminium-legeringen, innholdet av magnesium-nitrid i preforma, nærværet av ekstra legerende elementer (f.eks. silisium, jern, kobber, mangan, krom, sink eller tilsvarende), gjennomsnittlig størrelse (f.eks. partikkeldiameter) i fyllmaterialet som omfatter preforma, overflatas tilstand og type fyllmateriale, konsentrasjonen av nitrogen i den infiltrerende atmosfære, tid gitt for infiltrering og temperaturen der infiltrering skjer. For eksempel, for at infiltrering av det smeltete matrisemetall skal kunne skje spontant, kan aluminium-matrisemetallet legeres med minst 1 vekt%, og fortrinnsvis minst 3 vekt%, magnesium (som fungerer som forløperen til infiltreringsmidlet), basert på legeringes vekt.

Hjelpende legeringselementer, som diskutert ovenfor, kan også inkluderes i matrisemetallet for å skreddersy spesifikke egenskaper til dette. De hjelpende legerings-elementene kan også påvirke den minimale mengde magnesium som er påkrevet i aluminium-matrisemetallet for å resultere i spontan infiltrering av fyllmaterialet eller preforma. Tap av magnesium fra det spontane system på grunn av f.eks. fordamping bør unngås i en slik grad at noe magnesium vil være tilbake til å danne infiltreringsmiddel. Det er på denne måten ønskelig å anvende en tilstrekkelig mengde av initielle legerende elementer for å sikre at spontan infiltrering ikke vil påvirkes negativt av fordamping. Videre kan nærværet av magnesium i både preforma og matrisemetallet eller i preforma alene resultere i en redusert total mengde magnesium som kreves for å oppnå spontan infiltrering (diskutert i nærmere detalj senere). Volumprosenten av nitrogen i den infiltrerende atmosfære påvirker også dannelseshastigheten av metallmatrise-komposittlegemet. Spesifikt, hvis mindre enn 10 vol% nitrogen er tilstede i den infiltrerende atmosfære vil svært sein eller lite spontan infiltrering skje. Det er blitt oppdaget at den foretrukkete andel av nitrogen i atmosfæren er minst 50 vol%, for dermed å resultere i f.eks. kortere infiltreirngstider på grunn av en mye høyere hastighet for infiltrering. Kortere infiltreirngstider kan også oppnås ved forsiktig omrøring av de neddykkete preformene, for dermed å virvle det smeltete matrisemetall rundt preformene uten å forstyrre deres strukturelle helhet.

Den minimale mengde magnesium som er påkrevet for at smeltet matrisemetall i det spontane systemet aluniinium/magnesium/nitrogen skal kunne danne en metallmatrisekompositt avhenger av en eller flere variable slik som prosesstemperaturen, tiden, nærværet av hjelpende legeringselementer slik som silisium eller sink, fyllmaterialets natur, lokaliseringen av magnesium i en eller flere komponenter av det spontane system, innholdet av nitrogen i den infiltrerende atmosfære som når preforma og hastigheten der nitrogen-atmosfæren flyter. Lavere temperaturer eller kortere varmeperioder kan brukes for å oppnå fullstendig infiltrering mens magnesium-innholdet i legeringen og/eller preforma økes. For et gitt innhold av magnesium tillater også tilsats av visse hjelpende legeringselementer slik som sink bruken av lavere temperaturer. For eksempel, et magnesium-innhold i matrisemetallet i den nedre ende av det operative område, f.eks. fra 1 til 3 vekt%, kan brukes sammen med minst en av følgende: en prosesstemperatur over den minimale, en høy konsentrasjon av nitrogen eller ett eller flere hjelpende legeringselementer. Når preforma ikke blir tilsatt noe magnesium, er legeringer inneholdende fra 3 til 5 vekt% magnesium foretrukket på basis av deres generelle anvendbarhet over et vidt spekter av prosessbetingelser, der minst 5% er foretrukket når det anvendes lavere temperaturer og kortere tider. Innhold av magnesium på mere enn 10 vekt% i aluminium-legeringen kan anvendes for å moderere temperatur-betingelsene som er påkrevet for mfiltrering. Innholdet av magnesium kan reduseres i sammenheng med et hjelpende legeringselement, men disse elementene har kun en hjelpende funksjon og blir brukt sammen med minst den minimale mengde magnesium som definert ovenfor. Det var f.eks. praktisk talt ingen infiltrering av nominelt ren aluminium legert kun med 10% silisium ved 1000°C i ei seng av 30 mikrometer (500 mesh) 39 Crystolon (99% ren silisium-karbid fra Norton Co.). I nærvær av magnesium er det imidlertid funnet at silisium fremmer infiltreringsprosessen.

Som et ytterligere eksempel kan mengde magnesium varieres hvis det blir tilsatt utelukkende til preforma eller fyllmaterialet. Det er oppdaget at spontan infiltrering vil skje med en mindre total vektprosent av magnesium tilført systemet når minst noe av den totale mengde av magnesium tilført blir plassert i preforma eller i fyllmaterialet. En slik plassering kan utføres ved f.eks. blanding av et magnesium-pulver med en keramikk til å danne fylleren. Det kan være hensiktsmessig å tilføre en mindre mengde magnesium for å forhindre dannelsen av uønskete intermetalliske forbindelser i metallmatrise-komposittlegemet. I tilfellet med ei preform av silisium-karbid er det blitt oppdaget at når preforma kontaktes med et aluminium-matrisemetall vil matrisemetallet spontant infiltrere preforma, når preforma inneholder minst 1 vekt% magnesium og er i nærvær av en praktisk talt ren nitrogenatmosfære. I tilfellet med ei preform av alumina er mengde magnesium som er påkrevet for å oppnå akseptabel spontan infiltrering noe høyere. Nærmere beskrevet, det er funnet at når ei aluminapreform blir kontaktet med et liknende aluminium-matrisemetall, ved omlag den samme temperatur som der aluminium infiltrerte preforma av silisiumkarbid, og i nærvær av den samme atmosfære av nitrogen, kan minst 3 vekt% magnesium være påkrevet for å oppnå liknende spontan infiltrering.

Det bemerkes også at det er mulig å tilsette til det spontane systemet en forløper til et infiltreringsmiddel og/eller et infiltreringsmiddel på ei overflate av legeringen og/eller på ei overflate av preforma eller fyllmaterialet og/eller i preforma eller fyllmaterialet forut for mfiltrering av matrisemetallet inn i fyllmaterialet eller preforma (dvs. det behøver ikke være nødvendig at det tilførte infiltreringsmiddel eller forløperen til dette legeres med matrisemetallet, men heller ganske enkelt tilsettes til det spontane system). Hvis magnesium ble anbrakt på ei overflate av matrisemetallet kan det være foretrukket at den nevnte overflata bør være overflata som er nærmest, eller fortrinnsvis i kontakt med, den permeable masse av fyllmateriale, eller vice versa, eller at slikt magnesium bør blandes i minst en del av preforma eller fyllmaterialet. Det er mulig at en viss kombinasjon av overflatea-nvendelse, legering og plassering av magnesium inn i minst en del av preforma kan brukes. En slik kombinasjon av anvendelse av infiltreringsmiddel(er) og/eller mfUtierings-middel-forløper(e) kan resultere i en reduksjon i den totale vektprosent av magnesium som er påkrevet for å tillempe infiltrering av alummium-matrisemetall inn i preforma, så vel som oppnåelsen av lavere temperaturer der infiltrering kan skje. Dessuten kan også mengden av uønskete intermetalliske forbindelser dannet på grunn av nærværet av magnesium minimaliseres.

Bruken av ett eller flere hjelpende legerende elementer og konsentrasjonen av nitrogen som omgir preforma og matrisemetallet påvirker også graden av nitridisering av matrisemetallet ved en gitt temperatur. For eksempel kan det anvendes hjelpende legeringselementer slik som sink eller jern inkludert i legeringen, eller plassert på ei overflate av legeringen, for å redusere infiltrerings-temperaturen og dermed redusere mengden av nitrid-dannelse, mens en økning i konsentrasjonen av nitrogen i gassen kan anvendes for å fremme nitrid-dannelse.

Konsentrasjonen av magnesium i legeringen, og/eller plassert på ei overflate av legeringen og/eller kombinert i fyllmaterialet har også en tendens til å påvirke graden av infiltrering ved en gitt temperatur. Som en konsekvens av dette, i noen tilfeller der lite eller intet magnesium er kontaktet direkte med fyllmaterialet, kan det være foretrukket at minst 3 vekt% magnesium inkluderes i legeringen. Legeringsgrader mindre enn denne mengden, slik som 1 vekt% magnesium, kan kreve høyere prosesstemperaturer eller et hjelpende legeringselement for infiltrering. Temperaturen som er påkrevet for å effektuere den spontane infiltreringsprosessen i den foreliggende oppfinnelsen kan være lavere: (1) når magnesiuminnholdet i legeringen alene blir økt, f.eks. til minst 5 vekt%; og/eller (2) når legerende bestanddeler blir blandet med den permeable massen av fyllmateriale eller preform; og/eller (3) når et annet element slik som sink eller jern er tilstede i alumimumlegeringen. Temperaturen kan også variere med ulike fyllmaterialer. Generelt vil spontan og tiltagende infiltrering skje ved en prosesstemperatur på minst 675°C, og fortrinnsvis ved en prosesstemperatur på 750°C-800°C. Dessuten er tilfredsstillende strømbarhet til den resulterende suspensjonen, etter at et andre matrisemetall er blitt dispergert, oppnåelig ved 800°C eller høyere, og muligens lavere, avhengig av suspensjonens natur. Strømbarhet trenger nødvendigvis ikke forbedres ved økt temperatur. Temperaturer generelt i overkant av 1200°C ser ikke ut til å gagne prosessen, og et spesielt anvendbart temperaturområde er funnet til å være fra 675 °C til 1200°C. Uansett, som en generell regel er den spontane infiltreringstemperatur en temperatur som er over smeltepunktet for matrisemetallet men under fordampingstemperaturen for matrisemetallet. Den spontane infiltreringstemperatur bør imidlertid være under smeltepunktet for fyllmaterialet. Videre, ettersom temperaturen økes, vil tendensen til å danne et reaksjonsprodukt mellom matrisemetallet og den infiltrerende atmosfære tilta (f.eks. i tilfellet med alummium-matrisemetall og en infiltrerende nitrogenatmosfære kan det dannes aluminiumnitrid). Et slikt reaksjonsprodukt kan være ønsket eller uønsket avhengig av de ønskete anvendelser av metallmatrise-komposittlegemet. I tillegg er elektrisk oppvarming typisk brukt til å nå infiltrerings-temperaturen. Imidlertid er enhver metode for oppvarming, som kan smelte matrisemetallet, og som ikke påvirker den spontane infiltrasjonen på en negativ måte, akseptabel til bruk innen oppfinnelsen.

I den foreliggende framgangsmåten kan f.eks. ei permeabel preform neddykkes i smeltet aluminium i nærvær av, i det minste på ett tidspunkt i løpet av prosessen, en nitrogenholdig gass. Den nitrogenholdige gassen kan tilføres ved å opprettholde en kontinuerlig strøm av gass i kontakt med minst en av preforma og smeltet aluminium-matrisemetall. Selv om flythastigheten av den nitrogenholdige gassen ikke er kritisk, er det foretrukket at flythastigheten er tilstrekkelig til å kompensere for ethvert tap av nitrogen på grunn av nitrid-dannelse i legeringsmatrisen, og også for å forhindre innsig av luft eller oksiderende gasser som kan ha en oksiderende effekt på smeltet metall og/eller preforma.

Framgangsmåten for tilvirking av en metallmatrisekompositt er anvendbar med et stort utvalg av fyllmaterialer, og valget av fyllmaterialer vil være avhengig av slike faktorer som matrisemetall-legeringen, prosessbetingelsene, reaktiviteten av smeltet matrisemetall-legering med fyllmaterialet og de søkte egenskaper for det endelige metallmatrisekomposittprodukt. For eksempel, når aluminium er matrisemetallet inkluderer passende fyllmaterialer (a) oksider, f.eks. alumina; (b) karbider, f.eks. silisiumkarbid; (c) borider, f.eks. aluminium dodekaborid og (d) nitrider, f.eks. aluminium-nitrid. Hvis fyllmaterialet har en tendens til å reagere med det smeltete aluminium-matrisemetall, kan dette tillempes ved å minimalisere infiltreringstiden og temperaturen eller ved å anvende et ureaktivt belegg på fylleren. Fyllmaterialet kan alternativt omfatte et substrat, slik som karbon eller andre ikke-keramiske materialer som bærer et keramisk belegg for å beskytte substratet mot angrep eller degradering. Passende keramiske belegg inkluderer oksider, karbider, borider og nitrider. Keramikker som er foretrukket for bruk i den foreliggende metoden inkluderer alumina og silisiumkarbid i form av partikler, plater, whiskers og fibre. Fibrene kan være diskontinuerlige (i knust form) eller i form av kontinuerlige filamenter slik som buntete filamenter. Den keramiske masse eller preform kan videre være homogen eller heterogen.

Det er også blitt oppdaget at visse fyllmaterialer framviser forbedret infiltrering i forhold til fyllmaterialer som har en liknende kjemisk sammensetning. F.eks., knuste alumina-legemer laget i henhold til metoden som er vist i NO patentsøknad 851011 framviser ønskete infiltrerings-egenskaper i forhold til kommersielt tilgjengelige alumina-produkter. Dessuten oppviser knuste alumina-legemer laget ifølge NO patentsøknad 860362 også ønskete egenskaper for infiltrering i forhold til kommersielt tilgjengelige alumina-produkter. Det er på denne måten oppdaget at fullstendig infiltrering av en permeabel masse av keramisk materiale kan skje ved lavere infiltreringstemperarurer og/eller kortere infiltreirngstider ved anvendelse av knuste eller smuldrete artikler produsert i henhold til metoden i de forannevnte patentsøknader.

Størrelsen og formen på fyllmaterialet kan velges fritt i henhold til hva som kreves for å oppnå de ønskete egenskaper i kompositten. Fyllmaterialet kan på denne måten være i form av partikler, whiskers, plater eller fibre siden infiltrasjonen ikke er begrenset av fyllmaterialets form. Andre geometrier slik som sfærer, rør, pellets og ildfaste fiberduker kan også brukes. I tillegg er infiltrasjonen ikke begrenset av fyllmaterialets størrelse, selv om en høyere temperatur eller lengre tidsperioder kan være påkrevet for å fullende infiltrering av en masse med mindre partikler enn for større partikler. Videre er det tilstrekkelig at massen av fyllmaterialet som skal infiltreres, når formet til ei preform, er permeabel (dvs. permeabel overfor smeltet matrisemetall og overfor den infiltrerende atmosfære).

Framgangsmåten for tilvirking av en metallmatrisekompositt i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er ikke avhengig av trykk for å tvinge eller presse smeltet matrisemetall inn i ei preform eller en masse av fyllmateriale, og tillater produksjon av praktisk talt uniforme metallmatrisekompositter med en høy volumfraksjon av fyllmateriale og lav porøsitet. Høyere volumfraksjoner av fyllmateriale kan oppnås ved å bruke en initiell masse med fyllmateriale som har en lavere porøsitet. Høyere volumfraksjoner kan også oppnås hvis massen av fyllmateriale blir pakket sammen eller på annen måte gjort mere kompakt forutsatt at massen ikke blir omsatt til et kompakt med lukket porøsitet eller til en fullstendig tett konstruksjon som ville forhindre infiltrering av smeltet legering.

Det er blitt observert at for infiltrering av aluminium og matrisedannelse rundt en keramisk fyller kan fukting av fylleren med aluminium-matrisemetallet utgjøre en viktig del av infiltreringsmekanismen. Ved lave prosesstemperaturer skjer dessuten en neglisjerbar eller minimal grad av metallnitirdisering med en minimal diskontinuerlig fase av aluminiumnitrid dispergert i metallmatrisen som resultat. Mens den øvre grense av temperaturområdet blir nådd, vil imidlertid nitridisering av metallet kunne skje lettere. På denne måten kan mengden av nitridfasen i metallmatrisen kontrolleres ved å variere prosesstemperaturen der infiltreringen skjer. Den spesifikke prosesstemperatur der nitriddannelse kommer til uttrykk varierer også med slike faktorer som den aluminium legeringsmatrise som blir brukt og dens kvantitet i forhold til volumet av fyllmaterialet eller preforma, fyllmaterialet som skal infiltreres, og nitrogenkonsentrasjonen i den infiltrerende atmosfære. For eksempel er graden av aluminiumnitird-dannelse ved en gitt prosesstemperatur antatt å tilta mens legeringens evne til å fukte den keramiske fylleren avtar og mens nitrogenkonsentrasjonen i atmosfæren øker.

Det er derfor mulig å skreddersy sammensetningen av metallmatrisen under dannelsen av metallmatrisekompositten for å tildele visse karakteristikker til det endelige produktet. For et gitt system kan prosessbetingelsene velges for å kontrollere nitriddannelse. Et komposittprodukt som inneholder en fase med alurriiniumnitrid vil framvise visse egenskaper som kan være gunstig for, eller forbedre ytelsen av, produktet. Videre kan temperaturområdet for spontan infiltrering med en aluminiumlegering variere med det keramiske materiale som anvendes. I tilfellet med alumina som fyllmateriale, bør temperaturen under mfiltreringen fortrinnsvis ikke overstige 1000°C hvis det er et ønske at duktiliteten av matrisen ikke reduseres av signifikant nitriddannelse. Imidlertid kan temperaturer over 1000°C anvendes hvis det er et ønske å produsere en kompositt med en mindre duktil og stivere matrise. For å infiltrere silisiumkarbid, anvendt som fyller, kan man anvende høyere temperaturer enn 1200°C siden aluminiumlegeringen nitridiseres i mindre grad enn hva tilfelle er når alumina blir anvendt som fyller.

Dessuten er det mulig å anvende et reservoar av matrisemetall for å sikre fullstendig infiltrering av fyllmaterialet og/eller for å supplere med et andre metall som har en forskjellig sammensetning fra den første kilden av matrisemetall. Spesielt i noen tilfeller kan det være hensiktsmessig å anvende et matrisemetall i reservoaret som har en forskjellig sammensetning fra den første kilde av matrisemetall. For eksempel, hvis en aluminium-legering blir brukt som den første kilde av matrisemetall, kan faktisk andre metaller eller metall-legeringer som er flytende ved prosesstemperaturen anvendes som reservoarmetallet. Smeltete metaller er ofte svært blandbare med hverandre noe som vil resultere i at reservoarmetallet blandes med den første kilde av matrisemetall så lenge det blir gitt tilstrekkelig tid for blanding. Alternativt kan prosesstiden reduseres ved selektivt å kontrollere dybden som preforma blir neddykket til, som diskutert ovenfor. Ved på denne måten å bruke et reservoarmetall som har en forskjellig sammensetning fra den første kilde av matrisemetall, er det mulig å skreddersy egenskapene til matrisemetallet for å imøtekomme ulike operative krav og således skreddersy metallmatrisekomposittens egenskaper.

Et barrieremiddel også kan anvendes i kombinasjon med den foreliggende oppfinnelsen. Mer spesifikt kan barrieremidlene, som anvendes til bruk i den foreliggende oppfinnelsen, være ethvert passende middel som forstyrrer, forhindrer eller terminerer migrasjon, bevegelse, eller tilsvarende, av smeltet matriselegering (f.eks. en aluminiumlegering) forbi den definerte overflategrense av fyllmaterialet. Passende barrieremidler kan være ethvert materiale, forbindelse, element, sammensetning eller tilsvarende som, under prosessbetingelsene i den foreliggende oppfinnelsen, opprettholder en viss helhet, en ikke-flyktighet og som fortrinnsvis er permeabelt overfor gassen som anvendes i prosessen, såvel som har en evne til lokalt å forstyrre, hindre el.l. fortsatt infiltrasjon eller enhver annen form for bevegelse forbi den definerte overflategrense av fyllmaterialet.

Passende barrieremiddel i systemet alummium/magnesium/nitrogen er grafitt og alumina, og disse materialene kan formes passende og anbringes for å lede den infiltrerende atmosfære til preforma, selv om den er fullstendig neddykket. En passende barriere kan således fremme produksjon av metallmatrisekomposittlegemer ved å minimalisere mengden av overflatebehandling etter infiltrering mens den opprettholder fleksibiliteten ved anvendelsen av infiltreringsmidlet, forløperen til infiltreringsmidlet og den infiltrerende atmosfære som komponenter i et spontant system. I tillegg kan barrieremidlet kombineres med den fjernbare neddykkings-anordningen eller ballasten for dermed å besørge ytterligere beskyttelse for preformer som ikke er tilstrekkelig faste til å motstå ustøttet neddykking i bassenget av smeltet matriselegering.

Passende barrierer som er spesielt nyttige for alummium-matriselegeringer er de som inneholder karbon, spesielt den krystallinske allotropiske form av karbon som er kjent som grafitt. Grafitt er spesielt ufuktbar av den smeltete aluniinium-legering under de beskrevne prosessbetingelsene. En spesielt foretrukket grafitt er en grafittfolie som er solgt under handelsnavnet Grafoil, registrert for Union Carbide. Denne grafittfolien framviser tettende karakteristikker som forhindrer migrasjonen av smeltet aluniinium-legering forbi den definerte overflategrense av fyllmaterialet. Denne grafittfolien er også motstandsdyktig overfor varme og er kjemisk inert. Grafoil grafittmateriale er fleksibelt, sammenføybart, formbart og elastisk. Den kan lages til et utall av former for å passe enhver anvendelse som barriere. Grafittbarrierer kan imidlertid anvendes i form av en slurry eller pasta eller selv som en malingfilm rundt eller på grensen av fyllmaterialet. Grafoil er spesielt foretrukket fordi den er i form av et fleksibelt grafittark. I bruk blir ganske enkelt dette

papirliknende grafittmaterialet formet rundt fyllmaterialet.

Andre foretrukkete barrierer for aluminium-matrisemetall-legeringer i nitrogen er boridene av overgangsmetallene (f.eks. titandiborid (T1B2)) som er generelt ufuktbar av den smeltete aluminium metall-legering under visse av prosessbetingelsene som er anvendt ved bruken av dette materialet. Med et barrieremiddel av denne type bør prosesstemperaturen ikke overstige 875°C, da ellers barrierematerialet blir mindre virksomt og, kan faktisk infiltreres ved høyere temperaturer. Boridene av overgangsmetallene er typisk i form av partikler (1-30 mikron). Barrieremetallene kan påføres i form av en slurry eller pasta på grensene av den permeable masse av keramisk fyllmateriale som fortrinnsvis på forhånd er formet til ei preform.

Andre nyttige barrierer for aluniimum-matrisemetaU-legeringer i nitrogen inkluderer lavtflyktige organiske forbindelser påført som en film eller et lag på den utvendige overflata av fyllmaterialet. Ved brenning i nitrogen, spesielt ved prosessbetingelsene i den foreliggende oppfinnelsen, dekomponerer den organiske forbindelsen og legger igjen en sotfilm av karbon. Den organiske forbindelse kan påføres med konvensjonelle metoder slik som maling, spraying, dypping osv.

Finmalte partikkelformige materialer kan imidlertid fungere som en barriere så lenge infiltrering av det partikkelformige materiale vil skje med en hastighet som er lavere enn hastigheten enn hastigheten for infiltrering av fyllmaterialet.

Eksempel 1

Et fyllmateriale ble laget ved å grundig blande 10 mikrometer (1000 grit) silisium-karbid-pulver (39 Crystolon fra Norton Co.) med ca. 2 vekt% magnesium-pulver med siktstørrelse 40 jtm (325 mesh) (tilgjengelig fra Johnson Mathey Co.). Fylleren ble helt ned i et tynnvegget kobberrør, slik som den 0.8 mm tykke forma tilgjengelig fra General Copper Co. En ende av røret ble innpakket i en tynn kobberfolie for å forsegle røret mens fylleren ble helt ned i dette, og fylleren ble festet i forma ved å banke på utsida av kobberrøret noen ganger. Røret var ca. 10 cm langt og 2.9 cm i diameter, og det tjente hovedsaklig som ei form for fylleren.

Som vist i figur 5 ble kobberforma (3) deretter satt inn i et aluminarør (8) som tjente som ballast for forma. Aluminarøret, med en diameter på 3.8 cm og en veggtykkelse på 3 mm, var en porselensdigel av høy tetthet (tilgjengelig fra Coors Co.) som var redusert til en lengde på ca. 7.6 cm. Ballastens egenskaper kan være viktig på den måte at den må være fri for vann eller andre materialer som kan oksidere ved prosesstemperaturen, for dermed å forgifte fylleren eller matrisemetallet. I tillegg bør den være ufuktbar av matrisemetallet og metallmatrisekompositten, for dermed å tillate en lettvint fjerning av kompositten. Ballasten bør videre være tilstrekkelig massiv for å neddykke forma i matrisemetallet, og den bør være tilstrekkelig fast til å unngå deformasjon av metallmatrisekompositten ved fjerning fra det smeltete matrisemetall. I det minste i disse henseende deler ballasten mange av karakteirstikkene til et barrieremiddel.

Etter at forma (3) var fylt ble også den åpne ende innhyllet i en tynn kobberfolie (9) der et rør (10) av rustfritt stål med en diameter på ca. 0.6 mm ble stukket gjennom. En strøm av nitrogengass ble tilført gjennom røret (10) med en hastighet på ca. 1.5 liter/min. Forma (3) og rørene (8) og (10) ble plassert i en elektrisk ovn, og varmet fra romtemperatur til omlag 600°C i løpet av en periode på ca. 2 timer. Temperaturen ble holdt ved ca. 600°C i ca. 1 time hvoretter fylleren hadde herdet til ei preform som ville ha opprettholdt dens form selv uten forma (3). Det vil være forstått at andre temperaturer for herding kan anvendes, slik som 500°C og 600°C, avhengig av egenskapene til fylleren, forma og metallfolien. Vanligvis er høyere temperaturer foretrukket for å sikre grundig herding av fylleren.

Etter 1 time ved 600°C ble forma (3) hurtig fjernet fra ovnen og sluppet ned i et basseng av smeltet matrisemetall-legering som hadde en temperatur på omlag 750°C i en annen elektrisk ovn. Sammensetningen av matrisemetallet var en aluminium-legering inneholdende ca. 12 vekt% silisium og ca. 3 vekt% magnesium (Al-12Si-3Mg). Som vist i figur 6 var aluminarøret (8) tilstrekkelig massivt til å overvinne den positive oppdriften til forma (3), for derved å fullstendig neddykke forma (3) i bassenget (5) av matrisemetall-legering. Nitrogen-gassen som fløt inn i forma (3) ble opprettholdt inntil forma (3) var neddykket i bassenget (5) hvoretter strømmen av nitrogen ble rettet like over bassengets (5) overflate.

Etter neddykking i bassenget (5) i ca. 1 time hadde kobberforma (3) og foliene smeltet og dispergert i matri semetall-legeringen, og matrisemetall-legeringen hadde spontant infiltrert hele preforma for dermed å danne et metallmatrise-komposittlegeme. Preforma beholdt dens form selv etter at forma (3) var konsumert, muligens som et resultat av dannelse av magnesium-nitrid og mulig sintring under den initielle oppvarming, og deretter fra den høye andel av fyller i komposittlegemet.

Aluminarøret (8) inkludert metallmatrise-komposittlegemet ble deretter skuffet ut av bassenget med matrisemetall-legering. Etter størkning ble komposittlegemet lettvint fjernet fra aluminarøret (8) med ei ren og fin overflate.

Claims (10)

1. Framgangsmåte for framstilling av en metallmatrisekompositt, karakterisert ved: lage et basseng av smeltet matrisemetall; forme ei preform omfattende en masse av generelt ureaktivt fyllmateriale; framskaffe en infiltrerende atmosfære som kommuniserer med fyllmaterialet og/eller matrisemetallet under i det minste ett tidspunkt under prosessforløpet, og et mfiltreringsmiddel og/eller en forløper til dette; neddykke preforma i bassenget; og spontant infiltrere minst en del av preforma med det smeltete matrisemetallet.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at infiltreringsmidlet og/eller dets forløper tilføres matrisemetallet, fylleren og/eller den infiltrerende atmosfære.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det defineres en overflategrense i fyllmaterialet med en barriere, hvorved matrisemetallet infiltrerer spontant fram til barrieren.

4. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som fyller anvendes et materiale omfattende pulver, flak, plater, mikrosfærer, whiskers, bobler, fibre, partikler, fibermatter, knuste fibre, sfærer, pellets, rør og/eller ildfaste kleder.

5. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at temperaturen under den spontane infiltreringen innstilles til en verdi over smeltepunktet for matrisemetallet men under fordampingstemperaturen for matrisemetallet og smeltepunktet for fylleren.

6. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at preforma neddykkes praktisk talt fullstendig i bassenget.

7. Framgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den infiltrerende atmosfære bobles inn i bassenget.

8. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at preforma anbringes i en utskiftbar anordning for neddykking av preforma, og den utskiftbare anordningen plasseres i bassenget.

9. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at preforma festes til en ballast for å motvirke oppdriften av preforma i bassenget.

10. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det lages et lagdelt basseng av et flertall matrisemetaller, hvorved preforma plasseres i forutbestemte lag i bassenget i bestemte tidsperioder.