NO791675L - Kompositt-materiale. - Google Patents

Description

Komposittmateriale.

Foreliggende oppfinnelse angår utførelsen

av gjenstander, spesielt, men ikke utelukkende stempler av sammensatt materiale som omfatter to eller flere lag.

I noen tilfeller kan forskjellige deler av

en gjenstand være underlagt forskjellige driftsbetingelser og det er kjent å fremstille en gjenstand av to eller flere sjikt av forskjellig materiale valgt for å motstå respektive opera-sjonsbetingelser. Vanskeligheter kan imidlertid oppstå på grunn av forskjellen mellom fysikalske egenskaper til materialet som danner sjiktene, som kan føre til adskillelse av sjiktene etter en bruksperiode.

Mens det er mulig å danne en mekanisk forbindelse mellom tilliggende sjikt er det ikke alltid passende, og en hensik med foreliggende oppfinnelse er å frembringe en besjiktet gjenstand som er mindre utsatt for ovenfornevnte vanskeligheter, men å unngå behovet av en mekanisk forbindelse.

Følgelig angår oppfinnelsen i et henseende

en gjenstand som omfatter to eller flere sjikt av forskjellige materialblandinger, hvor der er en styrt gradert forandring av blandingen mellom sjiktene eller innenfor i det minste et av sjiktene.

Det er således mulig å frembringe en styrt gradert kontinuerlig eller sprangvis forandring av termiske og mekaniske egenskaper fra et sjikt til det andre. På denne måten kan det bli oppnådd en mer tilfredsstillende binding mellom sjiktene. Tykkelsen av den graderte forandringen kan være omkring lmm til flere centimeter, eller også større.

For sammensatt materiale med tre eller flere sjikt kan materialet eller materialene til et eller flere av sjiktene være en styrt blanding eller en styrt gradert-blanding som utgjør styrt gradert avbrutt eller kontinuerlig forandring av termiske og mekaniske egenskaper inne i det sammensatte sjiktet.

For sammensatte materialer med to, tre eller flere sjikt kan et eller flere av sjiktene ha en større mekanisk styrke enn det andre sjiktet eller de andre sjiktene. En eller flere av sjiktene kan ha en lav termisk ledeevne, eller flere av sjiktene kan ha en lav, middels eller høy bruddforlengelse-verdi.

For sammensatte materialer med to sjikt kan området for styrt gradert sjikt tilstøtende til det andre sjiktet ha en termisk ekspansjonskoeffisient og/eller en bruddforlengel-sesverdi som er mellomliggende mellom den termiske ekspansjonskoeffisientverdien og/eller bruddforlengelsesverdien for det andre sjiktet, og den termiske ekspansjonskoeffisientverdien og/eller bruddforlengelsesverdien i de ikke tilliggende om-

rådene til det styrte graderte sjiktet. For sammensatte materialer med tre eller flere sjikt kan i det minste et mellomliggende sjikt ha en termisk ekspansjonskoeffisient og/eller en mekanisk bruddforlengelse som er mellomliggende mellom verdiene til korresponderende koeffisienter og forlengelser for tilliggende sjikt.

Egenskapene til lav termisk ledeevne, høy mekanisk styrke og ikke negliserbar forlengelse kan tilkomme individuelt eller sammen til et gitt sjikt, til tilliggende sjikt eller til ikke tilliggende sjikt, og et sjikt med et,

to eller alle tre av disse egenskapene kan være et ytre sjikt,

et mellomliggende sjikt eller det innerste sjiktet. I noen tilfeller kan imidlertid forskjellige sjikt være anordnet ved forskjellige soner av gjenstanden som har en gradert forandring av sammensetningen fra en sone til den neste.

En ytterligere hensikt med foreliggende oppfinnelse er å fremstille en gjenstand som omfatter trinnene ved oppstarting med i det minste to sjikt av forskjellige materialsammensetninger, hvor der er en styrt, grader forandring av sammensetningen mellom sjiktene eller innenfor i det minste et av sjiktene og påfølgende sammenbinding av sjiktene.

Et eller flere av sjiktene kan være av et materiale eller materialer fremstilt ved støping, smiing, valsing eller sprøytestøping. En eller flere av sjiktene kan være fremstilt som et enkelt materiale eller som en styrt blanding av materialer bundet til det tilliggende sjikt eller de tilliggende sjikt. En eller flere av sjiktene kan være bundet til andre sjikt ved sintring, støping eller ved frik§jonssveising. En eller flere av sjiktene kan være fremstilt ved eksisterende fremgangsmåter brukt ved belegging, som omfatter valsebinding, diffusjonsbinding, sprøyting (somiinklu-derer fusjonssprøyting),sintring, avsetting (som inkluderer eksplosiv avsetting, elektroavsetting, elektrostatisk avsetting, elektroløs avsetting),påstrykning og dyppirig, uten eller ved overflatebehandling av sjiktene, eller det tilliggende sjikt eller de tilliggende sjiktene.

Sjiktene kan ha samme tykkelse eller forskjellige tykkelser, avhengende av konstruksjons- og operasjonskrav.

Oppfinnelsen har spesiell anvendelse ved stempler for bruk i forbrenningsmotorer.

Ifølge den ytterligere hensikt med foreliggende oppfinnelse er et. stempel dannet av i det minste to forskjellige materialer, hvor skjørtet har en første sammensetning og kronen har en andre sammensetning, og hvor stempelet mellom skjørt og krone: har en mellomliggende sone i hvilken det relative forholdet av materialene ligger mellom disse i skjørtet og kronen.

På denne måten kan den termiske ledeevnen, mekaniske styrken og andre egenskaper bli gradert mellom skjørtet og kronen.

Stempelet kan omfatte tre eller flere distinkte sjikt, hvor hvert har forskjéllige egenskaper av nevnte materialer, og hvor egenskapene er i hovedsaken jevn langs hele sjiktet og det relative forholdet til materialene er gradert fra et sjikt til neste. Der kan imidlertid være en kontinuerlig gradering av materialene i løpet av hele delen eller hele stempelet. Forholdet til et av materialene i en eller annen av de ytre sjiktene kan være null.

Fortrinnsvis aluminium eller en aluminiumlegering, for eksempel silikonaluminium,er en hovedbestandel i stempelet, hvor kronen har et tilstrekkelig forhold av aluminiumoksyd, hvor det mellomliggende sjiktet eller sjiktene har et mindre forhold av aluminiumoksyd og skjørtet har et enda mindre aluminiumoksyd-forhold som kan være null.

Forholdet av aluminiumoksyd til aluminium eller aluminiumlegering kan således variere fra skjørtet til kronen innenfor området på 0 til 30 vektprosent.

To utførelsesformer av oppfinnelsen skal nå bli beskrevet med henvisning til medfølgende tegninger, hvor:

figur 1 viser et vertikalt riss av et stempel

som har tre uavbrutte sjikt og som viser to halvdeler ved rett vinkel til hverandre, og

figur 2 viser et lignende snitt som på figur 1

av et stempel som omfatter uavbrutte sjikt.

På figur 1 visesset stempel, primært for en forbrenningsmotor, fremstilt som en sammensatt materialkonstruksjon med tre uavbrutte sjikt 1,2, 3. Det ytterste sjiktet 1 (dvs.

ved kroneenden til stempelet) er et sjikt med en høy prosent av aluminiumoksyd, blandet med aluminium eller silikonalumini-

um, hvor dette sjiktet.utgjør størstedelen av den mekaniske styrken og har en lavere termisk ledeevne enn de andre to sjiktene. Sjiktet 1 strekker seg fra kronen 4 til den periferiske kanten 5 til stempelet og ned langs siden av stemepélét til området 6 under bunnkompresjonsringen.

Det mellomliggende sjiktet 2 strekker seg ned

under området 6 av sjiktet 1 og inneholder en middels prosentdel av aluminiumoksyd med aluminium eller silikonaluminium, hvor sjiktet har mellomliggende mekaniske og termiske egenskaper mellom de av det ytterste sjiktet 1 og det indre overflate-sjiktet 3 som strekker seg nedover bak området til det mellomliggende sjiktet 2,cunder området av bunnkompresjons-ring-sporét og videre nedover langs stempelsiden til en kryssbolt boss 7.

og til et område 8 i bunnområdet av stempelskjørtet.

Sjiktet 3 er fremstilt av aluminium eller silikonaluminium eller en blanding av en lavere prosentdel av aluminiumoksyd med aluminium eller silikonaluminium, og har en lavere høytemperaturmessig mekanisk styrke og en høyere termisk ledeevne enn sjiktet 2. Som et eksempel kan sjiktet 3 inneholde fra 0 til 10 vektprosent aluminiumoksyd, sjiktet 1 opptil 30% aluminiumoksyd, (og større enn i sjiktet 3), og sjiktet 2 en mellomliggende verdi av aluminiumoksyd.

Sjiktene 1,2 og3 kan være fremstilt ved komprimering og sintring. Alternativt kan sjiktene 2 og 3, eller sjiktet 3 bli støpt eller sprøytet på sjiktet 1 eller på sjiktene 1 og 12, henholdsvis.

På figur 2 er et stempel fremstilt som en kompositt-materialkonstruksjon med tre uavbrutte sjikt. I dette eksempelet gir sjiktet 9 på kronen 4 lav termisk ledeevne og omfatter en blanding av aluminiumoksyd eller silikonaluminium. med en betydelig del av aluminiumoksyd. Et sjikt 10 omfatter en blanding av aluminium eller silikonaluminium med en mindre aluminiumoksyd-del, og kan være enten en homogen blanding eller et styrt kontinuerlig gradert sjikt, som har en høyere eluminiuméksyd-dél nær sjiktet 9 og en mindre aluminiumoksyd-del med avstand fra sjiktet 9. Et innlegg 11 som omfatter kompresjonsringsporene utgjør lav termisk ledeevne og/,éller mekanisk styrke og kan være av samme materiale som det øverste sjiktet 9, eller av annet egnet materiale. Sjiktet 10 kan tøære påsprøytet, sintret eller støpt. I.dette eksempelet kan det nedre sjiktet 12 på stempelet, som omfatter stempelbossene og skjørtet, være av aluminium eller silikonaluminium, men kan også inneholde en liten aluminiumoksyd-del. Dette sjiktet 12 kan være fremstilt f.eks. som en adskilt støpning. Den kan så bli bundet, f.eks. ved friksjonssveising, til den øvre delen av stempelet. I noen tilfeller kan sjiktet 12 omfatte et kontinuerlig gradert sjikt med en høyere aluminiumoksyd-del nær sjiktet 10 og en mindre aluminiumoksyd-del (som kan være null) ved skjørtenden til stempelet.

Ved en alternativ anordning kan sjiktet 10 strekke seg til stempelets skjørtende og være dannet av et enkelt gradert sjikt med en høyere del aluminiumoksyd nær sjiktet 9 og en mindre aluminiumoksyd-del (som kan være null) ved stempelets skjørtende.

I noen tilfeller kan også stempelet være kontinuerlig gradert over det hele, hvor aluminiumoksyd-delen øker fra skjørtet mot stempelet.

Skjønt stempler fremstilt av aluminium eller silikonaluminium har blitt beskrevet er det klart at andre materialer kan alternativt bli benyttet.

Skjønt oppfinnelsen dessuten er spesielt anvend-bar ved stempler, er det klart at andre gjenstander kan bli frem stilt innenfor oppfinnelsens omfang slik som bl.a. sylindre med eller uten ribber eller flenser, foringsrør, turbinbladér og forbrenningskammer.

Claims (15)

1. Gjenstand av sammensatte materialer, karakterisert ved at den omfatter to eller flere sjikt av forskjellige materialsammensetninger, hvor der er en styrt gradert forandring av sammensetningen mellom sjiktene eller innenfor i •■.idet: minste et av sjiktene.

2. Gjenstand ifølge krav 1, karakter! sert ved at gjenstanden omfatter to sjikt, hvor et av sjiktene har et styrt gradert område deri tilliggende til det andre sjiktet, hvor det styrte graderte området har i det minste en egenskap, hvis.verdi er mellomliggende verdiene til egen-skapen i det andre sjiktet og det ikke-graderte området til det ene sjiktet.

3. Gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at gjenstanden omfatter tre sjikt, hvor det mellomliggende sjiktet har i det minste en egenskap, hvis verdi er mellomliggende verdiene til korresponderende egenskaper til sjiktene tilliggende til det mellomliggende sjiktet.

4. Gjenstand ifølge hvilket som helst av de fore-gående krav, karakterisert ved at gjenstanden er et stempel.

5. Stempel for en forbrenningsmotor, karakterisert ved at den er fremstilt av i det minste to forskjellige materialer, hvor skjørtet har en første sammensetning og kronen har en andre sammensetning, og at mellom skjøret og kronen er det en mellomliggende sone i hvilken det relative forholdet av materialer ligger i mellom de i skjørtet og kronen.

6. Stempel ifølge krav 5, karakterisert ved at den mellomliggende sonen har egenskaper av termisk, ledeevne og mekanisk styrke som er mellomliggende de ved skjørtet og kronen.

7. Stempel ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at stempelet omfatter tre eller flere distinkte sjikt som hvert av forskjellige forhold av nevnte materialer, hvor forholdet er hovedsaklig jevnt langs hvert sjikt og det relative forholdet av materialene er gradert fra et sjikt til neste.

8. Stempel ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at der er en kontinuerlig gradering av materialer langs deler av stempelet eller hele stemepelet.

9. Stempel ifølge krav 5, karakterisert ved at aluminium eller en aluminiumlegering er hovedbe-standelen gjennom hele stempelet,, at kronen har en betydelig del av aluminiumoksyd, og at den mellomliggende sonen har en mindre del av aluminiumoksyd og at skjørtet har en enda mindre del av aluminiumoksyd.

10. Stempel ifølge krav 9, karakterisert ved at aluminiumoksydforholdet til aluminium eller alumini-umlegeringen er mellom 0 til lOvektprosent ved skjørtet .og opptil 30 vekstprosent ved kronen.

11. Stempel ifølge krav 9 eller 10, karakterisert ved at stempelområdet som inneholder stempelringsporene omfatter en blanding av aluminium eller aluminiumlegering med en betydelig aluminiumosksydrl.del.

12. Fremgangsmåte til fremstilling av en gjenstand, karakterisert ved at den omfatter trinnene med å starte med i det minste to sjikt av forskjellige material-sammensetning, hvor der er en styrt gradert forandring av sammensetningen mellom sjiktene eller innenfor i^det minste et av sjiktene, og påfølgende sammenbinding av sjiktene.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at bindingen blir oppnådd ved sintring.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at bindingen blir oppnådd ved støping.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at bindingen blir oppnådd ved f riks jonssveising..