PL158311B1

PL158311B1 - Sposób wytwarzania kompozytu z osnowa metaliczna . PL PL PL PL PL

Info

Publication number: PL158311B1
Application number: PL1989277056A
Authority: PL
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1988-01-07
Filing date: 1989-01-05
Publication date: 1992-08-31
Also published as: FI88776C; AU2643988A; IN170722B; EP0323945A2; FI88776B; MX166677B; YU2089A; AU618975B2; US4935055A; RU2025527C1; DK1189D0; FI890013A; DK1189A; DE68914853T2; JP2693991B2; EP0323945B1; PH25765A; JPH01215935A; TR26130A; NO173006B

Abstract

1. Sposób wytwarzania kompozytu z osnowa metaliczna, znamienny tym, ze stop alumi- nium zawierajacy aluminium i przynajmniej okolo 1% wagowy magnezu styka sie ze strefa przynajmnej jednego materialu wybranego z grupy zlozonej z przepuszczalnej masy cerami- cznego materialu wypelniacza i formy wstepnej, przy czym ten co najmniej jeden material ma co najmniej jedna powierzchnie okreslona przez bariere, w obecnosci gazu zawierajacego od okolo 10 do 100% objetosciowych azotu, a reszte gazu nie utleniajacego styka sie tak, ze bariera jest czesciowo oddalona od strefy i dokonuje sie infiltracji tego co najmniej jednego materialu roztopionym stopem aluminium do bariery, a nastepnie umozliwia sie roztopionemu stopowi aluminium zakrzepniecie, aby powstala struktura stalej osnowy metalicznej obejmujaca ten co najmniej jeden material i posiadajaca powierzchnie okreslona przez bariere. PL PL PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

@ OPIS PATENTOWY® PL® 158311 ® BI

Numer zgłoszenia: 277056 ©\

IⁿtCl^5:

C04B 35/10

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

Data zgłoszenia: 05.01.1989

Sposób wytwarzania kompozytu z osnowa, metaliczna.

P ier wszeńs two:

07.01.1988,US,141642

Uprawniony z patentu:

Lanxide Technology Company LP., Newark, US

Pełnomocnik:

PATPOL Spółka z o.o., Warszawa, PL

Zgłoszenie ogłoszono:

04.09.1989 BUP 18/89

O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.1992 WUP 08/92

PL 158311 BI

57) 1. Sposób wytwarzania kompozytu z osnową metaliczną, znamienny tym, że stop aluminium zawierający aluminium i przynajmniej około 1% wagowy magnezu styka się ze strefą przynajmnej jednego materiału wybranego z grupy złożonej z przepuszczalnej masy ceramicznego materiału wypełniacza i formy wstępnej, przy czym ten co najmniej jeden materiał ma co najmniej jedną powierzchnię określoną przez barierę, w obecności gazu zawierającego od około 10 do 100% objętościowych azotu, a resztę gazu nie utleniającego styka się tak, że bariera jest częściowo oddalona od strefy i dokonuje się infiltracji tego co najmniej jednego materiału roztopionym stopem aluminium do bariery, a następnie umożliwia się roztopionemu stopowi aluminium zakrzepnięcie, aby powstała struktura stałej osnowy metalicznej obejmująca ten co najmniej jeden materiał i posiadająca powierzchnię określoną przez barierę.

SPOSÓB WYTWARZANIA KOMPOZYTU Z OSNOWĄ METALICZNĄ

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1· Sposób wytwarzania komppzytu z osnowę metaliczną, znamienny ty·, że stop aluminium zawierający alumlnli^B 1 przynajmniej około 1% wagowy magnezu styka sią zt strefą przynajmniej Jednego materiału wybranego z grupy złożonej z przepuszczalnej masy ceramicznego Mrei^l.ału wypełniacza 1 formy wstępnej , przy czym ten co najmniej Jeden'materiał ma co najmniej Jedną powierzchnię określoną przez barierę, w obecności gazu zawierającego od około 10 do 100% objątościowych azotu, a resztą gazu nie utleniającego styka się tak, ze bariera Jest cząśdowo oddalone od strefy 1 dokonuje elą lnfiltracji tego co najmniej Jednego maaeriału roztopónnym stopem aluminium do bariery, a nastąpnie ummoliwia się roztop^nemu stopowi al^umlnii^m zakΓzepnięclt, aby powstała struktura stałej osnowy meealicznej obejmująca ten co najmniej Jeden Mrae^lał 1 posiadająca powierzchnią określoną przez barierę.
2. Sposób według zastrz.l, znamienny tym, że bariera Jest zasadniczo niezwilżalna przez roztopiony stop aluminium w warunkach procesu.
3. Sposób wytwarzanie kompozytu z osnową mec^llcznę, znamienny tym, że formuje się co najmniej Jeden mreriał wybrany z grupy złożonej z przepuszczalnej masy ceramicznego mrer^ału wypełniacza i formy wstąpnaj, przy czym ten co najmniej Jeden maeriał ma co najmniej Jedną określoną powierzchnią graniczną, nastąpnie umieszcza się elastyczny arkusz grafUowy na tej określonej powierzchni granicznej, styka się strefę co najmniej Jednego Ml^i^^ału ze stopem jlumidue zawierającym aluminium i co najmniej około 1% wagowy magnezu tak, że elastyczny arkusz grafUowy Jest przynajmniej cząśdowo oddalony od tej strefy styku, a Infiltracja roztopionego stopu alumidue będzie się odbywać w kierunku do tego elastycznego arkusza grafitowego, kolejno ogrzewa się stop slueidum do temperatury powyżej Jego temperatury topnienia i w obecności gazu zawierającego od około 10 do 10C% objątoi^dowych azotu, a resztą gazu nie utleniającego i przy tej tem^ei^^turze przeprowadza się spontaniczną Infiltracją roztopionego stopu aluminium w co najmniej Jeden materiał, aby objąć tan materiał do elastycznego arkusza grafiK^ego oraz umellioiJ się roztop^nemu stopowi aluminuue zakrzepnlącie w tye co najmniej Jednym Mltelsle, by powwtał kompozyt z osnową mθtallczię mający powierzchnią określoną przez elastyczny arkusz grafitowy.

A. Sposób według zastrz.l, znamienny tym, że stoeuje się barierą zawlerjJącą dwuborek tytanu, a stop jlueiniue ogrzewa się do temperatury nie wyższej niż około 875°C.
5. Sposób według zastrz.l, znamienny tym, że stosuje się barierą zawierjJącą węgiel.
6. Sposób według zastrz.l, znamienny tym, że stosuje się barierą zawieraJącą grafit.
7. Sposób według zastrz.l albo 3, znamienny tym, że stop aluminium doprowadza się do styku z wymienionym co najmniej Jednym materiałem przy etm^θι^^lturze przynajmniej około 700°C.
8. Sposób według zastrz.7, z n a o 1 j n n mniej 800°C.
9. Sposób według zastrz.8, z η a o 1 e n n 800^oC do około 1200°C.
10. Sposób według zaetrz.l albo 3, z n a m ra przynajmniej 5C% lbjątośdowych azotu, a resztą grupy złożonej z argonu 1 wodoru.
11. Sposób według zastrz.10, z n a m i e n tylko azot.

y tym , że temperalura wynosi y tym, żt tmπ)peraluJβ wynosi ot okooo lenny tym, że wymieniony gaz zawlS' stanowi co najmniej jeden gaz wybrany z π y t y j, że gez zawiera zasadniczo

158 311
12. Spoeób według zastrz.11. znamienny tym, że temperatura wynosi od około 800°C do około 12OO°C.
13. Sposób według zestrz.l albo 3, znamienny tym, że stop alumlnUum zawiera przynajmniej około 3% wagowe magnezu.
14. Sposób według zastrz.13, znamienny tym, że stop aluminium zawiera przynajmniej Jeden dodatkowy pomocniczy pierwiastek stopowy.
15. Sposób według zastrz.l albo 3, z n a i e η n y ^t y m, że co najmniej Jeden meJtriał zawiera maatriał wybrany z grupy złożonej z tlenków , wąglików, borków i azotków.
16. Sposób według zastrz.15 , z n a m i e n n y ^t y m, że co najmniej jeden maJeriJł zawiera tlenek glinowy, a w^ι^n¢^r^ί.ciJ temperatura Jest około : 1000°C. 17. Sposób według zastrz.15 _f 2 n a m i θ n n y ^t y m, że wyιiienioiy co najmniej Jeden matniał zawiera wąglik krzemu, a wymieniona temperatura jest do około 1200°C.

18. Sposób według zastrz.15 .zna m i Θ n n ą ^t ą m, że co najmniej Jeden maei^lał zawi.era tlenek cyrkonowy. 19. Sposób według zastrz.l albo 3, z n j m 1 e η n y ^t y m, że co najmniej Jeden maeriał . zawiera dwuborek tytanu, j wy!iienionlJ temperatura Jest zasadniczo większa niż około 875°C. 20. Sposób według zestrz.15 , z n a m i e n n ą ^t y m, że co najmniej jeden maariał zawiera azotek aluminium. 21. Sposób według zastrz.l albo 3, z n j 1 e η n y t y m, że ezotek aluminium powstaje Jako faza nieciągła w osnowLe aluminiowej.

22. Sposób według zastrz.l albo 3, znamienny tym, że wymieniony co najmniej Jeden mten^ł Jest złożony z podłoża wypełniacza z ceramiczną powłokę wybrany z grupy zawieraJącaJ tlenki, wągliki, borki i azotki..

Przedmiotem w^r^E^^lazku Jest sposób wytwarzania kompozytu z osnowy mθaaliczną, a zwłaszcza sposób wytwarzania kształtek z kompozytu z osnowy meal-iczny przez spontaniczną infiltracją przepuszczalnej masy wypełniacza ceramicznego roztopionym stopem aluminium, aż stop ten zetknie się z bariery, aby określić powierzchnią, obwód, granicę itp· w celu wytworzenia pożądanego kształtu.

Wyroby kompozytowe zawierające osnowę meesliczny i fazę wznmcnnajęcę, tekę jak czystki ceramiczna, wiskery, włókna itp. sy bardzo przydatne dla wielu zastosowań, ponieważ łyczy w sobie wytrzymałość 1 twardość fazy wzmagającej i ciągliwością 1 wiyzkością osnowy metalicznej. Zwykle kompozyt z osnową metaliczną będzie stanowić ulepszenie pod wzglądem takich właściwości Jak wytrzymaJość, sztywność, odporność na ścieranie stykowe i odporność na podwyższony temperaturą, ale stopień polepszenia tych właściwości zależny Jest znacząco od poszczególnych składników, ich udziału objętaśmowego lub Wagowego 1 od tego Jak sy obrabiane przy tworzeniu kompooytu. W pewnych okolicznościach kompozyt może meć również mnnejszy ciężar. Kornmooyty z osnowy z aluminium wzmo^lone ceramiką, np. wąglikiem krzemu w połaci czystek, płytek lub wiskerów, sy przykładowo interesujące ze wzglądu na ich większą sztywność, odporność na ścieranie 1 dużą odporność temperaturowy w stosunku do aluminium.

Znane sy różne procesy metalurgiczne dla wytworzenie kompozytów z osnowy aluminiową, poczynając od sposobów opartych na technologii mealurgii proszków eż do sposobów związanych z infiltracją ciekłego metalu, np. przez odlewanie pod ciśnienema z zasto^^eniem podciśnienia lub czynników zwilżających, by spowodować infiltracją Mealu w masę ceramiczną.

158 311

Znany Jest sposób wytwarzania kompozytu z osnowę metaliczną przez spontaniczną infiltrację przepuszczalnej masy ceramicznego Mtei^^ału wypełniacza roztopinnym metalem. Zgodnie z tym sposobem kompozyt z osnowę met^^icz^ny wytwarza się przez infiltrację przepuszczalnej masy ceramicznego wypełniacza lub wypełniacza z powłokę ceramiczny roztopooąym aluminUum zawierającym przynajmniej około 1% wagowy Mgr^ei^u, a korzystnie przynajmniej około 3% wagowe. Infiltracja następuje spontanicznie bez konieczności istnienia zewnętrznego ciśnienia lub wysokiej próżni. Zapae roz topionego 6topu metalu doprowadza się do styku z masę yaterltłu wypełniacza przy temperaturze przynajmniej około 700°C w obecności gazu zawierajęcego od około 10 do 100%, a korzystnie przynajmniej około 50% azotu objętościowo, przy czym resztę stanowi gaz nieutleniaJęcy, np. argon.

W tych warunkach roztopiony stop alumlnuum infiltruje w ceramiczny masę przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym by utworzyć kompozyt z osnowę alu^^niowy. Kiedy żądana ilość maaeriału ceramicznego zostanie Już poddana infiltracji roztoponnym stopem, temperaturę obniża się, by stop zakrzepł, przez co powstaje struktura etałej osnowy metalicznej otaczająca wzmmacnający mat^r^i^iał ceramiczny. Zwykle 1 korzystnie dostarczony zapas roztopionego stopu będzie wystarczajęcy by umooliwić infiltrację zasadniczo do granic mesy ceramicznej.

Elementem stosowania znanych sposobów dla wytworzenia kompozytu z osnowę Me^^iczny o czystym lub prawie czystym kształcie Jest zminimalizowanie lub uniemo^^i^ie transportu lub infiltracji osnowy yθtalicznej poza określone powierzchnie graniczne przepuszczalnej masy wypełniacza ceramicznego lub formy wstępnej. Przejście infiltracji poprzez powierzchnie graniczne można zasadniczo uniemożliwić przez kontrolowanie infiltracji do określonych powierzch ni granicznych, co można osięgnęć np. stosujęc określony uprzednio ilość wypompowuuąc atmosferę gazu zawierającego azot lub obniżając temperaturę poniżej temperatury topnienia meealu. Każdy z tych etapów może wymagać dokładnej konn^o!, by zapewnić zasadniczo brak transportu osnowy metalicznej poza określony powierzchnię graniczny masy ceramicznego wypełniacza lub formy wstępnej , a nadal można me uzyskać żydanego czystego lub prawie czystego kształtu, albo też może być wymagana dodatkowa obróbka skrawaniem lub obróbka wykańczająca.

Wyąnttztk określa sposób wytwarzania kompozytu z osnowy yβtaliczną pod cίέniθntem atmosferycznym z wyznaczeniem granicy lub z uniemożliwieniem zasadniczo infiltracji lub transportu poza granicę inf il t uuj ące j osnowy metalicznej, co Jest pożydane przy wytwarzaniu czystych kształtek z kompozytów z osnowy metaliczny.

Sposób według wynalazku obejmuje wytwarzanie kompozytu z osnowy yetaliczoą przez infiltrację roztopionego stopu aluminuum w przepuszczalny masę ceramicznego maer^l.ału wypełniacza z przynajaniej Jedny powierzchnię graniczny określony przez barierę. Roztopiony stop aluminuum zawiera przynajmniej około 1% wagowy magnezu, korzystnie przynajmniej 3%. Infiltracja następuje spontanicznie bez potrzeby stosowania zewnętrznego ciśnienia lub wysokiej próżni. Strefę roztopionego stopu metalu styka się z przepuszczalny masy ceramicznego maaeriału tsypełnijm prz^{y t}em^^r^ίtturzt prz^ynajm^iej o^ko^ło ^0°^ w obecność gazu zawierającej od około 10 do 100%, a korzystnie przynajmniej 50% azotu objętościowo, przy czym resztę stanowi gaz nleutleolający, np. argon. Przepuszczalny masę styka się z roztop^nym stopem metalu tak, że bariera jest przynajmniej częścoowo oddalona od strefy styku. W takich warunkach pracy roztopiony stop aluminium spontanicznie infiltruje pod oir^^l.o^t^m ciśnieneern atmosferycznym w przepuszczalny masę ceramiczny aż zetknie się z bariery. Transport lub infidtrr^cja poza powierzchnię graniczny zasadniczo kończy się, gdy roztopiony stop zetknie się z bariery. Po dokonaniu się infiltracji maee^l.ału ceramicznego do bariery temperaturę obniża się, by stop zakrzepł, przez co powstaje struktura osnowy ze stałego metalu, która otacza wzmmacnajęcy mat^ri.ał ceramiczny do powierzchni granicznej. Ilość ceramicznego wypełniacza w kompozytach z osnowy aluminiowy wytworzonych według wynalazku może być bardzo duża. Można osiągnęć stosunek ceramicznego wypełniacza do stopu powyżej 1 i 1.

W przykładzie realizacji wynalazku przepuszczalny ma6ę ceramicznego maaeriału wypełniacza kształtuje się tak, aby miała co najmniej Jedny określony powierzchnię graniczną. Na tej określonej powierzchni granicznej umieszcza się barierę, np. elastyczny arkusz grafioowy lub czystki dwuborku tytanu. Zapas roztopionego stopu aluminium podoje się do przepuszczalnej masy ceramicznego wypełniacza lub formy wstępnej przez uiamaszczenie korpusu ze stopu

158 311 przy lub w styku z przepuszczalną maną tak, Ze infiltracja roztopionego stopu aluminium będzie odbywać sią w kierunku do bariery. Stop i przepuszczalną masą ceramiczną ogrzewa sią w obecności gezu zawierającego azot do temperatury powyZej temperatury topnienia etopu, przez co roztopiony etop przy tej temperaturze spontanicznie infiltruje w otaczające złoZe ceramiczne do bariery. Bariera uniemożliwia wszelką infiltrację poza określoną powierzchnią graniczną przepuszczalnej masy ceramicznej. Kiedy dokona się zasadniczo całkowita infiltracja roztopionego stopu w ceramiczną masą do określonej powierzchni granicznej, infiltrowaną strukturą ceramiczną chłodzi się do temperatury poniZej temperatury topnienia stopu, by wytworzyć stałą osnową ze stopu aluminium obejmującą ceramiczną masą do określonej powierzchni granicznej bez wychodzenia zakrzepłego stopu aluminium poza określoną powierzchnią graniczną.

Komppzyty z osnową aluminiową wytworzone według, wynalazku mają typową konfiguracją lub kształt geometryczny oryginalnego wypełniacza ceramicznego lub formy wstąpnej z barierą uniemożliwiającą lub kończącą powstawanie osnowy aluminiowej poza powierzchnią graniczną, przez co uzyskuje się czysty lub prawie czysty kształt bryły ceramicznej. Koimpoyty z osnową aluminiową równieZ typowo zawierają azotek aluminium w osnowie aluminiowej Jako fazą nieciągłą. Ilość azotku w osnowie aluminiowej może się zmieniać zeleZnie od takich czynników Jak wybór temperatury, skład stopu, skład gazu 1 wypełniacz ceramiczny. Ilość rozproszonego azotku a^t^m^nh^m można zmieniać przez sterowanie jednym lub kikkoma czynnikami w systemie np. temperaturą, przez co umooliwla się przykładowo dopasowanie pewnych właściwości kompooytu.

Zastosowane tu wyraZenie resztą stanowi gaz nieutleniający” oznacza, Ze Jakikolwiek gaz wystąpujący oprócz pierwiastkowego azotu Jest albo gazem obojątnym, albo gazem redukującym, który zasadniczo nie reaguje z aluminium w warunkach procesu. Wzelki gaz utleniający /oprócz azotu/, który ewentualnie stanowi zanieczyszczenia w uZytym gazie, oy^tęouja w ilości zbyt mełej dla utlenienia miału w znacznym stopniu.

NalaZy zauważyć, Ze określenia ceramiczny , mytθΓlał ceramiczny, ^^ppłi^i.acz ceramiczny lub ceramiczny maeriał oypołnlecze mają obejmować wyppłniacze ceramiczne per se, takie Jak tlenek glinowy lub włókna węglika krzemu oraz maaeriały wypełniacze z powłoką ceramiczną, takie Jak włókne węglowe powleczone tlenkemm gl^wym lub węglikemm krzemu w celu zabezpieczenia węgla przed atakiem roztopionego metalu. Ponadto naleZy zeuważyć, Ze alum^tom użyte w tym procesie oprócz stopu z magnezem może być zasadniczo czystym lub technicznie czystmm aluminium, albo teZ może być stopione z innymi składnikami takimi Jak Zelazo, krzem, miedZ, mangan, chrom ltp.

Wysa^zek Jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig.l przedstawia podwójną warstwą ela9tycznych arkuszy grafitowych z grafitu Grafoll otaczającą ceramiczny maeriał oypołniacze z nałożonym na nim 6topem aluminium, przy czym całość Jest zanurzona w obojętnym złożu i umieszczona w ogniotowatyy pojemniku dla obróbki według procedury podanej w przykładzie I, w przekroju poprzecznym, fig.Z-ceramiczny materiał wypełniacza z fig.l infil trowany osnową ze stopu aluminium do określonej powierzchni granicznej , w przekroju pionowym, fig.3 ceramiczną formą wstąpną o przekroju w kształcie ściętego stoZka, wspierającą prostokątny wlewek ze stopu aluminium, przy czym ta ceramiczna forma wstąpne Jest zanurzona w cząstkach TiBg w ognlotιoβtmm pojemniku dla obróbki zgodnie z procedurą podaną w przykładzie II, w przekroju poprzecznym, flg.4-eeeymiczną formą wstąpną z fig,3-nnfHitowaną do określonych powierzchni granicznych osnową ze stopu aluminium 1 otaczający nleprzereagoweny stop eluyinium w przekroju pionowym, fig .5-ceramlczną formą wstąpną z nałożonym na nią wlewkiem ze stopu aluminium, przy czym całość Jest zanurzona w cząstkach TIBg w ognioto»atyy pojemniku dla obróbki według procedury podanej w przykładzie III, w przekroju poprzecznym, a fig.6 przedstawia ceramiczną formą wstąpną z fig.5 inmittowaną do określonej powierzchni granicznej osnową ze stopu aluminium w przekroju pionowym.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku przepuszczalną masą ceramicznego maeθrlełu wypełniacza, np. ceramiczne cząetki, wiekery lub włókna, kształtuje się tak, aby m^ła przynajmniej Jedną określoną powierzchnią graniczną, przy czym przynajmniej no cząści tej określonej powierzchni granicznej nałożona Jeet bariera lub otacza tą powierzchnię. Określenie WP^β^ⁿlecz może obejmować formą wstąpną lub zestaw fors wstąpnych spojonych w integralny komppzyt·

158 311

WyypSniacz ceramiczny Jest umieszczony przy i w styku z powierzchnią stopu aluminium-magnez tak, te przynajmniej część określonej powierzchni granicznej otoczone przez barierę lub z nałożoną barierą Jest zwykle usytuowana z dala lub na zewnątrz od powierzchni stopu aluminium-magnez, który styka się z ceramicznym wypełniaczem tak, te infiltracja roztopionego stopu aluminium-magnez będzie się odbywała w ceramiczny wypełniacz i w kierunku do określonej powierzchni granicznej z barierą. Przepuszczalne masa ceramicznego mate^ir^ału wypełniacza Jest częścią zestawu i po ogrzaniu w piecu do temperatury przynajmniej równiej temperaturze topnienia stopu aluminium-magnez i w obecności gazu zawierającego azot stop aluminium zostaje roztopiony i progresywnie infiltruje w przepuszczalną masą ceramiczną. Spontaniczna infiltracja trwa az osnowa me^l-iczna zetknie się z określoną powierzchnią graniczną, na której znajduje się bariera, lub która Jest otoczona barierą. Najbardziej typowo granice ceramicznego matθriαłu wypełniacza i osnowy msolicznej zasadniczo pokrywają sią wzajemnne, ale poszczególne składniki na powierzchniach ceramicznego materiału wypełniacza mogą być odsłonięte lub mogą wystawać z osnowy mesalicznej i dlatego infiltracja i objęcie mogą nie być kompletne w sensie całkowitego otoczenia lub zamknięcia ceramicznego matθriału wypełniacza przez osnowę mesaliczną. Bariera uniemożliwia i przerywa migrację lub ruch roztopionego stopu aluminium po zetknięciu z barierą i zasadniczo nie me transportu lub nadmiernej infiltracji roztopionego stopu aluminuum poza określoną powierzchnią graniczną. Zasiąg powsta wania osnowy masalicznsj może również zmieniać się wraz z warunkami procesu Jak wyjaśniono poniżej bardziej Bzczsgółowo. Kiedy zasadniczo dokona się infiltracji roztopionego stopu aluminium w przepuszczalną masą ceramicznego Maer^liału wypełniacza do bariery, ummoliwia się ochłodzenie zestawu, np. przez wyjęcie z pieca, poniżej temperatury topnienia stopu aluminuum tak, że roztopiony stop aluminium krzepnie w przepuszczalnej maa^e ceramicznej. Uzyskany w wyniku produkt kompozytowy z osnową metaliczną za^^era masę ceramicznego maE^i^^ału infiltrowaną lub objętą do swych granic osnową ze stopu aluminium. Tak więc bariera według wynalazku pomaga w wytworzeniu dobrze określonego kompozytu z osnową mesaliczną o czystym lub prawie czystmm kształcie.

Barierą według wynalazku może być dowolny odpowiedni środek, który przeszkadza, zapobiega, uniemooliwia lub przerywa migrację, ruch itp. roztopionego stopu aluminium poza określo nę powierzchnię graniczną ceramicznego maaeriału wyppłniacza, OdpowOednią barierą może być dowolny Mtlet^!:, związek, pierwiastek, mieszanina itp. która o warunkach procesu według wynalazku zachowuje pewną integralność, nis Jest lotna i korzystnie Jest przepuszczalna dla gazu zawierającego azot, jak również Jest zdolna do lokalnego przeszkadzania, zatrzymywania, zapobiegania, uniemożliwiania itp. ciągłej infiltracji lub innego rodzaju ruchu poza określoną powierzchnię graniczną wypełniacza ceramicznego.

środki odpowóednie na barierę obejmują ιπ^ι^θ^, które są zasadniczo niszwilżalns przez migrujący roztopiony stop aluminuum w stosowanych warunkach procesu. Wyde^s się, żs bariera tego typu niewielkie lub nio wykazuje wcale powinowactwa z roztopionym stopem aluminium i ruch poza określoną powierzchnię graniczną ceramicznego maei^lału wypełniacza Jast uniemożliwiony przez teką barierę. Bariera pozwala na zmniθJ8zenle końcowej obróbki skrawaniem lub szlfoowania, które może być potrzebne dla produktu z kompozytu ceramicznego z osnową metaliczną. Jak podano powyżej, bariera powinna być korzystnie przepuszczalna lub porowata, albo uczyniona przepuszczalną przez perforowanie, by gaz zawierający azot mógł stykać się z roztopionym stopem aluminium.

Odpowóednimi berierami szczególnie użytecznymi o przypadku przedmiotowego wynalazku są zawierające węgla, zwłaszcza w krystalicznej postaci slot ropowej węgla zwanej grafitem. Grafit zasadniczo nie jest zwilżany przez migrujący roztopiony stop aluminium. Szczególnie korzys^ym grafismm Jest taśma grafioowa sprzedawana ze znakiem towarowym Grafoil zareJθltrowinyi na rzecz Union Carbide. Ta taśma grafioowa wykazuje właściwości uszczelniania dla płynu, które zapobiegają mę^ri^c]l roztopionego stopu aluminuum poza określoną powierzchnię graniczną ceramicznego w^PpSnIacza. Taka taśma grafioowa Jeat również odporna na ciepło 1 Jest chemicznie obojętna. Μ^γΙο! grafioowy Grafoil jest elastyczny, kommltlylliy, dostosowujący się do kształtu 1 sprężysty. toże być wykonany w wielu różnych kształtach dla dostosowania do

15Θ 311 wszelkich zastosowań bariery. Bariera grafitowa może być stosowana jako zawiesina lub pasta, albo nawet Jako cienka malowana powłoka wokół 1 na granicy ceramicznego mteriału wypełniacze. Matriał Grafoil Jest szczególnie korzystny, ponieważ Jest w postaci elastycznej arkusza grafitowego. Podczas stosowanie graflto podobnie do papieru kształtuje się po prostu wokół zestawu złożonego ze stopu aluminium i ceramicznego mat^i^JLa^u wypełniacza przed ogrzewaniem w piecu. Kiedy zestaw ogrzeje się do temperatury topnienia stopu aluminium, następuje spontaniczna infiltracje poprzez ceramiczny ιηβ^ΓίθΙ wyppłniacza, ale usteje gdy oslęgnie arkusz elastyczny z grafitu.

Innymi korzystnymi barierami sę borki metali przejócoowych, np. dwuborek tytanu /TiB^/ które sę zasadniczo niezwilżalne przez roztopiony stop Mtialu w warunkach procesu, w którym stosuje się ten maerie^ł. W przypadku barier tego typu temperatura procesu nie powinna przewyższać 875°C, poniewBź maoriał bariery mógłby stać się miej skuteczny i przy wyższej temperaturze nas tępiłaby infiltracja w barierę. Borki Meall przejścoowych występuję typowo w postaci cząstkowej /1-0) pm/. Maatriały barierowe stosuje się albo jako otaczaJęce złoże dla zestawu złożonego ze stopu 1 ceramicznego wypełniacza, albo mogę być nakładane w postoci zawiesiny lub pasty na granice przepuszczalnej maey ceramicznego maatriału wypełnia cza, który korzystnie Jest ukształoowanę w formę wstępną.

Inne użyteczne bariery obejmuję słabo lotna zwięzki organiczne nakładane ciankę warstwę na ceramiczny maaeriał wypełniacza lub formę wstępną. Po wypaleniu w azocie, zwłaszcza w warunkach procesu według wynalazku, zwięzek organiczny rozkłada się pozostawlajęc warstwę sadzy. Związek organiczny można nakładać konwencjonalnymi sposobami, np. przez malowa nie, natryskiwanie, zanurzanie itd.

Ponadto dokładnie zmielone maatrieły częstkowe mogę działać Jako bariera dopóki infil tracja w materiał częstkowy będzie zachodzić z prędkościę mniejszę niż infiltracja w ceramiczny maeriał wypełniacza.

Aby uzyskać minimelnę infiltrację roztopionego stopu lub zasadniczo brak infiltracji, transportu lub nadmiernej infiltracji poza okr^^nę powierzchnię granlcznę przy wytwarzaniu kompozytu z osnowę ra^^czną, bariera może tworzyć otaczajęce złoże dla stopu 1 wypełniacza ceramicznego w tyglu, albo może być inaczej umieszczona na lub bardzo blleko określonej powierzchni granicznej przepuszczalnej masy ceramicznego wypełniacza w postaci złoża lub formy wstępnej.

Barierę można nakładać dowolnym odpowiednim sposobem, np. nakładajęc warstwę bariery na określonę powierzchnię granicznę. Taka warstwa bariery może być nakładana przez ma<twani^₁zanurzanie, metodę sioodruku, naparowywanie ltp. Jako ciecz, zawiesina lub pasta lub przez napylanie Mt^ι^lαłιι zdolnego do parowania, albo po prostu przez osadzanie warstwy stałych częstek materiału bariery, lub przez nałożenie litego cienkiego arkusza lub cienkiej warstwy bariery na określonę powierzchnię graniczną. Kiedy bariera znajduje się na miejscu, spontaniczna infiltracja zasadniczo kończy się przy osięgnlęciu określonej powierzchni granicznej i dotknięciu bariery.

W warunkach procesu według wynalazku ceramiczna masa lub bryła Jest ^^etarczajęco przepuszczalna, by gazowy azot mógł penetrować masę i stykać się z roztopowym metalem, przy czym lθtθriał ceramiczny przesycony azotem Jest spontanicznie lifletrowany iozeopOonym stopem aluminium, by powstał kompozyt z osnowę aluminlową. Zakres spontanicznej infiltracji 1 powstawania osnowy motalicziaj będę zmieniać się wraz z zes^Hem warunków procesu, tzn. zawartościę magnezu w stopie aluminium, obecnościę dodatkowych pierwiastków stopowych, wielkością, st^^n^m powierzchni i typem maf^riLału wypełniacza, stężθntθm azotu w gazie, czasem 1 temperaturą.

Dla infiltracji roztopionego aluminium, by zachodziła spontanicznie, aluminium Jest stopione z przynajmniej 1%, korzystnie przynajmniej 3% magnezu w stosunku do ciężaru stopu. Stop może zawierać Jeden lub kilka pollociczych plerwlostkóo stopowych, np. krzem, cynk lub żelazo, które mogę wpływać na minimalnę ilość magnezu, którę można użyć w stopie.

Wadom), że pewno pierwiastki mogą ulatniać się z roztopionego aluminium, przy czym ulatnianie Jest zależne od czasu i temperatury, a zatem podczas procesu według wynalazku może następ^ ulatnianie się magnezu Jak również cynku. Pożądane Jest zatem stosowanie stopu zaworajęcego poczętkowo przynajmniej około 1% wagowy maanezu. Proces prowadzi się w obec8

JS8 311 ności atmosfery azotu zawierającej przynajmniej około 10% objętościowych azotu 1 resztę gazu nieutleniajęcego o warunkach procesu· Po zasadniczo całkowitej infiltracji o masę ceramiczne Mt^l krzepnie np. na skutek ochłodzenie o atmosferze azotu, przez co powstaje stała osnowa metaliczna zasadniczo obejmująca ceramiczny materiał wypełniacza. Ponieważ stop aluminium-magnez zwilża ceramikę, należy oczekiwać dobrego spojenia pomiędzy m^ale^m a ceramiką, co z kolei może dać w wyniku polepszone właściwości komppoytu.

Zawaatość minimalna magnezu w stopie alumini^^m użytecznym przy wytwarzaniu kompozytu z osnowę met^licznę z wypełniaczem ceramicznym zależy od Jednej lub kilku zmiennych takich jak temperatura procesu, czas, obecność pomocniczych pierwiastków stopowych takich Jak krzem lub cynk, natura ceramicznego rareΓlrłu wypełniacza i zawartość azotu w strumieniu gazu. Niższe temperatury lub krótsze czasy ogrzewania można stosować. Jeśli zwiększy się zawartość magnezu w stopie. Dla danej zawartości magnezu dodanie pewnych pomcniczych pieralastkóa stopowych takich jak cynk umroliwla zastosowanie mzszych tem^er^^tur. Przykładowo zawartość magnezu przy dolnym skraju zakresu roboczego, np. od około 1 do 3% wagowych, może być stosowana w połęczeniu z przynajmniej Jednym z następujęcych środków: temperatura procesu powyżej minimum, wysokie stężenie azotu lub Jeden lub kilka pommonlczych pierwiaskków stopowych. Stopy za^^erajęce od około 3 do 5% wagowych magnezu sę korzystne za względu na swę użyteczność w szerokim zakresie warunków procesu, przy czym korzystne Jest przynajmniej 5%, kiedy stosuje się niższe temperatury i krótsze czasy. Zawaαtości magnezu powyżej około 1% wagowego w stopie aluminium można stosować dla umrCliwielia mniej ostrych warunków temperaturowych potrzebnych dla infiltracji. Zawarrość magnezu mona zmne^jszyć, jeśli stosuje się go razem z ecmocliczyn piθΓalαstktrm stopowym, ale te pierwiastki spełniaję Jedynie funkcję poηrcnlczę 1 zwykle sę stosowane wraz z podanę wyżej llością magnezu. Przykładowo zasadniczo nie było infiltracji nominalne czystego aluminiur stopionego tylko w 10% krzemu przy 1000°C w złoże mereriału 39 O^stolon o częstkach odpowiadajęcych numerkowi, sita 500/9% czystości węglik krzemu z firmy Norton Co./.

Zastosowanie jednego lub kilku eomocnlczych eltrwiαstków stopowych i stężenie azotu w otaczający gazie również maj wpływ na stopień azotowania osnowy ze stopu przy danej eem^er^^t:ir^e, Przykładowo zwiększenie stężenia ecmrcnlczego pierwiastka stopowego takiego jak cynk lub żelazo w stopie można zastosować w celu zMlitszelia temperatury infiltracji i aby zmniejszyć przez to powstawanie azotku, natomiast zwiększenie stężenia azotu w gazie można wykorzystać dla wspomożenia powstawania azotku.

Stężenie magnezu w stopie ma również tendencję do oddziaływania na etopień infiltracji przy danej temperaturze, W konsekwencci Jest nawet korzystniejsze. Jeśli stop zawiera przynajmniej około 3% wagowo magnezu. Przy zawartości mnejszej np. 1% wagowy magnezu, występuje tendencja do konieczności stosowania wyższych temperatur procesu lub pomocnlczegc pierwiastka stopowego dla infiltracji. Tθmppratuta potrzebna dla spowodowania spontanicznej infiltracjl według wynalazku może być niższa, kiedy zawartość magnezu w stopie zwiększy się, np. do przynajmniej około 5% wagowych lub kiedy w stopie występuje inny pierwiastek, taki Jak cynk lub żelazo. Tθmperatura róże również zmieniać się z różnymi mat^i^iaJ^^mi ceramicznymi. Ogólnie, spontaniczna 1 progresywna infiltracja będzie miała miejsce przy temperaturze procesu przynajmniej około 700°C, a korzystnie przynajmniej około 80C°C. TerpPΓatury powyżej 1200°C nie wydają się być korzystne dla procesu, a szczególnie użytecnnym zakresem temperatur Jest Jak stwierdzono, zakres od około 8OO°C do około 1200°C.

W przedriocowym eposobie roztopiony stop aluminium dostarcza się do masy przepuszczalnego mat^i^lału ceramicznego w obecności gazu zawlerajęcegc azot utrzymywanej przez cały czas potrzebny dla csięglięcia infiltracji. 3est to realizowane przez utrzymanie clęgłago przepływu gazu w styku z zeB^wem złożonym z ηβ^Γ^^ ceramicznego i roztopionego stopu aluminium. Chociaż prędkość przepływu gazu zawlerajęcego azot nie Jest krytyczna, korzystne Jest by ta prędkość przepływu była wystarczająca dla tcm^β^ι^8ca^r^l.r strat azotu z atmosfery na skutek powstawania azotku w osnowie stopowej Jak również by uniemożliwić wnikanie po^atrza, które mogłoby działać utleniająco na roztopiony metal.

□ak stwierdzono powyżej gaz zawierajęcy azot zawiera przynajmniej około 10% objętościowych azotu. Stwierdzono, że etęźelie azotu może sieć wpływ na prędkość infiltracji.

158 JLll

Mówięc dokładniej, czasy potrzebne dla osiągnięcia infiltracji mają tendencję do wzrostu, gdy stężenie azotu naleje. Oak podano w równocześnie rozpatrzonym zgłoszeniu patenoowym pod tytułem “Komppoyty z osnowę Mtalo^^^, nr 049 171 z 13 maja 1987 r, czes potrzebny dla infiltracji tlenku gUnowego roztopionym stopem aluminium zawierającym 5% magnezu 1 5% krzemu ^prz^y 1000°C zwi^ękazał si^ę, ^gdy st^ężeni.a azotu malało. Infiltaacja przed^ała w czasie 5h przy zastosowaniu gazu zawierającego 50% objętoścoowych azotu. Czas ten wzrastał do 24 h, gdy gez zawierał 30% objętoścoowych azotu i do 72 h, gdy gaz zawierał 10% objętoścoowych azotu. Korzystnie gaz zawiera zasadniczo 10% azotu. Stężenia azotu przy dolnej granicy zakresu roboczego, tzn. mniejsze niż około 30% objętościowych, zwykle nie sę korzystne ze względu na dłuższe czasy ogrzewania potrzebne dla uzyskania infiltracji.

Sposób według wynalazku nadaje się do stosowania dla wielu różnych maaeriałów ceramicznych, i wybór ceramicznego μιθγ^ιΙο wypełniacza będzie zależeć od takich czynników Jak stop aluminium, warunki procesu, zdolność reakcji roztopionego aluminium z μ^τΙι^ι! wypełniacza oraz zamerzone właściwości końcowego wyrobu kompooytowego. Materiały te obejmuję /a/ tlenki, np. tlenek glinowy, tlenek magnezowy, tlenek tytanowy, tlenek cyrkonowy i tlenek hafnu; /b/ w^llkl, np. węglik krzemu i węglik tytanu; /c/ borki, np. dwuborek tytanu i dwunastoborek glinu oraz /d/ azotki, np. azotek glinu, azotek krzemu 1 azotek cyrkonu. OeZeli ceramiczny maeriał wypełniacza me tendencję do reagowania z roztopoonym stopem aluminium, możne to pokonać przez zmniejszenie do minimom czasu infiltracji i temperatury lub przez nałożenie nie reagujęc^ powłoki ne wypθłniacz. Maaeriał wypełniacza może zawierać podłoże takie Jak węggel lub inny nerial nieceramiczny, na które nałożona Jest ceramiczna powłoka, by chronić to podłoże przed atakeem lub rozkładem. Odpowwednimi powłokami ceramicznymi sę tlenki, borki i azotki. Materiałami ceramicznymi, które sę korzystne dla stosowania przy opisywanym sposobie sę tlenek glnnowy i węglik krzemu w postaci częstek, płatków, wiskerów i włókien, włókna mogę być niecięgłe /siekane/ lub w postaci cięgłaj, np. Jako pasma wielowłókniste. Ponadto masa ceramiczna lub forna wstępna noże być jednorodna lub niejednorodna.

Węęlik krzemu reaguje z roztopornym aluminium tworzęc węglik alum^um 1 Jeśli węglik krzemu stosuje się Jako ceramiczny neriał oypełnlacza, pożędane Jest uniłlo0liwiłnił tej reakcji lub zminimalizowanie jej. Węglik glinu Jest podatny na działanie wilgoci, która potencjalnie osłabia komppoyt. W konsekwwenjj, aby zminimalizować lub uniemożliwić tę reakcję, węglik krzemu wypale się w powietrzu aby powstała na nim teagujęca powłoka krzemionkowa, albo też stop aluminium stapia się z krzemem, lub też stosuje się oba te sposoby razem. W każdym przypadku w wyi^^ku otrzymuje się zwiększenie zawartości krzemu w stopie, by wyeliminować tworzenie węglika aluminium. Podobne sposoby nożna zastosować dla uniknięcia niłpożędlnych reakcji z innymi ceramicznymi ia a eria łani wypa^^cza. Maeri.ał ceramiczny noże nieć dowolne wymiary i kształt potrzebne dla uzyskania właściwości żędanych od kompooytu. Maeriał może zatem występować w postaci częstek, wiskerów, płatków lub włókien, ponieważ Ιι^Ιπο^β nie Jest ograniczana przez kształt Materiału wypełniαcyα. Inne kształty, takie Jak kulki., rurki, pastylki, tkanina z włókien żaroodpornych itp. mogę również być stosowane. Ponadto wielkość ιμιθ^ι^ nie ogranicza infiltracji, chociaż może być potrzebna wyższa temperatura lub dłuższy czas dla zakończenia infiltracji masy lniejszych częstek niż w przypadku częstek większych. Ponadto naea ceramicznego maaeriału, który ma podlegać infiltracji. Jest przepuszczalna, to znaczy przepuszczalna dla roztopionego ι^ι^ι^ι 1 dla gazów zawierających azot. Maaeriał ceramiczny noże nieć albo swę gęstość nasypową, albo może być ziszczony.

Spoeób według wynalazku, ponieważ nie Jest zależny od stosowania ciśnienia dla włoczenia roztopionego meelu w masę ceramicznego maeriału, umoożiwia wytwarzanie zasadniczo Jednorodnych kompozytów z osnowę ze stopu aluminium, posiadających dużę zawartość objętościowę malθriαłi ceramicznego 1 charakteryzujących się małę porowaaością. Większe zawartości objętoścoowe laaeriału ceramicznego nożna osiągnęć stosujęc poczętkowę masę maaeriału cenmicznego o lnieJszłj porowaaości. Większe zawartości objętoś^ow-e można również osięgnęć. Jeżeli masa ceramiczne jest zagęszczone pod ciśnieniem, pod warunkiem, że nie powstanę zamknięta pory ani całkowicie gęste struktura, które iniemiżiwla infiltrwwanis roztopionego stopu.

Zaobserwowano, że dla infiltracji aluminium 1 powstawania osnowy przy danym systemie stop aluminlum-ceramika zwilżanie ceramiki przez stop aluminium jest pΓzeolżajęcym necha10

158 311 nizmem Infiltracji. Przy niskich temperaturach procesu następuje powstanie pomijalnle małej lub minimalnej ilości azotku metalu, w wyniku czego uzyskuje się minimum nieciągłej fezy azotku aluminium rozproszonego w osno»^i.e metaaicznaj. Przy zbliżaniu się do górnej granicy zakresu temperatur reakcja metalu z azotem staje się bardziej prawdopodobna. Ilość fezy azotku w osnowie meealicznej można kontrolować przez zmianą temperatury procesu. Temperatura procesu, przy której powstawanie azotku staje się wyraźniejsze, zmienia się również wraz z takimi czynnikami jak stop aluminium użyty w procesie 1 Jego Hość w stosunku do objętości wypeeniacza, materiał ceramiczny, który ma być infiltrowany oraz stężenie azotu w zasooKowanym gazie. Przykaadowo stopień powstawania azotku aluminium przy danej temperaturze procesu wzrasta. Jak się uważa, kiedy zdolność stopu do zwilżania wypełniacza ceramicznego maaeje i kiedy wzrasta stężenie azotu w gazie. Dzięki temu można dostosowywać skład osnowy metalicznej podczas wytwarzania kompooytu, by wpływać ne pewne właściwości końcowego wyrobu. Dla danego systemu temperaturę procesu można wybierać dla kontrolowania powstawania azotku. Wyrób kompozytowy zawierający fazę azotku glinu będzie wykazywać pewne właściwości, które mogę polepszać własności końcowego wyrobu kompozytowego o czystym kształcie z osnowę αβtaliczną, Ponadto zakres temer^tur dla spontanicznej infiltracji stopem aluminuum może zmieniać się zależnie od zastosowanego materiału ceramicznego. W przypadku tlenku glinowego Jako aeaorlału wypełniacza temperatura infiltracji korzystnie nie powinna przekraczać około ¹000°C, ^aby zapewni. Ze ciąglwwość osnowy nie zostanie zmniejszona ^przez ^powstanie znacznej ilości azotku. Mo^Zna jedna^k stosować: temperatur^{y p}n^y^^^j 1000°^C, Jeżeli poż^ędane Jest wytworzenie kompozytu z mniej cięg^wę i sztywniejszą osnową. Dla inf ilt rwnania innych maaariałów cera^cz^^, takiich ja^k węgli.k krzemy można stosować wyższe temperatury oloł 1200^oC, ^ponieważ reakcja stopu aluminium z azotem zachodzi w mniejszym stopniu w stosunku do przypadku stosowania tlenku glnnowego w charakterze wypełniacza, kiedy Jako maeriał wypełniacza stosuje się wąglik krzemu.

□ak pokazano w przykładach ponnżej, roztopione stopy aluminium-magnez spontanicznie infiltrują w przepuszczalny masę Mtβ^ri.ału ceramicznego dzięki swej tendencji do zwilżania maar^ału ceramicznego przesyconego gazem zawierającym azot. inflh nacja zatrzymywała się lub kończyła na określonej powierzchni granicznae, gdzie była usytuowana bariera. W stopach aluminium mogę być zawarte oomolnicze pierwiastki stopowe takie Jak krzemu 1 cynku, aby umoHiwić zastosowanie niższych temperatur i mniejszych stężeń magnezu.

Stopy aluminium-magnez, które zawieraję 10 - 20% lub więcej krzemu sę korzystne dla infiltracji w niewypalony węglik krzemu, ponieważ krzem ma tendencję do minimalizowania reakcji roztopionego stopu z węgli^em krzemu dla powstawania wąglika glinu. Ponadto stopy aluminium stosowane według wynalazku mogę zawierać różne inne pierwiastki stopowe, aby uzyskać szczególnie potrzebne właściwości mechaniczne i fi^ziccz^ne w osnowie stopowej Przykaadowo dodatki miedzi mogę być zawarte w stopie w celu uzyskania osnowy, która może być obrabiana cieplnie dla zwiększenia twardości i wytrzymałości.

Przykład i. Jak pokazano na fig.l forma wstępna o wymiarach 89 mm na 89 mm na 13 mm oznaczona ogólnie przez 10 została utworzone tak, aby miała powierzchnie graniczne 12, 14, 16 i 18. Formę wstępnę wykonano przez odlewanie stdymθniacyJit mieszaniny spieczonych częstek Al2°3 o ziarnie 220 /38 Alundum, Norton Co./ i koloidącego AlgOg /Nyacol Al-20 Colloidal Alumina Sol /oozwwór koloidalny tlenku glnnowego/ z The PQ Corp./ w formie z kauczuku sililioowθgo /podstawa Gl-1000, Plastic Tooling Supply Co., Exton, PA/, po czym mieszaninę zamrażano i suszono. Na powierzchnię granlcznę 12 nałożono wlewek 20 ze stopu aluminuum /wymiary 51 mm x 76 mm x 13 mi^/ zawierającego 5% wagowych krzemu, 5% wagowych cynku, 5% Wagowych magnezu i resztę aluminium. Podwójnę warstwę 22 z elastycznej taśmy grafUowej Grafoil o grubości 0.38 mm z Union Carbide Corp. ukształtowano wokół zestawu złożonego z wlewka ze stopu aluminuum 20 i ceramicznej formy wstępnej 10 i całość umieszczono w złożu 24 z 38 Alundum o ziarnie 24 /z Norton Co./ zawartym w łódce grafioowej 26 o wymiarach 254 x 254 x 101 mm /Grade AGSX, Union Carbide Corp./, Łódkę grafioowę wraz z jej zawartośclę ogrzewano w grafilowyπl piecu próźnlowym w 10C% azotu przepływającego z iatężθntθm 1,5 1/mln w naatępujęcy spoeóbi wzrost ^tempe ra rt ^ry do ⁸⁶⁵°C przez ⁵ zwieszenie temperatury ze stałą ^pr^ędkośclą^, grzanie (orzez ²⁰ h ^w t^peraturze ⁸⁶5°C oraz chłodzenie ^przaz ^3h do tempera tury otoczenia ze zmnie .jeżeniem

15Θ 311 tempe ι-a tury ze stałą prędkością. Przed nagrzaniem do 865°C łódkę grafitową 26 i Jej zawartość wypalono w tym sam^ym piecu w te^ier^turze ²^0°C w ^próżni ^przez 3,5 h, b^y usun^ęćresztki wilgoci. 3ak przedstawiono na fig.2 stop aluminuum spontanicznie inflltoował w ceramiczną formę wstępną 10 do powierzchni granicznych 14, 16 i 18 z utworzeniem kompooytu z osnowę metaliczną 28. Powierzchnia graniczna 12 była pokryta pewny ilością resztkowego, zakrzepłego stopu aluminuum oznaczoną przez 30 na fig.2. Ten resztkowy stop aluminium można łatwo usunąć np. przez obróbkę skrawan^^m lub szlj.oiowan^e.

Przykład II. 3ak pokazano na fig.3, ceramiczną formę wstępną o przekroju w kształcie ćciętego stożka, oznaczoną ogólnie przez 32, □ wymiarach 38 mm przeciętne średnica zewnętrzna na 25 mm wysokości i o grubości około 1,6 mm ukszlałtowano tak, aby miała powierzchnie graniczne 33 i 34 Jak pokazano. Formę wstępną odlewano sedymeetacyjnie /patrz przykład 1/ z 68% wagowych 38 Alundum, ziarno 220, 2% wagowych 38 Alundum, ziarno 500 i 3% wagowe mθtalicznθgo krzemu, ziarno 325, stosując mieszaninę kleju slolβrsktego •Elmer* /Borden Inc., Columbus, OH/ i HgO jako roztwór spoiwa. Po odlewaniu sedymentacyjnym formę wstępy wypalono w ^zanym rez^ystancyjnie piecu z węglika ^kr;^^mu w ^powietrzu prz^y 1^⁰°C przez 3h. Cylindryczny wlewek 42 o średnicy 51 mm 1 o wysokości 25 mm ze stopu aluminium zawierającego 5% wagowych krzemu, 5% wagowych cynku, 7% wagowych magnezu i resztę aluminuum umieszczono na wierzchu formy wstępnej 32 1 całość zanurzono w złożu 44 TiB/ o wielkości ziarna 5-6 yim, Grade HCT z Union Carbide Corp., które było zawarte w tyglu 46 z 99,'%

AljOg /wytworzony przez Bolt Technical Ceramics Inc., Conroe, TX, nr ks^^gowy 6C/. Tygiel

46 wraz z zawartością ogrzewano w grzanym rezystancyjnie piecu rurowym w obecności gazu 3 formującego zawierającego 96% azotu i 4% wodoru z natężeniem przepływu 500 cm /min. następu^jęcym sposobem; nagrzewanie ^do 8⁷5°C z pr^^śc^ 1^3^/11^, grzanie ^przez 1^0h w temperaturze 8⁷5°C oraz chłodzenie do temperatury otoczenia z prędkościąi 2⁰0°C/^h. ^Oa^k pokazano na fi^g.4 stop aluminium spontanicznie infUtoował w formę wstępną do powierzchni granicznej 33 z wytworzeniem kompozytu 48 z osnową ze stopu aluminium. Powierzchnia graniczna 34 była pokryta resztoowym zakrzepłym stopem aluminuum oznac^t^t^^^m przez 50 na fig.4. Ten resztkowy stop aluminium można łatwo usunąć przez obróbkę skrawaniem lub szlifowanie.

Przykład III. Oak pokazano na fig.5 formę wstępny 52 o wymiarach 51 mm x 51 mm x 13 mm odlano sedymyetlcyłnie /patrz przykład 1/ z zawiesiny C-75 UNG talcynowaty AI2O3 /Alcan Aluminium Corp./ stosując mieszaninę kleju stolarskiego Elmer /Borden Inc., Columbus, OH/ i wody Jak roztwór spoiwa. Formę wstępną wykonano z powierzchniami granicznymi 54, 56, 58 i 60. Na powierzchnię graniczny 54 nałożono wlewek 62 ze stopu aluminuum /wymiary 51 x 51 x 13 mm/ zawierającego 5% wagowych krzemu, 5% wagowych magnezu 1 resztę aluminium. Całość zanurzono w złożu 64 z Τ1Β2» ziarno 5-6 /im, Grade HCT z Union Carbide, które było zawarte w tyglu 150 mm x 65 mm x 35 mm z 99,^ AljOg oznaczonym przez 66 /wykonany przez Bolt Technical Ceram.cs, Inc., Conroe, TX/.

Tygiel 66 wraz z zawartością ogrzewano w grailtowyy piecu próżnoi^ym w obecności gazu formującego, zawierającego 96% azotu i 4% wodoru z natężeniem przepływu 1000 cm /mmn. w nast^ępu^jąc^y s^posób; nagrzewanie ^do 8⁷5°C przez l°h ze stałą ^pr^ędkości^ą wzrostu ^mperatur^ ^grzanie w temperaturze ⁸⁷⁵°C przez 15 ^{h i} chłodzenie przez 5 ^{h d}o temperatur^y otoczenie ze stałą ^pręd^kości^ą spad^ku temperatury. Przed nat^rzeniem do ⁸⁷5°C tygiel 1 Jego zawarto^ść prażono w tym sam^m ^piecu przy 2°⁰°C w ^próżni. ^przez oltoło ^6h, aby usunąć reszta ^wlgot^i. Oa^kpokazano na fig.6 stop aluminium spontanicznie infllttował w ceramiczną formę wstępną 52 do powierzchni granicznej 56, 58 i 60 tworząc kompozyt 68 z osnową ze stopu aluminium. Powierzchnia graniczna 54 była pokryta pewną ilością resztkowego zakrzepłego stopu aluminuum oznaczoną przez 70 na fig.6. Ten resztkowy stop aluminuum można łatwo usunąć przez obróbkę skrawaniem lub szlitowanle.

Te przykłady realizacji opisane szczegółowo powyżej deyoontΓują użyteczność wynalazku, a dla fachowca oczywiste są liczne kombinacje i odmiany inne niż te przedstawione przykładowo.

158 311

Fig. 5

Fig. 6

158 311

Fig. 3

Fig. 4

158 311

Fig. I