PL166555B1 - Method of making composite bodies with metal carcass by a self-generated vacuum process and composite body obtained thereby - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania ksztaltowego korpusu kompozytowego z metalowa osnowa, znamienny tym, ze zestawia sie uklad reakcyjny, zlozony z metalu osnowy, atmosfery reakcyjnej, nieprzepuszczalnego pojemnika, przepuszczalnej masy zawierajacej co najmniej jeden material wybrany z grupy obejmujacej luzna mase wypelniacza i forme wstepna wypelniacza oraz srodka zaporowego kontaktujacego sie z przynajmniej czescia co najmniej jednej powierzchni przepuszczalnej masy i przynajmniej czesciowo oddalonego od metalu osnowy dla ustanowienia co najmniej jednej powierzchni ksztaltowego korpusu kompozyto- wego z metalowa osnowa, a nastepnie tak zestawiony uklad reakcyjny uszczelnia sie wzgle- dem atmosfery otoczenia, zewnetrznej w stosunku do ukladu reakcyjnego, stosujac co najmniej jedno uszczelnienie wybrane z grupy obejmujacej uszczelnienie zewnetrzne, sa- moistne uszczelnienie fizyczne i samoistne uszczelnienie chemiczne, tak ze doprowadza sie do róznicy cisnien miedzy ta atmosfera reakcyjna i atmosfera otoczenia, po czym uszczelnio- ny uklad reakcyjny ogrzewa sie dla stopienia metalu osnowy i przynajmniej czesciowego infiltrowania przepuszczalnej masy plynnym metalem osnowy az do tego srodka zaporowego, przez co wytwarza sie ksztaltowy korpus kompozytowy z metalowa oslona, majacy co najmniej jedna powierzchnie wyznaczona przez ten srodek zaporowy. P L 166555 B 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kształtownego korpusu kompozytowego z metalową osnową.

Produkty kompozytowe, zawierające metal osnowy i fazę wzmacniającą w rodzaju cząstek ceramicznych, płatków, włókien lub podobnych, wykazują przydatność do szerokiego rodzaju zastosowań, ponieważ łączą w sobie sztywność i odporność na zużycie fazy wzmacniającej z plastycznością i ciągliwością metalowej osnowy. W zasadzie, kompozyt z metalową osnową wykazuje polepszenie takich właściwości jak wytrzymałość, sztywność, odporność na zużycie stykowe i zachowanie wytrzymałości przy podwyższonej temperaturze względem metalu osnowy w postaci monolitycznej, jednakże stopień, w jakim dana właściwość może być polepszona zależy w dużym stopniu od szczególnych składników, ich objętości lub proporcji wagowej oraz od tego, w jaki sposób są one obrabiane przy formowaniu kompozytu. W niektórych przypadkach, kompozyt może być lżejszy niż sam metal osnowy. Interesujące są kompozyty z glinową osnową wzmocnione ceramiką, taką jak węglik krzemu w postaci cząstek, płytek lub kryształów, z powodu ich większej sztywności, odporności na zużycie i dużej wytrzymałości temperaturowej względem glinu.

Znane są rozmaite procesy metalurgiczne prowadzące do wytwarzania kompozytów z glinową osnową, obejmującą sposoby oparte o metalurgię proszków i infiltrację płyn-metal, wymagające zastosowania odlewania ciśnieniowego, odlewania próżniowego, mieszania i środków zwilżających.

Przy metalurgii proszków, metal w postaci proszku i materiał wzmacniający w postaci proszku, kryształków, ciętych włókien itd., zostają zmieszane, a następnie prasowane na zimno i spiekane lub prasowane na gorąco. Wytwarzanie kompozytów z metalową osnową w drodze metalurgii proszków z zastosowaniem konwencjonalnych procesów nakłada pewne ograniczenia pod względem właściwości uzyskiwanych produktów. Frakcja objętościowa fazy ceramicznej w kompozycie jest w przypadku cząstek ograniczona zwykle do około 40%. Podobnie operacja prasowania nakłada ograniczenia nauzyskiwane wymiary rzeczywiste. Tylko stosunkowo proste kształty produktów można uzyskać bez następnego obrabiania (np. formowania lub skrawania) lub bez stosowania prasowania na skomplikowanych prasach. Podczas spiekania może wystąpić niejednolity skurcz, jak również niejednolitość mikrostruktury w wyniku segregacji w wypraskach i wzrostu ziarna.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr 3 970 136 jest znany sposób formowania kompozytu z metalową osnową, zawierającego włókniste wzmocnienie, np. węglik krzemu lub kryształy krzemu glinu, mające określony wzór ukierunkowania włókien. Kompozyt jest wyko166 555 nany przez umieszczenie równoległych mat lub filcu ze współpłaszczyznowych włókien w formie ze zbiornikiem płynnego metalu osnowy, np. glinu, pomiędzy przynajmniej niektórymi matami i stosowanie ciśnienia dla wtłoczenia płynnego metalu, wnikającego w maty i otaczającego ukierunkowane włókna. Płynny metal może być zalany na stos mat przy jednoczesnym wtłoczeniu pod ciśnieniem dla przepływu pomiędzy matami. Opisano wypełnienie do około 5% objętości włókien wzmacniających w kompozycie.

Powyżej opisany proces infiltracji, ze względu na uzależnienie od zewnętrznego ciśnienia dla przetłaczania płynnego metalu osnowy przez stos włóknistych mat, jest podany rozmaitym procesom przepływowym indukowanym ciśnieniem, t.j. możliwej niejednolitości formowania osnowy, porowatości itd. Niejednolitość właściwości występuje nawet, gdy płynny metal jest wprowadzany z wielu stron w obrębie układu włókien. W konsekwencji musi się stosować skomplikowany układy mat i zbiorników oraz tory przepływu dla uzyskania równego i jednolitego wnikania w stos włóknistych mat. Tak samo, wspomniany powyżej sposób infiltracji ciśnieniowej umożliwia jedynie stosunkowo małe wzmocnienie frakcji objętościowej osnowy ze względu na trudności występujące przy infiltrowaniu dużej objętości maty.

Ponadto potrzebne są formy do pomieszczenia płynnego metalu pod ciśnieniem, co podraża koszty procesu. Poza tym, wspomniany proces jest ograniczony do infiltrowania ułożonych obok siebie cząstek lub włókien, a nie jest skierowany na formowanie kompozytów z metalową osnową wzmocnionych materiałami w postaci przypadkowo ukierunkowanych cząstek, kryształów lub włókien.

Przy wytwarzaniu wypełnionych tlenkiem glinu kompozytów z glinową osnową, glin niełatwo zwilża tlenek glinu, utrudniając tym samym utworzenie spójnego produktu. Inne kombinacje metalu osnowy z wypełniaczem napotykają na ten sam problem. Proponowane były rozmaite sposoby rozwiązania tego problemu. Jeden z nich polega na powlekaniu tlenku glinu metalem (np. niklem lub wolframem), który następnie jest prasowany na gorąco wraz z aluminium. Według innej technologii, aluminium jest stopione z niklem a tlenek glinu może być powleczony krzemionką. Jednakże kompozyty te wykazują zmienne właściwości, lub też powłoki mogą wpływać ujemnie na wypełniacz, względnie osnowa zawiera lit, który może pogarszać własności osnowy.

Rozwiązanie według amerykańskiego opisu patentowego nr 4 232 091 eliminuje niektóre problemy związane ze znanym wytwarzaniem kompozytów tlenku glinu z glinową osnową. Opis ten dotyczy stosowania ciśnień 75-375 kg/cm² dla wtłaczania płynnego aluminium (lub stopu aluminium) do włóknistej lub krystalicznej maty z tlenku glinu, podgrzanej wstępnie do temperatury w zakresie 700 do 1050°C. Maksymalny stosunek objętościowy tlenku glinu do metalu w otrzymanym stałym odlewie wynosił 1/4. Ze względu na zależność od siły zewnętrznej dla realizowania infiltracji, proces ten ma wiele tych samych niedogodności co proces według poprzedniego opisu.

Opublikowany opis według europejskiego zgłoszenia patentowego nr 115 742 traktuje o wytwarzaniu kompozytów z tlenku glinu i glinu, stosowanych w szczególności jako składniki ogniwa elektrolitycznego, poprzez wypełnianie pustych przestrzeni wstępnie utworzonej osnowy z tlenku glinu płynnym glinem. W opisie tym podkreślona jest niezwilżalność tlenku glinu za pomocą glinu, w związku z czym proponuje się zastosowanie rozmaitych technik zwilżania tlenku glinu wskroś formy wstępnej. Przykładowo, tlenek glinu jest powlekany środkiem zwilżającym w postaci dwuborku tytanu, cyrkonu, hafnu lub niobu albo metalem, to jest litem, magnezem, wapniem, tytanem, chromem, żelazem, kobaltem, niklem, cyrkonem lub hafnem. Dla ułatwienia zwilżania zastosowane są atmosfery obojętne w rodzaju argonu. Wskazana publikacja przedstawia również zastosowanie ciśnienia dla spotęgowania penetracji niepowleczonej osnowy płynnym glinem. W tym aspekcie infiltracja jest realizowana przez odpowietrzenie porów, a następnie przykładanie ciśnienia do płynnego glinu w atmosferze obojętnej, np. argonu. Alternatywnie forma wstępna może być infiltrowana osadem glinu w fazie gazowej dla zwilżenia powierzchni przed wypełnieniem pustych przestrzeni przez infiltrację płynnym glinem. Dla osadzenie glinu w porach formy wstępnej, wymagana jest obróbka cieplna np. przy temperaturze 1400 - 1800°C w próżni i w atmosferze argonu. W innym przypadku, wystawienie

166 555 materiału infiltrowanego ciśnieniowo na oddziaływanie gazu lub odcięcie ciśnienia infiltracji, spowoduje utratę glinu z korpusu.

Zastosowanie środków zwilżających, dla spowodowania infiltracji elementu z tlenku glinu w ogniwie elektrolitycznym za pomocą płynnego metalu jest również ujawnione w publikacji europejskiego zgłoszenia patentowego nr 94 353. Opis ten dotyczy wytwarzania glinu poprzez elektrolityczne otrzymywanie metali, za pomocą ogniwa mającego katodowy zasilacz prądowy, jako wykładzinę ogniwa lub substrat. Dla ochrony tego substratu przed płynnym kryolitem stosuje się cienką powłokę mieszaniny środka zwilżającego oraz środka hamującego rozpuszczalność na substrat tlenku glinu, przed włączeniem ogniwa lub podczas zanurzenia w płynnym glinie, wytworzonym w drodze procesu elektrolitycznego. Jako środki zwilżające przedstawiono: tytan, cyrkon, hafn, krzem, magnez, wanad, chrom, niob lub wapń, zaś tytan jest przedstawiony jako środek zalecany. Jako środki użyteczne w tłumieniu rozpuszczalności środków zwilżających w płynnym glinie przedstawiono związki boru, węgla i azotu. Jednakże publikacja ta nie sugeruje wytwarzania kompozytów z metalową osnową.

Dodatkowo do zastosowania ciśnienia środków zwilżających ujawniono, że zastosowana próżnia dopomoże do wnikania płynnego glinu w głąb porowatej wypraski ceramicznej. Przykładowo z amerykańskiego opisu patentowego nr 3 718 441 jest znana infiltracja wypraski ceramicznej (np. węglik boru, tlenek glinu i tlenek berylu) albo płynnym glinem, berylem, magnezem, tytanem, wanadem, niklem lub chromem w próżni mniejszej niż 10‘⁶ tora. Próżnia 10 “ do 10’6 tora powodowała słabe zwilżanie ceramiki płynnym metalem w takim stopniu, że metal nie przepływał swobodnie do pustych przestrzeni w ceramice.

Jednakże zwilżanie okazywało się polepszone, gdy próżnia była zmniejszana do mniej niż 10’6 tora.

Z kolei z amerykańskiego opisu patentowego nr 3 864 154jest również znane zastosowanie próżni dla uzyskania infiltracji. W opisie tym przedstawione jest załadowywanie prasowanej na zimno wypraski z proszku AIB12 na złoże sprasowanego na zimno proszku aluminium. Tygiel z załadowaną wypraską z AIB12, umiejscowioną pomiędzy warstwami proszku aluminium, umieszczono w piecu próżniowym. Piec opróżniono do ok. 10‘⁵ tora dla umożliwienia odgazowania. Następnie temperaturę podniesiono do 1100°C i utrzymano przez okres 3 godzin. W tych samych warunkach płynny glin penetrował porowatą wypraskę AIB12.

W opublikowanym opisie europejskiego zgłoszenia patentowego nr 045 002 jest przedstawiony sposób wytwarzania materiałów kompozytowych, zawierających materiał wzmacniający, taki jak włókna, druty, proszek, kryształki lub tym podobne. Materiał kompozytowy jest wytwarzany przez umieszczenie porowatego materiału wzmacniającego (np. ułożone włókna tlenku glinu, węgiel lub bor), który nie reaguje z atmosferą i płynnym metalem (np. magnez lub glin), w pojemniku mającym otwartą część, następnie wdmuchiwanie zasadniczo czystego tlenu do pojemnika oraz zanurzenie pojemnika w kąpieli płynnego metalu, przez co płynny metal infiltruje między przestrzenie materiału wzmacniającego. Publikacja ta ujawnia, że płynny metal reaguje z tlenem występującym w pojemniku, tworząc stałą utlenioną postać metalu, w wyniku wytworzenia próżni w pojemniku, która zasysa płynny metal przez międzyprzestrzenie materiału wzmacniającego i do pojemnika. W rozwiązaniu alternatywnym, publikacja ujawnia umieszczenie elementu pochłaniającego tlen (np. magnez) wewnątrz pojemnika dla reagowania z tlenem w pojemniku w celu wytworzenia próżni, która wspomagana sprężeniem płynnego metalu pod ciśnieniem 50 kg/cm2 argonu powoduje wciąganie płynnego metalu (np. glinu) do pojemnika wypełnionego materiałem wzmacniającym (np. ułożonymi włóknami węglowymi).

Amerykański opis patentowy nr 3 867 177 ujawnia sposób impregnowania porowatego korpusu metalem, poprzez kontaktowanie korpusu metalem aktywującym, a następnie zanurzenie korpusu w metalu wypełniającym. W szczególności w płynnym metalu aktywującym jest zanurzona porowata masa lub sprasowany korpus materiału wypełniacza przez czas wystarczający do całkowitego wypełnienia międzyprzestrzeni za pomocą płynnego metalu aktywującego, według sposobu ujawnionego w opisie patentowym nr 364 976, przytoczonym i rozważanym poniżej.

Następnie, po zakrzepnięciu metalu aktywującego, korpus kompozytowy jest całkowicie zanurzony w drugim metalu i utrzymywany tak przez czas wystarczający dla umożliwienia

166 555 drugiemu metalowi zastąpienie metalu aktywującego w pożądanym zakresie. Następnie umożliwia się ostygnięcie utworzonego korpusu. Jest również możliwe, przynajmniej częściowe usunięcie metalu wypełniacza z wnętrza porowatego korpusu i zastąpienie go przynajmniej trzecim metalem, ponownie przez częściowe lub całkowite zanurzenie porowatego korpusu w płynnym metalu, wymiennym przez wystarczający okres czasu do rozpuszczenia lub dyfuzji pożądanej ilości metalu wymiennego w głąb porowatego korpusu. Otrzymany korpus może również zawierać związki międzymetaliczne metali w międzyprzestrzeniach pomiędzy materiałem wypełniacza. Zastosowanie procesu wielostopniowego wraz z zastosowaniem metalu aktywującego do utworzenia kompozytu mającego pożądany skład jest kosztowne i czasochłonne. Ponadto ograniczenia w wytwarzaniu, wynikające przykładowo ze zdolności do jednorodnego mieszania się (to jest rozpuszczalność, temperatura topnienia, reaktywność itd.), ograniczają zdolność do dobierania właściwości materiału w pożądanym celu.

Opis patentowy USA nr 3 529 655 ujawnia proces formowania kompozytów magnezu lub stopów magnezu i kryształów węglika krzemu. W szczególności, formę mającą co najmniej jeden otwór połączony z atmosferą i zawierającą kryształy węglika krzemu w wewnętrznej strukturze formy, zanurza się w kąpieli płynnego magnezu, tak że wszystkie otwory w formie znajdują się poniżej powierzchni płynnego magnezu przez czas wystarczający, aby magnez wypełnił pozostającą objętość wnęki formy. W opisie tym jest stwierdzone, że gdy płynny metal wchodzi do wnęki formy, wówczas reaguje z powietrzem tam zawartym, tworząc niewielkie ilości tlenku magnezu i azotku magnezu, przez co powstaje próżnia, która powoduje wciąganie dodatkowego płynnego metalu w głąb wnęki i pomiędzy kryształy węglika krzemu. Wypełniona forma jest następnie wyjmowana z kąpieli płynnego magnezu i chłodzona w celu zakrzepnięcia magnezu w formie.

Opis patentowy USA nr 3 364 976 ujawnia wytwarzanie, samopowstającej próżni w korpusie dla wspomagania wnikania płynnego metalu w głąb korpusu. W szczególności korpus (np. grafitowa lub stalowa forma lub porowaty materiał ogniotrwały) jest całkowicie zanurzony w płynnym metalu, np. magnezie, w stopie magnezu lub stopie aluminium. W przypadku formy, wnęka formy wypełniona gazem np. powietrzem, które reaguje z płynnym metalem, komunikuje się z zewnętrznie umieszczonym płynnym metalem poprzez jeden otwór w formie, gdy forma zanurzona jest w płynnym metalu, wówczas następuje wypełnianie wnęki, w wyniku powstawania próżni wskutek reakcji między gazem we wnęce i płynnym metalem, przy czym w szczególności próżnia jest wynikiem powstawania stałej utlenionej postaci metalu.

Kolejny opis patentowy USA nr 3 396 776 ujawnia wytwarzanie, samopowstającej próżni dla wspomożenia penetracji płynnego metalu w głąb korpusu materiału wypełniacza. W szczególności opis ten ujawnia stalowy lub żelazny pojemnik otwarty z jednej strony do atmosfery, przy czym pojemnik ten zawiera cząsteczkowy, porowaty materiał stały, np. koks lub żelazo, a ponadto ten otwarty koniec jest przykryty pokrywą zawierającą perforację lub otworki przelotowe o średnicy mniejszej niż rozmiar cząsteczkowy porowatego stałego wypełniacza. W pojemniku znajduje się również atmosfera, np. powietrze, wewnątrz porowatości stałego wypełniacza, który przynajmniej częściowo reaguje z płynnym metalem, np. magnezem, glinem itd. Pokrywa pojemnika jest zanurzona na odpowiednią odległość poniżej powierzchni płynnego metalu dla uniknięcia wnikania powietrza do pojemnika, a ponadto pokrywa tajest utrzymywana poniżej tej powierzchni przez okres czasu wystarczający, aby atmosfera w pojemniku przereagowała z płynnym metalem, tworząc produkt stały. Reakcja pomiędzy atmosferą i płynnym metalem powoduje powstawanie niskiego ciśnienia lub znacznej próżni wewnątrz pojemnika i porowatego ciała stałego, która wciąga płynny metal w głąb pojemnika i w głąb porów porowatego ciała stałego. Proces ten jest dość podobny do procesów ujawnionych w europejskim zgłoszeniu patentowym nr 045 002 i w opisach patentowych USA nr nr 3 867 117, 3 529 655 i 3 364 976 przytoczonych powyżej. Według tych publikacji stosuje się kąpiel płynnego metalu, w której zanurza się pojemnik zawierający materiał wypełniacza, wystarczająco głęboko dla indukowania reakcji pomiędzy gazem we wnęce i płynnym metalem i dla uszczelnienia wnęki płynnym metalem. Powierzchnia płynnej kąpieli osnowy, która podlega utlenianiu w stanie płynnym w wyniku kontaktu z otaczającym powietrzem jest pokryta ochronną warstwą lub topnikiem. Topnik jest odsunięty na bok, gdy pojemnik jest wprowadzany do płynnego metalu,

166 555 jednakże zanieczyszczenia z topnika pomimo to mogą być wprowadzane do kąpieli płynnego metalu osnowy i/lub do pojemnika indukowanego materiału stałego, przeznaczonego do infiltrowania. Tego rodzaju zanieczyszczenia, nawet przy bardzo niskim poziomie wartości mogą mieć szkodliwy wpływ dla tworzenia próżni w pojemniku, jak również dla fizycznych własności otrzymywanego kompozytu, ponadto gdy pojemnik usuwany jest z kąpieli płynnego metalu osnowy a nadmiar metalu osnowy jest odprowadzany z pojemnika, może następować strata metalu osnowy infiltrowanego korpusu w wyniku sił grawitacyjnych.

Odpowiednio do powyższego istnieje potrzeba opracowania prostego i pewnego procesu wytwarzania kompozytów z metalową osnową, który nie będzie zależał od zastosowania zewnętrznie przykładanego ciśnienia lub próżni, niszczących czynników zwilżających lub zastosowania zbiornika płynnego metalu osnowy, które to sposoby mają podane wyżej niedogodności. Ponadto istnieje potrzeba opracowania procesu, który minimalizuje końcowe operacje skrawaniem, potrzebne do wytworzenia korpusu kompozytowego z metalową osłoną. Wynalazek obecny spełnia te i inne potrzeby przez opracowanie sposobu obejmującego samopowstającą próżnię dla infiltracji materiału (np. materiału ceramicznego), który może być formowany jako forma wstępna płynnym metalem osnowy (np. glin, magnez, brąz, miedź, lane żelazo itd). W obecności atmosfery reakcyjnej (np. powietrze, azot, tlen itd) w normalnych ciśnieniach atmosferycznych.

Sposób formowania kompozytu z metalową osnową poprzez infiltrację przepuszczalnej masy wypełniacza zawartego w formie kompozytowej z osnową ceramiczną jest ujawniony w zgłoszeniu patentowym USA nr 142 385 zatytułowanym: Sposób wytwarzania kompozytów z metalową osnową. Według tego sposobu tworzy się formę przez ukierunkowane utlenianie wtopionego metalu prekursora lub metalu macierzystego za pomocą utleniacza dla spowodowania rozwoju lub narastania polikrystalicznego produktu reakcji utleniania, który osadza się przynajmniej w części formy wstępnej, wykonanej z odpowiedniego wypełniacza (określonego jako pierwszy wypełniacz). Utworzona forma kompozytu z ceramiczną osnową jest następnie uzupełniona drugim wypełniaczem, a ten drugi wypełniacz i forma kontaktują się z płynnym metalem, zaś zawartość w formie jest hermetycznie uszczelniona, najczęściej przez wprowadzenie przynajmniej jednego płynnego metalu do wlotu lub otworu, który uszczelnia formę. Hermetycznie uszczelnione złoże może zawierać uwięzione powietrze, jednakże uwięzione powietrze i zawartość formy są izolowane lub tak uszczelnione, aby wykluczyć dostęp lub zamknąć dostęp do zewnętrznego lub otaczającego powietrza. Zastosowanie hermetycznego środowiska pozwala na uzyskanie skutecznej infiltracji drugiego wypełniacza w umiarkowanych temperaturach płynnego metalu, a tym samym unika się lub eliminuje jakąkolwiek konieczność stosowania środków zwilżających, specjalnych składników stopowych w płynnym metalu osnowy, stosowania ciśnienia, stosowania próżni, szczególnych atmosfer gazowych lub innych środków infiltracyjnych.

Sposób według opisu zgłoszeniowego USA nr 142 385 został ulepszony poprzez rozwiązanie według zgłoszenia patentowego USA nr 07/381523 zatytułowanego Sposób wytwarzania kompozytowych korpusów z metalową osnową poprzez proces samopowstającej próżni i produkty tak uzyskane. Według tego sposobu wytwarza się nieprzepuszczalny pojemnik, wewnątrz którego umieszcza się materiał wypełniacza lub formy wstępnej. Następnie stapia się metal osnowy i kontaktuje się go z materiałem wypełniacza lub formy wstępnej. Ponadto stosuje się środek zaporowy dla izolowania atmosfery otoczenia względem atmosfery reakcyjnej zawartej wewnątrz materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Następnie wewnątrz pojemnika zostaje wytworzona samopowstająca próżnia, która powoduje infiltrację materiału wypełniacza lub formy wstępnej płynnym metalem osnowy. Z kolei metal osnowy zostaje ochłodzony (np. poddany ukierunkowanemu krzepnięciu), a utworzony kompozytowy korpus z metalową osnową jest wyjmowany z pojemnika. Według tego rozwiązania stosuje się wiele rozmaitych kombinacji metalu osnowy i materiału wypełniacza, odpowiednich do zastosowania w przedstawionym wynalazku.

Rozwinięcie wyżej przytoczonego procesu jest przedstawione w zgłoszeniu patentowym USA nr 07/383935, zatytułowanym Sposób wytwarzania korpusów makrokompozytowych w drodze stosowania samopowstającej próżni oraz produkty tak uzyskane. W rozwiązaniu ujaw166 555 nionym w tym opisie stosuje się układ reakcyjny podobny do przedstawionego w zgłoszeniu patentowym USA nr 07/381523, jednakże przed infiltracją materiał wypełniacza lub formy wstępnej jest umieszczany w sąsiedztwie lub w kontakcie z przynajmniej jednym innym materiałem, tak że po infiltracji materiału wypełniacza lub formy wstępnej, infiltrowany materiał jest zespojony z przynajmniej częścią tego innego materiału, tworząc tym samym korpus makrokompozytowy.

W sposobie według niniejszego wynalazku wytwarza się nowy korpus kompozytowy z metalową osnową, poprzez stosowanie technologii samopowstającej próżni, w której płynny metal osnowy infiltruje przepuszczalną masę materiału wypełniacza lub formy wstępnej, znajdującej się w nieprzepuszczalnym pojemniku.

Sposób wytwarzania kształtowego korpusu kompozytowego z metalową osnową, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że zestawia się układ reakcyjny, złożony z metalu osnowy, atmosfery reakcyjnej, nieprzepuszczalnego pojemnika, przepuszczalnej masy zawierającej co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej luźną masę wypełniacza i formę wstępną wypełniacza, oraz środka zaporowego kontaktującego się z przynajmniej częścią co najmniej jednej powierzchni przepuszczalnej masy i przynajmniej częściowo oddalonego od metalu osnowy dla ustanowienia co najmniej jednej powierzchni kształtowego korpusu kompozytowego z metalową osnową, a następnie tak zestawiony układ reakcyjny uszczelnia się względem atmosfery otoczenia, zewnętrznej w stosunku do układu reakcyjnego, stosując co najmniej jedno uszczelnienie wybrane z grupy obejmującej uszczelnienie zewnętrzne, samoistne uszczelnienie fizyczne i samoistne uszczelnienie chemiczne, tak że doprowadza się do różnicy ciśnień między tą atmosferą reakcyjną i atmosferą otoczenia, po czym uszczelniony układ reakcyjny ogrzewa się dla stopienia metalu osnowy i przynajmniej częściowego infiltrowania przepuszczalnej masy płynnym metalem osnowy aż do tego środka zaporowego, przez co wytwarza się kształtowy korpus kompozytowy z metalową osłoną, mający co najmniej jedną powierzchnię wyznaczoną przez ten środek zaporowy. Tak zestawiony układ reakcyjny uszczelnia się przez odizolowanie całkowite atmosfery reakcyjnej od atmosfery otoczenia. Korzystnie, podczas przynajmniej części infiltrowania płynnego metalu osnowy w głąb przepuszczalnej masy aż do środka zaporowego wywołuje się różnicę ciśnień. Jako metal osnowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej aluminium, magnez, brąz, miedź i żeliwo. W układzie reakcyjnym stosuje się co najmniej jeden środek zwiększający zwilżalność wypełniacza przez metal osnowy, a ponadto stosuje się co najmniej jeden środek ułatwiający uszczelnienie.

Według wynalazku jako uszczelnienie zewnętrzne stosuje się co najmniej jeden materiał szklisty, jako samoistne uszczelnienie chemiczne stosuje się produkt reakcji metalu osnowy i atmosfery otoczenia, a korzystnie produkt reakcji metalu osnowy i nieprzepuszczalnego pojemnika, zaś jako samoistne uszczelnienie fizyczne stosuje się zwilżanie nieprzepuszczalnego pojemnika metalem osnowy.

Korzystnie przeprowadza się reakcję przynajmniej części atmosfery reakcyjnej z co najmniej jednym materiałem z grupy obejmującej materiał osnowy, materiał wypełniacza i materiał nieprzepuszczalnego pojemnika, tak że wywołuje się wymienioną różnicę ciśnień.

Środek zwiększający zwilżalność stapia się z metalem osnowy. Jako środek zwiększający zwilżalność stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej magnez, bizmut, ołów i cynę, zaś jako metal osnowy stosuje się aluminium lub alternatywnie, jako środek zwiększający zwilżalność stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej selen, tellur i siarkę, zaś jako metal osnowy stosuje się brąz i/lub miedź.

Zgodnie z wynalazkiem środek zwiększający zwilżalność doprowadza się ze źródła zewnętrznego.

Korzystnie stosuje się nieprzepuszczalny pojemnik zawierający środek zaporowy.

Niezależnie od sposobu użycia, jako środek zaporowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej metal, ceramikę, kompozyt ceramiczny i glinę.

Szczególnie dobre efekty uzyskuje się, gdy stosowany środek zaporowy jest odporny na infiltrację w warunkach procesu i korzystnie ma postać materiału cząsteczkowego.

166 555

Alternatywnie, jako środek zaporowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej węgiel, grafit, dwuborek tytanu, gips modelarski, tlenek glinu i krzemionkę.

Również szczególnie korzystne jest, gdy jako środek zaporowy stosuje się materiał niezwilżalny metalem osnowy.

W wariancie wykonania wynalazku stosuje się środek zaporowy zawarty wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika.

Korzystnie, środek zaporowy nakłada się na co najmniej jedną powierzchnię przepuszczalnej masy przez malowanie, zanurzanie, sitodruk i/lub rozpylanie.

W szczególnym przypadku przewidziano stosowanie jako środka zaporowego elastycznego arkusza grafitowego, przylegającego do co najmniej jednej powierzchni przepuszczalnej masy.

W sposobie według wynalazku stosuje się środek ułatwiający oddzielanie kształtowego kompozytu z metalową osnową od nieprzepuszczalnego pojemnika lub środka zaporowego albo od metalu osnowy, przy czym jako środek ułatwiający oddzielanie stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej grafit, tlenek boru i cynę.

Korzystnie, środek ułatwiający oddzielanie stosuje się w środku zaporowym.

Zgodnie z wynalazkiem stosuje się przepuszczalną masę zawierającą co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej proszki, płatki, płytki, mikrokuleczki, kryształki, pęcherzyki, włókna, cząsteczki, maty włókniste, cięte włókna, kulki, granulki, rurki i tkaniny ogniotrwałe, a korzystnie stosuje się przepuszczalną masę zawierającą co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenki, węgliki, borki i azotki.

Jako materiał nieprzepuszczalnego pojemnika stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej ceramikę, metal, szkło i polimer, a w szczególności jako materiał nieprzepuszczalnego pojemnika stosuje się tlenek glinu lub węglik krzemu.

Jako atmosferę reakcyjną stosuje się atmosferę zawierającą tlen i azot.

Jako metal osnowy stosuje się aluminium, zaś jako atmosferę reakcyjną stosuje się powietrze, tlen lub azot, albo w alternatywnej kombinacji jako metal osnowy stosuje się co najmniej jeden materiał z grupy metalu osnowy w postaci brązu, metalu osnowy w postaci miedzi i metalu osnowy w postaci żeliwa, zaś jako atmosferę reakcyjną stosuje się powietrze, tlen lub azot.

W sposobie według wynalazku stosuje się temperaturę układu reakcyjnego wyższą niż temperatura topnienia metalu osnowy, lecz niższą niż temperatura ulatniania metalu osnowy i temperatura topnienia wypełniacza.

Jako metal osnowy stosuje się aluminium, zaś jako wypełniacz co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenki, węgliki, borki i azotki.

Zestawiony zgodnie z wynalazkiem układ reakcyjny ogrzewa się do temperatury około 700°C - 1000°C dla metalu osnowy w postaci aluminium, do około 1050°C -1125°C dla metalu osnowy w postaci brązu lub miedzi i do około 1250°C - 1400°C dla metalu osnowy w postaci żeliwa.

Korzystnie, przeprowadza się ukierunkowane krzepnięcie utworzonego korpusu kompozytowego z metalową osnową.

W alternatywnym wariancie wykonania sposobu według wynalazku jako wypełniacz stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenek glinu, węglik krzemu, cyrkon, azotek tytanu, węglik boru i ich mieszaniny.

Szczególnie korzystne jest, gdy uszczelnienie zewnętrzne stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej szkła borowe, szkła krzemowe i B2O3, który przynajmniej częściowo stapia się podczas przynajmniej części okresu infiltrowania.

Również korzystne jest, gdy jako środek zaporowy stosuje się formę zawierającą co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenek glinu, wermikulit, grafit, gips modelarski i stal nierdzewną, przy czym formę stosuje się w charakterze nieprzepuszczalnego pojemnika.

166 555

Zastosowana w niniejszym opisie terminologia ma następujące, podane niżej definicje:

Strona stopowa oznacza tę stronę kompozytu z metalową osnową, która początkowo kontaktuje się z płynnym metalem osnowy, zanim ten płynny metal będzie infiltrował przepuszczalną masę materiału wypełniacza lub formy wstępnej.

Aluminium oznacza zasadniczo czysty metal (np. stosunkowo czysty, dostępny w handlu, niestopiony glin) i/lub inne klasy metalu i stopów metalu takie jak dostępne w handlu metale mające zanieczyszczenia i/lub składniki stopowe takiejak: żelazo, krzem, miedź, magnez, mangan, chrom, cynk itd. Stop aluminium według tego określenia, stanowi stop lub związek międzymetaliczny, w którym głównym składnikiem jest glin.

Atmosfera otoczenia oznacza atmosferę na zewnątrz materiału wypełniacza lub formy wstępnej oraz nieprzepuszczalnego pojemnika. Może ona mieć zasadniczo te same składniki, co atmosfera reakcyjna lub może mieć odmienne składniki.

Zapora lub środek zaporowy w połączeniu z kompozytowymi korpusami z metalową osnową, oznaczają dowolne, odpowiednie środki, które przeszkadzają, hamują, zapobiegają lub uniemożliwiają migrację, ruch lub t.p. płynnego metalu osnowy poza granicę powierzchni przepuszczalnej masy materiału wypełniacza lub formy wstępnej, tak gdzie taka granica powierzchniowa jest określona poprzez taki środek zaporowy. Odpowiednim środkiem zaporowym może być dowolny taki materiał, związek, pierwiastek, mieszanina, lub t.p., które w warunkach procesu utrzymują pewną całość i nie są zasadniczo lotne /tzn . maeerial zaporowy nie może się ulatniać w takim stopniu aby nie spełniał funkcji zapory/.

Ponadto odpowiedni środek zaporowy zawiera materiały, które są zwilżalne albo niezwilżalne migrującym płynnym metalem osnowy stosowanych w warunkach procesu, dopóki zwilżalnie środka zaporowego nie postępuje zasadniczo poza powierzchnię materiału zaporowego t.j./zwilżanie powierzchni/. Zapora tego rodzaju wykazuje zasadniczo małe lub żadne powinowactwo względem płynnego metalu osnowy zaś ruch poza określoną granicą powierzchniową masy materiału wypełniacza lub formy wstępnej jest zatrzymany lub wyhamowany przez środek zaporowy. Zapora redukuje konieczność jakiejkolwiek obróbki końcowej lub szlifowania, które może być potrzebne i wyznacza przynajmniej część powierzchni otrzymywanego produktu kompozytowego z metalową osnową.

Brąz oznacza stop bogaty w miedź, który może zawierać żelazo, cynę, cynk, glin,krzem, beryl, magnez i/lub ołów. Szczególnie stopy brązu stanowią te stopy, których zawartość miedzi wynosi około 90% wagowo, zawartość krzemu wynosi około 6% wagowo a zawartość żelaza wynosi około 3% wagowo.

Karkas lub karkas metalu osnowy oznacza dowolny pozostający korpus metalu osnowy, który pozostał nieskonsumowany podczas tworzenia korpusu kompozytowego z metalową osnową i który zwykle, jeżeli pozostanie pozostawiony do ostygnięcia, to pozostaje przynajmniej w częściowym kontakcie z utworzonym korpusem kompozytowym z metalową osnową. Karkas może zawierać drugi lub obcy metal.

Żeliwo oznacza rodzinę lanych stopów żelaza, w których zawartość węgla wynosi przynajmniej około 2% wagowo.

Miedź oznacza handlowe klasy zasadniczo czystego metalu np. 99% wagowo miedzi z zawartymi zmiennymi ilościami zanieczyszczeń. Ponadto określenie to oznacza również metale stanowiące stopy lub związki międzymetaliczne, które nie mieszczą się w określeniu brązu i które zawierają miedź jako składnik główny.

Wypełniacz oznacza albo pojedyncze składniki lub mieszaniny składników, które zasadniczo nie reagują i/lub mają ograniczoną rozpuszczalność w metalu osnowy i mogą być pojedyncze lub wielofazowe. Wypełniacze mogą być stosowane w dużej rozmaitości postaci takich jak proszki, płatki, płytki, mikrokuleczki, kryształki, pęcherzyki itd., i mogą być gęste i porowate. Wypełniacz może również oznaczać ceramiczne wypełniacze, takie jak tlenki glinu lub węglik krzemu w postaci włókien, włókien częstych, cząsteczek, kryształków, pęcherzyków, kuleczek, mat włóknistych lub tp., oraz wypełniacze powlekane ceramicznie, takie jak włókna węglowe powlekane tlenkiem glinu lub węglikiem krzemu dla ochrony węgla przed oddziaływaniem przykładowo płynnego glinowego metalu macierzystego. Wypełniacze mogą również stanowić metale.

166 555

Nieprzepuszczalny pojemnik oznacza pojemnik, który może zawierać atmosferę reakcyjną i materiał wypełniacza /lub formy wstępnej/ i/lub płynny metal osnowy i/lub środek uszczelniający w warunkach procesu, i który jest wystarczająco nieprzepuszczalny względem przenoszenia gazów lub oparów poprzez pojemnik, tak, że może być ustalona różnica ciśnień pomiędzy otaczającą atmosferą a atmosferą reakcyjną.

Metal osnowy lub stop metalu osnowy oznacza metal stosowany do wytwarzania kompozytu z metalową osnową /np. przed infiltracją/ i/lub ten metal, który jest zmieszany z materiałem wypełniacza dla utworzenia korpusu kompozytowego z metalową osnową /np. po infiltracji/. Gdy jako metal osnowy jest wymieniony szczególny metal, to należy rozumieć, że ten metal osnowy zawiera ten metal jako zasadniczo czysty lub handlowo dostępny metal, zawierający zanieczyszczenia i/lub składniki stopowe, związek międzymetaliczny lub stop, w którym ten metal stanowi główny lub dominujący składnik.

Kompozyt z metalową osnową oznacza materiał zawierający dwu- lub trójwymiarowo połączony stop lub metal osnowy, który został osadzony w formie wstępnej lub materiale wypełniacza. Metal osnowy może zawierać rozmaite składniki stopowe dla uzyskania szczególnie pożądanych własności mechanicznych i fizycznych w otrzymanym kompozycie.

Metal odmienny od metalu osnowy oznacza metal, który nie zawiera jako składnik główny tego samego metalu co metal osnowy /np. jeżeli składnikiem głównym metalu osnowy jest glin, wówczas metal odmienny może mieć składnik w postaci przykładowo niklu/.

Forma wstępna lub przepuszczalna forma wstępna oznacza porowatą masę wypełniacza lub materiału wypełniacza, który jest wytwarzany z przynajmniej jedną granicą powierzchniową, która zasadniczo określa granicę infiltracji metalu osnowy, przy czym taka masa utrzymuje wystarczającą nierozdzielność kształtu i wytrzymałość w stanie surowym dla uzyskania wierności wymiarowej bez potrzeby stosowania jakichkolwiek zewnętrznych środków podporowych przed infiltracją za pomocą metalu osnowy. Masa ta powinna być wystarczająco porowata dla umożliwienia infiltracji metalu osnowy. Forma wstępna zwykle zawiera związany układ wypełniacza albo niejednorodny lub jednorodny i może być zbudowana z dowolnego odpowiedniego materiału /np. ceramiczne i/lub metalowe cząsteczki, proszki, włókna, kryształki itd. i dowolne ich połączenia/. Forma wstępna może występować albo pojedynczo lub jako zespół.

Układ reakcyjny oznacza połączenie materiałów, które wykazują infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza lub formy wstępnej na zasadzie samopowstającej próżni. Układ reakcyjny zawiera przynajmniej nieprzepuszczalny pojemnik zawierający przepuszczalną masę materiału wypełniacza lub formy wstępnej, atmosferę reakcyjną i metal osnowy.

Atmosfera reakcyjna oznacza atmosferę, która może reagować z metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza/lub formy wstępnej/ i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem dla utworzenia samopowstającej próżni, powodujący tym samym infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza /lub formy wstępnej/ po utworzeniu samopowstającej próżni.

Zbiornik oznacza oddzielną bryłę metalu osnowy tak usytuowaną względem masy wypełniacza lub formy wstępnej, że gdy metal znajduje się w stanie płynnym, to może on wpływać dla uzupełnienia, lub w niektórych przypadkach dla początkowego ustanowienia i następnego uzupełnienia tej części odcinka lub źródła metalu osnowy, która znajduje się w kontakcie z wypełniaczem lub formą wstępną.

Uszczelnienie lub środek uszczelniający oznacza nieprzepuszczające gazu uszczelnienie w warunkach procesu, utworzone niezależnie /np. zewnętrzne uszczelnienie/ lub utworzone w układzie reakcyjnym /np. uszczelnienie samoistne/, które izoluje atmosferę otoczenia od atmosfery reakcyjnej. Uszczelnienie lub środek uszczelniający może mieć skład odmienny od składu metalu osnowy.

Środek ułatwiający uszczelnienie oznacza materiał, który ułatwia tworzenie się uszczelnienia po reakcji metalu osnowy z otaczającą atmosferą i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem i/lub materiałem wypełniacza lub formy wstępnej. Materiał ten może być dodawany do metalu osnowy, zaś obecność środka ułatwiającego uszczelnienie metalu osnowy może polepszyć właściwości otrzymywanego korpusu kompozytowego.

166 555

Środek polepszający zwilżalność oznacza dowolny materiał, który po dodaniu do metalu osnowy i/lub materiału wypełniacza lub formy wstępnej polepsza zwilżalność /np. zmniejsza napięcie powierzchniowe płynnego metalu osnowy/ materiału wypełniacza lub formy wstępnej poprzez płynny metal osnowy. Obecność środka polepszającego zwilżalność może również polepszyć właściwości otrzymywanego korpusu kompozytowego z metalowy osnową poprzez przykładowo polepszenie związania pomiędzy metalem osnowy a materiałem wypełniacza.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok przekrojowy typowego układu sposobu według obecnego wynalazku, w którym zastosowano zewnętrzne środki uszczelniające, fig. 2 - uproszczony schemat blokowy sposobu według obecnego wynalazku zastosowanego do standardowego układu, fig. 3 - schematyczny widok przekrojowy typowego układu według wynalazku do wytwarzania korpusu kompozytowego z metalową osnową z sieciowo ukształtowaną powierzchnią zewnętrzną, fig. 4 - schematyczny widok przekrojowy typowego układu według wynalazku do wytwarzania korpusu kompozytowego z metalową osnową z sieciowo ukształtowaną wewnętrzną wnęką, fig. 5 - schematyczny widok przekrojowy typowego układu według wynalazku do wytwarzania korpusu kompozytowego z metalową osnową z sieciowo ukształtowaną powierzchnią wewnętrzną i zewnętrzną, fig. 6 - schematyczny widok w przekroju typowej formy według wynalazku do wytwarzania korpusu kompozytowego z metalową osnową, ukształtowanego sieciowo, fig. 7 - zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 1, fig.8 zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 2, fig. 9a - zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 3, fig. 9b - zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 4, fig. 1Oa schematyczny widok typowego układu według wynalazku do wytwarzania sieciowo ukształtowanych korpusów kompozytowych z metalową osnową, fig. 10b - zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 5, fig. 11 a - zdjęcie odpowiadające niewykończonej próbce według przykładu 6, fig. 11b - zdjęcie odpowiadające wykończonej próbce według przykładu 6, fig. 12 - zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 7, fig. 13 - zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 8, fig. 14 - schematyczny widok w przekroju typowego układu z dzieloną formą według sposobu według wynalazku do wytwarzania korpusów kompozytowych z metalową osnową, ukształtowanych siatkowo, fig. 15 - zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 10, fig. 16a - schematyczny widok w przekroju modelu stosowanego w przykładzie 11, fig. 16b- - zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 11, a fig. 17 - zdjęcie odpowiadające próbce według przykładu 12.

Na figurze 1 jest przedstawiony typowy układ 10 do wytwarzania kompozytu z metalową osnową w drodze techniki stosowania samopowstającej próżni według wynalazku. Materiał wypełniacza lub formę wstępną 11, które mogą być z dowolnego odpowiedniego materiału, jak rozważono szczegółowo poniżej, umieszcza się w nieprzepuszczalnym pojemniku 12, mogącym pomieścić płynny metal osnowy 13 i atmosferę reakcyjną. Przykładowo materiał wypełniacza 11 może się kontaktować z atmosferą reakcyjną /np. tą atmosferą, która występuje wewnątrz porowatości materiału wypełniacza lub formy wstępnej/ przez czas wystarczający na umożliwienie atmosferze reakcyjnej na wnikanie częściowo lub zasadniczo całkowicie w materiał wypełni cza 11 w nierozpuszczalnym pojemniku 18. Metal osnowy 13 w postaci albo płynnej, albo w postaci stałego wlewka, jest następnie umieszczony w kontakcie z materiałem wypełniacza 11. Jak opisano szczegółowo poniżej w rozwiązaniu zalecanym, zastosowano uszczelnienie zewnętrzne lub środki uszczelniające 14, przykładowo na powierzchni metalu osnowy 13 dla izolowania atmosfery reakcyjnej względem atmosfery otoczenia 17. Środki uszczelniające, zewnętrzne lub samoistne, w temperaturze pokojowej mogą oddziaływać jako środki uszczelniające albo nie, natomiast w warunkach procesu powinny oddziaływać jako środki uszczelniające /np. w temperaturze metalu osnowy/. Następnie układ 10 jest umieszczany w piecu, który ma albo temperaturę pokojową lub został wstępnie ogrzany w przybliżeniu do temperatury procesu. W warunkach procesu, piec pracuje w temperaturze powyżej temperatury topnienia metalu osnowy dla umożliwienia infiltracji płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza w głąb formy wstępnej wskutek powstawania samowytwarzającej się próżni.

Na figurze 2 jest pokazany uproszczony schemat blokowy etapów procesu do prowadzenia sposobu według obecnego wynalazku. W etapie /1/ wytwarza się odpowiedni nieprzepuszczalny

166 555 pojemnik, posiadający odpowiednie właściwości opisanego bardziej szczegółowo poniżej. Przykładowo jako forma wstępna, jest odpowiedni, zwykły otwarty od góry stalowy cylinder /np. ze stali nierdzewnej/. Stalowy pojemnik może następnie ewentualnie być wyłożony grafitową taśmą grafoil /grafoil stanowi znak handlowy UNION CARBIDE/ dla ułatwienia wyjmowania korpusu kompozytowego z metalową osnową, który ma być utworzony w pojemniku. Jak opisano bardziej szczegółowo poniżej, dla ułatwienia wyjmowania korpusu kompozytowego z metalową osnową z pojemnika lub formy, można stosować inne materiały, takie jak B2O3 wdmuchiwane do wnętrza pojemnika, lub cynę dodawaną do metalu osnowy. Następnie pojemnik można załadować pożądaną ilością odpowiedniego materiału wypełniacza lub formy wstępnej, który ewentualnie może być przynajmniej częściowo pokryty następną warstwą grafoil. Ta warstwa taśmy grafitowej ułatwia oddzielanie korpusu kompozytowego metalu osnowy od dowolnego karkasu z metalu osnowy pozostającego po infiltracji materiału wypełniacza.

Następnie do pojemnika można zalać określoną ilość płynnego metalu osnowy np. glinu, brązu, miedzi, żeliwa, magnezu itd. Pojemnik powinien mieć temperaturę pokojową, lub może być podgrzany wstępnie do dowolnej temperatury. Ponadto metal osnowy powiniem początkowo mieć postać stałych wlewków metalu osnowy, a następnie powinien być podgrzany dla stopienia wlewków. Następnie można zastosować odpowiednie środki uszczelniające /opisane szczegółowo poniżej/ wybrane z grupy zawierającej zewnętrzne środki uszczelniające i samoistne środki uszczelniające. Przykładowo, jeżeli pożądane jest otworzenie zewnętrznego uszczelnienia, wówczas na powierzchnię kąpieli płynnego metalu osnowy w pojemniku można zastosować zewnętrzne środki uszczelniające takie jak szkliwo /np. B2O3/. Szkliwo następnie topi się, zwykle przykrywając powierzchnię kąpieli, jednakże jak opisano szczegółowo poniżej nie jest wymagane pełne przykrycie. Po skontaktowaniu płynnego metalu osnowy z materiałem wypełniacza lub formy wstępnej i uszczelnieniem materiału osnowy i/lub materiału wypełniacza względem atmosfery otoczenia za pomocą zewnętrznych środków uszczelniających, pojemniki ustawia się w odpowiednim piecu, który może być wstępnie ogrzany do temperatury procesowej na odpowiedni okres czasu dla umożliwienia zajścia infiltracji. Temperatura procesowa pieca może być różna dla rozmaitych metali osnowy /przykładowo około 950°C dla niektórych stopów glinu i około 1100°C dla niektórych stopów brązu/. Odpowiednia temperatura procesowa będzie ulegała zmianie w zależności od temperatury topnienia i innych właściwości metalu osnowy, jak również szczegółowo właściwości składników w układzie reakcyjnym i środków uszczelniających. Po odpowiednim upływie czasu w temperaturze w piecu, powstanie próżnia /opisana szczegółowo poniżej/ wewnątrz materiału wypełniacza lub formy wstępnej, tym samym umożliwiając infiltrację innego metalu osnowy w głąb formy wstępnej. Następnie pojemnik można wyjąć z pieca i ochłodzić, przez ustawienie go na płycie chłodzącej dla kierunkowego krzepnięcia metalu osnowy. Kompozyt z metalową osnową można następnie wyjąć z pojemnika w dowolny odpowiedni sposób i oddzielić od karkasu z metalowej osnowy jeżeli wystąpi.

Powyższe opisy fig. 1 fig. 2 dotyczą najbardziej istotnych cech obecnego wynalazku. Dalsze szczegóły etapów procesów i właściwości materiałów, które można zastosować w procesie są przedstawione poniżej.

Uważa się, ze gdy odpowiedni metal osnowy zwykle w stanie płynnym, kontaktuje się z odpowiednim materiałem wypełniacza lub formy wstępnej w obecności odpowiedniej atmosfery reakcyjnej w nierozpuszczalnym pojemniku, wówczas pomiędzy atmosferą reakcyjną a płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza lub formy wstępnej i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem może zachodzić reakcja, która prowadzi do uzyskania produktu reakcji /np. stałego, płynnego albo w postaci pary/, który zajmuje mniejszą objętość niż początkowa objętość zaleta przez składniki reakcyjne. Gdy atmosfera reakcyjna jest izolowana od atmosfery otoczenia, wówczas w przepuszczalnym materiale wypełniacza lub formy wstępnej może powstawać próżnia, która wciąga płynny metal osnowy do pustych przestrzeni materiału wypełniacza. Dodatkowo powstawanie próżni może wzmagać zwilżalność. Kontynuowanie reakcji pomiędzy atmosferą reakcyjną a płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza lub formy wstępnej i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem może powodować rezultat w postaci infiltracji metalem osnowy materiału wypełniacza lub formy wstępnej, gdy wytwarzana jest dodatkowa

166 555 próżnia. Reakcja może być kontynuowana przez czas wystarczający dla umożliwienia płynnemu metalowi osnowy infiltracji częściowo lub zasadniczo całkowicie masy materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Materiał wypełniacza lub formy wstępnej powinien być wystarczająco przepuszczalny dla umożliwienia przepuszczania atmosfery reakcyjnej, przynajmniej częściowo poprzez masę materiału wypełniacza lub formy wstępnej.

Rozważane są rozmaite metale osnowy, które w pewnym momencie, podczas wytwarzania kompozytu z metalową osnową kontaktują się z atmosferą reakcyjną. Z tego względu wymienia się rozmaite szczególne kombinacje metal osnowy/atmosfera reakcyjna lub układy, które wykazują powstawanie samowytwarząjącej się próżni. Konkretnie samopowstawanie próżni można zaobserwować w układzie glin/powietrze, glin/tlen, glin/azot, brąz/powietrze, brąz/azot, miedź/powietrze, miedź/azot i żeliwo/powietrze. Jednakże należy uwzględnić, że w podobny sposób mogą zachowywać się inne układy metal osnowy/atmosfera reakcyjna.

Dla praktycznego wykorzystania techniki samopowstającej próżni według obecnego wynalazku, konieczne jest, aby atmosfera reakcyjna była fizycznie odizolowana od atmosfery otoczenia, tak aby zmniejszone ciśnienie atmosfery reakcyjnej, panujące podczas infiltracji, nie było w sposób istotny zakłócane przez jakikolwiek gaz przenoszony z atmosfery otoczenia. Nieprzepuszczalny pojemnik stosowany w sposobie według wynalazku, może stanowić pojemnik o dowolnym wymiarze, kształcie i/lub składzie, który może ale nie musi reagować z metalem osnowy i/lub atmosferą reakcyjną i który jest nieprzepuszczalny względem atmosfery otoczenia w warunkach procesu. Konkretnie nieprzepuszczalny pojemnik może zawierać dowolny materiał /np. ceramikę, metal, szkło, polimer its./, który dostosowuje się do warunków procesu i który utrzyma kształt i wielkość oraz uniemożliwi lub wystarczająco zahamuje przenoszenie atmosfery otoczenia poprzez pojemnik. Stosując pojemnik wystaczająco nieprzepuszczalny względem przenoszenia atmosfery, możliwe jest utworzenie samopowstającej próżni wewnątrz tego pojemnika. Ponadto, w zależności od szczególnego układu reakcji można zastosować nieprzepuszczalny pojemnik, który będzie przynajmniej częściowo reagował z atmosferą reakcyjną i/lub materiałem osnowy i/lub materiałem wypełniacza, dla wytworzenia lub wspomagania wytworzenia samopowstającej próżni wewnątrz pojemnika.

Odpowiedni nieprzepuszczalny pojemnik powinien nie posiada porów, pęknięć lub podatnych na redukcję tlenków, które mogą przeszkadzać w powstawaniu lub utrzymaniu samowytwarzającej się próżni. Do wykonania nieprzepuszczalnych pojemników można zastosować rozmaite materiały. Przykładowo można zastosować formowany lub odlewany tlenek glinu lub węglik krzemu, jak również metale mające ograniczoną lub niską rozpuszczalność metalu osnowy, np. stal nierdzewna dla glinu, miedzi i metali z osnową z brązu.

Ponadto można stosować materiały porowate /np. korpusy ceramiczne/, które mogą stać się nieprzepuszczalne przez utworzenie, przynajmniej na ich części odpowiedniej powłoki. Tego rodzaju powłoki mogą stanowić rozmaite szkliwa i żele odpowiednie do wiązania i uszczelniania tego rodzaju materiałów porowatych. Ponadto odpowiednią powłokę nieprzepuszczalną może stanowić płyn w temperaturach procesowych, w którym to przypadku materiał powłoki, powinien być wystarczająco stabilny dla utrzymania nieprzepuszczalności w warunkach samopowstającej próżni, przykładowo przez lepkie przyleganie do pojemnika lub materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Odpowiednie materiały powłokowe stanowią materiały szkliste /np. B2O3/ chlorki, węglany itd., ponieważ rozmiar porów wypełniacza lub formy wstępnej jest wystarczająco mały, aby powłoka mogła skutecznie blokować te pory, tworząc powłokę nieprzepuszczalną.

Metal osnowy stosowany w osnowie według wynalazku może stanowić dowolny metal osnowy, który po stopieniu w warunkach procesu, infiltruje materiał wypełniacza lub formy wstępnej po utworzeniu próżni wewnątrz materiału wypełniacza. Przykładowo metalem osnowy może być dowolny metal lub składnik wewnątrz metalu, który reaguje z reakcyjną atmosferą w warunkach procesu, częściowo lub całkowicie, powodując tym samym infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza lub formy wstępnej w wyniku przynajmniej częściowo wytwarzania w nich próżni. Ponadto, w zależności od stosowanego układu, metal osnowy może częściowo lub całkowicie nie reagować z atmosferą reakcyjną, zaś próżnia może powstawać w wyniku reakcji atmosfery reakcyjnej ewentualnie z jednym lub więcej składników

166 555 układu reakcyjnego, umożliwiając tym samym infiltrację materiału wypełniacza metalem osnowy.

W rozwiązaniu zalecanym, metal osnowy może być stopniony ze środkiem polepszającym zwilżalność dla ułatwienia zwilżalności metalu osnowy, a tym samym, dla przykładowo ułatwienia wiązania pomiędzy metalem osnowy a wypełniaczem, redukowania porowatości w wytworzonym kompozycie z metalową osnową, zmniejszania ilości czasu potrzebnego do infiltracji itd. Ponadto materiał, który zawiera środek wzmagający zwilżalność może także oddziaływać jako środek ułatwiający uszczelnianie jak opisano poniżej dla wspomagania izolowania atmosfery reakcyjnej względem atmosfery otoczenia. Ponadto w następnym rozwiązaniu zalecanym, środek wzmagający zwilżanie może być wprowadzony bezpośrednio do materiału wypełniacza zamiast stopienia z metalem osnowy.

Zwilżanie materiału wypełniacza materiałem osnowy może polepszyć właściwości /np. wytrzymałość na rozciąganie, odporność na erozję itd./ otrzymywanego korpusu kompozytowego. Ponadto zwilżanie materiału wypełniacza płynnym metalem osnowy może umożliwić jednolite rozproszenie wypełniacza poprzez utworzony kompozyt z metalową osnową i polepszyć wiązanie wypełniacza względem metalu osnowy. Skuteczne środki wzmagające zwilżalność dla glinowego metalu osnowy stanowią magnez, bizmut, ołów, cyna itd., zaś dla brązu i miedzi stanowią selen, telur, siarkę itd. Ponadto, jak podano powyżej, dla polepszenia otrzymywanych właściwości pożądanego korpusu kompozytowego z metalową osnową można dodać przynajmniej jeden środek zwiększający zwilżalność do metalu osnowy i/lub do materiału wypełniacza.

Ponadto, możliwe jest stosowanie zbiornika z metalową osnową dla zapewnienia całkowitej infiltracji metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza i/lub dla dostarczenia drugiego metalu, który ma odmienny skład od pierwszego źródła metalu osnowy. Konkretnie, w niektórych przypadkach może być pożądane stosowanie metalu osnowy w zbiorniku, różniącego się składem od pierwszego źródła metalu osnowy. Przykładowo, jeżeli jako pierwsze źródło metalu osnowy jest stosowany stop glinu, wówczas jako metal rezerwowy może być stosowany jakikolwik inny metal lub stop metalu, który jest płynny w temperaturze procesowej. Płynne metale bardzo często mieszają się ze sobą, co prowadzi do tego, że metal rezerwowy miesza się z pierwszym źródłem metalu osnowy, jeżeli będzie wystarczająca ilość czasu na wystąpienie tego zmieszania. Tak więc stosując metal rezerwowy o odmiennym składzie od pierwszego źródła metalu osnowy, możliwe jest dobieranie właściwości metalu osnowy dla spełniania rozmaitych warunków roboczych i tym samym dobieranie właściwości korpusu kompozytowego z metalową osnową.

Temperatura, na jaką jest wystawiony układ reakcyjny, /np. temperatura procesowa/ może ulegać zmianie w zależności od tego, jakie są zastosowane metale osnowy materiału wypełniacza lub formy wstępnej i atmosfery reakcyjne. Przykładowo, dla metalu osnowy stanowiącego glin, obecny proces samopowstającej próżni ogólnie przebiega w temperaturze przynajmniej 700°C, a korzystnie około 850°C lub wyższej. Temperatury ponad 1000°C są ogólnie niekonieczne, a szczególnie użyteczny zakres wynosi 850°C do 1000°C. Dla brązu lub miedzianego metalu osnowy przydatne są temperatury około 1050°C do około 1125°C, zaś dla żeliwa odpowiednie są temperatury około 1250°C do około 1400°C. Zasadniczo można stosować temperatury, znajdujące się powyżej temperatury topnienia, lecz poniżej temperatury ulatniania metalu osnowy.

Możliwe jest dobieranie składu i/lub mikrostruktury osnowy metalicznej podczas wytwarzania kompozytu, dla uzyskania pożądanych właściwości otrzymywanego produktu. Przykładowo, dla danego układu można dobrać warunki procesu dla kontrolowania formowania się np. związków międzymetalicznych, tlenków, azotków itd. Ponadto, dodatkowo dla dobierania składu korpusu kompozytowego, można modyfikować inne własności fizyczne, np. porowatość przez kontrolowanie szybkości chłodzenia korpusu kompozytowego z metalową osnową. W niektórych przypadkach, może być pożądane, aby kompozyt z metalową osnową, był poddawany ukierunkowanemu krzepnięciu przez umieszczanie pojemnika z utworzonym kompozytem z metalową osnową na płycie chłodzącej i/lub selektywne umieszczanie materiałów izolacyjnych wokół pojemnika. Ponadto, przez zastosowanie obróbki cieplnej można kontrolować dodatkowe

166 555 własności /np. wytrzymałość na rozciąganie/ utworzonego kompozytu z metalową osnową /np. standardowa obróbka cieplna odpowiadająca zasadniczo obróbce cieplnej samego metalu osnowy lub obróbka zmodyfikowana częściowo lub w dużym stopniu/.

W warunkach sposobu według wynalazku masa wypełniacza lub formy wstępnej powinna być wystarczająco przepuszczalna dla umożliwienia wnikania atmosfery reakcyjnej lub przechodzenia przez materiał wypełniacza lub formy wstępnej w jakimś momencie procesu przed izolacją atmosfery otoczenia od atmosfery reakcyjnej. W poniższych przykładach występuje wystarczająca ilość atmosfery reakcyjnej w obrębie luźno upakowanych cząstek mających rozmiary cząsteczkowe w zakresie od około 54 do około 220 ziarnistości. Przez zastosowanie tego rodzaju wypełniacza, atmosfera reakcyjna może częściowo lub zasadniczo całkowicie reagować po zetknięciu się z płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem, tym samym powodując powstawanie próżni, która wciąga płynny metal osnowy w głąb materiału wypełniacza. Ponadto rozmiar atmosfery reakcyjnej w obrębie materiału wypełniacza nie musi być zasadniczo jednolity, jednakże zasadniczo jednolity rozkład atmosfery reakcyjnej może ułatwiać formowanie pożądanego korpusu kompozytowego z metalową osnową.

Sposób według wynalazku formowania korpusu kompozytowego z metalową osnową jest przydatny do rozmaitych materiałów wypełniacza, zaś wybór materiałów zależy w dużym stopniu od takich czynników jak metal osnowy, warunki procesu, reaktywności płynnego metalu osnowy z atmosferą reakcyjną, reaktywność materiału wypełniacza z atmosferą reaktywną, reaktywność płynnego metalu osnowy z nieprzepuszczalnym pojemnikiem i własności przewidzianych dla końcowego produktu kompozytowego. Przykładowo, gdy metal osnowy zawiera glin, wówczas odpowiednie materiały wypełniacza zawierają /a/ tlenki /np. tlenek glinu/, /b/ węgliki /np. węglik krzemu/, /c/ azotki /np. azotek tytanu/, i IdJ borki /np. dwuborek tytanu/. Jeżeli występuje tendencja materiału wypełniacza do szkodliwego reagowania z płynnym metalem osnowy, wówczas reakcję tę można przytłumić przez minimalizowanie czasu infiltrowania i temperaturę i przez zastosowanie na wypełniaczu powłoki niereaktywnej. Materiał wypełniacza może zawierać substrat, taki jak węgiel lub inny materiał nieceramiczny, na którym znajduje się ceramiczna powłoka dla ochrony substratu przed ubytkiem lub uszkodzeniem. Odpowiednie powłoki ceramiczne stanowią tlenki, węgliki, azotki i borki. Zalecane materiały ceramiczne do stosowania w obecnym wynalazku stanowią tlenek glinu i węglik krzemu w postaci cząsteczek, płytek, kryształków i włókien. Włókna mogą być nieciągłe /w postaci ciętej/ lub w postaci włókien ciągłych, takich jak wielowłókniste pakuły. Ponadto, skład i lub kształt materiału wypełniacza lub formy wstępnej może być jednolity lub niejednolity.

Wielkość i kształt materiału wypełniacza może być dowolny według potrzeby dla uzyskania własności pożądanych dla kompozytu. Tak więc, materiał może być w postaci cząstek, kryształków, płytek lub włókien, ponieważ infiltracja nie jest ograniczona kształtem materiału wypełniacza. Można zastosować inne kształty, takie jak kulki, rurki, płytki, włóknista tkanina ogniotrwała itp. Ponadto, wielkość materiału nie ogranicza infiltracji, jakkolwiek wyższa temperatura lub dłuższy okres czasu mogą być wymagane dla uzyskania całkowitej infiltracji masy mniejszych cząsteczek. Średnie rozmiary materiału wypełniacza są w zakresie od mniej niż ziarnistość 24 do około ziarnistość 500 dla większości zastosowań technicznych. Ponadto, poprzez kontrolowanie wielkości /np. średnicy cząsteczek itd/ przepuszczalnej masy wypełniacza lub formy wstępnej można dobierać własności fizyczne i/lub mechaniczne formowanego kompozytu z metalową osnową dla nieograniczonej liczby zastosowań przemysłowych. Dodatkowo, przez zastosowanie materiału wypełniacza o zmiennych wielkościach cząsteczek, można uzyskać większe opakowanie materiału wypełniacza dla dobrania korpusu kompozytowego. T ak samo możliwe jest uzyskanie w razie potrzeby mniejszego załadowania cząsteczkami, przez mieszanie materiału wypełniacza/np. potrząsanie pojemnikiem/podczas infiltracji i/lub poprzez zmieszanie sproszkowanego metalu osnowy z materiałem wypełniacza przed infiltracją.

Atmosfera reakcyjna, stosowana w sposobie według wynalazku, może stanowić dowolną atmosferę, która może reagować przynajmniej częściowo lub zasadniczo całkowicie z płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem, dla utworzenia produktu reakcji, który zajmuje objętość mniejszą niż objętość zajmowana przez

166 555 atmosferę i/lub składniki reakcji przed reakcją. Atmosfera reakcyjna po zetknięciu z płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem może reagować z jednym lub więcej składników układu reakcyjnego, tworząc stały, płynny lub w fazie pary produkt reakcji, który zajmuje mniejszą objętość połączony w poszczególne składniki, tym samym wytwarzając pustą przestrzeń lub próżnię, która wspomaga wciąganie płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza lub formy wstępnej.

Reakcja pomiędzy atmosferą reakcyjną i z jednym lub więcej metalu osnowy i/lub materiału wypełniacza i/lub nieprzepuszczalnego pojemnika może przebiegać przez okres czasu wystarczający do przynajmniej częściowej lub całkowitej infiltracji materiału wypełniacza materiałem osnowy. Przykładowo, gdy jako atmosfera reakcyjna jest zastosowane powietrze, wówczas reakcja między metalem osnowy /np. glinem/ a powietrzem może powodować wytwarzanie produktów reakcji /np. tlenki glinu, i/lub azotek glinu itd/. W warunkach procesu produkt reakcji wykazuje tendencję do zajmowania mniejszej objętości niż całkowita objętość zajmowana przez płynny glin, który reaguje z powietrzem. W wyniku reakcji powstaje próżnia, powodująca infiltrację materiału wypełniacza lub formy wstępnej płynnym metalem osnowy. W zależności od zastosowanego układu, materiał wypełniacza i/lub nieprzepuszczalny pojemnik może reagować z atmosferą reakcyjną w podobny sposób dla wytworzenia próżni, w ten sposób wspomagając infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza. Reakcja samopowstawania próżni może być kontynuowana przez okres czasu, wystarczający do wytworzenia korpusu kompozytowego z metalową osnową.

Ponadto stwierdzono, że powinno się zastosować uszczelnienie lub środki uszczelniające dla powstrzymania lub ograniczenia przepływu otaczającej atmosfery do materiału wypełniacza lub formy wstępnej /np. zapobieganie przepływowi otaczającej atmosfery do atmosfery reakcyjnej/. Jak pokazano na fig. 1, atmosfera reakcyjna wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika 12 i materiału wypełniacza 11 powinna być wystarczająco izolowana względem otaczającej atmosfery 17 tak, aby zachodziła reakcja pomiędzy atmosfera reakcyjną a płynnym metalem osnowy 13 iilub maieeiaiem wypetoiacza lub foi^im/ wstępnee 11 iiluł) nieprzepuszczaanego pooemmka 12, przy czym pomiędzy reakcyjną a otaczającą atmosferą jest ustalona różnica ciśnień, która jest utrzymywana tak długo, aż zostanie uzyskana pożądana infiltracja. Oczywiste jest, że izolacja pomiędzy atmosferą reakcyjną nie musi być doskonała, jedynie tylko wystarczająca, tak, aby występowała tylko stosowna różnica ciśnień /np. może występować przepływ fazy pary z atmosfery otaczającej do atmosfery reakcyjnej, dopóki szybkość przepływu jest niższa niż szybkość potrzebna bezpośrednio do uzupełnienia atmosfery reakcyjnej/. Jak opisano powyżej, część koniecznej izolacji atmosfery otoczenia od atmosfery reakcyjnej, uzyskuje się poprzez nieprzepuszczalność pojemnika 12. Ponieważ większość metali osnowy jest również wystarczająco nieprzepuszczalna względem atmosfery otoczenia, zatem kąpiel płynnego metalu osnowy 13 stanowi następną część koniecznej izolacji. Ważne jest jednakże aby, powierzchnia pośrednia pomiędzy nieprzepuszczalnym pojemnikiem 12, a metalem osnowy nie stanowiła toru przecieku pomiędzy atmosferą otoczenia a atmosferą reakcyjną. Zgodnie z tym, należy zastosować uszczelnienie, które wystarczająco wyhamuje lub zapobieganie takiemu przeciekowi.

Odpowiednie uszczelnienia lub środki uszczelniające można sklasyfikować jako mechaniczne, fizyczne lub chemiczne, a każdy z nich może być dalej sklasyfikowany jako zewnętrzny albo samoistny. Określenie zewnętrzny oznacza, że oddziaływanie uszczelniające pojawia się niezależnie od płynnego metalu osnowy lub dodatkowo do jakiegokolwiek uszczelnienia uzyskiwanego przez płynny metal osnowy /przykładowo, z materiału dodanego z innych elementów układu reakcyjnego/, określenie samoistne oznacza, że oddziaływanie uszczelniające pochodzi wyłącznie z jednej lub więcej właściwości metalu osnowy /przykładowo, ze zdolności metalu osnowy do zwilżania nieprzepuszczalnego pojemnika/. Samoistne uszczelnienie mechaniczne można uzyskać przez zastosowanie wystarczająco głębokiej kąpieli płynnego metalu osnowy lub przez zanurzenie materiału wypełniacza lub formy wstępnej tak jak w wyżej przytoczonych opisach patentowych.

Stwierdzono jednakże, że samoistne mechaniczne uszczelnienie jest nieskuteczne w szerokim zakresie zastosowań i mogą one wymagać nadmiernie dużych ilości płynnego metalu osnowy.

166 555

Według wynalazku stwierdzono, że zewnętrzne uszczelnienia oraz fizyczne i chemiczne klasy uszczelnienia samoistnego pokonują te niedogodności uszczelnienia mechanicznego. W zalecanym rozwiązaniu uszczelnienia zewnętrznego, środek uszczelniający może być zewnętrznie przyłożony do powierzchni metalu osnowy w postaci materiału stałego lub innego, który w warunkach procesu może zasadniczo nie reagować z metalem osnowy. Stwierdzono, że tego rodzaju wewnętrzne uszczelnienie zapobiega lub przynajmniej wystaczająco hamuje przenoszenie składników fazy pary z atmosfery otaczającej do atmosfery reakcyjnej. Odpowiednimi materiałami do zastosowania jako zewnętrzne fizyczne środki uszczelniające mogą być ciała stałe lub płyny, włączając w to /np. bor, lub szkło krzemowe, B2O3, stopione tlenki itd./ lub dowolne inne materiały, które wystarczająco hamują przenoszenie otaczającej atmosfery do atmosfery reakcyjnej w warunkach procesu.

Zewnętrzne uszczelnienie mechaniczne może być utworzone przez wstępne wygładzenie lub wypolerowanie lub inne uformowanie wewnętrznej powierzchni nieprzepuszczalnego pojemnika kontaktującego się z kąpielą metalu osnowy, także przenoszenie gazu pomiędzy atmosferą otoczenia i atmosferą reakcyjną jest wystarczająco wyhamowane. Na pojemnik mogą być nałożone szkliwa i powłoki w rodzaju B2O3, które również stanowią odpowiednie uszczelnienie.

Zewnętrzne uszczelnienie chemiczne można uzyskać przez umieszczenie materiału na powierzchni płynnego metalu osnowy, który reaguje przykładowo z nieprzepuszczalnym pojemnikiem. Produkt reakcji powinien zawierać związek międzymetaliczny, tlenek, węglik itd.

W zalecanym rozwiązaniu samoistnego fizycznego uszczelnienia metal osnowy może reagować z atmosferą otaczającą, tworząc uszczelnienie lub środki uszczelniające mające skład odmienny od składu metalu osnowy. Przykładowo, po reakcji metalu osnowy z atmosferą otoczenia może powstawać produkt reakcji /np. MgO i/lub spinel gliniany magnezu w przypadku stopu AlMg reagującego z powietrzem lub tlenek miedzi w przypadku stopu brązu reagującego z powietrzem/, który może uszczelniać atmosferę reakcyjną względem atmosfery otoczenia. W następnym rozwiązaniu samoistnego uszczelnienia fizycznego można dodać środek ułatwiający uszczelnienie do metalu osnowy dla ułatwienia formowania się uszczelnienia po reakcji pomiędzy metalem osnowy i atmosferą otoczenia /np. przez dodatek magnezu, bizmutu, ołowiu itd. do metali z osnową glinową lub przez dodatek selenu, teluru, siarki itd. do metali z osnową miedzianą lub brązu. Przy wytwarzaniu samoistnego chemicznego uszczelnienia, metal osnowy może reagować z nieprzepuszczalnym pojemnikiem /np. przez częściowe rozpuszczenie pojemnika lub jego powłoki/ samoistnej lub przez formowanie produktu reakcji lub związków międzymetalicznych itd., które mogą uszczelniać materiał wypełniacza względem atmosfery otoczenia.

Ponadto należy uwzględnić, że uszczelnienie powinno się dostosowywać do zmian objętościowych /t.j. albo rozszerzania lub kurczenia/ lub do innych zmian układu reakcyjnego bez umożliwienia przepływu atmosfery otaczającej do materiału wypełniacza /np. przepływ do atmosfery reakcyjnej/. Konkretnie, gdy płynny metal osnowy infiltruje w głąb dopuszczalnej masy materiału wypełniacza lub formy wstępnej, wówczas głębokość płynnego metalu osnowy w pojemniku ma tendencję do zmniejszania. Odpowiednie środki uszczelniające do tego rodzaju układu powinny być wystarczająco podatne, aby zapobiec przechodzeniu gazu atmosfery otoczenia do materiału wypełniacza przy spadającym poziomie płynnego metalu osnowy w pojemniku.

Środek zaporowy może również być stosowany w połączeniu z wynalazkiem. Konkretnie środek zaporowy stosowany w sposobie według wynalazku może stanowić dowolny środek, który przeszkadza, hamuje, zapobiega lub uniemożliwia migrację lub tym podobne płynnego metalu osnowy, poza określoną granicę powierzchniową materiału wypełniacza. Odpowiednie środki zaporowe mogą stanowić dowolny materiał, związek, kompozycję lub t.p., które w warunkach procesu według wynalazku utrzymują pewną nierozdzielność strukturalną, nie są lotne i są podatne do miejscowego hamowania, zatrzymywanie, zakłócania, zapobiegania lub t.p. w kontynuacji infiltrowania lub dowolnego innego rodzaju ruchu poza określoną granicę powierzchniową materiału wypełniacza. Środki zaporowe można zastosować podczas infiltracji za pomocą samopowstającej próżni lub w dowolnym nieprzepuszczalnym pojemniku, stosowa20

166 555 nym w połączeniu z techniką samopowstającej próżni do wytwarzania kompozytów z metalową osnową, jak rozwazono szczegółowo poniżej.

Odpowiednie środki zaporowe zawierają materiały, które są albo zwilżalne lub niezwilzalne poprzez migrujący płynny metal osnowy stosowany w warunkach procesu, dopóki zwilżanie środków zaporowych nie następuje zasadniczo poza powierzchnię materiału zaporowego /t.j. zwilżanie powierzchniowe/. Zapora tego rodzaju wykazuje małe lub żadne powinowactwo względem stopu płynnej osnowy, zaś środek zaporowy zapobiega lub hamuje ruch poza określoną granicę powierzchniową materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Zapora redukuje potrzebę jakiejkolwiek obróbki finalnej lub szlifowanie, która może być wymagana dla produktu kompozytowego z metalową osnową.

Dla glinowych metali osnowy odpowiednimi zaporami, szczególnie przydatnymi są środki zawierające węgiel, a szczególnie alotropowa krystaliczna postać węgla znana jako grafit. Grafit jest zasadniczo niezwilżalny poprzez płynny stop aluminium opisany w warunkach procesu. Szczególnie zalecanym grafitem jest taśma grafitowa zwana Grafoil i PERMA-FOIL, które wykazują właściwości uniemożliwiające migrację płynnego stopu aluminium poza określoną granicę powierzchniową materiału wypełniacza. Te folie grafitowe są również odporne na ciepło i są zasadniczo obojętne chemicznie. Grafitowe folie Grafoil i Perma-Foil są elastyczne, dogodne w ułożeniu i sprężyste i mogą być wykonane na rozmaite kształty, dopasowując się do dowolnego zastosowania jako zapora. Grafitowy środek zaporowy może być również zastosowany jako zawiesina lub pasta lub nawet jako malowana warstwa wokół i na granicy materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Taśma Grafoil i Perma-Foil jest szczególnie zalecana z tego względu, ponieważjest w postaci elastycznego arkusza grafitowego. W jednym ze sposobów zastosowania papieropodobnego arkusza grafitowego jest owinięcie materiału wypełniacza lub formy wstępnej przeznaczonej do infiltracji wewnątrz warstwy grafitowej folii.

Alternatywnie, grafitowy arkusz można uformować w negatyw formy o kształcie pożądanym na kompozytowy korpus z metalową osnową i ta negatywowa forma może następnie być wypełniona materiałem wypełniacza.

Ponadto, funkcję zapory mogą pełnić inne drobno zmielone materiały cząsteczkowe takie jak tlenek glinu o ziarnistości 500 w sytuacjach, których infiltracja cząsteczkowa materiału zaporowego występuje z szybkością mniejszą niż szybkość infiltracji materiału wypełniacza.

Środek zaporowy może być nakładany w dowolny odpowiedni sposób np. poprzez pokrywanie określonej granicy powierzchniowej warstwą środka zaporowego. Tego rodzaju warstwa środka zaporowego może być nakładana przez malowanie, zanurzanie, sitodruk, odparowywanie, lub innego rodzaju nakładanie środka zaporowego w płynie, zawiesinie lub w postaci pasty lub przez rozpylanie odparowywalnego środka zaporowego względnie przez zwykłe osadzenie warstwy materiału zaporowego w postaci stałych cząsteczek, względnie przez stosowanie stałej cienkiej warstwy lub arkusza środka zaporowego na określoną granicę powierzchniową. Po umiejscowieniu środka zaporowego, infiltracja za pomocą samopowstającej próżni kończy się zasadniczo wówczas, gdy metal osnowy infiltrujący wypełniacz dochodzi do określonej granicy powierzchniowej i kontaktuje się ze środkiem zaporowym.

Sposób według wynalazku formowania kompozytu z metalową osnową poprzez technikę samopowstającej próżni w połączeniu z zastosowaniem środka zaporowego stanowi znaczny postęp w stosunku do stanu techniki. Konkretnie, stosując sposób według obecnego wynalazku, można wytwarzać kompozyt z metalową osnową bez potrzeby stosowania kosztownych lub skomplikowanych procesów. Według jednego aspektu obecnego wynalazku nieprzepuszczalny pojemnik dostępny w handlu lub dobrany do szczególnej potrzeby, może zawierać materiał wypełniacza lub formę wstępną w pożądanym kształcie, atmosferę reakcyjną i środek zaporowy do zatrzymywania filtracji kompozytu z metalową osnową poza pożądaną powierzchnię. Po skontaktowaniu się atmosfery reakcyjnej z metalem osnowy, który może być zalany do nieprzepuszczalnego pojemnika i/lub materiałem wypełniacza w warunkach procesu może powstawać próżnia, powodując tym samym infiltrację płynnego metalu osnowy wgłąb wypełniacza. Obecny sposób pozwala na uniknięcie potrzeby stosowania złożonych etapów obróbki np. obróbki form na złożone kształty, utrzymywanie kąpieli płynnego metalu, usuwania uformowanych części ze złożonych kształtów form itd. Ponadto, zminimalizowane jest przemieszczenie materiału wy166 555 pełniacza za pomocą płynnego metalu osnowy przez zastosowanie stabilnego pojemnika, który nie jest zanurzony wewnątrz płynnej kąpieli metalu.

Na fig. 1 przedstawiono prosty sposób tworzenia kompozytu z metalową osnową o określonym kształcie, to jest kształcie nieprzepuszczalnego pojemnika,jednakże można uzyskiwać kształty bardziej złożone, stosując sposoby formowania i urządzenie według obecnego wynalazku.

Jak przedstawiono na fig. 3, można zastosować alternatywne układy 20 według wynalazku do formowania kształtów, które różnią się od kształtu nieprzepuszczalnego pojemnika. Przykładowo, można zastosować formę 21 mającą wewnętrzne wymiary dostosowane do pożądanych wewnętrzne wymiarów otrzymywanego kompozytu z metalową osnową, którą to formę wypełnia materiałem wypełniacza 11 przeznaczonym do infiltracji. Wypełniona wypełniaczem forma 21 może następnie być umieszczona wewnątrz złoża 23, zasadniczo nieprzepuszczalnego względem infiltracji płynnym metalem osnowy. Tego rodzaju nieprzepuszczalne złoże może przykładowo zawierać dowolny odpowiedni cząsteczkowy środek zaporowy, taki jak drobnoziarnisty tlenek glinu. Jak opisano bardziej szczegółowo poniżej i w przykładach, odpowiednie formy mogą być wykonane z powleczonych lub niepowleczonych metali, takich jak stal nierdzewna, grafit, ceramika, kompozyty ceramiczne, glina, gips, tlenek glinu, lub odlewy krzemionkowe, względnie inne materiały ogniotrwałe, które tworzą odpowiedni środek zaporowy do zahamowania infiltracji lub które zostały powleczone lub w inny sposób mają odpowiedni środek zaporowy umieszczony pomiędzy formą a wypełniaczem przeznaczony do infiltracji. Formy są korzystnie wykonywane w sposób ekonomiczny i mogą być wielokrotnie użytkowane lub wymienne. Ponadto formy korzystnie są łatwo wytwarzane dla odtworzenia kształtu pożądanego kompozytu finalnego. Jednakże w niektórych zastosowaniach formy mogą być łączone, względnie przytrzymywane jako część kompozytu finalnego, przy czym w większości zastosowań formy korzystnie powinny być łatwo oddzielane i wyjmowane i nie powinny łączyć się lub reagować z otrzymywanym ostatecznie kompozytowym korpusem z metalową osnową.

Po umieszczeniu wypełnionej wypełniaczem formy w zasadniczo nieprzepuszczalnym złożu 23 ponad formą można, ale nie jest to konieczne, umieścić grafitową folię 22 lub dowolny inny odpowiedni materiał dla ułatwienia oddzielenia formy i finalnego kompozytu od jakiegokolwiek pozostającego metalu osnowy po ukończeniu infiltracji. W przypadku, gdy materiał 22 /np. folia grafitowi jest umieszczony pomiędzy metalem osnowy 13 a formą 21, wówczas powinno się zastosować odpowiedni kanał lub przestrzeń 24 umożliwiającą skuteczną infiltrację metalu osnowy 13 w głąb materiału wypełniacza 11.

Następnie płynny metal osnowy 13 jest zalewany do zasadniczo nieprzepuszczalnego złoża 23, formy 21 i materiału wypełniacza 11, zaś ponad płynnym metalem osnowy 13 jest tworzone uszczelnienie zewnętrzne, względnie pomiędzy metalem osnowy 13 a nieprzepuszczalnym pojemnikiem 12 powstaje uszczelnienie samoistne /nie pokazane/. Następnie układ 20 jest umieszczany w piecu z atmosferą powietrza, zgodnie ze sposobem według wynalazku. Infiltracja materiału wypełniacza 11 w głąb formy 21 płynnym metalem osnowy 13 następuje bez infiltracji zasadniczo nieprzeppuszczalnego złoża 23 otaczającego formę 21.

W alternatywnym rozwiązaniu 30 obecnego wynalazku, pokazanym na fig. 4, jako środek zaporowy może służyć trzpień 31 nieprzepuszczalny względem płynnego metalu osnowy i wyznaczający kształt otrzymywanego kompozytu z metalową osnową. Nieprzepuszczalny człon 31 może być wykonany z dowolnego materiału, który w warunkach procesu pozostaje zasadniczo nieinfiltrowany. Jeżeli człon 31 ma być usunięty, wówczas powinien być wykonany z materiału ułatwiającego usunięcie, np. środkami fizycznymi, chemicznymi lub mechanicznymi. Jak pokazano na fig 4, tego rodzaju człony zaporowe mogą tworzyć tylko jedną określoną granicę wytwarzanego elementu. Alternatywnie można zastosować wiele takich członów dla uzyskania złożonych kształtów. Materiały odpowiednie na człony zaporowe 31 stanowią materiały rozważane tutaj jako odpowiednie materiały formierskie.

Jak pokazano na fig. 4, kształtowy człon zaporowy 31 jest umieszczony w pojemniku 12 ze stali nierdzewnej lub innym odpowiednim nieprzepuszczalnym pojemniku, zaś przestrzeń pomiędzy członem 31 a pojemnikiem jest wypełniona materiałem wypełniacza 11 według sposobu rozważanego powyżej. Następnie na materiał wypełniacza 11 jest zalewany płynny

166 555 metal osnowy 13, otaczając człon 31 i powstaje zewnętrzne lub samoistne uszczelnienie 14. Następnie cały układ 30 jest umieszczany w piecu z atmosferą powietrza, zgodnie z rozważanym powyżej procesem samopowstającej próżni. Pomiędzy metalem osnowy 13 a materiałem wypełniacza 11 można umieścić grafitową folię lub inne odpowiednie środki 22 ułatwiające wyjmowanie, w sposób rozważony powyżej.

W następnym rozwiązaniu wynalazku, alternatywny układ 40, pokazany na fig. 5, zawiera zarówno wewnętrzny, jak i zewnętrzny, kształt otrzymywanego kompozytu z osnową metalową. Przykładowo, wykonaną formę 21 mającą wewnętrzne wymiary dostosowane do pożądanych zewnętrznych wymiarów kompozytu z osnową metalową oraz trzpień 26 mający zewnętrzne wymiary dostosowane do pożądanych wewnętrznych wymiarów kompozytu z metalową osnową, który ma być utworzony. Trzpień 26 może stanowić albo część formy zaporowej lub może być włożony w formę zaporową po wykonaniu formy. Jeżeli trzpień 26 ma być wyjęty, wówczas korzystnie powinien być wykonany z materiału, który ułatwia wyjęcie /np. może być wyjmowany środkami fizycznymi, chemicznymi lub mechanicznymi/. Dla uzyskania złożonych kształtów wewnętrznych można zastosować wiele takich członów. Przestrzeń pomiędzy formą 21 a trzpieniem 26 może być wypełniona materiałem wypełniacza 11 przeznaczonym do infiltracji, zaś forma 21 może być umieszczona wewnątrz zasadniczo nieprzepuszczalnego złoża 23. Tego rodzaju nieprzepuszczalne złoże może przykładowo stanowić dowolny, odpowiedni środek zaporowy w postaci cząsteczek, takich jak drobnoziarnisty tlenek glinu, który nie jest infiltrowany płynnym metalem osnowy w warunkach procesu. Jak przedstawiono bardziej szczegółowo poniżej i poprzez przykłady, odpowiednie formy i trzpienie mogą być wykonane z powleczonych lub niepowleczonych metali, takich jak stal nierdzewna, grafit, ceramika, kompozyty ceramiczne, glina, gips, tlenek glinu lub odlewy krzemionkowe, względnie inne materiały ogniotrwał stanowiące odpowiedni środek zaporowy dla zahamowania infiltracji lub które zostały powleczone lub inaczej tworzą odpowiedni środek zaporowy umieszczony pomiędzy formą i trzpieniem a wypełniaczem przeznaczonym do infiltrowania. Formy i trzpienie są korzystnie wytwarzane ekonomicznie i mogą być wielokrotnie używane lub wymienne. Ponadto formy i trzpienie korzystnie są łatwo wytwarzane dla odwzorowania kształtu pożądanego finalnego kompozytu z osnową metalową. Jednakże w niektórych zastosowaniach formy i trzpienie są łączone lub przytrzymywane jako integralna część finalnego kompozytu, jednakże w większości zastosowań formy i trzpienie korzystnie powinny być łatwo oddzielane i wyjmowane z kompozytu i nie powinny łączyć się lub reagować z formowanym kompozytem z metalową osnową.

Po umieszczeniu wypełnionej wypełniaczem formy z złożu, ponad formę zawierającą trzpień można, ale niekoniecznie, umieścić grafitową folię 22 lub inny odpowiedni materiał dla ułatwienia oddzielenia formy i finalnego kompozytu od jakiegokolwiek pozostającego metalu osnowy po ukończeniu infiltracji. W przypadku, gdy materiał 22 jest umieszczony pomiędzy stopem metalu osnowy 13 a formą zawierającą trzpień 26, wówczas powinno się zastosować odpowiedni kanał lub przestrzeń 24 dla umożliwienia skutecznej infiltracji metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza. Płynny stop metalu osnowy 13 jest następnie zalewany na złoże, formę i materiał wypełniacza i powstaje zewnętrzne lub samoistne uszczelnienie 14. Następnie układ jest umieszczany w piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza według sposobu według wynalazku. Infiltracja wypełniacza wewnątrz formy zachodzi bez infiltracji złoża otaczającego formę i wypełniacz po skontaktowaniu samopowstającej próżni z nieprzepuszczalną formą.

Według obecnego wynalazku można zastosować kilka szczególnych procedur formowania i urządzeń. Głównym składnikiem wykorzystanym do wykonania formy może być gips, koloidalny tlenek glinu, krzemionka koloidalna lub dowolne inne odpowiednie środki. Główny składnik może być zastosowany bezpośrednio do wykonania formy ostatecznej lub może być wykorzystany do wytworzenia formy pośredniej /np. guma, plastik, wosk, lub inna odpowiednia forma/ wykorzystywanej do wytwarzania formy finalnej. Istotnejestjednakże, aby finalna forma i trzpień mogły chemicznie i fizycznie wytrzymywać warunki procesu bez uszkodzenia lub infiltracji i aby odwzorowywały składnik główny dla umożliwienia wytwarzania z formy finalnej elementów o czystych zarysach lub w przybliżeniu czystych zarysach, według obecnego wynalazku.

166 555

W pierwszym rozwiązaniu obecnego wynalazku, opisanym szczegółowo w przykładach 3-4, ze składnika głównego jest wykonana negatywna forma gumowa, zaś następnie z tej negatywnej formy gumowej jest wykonana gumowa forma pozytywowa. Następnie gumowa forma pozytywowajest zastosowana dla wytworzenia formy zaporowej zastosowanej jako forma finalna zawierająca materiał wypełniacza przeznaczony do infiltrowania płynnym metalem osnowy. Niektóre formy mogą wymagać stosowania powłok dla zatrzymania infiltracji w głąb formy, tym samym pozwalając na uzyskanie gładko wykończonych powierzchni i czystych kształtów. Odpowiednie do zastosowania w niektórych formach powłoki stanowią krzemionkę koloidalną, koloidalny tlenek glinu, wermikulit koloidalny, grafit koloidalny, grafit, farbę aluminiową i inne powłoki. Powłoki te mogą również powodować łatwiejsze oddzielanie formy od finalnego kompozytu z metalową osnową.

W zmodyfikowanej postaci opisanego rozwiązania, rozważanego szczegółowo w przykładzie I, zamiast wykonywania pozytywowej formy gumowej z gumowej formy negatywowej, wykonuje się pozytywową formę z gipsu, powleczoną materiałem utrudniającym zespojenie. Z gipsowej formy pozytywowej wykonuje się negatywną formę z gipsu, koloidalnego tlenku glinu, krzemionki koloidalnej lub dowolnego innego odpowiedniego materiału. Następnie gipsowa forma pozytywowa jest wyjmowana z gipsowej formy negatywowej w dowolny odpowiedni sposób. Następnie negatywowa skorupa jest powlekana odpowiednią powłoką zaporową i jest wykorzystywana jako forma zaporowa zawierająca materiał wypełniacza przeznaczony do infiltrowania płynnym metalem osnowy. Dla wytwarzania form stosowanych w procesie samopowstającej próżni można również stosować metody traconego wosku lub traconej pianki, jak rozważono szczegółowo w przykładach. Konkretnie, wykonuje się najpierw pożądany kształt kompozytu z metalową osnową z wosku lub pianki polistyrenowej lub dowolnego innego materiału odpowiedniego do usunięcia chemicznego, usunięcia fizycznego i/lub odparowania po ogrzaniu. Następnie wosk, pianka lub inny materiał jest osadzony w materiale formy w rodzaju rozważonym powyżej. Materiał formy jest następnie poddany odpowiedniej obróbce chemicznej lub cieplnej, wymaganej do usunięcia lub odparowania materiału formy, przez co powstaje pusta przestrzeń w materiale formy. Taka pusta przestrzeń może następnie być wypełniona materiałem wypełniacza i infiltrowana według obecnego wynalazku.

Jakkolwiek na fig. 3, 4 i 5 przedstawiono zastosowanie pojedynczej formy w każdym nieprzepuszczalnym pojemniku, to jednak można zestawiać w stos liczne formy i/lub umieszczać je obok siebie w szczególnym pojemniku do przeprowadzania sposobu.

Ponadto, jakkolwiek powyższe rozważanie dotyczy układu, w którym formy są umieszczone wewnątrz oddzielnego nieprzepuszcząjącego gazu pojemnika, to jednak jest możliwe całkowite zrezygnowanie z takiego pojemnika nieprzepuszcząjącego gazu. Zamiast tego można stosować nie przepuszczającą gazu formę, lub przepuszczalną formę można uczynić nieprzepuszczalną. Następnie bezpośrednio na formę można umieścić środek uszczelniający, tak że forma pełni funkcję nieprzepuszczalnego pojemnika. Jak przedstawiono na fig. 6, forma 51 ma powierzchnię nieprzepuszczalną /lub powierzchnie/ 52 oraz pustą przestrzeń wypełnioną materiałem wypełniacza 11. W sąsiedztwie wypełniacza jest umieszczony metal osnowy 13, który jest uszczelniony środkiem uszczelniającym 14. Układ z fig. 6 stanowi zatem formę a zarazem nieprzepuszczalny pojemnik, z której można uzyskać element o kształcie pustej przestrzeni w formie.

W poniższych przykładach są przedstawione rozmaite ilustracje obecnego wynalazku. Przykłady te są jedynie ilustracją wynalazku i nie ograniczają jego zakresu, określonego w zastrzeżeniach patentowych.

Przykład I. Przykład ten ilustruje negatywowe sposoby formowania złożonych kształtów korpusów kompozytowych z metalową osnową, mających czyste kształty lub bliskokształtnych, poprzez technikę samopowstającej próżni. Konkretnie przykład ilustruje wytwarzanie małych zaworów kulowych z pojedynczej części głównej mającej zewnętrzną średnicę około 32 mm z cylindryczną przestrzenią pustą mającą średnicę około 19 mm. Na fig. 5 pokazano schematyczny przekrój układu podobnego do stosowanego dla uzyskania opisanych bliskokształtnych korpusów kompozytowych z metalową osnową.

166 555

Wykonano negatywową formę gumową części głównej poprzez odlewanie formierskiej mieszanki gumowej /G.I-1000, Plastic Tooling Supply Co., Easton, PA, około jedna część wagowa aktywatora i około 10 części wagowych gumy /wokół części głównej. Natychmiast po wystarczającym zestaleniu negatywowej formy gumowej, z formy tej odlano trzy kopie części głównej, stosując mieszaninę zawierającą wagowo około 5% kleju na bazie octanu poliwinylu /klej ELMER , Borden Co., Columbus, OH/, około 6% gipsu modelarskiego /Bondex, Bondex International Inc., Brunswick, OH/, około 26% wody i około 63% AI2O3 o ziarnistości 500 /38 Alundum, Norton Co., Worcester/. Kopie części głównej, zawarte wewnątrz negatywowych form gumowych umieszczono w chłodziarce o temperaturze około -18°C. Po około 2 godzinach w około -18°C oddzielono negatywowe formy gumowe i kopie części głównej. Następnie kopie części głównej osuszono w piecu powietrznym, ustawionym na około 46°C. Natychmiast po wystarczającym wysuszeniu, na kopie natryśnięto dwie powłoki ze srebra /P-1140, Pep Boys, Filadelfia, PA/.

Po wykonaniu kopii części głównej i pokryciu ich powłoką, jak opisano powyżej, wykonano trzy formy zaporowe 21 przez zmieszanie wagowo około jednej części krzemionki koloidalnej /NYAcOl, 2040 NH4, Nyacol Products, Ashland, MA/, około 2 części AI2O3 o ziarnistości 500/ 38 Alundum Norton Co., Worcester, MA/, około 1 część AI2O3 o ziarnistości 220/38 Alundum Norton Co., Worcester, MA/ i około 0,2 części wody. Ta mieszanina zaporowa, po usunięciu piany i odpowietrzeniu, została zalana na kopie części głównej i pozostawiona do utwardzenia przez około 2 godziny w temperaturze pokojowej. Po około 2 godzinach odlano nadmiar wody z mieszaniny zaporowej i umieszczono kopie części głównej otoczone formami zaporowymi w chłodziarce i przytrzymywano je tam przy około -18°C przez około 8 godzin. Kopie części głównej, otoczone formami zaporowymi umieszczono następnie w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza ustawionym na około 1000°C przez około 1 godzinę. Po wyjęciu z pieca, kopie części głównej rozłożono i wydmuchano resztki proszku z wnętrza form zaporowych 21. Następnie do form zaporowych zalano mieszaninę powłokową, zawierającą wagowo około 50% wermikulitu koloidalnego /Microlite No. 903, W.R. Grace i Co., Lexington, MA/, i około 50% wody. Tę mieszaninę powłokową pozostawiono w wypalonych formach zaporowych 21 przez około 2 minuty i następnie odlano, zaś w trakcie tego czasu na formach zaporowych 21 utworzyła się powłoka 25. Następnie powleczone formy zaporowe 21 umieszczono w piecu ustawionym na około 110° przez około 2 godziny. Po około 2 godzinach, powleczone formy zaporowe 21 wypalono przy około 1000°C przez około 1 godzinę.

Trzy powleczone formy zaporowe 21’ umieszczono następnie w nierozpuszczalnym pojemniku 12, wykonanym ze stali nierdzewnej typ 304 rozmiar 16 /grubość 1,6 mm/, mającym wewnętrzną średnicę około 76 mm i wysokość około 83 mm. Przestrzeń pomiędzy powleczonymi formami zaporowymi 21 a pojemnikiem ze stali nierdzewnej 12 wypełniono następnie złożem 23 stanowiącym AI2O3 o ziarnistości 500 /38 Alundum z Norton Co./. Jedna forma zaporowa 21 została wypełniona mieszaniną materiału wypełniacza 11 zawierającą wagowo około 50% AI2O3 o ziarnistości 54 i około AI2O3 o ziarnistości 90 /obydwa 38 Alundum, Norton Co./. Druga forma zaporowa 21 została wypełniona materiałem wypełniacza 11, zawierającym wagowo około 50% AI2O3 i resztę stanowił ZrC>2 /MCA 1360, Norton Co./, zaś trzecia forma zaporowa 21 została wypełniona mieszaniną materiału wypełniacza 11, zawierającą wagowo około 98% AI2O3 o ziarnistości 220 /El Alundum, Norton Co./ i około 2% proszku magnezu o numerze sita - 325 /Atlantic Equipment Engineers, Bergenfield, NJ/.

Następnie formy zaporowe 21 wypełnione materiałem wypełniacza zostały pokryte kawałkiem grafitowej folii 22 /Permafoil z Tt America, Portland, Oregon/. Stopiono metal osnowy 13, zawierający pr^rz^^^i^^ow^ stojp all^mii^ii^¹^;/ oznaczony 6061 z dodatkiem około

2% wagowo magnezu razem stopionego, i zalano około 270 gramów do pojemnika ze stali nierdzewnej 12 i na formy zaporowe wypełnione materiałem wypełniacza. Następnie na płynny metal osnowy 13 zasypano sproszkowany B2O3, i umieszczono układ 40 w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 90°C. Przez około 15 minut proszek B2O3 zasadniczo stopiono, odgazowano i utworzono nie przepuszczające gazu uszczelnienie 14. Układ 40 przetrzymywano w około 900°C przez dodatkowych około 2

166 555 godziny, po czym układ 40 wraz z zawartością wyjęto z pieca i umieszczono na chłodzonej wodą miedzianej płycie chłodzącej dla ukierunkowanego krzepnięcia kompozytu z metalową osnową.

Pojemnik 12 ze stali nierdzewnej w temperaturze pokojowej odcięto od zakrzepniętego resztkowego metalu osnowy i powleczonych form zaporowych. Stwierdzono, że każdy odcinek grafitowej taśmy 22 ułatwił oddzielenie karkasu metalowej osnowy od każdego z trzech utworzonych zaworów kulowych w postaci kompozytu z metalową osnową. Ponadto, stwierdzono, że metal osnowy 13 nie infiltrował złoża 23 AI2O3 o ziarnistości 500. Powleczone formy zaporowe 21 umieszczono następnie w urządzeniu do piaskowania i poddano piaskowaniu dla uzyskania trzech zaworów kulowych o czystym kształcie, wykonanych z kompozytu z metalową osnową w postaci aluminium.

Na fig. 7 pokazano dwa zawory kulowe z aluminiową osnową 61. Tak więc przykład ten ilustruje zastosowanie rozmaitych rodzajów materiału, takich jak bardzo drobne proszki, materiały grafitowe i zastosowanie drobnego proszku jako materiałów zaporowych, dla wytwarzania kompozytów z aluminiową osnową, mających czysty kształt, poprzez metodę samopowstającej próżni.

Przykład II. Przykład ten ilustuje metodę formowania negatywowego korpusów kompozytowych o kształcie złożonym poprzez stosowanie techniki samopowstającej próżni z zastosowaniem metalu osnowy w postaci brązu.

Zastosowana procedura była zasadniczo taka sama, jak przedstawiona w przykładzie I, z wyjątkiem metalu osnowy i temperatury procesowej. Zastosowany w przykładzie II układ 40 był podobny do pokazanego na fig. 5. Metal osnowy 13 w postaci brązu zawierał wagowo około 6% Si, 0,5% Fe, 0,5% Al i miedź wyrównawczą. Pojemnik 12 ze stali nierdzewnej miał wewnętrzną średnicę około 41 mm i wysokość około 67 mm. Materiał wypełniacza 11 stanowił AI2O3 o ziarnistości 90 /E1 Alundum, Norton Co./. Układ 40 przetrzymywano przy około 1100°C przez około 2,25 godziny w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza przed ukierunkowanym zakrzepnięciem na chłodzonej wodą miedzianej płycie chłodzącej.

Układ 40 w temperaturze pokojowej rozłożono i, jak w przykładzie I, stwierdzono, że grafitowa folia 22 ułatwiła oddzielenie karkasu metalowej osnowy 66 od nowego zaworu kulowego 63 z kompozytu z osnową, jak pokazano na fig.8. Ponadto stwierdzono, że metal osnowy 13 nie infiltrował złoża 23 AI2O3 o ziarnistości 500. Następnie powleczoną formę zaporową 21 umieszczono w maszynie do piaskowania i poddano ją piaskowaniu dla uzyskania mającego czysty kształt zaworu kulowego, wytworzonego z kompozytu z osnową metalową w postaci brązu. Na fig. 8 pokazano zdjęcie zaworu kulowego 63 wykonanego z kompozytu z osnową metalową w postaci brązu, wraz z przyłączonymi resztkami grafitowej folii 22 i karkasem z metalu osnowy 66 w postaci brązu. Przykład ten ilustuje możliwość stosowania rozmaitych materiałów, takich jak bardzo drobno proszkowe złoża, materiały grafitowe i sklejone drobne proszki, jako materiały zaporowe podczas wytwarzania kompozytowych korpusów z osnową z brązu w drodze stosowania samopowstającej próżni.

Przykład III-IV. Przykłady te ilustrują sposób otwartego formowania pozytywowego kompozytów z metalową osnową o kształtach złożonych czystych lub bliskokształtnych poprzez stosowanie techniki samopowstającej próżni. W przykładzie III i IV opisano zastosowanie metalu osnowy w postaci aluminium i brązu dla wytworzenia dwóch kół zębatych z kompozytu z metalową osnową, odwzorowanych według części głównej, mającej zewnętrzną średnicę około 38 mm i maksymalną grubość około 10 mm. Eksperymentalne układy zastosowane w przykładach III i IV były podobne do pokazanych na fig. 3.

Negatywową formę gumową wykonano na podstawie części głównej przez odlewanie gumowej mieszanki formierskiej (GI-1000, Plastic Tooling Co., Easton, PA, około 1 część wagowa aktywatora i około 10 części wagowej gumy/ wokół części wzorcowej. Natychmiast po wystarczającym utwardzeniu negatywowej formy gumowej, część wzorcową i negatywową formę gumową oddzielono i formę spryskano dwukrotną powłoką suchego smaru na bazie fluorowęgla/ MS-122, Miller-Stephenson Chemical Company, Inc., Danbury, CT/. Następnie odlano pozytywową formę gumową z negatywowej formy gumowej, ponownie z mieszanki gumowej GI-1000, określonej powyżej. Po wystarczającym zestaleniu, pozytywowa forma

166 555 gumowa była wyjęta z formy negatywowej i wykorzystano ją następnie do wytworzenia dwóch form zaporowych 21 dla odpowiednich części, jak przedstawiono poniżej.

Formy zaporowe 21 wykonano przez zmieszanie około 1 części wagowej krzemionki koloidalnej /NYACOL 2040 NH4, Nyacol Products z Ashland, MA/, około 2 części wagowe AI2O3 o ziarnistości 500/38 Alundum, Norton Co./, około 1 część wagowa AI2O3 o ziarnistości 220 /38 Alundum, Norton Co./ i około 0,2 części wagowe wody. Tę mieszaninę po usunięciu piany i odpowietrzeniu, zalano wokół pozytywowej formy gumowej i pozostawiono do utwardzenia przez około 2 godziny w przybliżeniu temperaturze pokojowej. Po około 2 godzinach, odlano nadmiar wody z utwardzonej mieszaniny i umieszczono pozytywową formę gumową wraz z materiałem formy zaporowej w chłodziarce ustawionej na około -18°C przez około 8 godzin. Następnie gumową formę pozytywową oddzielno od każdej wychłodzonej formy zaporowej 21 i każdą zaporową formę 21 umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 1000°C przez około 1 godzinę. Do wnęki każdej formy zaporowej 21 włożono mieszaninę powłokową zawierającą około 50% wermikulitu koloidalnego /Microlite No. 903, W. R. Grace i Co., Lexington, MA/ i około 50% wody. Mieszaninę powłokową pozostawiono w wypalonych formach zaporowych 21 przez około 2 minuty i następnie odlano, zaś w trakcie tego czasu we wgłębieniu każdej formy zaporowej 21 powstała powłoka /nie pokazana na fig. 3/. Następnie formy zaporowe 21 z powłoką umieszczono wewnątrz pieca przy około 110°C przez około 2 godziny. Po około 2 godzinach zaporowe formy 21 z powłoką jeszcze raz wypalono w temperaturze około 1000°C przez około 1 godzinę.

Następnie każdą formę zaporową 21 z powłoką umieszczono w oddzielnym pojemniku 12 ze stali nierdzewnej, zasadniczo takim samym, jak opisany w przykładzie I. Przestrzeń pomiędzy formami zaporowymi 21 i pojemnikiem 12 ze stali nierdzewnej wypełniono złożem 23 zawierającym AI2O3 o ziarnistości 500 /38 Alundum, Norton Co./. W przykładzie III do formy zaporowej 21 z powłoką włożono materiał wypełniacza 11 zawierający AI2O3 o ziarnistości 90 /38 Alundum Norton Co./ i wypoziomowano. W przykładzie IV, do formy zaporowej 21 z powłoką włożono materiał wypełniacza 11 zawierający AI2O3 o ziarnistości 90 /38 Alundum, Norton, Co./ i wypoziomowano. Formę zaporową 21 wypełnioną materiałem wypełniacza z metalem osnowy w postaci brązu pokryto kawałkiem grafitowej folii 22 /Perma-foil, TT America, Portland, OR/.

W przykładzie III do stalowego pojemnika 12 zalano płynny metal osnowy 13 w postaci aluminium, zawierający wagowo około 7,5-9,5% Si, 3,0-4,0% Cu, < 2,9% Zn, 0,2-0,3% Mg, < 1,3% Fe, < 0,5% Mn, < 0,35% Sn i Al wyrównawczy, na głębokość około 13 mm i na formę zaporową 21 wypełnioną materiałem wypełniacza. W przykładzie IV, do stalowego pojemnika 12 na formę zaporową 21 pokrytą grafitową folią 22 zalano płynny metal osnowy 13 stanowiący brąz, zawierający wagowo około 6% Si, około 0,5% Fe, około 0,5% Al i Cu wyrównawcze na głębokość około 1,3 mm. Następnie na płynne metale osnowy 13 nasypano sproszkowany B2O3 dla zasadniczo całkowitego pokrycia metali, a układy 20 umieszczono w ogrzewanych rezystancyjnie piecach skrzynkowych z atmosferą powietrza, ustawionych na około 900°C dla przykładu

III i około 1100°C dla przykładu IV. W przeciągu około 15 minut proszek B2O3 uległ zasadniczo stopieniu, odgazowaniu i utworzył nie przepuszczające gazu uszczelnienie 14. Układ 20 z przykładu III przetrzymano przy około 900°C przez około 2 godziny, zaś układ 20 z przykładu

IV przetrzymano przy około 1100°C przez około 2 godziny, po którym to czasie odpowiednie układu 20 wyjęto z pieca i umieszczono na chłodzonej wodą miedzianej płycie chłodzącej dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy 13.

Każdy stalowy pojemnik 12 w temperaturze pokojowej odcięto od odpowiednich form zaporowych 21. W przykładzie IV zauważono, że grafitowa folia 22 ułatwiała oddzielanie karkasu metalu osnowy od wytworzonego kompozytu z metalową osnową. Ponadto, dla obydwu przykładów III i IV stwierdzono, że całkowicie infiltrowane kompozytowe korpusy z metalową osnową wykazywały znakomicie odwzorowany, w przybliżeniu czysty kształt wzorca. Fig. 9a przedstawia zdjęcie odpowiadające kołu zębatemu 70 z osnową aluminiową, utworzonemu w przykładzie III, zaś fig. 9b przedstawia zdjęcie odpowiadające kołu zębatemu 71 z osnową brązu, utworzonemu w przykładzie IV.

166 555

Przykład V. Przykład ten ilustruje zastosowanie metody traconego wosku do wytwarzania czystego kształtu lub bliskokształtnego kompozytowego korpusu z metalową osnową o złożonym kształcie poprzez technikę samopowstającej próżni. Przykład V dotyczy wytwarzania tłoka silnika spalinowego, stanowiącego kompozyt z metalową osnową w postaci aluminium, odpowiadającego części wzorcowej mającej zewnętrzną średnicę około 199 mm i maksymalną wysokość około 19 mm. Na fig. 10a pokazano schematycznie przekrój eksperymentalnego układu zastosowanego w przykładzie V.

Wykonano negatywną formę gumową przez odlanie gumowej mieszanki formierskiej /GI-1000, Plastic Tooling Co., Easton, PA i około 1 część wagowa aktywatora i około 10 części gumy/ wokół części wzorcowej. Po wystarczającym zestaleniu, wykonano pozytywową kopię części wzorcowej przez zalanie płynnego wosku /czerwony wosk wytłaczany, Casting Supply House, New York, NY/ do negatywowej formy gumowej. Po zakrzepnięciu wosku, gumową formę zdjęto z pozytywowej kopii woskowej tłoka.

Następnie umieszczono pozytywową kopię woskową w cylindrycznym pojemniku 12 ze stali nierdzewnej. Do stalowego pojemnika 12 zalano mieszaninę zaporową, zawierającą wagowo około 3 części AI2O3 o ziarnistości 500 /38 Alundum, Norton Co./ i około 1 część koloidalnego tlenku glinu /Bluonic A, Wesbond Corporation, Wilmington, DE/, na głębokość odpowiadającą zasadniczo wysokości pozytywowej kopii woskowej. Po przynajmniej około 6 godzinach, mieszanina zaporowa utwardziła się tworząc pokrywę zaporową 21. Pojemnik 12 ze stali nierdzewnej wraz z zawartością odwrócono i umieszczono w piecu z atmosferą powietrza, ustawionym na około 180°C. Po około 3 godzinach w około 180°C pozytywowa kopia woskowa uległa wytopieniu i utworzyła wnękę w zaporowej formie 21. Następnie pojemnik ze stali nierdzewnej wraz z zawartością umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 1000°C przez około 1 godzinę dla wypalenia jakiegokolwiek pozostającego wosku, tym samym oczyszczając negatywowe odwzorowanie części wzorcowej w formie zaporowej 21.

Pusta przestrzeń powstała w formie zaporowej 21 przez ulotnienie wosku została następnie wypełniona materiałem wypełniacza 11, stanowiącego SiC o ziarnistości 220 /39 Crystolon, Norton Co./. Następnie stopiono metal osnowy 13 w postaci aluminium, zawierający wagowo około 7,5-9,5% Si, 3,0-4,0% Cu, < 2,9% Zn, 0,2-0,3% Mg, < 1,3% Fe, < 0,5% Mn, < 0,35% Sn i glin wyrównawczy, i zalano do stalowego pojemnika na zaporową formę 21 wypełnioną SiC o ziarnistości 220 na głębokość około 13 mim. Pow ierzchniię metalu osnowy w postaci płynnego aluminium pokryto sproszkowanym B2O3 /Fischer Scientific/.

Układ 160, zawierający pojemnik 12 ze stali nierdzewnej wraz z zawartością umieszczono następnie w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 850°C. Po około 16 godzinach w około 850°C, w trakcie którego to czasu B2O3 został stopiony, odgazowany i utworzył nie przepuszczające gazu uszczelnienie 14, układ wyjęto z pieca i ochłodzono.

Po ochłodzeniu układu 160 do temperatury pokojowej, pojemnik 12 ze stali nierdzewnej wyjęto i formę zaporową 21 poddano piaskowaniu dla odzyskania kompozytowego tłoka z osnową metalową w postaci aluminium o prawie czystym kształcie. Na fig. 10b pokazano zdjęcie odpowiadające kompozytowemu tłokowi 80 po obróbce zewnętrznej powierzchni 82. Na fig. 10b pokazano prawidłowe odwzorowanie wewnętrznej wnęki 81 tłoka.

Przykład VI. Powtórzono sposób z przykładu V z tym, że forma zaporowa 21 zawierała mieszaninę około 2 części AI2O3 o ziarnistości 220 i około 1 część AI2O3 o ziarnistości 500 /obydwa 38 Alundum, Norton Co., Worcester, MA/ i około 1 część koloidalnego tlenku glinu /Buonic A, Wesbond Corporation, Wilmington, DE/, przy czym materiał wypełniacza 11 zawierał SiC o ziarnistości 90 /39 Crystolon z Norton Co./, zaś część wzorcowa miała zewnętrzną średnicę około 70 mm i wysokość około 64 mm.

Układ 160 zmontowany według przykładu V przetrzymano przy około 850°C przez około 4 godziny i następnie poddano ukieiuinkowanemu krzepnięciu na chłodzonej wodą płycie miedzianej. Podobnie jak w przykładzie V, metal osnowy 13 całkowicie infiltrował materiał wypełniacza 11 i uzyskano kompozytowy tłok z osnową metalową w postaci aluminium, mający w przybliżeniu dokładnie odwzorowany kształt. Fig. 11 a stanowi fotografię kompozytowego

166 555 tłoka 90 z metalową osnową aluminiową, wykonanego według tego przykładu po opiaskowaniu, zaś fig. 11b przedstawia zdjęcie tego samego kompozytowego tłoka 90 z aluminiową osnową metalową z zewnętrzną powierzchnią 91 obrobioną mechanicznie.

Przykład VII. Przykład ten ilustruje zastosowanie grafitowej folii do wytwarzania kompozytowego korpusu z metalową osnową, z zastosowaniem techniki samopowstającej próżni. Eksperymentalny układ 20 w tym przykładzie jest podobny do pokazanego na fig. 3.

Grafitową formę 21 /Union Carbide, MPG, Womelsdorf, PA/, mającą wewnętrzną średnicę około 32 mm, wysokość około 51 mm i grubość ścianki około 13 mm, umieszczono na dnie pojemnika 12 ze stali nierdzewnej, mającego wewnętrzną średnicę około 67 mm i wysokość 89 mm, wykonanego ze stali nierdzewnej typ 304, rozmiar 16 /grubość 1,6 mm/. Przestrzeń pomiędzy grafitową formą 21 a pojemnikiem 12 ze stali nierdzewnej wypełniono do wierzchu grafitowej formy 21 złożem 23 zawierającym AI2O3 o ziarnistości 500 /El Alundum, Norton Co., Worcester, MA/. Następnie cylindryczne wgłębienie grafitowej formy 21 wypełniono około 80 gramami materiału wypełniacza 11, stanowiącego AI2O3 o ziarnistości 90 /38 Alundum Norton Co./. Powierzchnia złoża 23 przy wierzchu grafitowej formy 21 była w znacznym stopniu, ale nie całkowicie, pokryta kawałkiem grafitowej folii 22 /Perma-fooil, TT America, Portland, OR/. Do stalowego pojemnika 12 na grafitową formę 21 pokrytą grafitową folią zalano około 25 mm płynnego metalu osnowy 13 w postaci brązu, zawierającego wagowo około 6% Si, około 0,5% Fe, około 0,5% Al i miedź wyrównawczą, w temperaturze około 1100°C. Dla zasadniczego pokrycia powierzchni metalu osnowy 13 w postaci brązu zastosowano około 20 gramów sproszkowanego B2O3 /AesarR Johnson Matthey, Seabrook, NH/. Układ 20, zawierający pojemnik 12 ze stali nierdzewnej wraz z zawartością, umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na temperaturę około 1100°C. Po około 2 godzinach przy około 1100°C /w trakcie którego to czasu B2O3 zasadniczo całkowicie uległ stopieniu, odgazowaniu i utworzył nie przepuszczające gazu uszczelnienie 14/, układ 20, zawierający pojemnik 12 ze stali nierdzewnej wraz z zawartością wyjęto z pieca i umieszczono na chłodzonej wodą miedzianej płycie chłodzącej dla ukierunkowanego zakrzepnięcia metalu osnowy z brązu.

Układ 20 w temperaturze pokojowej rozłożono 1 stwierdzono, że metal osnowy 13 z brązu infiltrował materiał wypełniacza 11, tworząc kompozytowy cylinder z brązową osnową metalową, mający na wszystkich powierzchniach dobre wykończenie powierzchniowe. Na fig. 12 pokazano zdjęcie odpowiadające kompozytowemu cylindrowi 100 z osnową metalową z brązu, wytworzonego według procedury przedstawionej w tym przykładzie.

Przykład VIII. Przykład ten ilustruje zastosowanie grafitowego członu lub trzpienia dla ukształtowania wewnętrznej powierzchni korpusu kompozytowego z osnową metalową, z zastosowaniem techniki samopowstającej próżni. Eksperymentalny układ zastosowany w tym przykładzie był podobny do pokazanego na fig. 4. W szczególności, zastosowano rowkowany trzpień grafitowy 31 /AGSX graphite, Union Carbide/, mający wewnętrzną średnicę około 24 mm i wysokość około 38 mm, z rowkami rozmieszczonymi w przybliżeniu co każde 20° wzdłuż obwodu trzpienia 31, sięgającymi około 1,6 mm poza obwód trzpienia i mającymi szerokość około 2,5 mm i biegnącymi na długości 38 mm grafitowego trzpienia 31, do utworzenia kompozytowego korpusu z metalową osnową, mającego rowkowaną wewnętrzną średnicę odpowiadającą zewnętrznej średnicy trzpienia 31 i gładką średnicę zewnętrzną.

Grafitowy trzpień 31, ukształtowany jako negatyw pożądanego ukształtowania wnętrza finalnego kompozytu, umieszczono w pojemniku 12, mającym wewnętrzną średnicę około 48 mm i wysokość około 89 mm, wykonanym ze stali nierdzewnej typ 304, rozmiar 16/1,6 mm grubości/. Do pierścieniowej przestrzeni utworzonej pomiędzy pojemnikiem 12 ze stali nierdzewnej a rowkowanym trzpieniem grafitowym 31 zasypano materiału wypełniacza 11, stanowiący wagowo 95% SiC o ziarnistości 90 /39 Crystolon, Norton Co./ i około 5% cyny o numerze sita -325 /Atlantic Eąuipment Engineers, Bergenfield, NJ/. Do stalowego pojemnika na materiał wypełniacza 11 stanowiący SiC o ziarnistości 90, otaczający rowkowany trzpień grafitowy 31, zalano około 38 mm płynnego metalu osnowy 13 w postaci brązu, zawierającego wagowo około 5% Si, około 2% Fe, około 3% Zn i miedź wyrównawczą. Następnie zastosowano około 20 gramów sproszkowanego B2O3 /AesarR Johnson Matthey, Seabrook, NH/ dla zasadniczo

166 555 całkowitego przykrycia płynnej powierzchni metalu osnowy w postaci brązu. Układ 30, zawierający pojemnik 12 ze stali nierdzewnej wraz z zawartością, umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 1100°C. Po około 2 godzinach przy około 1100°C, w trakcie których B2O3 zasadniczo całkowicie uległ stopieniu, odgazowaniu i utworzył nie przepuszczające gazu uszczelnienie 14, zaś poziom metalu osnowy 13 opadł, układ 30 wyjęto z pieca dla zakrzepnięcia kompozytu z osnową brązu. W temperaturze pokojowej układ 30 rozmontowano, odzyskując kompozytowy korpus z osnową brązu, otaczający rowkowany trzpień grafitowy 31.

Rowkowany trzpień grafitowy 31 wyjęto z kompozytowego korpusu z osnową metalową w postaci brązu przez umieszczanie tego korpusu otaczającego rowkowany trzpień grafitowy 31 w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 600°C. Po około 12 godzinach przy około 600°C, rowkowany trzpień grafitowy 31 uległ wystarczająco całkowitemu utlenieniu i odzyskano kompozytowy korpus z brązową osnową metalu o wewnętrznej średnicy odwrotnie kopiującej rowkowany trzpień grafitowy. Na fig. 13 pokazano zdjęcie odpowiadające kompozytowemu cylindrowi 110 z osnową z brązu, mającemu zewnętrzną powierzchnię 112 obrobioną przez skrawanie i wewnętrzną powierzchnię 111 odwrotnie odwzorowywującą zewnętrzną powierzchnię grafitowego trzpienia 31.

Przykład IX. Przykład ten ilustruje zastosowanie dzielonej formy dla utworzenia kompozytowego korpusu z metalową osnową poprzez technikę samopowstającej próżni. Na fig. 14 pokazano schematyczny widok przekrojowy układu zastosowanego w tym przykładzie.

Wykonano formę wzorcową z dostępnego przemysłowo aluminium, mającą zewnętrzną średnicę około 45 mm i wysokość około 21 mm i półkulistą wnęką, mającą średnicę 35 mm. Formę wzorcową umieszczono współosiowo w dostępnej przemysłowo rurze z PCV, mającej zewnętrzną średnicę około 76 mm, wysokość około 38 mm i grubość ścianki około 9,5 mm. Wykonano negatywową formę gumową poprzez odlanie gumowej mieszanki formierskiej /GI-1000, Plastic Tooling Co., Easton, PA/, zawierającej około 1 część wagową aktywatora i około 10 części wagowych gumy, do pierścieniowej przestrzeni pomiędzy rurą PCV i aluminiową formą wzorcową.

Po wystarczającym utwardzeniu negatywowej formy gumowej, wykonano odlewy pozytywowych form zaporowych 21 z negatywowej formy gumowej, z mieszaniny zawierającej wagowo około 1 część krzemionki koloidalnej /NYACOL^R 20401 NH4, Nyacol Products, Ashland, MA/, około2 części AI2O3 o ziarnistości 500 /38 Alundum z Norton Co./, około 1 część AI2O3 o ziarnistości 220 /38 Alundum, Norton Co./ i 0,2 części wagowe wody. Pozytywowe odlewy form zaporowych pozostawiono do utwardzenia przez około 2 godziny w temperaturze pokojowej. Po około2 godzinach odlano z mieszaniny odlewowej nadmiar wody i umieszczono negatywowe formy gumowe, zawierające formy zaporowe 21, w chłodziarce ustawionej na około -18°C przez około 8 godzin. Następnie negatywowe formy gumowe oddzielono od pozytywowych form zaporowych 21, które umieszczono następnie w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 1000°C przez około 1 godzinę. Następnie wzdłuż osi zewnętrznej średnicy jednej formy zaporowej i przelotowo do półkulistej wnęki wywiercono otwór 121 o średnicy około 9 mm /jak pokazano na fig.14/. Pozytywową formę zaporową 21, z otworem skontaktowano z następną pozytywową formą zaporową 21, tak że powstała pomiędzy nimi kulista wnęka mająca średnicę około 35 mm. Te dwie pozytywowe formy zaporowe 21 utworzyły w ten sposób dzieloną formę 122. Do kulistego wgłębienia dzielonej formy zalano mieszaninę powłokową, zawierającą wagowo 50% wermikulitu koloidalnego /W.R. Grace i Co., Lexington, MA/ i 50% wody, poprzez otwór 121. Mieszaninę powłokową pozostawiono w dzielonej formie 122 przez około 2 minuty i następnie wylano, zaś w trakcie tego czasu utworzyła się powłoka 25 w kulistym wgłębieniu dzielonej formy 122. Następnie dzieloną formę 122 z powłoką umieszczono w piecu ustawionym na około 110°C przez około 2 godziny. Po około 2 godzinach dzielona forma 122 z powłoką została wypalona przy około 110)0°C przez około 1 godzinę.

Wnętrze dzielonej formy 122 z powłoką wypełniono materiałem wypełniacza 11, stanowiącym SiC o ziarnistości 90 /39 Crystolon, Norton Co./. Następnie dzieloną formę 122 umieszczono w stalowym pojemniku 12 w złożu 23, zawierającym AI2O3 o ziarnistości 500 /38

166 555

Alundum, Norton Co./. Otwór 121 w dolnej części dzielonej formy 122 był zasadniczo przykryty grafitową folią 22 /Perma-foil, TT America, Portland, OR/. Następnie do stalowego pojemnika 12 i na dzieloną formę 122 otoczoną drobnocząsteczkowym złożem 23 zaaano płynny metal osnowy 13 w postaci brązu, zawierający wagowo około 5% Si, około 2% Fe, około 3% Zn i miedź wyrównawczą, zaś na płynny metal osnowy zasypano warstwę proszku B2O3.

Układ 120, zawierający stalowy pojemnik 12 wraz z zawartością, umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 1100°C. Po około 3 godzinach przy około 1100°C, układ 120 wyjęto z pieca dla zakrzepnięcia kompozytowego korpusu z metalową osnową z brązu. W temperaturze pokojowej rozłożono dzieloną formę 122 i stwierdzono, że płynny metal osnowy 13 z brązu infiltrował materiał wypełniacza 11 tworząc kompozytową kulę z metalową osnową w postaci brązu. Poza ilustracją zastosowania dzielonych form, przykład ten ilustruje możliwość wciągania metali osnowy w górę do form zaporowych dla infiltrowania materiału wypełniacza i utworzenia kompozytowego korpusu z metalową osnową.

Przykład X. Przykład ten ilustruje zastosowanie trzpienia zaporowego, zawierającego drobnoziarniste złoże i spoiwo, wyznaczającego wewnętrzny kształt kompozytu z metalową osnową. W przykładzie tym zastosowano układ podobny do pokazanego na fig. 4.

Wykonano wewnętrzne koło zębate przez uformowanie członu zaporowego lub trzpienia 31, mającego negatywowy kształt pożądanego wewnętrznego ukształtowania koła zębatego, z mieszaniny zawierającej wagowo około 20% gipsu modelarskiego /Bondex, Bondex International, Inc. Brunswick, OH/ i 80% AI2O3 o ziarnistości 500 /38 Alundum, Norton Co./. Po wystarczającym zestaleniu i osuszeniu, trzpień zaporowy 31 wycentrowano w cylindrycznym pojemniku 12 ze stali nierdzewnej, mającym wewnętrzną średnicę dostosowaną do pożądanej zewnętrznej średnicy finalnego kompozytu z metalową osnową. Przestrzeń pomiędzy trzpieniem zaporowym 31 a stalowym pojemnikiem 12 wypełniono następnie materiałem wypełniacza 11, zawierającym wagowo 90% AI2O3 o ziarnistości 90 /38 Alundum Norton Co./ i 10%o cyny o numerze sita -325 /Atlantic Equipment Engineer, Bergenfield, NJ/. Do stalowego pojemnika 12 na materiał wypełniacza 11 zalano płynny metal osnowy 13 w postaci brązu, stanowiący wagowo około 5% Si, około 2% Fe, około 3% Zn i miedź wyrównawczą, na głębokość około 25 mm, zaś na płynny metal osnowy zasypano proszek B2O3, tworząc zewnętrzne uszczelnienie 14 po stopieniu.

Układ 30, zawierający pojemnik ze stali nierdzewnej wraz z zawartością, umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 1100°C. Po około 3 godzinach w około 1100°C, układ 30 wyjęto z pieca i ochłodzono do temperatury pokojowej. Następnie trzpień zaporowy 31 poddano piaskowaniu z utworzonego kompozytowego korpusu z osnową metalu w postaci brązu, otrzymując wewnętrzny kształt kompozytowego korpusu dostosowany do zewnętrznej powierzchni trzpienia zaporowego 31. Fig. 15 przedstawia zdjęcie odpowiadające kompozytowemu korpusowi 130 z osnową z brązu, przy czym na wewnętrznej części kompozytowego korpusu 130 z osnową z brązu znajdują się koła zębate 131.

Przykład XI. Przykład ten ilustruje możliwość otrzymywania stosunkowo skomplikowanej struktury osnowy metalowej, przy zastosowaniu techniki tymczasowego rdzenia. Konkretnie, wykonano kratownicę z osnowy metalu na podstawie wzorca z drewna balsa. Wzorzec z drewna balsa wykonano przez sklejenie dostępnych przemysłowo listew z drewna balsa ze sobą, jak pokazano schematycznie na fig. 16a. Wzorzec z drewna balsa powleczono następnie przynajmniej dwiema powłokami warstwy srebra /P-l 140, Pep Boys, Philadelphia, PA/. Po wyschnięciu powłoki srebra, wzorzec z drewna balsa przymocowano do dna papierowego pudełka, mającego wymiary około 127 mm na około 51 mm na około 25 mm wysokości za pomocą wazeliny /yaselineR Cheeseborough-Pond’s, Inc., Greenwich, CT/.

Po połączeniu części wzorcowej z papierowym pudełkiem, przygotowano mieszaninę na formę zaporową przez zmieszanie wagowo około 1 części krzemionki koloidalnej /NYACOl^r 2040 NH4A, Nyacol Products, Ashland, MA/, około 2 części AI2O3 o ziarnistości 500 /38 Alundum, Norton Co., Worcester, MA/, około 1 część AI2O3 o ziarnistości 220 /38 Alundum, Norton Co., Worcester, MA/ i około 0,2 części wody. Ta mieszanina zaporowa, po usunięciu

166 555 piany i odpowietrzeniu, została zalana na wzorcową część z drewna balsa i pozostawiona do utwardzenia przez około 2 godziny w temperaturze pokojowej. Po około 2 godzinach zebrano ręcznikiem nadmiar wody z mieszaniny zaporowej i na powierzchnię odlewu wysypano AI2O3 o ziarnistości 220 /38 Alundum, Norton Co., Worcester, MA/ dla odsączenia pozostającego nadmiaru wody. Następnie umieszczono mieszaninę zaporową otaczającą część wzorcową z drewna balsa z chłodziarce i przetrzymano ją przez około 8 godzin w temperaturze około -18°C. Następnie utwardzony materiał zaporowy otaczający część wzorcową umieszczono przez około 1 godzinę w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, w temperaturze około 1O00°C. W trakcie tej godziny przy około 1000°C drewno balsa wypaliło się, tworząc wewnętrzną wnękę w zaporowej formie. Po wyjęciu z pieca, pozostawiono formę zaporową do ochłodzenia i wydmuchano resztki drewna balsa z wnętrza formy. Formę zaporową przycięto na rozmiar dopasowany do wnętrza opisanego nieprzepuszczalnego pojemnika. Następnie do formy zaporowej zalano mieszaninę powłokową, zawierającą wagowo około 50% wermikulitu koloidalnego /Microlite No. 903, W.R. Grace i Co., Lexington, MA/, i około 50% wody. Ta mieszanina powłokowa została pozostawiona w wypalonej formie zaporowej przez około 2 minuty, w trakcie których utworzyła się powłoka na formie. Następnie powleczoną formę zaporową umieszczono w piecu, ustawionym na około 60°C przez około 2 godziny. Po około 2 godzinach przy około 60°C powleczoną formę zaporową wypalono przy około 1000°C przez około 1 godzinę.

Powleczona forma zaporowa została następnie umieszczona w nieprzepuszczalnym pojemniku wykonanym ze stali nierdzewnej typ 304, rozmiar 16 /1,6 mm grubości/, mającym wewnętrzne wymiary około 125 mm długości na około 36 mm szerokości i około 43 mm głębokości. Następnie przestrzeń pomiędzy powleczoną formą zaporową a stalowym pojemnikiem wypełniono złożem zawierającym AI2O3 o ziarnistości 500 /38 Alundum, Norton Co., Worcester, MA/. Powleczoną formę zaporową wypełniono materiałem wypełniacza, zawierającym AI2O3 o ziarnistości 220 /38 Alundum, Norton Co., Worcester, MA/.

Formę zaporową wypełnioną materiałem wypełniacza pokryto następnie kawałkiem grafitowej folii /PERMA-FOIL^ TT America, Portland, OR/. Stopiono metal osnowy zawierający dostępny przemysłowo stop glinu oznaczony 6061 ze stopionym około 4% wagowo magnezem, i zalano go do stalowego pojemnika na grafitową folię, pokrywając tym samym materiał wypełniacza w formie zaporowej. Następnie na płynny metal osnowy zasypano sproszkowany B2O3 i układ ten umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ustawionym na około 850°C. Przez około 15 minut B2O3 uległo stopieniu, odgazowaniu i utworzyło nie przepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano przy około 950°C przez dodatkowe około 2 godziny,po czym układ wraz z zawartością wyjęto z pieca i umieszczono na chłodzonej wodą miedzianej płycie chłodzącej dla ukierunkowanego krzepnięcia kompozytu z metalową osnową.

Pojemnik ze stali nierdzewnej w temperaturze pokojowej odcięto od zakrzepniętego resztkowego metalu osnowy i powleczonej formy zaporowej. Stwierdzono, że grafitowa taśma ułatwiała oddzielanie karkasu metalu osnowy od korpusu kompozytowego z metalową osnową. Następnie powleczoną formę zaporową umieszczono w maszynie do piaskowania i poddano ją piaskowaniu, uzyskując czysty kształt kratownicy, zbudowanej z aluminiowego kompozytu z metalową osnową. Na fig. 16b pokazano zdjęcie odpowiadające kratownicy 141 stanowiącej kompozyt z metalową osnową w postaci aluminium, wykonany według tego przykładu.

Przykład XII. Przykład ten ilustruje wytwarzanie stosunkowo skomplikowanej strukturze osnowy metalu, przy zastosowaniu techniki traconego wosku. Konkretnie, wykonano na podstawie wzorca kratownicę z osnowy metalu. Wzorzec 140, pokazany na fig. 16a, był wykonany przez sklejenie listew z regularnych taśm woskowych /165, Freeman Co., Belleville, NJ/. Następnie woskowy wzorzec umieszczono w pojemniku ze stali nierdzewnej, mającym długość około 152 mm, szerokość około 51 mm i wysokość około 51 mm. Do stalowego pojemnika na woskowy wzorzec zalano mieszaninę zaporową, zawierającą wagowo około 50% cementu aluminianu wapnia /Secar 71, Lafarge Calcium Aluminates, Chesapeake, VA/ i około 50% AI2O3 o ziarnistości 500 /39 Alundum, Norton Co./, i wystarczającą ilość wody dla uzyskania lejności mieszaniny zaporowej, do poziomu wysokości woskowego wzorca.

166 555

Po wystarczającym zestaleniu mieszaniny zaporowej w stalowym pojemniku i wokół woskowego wzorca, woskowy wzorzec usunięto przez najpierw umieszczenie układu w piecu ustawionym na około 150°C przez około 3 godziny i wytopienie woskowego wzorca. Następnie układ umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu z atmosferą powietrza, ustawionym na około 800°C przez około 1 godzinę dla wypalenia jakiegokolwiek resztkowego wosku pozostałego po wytopieniu dla uzyskania negatywowej skorupy zaporowej kratownicy wzorcowego wosku. Przestrzeń w skorupie zaporowej została wypełniona materiałem wypełniacza, stanowiącym SiC o ziarnistości 90 /39 Crystolon, Norton Co./. Do stalowego pojemnika na skorupę zaporową wypełnioną materiałem wypełniacza zalano płynny metal osnowy w postaci aluminium zawierający wagowo około 7,5-9,5% Si, 3,0-4,0% Cu, < 2,9% Zn, 0,2-0,3% Mg, < 1,3% Fe, < 0,5% Mn, < 0,35% Sn i Al wyrównawczy, na głębokość około 13 mm. Następnie zastosowano proszek B2O3 dla zasadniczo całkowitego przykrycia powierzchni płynnego metalu osnowy w postaci aluminium. Układ, zawierający pojemnik ze stali nierdzewnej wraz z zawartością, umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu z atmosferą powietrza, przy około 850°C. Po około 4 godzinach przy około 850°C, w trakcie których B2O3 uległ zasadniczo stopieniu, odgazowaniu i utworzył nie przepuszczające gazu uszczelnienie, układ wyjęto i ochłodzono do temperatury pokojowej. Układ rozłożono i usunięto skorupę zaporową za pomocą piaskowania dla odsłonięcia kompozytowej kratownicy z aluminiową osnową.

Przykład XIII. Powtórzono sposób według przykładu I dla wykonania wirnika pompy, mającego zewnętrzną średnicę około 89 mm, z tym że zastosowano odmienny metal osnowy, temperaturę procesową i skorupę zaporową. Skorupę zaporową wykonano z mieszaniny, zawierającej wagowo 2 części AI2O3 o ziarnistości 500 /38 Alundum, Norton Co./, 1 część AI2O3 o ziarnistości 90 /38 Alundum, Norton Co./ i 1 część koloidalnego tlenku glinu /Bluonic A, Wesbond Corp., Wilmington, DE/. Metal osnowy 13 stanowił stop brązu, zawierający wagowo około 6% Si, około 1% Fe 1 miedź wyrównawczą, zaś materiał wypełniacza 11 stanowił SiC o ziarnistości 90 /39 Crystolon Norton, Co./. Układ 40 umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu z atmosferą powietrza, ustawionym na około 1100°C i infiltrowano materiał wypełniacza metalem osnowy przez około 3,5 godziny. Na fig. 17 pokazano zdjęcie przedstawiające wirnik 150 z osnową z brązu, wytworzony według tego przykładu.

166 555

Fig 2

166 555

t L 9 - 4

166 555

Fig- 5

Fig- 6

166 555

LiS- 7

Fis- 8

166 555

FlS- 9α

b iq- Qh

166 555

160

t±g- 10α

166 555

LiS- IOb

LiS- Ho

FiS - I Ib

Fig. 12

100

166 555

F19- 14

166 555

t±9- 15

166 555

t±9-16α

LL9- 17

166 555

Figi- ι

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 1,00 zł.

Claims (41)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania kształtowego korpusu kompozytowego z metalową osnową, znamienny tym, że zestawia się układ reakcyjny, złożony z metalu osnowy, atmosfery reakcyjnej, nieprzepuszczalnego pojemnika, przepuszczalnej masy zawierającej co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej luźną masę wypełniacza i formę wstępną wypełniacza oraz środka zaporowego kontaktującego się z przynajmniej częścią co najmniej jednej powierzchni przepuszczalnej masy i przynajmniej częściowo oddalonego od metalu osnowy dla ustanowienia co najmniej jednej powierzchni kształtowego korpusu kompozytowego z metalową osnową, a następnie tak zestawiony układ reakcyjny uszczelnia się względem atmosfery otoczenia, zewnętrznej w stosunku do układu reakcyjnego, stosując co najmniej jedno uszczelnienie wybrane z grupy obejmującej uszczelnienie zewnętrzne, samoistne uszczelnienie fizyczne i samoistne uszczelnienie chemiczne, tak że doprowadza się do różnicy ciśnień między tą atmosferą reakcyjną i atmosferą otoczenia, po czym uszczelniony układ reakcyjny ogrzewa się dla stopienia metalu osnowy i przynajmniej częściowego infiltrowania przepuszczalnej masy płynnym metalem osnowy aż do tego środka zaporowego, przez co wytwarza się kształtowy korpus kompozytowy z metalową osłoną, mający co najmniej jedną powierzchnię wyznaczoną przez ten środek zaporowy.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uszczelnia się układ reakcyjny przez odizolowanie całkowite atmosfery reakcyjnej od atmosfery otoczenia.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas przynajmniej części infiltrowania płynnego metalu osnowy w głąb przepuszczalnej masy aż do środka zaporowego wywołuje się różnicę ciśnień.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal osnowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej aluminium, magnez, brąz, miedź i żeliwo.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w układzie reakcyjnym stosuje się co najmniej jeden środek zwiększający zwilżalność wypełniacza przez metal osnowy.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w układzie reakcyjnym stosuje się co najmniej jeden środek ułatwiający uszczelnienie.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze jako uszczelnienie zewnętrzne stosuje się co najmniej jeden materiał szklisty.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako samoistne uszczelnienie chemiczne stosuje się produkt reakcji metalu osnowy i atmosfery otoczenia.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako samoistne uszczelnienie fizyczne stosuje się zwilżanie nieprzepuszczalnego pojemnika metalem osnowy.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako samoistne uszczelnienie chemiczne stosuje się produkt reakcji metalu osnowy i nieprzepuszczalnego pojemnika.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przeprowadza się reakcję przynajmniej części atmosfery reakcyjnej z co najmniej jednym materiałem z grupy obejmującej materiał osnowy, materiał wypełniacza i materiał nieprzepuszczalnego pojemnika.
12. 12. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że środek zwiększający zwilżalność stapia się z metalem osnowy.
13. 13. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że jako środek zwiększający zwilżalność stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej magnez, bizmut, ołów i cynę, zaś jako metal osnowy stosuje się aluminium.
14. 14. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że jako środek zwiększający zwilżalność stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej selen, tellur i siarkę, zaś jako metal osnowy stosuje się brąz i/lub miedź.

    166 555
15. 15. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że środek zwiększający zwilżalność doprowadza się ze źródła zewnętrznego.
16. 16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się nieprzepuszczalny pojemnik zawierający środek zaporowy.
17. 17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek zaporowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej metal, ceramikę, kompozyt ceramiczny i glinę.
18. 18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się środek zaporowy odporny na infiltrację w warunkach procesu, korzystnie w postaci materiału cząsteczkowego.
19. 19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek zaporowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej węgiel, grafit, dwuborek tytanu, gips modelarski, tlenek glinu i krzemionkę.
20. 20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek zaporowy stosuje się materiał niezwilżalny metalem osnowy.
21. 21. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się środek zaporowy zawarty wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika.
22. 22. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek zaporowy nakłada się na co najmniej jedną powierzchnię przepuszczalnej masy przez malowanie, zanurzanie, sitodruk i/lub rozpylanie.
23. 23. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako środek zaporowy stosuje się elastyczny arkusz grafitowy przylegający do co najmniej jednej powierzchni przepuszczalnej masy.
24. 24. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się środek ułatwiający oddzielanie kształtowego kompozytu z metalową osnową od nieprzepuszczalnego pojemnika lub środka zaporowego albo od metalu osnowy.
25. 25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że jako środek ułatwiający oddzielanie stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej grafit, tlenek boru i cynę.
26. 26. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że środek ułatwiający oddzielanie stosuje się środku zaporowym.
27. 27. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się przepuszczalną masę zawierającą co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej proszki, płatki, płytki, mikrokuleczki, kryształki, pęcherzyki, włókna, cząsteczki, maty włókniste, cięte włókna, kulki, granulki, rurki i tkaniny ogniotrwałe.
28. 28. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się przepuszczalną masę zawierającą co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenki, węgliki, borki i azotki.
29. 29. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał nieprzepuszczalnego pojemnika stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej ceramikę, metal, szkło i polimer.
30. 30. Sposób według zastrz. 29, znamienny tym, że jako materiał nieprzepuszczalnego pojemnika stosuje się tlenek glinu lub węglik krzemu.
31. 31. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako atmosferę reakcyjną stosuje się atmosferę zawierającą tlen i/lub azot.
32. 32. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal osnowy stosuje się aluminium, zaś jako atmosferę reakcyjną stosuje się powietrze, tlen lub azot.
33. 33. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal osnowy stosuje się co najmniej jeden materiał z grupy metalu osnowy w postaci brązu, metalu osnowy w postaci miedzi i metalu osnowy w postaci żeliwa, zaś jako atmosferę reakcyjną stosuje się powietrze, tlen lub azot.
34. 34. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się temperaturę układu reakcyjnego wyższą niż temperatura topnienia metalu osnowy, lecz niższą niż temperatura ulatniania metalu osnowy i temperatura topnienia wypełniacza.
35. 35. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal osnowy stosuje się aluminium, zaś jako wypełniacz stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmujący tlenki, węgliki, borki i azotki.

    166 555
36. 36. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że układ reakcyjny ogrzewa się do temperatury około 700°C - 1000°C dla metalu osnowy w postaci aluminium, do około 1050°C - 1125°C dla metalu osnowy w postaci brązu lub miedzi i do około 1250°C - 1400°C dla metalu osnowy w postaci żeliwa.
37. 37. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krzepnięcie utworzonego korpusu kompozytowego z metalową osnową ukierunkowuje się.
38. 38. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wypełniacz stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenek glinu, węglik krzemu, cyrkon, azotek tytanu, węglik boru i ich mieszaniny.
39. 39. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako uszczelnienie zewnętrzne stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej szkła borowe, szkła krzemowe i B2O3, który przynajmniej częściowo stapia się podczas przynajmniej części okresu infiltrowania.
40. 40. Sposób według zatrz. 1, znamienny tym, że jako środek zaporowy stosuje się formę zawierającą co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenek glinu, wermikulit, grafit, gips modelarski i stal nierdzewną.
41. 41. Sposób według zastrz. 40, znamienny tym, że formę stosuje się w charakterze nieprzepuszczalnego pojemnika.