PT830329E - Metodo para o fabrico de um material composito - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODO PARA O FABRICO DE UM MATERIAL COMPÓSITO"

Esta invenção refere-se a um método de fabricar um material compósito, em particular uma cerâmica ou afim, contendo material compósito, bem como um material compósito. O uso da cerâmica, em aplicações onde convencionalmente eram usados metais, aumentou recentemente de maneira marcante. As razões para este facto são, por exemplo, várias propriedades dos materiais que foram claramente melhoradas, como a resistência ao desgaste, a dureza, a resistência à corrosão, o módulo de elasticidade, a estabilidade dimensional, a resistência química e a resistência ao calor. Contudo, uma das importantes desvantagens do uso de matérias cerâmicas é a de serem relativamente frágeis. Além disso, a sua resistência aos choques térmicos é fraca. Ainda por cima, os bons compostos de cerâmica são relativamente dispendiosos. Como consequência, as áreas de aplicação possíveis dos compósitos cerâmicos são limitadas.

Para evitar estas desvantagens, foram apresentadas certas propostas para o fabrico desse tipo de compósitos com propriedades melhoradas. O pedido de patente europeia 0.378.500 descreve um método de fabricar um material compósito de metal infiltrado que compreende produtos de reacção do metal com boro e/ou carbono. Para esse fim, a partir de uma matéria dadora de boro e uma matéria dadora de carbono, forma-se um intermediário autónomo de porosidade relativamente elevada, pelo qual se formam ligações entre as partículas de matéria, por exemplo, durante a sinterização do inter- -2- mediário. A partir daí, o intermediário é colocado em contacto com um metal de base fundido, de maneira e durante um tempo adequados para se obter uma infiltração reactiva. O espaço existente entre as partículas mutuamente ligadas é, por consequência, preenchido com o metal e o todo é mantido a uma temperatura adequada durante um tempo apropriado, de maneira a pelo menos formarem-se ligações químicas entre o boro e o metal, o carbono e o metal e o boro e/ou o carbono e o metal. Em resultado da infiltração reactiva, forma-se um material compósito com partículas mutuamente ligadas ao metal residual existente entre elas.

Neste método, as ligações entre as diferentes partículas são efec-tuadas parcialmente antes da infiltração. Como resultado, forma-se um produto de base com uma densidade relativamente elevada e partículas relativamente grosseiras, pelo que o produto não adquire uma rede porosa completamente aberta. Qualquer porosidade fechada presente no produto não é removida e, portanto, não é preenchida com metal durante a infiltração. As partículas não estão inteiramente rodeadas pelo metal de maneira que não se obtém uma matriz completamente contínua onde estejam embutidas as partículas. Além disso, as propriedades dos materiais de partida alteram-se consideravelmente em resultado das reacções químicas. A Patente US 4.879.262 descreve um método de fabricar compostos e em particular compostos contendo boro, usando a síntese de combustão de compostos de boreto e de compósitos. Para esse efeito, faz-se a composição de uma mistura adequada de pelo menos um primeiro componente, rico em B4C, e um segundo componente, rico em B4C/TiB2, e é aquecida de maneira a se obter uma inclusão máxima do relativamente leve B4C no relativamente pesado B4C/TiB2, após o que se efectua na mistura uma combustão auto-sustentada de maneira que suija uma densificação da matriz como resultado da reacção química. A densificação não é máxima, por forma a deixar uma estrutura porosa. -3-

Seguidamente, o compósito poroso obtido é infiltrado com metal líquido, por exemplo, alumínio. Como resultado, forma-se um compósito de densidade relativamente elevada. Faz-se notar que, desta maneira, podem também obter-se outros compósitos, desde que neles se possa gerar uma frente de combustão auto-sustentada.

Este método apenas pode ser usado com combinações específicas de materiais de partida, enquanto além disso for necessário aquecer antes da combustão para se obter uma boa densificação. Seguidamente, obtém-se uma divisão relativamente grosseira das partículas, enquanto as partículas estiverem frequentemente em contacto mútuo. Qualquer porosidade presente, que possa ou não ter surgido durante a reacção, não é evitada, reduzida ou removida neste método conhecido. Não é formada nenhuma rede porosa completamente aberta, de maneira que as partículas não podem ser completamente rodeadas pelo metal. Além disso, como resultado das reacções químicas que ocorrem, as propriedades dos materiais de partida modificam-se. O pedido de patente europeia 0.207.371 descreve um método de fabricar compósitos, no qual os pós são dinamicamente densificados até uma densidade relativa muito elevada. O choque induzido por um explosivo e/ou chapa de batimento neste método deve ser tão elevado que provoque a sinteriza-ção exotérmica dos pós. As ligações químicas e as ligações plásticas possíveis entre as partículas de pó são assim formadas de maneira que se obtém uma rede fechada de, por exemplo, metais, óxidos e afins, e uma densidade substancialmente compacta.

Neste método deve ser induzido um choque muito forte, de tal maneira que os pós de partida iniciem numa reacção química exotérmica. Como resultado, a composição e, por conseguinte, as propriedades químicas e mecânicas -4- \ ^taPca=asee*« ....... | da mistura alteram-se. Além disso, obtém-se uma rede contínua de partículas de cerâmica fixamente ligadas umas às outras, partículas essas que, portanto, não estão embutidas noutro material que forme uma matriz contínua. Como resultado, o material obtido não tem uma resistência óptima a, por exemplo, choques térmicos e é insuficientemente robusta. Além disso, só os pós de partida capazes de estabelecer entre si as desejadas reacções exotérmicas podem ser usados. O objecto da invenção é fornecer um método do tipo aqui descrito no parágrafo de abertura, em que um material em pó, relativamente frágil, preferivelmente partículas de cerâmica, no compósito é substancialmente pelo menos praticamente completamente embutido numa matriz de uma segunda matéria que, por infiltração, é introduzida num produto formado pelo material relativamente frágil, com uma rede porosa completamente aberta. (Este objecto é solucionado pelo método reivindicado na reivindicação 1.)

Nesta descrição, deve entender-se que compactação por onda de choque, também referida como “compactação explosiva’? ou “densificação por choque”, significa: densificar um material usando ondas de choque. A título de comparação faz-se referência a R. Priimmer, “Ber. Dt. Keram. Ges. 50”, páginas 75-81,(1973).

Pela compactação por onda de choque do material frágil de acordo com a invenção, obtém-se um produto de densidade relativamente elevada que tem uma estrutura porosa completamente aberta. Significa isto que as partículas estão densamente empilhadas sem formarem quaisquer ligações fixas entre elas. Consequentemente, por meio de infiltração, a rede porosa pode ser preenchida com uma segunda matéria, por exemplo, metal líquido ou matéria similar. Preferivelmente, usa-se a infiltração capilar. Devido ao facto de o produto formado ter um rede contínua porosa aberta, as partículas podem ser completamente cir- -5- cunfundidas com metal. Assim, obtém-se uma matriz contínua da segunda matéria, na qual as partículas quebradiças estão completamente embutidas, em resultado do que se obtêm as propriedades desejadas.

Num modelo de realização preferido, o método de acordo com a invenção é caracterizado pelo facto de o material frágil ser pré-densificado antes da compactação por onda de choque. Essa pré-densificação pode ocorrer de diferentes maneiras, por exemplo, comprimindo os pós de partida usando técnicas de vibração, por densificação do sedimento ou afim, ou pelas combinações de técnicas diferentes. Em certos casos, verter o material frágil para dentro de um molde pode determinar uma densificação prévia apropriada.

Durante a compactação por onda de choque, em particular a pressão e a duração de tecto de impulso que ocorrem no produto previamente densificado também fornecem energia de menos para que se formem ligações entre as partículas individuais de pó. Por outro lado, obtém-se uma elevada densidade de pó, de por exemplo 80 a 90% da densidade teórica máxima (TMD). Quando, nesta descrição, é usado o termo “densidade”, pretende-se significar a densidade baseada na TMD, excepto se houver indicação em contrário. Obtém-se esta densidade elevada apesar de o material de partida (cerâmica) ser frágil. Durante a compactação por onda de choque, em resultado de uma passagem da onda de choque, surgem tensões muito elevadas nos pontos de contacto das diferentes partículas. Como resultado, uma grande parte das partículas, e preferivelmente substancialmente todas as partículas, irão partir-se. De acordo com a invenção, as sub-partículas assim formadas virão a ficar mais próximas umas das outras, de maneira que a densidade aumenta. Além disso, os poros fechados, se os houver, são abertos como resultado das partículas que se partem e fendem. Assim, forma-se uma rede porosa substancialmente completamente aberta de canais muito finamente divididos. Com efeito, em resultado da elevada concentração de -6- esforço em redor dos poros fechados, as primeiras a quebrar serão precisamente as partículas que lhes estão adjacentes. Em conformidade, durante a compacta-ção por onda de choque, a partir de pós com partículas relativamente grandes, obtém-se um pó de elevada densidade consistindo em partículas de pó muito finas, de forma irregular, tendo entre elas uma rede de canais contínuos e muito ramificados, de forma irregular. A porosidade é substancialmente completamente aberta.

Por infiltração, toda a rede de canais é preenchida com uma segunda matéria. Preferivelmente, esta segunda matéria é relativamente robusta em relação ao material frágil. A título de exemplo, refere-se um metal como o alumínio. Como resultado da ruptura das partículas durante a compactação por onda de choque, as partículas (de matéria) relativamente frágeis adquirem uma superfície total muito grande que entra em contacto com a segunda matéria. Como os canais ficam substancialmente completamente preenchidos com a segunda matéria, as partículas não podem separar-se sem, por isso mesmo, transmitir tensões à relativamente robusta segunda matéria ligante. Como resultado, o compósito adquire uma robustez que se aproxima da robustez da matéria ligante. Além disso, a matéria ligante, infiltrada, em particular quando são usados metais, proporciona uma boa condutividade térmica de maneira que se evita a ocorrência de grandes concentrações de tensão no material compósito durante os aquecimento e arrefecimento extremos. Como resultado, são evitadas as termo-fissuras, certamente numa macro-escala. Significa isto que o material de agregado composto obtido é robusto e tem uma elevada resistência ao choque térmico.

Ao aquecer o material compósito ultrapassando a temperatura de fusão do material infiltrado, este infiltrante pode, em parte, sair dos canais e formar pingos sobre a superfície aquecida do material compósito. Ao aquecer acima da temperatura de ebulição, formará uma almofada gasosa sobre ela que evitará o -7- aquecimento adicional da superfície por condução. Como resultado, a fusão das próprias partículas relativamente frágeis (de material) é contrariada.

Como o material infiltrado se localiza em canais relativamente estreitos, muito tortuosos, e os preenche inteiramente, em grande parte fica também retido nos canais em condição líquida, como resultado de, entre outras coisas, atracção capilar. Devido à proporção entre grande área de superficie/volume das próprias partículas de material frágil, forma-se uma forte e robusta ligação entre as partículas de pó por meio do material infiltrado. Como resultado, o compósito assim obtido tem uma elevada resistência à força de tracção.

Se, como segunda matéria, for usado um material diferente que, por exemplo, tenha uma robustez comparável à do material frágil, como outra matéria cerâmica ou um plástico como um monómero ou olígomero que, após infiltração se converta num (co)polímero, então obtém-se um compósito com outras propriedades favoráveis, por exemplo, extrema resistência ao impacto, além de um baixo peso e densidade elevada. Nesse caso, a polimerização pode, preferivelmente ser iniciada a partir de fora, por exemplo, por luz ou calor. Assim, usando o método de acordo com a invenção, pode formar-se uma variedade de compósitos com diferentes propriedades, como se desejar.

Outros vantajosos modelos de realização de métodos de acordo com a invenção, estão descritos nas reivindicações 3-10 e na descrição dos desenhos. A invenção refere-se ainda a um material de composto agregrado como reivindicada na reivindicação 11, compreendendo partículas de cerâmica e/ou metal relativamente frágil embutidas numa matriz contínua de uma segunda matéria, susceptível de ser obtida de acordo com um método da invenção, e um -8- produto manufacturado a partir desse material compósito, como reivindicado na reivindicação 12. O material compósito distingue-se dos compósitos conhecidos pela sua micro-estrutura, pela presença de um grande número de frágeis superfícies de fractura separadas entre si por estreitos canais, formando em conjunto uma rede de fina malha de canais estreitos cujo diâmetro médio é, tipicamente, de poucas centenas de nanómetros. O volume percentual de cerâmica ou de outro material frágil está então entre 95 e 50 e, preferivelmente, entre 90 e 70.

Para esclarecer a invenção, um número de modelos de realização exemplares do método e do produto de acordo com a invenção são descritos fazendo-se referência aos desenhos, nos quais: A Fig. 1 é uma perspectiva em corte de um primeiro exemplo de modelo de realização de um aparelho para compactação por onda de choque para uso num método de acordo com a invenção; A Fig. 2 é uma perspectiva em corte do aparelho de acordo com a Fig. 1 depois da detonação, durante a compactação por onda de choque; A Fig. 3A ilustra esquematicamente o material em pó antes da compactação por onda de choque. A Fig. 3B ilustra esquematicamente o material em pó depois da compactação por onda de choque mas antes da infiltração; A Fig. 3C ilustra esquematicamente o material em pó depois da compactação por onda de choque e infiltração; A Fig. 4 mostra uma perspectiva em corte de um segundo exemplo de modelo de realização de um aparelho para compactação por onda de choque para uso num método de acordo com a invenção;

As Figs. 5-12 mostram perspectivas em corte de compósitos manufacturados por meio de um método de acordo cam a invenção e produtos de partida da mesma. A Fig. 1 mostra um aparelho para a compactação de pós por meio de onda de choque. Este aparelho compreende um tubo exterior 1 e um tubo interior 2 numa disposição concêntrica. O tubo interior 2 é preenchido com o pó 3 a ser densificado, por exemplo, carboneto de boro ou diboreto de titânio. As partículas de pó são relativamente quebradiças relativamente ao material do tubo interior 2, o qual, por exemplo, é feito de alumínio ou de aço. A escolha dos diferentes materiais será adiante debatida em mais pormenor. O tubo interior 2 é fechado no fundo por um tampão inferior 4 e, no topo, por um tampão superior 5. Antes de se encher o tubo interior 2 instala-se o tampão inferior 4 e, então, introduz-se o pó 3 numa forma previamente densifí-cada no tubo interior 2, camada por camada, por exemplo por meio de vibração e estampagem. A densificação prévia pode, por exemplo, estar entre 50 e 70% TMD, mas também pode ser maior ou menor, dependendo dos materiais escolhidos e das propriedades desejadas. Depois de o tubo interior ter sido completamente preenchido com o pó previamente densificado 3, o tampão superior 5 é instalado e o tubo interior 2 é colocado no fundo do tubo exterior 1, formado por um tampão de base 6. O tubo exterior 1 tem uma altura superior ao tubo interior 2.

Em redor do tubo interior 2 e dentro do tubo exterior 1 está colocada uma quantidade de explosivo 7 (os especialistas na técnica conhecem as

matérias explosivas apropriadas, por exemplo, explosivos à base de 81,2% de nitrato de amónia (AN), 10% de TNT e 8,8% de AI (AMPA 2, uma mistura fabricada na TNO-PML) e Triamite 80% AN, 19,8% de TNT e 0,2% de Al), suficiente para contornar todo o tubo interior 2, excepto no lado inferior. Portanto, uma camada de matéria explosiva 7 é igualmente colocada por cima do tampão superior 5. Depois do tubo exterior 1 ter sido completamente preenchido, é fechado com uma tampa 8 na qual está incluído um sistema de detonação 9 para a matéria explosiva 7. A tampa 8 é devidamente instalada no tubo exterior 1.

Quando o sistema de detonação 9 é energizado e se faz com que a matéria explosiva 7 expluda, produz-se uma onda de detonação dentro do tubo exterior 1, que se propaga de cima para baixo e gera, em consequência, ondas de choque no tubo interior 2 e no pó 3, que se propaga para dentro, em resultado do que o tubo interior 2 e o pó 3 são comprimidos e o pó é, assim, densificado. Na Fig. 2 esta situação já foi conseguida na parte superior do tubo interior 2. No modelo de realização apresentado na Fig. 2, o tubo exterior 1 foi dobrado para fora durante a compactação por onda de choque mas, quando se utilizou um material diferente e/ou uma forma diferente, também pode manter-se intacto. O tubo interior 2 pode, opcionalmente, ser perdido durante a compactação por onda de choque ou ser subsequentemente removido por meios mecânicos ou outros mas, num modelo de realização preferido, é preservado em redor do pó para uso durante o subsequente passo de infiltração.

Devido ao facto de a frente da onda de choque, a que envolve as ondas de choque que se movem para dentro, por vezes referida como a onda de choque, se propagar substancialmente em direcção radial no tubo interior 2 e na quantidade de pó 3 aí recebida, a energia que é fornecida a cada partícula man-tém-se aproximadamente tão grande, visto a perda de energia aquando da penetração no pó ser substancialmente compensada pela redução da respectiva área - 11 - transversal à medida que a frente da onda se aproxima do centro do tubo interior 1. Como resultado, a energia por volume de pó mantém-se aproximadamente a mesma sobre toda a secção transversal do tubo interior 2 e do pó 3, de maneira a se obter pelo menos uma densificação substancialmente uniforme.

Os parâmetros da onda de choque a ser induzida pela explosão ou por outro meio, tais como a duração de tecto de impulso e a altura de impulso, e a pressão a ser gerada, são escolhidos dependendo pelo menos da composição e da natureza do pó a ser densificado, da densificação desejada e da geometria do produto, enquanto, pelo menos, devem ser observadas certas condições: O pó ou mistura de pós consiste, pelo menos em parte, em partículas relativamente frágeis dispostas de maneira solta umas contra as outras, sendo as partículas preferivelmente não esféricas;

Entre as partículas, deve ser formada, ou preservada, uma rede porosa totalmente aberta;

Durante a compactação por onda de choque, as partículas são mais pressionadas umas contra as outras sem que aí se formem ligações entre as partículas separadas, nem em sentido químico nem físico;

Pelo menos algumas das partículas quebradiças fendem e/ou dividem-se em partículas mais pequenas, pelo que qualquer porosidade fechada é eliminada e pelo que se forma um sistema finamente distribuído de canais muito estreitos que, em conjunto, formam uma rede porosa aberta contínua. A título de ilustração, no que respeita a pós onde, para a formação de ligações fixas, são necessárias pressões de, por exemplo, algumas dezenas de - 12- GPa, num método de acordo coma invenção usa-se uma pressão da ordem de, por exemplo, alguns GPa. Com pós de cerâmica duros, como o carboneto de silício, o carboneto de boro e o diboreto de titânio, uma pressão de detonação adequada está entre 2 e 4 GPa. Para um diâmetro de tubo 2, por exemplo, com um diâmetro de 15 a 30 mm, uma espessura de camada explosiva adequada, uma medida para a duração de tecto de impulso, é de 0,5 - 2 vezes o diâmetro do tubo 2.

No tubo interior 2, antes ou durante a introdução do pó 3, podem ser dispostos um ou mais núcleos em redor dos quais o pó é densificado. Os núcleos podem ser sólidos ou ocos e podem ter diferentes composições. A Fig. 3A ilustra esquematicamente o pó 3 antes da compactação por onda de choque opcionalmente após a densificação prévia, e a Fig. 3B ilustra esquematicamente o pó 3 depois da compactação por onda de choque. As micro-fissuras e as superfícies de fractura, designadas por 11 na Fig. 3B, que se formaram nas partículas 10 em resultado da compactação por onda de choque, e a areia 11a formada pela compactação por onda de choque e recolhida entre as partículas 10, são claramente visíveis. Como resultado, formou-se uma rede porosa inteiramente aberta de canais 12 entre as partículas 10. Uma rede de canais 12a foi igualmente formada entre as partículas 10. Uma rede de canais 12a foi igualmente formada entre e em redor areia 11a que se produziu.

Depois da compactação por onda de choque do pó 3 no tubo interior 2, este foi retirado do tubo exterior 1 ou dos seus restos e, como um todo ou em partes, colocado num forno ou afim (não representado), em que o tubo interior 2 contendo o pó é aquecido durante certo tempo, preferivelmente sob um gás de protecção, até exceder a temperatura de fusão da matéria do tubo interior 2 e/ou do núcleo. Como resultado, a matéria 14 do tubo interior 2 e/ou o núcleo - 13- liquefaz-se e, como resultado de um comportamento de fluxo e de uma acção capilar, irá fluir para dentro da rede porosa aberta de canais 12 entre as partículas 10 e dos canais 12a em redor a areia 11a, de maneira que as partículas 10 e a areia saibro 11a fiquem completamente embutidas numa matriz 13 da matéria do tubo interior 2 e/ou do núcleo, como representado na Fig. 3C.

Toda a rede porosa aberta 12 e 12a é completamente preenchida com a matéria 14 do tubo interior 2 e/ou do núcleo, formando-se uma superfície de contacto muito grande entre as partículas 10 e o referido material de enchimento 14, visto as partículas 10 se terem tomado muito pequenas e terem sido divididas a partir de partículas frágeis. Quando se carrega o material formado, as partículas não se conseguem separar sem que a matriz do material de enchimento 14 absorva pelo menos as tensões de tracção e de pressão, mesmo se o material de enchimento 14 se liquefizer completamente ou em parte em resultado de aquecimento durante o uso do compósito, uma vez que as partidas são então retidas pelo material de enchimento 14 como resultado da atracção capilar e das tensões de aderência que ocorrem. Por outro lado, também em forma líquida o material de enchimento 14 fica grandemente retido nos canais 12 como resultado das tensões de aderência e da referida atracção capilar. Como resultado, o material compósito é mais robusto e resistente do que os compósitos conhecidos formados a partir de partículas de tamanhos comparáveis às partículas não divididas 10 originalmente presentes nos pós.

Se, antes da compactação por onda de choque, se tiver incluído um núcleo no pó 3, este núcleo pode, opcionalmente, ser removido antes da infiltração, mas este núcleo também pode ser usado como um núcleo de fusão para o fornecimento de pelo menos uma parte do material 14 a ser infiltrado. Quando se usa um núcleo de plástico em fusão, este desaparece na altura da passagem da onda de choque em resultado de uma desintegração - nesse caso, contudo, os - 14- tampões, por exemplo, deveriam estar munidos de um dispositivo que permitisse o escape do gás que é então formado. Como consequência, por exemplo, podem ser fabricados objectos parcialmente ocos, como pedaços de tubo, que tenham sido infiltrados a partir da cavidade, enquanto que o material de infiltração pode também ser fornecido a partir da circunferência exterior, a qual pode ou não ser do mesmo material do núcleo. Se se usar, por exemplo, um núcleo de alumínio e um tubo interior de aço inoxidável 2, a uma temperatura de infiltração adequada, o núcleo de alumínio fundirá e ocasionará a infiltração do alumínio a partir do interior, enquanto que a camisa de aço inoxidável se mantém inalterada. Esta camisa pode opcionalmente, ser removida depois da infiltração. Contudo, também é possível manter a camisa em redor do material infiltrado, como um metal de suporte, e o produto a usar tal e qual como um corpo tubular. Este modelo de realização é particularmente importante quando o carboneto de boro ou o dibo-reto de titânio são infiltrados com alumínio, porque estes produtos têm um coeficiente de expansão que é, aproximadamente, o mesmo do coeficiente de expansão do aço. A infiltração da rede 12 e 12a com um material de enchimento 14 pode ser efectuada de muitas maneiras diferentes, permitindo que, em cada caso, se obtenham diferentes propriedades. Assim, pode ser usada a infiltração capilar descrita ou, por exemplo, a infiltração por gás ou a infiltração reactiva. Além disso, o material de enchimento pode ser uma matéria substancialmente inerte, relativamente robusta, ou, pelo contrário, ser uma matéria altamente reactiva com a matéria cerâmica, a qual, por exemplo, proporciona uma matriz que tem uma fragilidade correspondente à fragilidade da matéria cerâmica.

Mostraremos seguidamente por que razão se considerou que o material de infiltração 14 provém do tubo interior 2 ou de um núcleo incluído no pó 3. Contudo, também é possível fornecer o material de infiltração de maneira dif- - 15- erente, por exemplo por meio de cubos ou afins, dispostos sobre ou em redor do pó densificado 3, ou pelo fornecimento directo de matéria fundida. Ao fazê-lo, pode aplicar-se uma pressão adicional de gás para fazer com que a infiltração se processe mais depressa ou para permitir a infiltração no caso de impregnação insuficiente do material de enchimento. Além disso, para efeitos de, por exemplo, infiltração reactiva, pode ser fornecida uma matéria gasosa. Também é possível infiltrar o material de enchimento que reage na rede com um gás que tenha sido apresentado, o que induz a formação in situ de ligações entre o gás e o material de enchimento.

Em geral, o método de acordo com a invenção pode ser usado para qualquer matéria em pó relativamente frágil e para combinações de matérias em pó, por exemplo, matérias inorgânicas como: matérias cerâmicas, como óxidos frágeis, carbonetos, nitritos, bo-retos, teluretos e silicidas, diamante, grafite, vidros (cerâmicos) e hidroxi-apatite; compostos intermetálicos, como aluminidas de titânio, Ti-Al-Nb e ligas de Al-Li e vidros metálicos, cujos compostos são muitas vezes designados por pós RSP (pós solidificados rapidamente) os quais, por arrefecimento rápido da fase de fusão, retiveram a sua estrutura, muitas vezes única, micro-cristalina micro-dendrítica ou amorfa e estão numa fase metastável; e metais frágeis, como W, Mo e Be.

Materiais de enchimento típicos que podem ser usados nesta relação são, por exemplo, metais como: Ag, Cu, Sn e Zn, Al, Zr, Ti, Si, que podem ou não estar em forma pura ou com adições que façam com que a infiltração se - 16- processe mais depressa, tal como Mg e Si com Al, Cr e Ti com Cu, compostos intermetálicos como compostos Ti-Al, compostos organometálicos e vidros (cerâmicos). Além disso, é possível usar aditivos, por exemplo os chamados enchimentos, partículas que podem ou não ser de cerâmica que estão incluídas no pó de partida para se obterem propriedades particulares como tampões para a formação de fissuras. Adicionalmente, o material em pó pode ser misturado com os chamados enchimentos, significando reforços, por exemplo na forma de arames, fibras, se se desejar em forma tecida, barbas e placas, que podem fazer com que o material compósito seja ainda mais forte ou mais robusto. As barbas são pequenas fibras, na sua maioria micro-cristalinas, com um diâmetro de algumas centenas de micron até alguns microns e um comprimento de centenas de microns. Assim, possuem boas propriedades mecânicas, mas são muitas vezes consideradas um risco para a saúde. As placas podem substituí-las. As placas mono-cristalinas têm, tipicamente, uma espessura de 1 a 10 microns e uma largura de 10 a 1,000 microns.

Exemplos de materiais para arames são: W, com ou sem adição de SiC ou B4C, aço.

Exemplos de materiais em fibra: C, SiC, S13N4, B, combinações de A1203, B2O3 e Si02 ou fibras metálicas como “Fecralloy” (liga de Fe-Cr-Al-Si).

Podem também ser usadas quando cortadas em pedaços (fibras cortadas).

Exemplos de materiais de barbas são:

SiC, A1203, S13N4 e carboneto de boro, Ni. - 17-

Exemplos de materiais para placas: SiC e B4C, ZrB2.

Além disso, como material de enchimento pode, por exemplo, ser usado plástico, por exemplo, um monómero ou olígomero ou uma mistura dos mesmos, que se deixa polimerizar depois de ser incluído na rede. Como resultado, obtém-se um material particularmente resistente e leve que, por exemplo, é particularmente adequado para blindagens. Produtos cerâmicos típicos que podem ser obtidos por um método de acordo com a invenção podem ser distinguidos de acordo com o seu método de infiltração: infiltração capilar, onde substancialmente não ocorrem reacções químicas entre o material relativamente frágil e o material de enchimento: exemplos são (dependendo de uma gama de temperatura adequada): B4C - Al, TiB2-Al, Sic-Si, TiB2-Fe, diamante-Cu. infiltração reactiva

TiB2-Fe, B4C - Ti, Al203 - Ca0.Al203 e B4C - Al

HfB2-SiC -Al (Al é o material de enchimento).

Aqui, a gama de temperatura de infiltração no caso de B4C-A1 é mais elevada do que no caso que se segue que é evidenciado pela formação de boretos de alumínio, carbonetos e compostos de carboneto de boro, que podem melhorar as propriedades mecânicas como a dureza.

Com combinações particulares de matérias soltas e materiais de in-

I - 18- filtração, opcionalmente pode ocorrer uma reacção química no ponto de contacto entre as partículas de matéria solta e o material de matriz. Assim, com as técnicas de difracção de raios X demonstrou-se que ao infiltrar o B4C com alumínio se formam, até certo ponto, A14BC e AIB2.

Em infiltração reactiva, pela escolha da temperatura e/ou adições ao material de enchimento, as propriedades mecânicas e corrosivas do material compósito podem ser aumentadas, sendo um exemplo a adição de Mo, Cr, Ni e Co ao Fe. infiltração e oxidação, nitridação, in situ

Aqui, durante a infiltração, ocorrem reacções entre metal e fase gasosa presentes, de maneira que, durante a infiltração de uma grande parte ajustável, o metal é convertido num produto de reacção. Um bem conhecido exemplo é o chamado processo de Lanxide.

Exemplos de produtos que podem ser assim formados são:

Compósitos de Sic- A1203 - AI (aqui, AI é o material de enchimento e AI2O3 0 produto de reacção).

Compostos de ZrC-ZrN (aqui, Zr é o material de enchimento e ZrN o produto de reacção, azoto o gás).

Por adições do material de enchimento, por exemplo Ni, ao Al, um composto de Ni-alumínio pode (parcialmente) substituir o Al residual, de maneira que as propriedades erosivas e corrosivas do material compósito podem ser ainda mais melhoradas. - 19-

Infiltração de gás CVI (Infiltração de Vapor Químico)

Aqui, um gás reactivo infiltra-se nos poros e forma aí uma camada. Um exemplo é a formação de SiC a partir de misturas de silano e H2. Exemplos são: compósitos de B4C com C ou Sic por via da infiltração de gás.

Enchimentos de plástico

Por pirólise de, por exemplo, polímeros organometálicos contendo Si, os poros podem ser preenchidos com matérias cerâmicas como SiC e S13N4. O exemplo atrás referido de um olígomero que se deixa polimerizar até um polímero após a inclusão na rede é estireno. Não se pretende que estes exemplos sejam exaustivos e apenas servem para ilustrar as possibilidades que o método proporciona. A Fig. 4 fornece um modelo de realização alternativo de um dispositivo para efectuar a compactação por onda de choque no qual, por meio de um placa voadora? ou de batimento 20 ou sistema semelhante, se produz uma onda de choque no pó 3 colocado num molde, de maneira a alcançar a desejada densi-ficação. Com este aparelho, gera-se uma frente da onda de choque substancialmente plana mas, por esse meio, apenas podem ser fabricadas peças relativamente planas. Com efeito, perde-se uma grande quantidade de energia quando a onda de choque penetra no pó 3. Como resultado, a densificação diminui com a distância até à superfície de contacto entre o pó 3 e a placa voadora? 20. Além disso, o produto densificado pode ser ainda processado até se obter o material compósito da maneira que atrás se descreveu. -20-

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Um material compósito obtido de acordo com o método é, por exemplo, particularmente adequado como cátodo em células de redução de alumínio tal como é usado na indústria de transformação de alumínio, por exemplo na forma de boreto de titânio infiltrado com alumínio. Além disso, um método de acordo com a invenção é particularmente adequado para fabricar produtos que, durante o uso, estão expostos a elevados choques térmicos como peças de escape para motores (de foguetões), por exemplo carboneto de boro ou dibo-reto de titânio infiltrado com alumínio, enquanto que, durante a compactação por onda de choque, se coloca um núcleo de fusão no tubo interior 2, o que deixa uma passagem livre depois da infiltração. O carboneto de boro infiltrado com alumínio tem, além do mais, uma grande utilidade como material para o fabrico de varetas de controlo de neutrões. Este material de acordo com a invenção não tem o indesejado comportamento de inchar, como as varetas de carboneto de boro conhecidas. Além disso, não ocorrem as micro-fissuras nos reactores nucleares porque as partículas de carboneto de boro já foram submetidas ao passo de divisão. Relativamente a este aspecto, faz-se referência ao artigo de Stoto et al. em “J. Appl. Phys.” 68 (1990) 3198-3206.

Materiais de acordo com a invenção como carboneto de boro e di-boreto de titânio, que foram circunfundidos com alumínio prestam-se ainda, eminentemente, para uso como matérias-primas para moldes e bicos que sejam úteis para a moldação de plásticos reforçados com fibras.

Finalmente, os materiais obtidos de acordo com a ivenção são muito adequados para o fabrico de peças de queimadores, em particular T1B2-AI, e chumaceiras, em particular B4C-A1.

Usando o método de acordo com a invenção, o requerente desen- -21 - volveu materiais para uso como inserção de tubo injector para motores de foguetão.

Dois dos cermet (compósitos de cerâmica-metal) obtidos de acordo com a invenção consistem de tubos de carboneto de boro densificados por choque e infiltrados com alumínio (BORCAL) e diboreto de titânio (TIBAL).

Ambos podem ser considerados como uma matriz de alumínio ou contendo alumínio (10-20% em volume) com uma ffacção muito elevada (f) de partículas de cerâmica. As propriedades físicas dos cermet, como dureza e densidade, são principalmente determinadas pela matéria cerâmica, ao passo que, por exemplo, as conduções térmica e eléctrica são substancialmente governadas pela matriz de alumínio.

Sem desejarmos limitar-nos a qualquer teoria, isto pode explicar-se pela grande diferença na condutividade do metal relativamente à matéria cerâmica.

Se a condução da matriz (km) é muito maior do que a da fase dispersa (kd) o que se segue é aplicável à condução de um compósito (kc): km » kj; kc = km (1-f) / (l+f/2)

Aqui podem considerar-se para k tanto a condutividade eléctrica como o coeficiente de condutividade térmica.

Visto, neste caso, f ser cerca de 0,85, e visto o cermet poder ser considerado como uma cerâmica dispersa numa matriz de metal, pode, portanto, esperar-se, para a condução de um compósito, que: -22- kc 0,1 km A necessidade de km » kd é aproximadamente satisfeita em ambos os tipos de condução. A condução do alumínio é excepcionalmente elevada, de maneira que, com o modelo atrás considerado, são atribuídas aos cermet propriedades de boa condutividade, inferiores às do alumínio por apenas uma ordem de magnitude. Duas observações devem aqui ser feitas. A fraca condução eléctrica do carboneto de boro em combinação com a grande tortuosidade do material compósito e a formação de fases de condutividade inferior (A14BC) e A1B2 faz com que a condução eléctrica do BOR-CAL seja inferior à do alumínio por duas ordens. Por contraste, a condução térmica do diboreto de titânio é apenas quatro vezes menor do que a do alumínio e parece poder ser melhor descrita com um modelo de condução paralelo, o que prediz uma condução de aproximadamente 0,5 vezes a do alumínio.

Mesmo se as partículas de pó forem consideradas esferas perfeitas (diâmetro d) (área superficial menor possível/proporção em volume), a superfície total ocupada pelas partículas de um pó por massa unitária (a superfície A específica), é ainda muito grande: A = 6/dp (sendo p a densidade)

Os pós de partida, por exemplo misturas trimodais, têm um tamanho médio de partícula de 50 pm, a densidade do carboneto de boro (B4C) e diboreto de titânio (TiB2) é de 2510 e 4500 kg/m3, respectivamente, de maneira que a sua superfície específica é de 0,05 e 0,03 m /g, respectivamente. A superfície específica dos pós densificados por choque aumentou relativamente ao do material de partida por meio da ruptura das partículas durante a compactação por -23- ewaaa onda de choque (decréscimo de d). Nessas circunstâncias, dependendo da forma, da rugosidade da superfície e, se for caso disso, da porosidade aberta das partículas, a superfície específica é, em realidade, muito maior. O pó de partida TiB2, por exemplo, tem uma superfície específica de BET? de 0,2-0,6 m2/g, enquanto que o material compósito TIBAL e BORCAL, medido com porosimetria de mercúrio, produz uma superfície específica de 0,8-1 e 1-2 m2/g, respectiva-mente.

Nos cermet que aqui são considerados, o volume de poro é inteiramente preenchido com alumínio, de maneira que a superfície muito grande de partícula específica está agora em contacto com o alumínio. A boa condução térmica combinada com a grande superfície à qual pode ser transmitido calor, faz com que as alterações de temperatura no compósito se processem homogeneamente. Não surgem grandes gradientes de temperatura e, por isso, mantêm-se ausentes as grandes tensões térmicas e os cermet têm um boa resistência ao choque térmico.

Com o aquecimento homogéneo dos cermet, a diferença nos coeficientes de expansão do alumínio e da cerâmica conduzem a tensões numa escala de microns? que são libertadas pela formação e pelo correr de deslocações (deformação plástica) através do alumínio nesse ponto. O alumínio está sujeito a uma tensão muito baixa que é tanto menor quanto maior é a temperatura.

Ao atingir a temperatura de fusão do alumínio (Tm = 660 °C), o aumento da temperatura perante o aquecimento é temporariamente interrompido porque a esta temperatura a energia fornecida é usada para a transição de fase (s-1). A fusão do alumínio é acompanhada por uma expansão de volume e, devido ao facto de o alumínio estar agora presente como um líquido, não pode -24- adsorver quaisquer tensões de corte e começa a fluir. Flui através dos poros do pó densificado e flui para fora da superfície livre do cermet, o que conduz ao aparecimento de muitas gotículas de alumínio na superfície. Se se aumentar a temperatura ainda mais, (uma fracção de) o alumínio flui para fora através dos poros devido ao maior coeficiente de expansão do alumínio líquido relativamente ao da cerâmica.

Nos testes L* (em que o material está exposto aos gases de saída de um combustível sólido para foguetões), o compósito, em qualquer caso localmente, atinge o ponto de ebulição do alumínio (Tk = 2500 °C). Tal como acontece com o ponto de fusão, dá-se de novo uma transição de fase (1-g) que ocasiona um “plateau” de temperatura provocado pela energia de evaporação exigida. O alumínio gasoso protege a superfície do cermet do ambiente (a fonte de calor, ou seja, os produtos de combustão do combustível sólido), de maneira que se forma uma “almofada de gás” de isolamento o que evita o aquecimento adicional por condução, comparável a um mecanismo de protecção térmica ablativa (TPS) ou um pingo sobre uma chapa quente. Desde que o alumínio líquido alcance a superfície e aí se evapore, pode proporcionar um TPS activo e proteger assim o compósito contra qualquer outro aumento da temperatura, pelo qual a cerâmica poderia fundir. Nessas circunstâncias, a estas elevadas temperaturas, o calor é transferido para uma parte considerável por radiação. A integridade estrutural que a cerâmica ainda não infiltrada possui após densificação dinâmica por meio de compressão mecânica das partículas é também mantida sob condições de temperatura elevada. A presença de um líquido nos poros do pó promoverá esta integridade estrutural, visto poder absorver tensões hidro-estáticas. O derrame do alumínio líquido é evitado devido à -25- sua viscosidade, à grande superfície de contacto com a cerâmica, aos estreitos canais e à elevada tortuosidade da estrutura dos poros, bem como pela formação de uma fina camada oxídica de protecção que evita um maior escoamento. Como resultado, o metal líquido pode contribuir para as propriedades mecânicas dos cermet a temperaturas elevadas. Em comparação com a cerâmica não infiltrada densificada por choque, o alumínio líquido infiltrado aumenta a resistência à força de tracção do cermet. A tensão de tracção tende a aumentar a distância relativa dos grânulos de cerâmica, que criariam um vácuo na cerâmica infiltrada com alumínio. O líquido resiste a esta tendência e pode, portanto, ser submetido a deformação por tracção?. O material de enchimento 14 forma uma matriz contínua 13. Se o material for adequadamente escolhido, esta matriz 13 tem uma condutividade térmica e eléctrica melhor do que a matéria cerâmica. Como consequência, o calor que é fornecido ao material pode ser melhor conduzido do que com uma matéria cerâmica pura. Significa isto que, também por esta razão, o material compósito de acordo com a invenção tem uma boa resistência aos choques térmicos e, além disso, pode ser simplesmente designado como sendo electricamente condutor. Nestas circunstâncias, ao escolher um material de enchimento adequado, também pode ser obtido um material compósito não condutor ou dificilmente condutor.

Para ilustrar alguns métodos de acordo com a invenção, são apresentados alguns exemplos, que não devem ser considerados como limitativos mas apenas servem para melhor a compreender.

Exemplo 1

Formação de uma vareta de carboneto de boro infiltrado com alumínio. O material de partida era um pó de carboneto de boro angular, disponível no comércio, (Tetrabor, de ESK) com um tamanho médio de grão de aproximadamente 50 pm. A Fig. 5 mostra uma fotografia SEM (“Scanning Electron Microscope”) do pó de partida.

Pressionando, camada a camada, o pó foi introduzido num tubo de alumínio, conseguindo-se assim uma densidade inicial de 51% TMD. O pó foi confinado ao tubo por meio de um tampão de alumínio no topo e um tampão de PVC no fundo. O tubo de alumínio foi colocado no centro de um tubo de plástico maior. O espaço entre os dois tubos foi preenchido com o explosivo AMPA 2 (uma mistura de nitrato de amónia, TNT e Al) com uma velocidade de detonação de 3,5 km/s e uma pressão de detonação de 3,2 GPa. Pela detonação do explosivo com um detonador, o pó foi densiflcado até aproximadamente 85% TMD. Depois desta compactação por onda de choque o tubo foi serrado em peças com a forma de disco. Estas foram colocadas num tubo de fomo eléctrico. Sob uma protecção de gás N2, o fomo foi aquecido até 925 °C em 1 hora e, a partir daí, foi mantido a esta temperatura durante 5 horas, após o que se desligou o fomo. Depois da infiltração capilar com alumínio (o ponto de fusão do alumínio é de 660 °C), formou-se um material completamente denso, compreendendo partículas de carboneto de boro embutidas numa matriz contínua de alumínio. A Fig. 6 representa uma fotografia microscópica do material compósito obtido.

Medida de dureza: dureza Vickers a. micro-denticulação?: 10-30 GPa b. macro-denticulação?: 12,5 ±1,6 GPa -27-

Depois de a vareta obtida ter sido seccionada, uma porção da mesma foi achatada por meio de um programa especial para B4C (método “Beuhler Dialog” No. 10.10). Este produziu uma preparação muito plana que era apropriada para exame microscópico. As Figs. 7 e 8 mostram múltiplas partículas divididas (20-30 pm) com muita area (< 1 pm). Todas as partículas parecem estar inteiramente rodeadas pelo alumínio infiltrado e os poros são preenchidos (bem como as fissuras em espiral ainda presentes) tal como pode ser visto nas Figs. 9 e 10. O alumínio liga as partículas mutuamente.

Os elementos do material foram determinados por medição da energia dos raios X libertados através do bombardeamento com electrões (“Energy Dispersing of X-rays1”?, EDX). Este pode ser efectuado irregularmente em toda a superfície de um dispositivo, bem como muito localizadamente (“Electron Probe Micro Analysis2”? ΕΡΜΑ) sobre uma superfície de 1 pm2. Esta última apenas produziu alumínio para o elemento entre os fragmentos. As fotografias de di-fracção dos raios X mostraram que provavelmente nos pontos de contacto entre o alumínio e o carboneto de boro, se formou A14BC e/ou A1B2. Visto o alumínio ter uma massa atómica muito superior ao boro (B) e ao carbono (C), o contraste é grande na visualização de electrões “atrás dispersos” (BEI). Isto é bem visível na Fig. 11.

Exemplo 2

Formação de um tubo de diboreto de titânio infiltrado com alumínio.

Três pós de partida de diboreto de titânio de diferentes tamanhos de partícula (< 10 pm, 10-45 pm e > 45 pm) foram misturados usando um gerador 1

Dispersão da energia de raios X (N.T.) 2

Micro análise por sonda electrónica (N.T.) -28- de turbulência. A mistura trimodal assim obtida foi introduzida num tubo de aço inoxidável (RVS) sendo alternadamente acamada (usando um calcador volumétrico?) e comprimida, de maneira a que a mistura de pó obtivesse uma densidade de 60% de TMD. No meio do tubo RVS, fora previamente colocado um núcleo que determinaria o diâmetro interior do tubo a ser produzido. Ao utilizar um núcleo de alumínio (Tm = 660 °C), assegurou-se que a infiltração se processaria a partir do núcleo. O pó foi confinado ao tubo por meio de tampões de metal em lados opostos (no topo, um tampão de alumínio; no fundo, um tampão de ferro e níquel). O tubo de RVS foi colocado no meio de um tubo de plástico maior. O espaço residual foi preenchido com um explosivo. Quando se detonou o explosivo o tubo foi sujeito a uma contracção de volume e o pó foi densificado. Como resultado da detonação, a densidade do pó aumentou até 81% da densidade de diboreto de titânio.

Depois da compactação por onda de choque o tubo foi colocado num fomo eléctrico, cuja atmosfera podia ser controlada e cuja temperatura seguiu um programa pré-estabelecido. Sob uma protecção de gás argon, o fomo foi aquecido até 525 °C em 1 hora e foi mantido a esta temperatura durante duas horas. A partir daí, a temperatura foi ainda elevada até 925 °C durante 1 hora. O fomo foi mantido a esta temperatura durante dez horas, após o que foi desligado. Como resultado, o fomo e o tubo arrefeceram lentamente. Nó primeiro passo de temperatura, as tensões que surgiram no material em resultado do processo de densificação foram recozidas. No segundo passo de temperatura, o alumínio fundiu e infiltrou o diboreto de titânio que fora submetido ao choque por atracção capilar. Durante o arrefecimento do fomo o alumínio solidificou e ligou-se aos grânulos de diboreto de titânio, de maneira que se formou um cermet (diboreto de titânio infiltrado com alumínio). -29-

Medida da resistência à ruptura: 525 + 51 MPa Dureza: 7,2 + 0,2 GPa.

Exemplo 3 3. Formação de uma vareta de carboneto de boro infiltrado com alumínio.

Três pós de partida de carboneto de boro de diferentes tamanhos de partícula (< 5 pm, 16-49 pm e 106-150 pm) foram misturados usando um gerador de turbulência. A mistura trimodal assim obtida foi introduzida no tubo de alumínio sendo acamada alternadamente (usando um calcador volumétrico?) e comprimida, de maneira que o pó assim obtido alcançou uma densidade de 70% da densidade do carboneto de boro. O pó foi confinado ao tubo por meio de tampões de metal em lados opostos (no topo, um tampão de alumínio; no fundo, um tampão de ferro e níquel). O tubo de alumínio foi colocado no meio de um tubo de plástico maior. O espaço residual foi preenchido com um explosivo. Pela detonação do explosivo, o tubo foi submetido a uma contracção de volume e o pó foi densificado. A densidade do pó aumentou, assim, para 83% da densidade do carboneto de boro.

Depois da compatação por onda de choque, o tubo foi colocado num fomo eléctrico cujo atmosfera podia ser controlada e cuja temperatura seguiu um curso ajustável. Sob uma protecção de gás argon, o fomo foi aquecido até 925 °C ao longo de 1 hora e mantido a esta temperatura durante 10 horas. Seguidamente, o fomo foi desligado. Como resultado, o fomo e o tubo arrefeceram -30- lentamente. A uma temperatura de 925 °C o alumínio fundiu e infiltrou o carboneto de boro submetido ao choque por meio de atracção capilar. Durante o arrefecimento do forno, o alumínio solidificou e ligou os grânulos de carboneto de boro de maneira que se formou um cermet (carboneto de boro infiltrado com alumínio.

Medida da resistência à ruptura (existem ainda fissuras em espiral na preparação): 317 + 81 GPa

Exemplo 4 4. Formação de um tubo de carboneto de boro infiltrado com alumínio.

Três pós de partida de carboneto de boro de diferentes tamanhos de partícula (< 5 pm, 16-49 pm e 106-150 pm) foram misturados usando um gerador de turbulência. A mistura trimodal assim obtida foi introduzida no tubo de RVS sendo acamada alternadamente (usando um calcador volumétrico?) e comprimida. Como resultado, a mistura de pó adquiriu uma densidade de 69% da densidade do carboneto de boro. No meio do tubo de alumínio, foi previamente colocado um núcleo de alumínio. O diâmetro deste núcleo determinou o diâmetro interno do tubo a ser produzido. O pó no tubo foi confinado por meio de tampões de metal em lados opostos (no topo, um tampão de alumínio; no fundo, um tampão de ferro e níquel). O tubo de RVS foi colocado no meio de um -31 - tubo de plástico maior. O espaço residual foi preenchido com um explosivo. Pela detonação do explosivo, o tubo foi submetido a uma contracção de volume e o pó foi densificado. A densidade do pó foi assim aumentada para 81% da densidade do carboneto de boro.

Depois da densificação por onda de choque, o tubo foi colocado num forno eléctrico cuja atmosfera pudesse ser controlada e cuja temperatura observou um programa ajustável. Sob uma protecção de gás argon, o forno foi aquecido até 925 °C em 1 hora e mantido a esta temperatura durante 12 horas. Seguidamente, o forno foi desligado, de maneira que o forno e o tubo arrefeceram lentamente. A uma temperatura de 925 °C, o alumínio (tubo e núcleo) estava presente como um líquido e infiltrou o carboneto de boro que fora submetido a choque por meio de atracção capilar. Durante o arrefecimento do forno, o alumínio solidificou e ligou-se aos grânulos de carboneto de boro, de maneira que se formou um cermet (carboneto de boro infiltrado com alumínio). O compósito obtido desta forma exibe uma rede de malha fina de estreitos canais cujos poros apresentam um diâmetro médio de algumas centenas de nanómetros, de acordo com medições feitas por porosimetria de mercúrio, como apresentado na Fig. 19. A invenção não se limita, de maneira nenhuma, aos modelos de realização indicados na descrição, nos desenhos e nos exemplos. São possíveis muitas variações. Assim, pode ser usada uma variedade de outras matérias cerâmicas e não cerâmicas, por si sós ou em combinação, e pode ser usada uma grande variedade de materiais para infiltração, e pode escolher-se uma técnica de infiltração adequada, como se desejar. A compactação por onda de choque pode ser iniciada não só por explosão mas também, por exemplo, por sistemas de batimento, pistolas de gás, som e outras fontes de energia. Além disso, pode ser -32- escolhido um método adequado de densificação prévia, como se desejar. Com um método de acordo com a invenção, pode reunir-se toda a espécie de produtos, tanto produtos acabados como produtos semi-acabados, como material para folhas, barras e secções. Deve partir-se do princípio de que estas e muitas outras modificações estão abrangidas pelo âmbito da invenção.

Lisboa, 28 de Setembro de 2000

JORGE CRUZ

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14

1200 LISBOA

Claims (12)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Um método para fabricar um material compósito, compreendendo os passos de: compactar por onda de choque um material frágil, granular ou em pó, ou uma mistura de um ou mais desses materiais de maneira a se obter um produto poroso aberto, de partículas densamente acamadas sem que as partículas de material frágil entrem em ligações mútuas de material; e infiltrar este produto com uma segunda matéria, pelo que depois da infiltração, as partículas de material frágil são embutidas num rede contínua da segunda matéria.
2. 2. Um método, de acordo com a reivindicação 1, onde o material frágil é previamente densificado antes da compactação por onda de choque.
3. 3. Um método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a compactação por onda de choque efectua uma elevada densificação, de maneira a se obter um material frágil com uma densidade superior a 70% da densidade máxima teórica.
4. 4. Um método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde se usa matéria cerâmica como material frágil.
5. 5. Um método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde, como segunda matéria, é usado um material relativamente robusto em relação ao material frágil. -2-
6. 6. Um método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde se usa um metal como segunda matéria.
7. 7. Um método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, onde o material frágil é colocado num molde contendo a segunda matéria, antes da compactação por onda de choque, pelo que a infiltração ocorre pelo aquecimento do material frágil no molde.
8. 8. Um método, de acordo com a reivindicação 7, onde a compactação por onda de choque do material frágil no molde é efectuada pela explosão de material explosivo colocado fora do molde, de maneira que, em parte devido ao estreitamento do molde em redor do material frágil, se dá a desejada compactação do mesmo.
9. 9. Um método, de acordo com a reivindicação 8, onde uma concha tubular é usada como molde, efectuando-se uma compactação radial na direcção do eixo longitudinal da concha.
10. 10. Um método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, onde é incluído pelo menos um núcleo no material frágil antes da compactação por onda de choque.
11. 11. Um material compósito compreendendo um produto cerâmico poroso onde a porosidade do produto poroso é preenchida com uma matriz contínua de uma segunda matéria, onde o volume percentual de material frágil está entre 95 e 50 vol.%, que podem ser obtidos por um método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores.
12. 12. Um produto manufacturado a partir do material compósito

    -3- de acordo com a reivindicação 11. Lisboa, 28 de Setembro de 2000

    JORGE CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industria» RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA