RO103408B1 - Production method of a composite with metallic matrix - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu de obținere a unui compozit cu matrice metalică prin infiltrarea spontană a unei mase permeabile de umplutură de matricea metalică menționată.

Sînt cunoscute compozite conținînd o matrice metalică încastrînd o fază de rigidizare sau de armare conținînd o umplutură aleasă între macroparticulele ceramice, fire, fibre sau altele similare. Aceste produse au o mare varietate de utilizări, deoarece ele cumulează rezistența și duritatea fazei de rigidizare cu ductilitatea și reziliența matricei. In general, un corp de compozit cu matrice metalică va prezenta o îmbunătățire a unor proprietăți ca rezistență, rigiditate, rezistența la uzură prin contact și conservarea rezistenței la temperaturi ridicate, în raport cu matricea de metal, ca atare. Totuși, gradul în care o proprietate oarecare poate fi îmbunătățită depinde în mare măsură de constituenții specifici utilizați, de volumele lor respective sau de fracțiunile în greutate în corpurile' compozite și de modul cum sînt realizate corpurile compozite. Compozitele cu matrice din aluminiu armat cu umpluturi ceramice, cum este carbura de siliciu în formă de macroparticule, de exemplu, plăcuțe sau peri, prezintă interes datorită rigidității lor mai ridicate și rezistenței mai mari la uzură și temperatură, în raport cu aluminiul fără umplutură.

Sînt cunoscute diverse procese metalurgice pentru fabricarea compozitelor cu matrice de aluminiu, inclusiv procedeul bazat pe metalurgia pulberilor și procedeul bazat pe infiltrarea metalului topit în materiale de armare, cum este turnarea sub presiune.

în cazul metalurgiei pulberilor, metalul în formă de pulbere și materialul ceramic de armare în formă de pulbere, peri, fibre tăiate etc., se amestecă, după cate se presează la rece și se supune sinterizării sau se presează la cald. Producerea compozitelor cu matrice metalică prin metalurgia pulberilor utilizînd procedee convenționale prezintă însă unele limitări în ce privește caracteristicile produselor care se pot realiza. Fracțiunea de volum a fazei ceramice în compozit este limitată, în mod tipic la aproximativ 40%, operația de presa5 re pune o limită la dimensiunea care se poate realiza practic și se pot realiza numai forme relativ simple de produs, fără o prelucrare ulterioară (de exemplu formare sau prelucrare mecanică) sau fără a recur10 ge la procedee complexe. De asemenea, se poate produce o contracție neuniformă în cursul sinterizării cît și o neuniformitate a microstructurii datorită segregării prin creșterea părților compacte și a granulelor.

Cînd se utilizează aluminiu topit în procesul de fabricație sau se obțin compozite cu matrice de aluminiu, infiltrația în umplutura de alumină, aluminiul topit nu umectează cu ușurință materialele de armare, 20 alumina făcînd astfel dificilă formarea unui produs coerent. Procedeele mai vechi sugerau diverse soluții ale acestei probleme, inclusiv acoperirea aluminei (sau a altor materiale de umplutură) cu agent de umec-. 25 tare, aplicarea de presiuni pentru a obliga aluminiul topit să pătrundă în materialul de armare sau umplutură, utilizarea de vid pentru a împinge aluminiul topit în umplutură, efectuarea procesului la temperaturi 30 foarte ridicate, mult peste punctul de topire al aluminiului și o combinație a acestor tehnici. Aceste moduri de lucru tind să , complice procedeul, necesită utilaj costisitor, ca prese, aparate sub vid, controale etc., 35 limitează mărimile și formele produselor care pot fi formate, iar uneori introduc componenți indezirabili în produs sub formă de agenți de umectare și alții similari.

Este cunoscută utilizarea unei atmosfere reactive închise într-un tipar pentru a facilita infiltrarea metalului topit.

Procedeul indică turnarea metalelor de tipul aluminiului și aliajele de magneziu 45 într-o cavitate conținînd facultativ o umplutură corespunzătoare și în care cavitate este menținută o atmosferă reactivă cu metalul topit ce urmează a fi turnat și cu care formează un produs de reacție solid, 50 cu volumul mic. Tiparul este etanșat în 3 mod eficient, astfel încît reacția cu metalul topit consumă atmosfera înglobată și generează un vid în cavitatea tiparului trăgînd înăuntru metalul topit. Astfel, se descrie reacția magneziului topit cu oxige- 5 nul și azotul conținut în aer pentru a forma oxid de magneziu și nitrură de magneziu, generînd astfel un vid suficient pentru a umple practic complet tiparul cu magneziu topit. Pentru aceasta se utilizea- 10 ză o matriță în formă de cutie avînd un singur orificiu care comunică cu o ' cavitate conținînd o atmosferă care este reactivă în mod corespunzător cu metalul topit. Imersia matriței într-o masă de 15 metal topit previne, necesitatea ca matrița să fie complet etanșă la gaz sau lichid și reacția atmosferei închise în matriță provoacă umplerea matriței de către metalul topit și exemplifică infiltrarea 20 unei granule de alumină cu aliaj de magneziu topit la 704°C și infiltrarea carburii de siliciu cu aliaj de aluminiu topit conținînd 5% magneziu, la 760°C.

Sînt cunoscute, de asemenea, compozite 25 cu matrice metalică și procedeul de obținere a acestora.

Conform acestui procedeu, aluminiul topit conținînd cel puțin aproximativ 1% în greutate magneziu și,· de preferință, cel . 30 puțin aproximativ 3% în greutate magneziu este contactat cu o masă permeabilă de umplutură ceramică în prezența unui gaz conținînd între aproximativ 10 și 100% în volum azot, restul fiind un gaz 35 neoxidant, de exemplu argon sau hidrogen. Aliajul de aluminiu topit, care poate fi la o temperatură de aproximativ 700..., ...1200°C, se infiltrează spontan în umplutura permeabilă, adică se infiltrează în 40 umplutură fără necesitatea de a se aplica o presiune mecanică sau vid pentru a ajuta infiltrarea. Corpul topit este lăsat să se solidifice, rezultînd un corp cu matrice metalică care încastrează umplutura 45 ceramică, adică un corp compozit cu matrice metalică. Umpluturile ceramice includ, de exemplu oxizi, carburi, boruri și nitruri, de exemplu alumină.

Acest procedeu prezintă unele dezavan- 50 taje prin faptul că nu permite obținerea produselor compozite cu grad foarte ridicat de complexitate.

Scopul invenției de față este obținerea unor produse compozite cu grad mărit de complexitate.

Problema pe care o rezolvă invenția de față constă în perfecționarea condițiilor și mijloacelor de realizare a ansamblului în care are loc procesul de infiltrare spontană a matricei metalice în masa de umplutură permeabilă, care permite atingerea scopului propus.

Procedeu], conform invenției, înlătură dezavantajele menționate prin aceea că, se prevede plasarea în cavitatea unei matrițe impermeabile cu structură compozită rezultată prin încastrarea în condiții cunoscute a unei preforme corespunzătoare, prevăzute cu o cavitate și constituite dintr-un prim material de umplutură permeabilă, de către o matrice policristalină ceramică, rezultată prin oxidarea unui metal primar și, de preferință, a unui aliaj de aluminiu, a unei mase corespunzătoare de umplutură secundă, urmată de contactarea acesteia cu o masă de metal topit, ales dintre aluminiu și magneziu, în intervalul de temperaturi de 700...1000°C și, de preferință, de 850... ...950°C, de etanșarea ermetică a conținutului matriței respective de însăși metalul topit menționat, cît și, eventual, cu alte mijloace uzuale de etanșare și de menținere a ansamblului astfel rezultat în intervalul dat de temperaturi, un timp suficient pentru realizarea infiltrării spontane a metalului topit în masa de umplutură secundă, după care ansamblul este răcit, pentru solidificarea metalului infiltrat și obținerea structurii compozite finite în care compozitul cu matrice metalică poate să formeze un ansamblu integrat cu matrița compozită impermeabilă exterioară, sau după terminarea procesului matrița impermeabilă este spartă, pentru extragerea compozitului interior cu matrice metalică, al cărui profil și formă va reproduce invers geometria cavității matriței impermeabile exterioare.

Se dau, mai jos 18 exemple de realizare a invenției în legătură și cu fig.l... 11, care reprezintă:

- fig.1, vedere schematică în secțiune transversală a unui ansamblu al unui corp de aluminiu topit și a unei matrițe impermeabile în interiorul căreia este introdusă o masă de umplutură secundară, într-un stadiu intermediar de infiltrare spontană a acesteia;

- fig.2, vedere corespunzînd ansamblului din fig.1 a unei structuri conținînd un compozit cu matrice metalică încastrată deși unită cu un manșon sau substrat ceramic;

- fig.3, vedere în secțiune transversală a unei variante de realizare a ansamblului cuprinzînd un corp de aluminiu metalic topit și o matriță sau manta ceramică impermeabilă cuprinzînd o umplutură secundă;

- fig.4, vedere schematică, în secțiune transversală, în poziție verticală a unui ansamblu pentru realizarea procedeului, conform invenției, într-o altă variantă;

- fig.5, vedere schematică, în secțiune transversală, în poziție verticală a unui ansamblu cuprinzînd un metal primar și preforma pentru confecționarea matriței necesare· realizării procedeului, conform invenției;

- fig.6, detaliu la scară mărită a ansamblului din fig.5;

- fig.7, vedere schematică în secțiune transversală, în poziție verticală a unui ansamblu cuprinzînd un corp primar expandabil încastrat într-o masă de primă umplutură, necesară obținerii matriței pentru aplicarea procedeului, conform invenției;

- fig.8, vedere, corespunzînd ansamblului din fig.5, ce ilustrează o etapă în procesul de utilizare a ansamblului din fig.7, pentru confecționarea matriței necesare aplicării procedeului, conform invenției;

- fig.9, vedere schematică, în secțiune transversală a matriței de compozit ceramic obținută prin utilizarea ansamblului din fig.7 și 8;

- fig. 10, vedere schematică în secțiune transversală, în poziție verticală a unui ansamblu cuprinzînd un metal primar și o preforma de umplutură primă care servește la confecționarea matriței de compozit ceramic într-o altă variantă de realizare;

- fig. 11, fotografie a unui ax cu came confecționat în condițiile precizate în exem. piui 17.

Exemplul 1. Conform prezentei invenții aluminiul sau magneziul topit se aduce în 10 contact cu o masă permeabilă a unei umpluturi secunde, de exemplu o masă de particule, peri sau fibre ceramice. Umplutura secundă este adusă în contact cu metalul topit într-un mediu ermetic în care poate fi 15 închis aer, dar deoarece matrița este substanțial impermeabilă aerul' închis nu este completat pe măsură ce reacționează sau este consumat în alt fel de aluminiul topit sau magneziul topit (deși aici se specifică 20 peste tot aer, trebuie înțeles că. se poate utiliza drept mediu închis orice gaz care reacționează cu cel puțin unul din componenți). în aceste condiții, aluminiul sau magneziul topit se infiltrează spontan și 25 treptat în masa permeabilă de umplutură secundă conținută în matriță, ducînd Ia formarea unui produs compozit cu matrice metalică în care matrice metalică încastrează umplutura secundă. Compozitul cu 30 matrice metalică va reproduce forma matriței exterioare. El poate să conțină între aproximativ 10% în volum pînă la aproximativ 45% volum umplutură secundă și, de preferință, între aproximativ 45% în 35 volum și aproximativ 65% volum umplutură secundă.

în condițiile din prezenta invenție în mod tipic cînd umplutura secundă este introdusă la matriță, ea include aer și acesta pătrun40 de în masă sau pat. De asemenea, această masă de umplutură este suficient de permeabilă pentru a permite infiltrarea aluminiului sau magneziului topit în condițiile procesului. Dacă, totuși, aerul din matriță 45 nu este completat, umplutura secundă, deși, în mod normal, neumectabilă de aluminiul topit în prezență de aer este infiltrată în mod spontan de aluminiul sau magneziul topit pentru a forma un compozit cu matri50 ce metalică de aluminiu sau un compozit cu matrice metalică de magneziu la temperaturi moderate ale metalului topit, infiltrarea are loc fără a fi nevoie să se recurgă la temperaturi ridicate, utilizarea vidului, presiune mecanică atmosferă 5 controlată specială, agenți de umectare sau alte mijloace similare pentru a efectua infiltrarea. în genera], procesul trebuie să se desfășoare în condiții impermeabile la aerul exterior prin etanșarea ermetică a 10 conținutului matriței în matriță impermeabilă și etanșarea tuturor orificiilor matriței sau prin scufundarea matriței conținînd masa de umplutură secundă în masa de aluminiu sau magneziu topit 15 pentru a proteja umplutura secundă de aerul ambiant.

Extinderea infiltrării spontane și formarea matricei metalice este condiționată de o serie de condiții de proces, cum sînt 20 conținutul în constituenți de aliere ai aluminiului sau magneziului; prezența de agenți de umectare utilizabili facultativ; mărimea, condiția de suprafață și tipul materialului de umplutură secundă utili- 25 zat; timpul de infiltrare prin tratamentul de contact și temperatura metalului utilizată. Temperatura de contactare la care este menținut aluminiul sau magneziul topit poate varia în funcție de aliajele 30 metalice folosite și cu natura umpluturii secunde. în general, în cazul aluminiului ca metal primar are loc o infiltrare spontană și treptată la o temperatură de lucru de cel puțin aproximativ 700°C, iar, de 35 preferință, la cel puțin aproximativ 800°C sau mai mult, aceasta depinzînd și de alte condiții. Temperaturile de peste 1000°C nu sînt în general necesare și un domeniu de temperatură deosebit de util este, după 40 cum- s-a constatat, între aproximativ 800 și aproximativ 1000°C și, de preferință, între aproximativ 850 și aproximativ 950°C.

Procedeul, conform prezentei invenții, 45 nefiind dependent de utilizarea unei presiuni exterioare aplicată mecanic pentru a obliga metalul topit să intre în masa de materia] ceramic, permite producerea unor compozite cu matrice metalică de alumi- 50 niu sau megneziu substanțial uniforme avînd o fracțiune de volum mare de umlutură secundă și avînd o porozitate redusă. Fracțiunea de volum a unei umpluturi secunde poate fi modificată sau mărită utilizînd. o masă de umplutură secundă cu, o porozitate redusă, adică, cu un volum interstițial mic. Fracțiuni de volum mari de umplutură secundă mai pot fi realizate dacă masa umpluturii secunde este comprimată prin tehnici convenționale înainte de a veni în contact cu metalul topit, cu condiția ca masa de umplutură secundă să nu fie convertită fie într-o masă compactă cu porozitate prin celule închise, fie într-o structură care este atît de densă îneît preîntîmpină infiltrarea aluminiului sau magneziului topit.

S-a constatat că, pentru infiltrarea aluminiului sau magneziului și formarea matricei de metal-umplutură secundă, umectarea umpluturii secunde de către metalul topit sau producerea de vid într-un mediu închis prin reacția metalului topit fie cu oxigenul, fie cu azotul din mediul închis sau o combinație a acestor două mecanisme, constituie mecanismele de infiltrare predominante. Dacă aerul este completat în sistem și dacă procesul este condus la temperaturi relativ joase, adică nu mai mari de aproximativ 1000°C are loc o umectare sau infiltrare neglijabilă sau minimă a umpluturii secunde. Totuși, în cazul aluminiului ca metal topit, prin etanșarea umpluturii secunde în matriță astfel ca aerul să nu poată fi completat pe măsura consumării adică prin etanșarea ermetică a procesului de infiltrare, se realizează o infiltrare spontană Ia temperaturi care nu depășesc 1000°C și, de preferință, nu depășesc aproximativ 950°C. De altfel, s-a constatat că o temperatură de aproximativ 900°C este satisfăcătoare în multe cazuri ea fiind suficient de ridicată pentru a efectua infiltrarea spontană în decursul unei perioade de timp acceptabile, fără degradarea nedorită a umpluturii secunde sau atacul vaselor refractare, a componenților structurali sau alte fenomene similare.

Pe fig. 1 este reprezentat un ansamblu 1 cuprinzînd un recipient sau matriță impermeabilă 2 care are, în general, o configurație cilindrică, asemănătoare unui manșon, avînd un orificiu central cilindric 2a care pătrunde prin perete și în matrița 5 2 sînt delimitate două camere longitudinale distanțate, în formă de disc notate cu a și b, cu un diametru mai mare decît cel al orificiului 2a. Partea de jos a orificiului 2a (așa cum se vede pe fig.l) este închisă 10 de o bază 2b a matriței 2. Pereții matriței impermeabile 2 sînt confecționați dintr-un material ceramic obținut în condiții cunoscute. Astfel' matrița impermeabilă 2 este constituită din produsul reacției de 15 oxidare policristalin ce încastrează umplutura corespunzătoare, respectiv o umplutură primă, aleasă dintre alumină, carbura de siliciu sau altă umplutură ceramică corespunzătoare sau combinații 20 ale acestora. Umplutura primă poate fi de orice formă dorită, respectiv de macroparticulele, peri, sfere, fibre tăiate, bule, palete, fire metalice etc., sau orice combinație a acestora. 25

Orificiul 2a și camerele cu diametrul lărgit a și b sînt umplute cu o umplutură secundă corespunzătoare 3 care, ca și umplutura primă, poate conține orice material corespunzător dorit și poate avea 30 forma fizică de macroparticule, sfere, peri, fibre, fibre tăiate, bule, palete, fire metalice etc. sau orice combinație a acestora. Amplasarea umpluturii secunde 3 în orificiul 2a al matriței 2 poate fi efectua- 35 tă fără condiția unei atmosfere gazoase speciale, adică o asemenea umplere poate fi efectuată în aer, astfel încît aerul va fi antrenat în umplutura secundă 3 și va fi conținut în orificiul 2a al matriței imper- 40 meabile 2.

Un rezervor refractar 4 avînd un orificiu circular 4a prevăzut la baza acestuia este dispus la partea superioară a matriței 2, în modul ilustrat pe fig.l și un inel de 45 etanșare 5 asigură o etanșeitate corespunzătoare la aer (adică cel puțin etanșeitatea la metalul topit) între rezervorul 4 și matrița 2. Rezorvorul 4 este plasat deasupra matriței 2 și umplut apoi cu o masă de aluminiu topit 6 sau, dacă este necesar un corp de aluminiu solid poate fi introdus în rezervorul 4 și ansamblul 1 este încălzit pînă la topirea aluminiului metalic, în rezervorul 4. Deși invenția este descrisă cu ‘referire particulară la aluminiu și magneziul poate fi utilizat ca metal de infiltrare. Respectivul corp de metal topit, de aluminiu 6 etanșează orificiul 4a sau intrare în matrița impermeabilă 2 la accesul aerului ambiant, astfel încît umplutura secundă 3 este etanșată ermetic la pătrunderea aerului ambiant și metalul topit 6 este adus în contact cu umplutura secundă 3 pe suprafața superioară a acesteia în orificiul 2a. în aceste condiții, în conformitate cu prezenta invenție aluminiul topit 6 se va infiltra spontan în umplutura secundă 3, înaintînd în jos prin aceasta. Ansamblul 1 poate fi menținut într-o atmosferă normală de aer în cursul procesului, fără ca aceasta să influențeze defavorabil asupra infiltrării spontane.

Pe fig.l este reprezentată o etapă intermediară infiltrării spontane, în care aluminiul topit 6 s-a infiltrat în aproximativ o jumătate din patul umpluturii secunde 3, pînă într-un punct aflat aproximativ la jumătatea distanței dintre camerele a și b. După o perioadă de timp, în care temperatura a fost menținută suficient de înaltă pentru a menține aluminiul 6 în stare topită, de exemplu la aproximativ 900°C, aluminiul se va infiltra spontan în tot. patul umpluturii secunde 3, pînă la nivelul bazei 2b al matriței 2. Această infiltrare spontană are loc fără necesitatea introducerii unor agenți de umectare în umplutură (deși și aceștia pot fi utilizați însă facultativ), sau aplicării unei presiuni mecanice asupra metalului 6 sau, respectiv, a vidului în patul umpluturii secunde 3. De asemenea, nu sînt necesare temperaturi ridicate ce depășesc 1000°C și nici să se purjeze patul umpluturii secunde 3 cu un gaz inert sau alt gaz special care să constituie atmosfera de lucru sau să se utilizeze alte mijloace care să favorizeze infiltrarea. De precizat că întreaga operație, inclusiv fabricarea matriței 2 (așa cum se va descrie mai departe) umplerea matriței 2 cu umplutura secundă și încălzirea la care se realizează infiltrarea se pot efectua în aer, fără a fi necesar să se recurgă la o atmosferă de gaz controlată. Infiltrarea spontană a umpluturii secunde 3 de aluminiu topit are loc prin faptul că aerul închis în interstițiile patului umpluturii secunde 3 reacționează cu aluminiul topit, și este consumat de acesta și completarea aerului antrenat sau închis este exclusă, matrița impermeabilă 2 fiind etanșată. Totuși, dacă aerul consumat s-ar completa, așa cum s-ar întîmpla dacă matrița 2 ar fi permeabilă la aer fie datorită unei porozități inerente, fie unor orificii sau fie unei neetanșeități sau unor crăpături formate în ea, aerul completat ar împiedica o asemenea infiltrare spontană.

După terminarea infiltrării umpluturii secunde 3 temperatura este redusă, de exemplu prin îndepărtarea ansamblului 1 din cuptor sau prin oprirea cuptorului și materialul topit este lăsat să se răcească și să se solidifice în matrița impermeabilă 2. Structura de compozit rezultată C conținînd miezul de compozit cu matrice metalică și matrița, ilustrată pe fig.2, este separată apoi de ansamblul din fig.l. Așa cum se arată, structura C poate include practic toată matrița 2 (denumită membru structural sau componentă de matriță sau de manta), sau, dacă se dorește, numai o parte a acesteia și mai include miezul de compozit cu matrice metalică 3a).

Infiltrarea și solidificarea metalului topit pot fi efectuate în condiții prielnice pentru a realiza o legătură între matrița 2 și miezul 3a. Legătura poate fi realizată, de pildă, obținînd o oarecare umectare între metalul topit și matrița 2 menținînd metalul topit în contact direct cu pereții interiori ai matriței 2 prin reglarea vitezei de răcire (adică detensionare datorită recoacerii), prin reglarea coeficienților relativi de dilatare termică a matriței 2 și a compozitului cu matrice metalică 3a și/sau menținerea în partea de sus a unui rezervor substanțial de metal 4 pentru a elimina practic sau a reduce separarea materialului topit care se solidifică pe pereții matriței 2. Coeficientul de dilatare termică al compozitului cu matrice metalică 3a este mai mare decît cel al matriței ceramice 2 și dacă această diferență este 5 prea mare și umectarea este minimă, tăria legăturii nu este suficientă pentru a rezista la diferențierea contracției termice. Aceasta însemnează că, compozitul cu matrice metalică 3a prin răcire se poate desprinde de 10 peretele interior al matriței 2. Materialul de umplutură secundă 3 utilizat pentru formarea compozitului cu matrice metalică 3a micșorează dilatarea termică a compozitului cu matrice metalică 3a și prin aceasta 15 se reduc diferențele dintre dilatarea termică a miezului 3a și ale matriței 2. Influența exercitată de umplutura 3 asupra micșorării dilatării termice poate depinde în mare măsură de tipul, geometria și raportul din20 tre înălțimea și lățimea masei de umplutură 3. O legătură corespunzătoare se poate realiza atunci cînd coeficienții de dilatare termică nu sînt prea diferiți între ei. De preferință, miezul de matrice metalică 3a 25 trebuie să aibe un coeficient de dilatare termică puțin mai mare decît mantaua 2 pentru a induce tensiuni de comprimare în mantaua 2. S-a stabilit că particulele de carbură de siliciu cn axele practic egale cu 30 granulația de trecere prin sita cu 3,72 ochi/ /cm² au un conținut de aproximativ 47% în volum de aluminiu reduc coeficientul de dilatare termică de la valoarea lui în aluminiul pur (aproximativ 25 χ IO'⁵ cm/cm/°C) 35 la aproximativ 12-16 x 10‘⁶ cm/cm/°C. Periile din carbură de siliciu au aceeași influență, dar la un conținut de aluminiu mai mic. Astfel, controlînd una sau cîteva condiții se realizează ca materialul topit solidificat, 40 respectiv compozitul cu matrice metalică a să fie legat de mantaua 2. In structura C, miezul compus format din compozitul cu matrice metalică 3a este învelit de matriță (mantaua) 2 și legat de aceasta.

Exemplul 2. într-o altă variantă după răcirea și solidificarea materialului topit, matrița 2 poate fi spartă sau altfel îndepărtată de pe miezul de compozit cu matrice metalică 3a pentru a se asigura obținerea 50 acestuia din urmă sub forma unui corp separat de matrița 2. în acest caz, matrița 2, este în mod tipic făcută cît mai subțire posibil, dar totuși impermeabilă și capabilă să-și mențină integritatea structurală în cursul prelucrării. Procesul poate fi realizat și în acest caz în condiții care să reducă la minimum legătura dintre matrița 2 și miezul. de compozit cu matrice metalică 3a, pentru a. facilita recuperarea acesteia. Se poate realiza o încapsulare corespunzătoare (nereprezentată pe fig.l) a matriței 2 în timpul .umplerii și prelucării cu scopul armării mecanice și sprijinirii ei.

Exemplul 3. într-o altă variantă de realizare (cu referire la fig.3) în loc să se prevadă dispozitive adecvate de etanșare, respectiv un inel de etanșare 5, camera de rezervor 4 poate fi integrată cu matrița impermeabilă 2, folosind în acest scop tehnici cunoscute. După răcirea și solidificarea metalului topit, produsul rezultat poate fi tăiat și desprins de ansamblul integrat de matrița rezervor. De exemplu, un ansamblu integrat la matriță/rezervor este prezentat pe fig,3.

Ansamblul la cuprinde. un corp 7 gol pe dinăuntru cuprinzînd o cavitate 7a avînd orice configurație dorită și care este format dintr-o manta de material ceramic impermeabil, cum este cazul materialului ceramic compozit confecționat în condiții cunoscute. Corpul 7 gol pe dinăuntru, avînd o formă aproximativ ovală în secțiune transversală cuprinde un cadru periferic 7b în jurul majorității corpului racordat la partea superioară la un cilindru 7c și la un butuc 7d la partea superioară cilindrului se continuă cu o parte tronconică lățită 7e care asigură o structură în formă de pîlnie în interiorul căreia se introduce masa de aluminiu topit 6 pentru a contacta patul de umplutură secundă 3. Pîlnia 7d constituie singurul orificiu al corpului gol 7 și este etanșată față de atmosfera ambiantă sau de aer de coloana de aluminiu topit 6 care etanșează astfel efectiv ermetic umplutura secundă 3 de contactul cu aerul ambiant sau exterior.

Infiltrarea spontană a umpluturii secunde 3 este realizată în modul descris în exemplul 1. Trebuie precizat că rezerva de metal topit 6 poate fi reumplut dacă este necesar pentru a asigura suficient aluminiu metalic care să completeze infiltrarea ei, să mențină un corp static 6 de aluminiu topit pentru a etanșa pîlnia 7d, singura intrare sau deschidere a corpului gol 7 față de aerul ambiant, pînă la completarea infiltrării spontane. Prin solidificam în condiții de formare de legături a materialului topit obținut prin infiltrarea umpluturii secunde 3, se asigură o structură care conține un corp gol ca componentă structurală încapsulînd un compozit cu matrice metalică. Alternativ, corpul gol 7 poate fi îndepărtat, de exemplu prin spargerea lui, pentru a.se ..obține un corp de compozit cu matrice metalică a cărui suprafață exterioară reproduce invers forma sau geometria suprafeței interne a corpului gol 7. După solidificam structura rezultată poate fi tăiată de-a lungul liniei C-C, de exemplu pentru a se obține o structură ce se termină cu cilindrul 7b. Aluminiul resoiidificat, poate fi lăsat în cilindru 7b sau, într-o altă alternativă, aluminiul retopit din cilindrul 7c poate fi îndepărtat parțial sau în întregime și'înlocuit cu un alt material, cum este un alt metal care poate fi introdus în formă topită și lăsat să se solidifice în interior. într-o altă alternativă, cilindrul 7c a putut fi umplut parțial sau în întregime cu umplutura secundă 3, astfel îneît corpul de compozit cu matrice metalică rezultat să se extindă și în interiorul cilindrului 7b. în acest din urmă caz, se folosește o prelungire a cilindrului 7b sau un vas rezervor separat (nefigurat) pentru stocarea aluminiului topit metalic.

Exemplul 4. Pe fig.4 se prezintă o altă variantă pentru conducerea infiltrării spontane a unei umpluturi secunde. Astfel, un vas refractar 8 conține o masă de aluminiu topit 6 în care este scufundat un conteiner perforat, refractar 9. Conteinerul 9 este distanțat de pereții interiori (nereperați) ai vasului refractar 8 astfel îneît respectivul conteiner perforat 9 și conținutul acesteia să fie în întregime protejați sau etanșați de către aluminiul metalic topit 6 față de contactul cu atmosfera ambiantă. Conteinerul perforat 9 are o multitudine de orificii 10 formate în el și este suportat de un cablu sau bară 11 fixată de el printr-un racord corespunzător 12. O masă de umplutură secundă conținută într-o matriță corespunzătoare avînd unul sau mai multe, orificii în ea este conținută în conteinerul 9. (Matrița și umplutura secundă nu se văd pe fig.4). Orificile 10 permit intrarea aluminului topit 6 în conteinerul 9 pentru a veni în contact aici cu masa de umplutură secundă și pentru infiltrarea spontană ulterioară. Conteinerul perforat 9, cablul sau bara 11 și racordul 12 pot fi confecționați dintr-un material refractar corespunzător capabil să reziste la contactul prelungit cu aluminiul topit 6. Dacă este necesar conteinerul 9 poate fi eliminat, iar matrița avînd un orificiu la partea superioară și conținînd umplutura secundă este scufundată sau imersată în metalul topit. Are loc apoi infiltrarea și corpul de compozit cu matrice metalică este recuperat, așa cum s-a arătat mai sus.

Exemplul 5. Pe fig.5...9 se ilustrează fabricarea matriței ceramice impermeabile 2. Matrița 2 astfel realizată, așa cum s-a menționat mai sus, poate fi, fie spartă pentru a recupera din ea compozitul cu matrice metalică solidificat, fie poate fi reținută ca o componentă structurală a produsului unit sau legat de compozitul de matrice metalică.

Tehnica creșterii produsului ceramic de oxidare este cunoscută și face obiectului brevetului SUA nr.473360 și a brevetului european nr.0155831. Fenomenul de oxidare menționat care poate fi intensificat prin utilizarea unui dopant aliat cu metalul primar se obțin, în final, prin corpuri ceramice autoportante, ca produse ale reacției de oxidare a metalului primar precursor.

Dezvoltarea, în continuare, a acestei tehnologii a condus la elaborarea unui nou procedeu de obținere a unui compozit

45.

ceramic autoportant prin creșterea produsului reacției de oxidare a unui metal primar într-un pat permeabil de umplutură așa cum se descrie în brevetul RO nr.95823, sau în brevetul european nr.0193292.

Procedeul a fost îmbunătățit prin utilizarea unor dopanți exteriori aplicați pe suprafața metalului primar precursor pentru intensificarea procesului de oxidare (brevet european nr.0169067).

Tehnica producerii materialelor din compozit ceramic autoportant încastrînd o umplutură, așa cum se expune în brevetul RO nr.95823 este adecvată, dar nu corespunde pentru a conferi o formă sau geometrie preselecționată corpului de compozit ceramic care rezultă. Această problemă a fost realizată prin dezvoltările ulterioare ale acestui procedeu care permit formarea de structuri ceramice compozite, care reproduc invers modelul pozitiv al metalului primar precursor. Acest procedeu este descris în brevetul RO nr.97668 de exemplu, sau în brevetul RO nr.98787, brevetul european nr.0234704. De asemenea, reproducerea ₇ formei inverse prin utilizarea unui model expandabil este descrisă în brevetul RO nr.99211.

Au fost elaborate alte procedee de obținere a corpurilor compozit ceramic sau structuri avînd o formă preselecționată sau o geometrie dinainte stabilită. Acest procedeu include utilizarea unei preforme fasonate de umplutură permeabilă în care este dezvoltată prin creștere matricea ceramică prin oxidarea unui metal primar precursor, așa cum se descrie în brevetul RO nr. 98500, respectiv brevetul european nr. 0245192. Un alt procedeu de obținere a unor asemenea compozite ceramice fasonate include utilizarea de dispozitive de barieră pentru a opri ori inhiba creșterea produsului reacției de oxidare la o limită aleasă pentru a defini forma sau geometria structurii de compozit ceramic. Această tehnică este descrisă în brevetul RO n.r.98499 și în brevetul european nr.0245193.

Utilizarea unui rezervor de metal primar pentru a ușura fabricarea de corpuri de compozit ceramic sau structurii respective în particular de corpuri sau structuri fasonate, include prevederea unui rezervor de metal primar ce comunică prin curgere cu corpul de metal primar precursor pentru reacția de oxidare. Prin completarea alimentării de metal primar, tehnică aceasta permite creșterea unor volume mari de produs de reacție de oxidare din locuri capabile să cuprindă numai cantități limitate de metal primar. Această tehnică de alimentare din rezervor este descrisă în brevetul RO nr.99404.

în prezenta invenție, umplutura în care este crescut produsul reacției de oxidare, în conformitate cu tehnologiile prezentate mai este denumită umplutura primă, pentru a o deosebi de umplutura secundă în care se infiltrează în mod spontan aluminiul sau magneziul topit pentru a se obține compozitul cu matrice metalică. Multe materiale sînt adecvate pentru a putea fi umplutură primă, cît și ca umplutură secundă; în consecință, într-un caz dat umpluturile primă și secundă pot fi de aceeași natură sau diferite, iar în mod tipic, umpluturile sînt practic nereactive cu metalul primar. topit și aluminiul sau magneziul topit în condițiile procesului. Pe fig.5 și 6 se prezintă un ansamblu 13 pentru a se obține un corp de compozit ceramic adecvat pentru a servi fie ca o matriță fragilă din care este recuperat compozitul de matrice metalică, fie ca un membru structural de matriță legat de compozitul cu matrice metalică. Ansamblul cuprinde un element de barieră reprezentat prin conteinerul 14 care este de configurație cilindrică și are o suprafață interioară definită de un ecran 15 (care se vede cel mai bine în fig.6) conținut în/și armat cu un cilindru perforat 16 care servește ca un membru exterior, rigid armînd ecranul cilindric 15. Ecranul 15 poate fi înlocuit cu o foaie metalică perforată cum ar fi o foaie perforată din oțel inoxidabil. Cilindrul perforat 16 are format pe suprafața sa un desen de orificii 17 și este suficient de rigid pentru a reține în cursul prelucrării formei unei mase sau a unui corp din umplutura primă 18, care poate fi o umplutură modelabilă, adică care poate conține particule, fire, fibre sau altele similare într-o masă care se va acomoda în formă cu forma unui corp 19 de metal primar încastrat în patul de umplutură primă 18. Umplutura primă modelabilă 18 se acomodează, de asemenea, ia forma interiorului ecranului cilindric 15. Patul de umplutură primă modelabilă 18 conține astfel o preformă permeabilă avînd o cavitate cu configurațiile dorite formate în ea de corpul de metal primar 19, cavitatea fiind umplută la început de corpul de metal primar 19. într-o variantă de realizare umplutura primă 19 poate fi preformată într-o masă coerentă, de exemplu prin tehnici convenționale, cum este turnarea prin alunecare sau altă tehnică similară, prin utilizarea de particule, fibre, pulberi etc., care pot include adăugarea unui liant adecvat pentru a asigura rezistența în stare crudă. în asemenea caz metalul primar poate fi introdus în cavitatea preformei în stare topită.

Orificiile ecranului 15 se aliniază cu multe din orificiile A din cilindrul 16, astfel încît conteinerul barieră 14 este deschis la pătrunderea atmosferei înconjurătoare. O multitudine de scoabe curbate din oțel inoxidabil sînt așezate în puncte distanțate pe periferia suprafeței exterioare a cilindrului 16 și sînt fixate prin inele de strîngere 20 care servesc la armarea structurală a ansamblului 13. Inelul de strîngere cel mai de jos 21 este parțial întrerupt pe fig.5 și celelalte inele de strîngere 16 în fig.5 și cele ilustrate în fig.6 sînt arătate în secțiune transversală. O placă de bază 21 include fundul conteinerului barieră 14. Un rezervor 22 de metal primar este dispus într-un pat 23 de material inert care este așezat în. partea de sus a conteinerului barieră 14 și este'separat de patul de umplutură primă 18 prin placa 24. Patul de material inert 23 poate conține un pat de material inert în macroparticule (de exemplu pulbere de alumină cu granulația. de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm² cînd metalul primar este aluminiul) care nu suportă creșterea produsului de reacție de oxidare policristalină în el, în condițiile de proces.

Placa 24 are un orificiu central pentru a admite trecerea prin ea secțiunii superioare a corpului de metal primar 19 care este încastrată în patul de umplutură primă 18. în varianta reprezentată, corpul de metal primar 19 are o configurație alungită, cilindrică prevăzută cu o pereche de ieșituri în formă de disc 19a și 19b în puncte distanțate longitudinal ale acestuia. Corpul de metal primar 19 se întinde astfel sub forma unui miez în patul de umplutură primă 18 și în contact cu acesta. Unul sau mai mulți dopanți care ușurează reacția de oxidare a metalului primar pot fi aliați în corpul de metal primar 19 și corpul de rezervor 20 al metalului primar și/sau pot fi aplicați la exteriorul corpului de metal primar 19 și/sau solidați umpluturii prime 18 sau dispuși în ea cel puțin în vecinătatea corpului de metal primar 19.

Prin încălzirea ansamblului 13 în prezența unui oxidant în domeniul de temperatură situat peste punctul de topire al metalului primar 19, dar sub punctul de topire al produsului de reacție de oxidare ce urmează să se obțină și menținînd temperatura în acest domeniu, ansamblul 13 expus la un mediu oxidant, cum este aerul, va conduce la formarea produsului reacției de oxidare la interfața dintre corpul de metal primar topit 19 și patul de umplutură primă 18. Oxidantul utilizat poate fi solid, lichid sau gazos sau o combinație a acestora. De exemplu, se poate utiliza aerul în combinație cu un oxidant solid încorporat în umplutura primă 18 (de exemplu silice amestecată cu o umplutură de alumină) și metalul primar 19 va suferi oxidare prin contact cu ambii oxidanți. Metalul primar topit din corpul de metal primar 19, completat după necesități din corpul de rezervor 22 al metalului primar este menținut în. contact cu produsul reacției de oxidare în curs de creștere, care este în contact cu oxigenul sau cu un : alt gaz oxidant ce trece prin orificiile 17 în cilindrul 16, iar apoi prin ecranul 15 și prin patul de um20 plutură primă 18 în contact cu frontul în creștere de produs de reacție de oxidare. Atmosfera oxidantă înconjurătoare este completată sau completată de exemplu prin 5 circulație de aer într-un cuptor în care este plasat ansamblul 13. De exemplu, cuptorul poate fi dotat cu o ventilație adecvată pentru intrarea aerului. Pe măsură ce reacția de oxidare continuă, produsul reacției 10 de oxidare continuă să se formeze în patul de umplutură primă 18 la interfața dintre oxidant și produsul de reacție de oxidare format anterior și reacția este continuată pentru a încastra cel puțin o parte din patul 15 de umplutură primă 18 în produsul reacției de oxidare.

Dacă este necesar, reacția poate fi întreruptă cînd produsul reacției de oxidare în , curs de creștere a ajuns pînă la aproximativ 20' dimensiunile indicate prin linia întreruptă din fig.5. Deși linia întreruptă a fost trasată cu o precizie geometrică mai mare sau mai mică pe fig.5, se poate aprecia că, dacă reacția de oxidare este oprită după ce un 25 strat de grosime corespunzătoare a produsului de reacție de oxidare policristalin s-a format din corpul de metal primar 19, forma exterioară a structurii ceramice poate fi oarecum neregulată, dar aceasta nu va 30 avea o influență negativă asupra utilizării structurii ceramice rezultate ca o matriță impermeabilă pentru formarea compozitului cu matrice metalică. Interiorul structurii rezultate ceramicii va reproduce invers 35 forma corpului de metal primar 19. Alternativ, un material de barieră. conținînd ipsos și carbonat de calciu sau un compus dintr-un material similar ecranului 15 poate fi introdus într-o cavitate goală, substanțial în 40 forma liniei întrerupte, pentru a opri sau ă limita creșterea produsului reacției de oxidare pentru a furniza o manta de material ceramic avînd forma inversată a suprafeței interioare a structurii de barieră pînă la 45 care a crescut. în felul acesta, configurația geometrică a suprafeței exterioare a mantalei de compozit ceramic rezultată poate fi strict controlată, ceea ce face ca mantaua de compozit ceramic să fie utilă ca o com50 ponentă structurală permanentă unită cu corpul de compozit cu matrice metalică.

Pe fig.5, după cum se poate vedea, configurația geometrică a suprafeței exterioare a structurii ceramicii crescute este controlată de forma interiorului ecranului 15.

Dacă mantaua de compozit ceramic este utilizată doar cu o matriță din care urmează a fi recuperat corpul de compozit cu matrice metalică, mantaua este făcută, în mod normal, numai cu grosimea necesară pentru a avea suficientă rezistență și să fie impermeabilă în cursul utilizării în proces. După solidificare și răcirea corpului de compozit cu matricea metalică, matrița este spartă și separată sau departajată de corpul de compozit cu matrice metalică. De exemplu, după ce materialul topit s-a solidificat, dar în timp ce ansamblul se află încă la o temperatură ridicată, sub punctul de topire al aluminiului metalic, de exemplu, la o temperatură de aproximativ 300... ...500°C, corpul de compozit cu matrice metalică încastrat în matriță poate fi răcit prin scufundarea lui într-un lichid de răcire, cum este apa, astfel încît șocul termic rezultat va sparge matrița cu mantaua subțire ce încastrează corpul de compozit cu matrice metalică. Alternativ, matrița poate fi spartă cu un dispozitiv mecanic. Suprafețele compozitului cu matrice metalică rezultat reprodus practic invers geometria interioară a matriței. în. afară de aceasta, poate fi de dorit să se evite legătura dintre corpul de compozit cu matrice metalică și manta, pentru a ușura îndepărtarea mantalei de pe corpul de compozit. Cînd mantaua sau corpul de compozit ceramic sau o parte din el constituie o componentă structurală a produsului finit, mantaua este unită sau legată de compozitul cu matrice metalică. Componenta structurală ceramică poate fi preformată la o configurație necesară pentru utilizarea finală urmărită. De exemplu, în varianta ilustrată pe fig.5 și 6 reacția de oxidare poate fi continuată pentru a încastra tot corpul de umplutură primă 18 în produsul reacției de oxidare policristalic în creștere, astfel încît dispozitivul de barieră 14 servește pentru oprirea sau inhibarea creșterii produsului reacției de oxidare, definind astfel geometria exterioară a produsului final de forma unui cilin5 dru. Dacă dispozitivul de barieră conține un ecran din material perforat, suprafața exterioară a cilindrului ceramic rezulttat va fi rugoasă sau va avea un desen imprimat. Suprafața exterioară a cilindrului poate fi 10 prelucrată mecanic, șlefuită, polizată sau prelucrată altfel similar. Alternativ, dispozitivul de barieră 14 poate avea o suprafață relativ netedă conferind astfel un exterior neted și suprafeței corpului compozit. De 15 exemplu, un șlam de ipsos (de preferință în amestec de carbonat de calciu sau silicat de calciu) poate fi aplicat pe limita patului 18 și lăsat apoi să facă priză. Ipsosul prin stratul format împiedică creșterea în exces 20 a produsului de reacție de oxidare policristalin și după terminarea procesului, bariera este îndepărtată cu ușurință, de exemplu prin sablare (cu alice, răzuire sau alt mod similar), asigurînd astfel un compozit cu o 25 suprafață relativ netedă. în orice caz, mantaua ceramică are rolul de a asigura utilizarea structurală și de a asigura o legătură bună cu compozitul cu matrice metalică, astfel încît să formeze o structură integra30 la.

Dacă corpul de metal primar 19 este reumplut, în mod adecvat din corpul de rezervor 22 în cursul procesului de reacție de oxidare, interiorul corpului ceramic 35 rezultat va fi umplut cu un miez de metal primar. Acest metal poate fi îndepărtat încă în stare topită, prin simpla decantare a lui din forma ceramică rezultată. Dacă miezul de metal primar topit este lăsat să 40 se resolidifice, sau dacă rămîne și se solidifică nn reziduu de metal, cel puțin o cantitate dorită din metalul rămas poate fi îndepărtată din corpul ceramic rezultat prin prelucrare mecanică și/sau decapare cu 45 acid, de exemplu cu o soluție de acid clorhidric, în cazul cînd metalul primar este aluminiul, rezultînd un corp ceramic cu un miez gol care reproduce invers forma corpului de metal, primar 19. Miezul gol cons50 tituie cavitatea matriței 2 în care seplasea103408 ză umplutura secundă 3 ce este adusă în contact cu aluminiul sau magneziul topit pentru a forma compozitul cu matrice metalică.

Exemplul 6. Fig.7...9 se ilustrează schematic obținerea unui compozit ceramic impermeabil care constituie o matriță folosind un model capandabil. Pe fig.7 este reprezentat un vas refractar 25, respectiv un vas de alumină, care conține un pat de umplutură primă adaptabilă 18 în care este încastrat un model expandabil 26 pentru a defini în interiorul patului 18. La interfața dintre umplutura primă 18 și modelul expandabil 26, conturul unei cavități fasonate în patul 18. Geometria conturului cavității este congruentă cu cea a suprafeței exterioare a modelului expandabil 26, adică este reproducerea inversă a acesteia, modelul expandabil 26 care poate fi confecționat din orice material adecvat vaporizabil sau combustibil, cum este o spumă de polistiren sau o ceară, are o secțiune centrală 26a care are de regulă o configurație cilindrică șî o secțiune terminală R 26b, care este axial mai scurtă, dar cu diametrul mai mare decît al secțiunii centrale 26a. Un dispozitiv de barieră corespunzător 27 (nu este reprezentat în mod necesar la scară), care poate conține un ecran din oțel inoxidabil sau un cilindru din oțel perforat stabilește granițele exterioare ale corpului de compozit ceramic care urmează să se obțină. Dispozitivul de barieră 27 mai poate conține, într-o altă variantă, un constituent, din ipsos și silicat de calciu, care în mod tipic poate fi obținut prin aplicarea unui șlam din material cu un substrat sau o țesătură, cum este cartonul, permițîndu-i-se șlamului să facă priză. De precizat că realizarea dispozitivului de barieră 2 se face în condițiile care să asigure inhibarea creșterii produsului reacției de oxidare și astfel , să definească granița produsului ce urmează să se obțină.

In continuare, după cum este ilustrat metalul primar topit 19 poate fi turnat dintr-un vas corespunzător 28 direct pe corpul de model expandabil încastrat 26. Metalul primar topit volatilizează spuma de polistiren sau alt material vaporizabil din care este confecționat modelul expandabil 26 și materialul evaporat este evacuat fie prin patul de umplutură primă 18, fie în sus, prin aceeași suprafață prin care este turnat metalul primar topit 19 sau printr-un orificiu de aerisire separat (nereprezentat) care poate fi prevăzut. După ce metalul primar topit 19 înlocuiește întregul corp de model expandabil 26, ansamblul este încălzit sau este menținut la o temperatură într-un domeniu deasupra punctului de topire al metalului primar 19, dar sub punctul de topire al produsului reacției de oxidare care se formează. Faza de vapori de oxidant pătrunde în patul permeabil de umplutură 18 și vine în contact cu metalul topit 19 pentru oxidarea acestuia și formarea unui proces al reacției de oxidare policristalin, în mod cunoscut, care crește prin preformă 29 și vine în contact cu materialul de barieră 27. Dacă este necesar un oxidant solid sau un oxidant lichid poate fi încorporat în patul 18 sau în partea de pat care este legată de barieră 27. Metalul topit 19 reacționează cu oxidantul în patul 18 dezvoltînd astfel produsul reacției de oxidare.. De asemenea, se pot utiliza doi sau mai mulți oxidanți în combinație, de exemplu un silicat reactiv în patul 18 și conducînd procesul în aer. De asemenea, volumul de metal primar topit 19 poate fi completat pentru a-și păstra nivelul în partea superioară a patului de umplutură 18. Pentru a se preveni deformarea peretelui cavității, patul de umplutură 18 sau cel puțin o zonă de suport 30 a acesteia care învelește corpul de model expandabil 26 este în mod intrisec autoliant la o temperatură de autoliere sau deasupra acesteia, care, de preferință, se situează aproape de temperatura reacției de oxidare, dar sub aceasta. Astfel, prin încălzire la temperatura menționată de autoliere, umplutura primă 18 sau o zonă de suport 30 a acesteia sinterizează sau autobază în alt mod și se etanșează de produsul reacției ,cle oxidare în creștere suficient de mult pentru a furniza o rezistență mecanică

2S adecvată umpluturii prime care înconjoară metalul primar topit 19 în cursul etapelor inițiale ale creșterii produsului reacției de oxidare. Rezistența mecanică a umpluturii autoliante rezistă la diferențe de presiune și menține integritatea structurală a cavității pînă cînd se dezvoltă o grosime suficientă a materialului de compozit ceramic.

După ce produsul reacției de oxidare a crescut pînă la granița definită de dispozitivul de barieră 27, metalul topit rezidual sau nereacționat 19 poate fi îndepărtat din matrița de compozit ceramic 2 (fig.9) care rezultă din proces. Matrița de compozit ceramic 31 are o porțiune de gît 31a și o porțiune de bază 31b cu diametrul mai mare decît porțiunea de gît 31a. O cavitate 31c este'definită în interiorul 31 ce are un orificiu 31d asigurînd accesul în ea. Cavitatea 31c reproduce, după cum se vede, invers geometria corpului de desen expandabil 26.

Exemplul 7. Pe fig. 10 este ilustrată o altă variantă în care este prevăzut un vas refractar 25 cuprinzînd un pat permeabil de material inert 32 în el, în care este încastrat un corp solid de metal primar 19 și o preformă 18a confecționată din umplutura primă. Preformă 18a este o piesă coerentă, fasonată cu suficientă rezistență în stare crudă pentru a o face capabilă să susțină manipularea, și încastrarea în patul de material inert 32. Astfel, particulele umpluturii prime se pot forma în preformă 33 prin amestecarea unui liant adecvat cu particule de umplutură primă și modelarea prin turnare sau printr-o altă cale a preformei 33. Preformă 33 poate conține una sau mai multe piese. De pildă, piesa de bază 33a a preformei 33 poate fi, în general, de forma unei calote astfel încît peretele cavității fasonate 34 a ei definește o cavitate 35 cu geometria dorită. O piesă capac 33b a preformei 33 are un orificiu 35a format în ea și este plasată pe partea superioară a piesei de bază 33a. Preformă 33 este permeabilă la creșterea în ea a produsului reacției de oxidare.

Ansamblul ilustrat pe fig. 10 este încălzit la o temperatură situată în domeniul de deasupra punctului de topire al metalului primar 19, dar sub punctul de topire al produsului reacției de oxidare ce urmează să se obțină din el. Patul de material inert 32 nu va susține creșterea produsului reacției de oxidare și produsul de reacție de oxidare va crește prin și în preformă 33 format din umplutura primă. Operația este efectuată un timp suficient pentru a încastra în întregime preformă 33 în interiorul produsului reacției de oxidare ceramic pentru a furniza o matriță de compozit ceramic avînd o cavitate 35 și un orificiu 35a asigurînd accesul în ea. Mai poate fi necesar de asemenea să se asigure un dispozitiv de barieră (așa cum s-a discutat mai sus) 36 pentru a preveni sau inhiba creșterea produsului reacției de oxidare.

Așa cum se arată în exemplele care urmează, orientate, în special, pe folosirea aluminiului, aliajelor de aluminiu topit pentru infiltrare în masa permeabilă de umplutură secundă conținută în matrița impermeabilă cînd masa este izolată de atmosfera ambiantă, adică de aerul ambiant. în general, aluminiul utilizat ca metal de infiltrare poate să includă diverse elemente de aliere pentru a asigura proprietă-’ țile mecanice și fizice dorite în matricea metalică a corpului compozit. De exemplu, se pot include aditivi de cupru în aluminiul metalic pentru a se obține o matrice care să poată fi tratată termic pentru a i se mări duritatea și rezistența.

Exemplul 8. S-au fabricat corpuri din compozit ceramic impermeabile la aer, de formă cilindrică în condiții cunoscute. Astfel, s-au confecționat trei preforme cilindrice, permeabile la aer, avînd fiecare dimensiunile de 152,4 mm înălțime și diametrul exterior 50,8 mm mai întîi utilizînd un praf conținînd un amestec de 49,5% în greutate carbură de siliciu 19,8% în greutate carbură de siliciu marca 100 GL și 30,7% în greutate apă distilată. Mărimea medie a particulelor a fost de aproximativ 4μ, iar celei cu marca 100 GL era de aproximativ 0,8μ. Praful s-a preparat măcinînd mai întîi într-o .moară cu bile produsul 100 GL, cu apa, o mică cantitate de liant uzual și o mică cantitate de alginat de amoniu timp de o oră. Cantitatea de liant adăugată a fost aproximativ de 1,6 g la 1228 g apă utilizată, iar cantitatea de alginat de amoniu utilizată a fost de aproximativ 4 g la 1228 g apă utilizată. După ce acest amestec a fost măcinat în moara cu bile, timp de o oră, s-a adăugat aproximativ o jumătate din totalul de carbură de siliciu în amestec și acest nou amestec a fost apoi măcinat în moară cu bile timp de o jumătate de oră. In această etapă s-a adăugat restul de carbură de siliciu și tot amestecul s-a măcinat în moara cu bile timp de 24 h. La sfîrșitul perioadei de 24 h, s-a controlat pH-ul și viscozitatea și s-au ajustat adăugind, încet, mici cantități de liant pînă cînd viscozitatea a fost aproximativ 200...500 cP, iar pH de 'aproximativ 6...7. Cînd s-a realizat aceasta, amestecul final a fost măcinat în moara cu bile, timp de 48 h, înainte de utilizarea lui ca praf de turnat..

Cilindrii turnați preparați din praf au fost uscați la 90°C într-o etuvă, iar apoi calcinați în aer la 1100°C, timp de 10 h, după care s-au răcit la temperatura ambiantă. Viteza de încălzire a fost de 200°C/oră, iar viteza de răcire a fost de aproximativ de 100°C/oră.

După calcinare și răcire, interiorul fiecărui cilindru a fost acoperit cu un strat de interfață din pulbere abrazivă siliciu. Partea exterioară a preformelor cilindrice a fost acoperită cu un strat de barieră conținînd un nămol constituit din 35% ipsos, 15% praf abraziv și 50% apă. Preformele preparate au fost apoi încălzite la 900°C, într-un cuptor încălzit prin rezistență, iar apoi s-a turnat 450 g aliaj de aluminiu, 'topit la 900°C, în fiecare preforma. Aliajul de aluminiu conținea în greutate aproximativ 2,5...3,5% Zn; 3...5% Cu, 7,5.,.0,5% Si, 0,8...1,5% Fe, 0,2... ...0,3% Mg și cel mult aproximativ 0,5% Mn, 0,5% Ni, 0,001% Be, 0,01% Ca și 0,35% Sn, restul fiind aluminiu. Aerul, trecînd prin bariere permeabilă și preforma a oxidat aliajul de aluminiu topit formînd produsul reacției de oxidare policristalin. Această reacție de oxidare a fost continuată, timp de 100 h, în care timp produsul reacției de oxidare a aliajului topit a crescut în/și s-a infiltrat practic complet în fiecare preforma cilindrică. După trecerea celor 100 h perioadă de reacție, aliajul topit rămas a fost scurs, s-au obținut cilindri de compozit ceramic goi pe dinăuntru, care erau impermeabili la atmosfera înconjurătoare. Acești cilindri au fost închiși la un capăt și deschiși la celălalt menținuți tot la 900°C, fiecare cilindru de .compozit ceramic a fost apoi umplut parțial cu o umplutură secundă, pînă la o înălțime cu puțin sub limita superioară pentru a lăsa un volum de margine liberă de 100 ml în fiecare cilindru deasupra patului de umplutură. Cele trei umpluturi secunde respective utilizate în cei trei cilindri au conținut (1) un pat de 150 g din particule abrazive de carbură de siliciu, un pat de 200 g de particule abrazive de alumină și un pat de 100 g nisip format din'bioxid de siliciu cu mărimea particulelor abrazive de trecere prin sita cu 15,5 ochi/cm². Circa 220 g aliaj de aluminiu marca 1100 pur în stare topită s-au turnat pe partea superioară a fiecărui pat de umplutură secundă din cilindri. Corpurile verticale rezultate de aluminiii topit au umplut spațiul liber în cilindri deasupra paturilor de umplutură și au etanșat singurul orificiu al cilindrului etanșînd astfel sau izolînd paturile de umplutură secundă de aerul ambiant. Ansamblurile au fost menținute la o temperatură de 900°C și înfiletarea spontană a aluminiului metalic topit a început aproape imediat, fiind de regulă completă după un interval de 20 min: După o menținere de 5 h, la 900°C, încălzirea a fost întreruptă și ansamblurile au fost lăsate să se răcească la temperatura ambiantă. S-au obținut corpuri de compozit cu matrice metalică, conținînd aliajul de aluminiu ce încastrează diferite umpluturi.

Totuși, în sistemul utilizînd nisip ca a doua umplutură, întreaga cantitate de bioxid de siliciu din nisip a reacționat cu aluminiul infiltrat pentru a forma alumină și siliciu metalic. Siliciul care a fost pus în libertate prin această reacție s-a dizolvat în aluminiu topit pentru a forma un aliaj de aluminiu-siliciu. Astfel, corpul final de compozit de matrice matalică obținut prin reacție a conținut un aliaj de aluminiu siliciu ce încastra o umplutură de aluminiu. Procesele de infiltrare descrise mai sus au fost efectuate într-o atmosferă de aer ambiant, fără aplicarea unui vid din afară, a unei presiuni mecanice, a unor agenți de umectare sau a altor tehnici care să faciliteze infiltrarea.

Acest exemplu demonstrează astfel formarea unor compozite cu matrice metalică prin infiltrarea spontană a metalului topit într-un pat de umplutură conținînd aer antrenat cu porozități infiltrarea a fost efectuată într-o matriță sau conteiner impermeabil conținînd umplutura secundă, numită matriță impermeabilă sau conteiner fiind etanșată ermetic față de atmosfera de către metalul topit supus infiltrării.

Exemplul 9. într-un creuzet poros de argilă de 150 ml s-au introdus 360. g de aliaj de aluminiu topit ce constituie metalul primar. Aliajul de aluminiu avea aceeași compoziție ca și primul aliaj de aluminiu menționat la exemplul 7. Ansamblul constînd din creuzet și aliajul de aluminiu topit a fost introdus într-un cuptor încălzit cu rezistență, timp de 3 h, la 900°C, într-o atmosferă de aer, în scopul dezvoltării unui produs al reacției de oxidare policristalin din aluminiul topit, ca' metal primar, în preformă, în condiții și printr-un mecanism de reacție cunoscut. Metalul primar, aluminiu topit, rămas a fost apoi decantat din creuzet și s-a constatat că suprafețele interioare ale creuzetului au fost infiltrate de produsul reacției de oxidare policristalin pînă la o adîncime de aproximativ 1,.,2 mm, fumizînd astfel un creuzet impermeabil la aer, căptușit ceramic. Trebuie menționat că, metalul primar aluminiul topit, a reacționat atît cu aerul, cît și cu creuzetul însuși în cursul acestei, infiltrări. Tot la 900°C, 130 g de particule de carbură de siliciu ’

fin divizat s-au introdus în creuzetul de 150 ml pînă la o înălțime de sub marginea superioară a creuzetului, pentru a da un pat de umplutură de carbură de siliciu avînd un volum de margine liber de aproximativ 60 ml, în creuzet, peste pat aproximativ 130 g aluminiu topit marca 1100 (nominal pur) s-au turnat deasupra patului de umplutură de carbură de siliciu, pentru a furniza un corp vertical de aluminiu topit care a etanșat orificiul de sus al creuzetului și a izolat patul de umplutură de carbură de siliciu de aerul ambiant. Creuzetul umplut a fost încălzit la 900°C, în același cuptor menționat mai sus în exemplul precedent, și s-a menținut la 900°C o perioadă de timp de 10 h. în acest timp, aluminiul metalic topit s-a infiltrat tot patul de umplutură de carbură de siliciu. Ansamblul a fost apoi lăsat să se răcească suficient pentru ca aluminiul metalic să se solidifice. La aproximativ 500°C tot ansamblul a fost scufundat în apă pentru spargerea creuzetului de argilă, inclusiv căptușeala subțire de ceramică pe suprafața interioară a creuzetului a rezultat un compozit cu matrice metalică conținînd aliaj de aluminiu marca 1100 ce încastrează particulele de carbură de siliciu, iar compozitul avea o suprafață exterioară care reproduce invers forma interiorului creuzetului de argilă inițial.

Rezultă, deci, că se poate utiliza un material poros, cum este un creuzet de argilă, ca matriță, cînd acesta este impermeabilizat la aer prin creșterea unui strat subțire de produs al reacției de oxidare în creuzetul de argilă, produsul reacției de oxidare fiind produs prin oxidarea dirijată a unui metal primar în aer în condiții cunoscute ce fac obiectul brevetelor enumerate mai sus. Stratul subțire rezultat de material compozit ceramic impermeabil la aer a făcut ca, creuzetul de argilă, altfel permeabil, să devină impermeabil la aer,' permțînd astfel creuzetului să servească drept conteiner impermeabil și ca o matriță pentru materialul de compozit cu matrice metalică realizat prin procedeul conform invenției.

Exemplul 10. încercarea din exemplul 8 a fost reluată de două ori, utilizînd două aliaje diferite de aluminiu și același tip de material ca umplutură secundă. In prima șarjă, s-a utilizat un. aliaj de aluminiu conținînd nominal în greutate aproximativ

2,5...3,5% Zn, 3...4% Cu, 7,5...9,5% Si, 0,8...1,5% Fe, 0,2...0,3% Mg și cel mult aproximativ 0,5% Mn, 0,5% Ni, 0,001% Be, 0,01% Ca și 0,35% Sn, restul fiind aluminiu, cu o umplutură secundă conținînd particule de alumina (abraziv), furnizate. A rezultat un compozit cu matrice metalică conținînd aliajul de aluminiu ce încastrează particulele de alimină. în a doua șarjă, s-a utilizat un aliaj de aluminiu nominal pur (marca aluminiu 1100), cu umplutura · secundă din alumină de același tip s-a format și de această dată un compozit cu matrice metalică conținînd aliajul de aluminiu ce încastrează particulele de alumină. Acest exemplu arată că a fost posibil să se utilizeze ca material de umplutură alumină cu o grânulometrie mai fină, decît Ia exemplul 8, obținîndu-se, totuși, compozitele cu matrice metalică. în afara de aceasta, s-a stabilit ca este posibil să se utilizeze 'acest material de umplutură din alumină mai fină cu aluminiu pur marca 1100 și să se obțină ccompozitele cu matrice metalică prin procedeul conform invenției.

Exemplul 11. încercarea descrisă în exemplul 7 a fost repetată cu o umplutură secundă compusă din particule de carbură de siliciu. Aliajul de aluminiu de infiltrare folosit a fost aliajul de aluminiu marca 1100, cu aproximativ 1% în greutate adaos de litiu. S-a format un compozit cu matrice metalică conținînd aliajul de aluminiu ce încastrează particulele de carbură de siliciu, în interval de aproximativ 5 min din momentul turnării aliajului topit de aluminiu deasupra patului de umplutură secundă.

Procesul descris a fost repetat cu o umplutură secundă constînd din carbură de siliciu mai fină. S-a format și de această dată un compozit cu matrice metalică conținînd aliajul de aluminiu ce încastrează particulele de carbură de siliciu într-un interval de aproximativ 5 min din momentul turnării aliajului topit de aluminiu deasupra patului de umplutură secundă. Este, deci, posibil să se formeze compozitele cu matrice metalică folosind materiale de umplutură secundă cu diferite granulometrii, cînd s-a utilizat aliaj de aluminiu marca 1100 conținînd aproximativ 1% în greutate litiu, ca metal de infiltrare.

Exemplul 12. Obiectivul încercărilor descrise mai jos a fost de a determina dacă acoperirea particulelor de umplutură cu un compus cu conținut de sodiu ar putea ușura formarea compozitului cu matrice metalică. S-a repetat încercarea descrisă în exemplul 7, cu deosebirea că particulele de umplutură conțineau particule de carbură de siliciu cu un strat acoperitor de Na₂O. Acest strat acoperitor s-a realizat scufundînd particulele mai întîi într-o soluție de hidroxid de sodiu pentru 3...4 h. Această scufundare a avut ca efect formarea unei acoperiri de hidroxid de sodiu pe particule; după scoaterea din soluție urmată de uscarea într-o etuvă, aceasta s-a transformat în esență într-un strat acoperitor de Na₂O. Aceste particule acoperite au fost măcinate într-un mojar cu pistil pentru a îndepărta agomeratele formate în cursul uscării. Cînd particulele de carbură de siliciu au ajuns din nou în formă de macroparticule, ele au fost folosite ca material de umplutură în procesul descris în exemplul 7. Aliajul de aluminiu utilizat pentru infiltrare avea o compoziție nominală, în greutate, de: 2,5...3,5% Zn,

3...4% Cu, 7,5...9,5% Si, 0,8...1,5% Fe, 0,2...0,3% Mg, și cel mult aproximativ 0,5% Mn, 0,5% Ni, 0,001% Be, 0,01% Ca și 0,35% Sn restul fiind aluminiu. S-a format un compozit cu matrice metalică conținînd aliajul de aluminiu ce încastrează particulele acoperite de carbură de siliciu.

încercarea descrisă mai sus a fost repetată cu particule de carbură de siliciu de aceeași dimensiune neacoperite. Aliajul de aluminiu nu s-a infiltrat în patul de particule de carbură de siliciu și astfel nu s-a format un compozit cu matrice metalică. Rezultă, deci, că, este posibil să se utilizeze acoperiri de Na₂O pe particulele de umplutură pentru a favoriza infiltrarea unui aliaj de aluminiu chiar în particule mai fine,' aplicînd procedeul conform invenției.

Exemplul 13. S-a lucrat în condițiile expuse în exemplul 7 cu o umplutură secundă conținînd carbură de siliciu și de aliaj de aluminiu .marca 1100 cu un adaos de aproxomativ 5% magneziu. S-a format un compozit cu matrice metalică conținînd aliajul de aluminiu ce încastrează particule de carbură de siliciu, în interval de 5 min, din momentul turnării aliajului de aluminiu topit deasupra patului. Procesul descris mai sus a fost repetat utilizînd particule de carbură de siliciu fin divizat drept material de umplutură. S-a format și de această dată un compozit cu matrice metalică conținînd aliajul de aluminiu care încastrează particulele de carbură de siliciu, în interval de 5 min din momentul aliajului de aluminiu topit deasupra patului de umplutură secundă.

Exemplul 14. încercarea descrisă în exemplul 7 a fost repetată la temperaturi de infiltrare mai coborîte, pentru a determina influența temperaturii asupra timpului de infiltrare. Șarjele de infiltrare au fost efectuate la 800, 760 și 700°C, timpii de infiltrare corespunzători fiind, respectiv, de 10, 40 și 90 min. Aceste încercări arată că, timpul necesar pentru infiltrarea completă a metalului topit în patul de umplutură crește pe măsură ce temperatura de lucru descrește.

Exemplul 15. S-a repetat modul de lucru descris în exemplul 7 cu un material de umplutură din carbură de siliciu fin divizată. Acest material de umplutură a fost mai fin decît materialul de umplutură, utilizat în exemplul 8. S-a format un compozit cu matrice metalică conținînd aliaj de aluminiu marca 1100 ce încastrează particulele de carbură de siliciu, în interval de 5 min din momentul turnării aliajului de aluminiu topit deasupra patului de umplutură. Compozitul avea o suprafață exterioară care reproduce invers în esență forma sau geometria interiorului creuzetului de argilă inițial. Acest exemplu demonstrează că este posibil să se utilizeze un material de umplutură mai fin în asociere cu aluminiu de înaltă puritate să se obțină compozite cu matrice metalică, potrivit procedeului conform invenției.

Exemplul 16. Pentru comparație, în acest exemplu se aplică procedeul conform invenției, cu deosebirea că, nu se asigură izolarea ermetică a patului de umplutură.

A. Aproximativ 100 g particule de carbură de siliciu de felul celor utilizate la exemplul 8, s-au. introdus într-un creuzet din argilă cu grafit permeabil la aer pe o adîncime ajungînd pînă la marginea superioară pentru a forma în acesta un pat de umplutură avînd un volum de margine liber de aproximativ 90 ml în creuzet, deasupra patului. Aproximativ 190 g din primul aliaj de aluminiu, descris în exemplu 7,. s-au introdus deasupra patului de umplutură de carbură de siliciu, iar ansamblul a fost introdus într-un cuptor încălzit cu rezistență și încălzit în aer la 900°C, timp de 15 h, pentru a topi aluminiul. S-a folosit suficient aliaj de aluminiu pentru a menține un corp vertical de aluminiu metalic topit deasupra patului de umplutură, etanșînd astfel partea de sus a creuzetului, astfel umplutura era etanșată față de aerul ambiant prin aliajul de aluminiu topit numai în partea superioară a creuzetului. După 15 h, la 900°C, ansamblul a fost lăsat să se răcească pînă la solidificarea aliajului de aluminiu metalic. După recuperarea conținutului creuzetului s-a constatat că, nu a avut loc în esență nici o infiltrare a metalului topit în patul de umplutură de carbură de siliciu.

B. S-a repetat experimentul de la paragraful A, cu deosebirea că, s-au utilizat ca umplutură, 50 g particule de carbură de siliciu precalcinate, fin divizate care s-au introdus într-un cilindru' de 100 ml din alumină recristalizată. Acesta a fost făcută' permeabil la aer prin practicarea unei fisuri în baza cilindrului. Ansamblul a fost încălzit la 900°C într-un cuptor încălzit cu rezistență și aproximativ 150 g aluminiu topit marca 1100 (nominal pur) s-au turnat, apoi, deasupra patului de umplutură pentru a acoperi, acesta cu un corp vertical de aluminiu topit, etanșînd astfel partea superioară deschisă a creuzetului. Creuzetul a fost menținut într-un cuptor, timp de 5 h, la 900°C, aluminiul metalic topit etanșînd deschiderea creuzetului, după care particulele de carbură de siliciu ai aluminiului topit s-au agitat cu o vergea de oțel, s-a constat însă că nu s-a produs infiltrarea carburii de siliciu și nici umectarea de către aluminiul metalic topit cu toată agitarea aplicată.

C. Experimentul de la paragraful B a fost repetat într-un creuzet de grafit cu argilă permeabil la aer, de tipul celui descris în paragraful A, ale cărui suprafață interioară au fost acoperite cu sulfat de calciu permeabil la aer (ipsos). Pentru a preveni ca produsul reacției de oxidare a aluminiului topit cu aerul să crească în pereții creuzetului, așa cum s-a descris în exemplul 8. S-au obținut aceleași rezultate ca la paragraful B adică umplutură de carbură de siliciu nu a fost infiltrată sau umectată de aluminiul metalic topit.

D. Experimentul de la paragraful B a fost repetat cu deosebirea că, după o perioadă de contact de 5 h, 1,5 procente în greutate magneziu s-a aliat cu aluminiul topit. Aliajul topit de aluminiu-magneziu rezultat a fost lăsat în contact cu umplutura, timp de încă 3 h, la 900°C. Nu s-a observat practic nici o infiltrare sau umectare a umpluturii de carbură de siliciu de către metalul topit.

E. Experimentul de la paragraful B a fost repetat, cu deosebirea că, s-a utilizat ca umplutură 150 g particule de carbură de siliciu mai grobe. în- loc de magneziu

2...3% în greutate siliciu s-au aliat cu aluminiu topit, după perioada de contact inițial de 5 h. Aliajul rezultat, topit, de aluminiu-siliciu, a fost lăsat în contact cu umplutura încă 3 h, la 900°C. Nu s-a observat în esență nici o umectare sau infiltrare a umpluturii de carbură de siliciu de către metalul topit.

Exemplul 17. în acest exemplu se prezintă o tehnică pentru producerea unor arbori cu came avînd mantale din compozite cu matrice ceramică și miezuri din compozite cu matrice metalică. Preformele de manta ale arborelui cu came au fost preparate mai întîi tumînd prafuri într-o matriță de arbore cu came, din ipsos.

Praful folosit în acest exemplu avea aceeași compoziție ca pulberea descrisă în exemplul 7 și a fost preparat folosind aceeași tehnică. Mărimea medie a particulelor a carburii de siliciu tip 100 GL a fost de 10 aproximativ 0,8μ, iar cea a particulelor de carbură de siliciu marca Carbon F1000 de 4μ. Preformele de arbore cu came turnate au fost uscate la 90°C, timp de minimum 4h, timpul de uscare obișnuit fiind însă de 15 20 h. Preformele obținute prin acest procedeu aveau o grosime de aproximativ 5 mm, greutatea lor variind între 380 și 480 g, funcție de grosimea lor. Aceste preforme au fost închise la un capăt și deschise la celă20 lalt, capătul deschis avînd forma unei pîlnii.

După terminarea treptei de uscare, preformele de arbore cu came au fost plasate, cu capătul închis în sus, într-un cuptor și 25 calcinate, timp de 5...20 h, la 1025... ... 1100°C. Temperatura de calcinare cea mai des utilizată a fost de 1025°C, o perioadă de timp de 20 h. Cuptorul conținînd preformele a fost adus de la temperatura ambian30 tă la cea de calcinare în decurs de 5 h și au fost răcite de la temperatura de calcinare la cea ambiantă în decurs de 5 h, la sfîrșitul șarjei. în cursul acestui proces de calcinare, fiecare preformă de arbore cu came a cres35 cut în greutate cu aproximativ 11%. Dilatarea lineară și diametrală a fiecărei preforme în cursul calcinării a fost de aproximativ 3%, iar dilatarea în grosime de aproximativ 8%.

După calcinare, toată suprafața interioară a fiecărei preforme a fost acoperită cu un strat de nămol conținînd siliciu metalic. Grosimea stratului acoperitor a variat de la arborii cu came fără nici un strat acoperi45 tor la cei cu un strat acoperitor maxim cu grosimea de aproximativ 2,54 mm. Grosimea stratului a variat pentru a determina care este grosimea optimă a stratului acoperitor, în ceea ce privește creșterea unifor50 mă și a vitezei de creștere. Grosimea opti103408 mă a stratului acoperitor s-a dovedit a fi între aproximativ 0,127 și 0,254 mm. După ce preformele au fost acoperite cu nămolul de siliciu metalic pe partea interioară, preformele au fost uscate, iar apoi acoperite la exterior cu un nămol conținînd în greutate 35%, ipsos 15% SiO₂ fiind divizat și 50% apă distilată. Acest al doilea strat acoperitor a fost uscat într-o etuvă la 90°C, timp de aproximativ 2 h, după care preformele au fost, introduse într-un cuptor și încălzite de la temperatura ambiantă la 900°C, în decurs de 5 h. Cînd temperatura cuptorului a atins 900°C, preformele au fost menținute la această temperatură o perioadă de timp, înainte ca aliajul de aluminiu să fie tumat în fiecare preformă. Perioada de timp între momentul cînd cuptorul a ajuns la 900°C și pînă cînd s-a adăugat aliajul de aluminiu topit a variat arbitar de la o preformă la alta. în unele preforme aliajul de aluminiu topit s-a adăugat aproape imediat după ce temperatura cuptorului a ajuns la 900C, în timp ce la altele aliajul s-a adăugat mai tîrziu. Perioada maximă dintre ajungerea temperaturii cuptorului la 900°C și adăugarea de aliaj topit de aluminiu a fost de 4 h.

Cantitatea de aliaj de aluminiu topit adăugat în fiecare preformă a fost de 330 g. Acest aliaj de aluminiu avea aceeași compoziție ca și primul aliaj de aluminiu descris în exemplul 7. Aliajul de aluminiu topit a fost introdus în preformă prin turnarea pe la capătul în formă de pîlnie, deschis al preformei, în timp ce preformă se află în cuptor la 900°C. Forma de pîlnie a capătului deschis ușura turnarea metalului topit în preforme, formînd și un rezervor pentru metalul topit. Prin faptul că aerul putea să pătrundă prin pereții permeabili ai preformei, aliajul topit de aluminiu a fost oxidat. Produsul reacției de oxidare rezultat s-a infiltrat prin creșterea în pereții fiecărei preforme, în condiții și conform unui mecanism cunoscut. Pe măsura ce creșterea a continuat, aliajul de aluminiu a fost completat cu aliaj topit de aluminiu marca 1100, la 900°C.

Procesul de creștere a fost condus timp de

100...150 h. Deși majoritatea creșterii a avut loc în primele 30 h, surplusul de timp de reacție a condus la obținerea unui produs mai uniform.

După ce produsul reacției de oxidare s-a infiltrat complet în pereții fiecărei preforme, dînd naștere la mantale de arbori cu came compozit ceramice, aliajul topit de aluminiu a fost golit din metalele menținute între timp la 900°C. Mantalele de arbore cu came din compozit ceramic (tot la 900°C) au fost apoi umplute cu SiC care forma umplutura secundă și închise cu un aliaj ce constituia matricea metalică la 900°C. S-au utilizat mai multe aliaje ca matrice metalică. Acestea au inclus aliajul de aluminiu marca 1100; primul aliaj de aluminiu descris la exemplul 7; un aliaj de aluminiu marca 1100 cu un adaos aproximativ de 0,25...3% Li,un aliaj de aluminiu marca 1100 cu un adaos de aproximativ 0,5...5% Mg, un aliaj de aluminiu corespunzător primului aliaj de aluminiu descris la exemplul 7 cu un adaos de aproximativ 0,25... ...3% Li cît și primul aliaj de aluminiu descris ca exemplul 7 cu uri adaos de aproximativ 0,5...5% Mg. După închiderea patului de SiC în fiecare preformă cu un strat de aliaj de matrice, infiltrarea aliajului de matrice în pat a avut loc aproape imediat și a fost completă în aproximativ 20 min. în cursul acestei perioade de 20 min, s-a adăugat aliaj de matrice adițional atît cît era necesar pentru fiecare preformă, astfel îneît fiecare pat era mereu închisă cu un strat de aliaj de matrice. După terminarea perioadei de infiltrare, arborii cu came au fost răciți la temperatura ambiantă în decursul a 12... ...15 h, s-au curățat și s-au șlefuit la dimensiunile prevăzute. Arborii cu came rezultați au fost curățați prin sablare și au fost tăiați la lungimea corespunzătoare folosind roți cu diamant.

Debitul de alimentare a fost de aproximativ 0,508...0,0762 m pentru tăiere și de aproximativ 0,0127...0,0203 mm pentru șlefuire. Un arbore cu came confecționat prin procedeul, conform invenției este arătat pe fig. 11.

Rezultă, deci, că se poate prepara un dispozitiv cu o geometrie complicată și complexă, astfel încît să aibă o manta din compozit cu matrice ceramică și un miez din compozit cu matrice metalică. Mantaua de compozit cu matrice ceramică este confecționată mai întîi prin infiltrarea unei preforme fasonate constituite dintr-un material de umplutură primă de către produsul reacției de oxidare a aliajului de aluminiu cu aer. Apoi, miezul de compozit cu matrice metalică este preparat prin infiltrarea spontană a aluminiului topit într-un pat etanșat ermetic de umplutură secundă, conținînd aer antrenat în porozități umplutura secundă fiind așezată în interiorul gol al mantalei din compozit cu matrice ceramică. Acest procedeu conduce la .obținerea unui produs final avînd proprietățile combinate ale unui compozit cu matrice ceramică și ale unui compozit cu matrice metalică. Procedeul, conform invenției, este aplicabil folosind o gaură largă de umpluturi secunde, în special umpluturi ceramice, iar alegerea umpluturii secunde va depinde de factori ca metalul infiltrat aluminiu sau magneziu utilizat, condițiile de proces utilizate, tipul și mărimea umpluturii secunde și proprietățile urmărite ale produsului final de compozit cu matrice metalică. De preferință, umplutura secundă, adică agentul de armare sau de rigidizare pentru compozitul cu matrice metalică este nereactiv cu aluminiul metalic topit sau cu magneziul metalic topit în condițiile procesului. Materiale indicate ca umpluturi secunde includ, de pildă: (a) oxizi, de exemplu alumină MgO, TiO,, ZrO₂ și HfO₂ (b) carburi, de exemplu carbură de siliciu și carbură de titan (c) boruri, de exemplu diborură de titan, dodecarbură de aluminiu și (d) nitruri, de exemplu nitrura de aluminiu, nitrură de siliciu și nitrură de zirconiu. Dacă umplutura secundă este dintr-un material care manifestă o tendință de a reacționa cu aluminiul sau magneziul topit, aceasta poate fi compensată reducînd la minim timpul de infiltrare și temperatura de infiltrare sau prevăzînd un strat acoperitor nereactiv pe umplutură. Materialul de umplutură secundă poate conține un material, cum este carbonul sau alt material neceramic, purtînd un strat acoperitor menit să protejeze substratul de atac sau degradare. Ceramicele care sînt foarte indicate pentru a fi utilizate, în condițiile conform invenției, includ alumina și carbura de siliciu în formă de particule, plăcuțe, peri și fibre. Fibrele pot fi un filament discontinuu, cum sînt cablurile cu mai multe filamente. De asemenea, umplutura secundă poate conține fie o masă omogenă, fie una eterogenă sau o preformâ.

Carbura de siliciu are tendința de a reacționa cu aluminiul topit pur, dînd carbură de aluminiu, iar dacă drept umplutură secundă se folosește carbură de siliciu, este de dorit să se evite această reacție ori să fie redusă la minim, căci carbura de aluminiu este susceptibilă de a reacționa cu umezeala, ceea ce constituie un pericol potențial pentru rezistența corpului de compozit cu matrice metalică. în consecință, pentru a reduce la minim ori a evita această reacție, carbura de siliciu poate fi precalcinată în aer pentru a forma un strat acoperitor reactiv de silice pe ea, ori aluminiul poate fi aliat cu siliciu, sau ambele. Se urmărește de regulă mărirea conținutului de siliciu în aliere pentru a elimina formarea de carbură de aluminiu. Metode similare pot fi utilizate pentru a evita reacții nedorite cu alte materiale de umplutură secundă.

Mărimea și forma umpluturii secunde pot fi de orice natură ce se cere pentru a realiza proprietățile dorite în produsul sau corpul de compozit cu matrice metalică.' Astfel, umplutura secundă poate fi sub formă de particule, peri, plăcuțe sau fibre, întrucît infiltrarea umpluturii secunde de către aluminiul metalic topit nu este limitată de forma masei de umplutură secundă. Se pot utiliza alte forme, ca sfere, tuburi, palete, țesătură de fibre refractare și altele similare. în afară de aceasta, mărimea masei de umplutură secundă nu limitează infiltrarea, cu toate că pot fi necesare temperaturi mai ridicate sau o perioadă de timp mai lungă pentru o infiltrare completă a masei de particule mai mici decît pentru particule mai mari. Umplutura secundă poate fi fie în forme de densități mici, fie comprimată, fie cu o densitate mijlocie.

în comparație cu tehnologia convențională de obținere a compozitelor cu matrice metalică, prezenta invenție evită necesitatea de a recurge la atmosfere de gaze speciale și la presiuni ridicate, la temperaturi ridicate, la un vid aplicat din exterior sau la presiunea mecanică pentru a forța aluminiul sau magneziul topit să pătrundă în umplutura secundă. Se efectuează operațiile din procesul tehnologic în atmosferă de aer ambiant și se pot obține compozite cu matrice de aluminiu metalic sau compozite de matrice de magneziu cu o largă varietate de umpluturi secunde, cu diferite grade de compactizăre a umpluturii secunde și cu o porozitate mică.

Exemplul 18. în acest exemplu se ilustrează o varietate de realizare a procedeului, conform invenției, pentru producerea pieselor fasonate cu matrice metalică, în acest caz un model expandabil de aproximativ 101,6 x 50,8 x 25,4 mm a fost acoperit, cu un nămol adeziv, prin scufundarea modelului într-un vas conținînd nămolul. respectiv. în consecință, modelul a fost acoperit cu un strat subțire de nămol care aderă de suprafețele exterioare ale acestuia modelul în stare încă lipicioasă a fost stropit cu alumină care a aderat pe stratul acoperitor. Modelul cu stratul acoperitor de nămol a fost uscat și procesele de acoperire prin scufundare cu nămol adeziv și stropire cu alumină au fost repetate de cîteva ori pentru a obține un strat acoperitor de adeziv/alumină cu grosimea de aproximativ 3,175 mm pe modelul expendabil. Modelul acoperit a fost apoi uscat și încălzit la aproximativ 900°C, timp de 4 h. Modelul expandabil se volatilizează în cursul procesului de încălzire imprimînd astfel o cavitate care reproduce invers forma exterioară a modelului expandabil.

După volatilizarea practic completă a modelului un aliaj de metal primar avînd o compoziție nominală, în procente de greutate, de aproximativ 2,5...3,5% Zn,

3.. .4% Cu; 7,5...0,5% Si, 0,8...1,5% Fe, 0,2...0,3% Mg și cel mult aproximativ 0,5% Mn, .0,5% Ni, 0,01% Be, 0,01% Ca și 0,35% Sn, restul fiind aluminiu a fost turnat în cavitatea rezultată și supus oxidării, timp de 24 h pentru a se obține o matriță impermeabilă pentru formarea unui corp de compozit cu matrice metalică. Astfel, matrița a fost formată prin tehnicile cunoscute descrise în brevetele enumerate în exemplul

4. Aliajul de metal primar rezidual, adică aliajul de metal primar care nu a fost convertit în produsul reacției de oxidare a fost apoi golit din matrița formată și matrița a fost umplutură cu aproximativ 166 g carbură de siliciu fin divizată și acoperită cu 100 g aliaj de aluminiu cu compoziție nominală, în greutate, aproximativă de:

2.5.. .3.5% Zn, 3...4% Cu, 7,5...9,5% Si, 0,8...1,5% Fe, 0,2...0,3% Mg și cel mult aproximativ 0,5% Mn, 0,5% Ni, 0,01% Be, 0,01% Ca și 0,35% Sn, restul fiind aluminiu. Acest aliaj de aluminiu s-a infiltrat în pat, după aproximativ 5 min, dînd un compozit cu matrice metalică conținut în matrița impermeabilă. Matrița și conținutul ei au fost răcite sub 550°C, iar apoi au fost scufundate în apă pentru a sparge matrița exterioară ca urmare a tensiunii termice induse de șocul termic. Compozitul cu matrice metalică fasonată rezultat avea practic aceeași formă ca și modelul expandat inițial. Rezultă, de și, că acest exemplu ilustrează o tehnică de' a produce compozite cu matrice metalică cu forme complexe. Este posibil ca, în loc de modelul expandabil sau din ceară, să se poată utiliza și alte tipuri de modele pentru a se obține practic același rezultat.

Din cele prezentate în exemple rezultă că prezenta invenție cuprinde un procedeu· de formare a compozitelor cu matrice metalică prin infiltrarea spontană a aluminiului sau a magneziului topit într-o masă sau pat de umplutură (în continuare menționat ca o umplutură secundă) dispusă într-o matriță, care este menținută într-un mediu substanțial ermetic. Matrița este formată prin oxidarea directă a unui metal precursor topit sau a unui metal primar cu un oxidant, pentru a dezvolta sau a crește un produs al reacției de oxidare policristalin care încastrează cel puțin o parte dintr-o preformă ce constă dintr-o umplutură corespunzătoare (în continuare menționat ca o primă umplutură). Patul ermetic etanșat poate conține aer înglobat, dar aerul înglobat și conținuturile matriței sînt i-zolate sau etanșate în așa fel, încît să excludă sau să oprească pătrunderea aerului exterior sau ambiant. în matriță se introduce umplutura secundă care este adusă în contact cu metalul topit, iar conținuturile matriței sînt etanșate ermetic, cel mai tipic prin etanșarea intrării sau orificiului matriței. Asigurînd un mediu ermetic infiltrarea spontană a umpluturii secunde de către metal topit are Ioc la temperaturi moderate și de aceea, se evită sau se elimină necesitatea folosirii de agenți de umectate, în special de ingrediente de aliere ale metalului aluminiu topit sau magneziu! metalic, aplicarea unei presiuni mecanice, a vidului, a unei atmosfere de un gaz special sau orice alt mijloc auxiliar de infiltrare.

Rezultă, deci, că se formează mai întîi o matriță impermeabilă prin tehnica oxidării. dirijate,. în sine cunoscută. 0 preformă permeabilă constînd dintr-o umplutură și prevăzută cu o cavitate cu configurație dorită, este contactată cu un metal primar topit care reacționează cu un oxidant. Această reacție conduce la formarea unui produs al reacției impermeabil, reacția avînd loc într-un domeniu de temperatură care se extinde de la o temperatură deasupra punctului de topire al metalului primar pînă la o temperatură sub punctul de topire al produsului reacției de oxidare care se obține. în cursul reacției, cel puțin o parte din produsul reacției de oxidare este menținută în. contact cu/'și dispusă între metalul primar topit și oxidant pentru a împinge treptat metal primar topit prin produsul reacției de oxidare înspre oxidat și în preformă, .astfel încît produsul reacției de oxidare continuă să se formeze în interiorul preformei, la interfața dintre oxidant și produsul reacției de oxidare format anterior. Reacția de oxidare este continuată în interiorul domeniului de temperatură mai sus menționat pentru a încastra în produsul reacției de oxidare prin creșterea acestuia din urmă cel puțin o parte din. preformă, fumizînd astfel matrița impermeabilă sub forma unui corp ceramic avînd umplutura primă încastrată în el. De exemplu, cel puțin o parte din preformă care definește cavitatea poate fi încastrată în produsul reacției de oxidare. De precizat că respectiva cavitate formată a matriței impermeabile este umplută cel puțin parțial cu o masă permeabilă de umplutură secundă care apoi este contactată cu aluminiu topit o perioadă de timp suficientă pentru a infiltra spontan masa de umplutură secundă, menținînd între timp acest ansamblu într-un mediu ermetic. După terminarea completă a infiltrării spontane, metalul topit este lăsat să se solidifice, pentru a furniza corpul de compozit cu matrice metalică.

într-o variantă de realizare a invenției un corp static sau un rezervor de aluminiu sau magneziu topit plasat în spatele cavității matriței este utilizat pentru a realiza mediul ermetic pentru conținuturile matriței. în mod tipic, orificiul sau intrarea cavității este etanșată printr-un corp static sau un strat de aluminiu topit.

Un alt aspect al invenției se referă la faptul că corpul de compozit cu matrice metalică este legat de matriță după solidificarea metalului topit. în condițiile procesului, metalul topit care se solidifică este menținut în contact cu matrița impermeabilă sau cu o parte a acesteia, pentru a lega compozitul cu matrice metalică rezultat la cel puțin o parte a matriței. în felul acesta, compozitul cu matrice metalică ce rezultă este integrat cu matrița sau cu o parte a ei, pentru a forma un laminat sau o structură de compozit-ceramic cu matrice metalică. ’ Intr-o alta variantă de realizare a invenției, cavitatea niatriței este prefasonată pentru a avea o geometrie predeterminată, iar compozitul cu matrice metalica se con45 formează acestei geometrii. Cînd matrița este separată de compozitul cu matrice metalică, suprafețele compozitului cu matrice metalică reproduc invers geometria cavității. In aceste condiții devine posibil să se confecționeze corpuri fasonate de compozit cu matrice metalică.

Termenii folosiți în.descriere au semnificațiile indicate mai jos:

Termenii aluminiu și magneziu se referă și includ un metal în esență pur, de exemplu aluminiu sau magneziu nealiat, relativ pur, disponibil în comerț, precum și alte calități de metal și aliaje metalice, cum sînt metalele disponibile în comerț avînd impurități și/saii constituenți de aliere, ca fierul, siliciul, cuprul, magneziu], manganul, cromul, zincul etc. în ele. Un aliaj de aluminiu sau aliaj de magneziu pentru scopurile acestei invenții este un aliaj în care aluminiul, respectiv magneziul este constituentul major.

Termenul metal primar se referă la acel metal, de exemplu aluminiul, siliciul, titanul, staniul, sau zirconiu!, care este precursorul unui produs al reacției de oxidare policristalin și include acest metal sub forma unui metal în esență pur, sau un metal disponibil în comerț avînd impurități și/sau constituenți de aliere în el. Un aliaj metalic pentru scopurile definiției este un aliaj în care metalul precursor este constituentul major.

Termenul ceramic se referă la un material care constă în întregime din materiale nemetalice și anorganice, dar poate să includă și un material care este predominant ceramic în ceea ce privește fie compoziția, fie proprietățile predominante, cu toate că corpul poate conține cantități substanțiale de unul sau mai multe metale derivate de la metalul primar, cel mai tipic între limitele de aproximativ 1...40% în volum, dar poate include chiar mai mult metal.

Termenul umplutură se referă la orice umplutură indicată pentru utilizare în practica prezentei invenții, inclusiv umpluturi ceramice ca atare, cum este alumina sau carbura de siliciu sub formă de fibre, fibre tăiate, macroparticule, prin bule, sfere, împletituri de fibre sau altele similare și umpluturi cu acoperire ceramică, ca fibrele de carbon acoperite cu alumină sau carbură de siliciu pentru a proteja carbonul de atacul aluminiului metalic topit.

Termenul umplutură primă se referă la un material de umplutură care este indicat pentru încastrare într-un produs al reacției de oxidare policristalin obținut prin oxidarea dirijată a metalului primar.

Termenul umplutură secundă se referă la un material de umplutură care este indicat pentru a fi infiltrat de către aluminiul, sau magneziul metalic pentru încastrare într-o matrice de metal solidificat.

Termenul impermeabil este utilizat pentru a descrie o matriță sau alt mijloc similar impermeabil la aer, adică etanș la aer.

Invenția de față prezintă următoarele avantaje:

- se pot obține procedee compozite cu un grad mărit de complexitate și cu forme variate;

- se realizază compozitul cu matrice metalică prin infiltrare spontană Iară necesitatea aplicării presiunilor mecanice exterioare a vidului sau folosirii unor agenți umectanți care să faciliteze procesul de infiltrare a matricei metalice în umplutura permeabilă predeterminată.

Claims (12)

1. Revendicări

   1. Procedeu de obținere a unui compozit cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a unui metal într-o masă permeabilă de umplutură, ambele prestabilite, caracterizat prin aceea că, în scopul obținerii unor produse compozite cu un grad mărit de complexitate, se prevede plasarea în cavitatea unei matrițe impermeabile, cu structură compozită, rezultată prin încastrarea în condiții cunoscute a unei preforme corespunzătoare. prevăzute cu o cavitate și constituite dintr-un prim material de umplutură permeabilă, de către o matrice policristalină, ceramică, rezultată prin oxidarea unui metal primar, și de preferință a unui aliaj de aluminiu, a unei mase corespunzătoare de umplutură secundă, urmată de contactarea acesteia cu o masă de metal topit, ales între aluminiu și magneziu, în intervalul de temperatură de 700 ... 5

   ...1000°C și, de preferință de 85O...95O°C, de etanșarea ermetică a conținutului matriței respective de însăși metalul topit menționat cît și eventual cu alte mijloace uzuale de etanșare și de menținerea an- 10 samblului astfel rezultat în intervalul dat de temperaturi, un timp suficient pentru realizarea infiltrării spontane a metalului topit în masa de umplutură secundă, după care ansamblul este răcit pentru 15 solidificărea metalului infiltrat și obținerea structurii compozite finite, în care compozitul cu matrice metalică poate să formeze nu ansamblu integrat cu matrița compozită, impermeabilă exterioară sau 20 după terminarea procesului matrița impermeabilă este spartă pentru extragerea compozitului interior cu matrice metalică, al cărui profil și formă va reproduce invers geometria cavității matriței imper- 25 meabile exterioare.
2. 2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul contactării și infiltrării masei de metal, topit prestabilit, în umplutura secundă, 30 matrița impermeabilă poate fi prevăzută la partea superioară cu un orificiu, ce comunică cu cavitatea în care este plasată masa de umplutură secundă și prin care orificiul se alimentează fluxul de 35 metal topit, conținut într-un rezervor montat și etanșeizat corespunzător la partea superioară a matriței impermeabile.
3. 3. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul 40 contactării și infiltrării masei de metal topit prestabilit în umplutura secundă, matrița impermeabilă poate fi profilată corespunzător pentru a avea partea superioară de formă tronconică, respectiv de 45 pîlnie, ce comunică cu cavitatea interioară în care este conținută masa de umplutură secundă și care parte tronconică, reprezintă rezervorul de metal topit ce constituie astfel parte componentă a corpu- 50 lui matriței impermeabile.
4. 4. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul contactării și infiltrării masei de metal topit prestabilit în umplutura secundă, se plasează matrița impermeabilă prevăzută cu orificii corespunzătoare și conținutul acesteia într-un conteiner refractar perforat și întregul ansamblu se imersează în masa de metal topit menționat și se menține un timp necesar pentru realizarea infiltrării spontane a acestuia în masa de umplutură secundă și obținerea compozitului interior cu structura predeterminată.
5. 5. Procedeu, conform revendicărilor 1 la

   4, caracterizat prin aceea că, în scopul obținerii matriței impermeabile cu profilul necesar, se plasează metalul primar corespunzător în cavitatea preformei permeabile fasonate adecvat și este condus procesul de oxidare a metalului primar topit, de infiltrare a produsului'reacției de oxidare, rezultat și încastrarea concomitentă a preformei permeabile, cel puțin în zona cavității acesteia după care se îndepărtează cel puțin din excesul metalului primar nereacționat din respectiva cavitate.
6. 6. Procedeu, conform revendicărilor 1 la

   5, caracterizat prin aceea că, în scopul limitării dezvoltării matricei policristaline în preformă fasonată la limitele acesteia, se aplică pe conturul preformei elemente de barieră cunoscute, care inhibă sau stopează creșterea matricei policristaline peste limitele astfel demarcate.
7. 7. Procedeu, conform revendicărilor 1 la 5, caracterizat prin aceea că, în scopul modelării cavității matriței impermeabile, se fasonează corespunzător corpul de metal primar ce se plasează -în patul de umplutură primă, acomodabilă, prestabilită, reprezentînd secțiunea modelului pozitiv, prin reproducerea inversă a căruia se definește forma cavității, după care se încastrează respectivul model în masa de umplutură primă și se încălzește ansamblul astfel pregătit Ia temperatura necesară pentru topirea metalului primar în respectiva cavitate fasonată, contactarea în stare topită cu masa de umplutură primă și desfașu103408 rarea în continuare a procesului în condiții cunoscute pentru obținerea matriței impermeabile cu structură compozită și profil predeterminat.
8. 8. Procedeu conform revendicărilor 1 Ia 5, caracterizat prin aceea că, în scopul modelării cavității matriței impermeabile, se introduce un model expandabil de formă corespunzătoare în patul de umplutură primă acomodabilă prin reproducerea inversă a căruia se definește geometria prestabilită a cavității, după care respectivul model se încastrează în patul de umplutură primă, și se toarnă metalul primar topit peste respectivul model expandabil care se volatilizează, permițînd pătrunderea metalului primar topit în cavitatea modelată corespunzător, contactarea masei permeabile de umplutură primă și desfășurarea procesului, în sine cunoscut, pentru obținerea matriței impermeabile de profil corespunzător cu structură compozită.
9. 9. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, masa permeabilă de umplutură prima este constituită, de preferință, din alumină sau carbură de siliciu.
10. 10. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, masa de umplutură secundă este condiționată de natura metalului care se infiltrează, este, de preferință nereactivă cu metalul infiltrat și poate fi constituită din oxizi de Al, Mg, Ti, Zr, Hf, din carburi de Si și Ti, din nitruri de Al și Zr sau din boruri de Ti și Al și, de preferință este constituită din particule de carbură de siliciu eventual acoperite cu Na₂O.
11. 11. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul obținerii unui compozit finit de forma unui ansamblu integrat, se conduce răcirea ansamblului pentru solidificarea metalului infiltrat în contact cu cel puțin o parte a matriței impermeabile, pentru realizarea integrării între compozitul interior cu matrice metalică și matrița exterioară.
12. 12. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul spargerii matriței impermeabile exterioare, după desăvîrșirea procesului de formare a compozitului interior cu matrice metalică se supune respectivul ansamblu unui șoc termic prin cufundare de la temperatura ridicată din proces, într-un lichid de răcire.