RO105979B1

RO105979B1 - Procedeu de obtinere a unui corp compozit cu matrice metalica

Info

Publication number: RO105979B1
Application number: RO142378A
Authority: RO
Inventors: Michael Kevork Aghajanianbert; James Wiener; Ralph Alfred Langensiepen
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1993-01-30
Also published as: DE68910642D1; PH26801A; KR970008038B1; NO175850C; FI91493C; EP0368790B1; NO175850B; BR8905757A; IL91721A0; TR27101A; EP0368790A1; CN1042489A; NZ231075A; US5007474A; CA2000774A1; NO893991L; IE893184L; PT92253A; JPH02240226A; FI894938A0

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu de obținere a unui corp compozit cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a metalului matricei intr-o masă permeabilă de umplutură, ambele prestabilite.

După cum se știe, produsele compozite cu matrice metalică, cuprinzând o fază de întărire formată din macropartîcule ceramice, fibre, mănunchiuri de fire, ș. a, sunt indicate pentru diverse utilizări, deoarece ele combină rigiditatea și rezistența la uzură ale fazei de întărire, cu ductilitatea matricei metalice. în general, un compozit cu matrice metalică, va prezenta o îmbunătățire a unor caracteristici, cum sunt rezistența, rigiditatea, rezistența la uzura de contact cât și menținerea rezistenței la temperaturi ridicate, în comparație cu metalul matricei în formă monolită. Dar gradul cu care o anumită proprietate poate fi îmbunătățită, depinde, în mare măsură, de componentele specifice ale compozitului, de fracțiunea de greutate sau de volum a acestora, cât și de condițiile de obținere ale compozitului, în unele cazuri, compozitul în sine, poate fi mai ușor în greutate decât metalul matricei monolit. Compozitele cu matrice de aluminiu, cuprinzând carbura de siliciu sub formă de macroparticule, plăcuțe, sau filiforma ca material de întărire, prezintă interes datorită creșterii rigidității, rezistenței la uzură și a rezistenței la temperaturi ridicate, în comparație cu aluminiul.

Au fost descrise diferite variante de proceseme’italurgice folosite pentru fabricarea compozitelor cu matrice de aluminiu, incluzând procedee bazate pe tehnica metalurgiei pulberilor, și infiltrarea unui metal în stare lichidă, în care se recurge la turnarea sub presiune, turnarea în vid, agitare și la agenți de umezire, prin tehnica metalurgiei pulberilor metalul sub formă de pulbere sau de fibre sau respectiv profiluri filiforme, se amestecă și se presează fie la rece, după care amestecul presat se sintetizează, fie la cald. Fracția maximă este utilizată la întărirea compozitelor obținute în aceste condiții, respectivele compozite cuprinzând o matrice metalică de aluminiu, a fost de 25% în volume în cazul profiluri filiforme, și de circa 40% în volume în cazul plăcuțelor. Fabricarea compozitelor cu matrice metalică prin tehnica metalurgiei pulberilor, utilizând procese convenționale, impune anumite limite cu respectarea caracteristicelor produselor care urmează să se obțină. Fracția în volum al fazei ceramice în compozit, este limitată în mod caracteristic la circa 40% în cazul profilurilor ceramice în formă de plăcuțe. De asemenea, operația de presare impune o limită în ceea ce privește dimensiunea produselor care se pot realiza în aceste condiții. Pe de altă parte, doar produsele cu profiluri și configurații relativ simple se pot realiza fără o fasonare ulterioară sau utilizând prese complexe. în timpul sinterizării pot să apară contracții neuniforme având ca efect apariții de neuniformități în microstructură, datorită segregării în pudra compactă și a evoluției granulare.

în brevetul SUA nr. 3970136, este descris un procedeu de obținere a unui compozit cu matrice metalică cuprinzând ca material de întărire fibre din carbură de siliciu sau din alumină și având o textură predeterminată în ceea ce privește orientarea fibrelor. Compozitul se realizează prin plasarea unor pâsle sau saltele paralele cu fibre coplanare într-o cochilie prevăzută cu un rezervor de metal al matricei topit, aliminiu de exemplu, dintre care se găsesc câteva straturi de fibre și se aplică o presiune pentru a forța pătrunderea metalului topit în saltelele de fibre orientate. Metalul topit poate fi turnat pe stiva de saltele, fiind forțat datorită presiunii să curgă între saltele. S-au realizat în aceste condiții fracții în volum de până la circa 50% fibre de armare în compozit. Procedeul descris, ținând cont de dependența existentă de presiune exterioară pentru a forța metalul topit al matricei să pătrundă și să străbată stiva de saltele fibroase, este expus la variațiile procesului de curgere determinat de presiune, fapt ce poate să conducă la o formare neuniformă a matricei metalice, apariția de porozități ele. Neuniformitatea caracteristicilor devine posibilă chiar și atunci când metalul topit este introdus în sistem printr-o multitudine de locuri. Ca urmare, dispozitivele complicate saltea-rezervor și traseele dificile de curgere, implică o asemenea alcătuire, încât să se realizeze o infiltrare adecvată și uniformă a stivei de saltele fibroase. De asemenea, această tehnică presiune-infiltrare, permite doar ca o întărire relativ redusă în raport cu fracția în volum a matricei, să fie dusă până la capăt, datorită dificultăților inerente de infiltrare a unui volum ridicat de saltele. în continuare, cochiliile sunt solicitate, trebuind să conțină metalul sub presiune, ceea ce mărește costul procedeului. în final, trebuie precizat că acest procedeu, limitat la infiltrarea unor particule sau fibre aliniate, nu este indicat pentru formarea unor compozite cu matrice metalică de aluminiu, întărite cu materiale sub formă de particule, mănunchiuri de fibre sau fibre orientate aleatoriu. în cazul fabricării compozitelor cu matrice de aluminiu întărite cu alumină trebuie precizat că aluminiul nu umectează alumina cu rapiditate, făcând în acest fel dificilă formarea unui produs coerent. Se cunosc diverse soluții pentru rezolvarea acestei probleme. Una din aceste soluții prevede acoperirea aluminei cu un metal (de exemplu, nichel sau wolfram) care este presat apoi la cald odată cu aluminiul. într-o altă tehnică, aluminiul se aliază cu litiu, iar alumina poate fi acoperită cu silice. Compozitele care se obțin în aceste condiții, prezintă însă variații în proprietățile lor, deoarece atât acoperirea masei de umplutură cât și prezența litiului în compoziția matricei, pot să degradeze umplutura și, respectiv, să afecteze proprietățile matricei metalice.

în brevetul SUA nr. 4232091 este descrisă realizarea compozitelor cu matrice de aluminiu, prin aplicarea unor presiuni de

75...375 Kgf/cm², pentru a forța aluminiul topit sau aliajul de aluminiu topit să pătrundă în interorul unei mase de fire de alumină, care a fost preâncălzită la 700... 1050°C. Raportul maxim în volum de alumină: metal în corpurile solide obținute a fost de 0,25:1. Datorită dependenței de forța de presiune exterioară în acțiunea de infiltrare, procedeul prezintă o serie de dezavantaje legate de neomogenitatea structurilor care se obțin.

în brevetul european nr. 115742 este decrisă obținerea unor compozite alumină-aluminiu, utilizabile ca elemente de celule electrolitice, în care golurile prefabricatului de alumină sunt umplute cu aluminiu topit. Este evidențiată imposibilitatea umectării aluminei de către aluminiul topit, utilizându-se diferite tehnici pentru realizarea acestei umectâri a aluminei în interiorul prefabricatului. De exemplu, se poate acoperi alumina cu un agent de umectare diborura de titan, de zirconiu, sau hafniu sau, respectiv, cu un metal ales între litiu, magneziu, calciu, titan, crom, fier, cobalt, nichel, zirconiu sau hafniu. Pentru facilitarea procesului de umezire se folosesc atmosfere inerte, precum argonul. Este posibilă, de asemenea, aplicarea unei presiuni în vederea pătrunderii aluminiului topit în matrița neacoperită. Pentru aceasta se videază mai întâi porii și apoi se aplică presiunea asupra aluminiului topit într-o atmosferă inertă, de exemplu argon, pentru realizarea infiltrării. în mod alternativ, prefabricatul poate fi infiltrat prin depunerea aluminiului din fază de vapori, în vederea realizării umectării suprafeții înainte de umplerea golurilor prin infiltrarea aluminiului topit. în scopul asigurării retenției aluminiului în porii prefabricatului, se impune un tratament termic la temperatura ridicată, de exemplu între 1400 și 1800°C, fie în vid, fie în argon. Trebuie menționat, totodată, că fie că un material infiltrat prin aplicarea presiunii este expus la acțiunea unui gaz, fie că se elimină aplicarea presiunii de infiltrare, au loc pierderi de aluminiu din corpul rezultat.

Utilizarea agenților de umectare pentru realizarea infiltrării metalului topit (aluminiu) într-un element de alumină într-o celulă electrolitică este descrisă în brevetul european nr. 94353. în acest brevet se descrie producerea aluminiului prin electro-extracție cu ajutorul unei celule având un alimentator de curent catodic, precum și un substrat al celulei. Pentru a proteja acest substrat de acțiunea criolitului topit, se aplică un strat subțire constituit dintr-un amestec de agent de umectare și de inhibitor de solubilitate, pe substratul de alumină, înainte de ridicarea acestuia din celulă sau atunci când este cufundat în aluminiul topit realizat pe parcursul procesului electrolitic. între agenții de umectare se pot cita titanul, zirconiul, hafniul, siliciul, magneziu), vanadiu), cromul, niobiul sau calciul, agentul de umectare preferat fiind titanul. Compușii borului, carbonului și azotului sunt descriși ca fiind utili în inhibarea solubilității agenților de umectare în aluminiul topit. în brevetul citat nu se face însă referire la fabricarea compozitelor cu matrice metalică și nici în ceea ce privește formarea unui asemenea compozit într-o anumită atmosferă, de exemplu pe bază de azot.

în afară de utilizarea presiunii și a agenților de umectare s-a stabilit că aplicarea unui vid va ajuta la pătrunderea aluminiului topit într-un compact ceramic poros. Astfel, în brevetul SUA nr. 3718441, este descrisă infiltrarea unui compact ce ramic (de exemplu, carbură de bor, alumină și oxid de beriliu) de către aluminiu, beriliu, magneziu, titan,vanadiu.nichel sau crom, în stare topită, într-un vid de cel mult IO⁶ tori. Un vid între IO'² la IO^-6 tori, a determinat o umectare redusă a ceramicii de către metalul topit, metalul neputând penetra liber în spațiile goale ale ceramicii. S-a constatat că umezirea s-a ameliorat atunci când vidul a fost redus la mai puțin de IO⁶ tori. în brevetul SUA nr. 3864154 este de asemenea descrisă utilizarea vidului pentru realizarea infiltrării. Astfel, este descrisă aplicarea unui pat de pulbere de aluminiu presată la rece pe un compact de pulbere de AIB12 presată la rece. S-a aplicat, apoi, suplimentar aluminiu pe compactul de A1B12. Creuzetul încărcat cu sandvișul format din compactul de A1B12 între straturile de aluminiu, a fost plasat într-un cuptor cu vid, a cărui atmosferă a fost adusă la 10^s tori pentru a permite evacuarea gazelor. Temperatura a fost ridicată apoi la 1100°C și menținută la acest nivel timp de 3 h. în aceste condiții aluminiul topit a pătruns în compactul poros de A1B12.

în brevetul SUA nr. 3364976 este descris conceptul creerii unui vid autogenerat, într-un corp oarecare, pentru intensificarea pătrunderii unui metal topit în interiorul acestui corp. Un caz particular îl reprezintă imersarea completă a unui corp, de exemplu a unei cochilii din grafit sau din oțel sau a unui material refractar poros într-un metal topit. în cazul unei cochilii, cavitatea acesteia este umplută cu un gaz reactiv, metalul topit comunică cu metalul topit amplasat în exteriorul cochiliei, prin cel puțin un orificiu prevăzut în aceasta. în momentul în care cochilia este imersată în topitură, umplerea cavității are loc pe măsură ce se produc vacuumul generat prin reacția dintre gazul din cavitate și metalul topit. în mod particular, vacuumul este un rezultat al formării formei solide oxidate a metalului topit. Utilizarea unei cochilii însă, pentru generarea vacuumului poate fi nedorită datorită problemelor pe care Ie ridică acesată utilizare. In primul rând, cochiliile trebuie confecționate într-o formă și profil predeterminat, după care trebuie finisate în mod corespunzător, și asamblate înainte de folosire. După folosire cochiliile trebuie demontate pentru extragerea piesei turnate și în cele din urmă, se impune fie recondiționarea cochiliei ale cărei suprafețe necesită cu mare probabilitate o refinisare, fie chiar rebutarea ei dacă aceasta devine inutilizabilă. Realizarea cochiliilor de forme complicate poate să devină costisitoare și să implice un timp îndelungat. în afară de aceasta extragerea unei piese realizate dintr-o cochilie complexă poate să devină dificilă (unele piese turnate în forme complicate se pot deteriora la extragere). S-a sugerat ca un material poros să fie imersat direct într-un metal topit fără utilizarea unei cochilii, ceea ce nu este posibil, deoarece materialul alcătuit din particule se disociază și plutește pe suprafața băii de metal topit dacă nu este conținut într-un conteiner. Dacă se urmărește infiltrarea unui material în formă de particule sau un conglomerat preformat de particule, se iau măsurile corespunzătoare ca metalul introdus să nu deplaseze porțiuni ale particulelor sau ale semifabricatului, pentru a se evita obținerea unei structuri neomogene.

Ca atare, a apărut necesitatea elaborării unui procedeu simplu și sigur de realizare a unor compozite cu matrice metalică, fără aplicarea presiunii sau a vidului (aplicat din exterior sau creat în interior) sau, respectiv, utilizarea unor agenți de umectare dăunători pentru omogenitatea structurală. De asemenea, se impune minimalizarea costurilor de finisare finale, la obținerea corpurilor compozite cu matrice metalică.

Astfel, în brevetul RO nr. 101345 (prioritate SUA nr. 049171/87), este descrisă realizarea unui asemenea compozit. Conform acestui procedeu, compozitul se obține prin infiltrarea spontană, într-o masă permeabilă de umplutură (un material ceramic sau cu acoperire ceramică), a aluminiului topit cu conținut de cel puțin 1% în greutate și, de preferință, cel puțin 3% în greutate magneziu. Infiltrarea are loc spontan, fără aplicarea presiunii sau a vidului. Masa de aliaj metalic topit este contactată cu materialul de umplutură la o temperatură de cel puțin 675°C în prezența unei atmosfere constituite dintr-un gaz cu conținut de aproximativ 10 la 100% azot și de preferință cel puțin 50% azot în volume,și în rest un gaz neoxidant, de exemplu argon. în aceste condiții, aliajul metalic topit infiltrează masa ceramică în condiții normale de presiune rezultând nu un compozit ci matrice metalică de aluminiu/aliaj de aluminiu. După infiltrarea cantității prestabilite de material de umplutură de către aliajul topit de aluminiu, temperatura se reduce pentru a permite solidificarea aliajului, rezultând în acest fel o structură solidă cu matrice metalică, ce înglobează materialul de umplutură destinat întăririi. De regulă, cantitatea de aliaj topit prezentă în sistem va fi suficientă pentru a asigura realizarea infiltrării până la limitele materialului de umplutură. Proporția de material de umplutură din compozitele cu matrice de aluminiu, realizate în aceste condiții poate să fie foarte ridicată, putându-se realiza rapoarte în volum umplutură: aliaj mai mari de 1:1. în condițiile procesului descris, nitrura de aluminiu se poate forma ca o fază discontinuă în matricea de aluminiu. Cantitatea de nitrură în matricea de aluminiu poate sa varieze în funcție de unii factori de proces, cum sunt temperatura, compoziția aliajului, atmosferei de infiltrare și a materialului de umplutură. în acest fel, exercitând un control asupra unuia din acești factori ai sistemului, este posibilă obținerea unor caracteristici anumite ale compozitului. Pentru unele utilizări, insă, este indicat ca respctivul compozit să conțină nitrură de aluminiu în proporție redusă sau deloc. S-a constatat că temperaturile mai ridicate favorizează infiltrarea, dar stimulează, totodată, și formarea nitrurii. Ca urmare există posibilitatea selecționării condițiilor de intensificare a infiltrării sau de formare a nitrurii de aluminiu.

în brevetul RO nr. 102630 (prioritate SUA nr. 141642/88) este descrisă utilizarea unui agent adecvat de barieră în operațiile de formare a unui compozit cu matrice metalică. Respectivul agent de barieră (diborură de titan sau grafit sub formă de placă flexibilă, comercializată sub denumirea de Grafoil), se dispune pe o suprafață limită a materialului de umplutură definită de respectivul agent de barieră. Rolul acestuia este de a împiedica, preveni sau opri infiltrarea metalului topit, aliajul de aluminiu, in momentul atingerii barierei. Corpurile compozite obținute în aceste condiții, prezintă o formă exterioară aferentă, in esență, formei interioare a agentului de barieră.

Un alt procedeu cunoscut ce reprezintă o perfecționare a celui descris în brevetul RO nr. 101345, introducerea metalului matricei în sistem, a aliajului de aluminiu, sub forma unei prime surse și a unui rezervor al respectivului aliaj ce comunică cu prima sursă de aliaj topit prin gravitație. în mod particular, în condițiile descrise, prima sursă de metal topit începe să infiltreze masa permeabilă de umplutură la presiune atmosferică normală, și în felul acesta se începe formarea compozitului cu matrice metalică. Prima sursă de aliaj se consumă pe parcursul infiltrării acestuia în materialul de umplutură și ea poate fi reumplută, de preferință în mod continuu, de la rezervorul de io aliaj al matricei, pe măsură ce infiltrarea continuă. După ce cantitatea prestabilită de umplutură permeabilă a fost infiltrată de metalul matricei, temperatura se micșorează pentru solidificarea aliajului, formându-se in felul acesta structura solidă cu matrice metalică ce înglobează materialul de umplutură întăritor. Utilizarea rezervorului de metal topit, este justificată in situația în care trebuie asigurată o cantitate suficientă pentru infiltrarea completă a unei mase mari de material de umplutură, până la o extindere predeterminată. în mod alternativ, un agent de barieră opțional poate contacta masa permeabilă de ymplutură, la cel puțin o latură a acesteia pentru a defini o limită a acestei suprafețe. Alimentarea cu metal topit a matricei conținut în sursa ce contactează masa de umplutură, trebuie să fie suficientă pentru a permite infiltrarea directă orientată spre limitele de suprafață (definită, de exemplu, de agenții de barieră) ale masei de umplutură, în timp ce cantitatea de aliaj topit conținută în rezervor trebuie să depășească această cantitate considerată a fi suficientă, astfel încât aliajul topit prezent în sistem să fie în cantitate suficientă atât pentru a infiltra masa de umplutură complet, și să fie în exces pentru a fi atașat de corpul compozit cu matrice metalică, după solidificare. Existând acest exces de metal topit, corpul care rezultă este un corp compozit complex (un macrocompozit), în care un corp ceramic infiltrat având o matrice metalică va fi întărit direct, excesul de metal rămânând în rezervor.

Procedeele enumerate, prezintă însă unele dezavantaje legate în primul rând de unele greutăți în declanșarea procesului de infiltrare spontană, de obligativitate a operării la temperaturi mai ridicate, fapt ce favorizează apariția nitrurii de aluminiu în structurile compozite care se obțin, cât și de limitarea diversificării tipurilor și profilurilor tipurilor de structuri compozite cu ma105979 trice metalică ce se pot obține în aceste condiții.

Procedeul de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică, conform invenției, prevede infiltrarea spontană nemijlocită a unui metal al matricei/aliajul de aluminiu/într-un material de umplutură predeterminat, eventual prefasonat într-o preformâ. Anterior acestei infiltrări nemijlocite, se plasează un mijloc de oprire a infiltrării, la interfața dintre metalul topit a matricei și masa/preforma de umplutură care urmează să fie infiltrată. Acest mijloc de oprire are funcția de a controla suprafața de contact între metalul topit al matricei și masa/prefabricatul de umplutură. Un asemenea control poate fi necesar pentru dirijarea și liberarea contactului între cele două elemente ale sistemului în vederea infiltrării anumitor zone/suprafețe ale masei preformei de umplutură și/sau pentru îndreptarea unor deformări ale masei/preformei de umplutură, prin reducerea suprafeței de contact între masa/preforma de umplutură și metalul matricei și/sau pentru reducerea mărimii suprafeției ce trebuie prelucrată mecanic, cerută de realizarea unui compozit fasonat și finisat, cuprinzând o matrice metalică.

In alcătuirea ansamblului pentru realizarea infiltrării spontane, un intenisificator de infiltrare și/sau un precursor al acestuia și/sau o atmesferă de infiltrare comunică cu masa/preforma de umplutură, în intervale de timp predeterminate, ceea ce permite metalului topit al matricei să infiltreze masa/preforma de material de umplutură. Intr-o variantă preferată de realizare a procedeului, conform invenției, agentul intensificator de infiltrare poate să fie în contact cu cel puțin unul din elementele sistemului, respectiv - masa/ preformâ de umplutură și/sau metalul matricei și/sau atmosfera de infiltarre. în oricare din aceste situații, în final, cel puțin în timpul infiltrării nemijlocite, agentul intensificator de infiltrare trebuie să fie plasat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură.

Prin plasarea mijlocului de oprire între cel puțin o porțiune a metalului topit și masa/preforma de material de umplutură, se obține în condițiile de infiltrare descrise mai sus, un corp compozit cu matrice metalică, de profil și structură predeterminată. Mijloacele adecvate de oprire includ materiale care, ca o caracteristică, nu sunt umectate de metalul topit al matricei în condițiile de proces și/sau care pot facilita deplasarea carcasei metalului matricei care rămâne în contact cu masa/preforma de material de umplutură, după de infiltrarea directă a fost încheiată. Un exemplu de mijloc adecvat de oprire utilizat în cadrul procedeului conform invenției, în care metalul matricei este un aliaj de aluminiu este un material din grafit, precum și un produs în formă de covor/bandă de grafit, prevăzut cu unul sau mai multe orificii sau treceri. Numărul orificiilor, mărimea și forma acestora, pot fi controlate în mod adecvat, în vederea obținerii compozitului cu matricea metalică, de structură și profiluri predeterminate. în condițiile conform invenției, aluminiul topit este adus în contact, de regulă cu magneziul care funcționează ca precursor al intensificatorului de infiltrare, în prezența atmosferei de infiltrare pe bază de azot. în felul acesta sistemul metalul topit al matricei/precursor al intensificatorului de infiltrare/atmosfera de infiltrare, respectiv aluminiu/magneziu/azot, asigură realizarea nemijlocită a infiltrării spontane. De menționat, că și alte sisteme metal al matricei/precursor al intensificatorului de infiltrare/atmosferă de infiltrare, pot să funcționeze similar sistemului aluminiu/magneziu/azot și care se utilizează în cadrul procedeului conform invenției. Astfel, realizarea infiltrării spontane nemijlocite se obține în cazul sistemelor alumi105979 niu/stronțiu/azot, aluminiu/calciu/azot și aluminiu/zinc/oxigen. Chiar dacă pe parcursul descrierii se analizează cu prioritate sistemul aluminiu/magneziu/azot, trebuie avut în vedere că și celelalte sisteme enumerate folosite în cadrul procedeului, conform invenției, conduc la efecte similare, ca urmare mijloacele de oprire selecționate trebuie să corespundă utilizării în asociere cu oricare din sistemele enumerate. în cadrul procedeului, conform invenției, metalul matricei, aliajul de aluminiu, este adus în contact cu o masă/preformă de material de umplutură (de exemplu alumină sau carbură de siliciu) preamestecat cu magneziu sau expus la acțiunea acestuia în momente predeterminate ale desfășurării procesului. într-o variantă de realizare preferată, aliajul de aluminiu și/sau masa/preforma de umplutură, sunt conținute în atmosferă de azot, o perioadă predeterminată a desfășurării procesului de infiltrare. Masa/preforma de umplutură în aceste condiții va fi infiltrată spontan, extinderea sau viteza infiltrării spontane și a formării matricei metalice variind în funcție de ansamblul condițiilor de proces date, în care se includ, spre exemplu, concentrația de magneziu prevăzută pentru sistem (în aliajul de aluminiu, și/sau în masa/preforma de umplutură și/sau în atmosfera de infiltrare), mărimea și/sau compoziția particulelor materialului de umplutură, concentrația de azot din atmosfera de infiltrare, timpul prestablit de infiltrare și/sau temperatura la care are loc infiltrarea. Caracteristic procedeului este faptul că procesul de infiltrare este condus până la infiltrarea completă a masei/preformei de umplutură.

Procedeul, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:

- se asigură obținerea compozitelor cu matrice metalică cu structură deosebit de uniformă și reglată corespunzător pentru obținerea caracteristicilor impuse de domeniul de aplicare al compozitului;

- se desfășoară procesul de infiltrare în condiții intensificate, reglabile care permit diversificarea structurilor compozite care se obțin și orientarea procesului pentru obținerea compozitelor cu caracteristicile prestabilite.

în cele ce urmează se prezintă în detaliu obiectul invenției, în legătură și cu fig. 1 ... 4, care reprezintă:

- fig. 1, vedere schematică în secțiune transversală a ansamblului folosit pentru obținerea unui corp compozit, în condițiile precizate în exemplul 1;

- fig. 2, vedere schematică în secțiune transversală a ansamblului folosit pentru obținerea unui corp compozit, în condițiile precizate în exemplul 2;

- fig. 3, fotografie care prezintă două preforme infiltrate și două carcase de metal ale matricei, realizate în condițiile din exemplul 1;

- fig. 4, fotografie care prezintă două preforme infiltrate și două carcase de metal ale matricei, realizate în condițiile din exemplul 2.

Prezenta invenție se referă la un procedeu de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică (un aliaj de aluminiu), folosind un mijloc de oprire pentru controlul și reglarea infiltrării spontane și directe a metalului topit al matricei în materialul masei/preformei de umplutuă. In mod caracteristic, metalul matricei menționat, este determinat sau indus să infiltreze masa/preforma de umplutură, după ce trece prin mijlocul de oprire prestabilit. Mijlocul de oprire este constituit dintr-un material adecvat care poate fi plasat între metalul topit al matricei/aliajul de aluminiu și materialul masei/preformei de umplutură permeabilă și care poate să determine metalul topit al matricei, să infiltreze materialul masei/preformei de umplutură, trecând pe cel puțin un traseu definit prin agentul de oprire. în felul acesta mijlocul de oprire are rolul de a controla contactul superficial între metalul topit al matricei și materialul masei/preformei de umplutură. Mijloacele de oprire corespunzătoare includ materiale care, în mod specific, nu sunt umectate de metalul topit al matricei/ aliajul de aluminiu în condițiile de proces și/sau care pot facilita deplasarea unei carcase a metalului matricei/aliajul de aluminiu care rămâne în contact cu masa/ preforma de umplutură infiltrată, după terminarea procesului de infiltrare și solidificare. Traseul/traseele prevâzut(e) în mijlocul de oprire (discutat mai în detaliu ulterior) poate (pot) avea o configurație convenabilă. De exemplu, mijlocul de oprire poate să prevadă o multitudine de trasee, dispuse chiar la distanță unul de altui sau numai un singur traseu. Grosimea mijlocului de oprire trebuie să fie suficientă, pentru: 1) a absorbi tensiunile de răcire care se manifestă între carcasa metalului matricei-aliajul de aluminiu și compozitul cu matrice metalică rezultat prin infiltrare spontană și/sau a reduce rezistența legăturii și/sau mărimea legăturii între carcasa metalului matricei și compozitul cu matrice metalică, după solidificarea acestora. La determinarea adecvată a traseului (traseelor) în mijlocul de oprire, respectivul mijloc poate fi folosit pentru compensarea unei infiltrări neomogene/ neregulate, a metalului matricei, în stare topită, în interiorul materialului masei/preformei de umplutură.

După selecție, proiectare și amplasarea propriu-zisă a mijlocului de oprire, masa/preforma de umplutură permeabilă, poate fi infiltrată spontan, direct de metalul topit al matricei. Pentru realizarea acestei infiltrări, un intensificator dc infiltrare și/sau un precursor al acestuia și/sau o atmosferă de infiltrare, sunt aduse în contact cu materialul masei/ preformei de umplutură, în momentul prestabilit al desfășurării procesului, ceea ce permite ca metalul topit al matricei, să infiltreze spontan materialul masei/preformei de umplutură, trecând prin mijlocul de oprire. în mod specific, în ordinea desfășurării procesului de infiltrare spontană a metalului matricei în interiorul materialului de umplutură, în sistemul spontan, trebuie să fie prevăzut un intensificator de infiltrare. Respectivul intensificator de infiltrare, poate să fie generat de un precursor al acestuia, care poate să fie prevăzut în: 1) metalul matricei și/sau 2) materialul masei/preformei de umplutură permeabilă și/sau, 3) atmosfera de infiltrare și/sau 4) o sursă exterioară a sistemului spontan. în locul precursorului menționat se poate introduce direct intensificatorul de infiltrare, în cel puțin unul din elementele sistemului, respectiv materialul masei/preformei de umplutură și/sau metalul matricei și/sau

A atmosfera de infiltrare. In final, trebuie precizat ca cel puțin în timpul infiltrării spontane intensificatorul de infiltrare trebuie să fie plasat într-o porțiune prestabilită a materialului masei/preformei de umplutură permeabilă.

într-o variantă de realizare preferată, este posibil ca precursorul intensificatorului de infiltrare să fie adus cel puțin parțial în reacție cu atmosfera de infiltrare, astfel încât intensificatorul de infiltrare rezultat din reacție, să fie format în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură permeabilă, preliminată contractului masei/preformei de umplutură cu metalul topit al matricei sau chiar în strâns contact cu realizarea acestei faze (de exemplu, în cazul în care precursorul intensificatorului de infiltrare este constituit din magneziu, iar atmosfera de infiltrare este pe bază de azot, intensificatorul rezultat poate fi o nitrură de magneziu, ce poate fi localizată în cel puțin o porțiune a masei/preformei de umplutură). Un exemplu al sistemului metal al matricei/precursor al intensifi105979 catorului de infiltrare/atmosferâ de infiltrare, este sistemul aluminiu/magneziu/aA zot. In mod specific, metalul matricei aliajul de aluminiu, poate fi conținut într-un vas refractar adecvat care, în condițiile de proces, nu intră în reacție cu aliajul de aluminiu și/sau cu materialul de umplutură, în situația în care aliajul de aluminiu este topit. Un material de umplutură ce conține magneziu sau care este adus în contact cu magneziu, cel puțin în momente predeterminate ale procesului este în comunicație cu atmosfera de infiltrare de azot și care poate fi adus în contact cu aliajul de aluminiu topit în aceste condiții. Metalul topit al matricei/aliajul de aluminiu se va infiltra spontan în materialul de umplutură prefasonat sau nu. Trebuie precizat, de asemenea, că procedeul, conform invenției, prevede posibilitatea alimentării directe a intensificatorului de infiltrare ca atare, . în materialul masei/preformei de umplutură și/sau în metalul matricei și/sau în atmosfera de infiltrare. în timpul infiltrării spontane însă, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie plasat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură. In condițiile, conform invenției, în care se folosește prioritar sistemul spontan aluminiu/magneziu/azot, deși și alte sisteme de infiltrare spontană pot să conducă la efecte similare, respectiv aluminiu/calciu/azot, aluminiu/stronțiu/azot și aluminiu/zinc/oxigen, masa/preformă de umplutură, trebuie să fie suficient de permeabilă, pentru a permite ca atmosfera cu conținut de azot să pătrundă în materialul masei/preformei, să-l îmbibe și/sau să intre în contact cu aliajul de aluminiu

A topit. In plus, materialul de umplutură al masei/preformei, se poate adapta la infiltrarea spontană a metalului matricei, aliajul de aluminiu, determinând în felul acesta ca după îmbibare cu azot, materialul de umplutură să fie infiltrat spontan de metalul topit al matricei, pentru formarea corpului cu matrice metalică și/sau azotul existent în sistem poate să intre în reacție cu precursorul intensificatorului de infiltrare, pentru formarea respectivului intensificator în masa/preforma de umplutură, declanșând în felul acesta procesul de infiltrare spontană. Extinderea sau viteza infiltrării spontane și a formării compozitului cu matrice metalică, variază în funcție de o serie de factori din proces care includ, conținutul de magneziu al aliajului de aluminiu, conținutul de magneziu al materialului masei/preformei de umplutură, proporția de nitrură de magneziu existentă în materialul masei/preformei de umplutură, prezența unor elemente de aliere adiționale în aliajul de aluminiu, respectiv - Si, Fe, Cu, Mn, Cr, Zn, Ca, Sr etc., dimensiunea medie a materialului de umplutură (diametrul particulelor din care se compune materialul de umplutură), condiția suprafeței sau tipul materialului de umplutură, concentrația în azot al atmosferei de infiltrare, timpul admis pentru realizarea infiltrării și temperatura la care are loc infiltrarea. De exemplu, pentru ca infiltrarea metalului topit al matricei-aliajului de aluminiu, să se producă spontan, respectivul aliaj de aluminiu trebuie să conțină cel puțin 1% și, de preferință, cel puțin 3% în greutate magneziu (a cărui funcție este cea de precursor a intensificatorului de infiltrare). Elementele auxiliare de aliere, menționate mai sus, pot fi incluse în compoziția aliajului de aluminiu, pentru obținerea compozitului cu anumite proprietăți. în plus, prezența elementelor auxiliare de aliere poate să influențeze cantitatea minimă de magneziu ce trebuie prevăzută în aliajul de aluminiu, pentru asigurarea desfășurării procesului de infiltrare spontană. Pierderile de magneziu din sistemul spontan, de exemplu prin volatilizare, nu trebuie să se producă într-o astfel de proporție încât să afecteze procesul de formare a intensificatorului de infiltrare. De aceea, este de dorit să se introducă în compoziția aliajului de aluminiu o cantitate suficientă de elemente auxiliare de aliere pentru asigurarea că infiltrarea spontană să nu fie influențată negativ de procesul de volatilizare menționat. Prezența magneziului în materialul de umplutură și în compoziția aliajului de aluminiu, sau numai în materialul de umplutură, poate să conducă la o reducere a cantității necesare de magneziu pentru realizarea infiltrării spontane (aspecte detaliate în continuare).

Procentul în volum de azot din atmosfera de infiltrare, influențează, de asemenea, vitezele de formare a compozitului cu matrice metalică. în mod specific, dacă în atmostera de infiltrare procentul de azot este sub 10% în volum, infiltrarea spontană are loc în proporție foarte redusă. S-a stabilit că este de preferat să existe cel puțin aproximativ 50% azot în volum în atmosfera de infiltrare, realizându-se un timp de infiltrare mai scurt, datorită vitezei sporite de infiltrare. Atmosfera de infiltrare - un gaz cu conținut de azot - poale fi alimentată direct în materialul masei/preformei de umplutură și/sau contactată cu metalul topit al matricei-aliajul de aluminiu sau să rezulte prin descompunerea unei substanțe.

Conținutul minim de magneziu necesar pentru ca metalul topit, aliajul de aluminiu să se infiltreze în materialul de umplutură, depinde de o serie de factori de proces, cum sunt temperatura, timpul, prezența în sistem a unor elemente secundare de aliere ca Si sau Zn, natura materialului de umplutură, amplasarea magneziului în unul sau mai multe componente ale sistemului spontan, conținutul în azot al atmosferei de infiltrare și viteza de alimentare și de curgere a atmosferei de infiltrare cu conținut de azot în sistem. Temperaturi mai scăzute sau timpi de reacție mai mici, pol fi utilizate pentru obținerea unei infiltrări complete, în momentul în care conținutul în magneziu al aliajului este majorat și/sau este majorat conținutul în magneziu al materialului masei/preformei de umplutură. De asemenea, la un conținut dat de magneziu, adăugarea anumitor elemente auxiliare de aliere, cum este zincul, permite folosirea unor temperaturi mai scăzute. De exemplu, un conținut de magneziu al aliajului de aluminiu, în domeniul limitei inferioare practicabile, de exemplu, aproximativ 1 ... 3% în greutate, poate fi utilizat, dar numai corelat cu următorii factori: o temperatură de proces la limita minimă, un conținut ridicat de azot în atmosfera de infiltrare, și prezența unuia sau câtorva elemente auxiliare de aliere. Dacă nu se adaugă magneziu în materialul de umplutură, sunt de preferat, pentru realizarea infiltrării spontane, aliajele de aluminiu cu un conținut de magneziu de 3 ... 5% în greutate, corelate cu o serie de aiți factori de proces. Utilizarea aliajelor de aluminiu cu un conținut de magneziu de cel puțin 5% în greutate este indicată atunci când procesul de infiltrare spontană se desfășoară la temperaturi mai scăzute sau în intervale de timpi mai scurți. Conținuturi de magneziu în exces în aliajul de aluminiu, de aproximativ 10% în greutate, se pot folosi în cazul când este necesar să se modereze condițiile de temperatură necesară infiltrării spontane. Conținutul în magneziu poate fi redus, când proporția acestuia în aliajul de aluminiu este corelată cu existența unui element auxiliar, dar trebuie precizat că respectivele elemente îndeplinesc doar o funcție auxiliară și se folosesc în sistemul spontan numai cumulat cu cantitatea minimă de magneziu prevăzută pentru realizarea infiltrării spontane, specificată mai sus. Astfel, s-a constatat că infiltrarea aluminiului aliat doar cu 10% siliciu, s-a produs în proporție foarte redusă în carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 77,5 ochiuri/cm², la

1000°C. Prezența magneziului permite siliciului să devină promotor al procesului de infiltrare spontană în condițiile conform invenției. Cantitatea necesară de magneziu necesară pentru realizarea infiltrării spontane este condiția dată de faptul că dacă magneziul este introdus numai în materialul masei/preformei de umplutură. S-a stabilit că infiltrarea spontană se poate realiza cu un procent mai redus de magneziu, în situația în care cel puțin o parte din cantitatea totală de magneziu este plasată în materialul masei/preformei de umplutură. Poate fi necesar ca în sistem să se introducă o cantitate mai redusă de magneziu, pentru preîntîmpinarea formării în structura compozitului a unor compuși intermetalici nedoriți. în cazul când materialul masei/preformei de umplutură este carbura de siliciu, s-a stabilit că, dacă acesta se află în contact cu metalul matrice/aliajul de aluminiu, un conținut de magneziu de cel puțin 1% în respectivul material de umplutură și prezența în sistem a unei atmosfere de infiltrare din azot practic pur, asigură desfășurarea infiltrării spontane în condițiile conform invenției. în cazul unui material de umplutură din alumină, când acesta este adus în contact cu un aliaj de aluminiu similar, la aceiași temperatură și în prezența aceleiași atmosfere de azot pur ca și în cazul precedent al carburii de siliciu, este necesară prezența a cel puțin 3% în greutate magneziu, pentru realizarea infiltrării spontane în același volum.

Trebuie menționat că procedeul, conform invenției, prevede posibilitatea introducerii în sistemul spontan a precursorului intensificatorului de infiltrare sau a respectivului intensificator, pe o suprafață a aliajului de aluminiu și/sau pe o suprafață a masei/preformei de umplutură și/sau în interorui materialului masei/preformei de umplutură (deci nu este obligatorie folos irea alierii aliajului dc aluminiu pentru introducerea în sistem a respectivului intensificator de infiltrare sau a precursorului acestuia). în cazul în care magneziul este plasat pe una din suprafețele metalului matricei-aliajul de aluminiu, este de preferat ca această suprafață să fie situată cât mai aproape de masa/preforma de umplutură și de preferință să fie chiar suprafața de contact, sau viceversa, sau respectiv magneziul poate fi amestecat cu cel puțin o porțiune a materialului de umplutură. Există posibilitatea utilizării unor combinații între aplicarea superficială, alierea și introducerea magneziului în interiorul cel puțin a unei porțiuni a materialului masei/preformei de umplutură. O asemenea combinare a posibilităților de introducere a unui sau a unor intensificatoare de infiltrare și/sau a unui sau a unor precursoare ale acestora, poate avea ca efect o diminuare a procentului în greutate total de magneziu necesar promovării infiltrării spontane a metalului matricei/aliajul de aluminiu, în materialul masei/preformei de umplutură, cât și posibilitatea desfășurării procesului la temperaturi mai scăzute. în aceste condiții cantitatea de compuși intermetalici nedoriți, ce se formează datorită prezenței în sistem a magneziului poate fi, de asemenea, minimalizată. Folosirea unuia sau mai multor elemente auxiliare de aliere, și mărirea concentrației de azot în atmosfera de infiltrare, influențează, de asemenea, viteza de infiltrare spontană, și respectiv, extinderea nitrurării metalului matricei la o temperatură dată. De exemplu, se pot utiliza ca elemente auxiliare de aliere, incluse în compoziția aliajului de aluminiu, zincul sau fierul, sau ele pot fi aplicate pe suprafața respectivului aliaj de aluminiu, în vederea reducerii temperaturii de infiltrare și implicit a diminuării cantității de nitrură de aluminiu ce se poate forma, în timp ce creșterea concentrației de azot în atmosfera de infiltrare poate fi folosită pentru promo105979 varea formării respectivei nitruri. Concentrația magneziului prevăzută în aliajul de aluminiu și/sau plasată pe o suprafață a respectivului aliaj și/sau combinată cu materialul de umplutură, tinde, de asemenea, să influențeze extinderea infiltrării la o temperatură dată. în mod frecvent, in unele cazuri când o mică proporție de magneziu este în contact direct materialul masei/preformei de umplutură sau când acest contact nu are loc, poate fi indicată includerea în aliajul de aluminiu a cel puțin 3% magneziu in greutate. Aliaje de aluminiu cu conținuturi mai mici de magneziu cât și cele cu un conținut de magneziu de 1 %, necesită temperaturi de proces mai ridicate pentru infiltrare spontană, sau prezența în compoziție a unuia din elementele auxiliare de aliere menționate mai sus. Temperatura de proces necesară pentru realizarea infiltrării spontane în condițiile conform invenției, poate fi mai scăzută în cazul în care: 1) conținutul de · magneziu al aliajului de aluminiu devine mai ridicat, spre exemplu când atinge 5% în greutate și/sau 2) constituîenții aliajului sunt amestecați cu materialul masei/preformei de umplutură și/sau 3) este prezent în aliajul de aluminiu un element auxiliar de aliere, zinc sau fier. Temperatura de proces poate să varieze, de asemenea, în funcție de tipul materialului de umplutură în care se infiltrează spontan aliajul de aluminiu. în general, o infiltrare spontană și progresivă va avea loc la temperaturi de proces de cel puțin aproximativ 675°C și, de preferință, în intervalul de temperaturi de aproximativ 750 ... 800°C; în general, temperaturile ridicate care depășesc 1200°C. Ca regulă generală, trebuie precizat că temperatura de infiltrare trebuie să fie corespunzătoare sau cu puțin superioară temperaturii de topire a metalului matricei, respectiv a aliajului de aluminiu, dar inferioară temperaturii de volatilizare a acestuia și de topire a materialului de umplutură. în plus, când temperatura de proces este ridicată, tendința formării unui produs de reacție între metalul matricei - aliajul de aluminiu și atmosfera de infiltrare se accentuează (în cazul aliajului de aluminiu ca metal al matricei și a atmosferei de infiltrare pe bază de azot se poate forma nitrură de aluminiu). Un asemenea produs de reacție poate fi indicat sau în structura corpului compozit ce se obține, în funcție de domeniul de utilizare a acestuia. în vederea atingerii temperaturii de infiltrare se folosesc mijloace de încălzire cu rezistențe electrice, cu precizarea că alte mijloace de încălzire se pot folosi cu condiția ca acestea să nu aibă efecte negative asupra procesului de infiltrare spontană în condițiile conform invenției. în condițiile procedeului, conform invenției, un material permeabil de umplutură (prefasonat sau nu) este adus în contact cu metalul topit al matricei-aliajul de aluminiu, în prezența unui gaz cu conținut de azot, cel puțin în perioada desfășurării procesului propriu-zis. Acest gaz poate fi furnizat în sistem menținând un flux continuu al respectivului gaz în contact cel puțin cu materialul masei/preformei de umplutură și/sau cu metalul topit al matricei-aliajul de aluminiu. Chiar dacă viteza de curgere a gazului nu este critică, este de preferat, totuși, ca viteza de curgere a respectivului gaz să fie suficient de ridicată pentru compensarea anumitor pierderi de azot din atmosfera de infiltrare asigurată de gazul respectiv, prin formarea nitrurii în metalul matricei/aliajul de aluminiu, cât și pentru a preveni sau inhiba incursiunea aerului în sistem, care ar putea sa exercite un efect oxidant asupra metalului topit al matrice. Procedeul, conform invenției, prevede posibilitatea folosirii unei game largi de materiale de umplutură, pentru realizarea infiltrării spontane, alegerea lor depinzând de o serie de factori ca tipul metalului matricei (aliajului de aluminiu), condițiile de proces, reactivitatea metalului topit al matricei față de materialul de umplutură, abilitatea materialului de umplutură de a se conforma metalului matricei și proprietățile prestabilite ale compozitului final. Aliajul de aluminiu constituind metalul topit al matricei, materialele de umplutură indicate sunt: a) oxizi, spre exemplu alumina, b) carburi - spre exemplu carbura de siliciu, c) boruri-dodecaborura de aluminiu și d) nitruri-spre exemplu nitrura de aluminiu, precum și amestecuri ale acestora. In cazul în care materialul de umplutură manifestă tendința de a reacționa cu aliajul de aluminiu topit, acest lucru poate fi acomodat, prin reducerea timpului și temperaturii de proces sau prin prevederea unor acoperiri nereactive pe materialul de umplutură. Ca urmare materialul de umplutură poate să cuprindă un substrat, cum este carbonul sau un alt material neceramic, purtând o acoperire de protecție a substratului împotriva agresiunii sau degradării la contactul cu metalul topit. Acoperirile ceramice convenabile includ oxizi, carburi, boruri și nitruri. Produsele ceramice preferate pentru utilizare în cadrul procedeului, conform invenției, includ alumină și carbură de siliciu sub formă de particule, plăcuțe, fire și fibre. Fibrele pot fi discontinue sau pot avea forma unei împletituri, a unui filament continuu, precum și a unei funii cu multe fire. De asemenea, materialul de umplutură poate să fie omogen sau heterogen. S-a stabilit experimental că anumite structuri de materiale ceramice de umplutură manifestă o capacitate de infiltrare intensificată în raport cu alte materiale ceramice de umplutură, având o compoziție chimică similară. De exemplu corpurile de alumină concasate, descrise în brevetul

S.U.A. nr. 4713360 realizate prin creșterea unui produs al reacției de oxidare de la suprafața unei băi de aluminiu topit, prezintă calități de infiltrare îmbunătăți te în comparație cu produsele din alumină realizate în alte condiții cunoscute. De asemenea, corpurile de alumină realizate în condițiile descrise în brevetul RO nr. 95823 (prioritate S.U.A. nr. 819397/86), cu structură compozită), dezvoltarea produsului reacției de oxidare, a aluminei de la suprafața unei băi de aluminiu topit și infiltrarea concomitentă a structurii policristaline menționate, într-o masă de umplutură permeabilă, de alumină, cu care formează un corp interconectat tridimensional, prezintă, de asemenea, caracteristici de infiltrare superioare, în comparația cu alumina disponobilă în comerț. Forma și mărimea materialului de umplutură sunt determinate de tipul metalului matricei (aliajul de aluminiu) și caracteristicile produsului care urmează să se obțină. în felul acesta materialul de umplutură, poate să fie sub forma de particule, fibre, plăcuțe, fire sau amestecuri ale acestora, de vreme ce procesul de infiltrare spontană nu este limitat de forma materialului de umplutură. Alte forme posibile în alcătuirea unui material de umplutură corespunzător sunt sferele, elementele tubulare, bilele, țesăturile de fibre refractare și altele. în plus, mărimea materialului de umplutură nu limitează infiltrarea, chiar dacă o temperatură mai ridicată sau o perioadă de timp mai mare sunt necesare pentru infiltrarea completă a unei mase de particule mărunte în comparație cu particule mai mari. Materialul masei/preformei de umplutură, care urmează să fie infiltrată spontan în condițiile conform invenției, trebuie să fie permeabilă pentru pătrunderea metalului topit al matricei cât și atmosfera de infiltrare. Procedeul de formare a compozitelor cu matrice metalică, conform invenției, nefiind dependent de folosirea presiunii pentru forțarea pătrunderii metalului topit al matricei în interiorul materialului de umplutură, se pot obține compozite cu structură uniformă, având o fracție mare în volum de material de umplutură și o porozitate scă105979 zută. Fracții mai mari în volum de material de umplutură în compozitele cu matrice metalică, de ordinul a cel puțin 50%, se pot realiza prin folosirea unei mase inițiale cu porozitate scăzută și amestecuri de mărimi diferite de particule, cât și prin adăugare, prin amestecare a unor particule de mărimi variabile. Fracții mai mari în volum pot fi realizate, de asemenea, dacă masa de umplutură este compactată sau densificată, cu condiția ca masa respectivă să nu fie convertită fie într-un compact cu porozitatea celulară închisă, fie într-o structură complet densă care ar putea să împiedice infiltrarea aliajului topit în ea. In cadrul procedeului, conform invenției, pentru infiltrarea aluminiului și formarea matricei în jurul umpluturii ceramice, umezirea umpluturii ceramice de către respectivul metal topit-aliajul de aluminiu, poate constitui o parte importantă a mecanismului de infiltrare. Mai mult, la temperaturi scăzute ale procesului, se prodoce o nitrurare minimă, sau se produse nitrurarea, desigur proporția de fază discontinuă de nitrurâ de aluminiu dispersată în matricea infiltrată, fiind minimă. Pe măsură ce procesul de infiltrare se desfășoară la o temperatură de infiltrare apropiată de limita superioară, nitrurarea metalului matricei are loc cu mai multă ușurință. în felul acesta, mărimea fazei de nitrurâ din matricea metalică poate fi controlată prin varierea temperaturii de proces la care are loc infiltrarea. Temperatura specifică de proces la care formarea nitrurii devine mai pronunțată, variază la rândul său în funcție dc asemenea factori ca tipul aliajului de aluminiul folosit ca metal al matricei, și proporția sa comparativă cu volumul materialului de umplutură în care urmează a se infiltra, natura materialului de umplutură menționat și concentrația în azot al atmosferei de infiltrare. De exemplu, extinderea formării nitrurii

2S de aluminiu la o temperatură dată, are tendința să crească, pe măsură ce abilitatea aliajului de a umezi umplutura descrește și concentrația în azot al atmosferei de infiltrare crește. Este prin urmare posibilă obținerea matricei metalice pe parcursul procesului de infiltrare spontană, încât să i se confere compozitului final anumite caracteristici. Pentru un sistem dat, condițiile de proces pot fi selectate pentru controlarea formării nitrurii. Un produs compozit ce conține o fază de nitrurâ de aluminiu, va prezenta anumite caracteristici care pot fi favorabile produsului finit sau care pot îmbunătăți performanța acestuia. Intervalul temperaturilor pentru infiltrare spontană a aliajelor de aluminiu, în condițiile conform invenției, poate să varieze în funcție de natura materialului de umplutură ceramic folosite în cazul utilizării aluminei ca material de umplutură, temperatura de infiltrare nu trebuie să depășească, de preferință, aproximativ 1000°C, dacă se dorește ca ductilitatea matricei să nu fie redusă prin formarea nitrurii. Temperaturi care depășesc 1000°C, pot fi folosite dacă se are în vedere producerea unui compozit cu o matrice mai puțin ductilă și mai rigidă. Pentru infiltrarea carburii de siliciu pot fi folosite temperaturi peste 1200°C, întrucât extinderea formării nitrurii de aluminiu deranjează mai puțin în structura compozitelor de acest tip. Este posibilă, de asemenea, utilizarea unui rezervor de metal al matricei, pentru asigurarea infiltrării complete a materialului de umplutură și/sau pentru a introduce în sistem un al doilea metal, care să aibă o compoziție diferită de prima sursă de metal al matricei. Dacă se folosește, spre exemplu, un aliaj de aluminiu ca primă sursă de metal al matricei, atunci în mod virtual un alt metal sau aliaj care se topește la temperatura de proces poate fi utilizat ca metal de rezervor. După cum se știe metalele topite se pot amesteca foarte bine între ele prin miscibilitate, respectiv cu metalul din rezervor, cu condiția să fie prevăzut un timp suficient pentru aceasta. în felul acesta, utilizând un metal de rezervor cu o compoziție diferită de cea a primei surse de metal a matricei, devine posibilă influențarea proprietăților matricei metalice a compozitului care se obține, și implicit a caracteristicilor produsului fina). Procedeul, conform invenției, prevede, de asemenea, posibilitatea folosirii agenților de barieră, în mod specific, un agent de barieră are rolul de a interveni în migrația aliajului topit în materialul de umplutură, pentru a opri sau a încheia infiltrarea acestuia dincolo de limita definită a materialului de umplutură. Un asemenea agent de barieră convenabil, poate să fie un material, un compus, un element, o compoziție sau altele asemenea care, în condițiile procesului, conform invenției, își mențin integritatea, nu sunt volatile și sunt, de preferință, permeabile la atmosfera de infiltrare, fiind, totodată, capabile sâ opereze prin inhibare locală, oprire, prevenire și altele, asupra procesului de infiltrare spontană, sau asupra altui gen de migrare a metalului matricei, dincolo de limita definită a suprafeței materialului ceramic de umplutură. Un tip indicat de barieră include materialele care, în mod substanțial, nu sunt umezite de metalul topit al matricei (aliajul de aluminiu), pe parcursul migrației acestuia în condițiile de proces. O barieră de acest gen prezintă o mică afinitate sau nu prezintă deloc afinitate, față de aliajul topit al matricei, pentru a inhiba sau a preveni infiltrarea spontană dincolo de limita definită a suprafeței mesei/preformei de umplutură. Folosirea barierei, reduce volumul de lucrări necesare pentru finisarea produsului compozit cu matrice metalică, rezultat din proces. După cum s-a precizat mai sus, bariera trebuie să fie permeabilă sau poroasă sau permeabilizată prin perforare sau înțepare, pentru a permite accesul atmosferei de infiltrare pentru contactarea aliajului topit al matricei. Materiale de barieră deosebit de eficiente, în cazul procedeului conform invenției, în care metalul matricei este un aliaj de aluminiu, sunt cele care conțin carbon, și în special grafit. Grafitul după cum se știe, este în mod esențial inaccesibil umezirii de către aliajul de aluminiu topit în condițiile de proces. Este de preferat folosirea, în acest scop, a benzii sau foliei de grafit comercializată sub denumirea de Grafoil. Această folie de grafit prezintă caracteristici de strat izolator care previne migrația aliajului de aluminiu topit, dincolo de limita definită a suprafeței materialului de umplutură. Folia de grafit este, de asemenea, rezistentă la căldură și inertă chimic. Materialul de tip Grafoil este flexibil, compatibil, conformabil și elastic. El poate fi executat într-o mare varietate de forme, pentru a corespunde aplicației ca mijloc de barieră. De asemenea, agentul de barieră, poate fi aplicat sub formă de suspensie, pastă sau de peliculă aplicată prin vopsire, în vecinătatea limitei materialului masei/preformei de umplutură sau chiar pe această limită. Grafoilul este preferat, în mod deosebit, din cauza formei sale de folie flexibilă din grafit. Practic acest grafit subțire ca hârtia se plasează, în mod simplu, în jurul materialului masei/preformei de umplutură. Procedeul, conform invenției, prevede utilizarea foliei de grafit, tip Grafoil, atât ca mijloc de oprire cât și ca barieră. Mijlocul de oprire se deosebește de agentul de barieră, cel puțin prin poziționarea fiecăruia față de metalul topit al matricei și de materialul masei/preformei de umplutură, în mod specific, bariera poate să delimiteze mișcarea finală a metalului topit al matricei în materialul masei/preformei de umplutură după infiltrare pe când mijlocul de oprire controlează mărimea și/sau localizarea contactului metalului matricei cu materialul masei/preformei de umplutură deopotrivă, înainte de infiltrarea metalului A matricei și în decursul acesteia. In plus, este posibil ca mijlocul de oprire să funcționeze și ca agent de barieră. Spre exemplu, după ce metalul topit al matricei trece prin mijlocul de oprire, el poate să se infiltreze spontan în materialul masei/preformei de umplutură, până la contactul laturei posterioare a mijlocului de oprire (de exemplu, infiltrarea spontană poate să aibă loc până la punctul în care mijlocul de oprire intră în contact activ cu materialul masei/preformei de umplutură). Procedeul, conform invenției, prevede, de asemenea, folosirea și a altor materiale de barieră corelate cu metalul matricei aliajul de aluminiu și cu atmosfera de infiltrare pe bază de azot și anume a borurilor metalelor de tranziție (de exemplu diborura de titan), care, în general, nu se umezesc de către aliajul de aluminiu, în condiții predeterminate de proces. Cu un mijloc de barieră de acest tip, temperatura de proces trebuie să nu depășească 875°C, peste această temperatură, respectivul mijloc de barieră devine mai puțin eficient, în realitate peste această temperatură, având loc infiltrarea în interiorul barierei. Borurile metalelor de tranziție prezintă o formă tipică de particule (1 ... 30 μ). Materialele de barieră pot să fie aplicate sub forma de suspensie sau de pastă, la limita masei permeabile de umplutură ceramică, de preferință sub formă de prefabricat. Alte materiale de barieră ce se pot utiliza în varianta în care metalul matricei este aliajul de aluminiu, în prezența unei atmosfere de infiltrare pe bază de azot, includ compușii organici ușor volatili, ce se aplică sub formă de peliculă sau de strat pe suprafața materialului masei/preformei de umplutură. După ardere în azot, mai ales în condițiile procedeului, conform invenției, compusul organic se descompune, formând o peliculă de negru de fum. Compusul organic poate fi aplicat prin mijloace convenționale, vopsire, îraprăștiere etc. De asemenea, materialele de umplutură, sub forma de particule fin măcinate, pot să funcționeze ca materiale de barieră, deoarece infiltrarea spontană în materialul fin mărunțit, se produce într-un ritm mai lent decât în restul materialului de A umplutură, cu granulație mai grobă. In felul acesta agenții de barieră pot fi aplicați prin tehnici convenționale, cum este acoperirea marginilor suprafețelor limită cu un strat de agent de barieră. Un asemenea strat de agent de barieră, poate fi aplicat prin vopsire, imersare, sitografiere, sau altele asemănătoare, putându-se aplica agenții de barieră în formă lichidă, prin pulverizarea unui agent de barieră vaporizabil sau prin simpla depunere a unui strat de agent de barieră din particule solide sau prin aplicarea unei folii subțiri sau a unei pelicule de agent de barieră pe marginea definită a suprafeței. Prin aplicarea agentului de barieră, infiltrarea spontană se încheie în momentul în care metalul topit al matricei care se infiltrează, atinge marginea definită a suprafeței materialului de umplutură și vine în contact cu respectivul agent de barieră.

Realizarea practică a procedeului, conform invenției, va fi ilustrată în exemplele de mai jos.

Exemplul 1. Pe fig. 1, se poate vedea în secțiune transversală ansamblul folosit pentru obținerea unui corp compozit cu matrice metalică în condițiile conform incvenției. Astfel, un lingou de metal al matricei (aliajul de aluminiu) 5, va infiltra spontan un prefabricat 2, trecând printr-un mijloc de oprire 3. Pentru aceasta, se confecționează o cutie 1, din folie de grafit, tip Grafoil, măsurând 50,8x50,8x50,8 mm. Folia de grafit utilizată, era un produs flexibil, cu grosimea 0,381 mm. Un prefa105979 bricat 2, măsurând 50,8x50,8x12,7 mm, a fost plasat în cutia 1. Prefabricatul 2 era confecționat din aproximativ 12% în volum fibre despicate de alumină (din care cel puțin 90% în greutate erau fibre produse de compania Du Pont, tipul FP), aceste fibre fiind reunite prin alumină coloidală. Raportul alumină coloidală/fibre în greutate era de aproximativ 1/4, iar echilibrul volumului prefabricatului 2, evidenția o porozitate interconectată. Mijlocul de oprire 3 a fost plasat direct pe prefabricatul 2, conținut în cutia 1. Mijlocul de oprire 3 era confecționat, de asemenea, dintr-o folie de grafit Grafoil, prevăzută cu cinci găuri 30 (spre exemplu treceri). Mijlocul de oprire 3, a fost lipit de-a lungul unei suduri 4, la cutia 1, folosind un amestec de pulbere de grafit și silice coloidală. Aliajul de aluminiu 5, a fost plasat direct pe mijlocul de oprire 3 fixat în cutia 1. Aliajul de aluminiu conținea 10,5% Mg, 4% Zn, 0,5% Si, 0,5% Cu, restul fiind aluminiu. Aliajul de aluminiu 5, era constituit din două lingouri, fiecare din ele măsurând 25,4x 22,2 x

12,7 mm. Cutia din Grafoil conținând lingourile 5 și prefabricatul 2, a fost plasată într-un vas de grafit 6 umplut parțial cu alice de alumină 7. Vasul de grafit 6 a fost umplut apoi cu alice de alumină 7, până la marginea superioară a cutiei 1. Scopul primar de introducere în cutia 1 a patului 7, a fost acela de a constitui un suport pentru cutia de Grafoil 1. Vasul de grafit 6, conținând ansamblul din fig. 1, a fost într-un cuptor cu rezistență electrică și atmosferă controlată (de exemplu, un cuptor cu vid care a fost adus la o presiune de 10⁴ tori). în cuptor s-a introdus apoi azot, și temperatura a fost ridicată până la circa 200°C, în vederea. purificării atmosferei din cuptor. în timpul încălzirii și infiltrării care urmează, azotul a fost alimentat în cuptorul cu vid, cu un debit de aproximativ 2 1/s. Cuptorul a fost încălzit pe parcursul a 5 h, la o temperatură de aproximativ 700°C. La această temperatură cuptorul a fost menținut timp de aproximativ 20 h, după care a fost răcit pe cale naturală, până la temperatura mediului ambiant. După răcirea cuptorului, vasul 6 a fost extras din cuptor. O carcasă din aliaj de aluminiu a fost imediat îndepărtată de pe prefabricat cu un ciocan și o daltă. în mod specific, așa cum se poate vedea pe fig. 3, compozitul cu matrice metalică 20 a fost infiltrat practic complet de metalul matricei, aliajul de aluminiu. Carcasa de metal a matricei 21, a fost desprinsă ușor de pe corpul compozitului cu matrice metalică 20, care s-a format. Zonele circulare 23, dispuse pe fiecare din corpurile compozite cu matrice metalică 20 și carcasele din metal al matricei 21, corespund trecerilor 30 prevăzute în mijlocul de oprire 3. Contactul de suprafață între carcasa de metal al matricei 21 și compozitul cu matrice metalică 20, a fost minimalizat, permițând astfel o mai ușoară desprindere. în plus, suprafața compozitului cu matrice metalică 20, care a fost în contact cu mijlocul de oprire 3, a fost sablată, pentru înlăturarea Grafoilului remanent, rezultând astfel un compozit cu matrice metalică într-o formă aproape finită.

Exemplul 2. Pe fig. 2, este reprezentat un asamblu în secțiune, care a fost utilizat pentru obținerea unui corp compozit cu matrice metalică, în condițiile conform invenției. Astfel, o cutie din Grafoil 8, a fost confecționată; un prefabricat 9 având dimensiunile 304,8x152,4x7,62 mm, a fost plasat în cutia 8. Acest prefabricat 9 este compus din 40,3% în volum din fibre continue de alumină (cel puțin 90% în greutate fibrele de alumină sunt fibre FP produse de compania Du Pont), fibrele de alumină sunt acoperite cu siliciu și strânse între ele cu fibre având o orientare 0°/90°. Un mijloc de oprire din Grafoil 10 a fost plasat pe prefabricatul 9, și lipit la cutia de grafit 8, în modul precizat în exemplul precedent. în această variantă de realizare, mijlocul de oprire 10 este prevăzut doar cu o deschidere 31, care măsoară 127x25,4 mm. Un lingou din aliaj de aluminiu 11, cântărind circa 1700 g, și incluzând în compoziția sa 10,5% Mg, a fost plasat direct pe mijlocul de oprire 10 confecționat din folie de grafit, tip Grafoil, așa cum s-a precizat mai sus. Lingoul din aliaj de aluminiu a fost astfel poziționat, încât după topire să curgă direct pe mijlocul de oprire, și respectiv prin acesta în interiorul prefabricatului 9. Suplimentar, două bare din oțel 12 au fost plasate la fiecare din extremitățile mijlocului de oprire 10, fără însă să fie în contact cu lingoul de aliaj de aluminiu 11. Rolul barelor 12 a fost de menținere a poziției mijlocului de oprire 10, în poziția inițială pe parcursul desfășurării procesului de infiltrare spontană. Cutia din grafit 8 a fost introdusă într-un vas din grafit 14, și plasată pe un pat de alice de alumină 13, conținut în cutia 14, în aceleași condiții ca și în exemplul 1. Vasul de grafit 14, a fost introdus în interiorul unui cuptor cu vid, și vacuumat în condițiile

A precizate în exemplul 1. In timpul treptelor de încălzire și subsecvențe de infiltrare, azotul a fost alimentat în cuptor cu un debit de aproximativ 2,5 l/s. Cuptorul a fost încălzit până la 725°C, într-o perioadă de circa 5 h. Această temperatură a fost menținută aproximativ 45 h, după care cuptorul a fost oprit, și lăsat să se oprească natural. Vasul 14, a fost apoi extras din cuptor și carcasa din aliaj de aluminiu a fost îndepărtată de pe compozitul format, așa cum s-a precizat în exemplul 1. După cum se poate vedea pe fig. 4, compozitul cu matrice metalică 40, a fost infiltrat practic complet de metalul matricei. Carcasa din metalul matriceialiajul de aluminiu 41, a fost desprinsă ușor de compozitul 40 rezultat din pro ces prin tragerea celor două corpuri. Zona dreptunghiulară 42, corespunde trecerii 31, practicate în mijlocul de oprire 10, care a permis metalului matricei să treacă prin acesta.

în ambele exemple, cutia de grafit și mijlocul de oprire au fost îndepărtate cu ușurință, eventual prin sablarea cu nisip sau alice. în unele cazuri apare necesară o rectificare ușoară, sau o decapare măruntă, pentru îndepărtarea de pe suprafața compozitului a eventualelor impurități reziduale. După cum se poate vedea din cele două exemple, după desăvârșirea procesului de infiltrare spontană, carcasa metalică remanentă se poate desprinde cu ușurință de suprafața compozitului cu matrice metalică ce se obține. De asemenea, mijlocului de oprire utilizat previne deformarea compozitului cu matrice metalică în timpul răcirii, în mod specific, aliajul de aluminiu din care este formată carcasa metalică, are un coeficient de dilatare termică mai mare decât cel al compozitului cu matrice metalică ce s-a format. în consecință, pe măsură ce carcasa se răcește, ea se micșorează într-o proporție mai mare decât compozitul cu matricea metalică și dacă respectiva carcasă este în contact cu compozitul, ea va tinde să încovoaie sau să deformeze compozitul (de exemplu să-i confere o formă de U). Mijlocul de oprire folosit în cadrul procedeului, conform invenției, constituie o soluție eficientă pentru atenuarea aspectelor nedorite ale problemelor prezentate mai sus.

în cele ce urmează se prezintă semnificațiile noțiunilor folosite pe parcursul descrierii și în revendicări.

Aluminiu - Se referă la un metal pur (disponibil în comerț, nealiat) sau la aliaje uzuale sau, respectiv, la aluminiu disponibil în comerț având în compoziție impurități sau elemente de aliere, cum sunt Fe, Si, Cu, Mg, Mn, Cr, Zn etc.

Gaz neoxidant rest. - Se referă la faptul că gazele adiționale la gazul primar ce constituie atmosfera de infiltare, fiecare în parte este un gaz inert sau reductor și care în esență este nereactiv cu metalul toptit al matricei în condițiile de proces. Unele gaze oxidante pot fi prezente ca impuritate în gazul/gazele care constituie atmosfera de infiltrare, însă proporția lor trebuie să fie insuficientă pentru oxidarea metalului matricei, în condițiile de proces.

Barieră sau agent de barieră - Se referă la un agent convenabil care împiedică, inhibă, previne sau termină migrația, mișcarea sau o altă manifestare a metalului topit al matricei în stare topită, peste suprafața limita a masei/preformei de material de umplutură, această suprafață fiind definită de respectivul agent de barieră. Un agent de barieră convenabil poate fi un material, compus, element sau obiect similar care, în condițiile de proces, menține o anumită integritate, și nu este volatil în proporție însemnată, respectiv nu se volatilizează în măsura în care să devină nefuncțial ca barieră. Un agent de barieră convenabil include materiale care, în esență, nu pot fi umezite de metalul topit al matricei, care se infiltrează în condițiile conform invenției. O barieră de acest fel, trebuie să prezinte doar o afinitate redusă sau să nu prezinte deloc afinitate față de metalul topit al matricei, iar deplasarea metalului matricei peste limita definită de agentul de barieră pe materialul masei/preformei de umplutură, este inhibată de agentul de barieră. Folosirea agentului de barieră reduce necesitatea finisării finale a suprafeței compozitului rezultat. In unele cazuri bariera poate să fie permeabilă, poroasă sau permeabilizată prin perforare sau înțepare, pentru a permite atmosferei de infiltrare să contacteze metalul topit al matricei.

Carcasă sau carcasa de metal al matricei. - Se referă la corpul original de metal al matricei care nu a fost consumat în procesul formării compozitului cu matrice metalică și care, în mod caracteristic, după răcire, rămâne cel puțin într-un contact parțial cu corpul compozit cu matrice metalică rezultat din proces. Se înțelege câ respectiva carcasă poate să includă în ea un al doilea metal/aliaj diferit de metalul matricei.

Umplutură. - Se referă la un material care poate să includă un singur constituient sau un amestec de constituienți, în principal nereactivi cu metalul topit al matricei și/sau prezintă o solubilitate redusă în acesta și care poate să fie constituit dintr-o singură fază sau dintr-o pluritate de faze. Umpluturile pot să aibă o mare varietate de forme, de pulberi, fulgi, plăcuțe, microsfere, bule, filiforme etc. Noțiunea include umpluturi ceramice, ca alumina sau carbura de siliciu sub formă de fibre, particule, bule, sfere, strateficate din fibre sau alte forme similare, și umpluturi neceramice cu strat protector ceramic, cum sunt fibrele de carbon îmbrăcate cu alumină sau carbură de siliciu în vederea protecției carbonului de contactul cu metal topit al matricei, aliajul de aluminiu. Umpluturile pot să includă, de asemenea, și metale.

Mijloace de oprire. - Se referă la un material care, în condițiile procesului de infiltrare spontană, îndeplinește una sau mai multe din următoarele atribute: 1) nu este umezit, în mod semnificativ, de metalul topit al matricei, spre deosebire de materialul masei/preformei de umplutură care urmează să fie infiltrat spontan, 2) reduce rezistența și/sau mărimea legăturii între carcasa de metal al matricei și corpul compozit cu matrice metalică infiltrat, atenuând, în acest mod mărimea efortului de deformare imprimat corpului compozit de către carcasa metalică datorită diferenței de contracție la răcire ce există între carcasa de metal al matricei și corpul compozit cu matrice metalică și/sau permițând reducerea volumului de lucru pentru fasonarea suprafeței compozitului cu matrice metalică ce se obține. Aceasta se datorește micșorării ariei de contact între carcasa de metal al matricei și corpul compozit cu matrice metalică și/sau datorită ariei de contact reduse între metalul topit al matricei și masa/preforma de umplutură, datorită amplasării corespunzătoare a mijlocului de oprire descris.

Atmosfera de infiltrare. - Se referă la atmosfera care, este prezentă în sistem și este în interacțiune cu metalul matricei și/sau cu masa/preforma de umplutură și/sau cu intensificatorul de infiltrare și/sau cu precursorul acestuia, deci care permite desfășurarea procesului de infiltrare spontană sau îl intensifică.

Intensificator de infiltrare. - Se referă la un material care promovează sau optimizează infiltrarea spontană a unui metal al matricei (aliajul de aluminiu) într-o masă/preformă de umplutură. Un intensificator, de infiltrare, spre exemplu prin reacția unui precursor al respectivului intensificator cu atmosfera de infiltrare pentru a forma: 1) o categorie gazoasă de produse și/sau 2) un produs al reacției între precursor și atmosfera de infiltrare și/sau 3) un produs al reacției între precursor și materialul masei/preformei de umputură. în plus, intensificatorul de infiltrare, poate fi furnizat direct cel puțin în materialul masei/preformei de umplutură și/sau metalului matricei și/sau în atmosferă de infiltrare și îndeplinește aceleași funcții ca și intensificatorul de infiltrare rezultat prin reacția între precursorul acestuia și unul din clementele sistemului precizate mai sus. în final cel puțin pe parcursul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie amplasat, în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură.

Precursor al intensificatorului de infiltrare. - Se referă la un material care, dacă este utilizat corelat cu materialul masei/preformei de umplutură și metalul matricei, formează un intensificator de infiltrare care induce și facilitează infiltrarea spontană a metalului matricei în materialul rttasei/preformei de umplutură. Este indicat ca respectivul precursor să poată să fie poziționat, amplasat sau transportat într-o poziție care să-i îngăduie să interacționeze cu atmosfera de infiltrare și/sau cu materialul masei/preformei de umplutură și/sau cu metalul topit al matricei. De exemplu, în anumite sisteme metal/precursor al intensificatorului de infiltrare/atmosferă de infiltrare, este de dorit ca precursorul respectiv să se volatilizeze la o temperatură situată în apropiere sau în anumite cazuri chiar deasupra temperaturii de topire a metalului matricei. O asemenea volatilizare poate să conducă la: 1) o reacție a respectivului precursor cu atmosfera de infiltrare, pentru a forma o categorie de produse gazoase care să intensifice umezirea materialului masei/ preformei de umplutură de către metalul topit al matricei și/sau 2) o reacție precursorului cu atmosfera de infiltrare, pentru a forma intensificatorul de infiltrare solid, lichid sau gazos în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură, care să intensifice umezirea și/sau 3) o reacție a precursorului în interiorul materialului masei/preformei de umplutură, care să conducă la formarea unui intensificator de infiltrare solid, lichid sau gazos în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură, pentru intensificarea umezirii precizate mai sus.

Metal al matricei sau aliaj de metal al matricei. - Se referă (a metalul care este folosit pentru formarea unui compozit cu matrice metalică (înainte de infiltrare) și/sau metalul care este amestecat cu materialul de umplutură pentru formarea corpului compozit (după infiltrare). Dacă metalul specificat este prezentat ca metal al ma105979 matricei (în cazul invenției-aliajul de aluminiu), trebuie înțeles că un asemenea metal de matrice include un metal în esență pur, disponibil în comerț, având impurități uzuale sau constituienți de aliere, un amestec intermetalic sau un aliaj în care respectivul metal este constituientul majoritar.

Sistem-metal al matricei/precursor al intensificatorului de infiltrareIatmosferă de infiltrare sau sistem spontan. - Se referă la acea combinație de metale care asigură infiltrarea spontană a metalului în interiorul masei/preformei de umplutură. Astfel, de câte ori este folosită formularea apare între un metal al matricei, un precursor al intensificatorului de infiltrare și o atmosferă de infiltrare pentru a desemna un sistem sau o combinație de materiale care aranjată într-un anumit mod, asigură o infiltrare spontană direct în materialul masei/preformei de umplutură.

Compozit cu matrice metalică sau MMC. - Se referă la un material care conține un aliaj sau un metal al matricei bi- sau tridimensional interconectat, care a înglobat materialul masei/preformei de umplutură. Metalul matricei poate să conțină diferite și variate elemente de aliere, pentru a se obține proprietăți fizice și mecanice specifice la compozitul care rezultă din proces.

Metal diferit de metalul matricei. - Se referă la un metal care nu conține același constituient de bază ca metalul matricei (de exemplu când constituientul de bază al metalului matricei este aluminiu, atunci metalul diferit poate avea drept constituient de bază, bunăoară nichelul).

Vas nereactiv pentru stocarea metalului matricei. - Se referă la un vas în care poate fi conținut ori conservat metalul topit al matricei și/sau masa/preforma de umplutură în condițiile de proces și care nu reacționează cu metalul matricei și/sau cu atmosfera de infiltrare și/sau cu materi aiul de umplutură și/sau cu precursorul intensificatorului de infiltrare, într-o măsură care să fie semnificativ dăunătoare pentru mecanismul infiltrării spontane.

Prefabricat/preformă sau prefabricat/preformă permeabilă. - Se referă la o masă poroasă de umplutură sau de material de umplutură, care este realizat cu cel puțin o suprafață care definește, în esență, o limită pentru infiltrarea metalului matricei, respectiva masă menținând suficientă integritatea formării sale și fidelitatea dimensională înainte de a fi infiltrată spontan de către metalul matricei. Masa trebuie să fie, totodată, suficient de poroasă pentru a permite și asigura infiltrarea spontană a metalului matricei în interiorul acesteia. O preformă/prefabricat cuprinde, într-un mod caracteristic, un aranjament stabilit al umpluturii, omogenă sau heterogenă, și să fie constituit din material de formă adecvată (de exemplu, particule ceramice și/sau metalice, pulbere, fibre, mănunchiuri de fire și combinații ale acestora). O preformă/prefabricat, poate să fie o singură piesă sau să facă parte dintr-un ansamblu.

Rezervor. - Se referă la un corp separat de metal al matricei, plasat într-o poziție prestabilită în raport cu masa/preformă de umplutură, astfel încât după topire, acesta să poată să curgă pentru a reumple sau, în anumite cazuri, pentru a pregăti și reumple apoi acea porțiune, segment sau sursă de metal al matricei care este în legătură cu masa/preformă de umplutură. Rezervorul poate, de asemenea, să alimenteze cel puțin un metal diferit față de primul metal al matricei.

Infiltrarea spontană. - Se referă la faptul că infiltrarea materialului matricei în interiorul materialului masei/preformei de umplutură se realizează fără să se recurgă la presiuni sau la vacuum în timpul desfășurării procesului, indiferent dacă vidul este aplicat din exterior sau autogenerat.

Claims

Revendicare

1. Procedeu de obținere a unui corp compozit cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a matricei metalice menționate într-o umplutură permeabilă prestabilită, de preferință ceramică, prefasonată sau nu într-o preformă, în prezența unei atmosfere de infiltrare, constituite dintr-un gaz cu conținut de azot sau de oxigen, ce este adusă în contact cu umplutura permeabilă și metalul matricei cel puțin o parte a perioadei de infiltrare, în intervalul de temperaturi superior punctului de topire a metalului matricei, dar inferior temperaturii de volatizare a acestuia și de topire a materialului de umplutură, caracterizat prin aceea că, se introduce în alcătuirea ansamblului supus încălzirii, pentru realizarea infiltrării spontane, la interfața dintre lingoul de metal al matricei și umplutura permeabilă, un mijloc oprire a infiltrării, prevăzut cu un număr prestabilit de perforații, pentru realizarea în condițiile din proces a contactului între metalul topit al matricei și umplutură permeabilă, prin perforațiile menționate, în vederea desfășurării procesului de infiltrare, alimentând, totodată, în sistemul menționat, fie în matricea metalică, fie în atmosfera de infiltrare, un precursor al intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare a cărui tip este determinat de natura atmosferei în care se desfășoară infiltrarea spontană.
2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se folosește în alcătuirea ansamblului, metalul matricei, constituit din aliaje uzuale de aluminiu cu conținut de cel puțin unul din elementele alese între Si, Fe, Cu, Mn, Cr, Zn, Mg, Ca și Sr.
3. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, se folosește în alcătuirea ansamblului un mijloc de oprire confecționat dintr-un material neumectabil de metalul topit al matricei, și de regulă din folie de grafit, prevăzută cu una sau câteva perforații prevăzute în poziții prestabilite și care mijloc de oprire a infiltrării esje introdus în alcătuirea ansamblului necesar infiltrării spontane, pentru reducerea suprafeței de contact între lingoul metalic și masa/preformă de umplutură și implicit pentru facilitarea deprinderii compozitului final rezultat de carcasa metalică remanentă solidificată.
4. Procedeu, conform revendicărilor 1 la 3, caracterizat prin aceea că, mijlocul de oprire de profil corespunzător poate fi confecționat dintr-un strat de diborură de titan.
5. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, se folosește în cadrul ansamblului de infiltrare, masa/ /preformă de umplutură, de profil corespunzător, confecționată din material ceramic permeabil, cu solubilitate redusă în metalul topit al matricei, uzual ales între oxizi, carburi, boruri, nitruri și, de preferință, între oxid de aluminiu, carbură de siliciu, nitrură de aluminiu, și dodecaborurâ de aluminiu, micro sau macroparticulat la forme obișnuite.
6. Procedeu, conform revendicărilor 1, 2 și 5, caracterizat prin aceea că, se folosește ca umplutură materialul ceramic sub formă de pulberi, fulgi, microsfere, mănunchiuri de fire, plăcuțe, bule, fibre particulate, împletitură de fibre, fibre tăiate, sfere, pelete, și țesături refractare.
7. Procedeu, conform revenicărilor 1,2 și 5, caracterizat prin aceea că, în vederea opririi infiltrării spontane a metalului matricei la limita conturului masei/preformei de umplutură, se aplică pe suprafețele predeterminate ale acesteia un strat de material de barieră, care nu trebuie să fie umectat de metalul topit al matricei și să permită accesul atmosferei de infiltrare la metalul matricei, materialul de umplutură, intensificatorul de infiltrare sau la precursorul acestuia.
8. Procedeu, conform revendicărilor 1, 2, 5 și 7, caracterizat prin aceea ci, de preferință stratul de barieră este constituit din același material ca și mijlocul de oprire, respectiv din folie de grafit sau diborură de titan.
9. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea ci, în varianta infiltrării metalului matricei pe bază de aluminiu, în atmosferă de azot, se introduce în sistemul de infiltrare spontană un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de Ca, Sr și, de preferință, Mg.
10. Procedeu, conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea ci, în varianta infiltrării metalului matricei pe bază de aluminiu, în atmosferă de infiltrare cu conținut de oxigen, se introduce în sistemul de infiltrare spontană un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de Zn.
11. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea ci, se pot intro duce în sistemul de infiltrare spontană, precursorul intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare, de la o sursă externă.
12. Procedeu, conform revenidicării 1, caracterizat prin aceea ci, se pot introduce în sistemul de infiltrare spontană, precursorul intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare prin intermediul materialului de umplutură, metalului matricei sau atmosferei de infiltrare, intrând în compoziția acestora.
13. Procedeu, conform revendicărilor 1, 11 și 12, caracterizat prin aceea ci, în varianta formării intensificatorului de infiltrare în condițiile de proces, se introduce în sistem precursorul acestuia, care de regulă se volatilizează și reacționează cu atmosfera de infiltrare, metalul topit al matricei sau materialul masei/preformei de umplutură, rezultând ca produs al acestei reacții intensificatorul de infiltrare, fie în cel puțin o zonă a masei/preformei de umplutură, fie sub forma unei acoperiri pe respectiva zjnă, și care, poate fi reductibil de metalul matricei în stare topită.