RO106987B1 - CORPURI COMPOZITE CU MATRICEA METALICã ©I CARACTERISTICILE MODIFICATE ©I PROCEDEE DE OB¦INERE A ACESTORA - Google Patents
CORPURI COMPOZITE CU MATRICEA METALICã ©I CARACTERISTICILE MODIFICATE ©I PROCEDEE DE OB¦INERE A ACESTORA Download PDFInfo
- Publication number
- RO106987B1 RO106987B1 RO142373A RO14237389A RO106987B1 RO 106987 B1 RO106987 B1 RO 106987B1 RO 142373 A RO142373 A RO 142373A RO 14237389 A RO14237389 A RO 14237389A RO 106987 B1 RO106987 B1 RO 106987B1
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- matrix
- metal
- infiltration
- preform
- mass
- Prior art date
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 title claims abstract description 310
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 337
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 337
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims abstract description 246
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims abstract description 246
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 182
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 151
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 134
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 121
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims abstract description 107
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 37
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 143
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 102
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 91
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 89
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims description 85
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 72
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 65
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 65
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 56
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 53
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 49
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 48
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 42
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 42
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 42
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 36
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 31
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims description 26
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 23
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 22
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 22
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 15
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 13
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 12
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 11
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 10
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 7
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 7
- -1 borides Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 6
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052810 boron oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 5
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N diboron trioxide Chemical compound O=BOB=O JKWMSGQKBLHBQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 3
- 239000011572 manganese Substances 0.000 claims description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N strontium atom Chemical compound [Sr] CIOAGBVUUVVLOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 abstract description 47
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 32
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 28
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 28
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 20
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 15
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 12
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 7
- 239000000080 wetting agent Substances 0.000 description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 6
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 4
- 238000007657 chevron notch test Methods 0.000 description 4
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 4
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 3
- 239000012255 powdered metal Substances 0.000 description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 3
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 3
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 3
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 2
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 2
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 2
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 2
- FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 2-iodoquinoline Chemical compound C1=CC=CC2=NC(I)=CC=C21 FRWYFWZENXDZMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910019018 Mg 2 Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001676573 Minium Species 0.000 description 1
- 208000007101 Muscle Cramp Diseases 0.000 description 1
- 101710163270 Nuclease Proteins 0.000 description 1
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 1
- NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N Raney nickel Chemical compound [Al].[Ni] NPXOKRUENSOPAO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003925 SiC 1 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 241000607479 Yersinia pestis Species 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- VRAIHTAYLFXSJJ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical class [AlH3].[AlH3] VRAIHTAYLFXSJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N beryllium oxide Inorganic materials O=[Be] LTPBRCUWZOMYOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005524 ceramic coating Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- UPKIHOQVIBBESY-UHFFFAOYSA-N magnesium;carbanide Chemical compound [CH3-].[CH3-].[Mg+2] UPKIHOQVIBBESY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 238000006263 metalation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010310 metallurgical process Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910000907 nickel aluminide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002830 nitrogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009715 pressure infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000002407 reforming Methods 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 210000000582 semen Anatomy 0.000 description 1
- 238000012764 semi-quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 210000005239 tubule Anatomy 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/89—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
- C04B2111/00474—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00905—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms
- C04B2111/00913—Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as preforms as ceramic preforms for the fabrication of metal matrix comp, e.g. cermets
- C04B2111/00931—Coated or infiltrated preforms, e.g. with molten metal
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Description
Prezenta invenție se referă la corpuri compozite cu matricea metalică și caracteristicele modificate și la procedee de obținere a acestora.
Se știe că compozitele cuprinzând o matrice metalică și o fază de consolidare sau ramforsare din elemente ceramice, sub formă de particule, mănunchiuri de fire, fibre și altele asemenea, sunt de perspectivă pentru o gamă largă de aplicații, deoarece ele combină rigiditatea și o rezistență la uzură a fazei de ranfonsare cu ductilitatea și tenacitatea matricei metalice. în general, un compozit cu matrice metalică va prezenta o îmbunătățire a anumitor proprietăți, cum sunt rezistența, rigiditatea, rezistența la uzură și prin contact și menținerea rezistenței la temperaturi ridicate, față de metalul matricei în formă de monolit, însă măsura în care una din aceste proprietăți poate să fie îmbunătățită depinde, în mare măsură, de constituenții specifici: volumul, proporția în greutate și modul cum aceștia sunt prelucrați pentru obținerea compozitului. în unele situații, compozitul poate să aibă o greutate mai mică decât metalul matricei în sine. Compozitele cu matrice de aluminiu, ramforsate cu materiale ceramice, cum este carbura de siliciu sub formă de particule, plăcuțe sau mănunchiuri de fire de exemplu, prezintă interes datorită rigidității lor mai mari, cât și a rezistenței la uzură și rezistenței la temperatură ridicată, superioare față de aluminiu. în literatura de specialitate, sunt descrise diferite procese metalurgice, pentru fabricarea compozitelor cu matrice de alumuniu, incluzând procedeele bazate pe tehnici din metalurgia pulberilor și tehnici de infiltrare a metalului lichid, ce includ turnarea sub presiune, turnarea sub vid, și utilizarea agenților de amestecare și umectare. în cazul metalurgiei pulberilor, metalul sub formă de pulbere și materialul de ranforsare sub formă de pul bere, mănunchiuri de fire, fibre, tocate etc., sunt amestecate la rece și sintetizate, sau presate la cald. Procentul maxim de constituenți ceramici, în volum, din cadrul compozitelor cu matrice de aluminiu, întărite cu carbură de siliciu, și produse în acest mod, este de aproximativ 25% în cazul mănunchiurilor de fire și aproximativ 40% în volume, în cazul patriculelor. Producerea compozitelor cu matrice metalică prin tehnici ale metalurgiei pulberilor, utilizând procese convenționale, impune unele limitări, în ceea ce privește caracteristicile produselor ce se pot obține. Procentul, în volume, al fazei ceramice din' compozit este limitat, în mod tipic, în cazul particulelor la 40%. De asemenea, operația de presare limitează mărimea practică a produselor ce se pot obține. Numai formele produselor relativ simple sunt posibile fără prelucrări succesive (de exemplu formare sau prelucrare pe mașini unelte) sau fără a recurge la prese complexe. De asemenea, în timpul sinterizării, pot să apară contracții și neuniformități ale macrostructurii datorită segregării la compactări și la creșterea granulelor.
în Brevetul US nr. 3970136 este descris un proces de formare a unui compozit cu matrice metalică ce incorporează o ranforsare de fibre, de exemplu, din carbură de siliciu, sau mănunchiuri de fire, având o dispunere predeterminată a orientării fibrelor. Compozitul se execută plasând țesături sau pâsle din fibre coplanare într-o matriță cu un rezervor de metal topit al matricei, de exemplu aluminiu, între cel puțin o parte din aceste țesături și aplicând cel puțin o anumită presiune, pentru a forța metalul topit să pătrundă țesăturile și să înconjoare fibrele orientate. Metalul topit poate să fie turnat pe stiva de topituri, în timp ce este forțat prin presiune, să curgă printre aceste țesături. Se menționează încărcări de aproximativ peste 50% în volum fibre în compozit. Procesul de infil106987 trare, descris mai sus, este supus însă la o serie de variații ale proceselor de curgere induse sub presiune, adică posibile neuniformități în formarea matricei, porozțtăți etc. Este posibilă și apariția unei neuni- 5 fermități a proprietăților chiar dacă metalul topit poate să fie introdus într-o multitudine de locuri, în interiorul rețelei fibroase. Ca urmare, este necesară o rețea complicată țesătură/rezervor și trasee de 10 curgere, pentru a se obține o penetrare adecvată și uniformă a stivei de țesături de fibre. De asemenea, procedeul de infiltrare sub presiune prezentat mai sus, permite să se obțină o ranfersare relativ 15 scăzută, în raport cu procentul în volum al matricei, datorită dificultăților inerente, de infiltrare în volum ridicat de țesături. Se impune, de asemenea, ca matrițele să conțină metalul topit al 20 matricei sub presiune, fapt ce mărește costurile de producție. în final, trebuie subliniat faptul că procesul prezentat mai sus, este limitat la infiltrarea în fibre sau patricule aliniate și nu este destinat for- 25 mării compozitelor cu matrice metalică din aluminiu, ranforsate cu materiale sub formă de particule, mănunchiuri de fire sau fibre orientate aleator.
în cazul fabricării compozitelor cu 30 matrice de aluminiu, ranforsate cu alumină, aluminiul nu umectează prompt alumina, făcând prin aceasta să fie dificilă formarea unui produs coerent. Au fost propuse diferite soluții pentru rezol- 35 varea acestei probleme. Una din aceste soluții constă în a acoperi alumina cu un metal, de exemplu nichel sau wolfram, care este apoi presat Ia cald împreună cu aluminiul. O altă soluție prevede ca alu- 40 miniul să fie aliat cu litiu iar alumina acoperită cu silice. Compozitele rezukate în aceste condiții, prezintă neuniformi tați ale proprietăților, învelișurile pot degrada umplutura ceramică, iar matricea metali- 45 că conține litiu, fapt ce influențează proprietățile compozitului. Unele din aceste dificultăți sunt eliminate prin procedeul ce face obiectul Brevetului US nr. 4232091, în care este descrisă aplicarea unor presiuni de 73-375 kg/cm2 pentru a forța aluminiul topit (sau aliajul de aluminiu topit) să pătrundă în țesătura de fibre sau mănunchiul de fibre, ambele de alumină, care se preîncălzesc la 700 până la 1050°C. Raportul maxim în volume al aluminei față de aluminiu, în presa turnată în aceste condiții a fost de 0,25:1. Datorită faptului că infiltrarea este dependentă de o forță exterioară, acest proces prezintă numeroase deficiențe legate de neuniformitatea structurală. în publicația europeană EP nr. 115742 este descrisă producerea compozitelor alumină-aluminiu, foarte utile în calitate de componente ale celulei electrolitice, prin umplerea golurilor formate în preformă de alumină cu aluminiu topit. în descriere se subliniază faptul că alumina nu este umectată de aluminiu și din acest motiv se folosesc diferite tehnici, pentru realizarea acestei umectări, pe întregul cuprins al preformei. De exemplu, alumina poate să fie acoperită cu un agent de umectare format diu dibnrnri de titan, zirconiu, hafniu, calciu, crom, fier, cobalt, nichel. Atmosfera din gaze inerte cum este argonul, folosește, de asemenea, pentru a facilita respectiva umectare. Se menționează, de asemenea, necesitatea aplicării unei presiuni pentru a determina aluminiul topit să penetreze în preformă neacoperită. Infiltrarea se realizează prin evacuarea porilor și apoi prin aplicarea unei presiuni aluminiului topit, într-o atmosferă inertă, de exemplu, în argon. La alegere preformă de alumină poate să fie infiltrată prin depunerea aÎuminiuiui din fază de valori, pentru a umecta suprafața înainte de umplerea golurilor, prin infiltrarea aluminiului topit. Pentru a se asigura reținerea aluminiului în porii preformei, se impune un tratament termic, de exemplu între 1400 la
1800°C, fie în vacuum, fie în argon. Cu toate acestea, prin expunerea la contactul cu gazele materialului infiltrat sub presiune, fie la îndepărtarea presiunii se vor produce pierderi de aluminiu din corpul 5 compozit.
Folosirea unor agenți de umectare, pentru infiltrarea aluminiului într-o celulă electrolitică, este prezentată în publicația europeană EP nr. 94353. Această publi- 10 cație descrie producerea aluminiului prin ‘ extracție pe cale electrolitică, folosind o celulă având un alimentator de curent catodic, format din căptușeală sau substrat. Pentru a proteja această căptușeală 15 de acțiunea băii topite, se aplică pe substratul de alumină, o acoperire subțire, formată dintr-un agent de umectare și un agent care suprimă solubilitatea, în timpul imersării în aluminiul topit, produs prin 20 această electroliză. Agenții de umectare indicați sunt titanul, zirconiul, hafniul, silicea, magneziul, vanadiul, cromul sau calciul. Titanul este prezentat ca fiind agentul preferat. Compușii borului, carbo- 25 nului și azotului sunt prezentați ca agenți utili pentru suprimarea solubilității agenților de umectare, în aluminiul topit. In descriere nu se sugerează însă producerea de compozite cu matrice metalică și nici formarea unor asemenea compozite într-o atmosferă de azot, de exemplu.
în afară de aplicarea presiunii și a unor agenți de umectare, se știe că aplicarea vacuumului, va ajuta la pătrunderea alu- 35 miniului topit într-o masa ceramică poroasă. De exemplu, în Brevetul US nr. 3718441 este descrisă infiltrarea unui element ceramic (din carbură de bor, alumină, oxid de beriliu) cu aluminiu, 40 beriliu, magneziu, tatan, vanadiu, nichel sau crom, în stare topită, sub un vid mai mic de IO-6 torr. Un vid cuprins între IO’2 și IO6 torr a determinat o slabă umeGtare a masei ceramice, astfel încât metalul 45 topit nu a curs liber în spațiile goale ale acesteia. Prin reducerea vidului sub IO-6 torr, umectarea s-a îmbunătățit. în Brevetul US nr. 3864154 este, de asemenea, descrisă utilizarea vacuumului pentru realizarea infiltrării. Astfel este descrisă încărcarea unui element presat la rece din pulbere de A1B12 pe un pat de pulbere de aluminiu, presată la rece. O cantitate suplimentară de aluminiu este poziționată pe partea superioară a elementului compactat din pulbere dc A1B12. Creuzetul în care se încarcă elementul din A1B12, intercalat sub formă de „sandwich“, între straturile din pulbere de aluminiu, a fost introdus într-un cuptor sub vacuum. Cuptorul a fost vidat la aproxitamiv 10s torr, pentru a permite degazarea, iar temperatura a fost ridicată ulterior la 1100°C și menținută la acest nivel timp de 3 h. în aceste condiții, aluminiul topit a penetrat elementul poros din A1B12în Brevetul US nr. 3364976 este prezentată posibilitatea autogenerării vidului în corpul care urmează să fie infiltrat, pentru a intensifica pătrunderea metalului topit în respectivul corp. în esență, se arată că corpul, de exemplu o matriță de grafit, o matriță din oțel sau material refractar poros, este scufundat într-un metal topit. în cazul unei matrițe, cavitatea acesteia este umplută cu un gaz ce intră în reacție cu metalul, comunică cu metalul topit, situat în exterior, prin cel puțin un orificiu al matriței. Când matrița este imersată în topitură, umplerea cavității se face ca rezultat al apariției vidului autogenerat în corp, datorită reacției dintre gazul din cavitate și metalul topit. în particular, vacuumul este rezultatul constituirii unei forme solide, oxidate de metal. în brevetul citat, se arată că este esențial, să se inducă o reacție între gazul din cavitate și metalul topit. Cu toate acestea, folosirea unei matrițe pentru lealizarca vidului, poate să nu fie indicată, datorită limitărilor inerente legate de folosirea matriței. După cum se știe, matrițele trebuie, mai întâi, să fie prelucrate la o configurație particulară. Apoi ele se finisează, se prelucrează pe mașini unelte, pentru a rezulta o suprafață acceptabilă, pentru turnare și se asamblează, înainte de utilizare. Uremează apoi demontarea după utilizare, pentru a extrage piesele turnate din interiorul matriței și după toate acestea, matrița trebuie să fie recondiționată prin refinisarea suprafețelor sau se înlătură dacă nu mai este acceptabilă pentru utilizare. Prelucrarea pe mașini unelte a unei matrițe de formă complexă, poate să fie costisitoare și să necesite timp îndelungat. In plus, extragerea unei piese dintr-o matriță de configurație complexă, poate să fie, de asemenea, dificilă (piesele de configurație complexă se pot deteriora, la extragerea din matriță). In plus, în timp ce se sugerează că un material refractar poros poate fi imersat direct într-un metal topit fără a se recurge la o matriță, materialul refractar ar trebui să fie o piesă integrală, nefiind luate măsurile necesare pentru a se putea infiltra un material poros în vrac sau separat, în absența unei matrițe container (adică în general, se consideră că un material sub formă de patricule s-ar separa în mod tipic sau ar flota individual când este introdus într-un metal topit). De asemenea, dacă este necesară infiltrarea unui material în formă de patricule sau o platformă realizată în vrac (afânată), se impun măsuri pentru ca materialul care este infiltrat să nu se disloce sub acțiunea metalului care se infiltrează, deoarece, în caz contrar, se obține o structură neomogenă.
Ca urmare, a apărut necesitatea unui procedeu simplu și fiabil, pentru obținerea unor compozite fasonate cu matrice metalică, care să nu se bazeze pe folosirea unei presiuni aplicate sau a vidului (fie aplicate din exterior, fie creat în interior) sau a agenților de umectare, dăunători, pentru a se realiza o matrice metalică, care să penetreze într-un alt material cum este materialul ceramic. De asemenea, se ridică problema necesității reducerii la minimum a numărului de operații finale de prelucrare pe mașini unelte, pentru obținerea unui corp compozit cu matrice metalică.
în acest context, este cunoscut un procedeu de obținere a unui material compozit cu matrice metalică ce face obiectul Brevetului RO nr. 101345 (prioritatea US nr. 049171/87). Conform acestui procedeu, compozitul cu matrice metalică, se obține prin infiltrarea unei mase permeabile de umplutură, cu aluminiu topit, care conține cel puțin 1% Mg în greutate și de preferință, cel puțin 3% în greutate Mg. Infiltrarea se produce spontan, fără să se aplice presiune sau vacuum din exetrior. Cantitatea de metal topit, ce se introduce, intră în contact cu masa materialului de umplutură la o temperatură de cel puțin 675°C, în prezența unei atmosfere constituite dintr-un gaz, cuprinzând între 10 și 100% azot și de preferință, cel puțin 50% azot, în volume și în rest, un gaz neoxidant, de exemplu, argon. în aceste condiții, aliajul de aluminiu topit se infiltrează în masa ceramică la presiunea atmosferică normală, pentru a forma un compozit cu matrice de aluminiu (sau aliaj de aluminiu). Când cantitatea dorită de material de umplutură este infiltrată cu aliaj de aluminiu topit, se reduce temperatura pentru solidificarea aliajului, rezultând prin aceasta, o structură solidă cu matrice metalică ce penetrează materialul de umplere întărit. De regulă și preferabil, cantitatea furnizată de aliaj topit trebuie să fie suficientă, pentru a permite ca infiltrarea să continue, în principal, către limitele masei de umplutură. Cantitatea de material de umplutură, în compozitele cu matrice de aluminiu, ar putea să fie deosebit de ridicată. Din acest punct de vedere, se poate realiza un raport în volume între materialul de umplutură și aliajul de alu miniu mai mare de 1:1. în condițiile procedeului descris în matricea de aluminiu se poate forma nitrura de aluminiu, ca o fază discontinuă, dispersată în matricea de aluminiu. Cantitatea de nitrură de aluminiu în matricea de aluminiu, poate să varieze în funcție de factori, cum sunt: temperatura, compoziția aliajului, compoziția atmosferei de infiltrare, natura materialului de umplutură. în acest fel, reglând unul sau câțiva din acești factori în sistem, este posibil să se influențeze în sensul dorit, anumite proprietăți ale compozitului. Pentru unele utilizări ale compozitului, poate fi de dorit ca respectivul compozit să conțină nitrură de aluminiu sau să nu conțină de loc. S-a putut determina că temperaturile mai ridicate favorizează infiltrarea dar și formarea în matricea de aluminiu a nitrurii de aluminiu. Ca urmare, se poate stabili un echilibru între cinetica infiltrării și formarea nitrurii de aluminiu în matricea metalică.
Utilizarea mijloacelor de barieră, pentru reglarea desfășurării procesului de infiltrare spontană, este descrisă în Brevetul RO nr. 102630, prioritate US nr. 141642/88. Conform acestui procedeu, un mijloc de barieră - diborură de titan sub formă de patricule, sau grafit sub formă de bandă flexibilă (comercializat sub denumirea comercială Grafoil^), este dispus la limita unei suprafețe definite a materialului de umplutură și aliajul matricei se infiltrează până la limita definită de mijlocul de barieră. Mijlocul de barieră inhibă, previne sau termină într-o poziție prestabilită infiltrarea, asigurând, prin aceasta, configurații nete sau aproape nete în compozitul cu matrice metalică rezultat. Ca urmare, corpurile compozite formate cu matricea metalică au o formă exerioară care în principal, corespunde formei interioare a mijlocului de barieră.
Conform unui alt procedeu de tip simi
Iar cunoscut, aliajul de metal al matricei formează o primă sursă de metal cât și un rezervor de metal al matricei, care comunică cu prima sursă metalică, de exemplu 5 prin cădere liberă. în condițiile procesului, ' prima sursă de aliaj topit începe să se infiltreze în masa materialului de umplutură la presiunea atmosferică normală și astfel, se începe formarea compozitului cu matrice 10 metalică. Prima sursă de aliaj metalic topit pentru matrice se consumă în timpul infiltrării în masa materialului de umplutură, și poate să fie umplută din nou din rezervorul de metal topit, timp în care infiltrarea 15 spontană continuă. Când cantitatea dorită de material de umplutură a fost infiltrată, se reduce temperatura pentru solidificarea aliajului infiltrat, rezultând o structură solidă cu matrice metalică care penetrează 20 materialul de umplutură ranforsat. Rezervorul de metal poate să aibă un asemenea volum, încât să asigure o cantitate suficientă de metal, pentru infiltrarea masei permeabile de umplutură, până la un grad 25 prestabilit. La alegere, un mijloc de barieră opțional se poate afla în contact cu masa permeabilă de umplutură, pentru a defini o limită de suprafață până la care se va realiza infiltrarea spontană. în plus, în timp 30 ce furnizarea de aliaj topit al matricei, trebuie să fie cel puțin suficientă pentru a permite ca infiltrarea spontană să continue în principal, spre limitele (de exemplu bariere) ale masei permeabile de umpiu35 tură, cantitatea de aliaj prezent în rezervor ar putea să depășească o asemenea cantitate astfel încât va exista un exces de metal al matricei topit, care după solidificare ar putea să rămână atașat de corpul 40 compozit cu matrice metalică ce se obține.
Ca urmare, când în sistem este prezentă o cantitate în exces de aliaj topit, corpul care rezultă va fi un corp complex (de exemplu un macrocompozit), în care corpul ceramic 45 infiltrat, având o matrice metalică va fi legat direct la metalul în exces carcămâne în rezervor.
Toate aceste procedee de infiltrare spontană sunt limitate însă la obținerea anumitor compozite cu matricea metalică și masa de umplutură uniforme, având un 5 anumit tip de caracteristici prestabilite.
Conform prezentei invenții un corp compozit cu matrice metalică se obține prin infiltrarea spontană a metalului matricei într-o masă/preformă de umplutură ...10 permeabilă. Metalul matricei în materialul de umplutură infiltrat sau preformat și/sau materialul masei/preformei de umplutură, pot fi modificate substanțial odată cu realizarea infiltrării. O asemenea modifi- 15 care este concretizată în proprietăți mecanice/îmbunătățite sau accentuate (de exemplu, proprietăți mecanice îmbunătățite în special, la temperaturi ridicate, rezistența la coroziune superioară) într-un 20
A compozit cu matrice metalică. In plus compozitele cu matrice metalică, obținute în alt mod decât prin infiltrare spontană, pot fi de asemenea tratate, în conformitate cu procesul de tratament post formare 25 conform invenției. Pentru realizarea infiltrării spontane masa/preforma de material de umplutură, este adusă în contact cu un intensificator de infiltrare sau cu precursorul acestuia și/sau cu o atmosferă de 30 infiltrare, cel puțin într-un anumit moment în decursul procesului, fapt care permite metalului topit al matricei să se infiltreze spontan în materialul masei/preformei de umplutură. Intr-o variantă de realizare 35 preferată, intensificatorul de infiltrare se furnizează cel puțin unuia din elementele sistemului materialului masei/preformei de umplutură, și/sau metalul matricei și/sau atmosferei de infiltrare. în ultima instan- 40 ță, cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie plasat în cel puțin o porțiune a materialului de umplutură sau a preformei.
Conform unui mod preferat de realizare 45 a invenției, pentru modificarea cel puțin a unei proprietăți a compozitului cu matrice metalică conform invenției, după realizarea infiltrării spontane a metalului matricei (aliajul de aluminiu) în masa/preforma de umplutură, dar înainte de solidificare, se modifică metalul matricei în corpul compozit cu matrice metalică. Pentru aceasta, cel puțin o porțiune a metalului matricei, este adusă în contact cu un al doilea metal, care poate să fie de asemenea topit și are compoziție diferită de cea a metalului matricei. în mod specific, cel de al doilea metal interdifuzizează cu metalul topit al matricei în stare fluidă, aceasta conducând la formarea unor elemente intermetalice corespunzătoare, datorită unor reacții între metalul matricei, materialul de umplutură și cel de al doilea metal. în consecință, metalul matricei trebuie sa fie miscibili cu cel de al doilea metal (mai ales când se urmărește formarea compușilor intermetalici).
Conform unui alt mod de realizare preferat a invenției, pentru modificarea a cel puțin uneia din proprietățile compozitului cu matrice metalică (aliajul de aluminiu), înainte de terminarea infiltrării spontane a metalului matricei în materialul masei/preformei de umplutură, compoziția metalului matricei, care continuă să se infiltreze, se modifică prin adăugarea unui al doilea metal. Astfel, de îndată ce metalul topit al matricei, aliajul de aluminiu începe să se infiltreze in masa/preforma de umplutură, cel de al doilea metal se poate adăuga în sursa de metal al matricei (de exemplu în sursa de rezervor de metal al matricei). Cel de al doilea metal, ar putea să fie oricare, care atunci când este combinat cu metalul matricei, nu influențează negativ infiltrarea spontană a metalului topit al matricei și modifică, în modul dorit, proprietățile compozitului cu matrice metalică (respectiv a metalului matricei din compozit).
A
Intr-un alt mod de realizare al invenției, pentru modificarea cel puțin a unei proprietăți a compozitului cu matrice metalică (aliajul de aluminiu), cel puțin unul dintre constituenții compozitului, respectiv metalul matricei și/sau materialul masei/preformei de umplutură, se modifică, atât unul cât și celălalt prin realizarea infiltrării spontane a, metalului matricei în materialul de umplutură menționat. în această variantă de realizare, un al doilea material (metal în formă pulverulentă sau precursorul acestuia) poate să fie preamestecat cu materialul masei/preformei de umplutură, acest al doilea material având capacitatea să intre în reacție cu primul metal al matricei, aliajul de aluminiu, și/sau cu materialul masei/preformei de umplutură, în condițiile de proces. în mod specific, cel de al doilea material poate să intre în reacție cu metalul topit al matricei, pentru a forma compuși intermetalici prestabiliți care îmbunătățesc de exemplu, rezistența la coroziune, rezistența la eroziune a compozitului, cu matrice metalică.
Conform unui alt mod de realizare preferat al invenției, infiltrarea spontană a metalului matricei, aliajul de aluminiu, este astfel condusă, încât să nu se producă penetrarea completă a materialului masei performei de umplutură, o anumită porozitate, creându-se sau formându-se în respectivul material. Un al doilea metal, având o compoziție diferită de primul metal al matricei, poate fi adus în contact cu o suprafață a corpului compozit cu matrice metalică, infiltrat incomplet. Cel de al doilea metal se infiltrează în porozitățile compozitului cu matrice metalică (cel de al doilea metal de exemplu se poate alia cu metalul matricei-aliajul de aluminiu infiltrat spontan, și să asigure o cantitate suficientă de metal al matricei aliat care să umple complet porozitatea materialului masei/preformei de umplutură). în plus, o asemenea umplere a golurilor, trebuie să aibă loc la o temperatură egală sau mai mare decât temperatura metalului matricei în stare lichidă și/ sau a aliajului metalului matricei cu cel de al doilea metal. în consecință, corpul compozit cu matrice metalică va fi modificat prin introducerea în porozitățile materialului masei/preformei de umplutură a unui aliaj al metalului matricei (aluminiul) cu cel de al doilea metal.
Conform unui alt mod de realizare a invenției, un al doilea metal, având o compoziție diferită față de metalul matricei-aliajul de aluminiu, infiltrat spontan în materialul masei/preformei de umplutură, poate fi adus în contact cu cel puțin o porțiune a unui material de umplutură menționat, infiltrat complet, și intră în reacție cu cel puțin unul din constituenții compozitului metalului matricei, sau materialului de umplutură. în mod caracteristic, de preferință cel de al doilea metal poate să fie transportat de metalul matricei, pentru a intra în contact direct, cu materialul masei/preformei de umplutură și a reacționa cu acesta, rezultând un produs de reacție care suferă o dilatare în volum în raport cu materialul de umplutură menționat inițial. Un asemenea produs de reacție se formează în mod tipic, când metalul matricei se află la o temperatură egală, mai mare sau cu puțin sub temperatura lichidului metalului matricei, la care are loc „respectiva deplasare** în corpul compozit cu matrice metalică. în consecință, în funcție de cantitatea de produs de reacție format, procentul general în volum, al constituentului metalic în corpul compozit cu matrice metalică, se reduce. De exemplu, formarea produsului de reacție ar putea să fie limitată la o suprafață a compozitului cu matrice metalică, formând astfel o suprafață constituită din produsul de reacție menționat, într-un substrat al compozitului cu matrice metalică. Trebuie precizat că formarea produsului de reacție menționat, nu se limitează numai la corpurile compozite cu matrice metalică rezultate prin tehnica infiltrării spontane. Formarea produsului de reacție este posibilă în orice sistem care presupune o conversie a metalului matricei și/sau materialul masei/preformei de umplutură, într-un produs de reacție care apoi deplasează metalul matricei, poate să conducă la obținerea rezultatelor scontate. Pe parcursul descrierii se analizează, în principal, sistemele spontane în care, în procesul formării corpului compozit cu matrice metalică, metalul respectivei matrice, aliajul de aluminiu, este adus în contact cu magneziul-precursorul intensificatorului de infiltrare, în prezența unei atmosfere de infiltrare pe bază de azot.
Invenția de față prezintă următoarele avantaje:
- extinde gama produselor compozite cu matrice metalică, care se pot obține prin procesul infiltrării spontane a metalului matricei aliajul de aluminiu, într-o masă/preformă de umplutură permeabilă;
- prin procedeele, conform invenției, se pot obține compozite cu matricea metalică și/sau materialul masei/preformei de umplutură modificate și implicit cu carăcteristicele orientate în sensul prestabilit.
In cele ce urmează se prezintă exemple în detaliu, în legătură și cu fig. 1 și 6 care reprezintă:
- fig. 1, vedere schematică în secțiune a ansamblului necesar realizării produselor compozite conform invenției;
- fig. 2, vedere schematică în secțiune a ansamblului din fig. 1 într-o a doua variantă de realizare;
- fig. 3, vedere schematică în secțiune a ansamblului necesar modificării corpurilor compozite conform invenției;
- fig. 4, imagine la microscopul electronic mărită la circa 1000X a microstructurii modificate a compozitelor conform invenției;
- fig. 5a-j5d, microfotografii la o mă rire de circa 400X ale probelor A, B, C, D, din compozitele conform invenției;
- fig. 6, microfotografie la microscop electronic a microstructurii compozitului având în componență oxid de bor.
Corpurile compozite cu matrice metalică și caracteristicile modificate conform invenției, sunt constituite dintr-o fază metalică și dintr-o fază ceramică permeabilă, în care faza metalică este infiltrată spontan, cele două faze fiind interconectate, tridimensional și prezentând în volume rapoarte variabile care pot atinge valoarea de 1:1. Matricea metalică menționată este constituită în proporții variabile, dintr-un prim constituent metalic, format din aluminiu sau din aliajele uzuale ale acestuia și dintr-un al doilea constituent metalic, diferit prin natură sau compoziție, dar compatibil metalurgic cu primul constituent și care; de regulă, este constituit din nichel sau cupru.
Corpurile compozite conform invenției, pot avea proprietățile modificate în sensul prestabilit, în varianta în care conțin în matricea metalică modificată, o fază rezultată prin interacțiunea primului și celui de la doilea constituent metalic introdus în sistem și/sau în faza ceramică infiltrată de respectiva matrice metalică, o cantitate variabilă de produs de reacție între cel de al doilea metal și unul din componenții umpluturii ceramice menționate, reactiv în raport cu acesta.
Pentru realizarea infiltrării spontane a aliajului de aluminiu, în cazul sistemului spontan aluminiu/magneziu/azot, materialul masei/preformei de umplutură trebuie să fie suficient de permeabil, pentru a permite ca gazul cu conținut de azot să penetreze materialul de umplutură sau preformă într-un moment prestabilit de desfășurare a procesului și/sau să intre în contact cu metalul topit al matricei. în plus, materialul permeabil de umplutură, poate să regleze infiltrarea metalului topit al matricei, făcând aceasta ca materialul de umplutură penetrat de azot să fie infiltrat spontan de metalul topit al matricei, pentru formarea corpului compozit cu matrice metalică și/sau să determine azotul să intre în reacție cu un precursor al agentului intensificator de infilțrare, pentru formarea acestui intensificator în materialul de umplutură, și determină desfășurarea procesului de infiltrare spontană. Gradul de infiltrare spontană, ce se obține va fi determinat de o serie de factori de proces, incluzând conținutul de magneziu al aliajului de aluminiu, conținutul de magneziu al materialului de umplutură, cantitatea de nitrură de aluminiu din materialul de umplutură, prezența elementelor suplimentare de aliere în aliajul de aluminiu (Si, Fe, Cu, Mn, Cr, Zn, Ca, Sr, ș.a.), mărimea medie a materialului de umplutură (diametrul particulei) starea suprafeței, tipul materialului masei/preformei de umplutură, concentrația de azot a atmosferei de infiltrare, timpul permis de infiltrare, și temperatura la care are loc această infiltrare.
In cadrul procedeului conform invenției, pentru realizarea infiltrării spontane a aliajului de aluminiu, acesta poate să fie aliat cu cel puțin 1 % în greutate și de preferință cu circa 3% în greutate magneziu care acționează ca precursor al intensificatorului de infiltrare. Pentru reglarea corespunzătoare a proprietăților metalului matricei, aliajul de aluminiu poate să conțină elemente suplimentare de aliere. Aceste elemente auxiliare de aliere pot să influențeze cantitatea minimă de magneziu necesară în compoziția metalului matricei, pentru asigurarea desfășurării procesului de infiltrare spontană în materialul masei/preformei de umplutură. Pierderile inerente de magneziu din sistemul spontan, datorită, de exemplu, volatilizării, nu trebuie să aibă loc într-o asemenea măsură, încât să nu mai existe în sistem cantitatea necesară de magneziu care să asigure formarea intensificatorului de infiltrare. Ca urmare, este de dorit folosirea unei cantități suficiente de elemente inițiale de aliere, pentru a se asigura că infiltrarea spontană nu va fi influențată negativ de volatilizare. In plus, prezența magneziului atât în metalul matricei, în aliajul de aluminiu cât și în materialul masei/preformei de umplutură, .poate să conducă la reducerea cantității de magneziu necesară pentru obținerea infiltrării spontane în condiții conform invenției. Procentul în volum de azot prezent în atmosfera de infiltrare, influențează de asemenea vitezele de formare a corpului compozit cu matrice metalică. în mod caracteristic, dacă în atmosfera de infiltrare, conținutul de azot este sub 10%, infiltrarea spontană se va produce foarte lent. Experimental s-a stabilit că este de preferat ca cel puțin 50% azot, în volume, să fie prezent în atmosfera de infiltrare, rezultând prin aceasta, o infiltrare spontană cu o viteză mărită, în intervale de timp mai scurte. Gazul conținând azot, poate să fie furnizat direct materialului de umplere sau performei și/sau metalului matricei, sau poate să fie realizată prin descompunerea materialului existent în sistem.
Conținutul minim de magneziu necesar pentru ca metalul topit al matricei să infiltreze spontan materialul masei/performei de umplutură, depinde de o serie de factori ca, temperatura de proces, durata procesului, prezența elementelor auxiliare de aliere cu siliciu sau zinc, în compoziția aluminiului, plasarea magneziului în unul sau câteva elemente ale sistemului de infiltrare spontană, conținutul de azot al atmosferei de infiltrare și debitul cu care este alimentată atmosfera de azot. Temperaturi mai scăzute, sau intervale de timp mai scurte de încălzire, pot fi folosite pentru a se obține o infiltrare completă, când conținutul de magneziu al aliajului de aluminiu sau al materialului masei/preformei de umplutură este mărit. De asemenea, la un conținut dat de magneziu în sistem, adăugarea unor elemente auxiliare de aliere, ca zinc, permit desfășurarea procesului la terrtperaturi mai joase. De exemplu, un conținut 5 de magneziu în metalul matricei, aliajul de aluminiu, situat la limita inferioară a intevalului funcțional, de exemplu între 1 la 3% în greutate, poate fi folosit în asociere cu cel puțin unul din următorii ...10 factori: o temperatură situoată peste nivelul minim de prelucrare, o concentrație de azot în atmosfera de infiltrare ridicată sau prezența în aliaj a unuia sau mai multor elemente de aliere. Când nu se 15 introduce magneziu în materialul de umplutură, aliajele de aluminiu care conțin între 3 și 5% magneziu în greutate sunt de preferat și respectiv aliajele cu 5% magneziu sunt de preferat când se lucrea- 20 ză la temperaturi mai joase și în intervale de timp mai reduse. Conținuturi de magneziu în exces de aproximativ 10%' în greutate, în aliajul de aluminiu pot fi folosite, pentru moderarea, condițiilor de 25 temperatură necesare infiltrării. După cum s-a precizat, procentul de magneziu necesar desfășurării procesului de infiltrare spontană poate să fie redus în asociere cu prezența în sistem a unui element 30 auxilir de aliere, însă aceste elemente corespund numai unei funcții auxiliare și se folosesc numai concomitent cu cel puțin cantitatea minimă de magneziu specificată mai sus. De exemplu, nu s-a 35 realizat efectiv infiltrarea spontană a aluminiului pur aliat cu 10% siliciu Ia 1000°C într-un strat de carbură de siliciu 99% puritate cu granulația de trecere prin sita 77,5 ochiuri/cm2. In prezența magneziului siliciul susține procesul de infiltrare. Proporția de magneziu necesară realizării infiltrării spontane, variază în funcție de faptul dacă magneziul este furnizat în sistem exclusiv în materialul masci/preformei de umplutură. S-a stabilit că infiltrarea spontană are loc cu un procent în greutate mai mic de magneziu, atunci când cel puțin o parte din cantitatea totală de magneziu furnizată sistemului este plasată în materialul masei/preformei de umplutură. Este indicată asigurarea unei cantități mai reduse de magneziu pentru a se preveni formarea de elemente intermetalice nedorite în corpul compozit cu matrice metalică. In cazul unei preforme din carbură de siliciu, se constată că atunci când preforma este pusă în contact cu metalul matricei, aliajul de aluminiu, dacă preforma conține cel puțin 1% magneziu, în prezența unei atmosfere de azot pur, metalul matricei infiltrează spontan preforma respectivă. în cazul unei preforme de alumină, cantitatea de magneziu necesară pentru realizarea infiltrării spontane corespunzătoare este ușor mai ridicată. în mod caracteristic, se constată că atunci când o preformă de alumină, este adusă în contact cu un aliaj de aluminiu similar celui care sa infiltrat în preforma din carbură de siliciu, la aproximativ aceeași temperatură de proces, și în prezența aceleiași atmosfere pe bază de azot, cel puțin 3% magneziu poate să fie necesară pentru a se obține o infiltrare spontană similară cu cea obținută în preforma de carbură de siliciu, prezentată mai sus. în plus când se infiltrează un material de umplutură permeabil, utilizând sistemul spontan aluminiu/magneziu/azot, se poate forma spinel-MgAl2O4. Astfel când în sistem este prezentă o cantitate suficientă de magneziu, acesta poate să intre în reacție cu materialul de umplutură pe bază de alumină, dacă este menținut la o temperatură adecvată un timp suficient. Formarea de MgAl2O4, are ca efect reducerea proporției de matrice metalică în structura compozitului. După cum s-a precizat mai sus, rezultă că există posibilitatea furnizării precursorului intensificatorului de infiltrare al sistemului spontan și/sau a intensificatorului de infiltrare ca atare, pe suprafața aliajului de aluminiu supus infiltrării, și/sau pe suprafața masei/preformei de umplutură și/sau în interiorul masei/preformei de umplutură, înainte de infiltrarea metalului matricei în materialul masei/preformei de umplutură (adică să nu fie necesar ca intensificatorul de infiltrare sau precursorul acestuia, să fie aliat cu metalul matricei). Dacă magneziul se aplică pe o suprafață a metalului matricei, este de preferat ca această suprafață să fie cea mai apropiată de sau preferabil, în contact cu masa/preforma de umplutură, și viceversa; un asemenea tip de magneziu ar putea să fie ceî puțin parțial amestecat cu materialul masei/preformei de umplutură. Există, de asemenea, posibilitatea folosirii unei anumite combinații între aplicarea pe suprafață, aliere și plasarea magneziului în cel puțin o porțiune a preformei sau a respectiv a masei de umplutură. O asemenea combinație în aplicarea intensificatorului (intensificatorilor) de infiltrare și/sau a precursorului (precursorilor) acestuia (acestora), ar putea avea ca efect o reducere a procentului total, în greutate de magneziu necesar pentru a susține infiltrarea metalului matricei-aliajul de aluminiu în materialul masei/preformei de umplutură, precum și creierea posibilității operării la temperaturi mai joase a procesului de infiltrare. în plus, se poate reduce la maximum, cantitatea de elemente intermetalice formate datorită prezenței magneziului.
Folosirea unuia sau mai multor elemente de aliere și creșterea concentrației azotului în atmosfera de infiltrare, influențează, de asemenea, gradul de nitrurare a metalului matricei la temperatura dată. De exemplu, elementele auxiliare de aliere ca zinc sau fier, conținute în aliajul de aluminiu sau plasate pe suprafața aliajului, pot fi folosite pentru reducerea temperaturii de infiltrare și implicit pentru reducerea formării de nitrură, în timp ce creșterea concentrației de azot din atmosfera de infiltrare, poate să fie folosită pentru accentuarea formării nitrurii. Concentrația magneziului din aliajul de aluminiu și/sau combinat în materialul masei/preformei de umplutură, tinde, de asemenea, să influențeze gradul de infiltrare la o temperatură dată. în consecință, în unele cazuri, când o cantitate redusă de magneziu ește adusă în contact direct cu masa/preforma de umplutură sau când acest contact lipsește, este de preferat ca cel puțin 3% magneziu să fie aliat cu metalul matriceialiajul de aluminiu. Existența în aliaj a unei cantități mai reduse de magneziu, de 1% în greutate, poate să necesite temperaturi de proces mai ridicate sau prezența unor elemente auxiliare de aliere, aliere, pentru realizarea infiltrării spontane. Temperatura necesară, pentru a influența procesul de infiltrare, în condițiile conform invenției, poate să fie mai joasă în următoarele situații: (1) când conținutul în magneziu al aliajului de aluminiu crește de exemplu la cel puțin 5% în greutate și/sau (2) când constituenții de aliere sunt amestecați în materialul masei/preformei de umplutură și/sau (3) când elemente ca zincul sau fierul sunt prezente în aliajul de aluminiu. Temperatura de infiltrare poate să varieze în funcție de natura materialului de umplutură care urmează să fie infiltrată. în general, o infiltrare progresivă și spontană a aluminiului, va apărea la o temperatură de proces de cel puțin 675°C, de preferință temperatura de proces fiind situată între 750-800°C. Temperaturi peste 1200°C, par să nu mai favorizeze procesul de infiltrare, intervalul de temperaturi cel mai util situându-se între 675 și aproximativ 1200°C.
Ca regulă generală, temperatura de infiltrare spontană se situează deasupra punctului de topire al metalului matriceialiajul de aluminiu, însă sub temperatura de volatilizare a metalului matricei, și sub punctul de topire al materialului de umplu tură. Când temperatura este mai ridicată, crește tendința de formare a unui produs de reacție între metalul topit al matricei și atmosfera de infiltrare (de exemplu, în cazul aluminiului ca metal al matricei și 5 al unei atmosfere de infiltrare cu conținut de azot, se poate forma nitrura de aluminiu). Un asemenea produs de reacție poate să fie dorit sau nedorit în structura compozitului ce se obține, în funcție de .,10 domeniul de aplicație prestabilit a acestuia. Pentru încălzirea ansamblului la temperatura de regim, se folosește încălzirea cu rezistență electrică. Trebuie făcută mențiunea că și alte mijloace de 15 încălzire se pot utiliza, cu condiția ca acestea să determine topirea metalului matricei-aliajului de aluminiu și să nu influențeze negativ desfășurarea procesului de infiltrare spontană. 20
In cadrul procedeului conform invenției, așa cum s-a precizat mai sus, materialul masei/preformei de umplutură, este adus în contact cu metalul matricei-aliajul de aluminiu, în prezența unui gaz cu 25 conținut de azot, cel puțin un anumit timp în timpul procesului de infiltrare spontană. Gazul cu conținut de azot poate să fie furnizat menținând un flux continuu de gaz în contact cu cel puțin unul din 30 elementele materialului de umplutură, metalul matricei. Deși viteza de curgere a gazului cu conținut de azot nu este critică, se preferă ca această viteză de curgere să fie suficientă pentru a compensa 35 orice pierdere de azot din atmosferă datorită formării de nitrurâ, în matricea de aliaj de aluminiu și de asemenea, să prevină sau să inhibe incursiunea aerului care ar putea să aibă un efect oxidant 40 asupra metalului topit al matricei, aliajul de aluminiu.
Formarea compozitului cu matrice metalică în condițiile conform invenției, este aplicabilă unei game largi de mate- 45 riale de umplutură, a căror selecție va depinde de o serie de factori ca tipul meta lului matricei (aliajului de aluminiu), condițiile de proces, reactivitatea aliajului de aluminiu topit față de materialul de umplutură și proprietățile predeterminate ale produsului compozit final. In cadrul procedeelor conform invenției, în care metalul matricei supus infiltrării spontane este un aliaj de aluminiu, materialele de umpli i.inadecvate sunt: (a. oxizi, de exemplu alumina; (b. carburi, de exemplu carbura dc siliciu; (c. boruri, de exemplu dodecaborura de aluminiu și (d. nitruri, de exemplu nitrura de aluminiu. Dacă există tendință ca materialul de umplutură să intre în reacție cu aliajul de aluminiu topit, aceasta poate să fie reglată reducând la minimum temperatura și durata de infiltrare sau asigurând un înveliș de protecție nereactiv pe materialul de umplutură. Astfel materialul de umplutură poate să cuprindă un substrat, cum este carbonul sau un alt material neceramic, purtând un strat (înveliș) ceramic, pentru a proteja substratul împotriva atacului sau degradării. Acoperirile ceramice convenabile includ oxizi, carburi, boruri și nitruri. Materialele de umplutură preferate cuprind alumina și carbura de siliciu sub formă de plăcuțe, particule, mănunchiuri din fire și fibre. Fibreele pot să fie discontinue (sub formă de tocătură) sau sub formă de filament continuu cum sunt cablurile multifilamentare. De asemenea, materialul masei/preformei de umplutură poate să fie omogen sau heterogen. S-a contatat că anumite materiale de umplutură manifestă o infiltrare intensificată, față de alte materiale de umplutură similare cu aceeași compoziție chimică. De exemplu, corpurile de alumină mărunțite, realizate prin procedeul ce face obiectul Brevetului US 4713360 (structură ceramică dezvoltată prin creștere ca produs al reacției de oxidare de la suprafața băii de aluminiu topit) manifestă capacități sporite de infiltrare în comparație cu produsele din alumi106987 nă realizate prin procedeul clasic. De asemenea, corpurile de alumină cu structură compozită, realizate prin procedeul descris în Brevetul RO nr. 95823/prioritate US nr. 819397/86, (structură ceramică dezviltată prin creștere ca produs al reacției de oxidare de la suprafața băii de aluminiu topit și infiltrată concomitent într-o masă permeabilă de alumină, cu care formează o structură interconectată tridimensional), și mărunțite, prezintă de asemenea calități de infiltarea superioare, în comparație cu alumina realizată prin tehnologia clasică. Astfel s-a putut stabili că infiltrarea completă a unei mase permeabile de umplutură de acest tip se poate realiza la temperaturi mai joase și în intervale de timp mai scurte. Mărimea și forma materialului de umplutură poate să fie oricare cerută pentru obținerea proprietăților dorite în compozit. Astfel materialul se poate prezenta sub formă de particule, mănunchiuri de fire, plăcuțe sau fibre, deoarece infiltrarea nu este restricționată de forma materialului de umplere. Se pot utiliza și alte forme de material de umplutură ca sfere, tubulețe, granule, țesături din fibre refractare și
A altele asemănătoare. In plus dimensiunea materialului nu limitează infiltrarea, deși o temperatură mai ridicată sau un interval de timp mai lung, pot să fie necesare pentru infiltrarea completă a unei mase de particule mai mici. După cum sa precizat materialul masei/preformei de umplutură trebuie să fie permeabil, asigurând infiltrarea metalului matricei și pătrunderea atmosferei de infiltrarea.
Procedeul de obținere a compozitelor cu matrice metalică conform invenției nefiind dependent de folosirea presiunii, pentru a forța pătrunderea metalului topit al matricei în materialul masei/preformei de umplutură, permite obținerea unor compozite.cu matrice metalică, uniforme, având o fracțiune ridicată de material dc umplere în volume și o porozitate scăzută. Fracțiunea mai ridicată în volum de material de umplutură, se poate realiza folosind o masă inițială de material de umplutură cu o porozitate mai scăzută. Fracțiuni de volum ridicate se pot obține de asemenea, în situația în care masa materialului de umplutură este compactată sau densifîcată într-un alt mod, cu condiția însă să nu fie transformată, fie într-un corp compact cu porozitatea determinată de celule închise, fie într-o structură absolut densă care să împiedice infiltrarea metalului topit al matricei.
în cadrul procedeului, conform invenției, pentru infiltrarea spontană a aluminului și formarea matricei în jurul materialului ceramic de umplutură, umectarea materialului ceramic de umplutură de către metalul topit menționat, poate să constituie un factor important în desfășurarea procesului de infiltrare spontană. In plus, la temperaturi coborâte de proces, se realizează un grad minim sau neglijabil de nitrurare a matricei, rezultând nitrura de aluminiu, sub formă discontinuă în proporție minimă, dispersată în matricea de aluminiu. Când se atinge limita superioară a intervalului de temperaturi de proces, posibilitatea nitrurării metalului matricei se accentuează. Ca urmare proporția de fază de nitrură în matricea metalică, poate fi reglată, prin variația corespunzătoare a temperaturii la care are Ioc infiltrarea. Temperatura specifică de proces la care formarea nitrurii devine mai pronunțată variază și cu alți factori cum sunt, tipul aliajului de aluminiu folosit ca metal al matrice, raportul în volum al acestuia față de volumul masei/preformei de umplutură, tipul materialului masei/preformei de umplutură supus infiltrării spontane și concentrația de azot a atmosferei de infiltrare. Astfel, gradul de formare a nitrurii de aluminiu, la temperatura dată de proces, crește când capacitatea aliajului de a umecta materialul de umplu tură descrește și când concentrația de azot a atmosferei crește. De aceea este posibilă reglarea constituirii matricei metalice în rimpul formării compozitului, pentru a imprima anumite caracteristici produsului rezultat. Pentru un sistem dat, condițiile de proces pot fi selectate pentru a regla formarea nitrurii în matricea metalică. Un produs compozit care conține o fază de nitrură de aluminiu, va prezenta anumite proprietăți favorabile care pot să contribuie la îmbunătățirea performanțelor acestuia. Trebuie precizat de asemenea, că intervalul de temperatură selectat pentru desfășurarea procesului de infiltrare spontană a aliajului de aluminiu, poate să varieze în funcție de natura materialului de umplutură ceramic folosit. Când se folosește alumina ca material de umplutură, este de preferat ca temperatura de infiltrarea să nu depășească aproximativ 1000°C, dacă se are în vedere că ductililatea matricei să nu fie redusă prin formare semnificativă de nitrură. Se pot folosi însă și temperaturi care depășesc 1000°C, dacă se urmărește producerea unui compozit cu o matrice mai puțin ductilă și mai rigidă. Pentru infiltrarea carburii de siliciu, se pot utiliza temperaturi de circa 1200°C, deoarece gradul de formare a nitrurii în aliajul de aluminiu infiltrat, este mai mic decât în cazul folosirii ca material de umplutură a aluminei.
Procedeul, conform invenției, prevede posibilitatea utilizării unui rezervor de metal la matricei, pentru realizarea unei infiltrări complete a materialului masei/preformei de umplutură, și/sau pentru a furniza în sistemul de infiltrare spontană un al doilea metal diferit ca concentrație de prima sursă de metal al matriceialiajul de aluminiu. In mod caracteristic, în unele cazuri, poate să fie dorit, să se folosească în rezervor un metal al matricei diferit ca compoziție de prima sursă de metal al matricei. Astfel, ca primă sursă de metal al matricei se folosește aliajul de aluminiu, ca urmare orice alt metal compatibil metalurgic cu aluminiul și care se topește la temperatura de regim, poate fi folosit eficient ca metal de rezervor. După cum se știe frecvent metalele topite sunt foarte miscibile cu un alt metal sau aliaj care ar rezulta din amestecarea primei surse de metal, aliajul de aluminiu cu metalul rezervor, atât timp cât se asigură un interval de timp adecvat, pentru realizarea acestui amestec. în acest mod folosind un metal rezervor diferit ca compoziție de metalul matricei din prima sursă, este posibil să se dirijeze în sensul dorit proprietățile matricei metalice, pentru a corespunde diferitelor cerințe de utilizare a compozitului cu matrice matalică rezultat în final.
Pentru reglarea desfășurării procesului de infiltrare spontană în condițiile conform invenției, este prevăzută posibilitatea folosirii mijloacelor de barieră. Un mijloc de barieră, în sensul cel mai larg, poate să fie orice mijloc adecvat care inhibă, previne sau termină migrația sau deplasarea metalului matricei aliajul de aluminiu, peste limita de suprafață definită a materialului masei/preformei de umplutură. Un mijloc de barieră adecvat poate fi constituit din orice material, compus element, compoziție, care, în condițiile de proces, conform invenției, își menține o anumită integritate nu este volatil și de preferință este permeabil la atmosfera de infiltrare, și care local poate să se inhibe, să oprească sau să interfere procesul de infiltrare spontană dincolo de limita de supafață a materialului ceramic de umplutură. Materialele care formează mijloace corespunzătoare de barieră nu sunt umectabile de metalul matricei migrator, aliajul de aluminiu, în stare topită în condițiile de proces. Respectivul mijloc de barieră poate să prezinte o afinitate redusă sau să nu aibă loc afinitate față de metalul topit al matricei-aliajului de aluminiu, iar deplasarea acestuia peste limita de suprafață definită a materialului masei/preformei de umplutură este inhibată de respectivul mijloc de barieră. Folosirea mijloacelor de barieră asigură eliminarea necesității prelucrării finale a compozitului cu mașini unelte. Este de preferat ca mijlocul de barieră să fie permeabil, poros sau permeabilizat pentru a permite ca atmosfera de infiltrarea să intre în contact cu aliajul topit al matricei. Bariere convenabile deosebit de utile pentru aliaje pe bază de aluminiu, metal al matricei infiltrate spontan, în cadrul procedeului conform invenției, sunt cele care conțin carbon și mai ales o formă alotropică a carbonului, grafit. în principal, carbonul nu este umectibil de către aliajul de aluminiu topit în condițiile de proces descrise. Este de preferat folosirea unie benzi de grafit, marca comercial Grafoilw. Această bandă prezintă caracteristici de etanșare, care previn migrarea aluminiului topit, peste limita definită a materialului masei/preformei de umplutură. Această bandă de grafit este de asemenea rezistentă la căldură și inertă din punct de vedere chimic. Materialul pe bază de grafit de tip GRAFOIL*^’, este flexibil, compatibil, și rezilient. El poate să fie fabricat într-o mare varietate de forme, pentru a satisface cerințele de profit ale barierei. Bariera de grafit se poate utiliza, de asemenea, sub formă de pastă sau chit sau respectiv sub formă de peliculă aplicată cu pensula în jurul și pe limita materialului masei/preformei de umplutură. Grafoil(R) este preferat, deoarece se prezintă sub formă de bandă flexibilă, care se poate aplica în mod simplu ca o foaie de hârtie în jurul materialului de umplutură. Un alt tip de material de barieră preferat, în cadrul procedeului conform invenției, în care are loc infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu în atmosferă dc azot, sunt boru rile unor metale de tranziție (de exemplu dibordura de titan TiB^ care, în general, nu este umectabilă de către metalul topit al matricei, aliajul de aluminiu. Cu o barieră de acest tip, temperatura de proces nu trebuie să despășească 875°C, deoarece peste această temperatură, materialul de barieră de acest tip devine mai puțin eficace, și în fapt odată cu creșterea temperaturii va apare și procesul de infiltrarea a barierii. Borurile matalelor de tranziție se prezintă în mod tipic, sub formă de particule de 1 la 30 &. Materialele de barieră respective, pot fi aplicate sub formă de pastă, la limitele masei permeabile de material de umplutură, de preferință, prefasonat. Alte bariere ce se pot utiliza în cadrul procedeului conform invenției, în care are loc infiltrarea spontană a unui aliaj de aluminiu în atmosferă de azot, includ compuși organici slab volatili, aplicați sub formă de peliculă sau strat pe suprafața exterioară a materialului masei/preformei de umplutură. Prin ardere în atmosferă de azot, mai ales în condițiile procedeului conform invenției, compusul organic se descompunere și formează un film de corbon. Compusul organic poate să fie aplicat prin mijloace obișnuite ca pensulare, pulverizare, imersare etc.
Trebuie precizat că unele materiale de umplutură sub formă de particule fin măcinate, pot să funcționeze ca mijloace de barieră atât timp cât infiltrarea spontană a materialului de umplutură sub formă de particule va apărea cu o viteză inferioară, vitezei de infiltrare spontană a restului materialului masei/preformei de umplutură.
Ca urmare, mijlocul de barieră se poate aplica prin orice mijloc disponibil, cum este formarea unui strat (acoperire) pe limita suprafeței definite de respectivul mijloc de barieră. Asemenea mijloc de barieră sub formă de strat, poate să fie aplicat prin imersare, cu pensula, sitografie, evaporare sau alt mod uzual de aplicare a mijlocului de barieră sub formă de lichid sau pastă, sau depunere din fază de vapori în cazul când mijloacele de barieră sunt vaporizabile, eventual prin simpla depunere a unui strat de mijloc de barieră sub formă de particule solide sau a unui film subțire solid, pe limita definită a suprafeței prestabilite. Folosind mijloacele de barieră descrise, infiltrarea spontană se încheie, în principal, la atingerea de către metalul topit al matricei a limitei suprafeței definite și intrarea în contact cu mijlocul de barieră utilizat, descris mai sus.
După cum s-a precizat mai sus, procedeul conform invenției prevede obținerea corpurilor compozite cu matrice metalică prin infiltrarea spontană a metalului matricei-aliajul de aluminiu într-o masă/preformă de umplutură, și în timpul și/sau subsecvent infiltării spontane menționate se modifică cel puțin o porțiune a corpului compozit cu matrice metalică ce se obține. Astfel metalul matrice respectiv infiltrat în materialul masei/preformei de umplutură poate să fie modificat în timpul infiltrării spontane și/sau poate să fie modificat printr-un tratament post-formare (adică poate să fie modificat după ce a avut loc infiltrarea). O asemenea modificare se concretizează în proprietăți îmbunătățite sau accentuate (de exemplu, proprietăți mecanice sau rezistența la coroziune îmbunătățite) ale compozitului cu matrice metalică ce se obține. în plus, compozitele rezultate nu prin infiltrare spontană ci prin alte tehnologii, pot fi supuse de asemenea tratamentului post-formare precizat mai sus.
Pentru ca procesul de infiltrare spontană să aibă loc, o masă/preformă de material de umplutură este adusă în contact cu un agent intensificator de infiltrarea sau/și cu precursorul acestui și/sau cu o atmosferă de infiltrare, cel puțin la un moment dat pe parcursul procesului, fapt ce permite ca metalul topit al matricei-aliajul de aluminiu să se infiltreze spontan în materialul masei/preformei dc umplutură. într-o variantă preferată, pentru realizarea infiltării spontane, intensificatorul de infiltrare poate să fie furnizat în materialul masei/preformei de umplutură și/sau metalul matricei și/sau atmosfera de infiltrare. în final, trebuie precizat că cel puțin în timpul infiltrării spontane intensificatorul de infiltrare trebuie localizat cel puțin într-o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură.
Pentru modificarea cel puțin a uneia din proprietățile compozitului cu matrice metalică, într-o variantă de realizare preferată a procedeului conform invenției, după realizarea infiltrării spontane a materialului matricei-aliajul de aluminiu în materialul masei/peformei de umplutură, dar înainte de solidificare, se modifică metalul matricei din corpul compozit cu matrice metalică, rezultat din proces.
într-o altă variantă de realizare preferată, pentru modificarea cel puțin a unei proprietăți a compozitului cu matrice metalică, înainte de terminarea infiltrării spontane a metalului topit al matricei-aliajul de aluminiu în materialul masei/preformei de umplutură, compoziția aliajului de aluminiu care continuă să se infiltreze se modifică, adăugând un al doilea metal, având o compoziție diferită față de metalul matricei supus infiltrări spontane. De exemplu, pe măsură ce metalul topit al matricei se infiltrează spontan în materialul masei/preformei de umplutură, un al doilea metal ar putea să fie adăugat la (de exemplu, aliat) cu sursa de metal al matricei (de exemplu, sursa de rezervor de metal al matricei). Cel de al doilea metal ar putea să fie un metal oarecare, care atunci când se combină cu metalul matricei nu influențează negativ procesul de infiltrare spontană a acestuia și modifică în sensul prestabilit proprietățile compozitului cu matrice metalică (respectiv a metalului matricei-aliajul de aluminiu existent în corpul compozit).
într-o altă variantă preferată de realizare a invenței, pentru modificarea cel puțin a unei proprietăți a compozitului cu matrice metalică, cel puțin unul din componenții compozitului, respectiv metalul 5 matricei-aliajul de aluminiu și/sau materialul masei/preformei de umplutură se modifică, în principal, în paralel cu desfășurarea infiltrării spontane. în această realizare un al doilea material, de exem- 10 piu, un metal sub formă de pulbere sau un precursor al acestuia poate să fie preamestecat cel puțin parțial cu materialul masei/preformei de utfiplutură, cel de al doilea material fiind capabil să intre 15 în reacție în situ cu metalul matricei-aliajul de aluminiu și/sau cu materialul masei/preformei de umplutură. în mod specific, cel de al doilea material poate să intre în reacție cu metalul topit la matricei 20 pentru a forma elemente intermetalice prestabilite, care îmbunătățesc, de exemplu rezistența la temperatura ridicată, rezistența la coroziune etc, a compozitului cu matrice metalică ce se obține. 25
Conform unei alte variante de realizare preferate a invenției, procesul de infiltrare spontană a aliajului de aluminiu este astfel condus încât materialul masei/preformei de umplutură să nu fie infiltrat 30 complet, creându-se astfel o anumită porozitate în aceasta. Un al doilea metal (aliaj) având o compoziție diferită față de cea a metalului matricei-aliajul de aluminiu, poate să fie apoi adus în con- 35 tact cu o suprafață a compozitului cu matrice metalică infiltrat incomplet. Cel de al doilea metal se infiltrează în porozitatea compozitului cu matrice metalică (de exemplu, cel de al doilea metal se 40 poate alia cu metalul infiltrat al matricei și asigură astfel o cantitate suficientă de metal astfel aliat pentru a umple complet porozitatea materialului masei/preformei dc umplutură). în plus, o asemenea um- 45 piere trebuie sâ aibă loc la o temperatură egală sau mai mare decât temperatura lichidă a metalului matricei-aliajul de aluminiu și/sau a aliajului dintre metalul matricei și al doilea metal menționat. în consecință, corpul compozit cu matrice metalică ce se obține, va fi modificat prin introducerea aliajului dintre metalul matricei și cel de al doilea metal în porozitatea materialului masei/preformei de umplutură. ... Invenția prevede de asemenea posibilitatea ca un al doilea metal, având o compoziție diferită față de metalul matricei-aliajul de aluminiu care a infiltrat complet materialul masei/preformei de umplutură, să‘ intre în contact cu cel puțin o porțiune a materialului de umplutură astfel infiltrat și cel de al doilea metal menționat să intre în reacție cu metalul matricei și/sau cu materialul de umplutură. într-un mod de realizare preferat, cel de al doilea metal poate să fie transportat de metalul matricei pentru a intra în contact direct cu materialul masei/preformei de umplutură și prin această să intre în reacție cu acesta pentru formarea unui produs de reacție, care suferă o expansiune în volum în raport cu materialul original al masei/preformei de umplutură. în mod tipic, un asemenea produs de reacție se formează când metalul matricei se află o temperatură egală sau mai mare, sau cu puțin sub temperatura de topire, fapt care are ca rezultat deplasarea de metal al matricei din corpul compozit cu matrice metalică. în consecință, în funcție de cantitatea de produs de reacție ce se formează, se reduce procentul general, în volum de metal, al matricei în corpul compozit cu matrice metalică ce se obține. Astfel de exemplu, formarea unui produs de reacție ar putea să fie limitată la o anumită suprafață a compozitului cu matrice metalică. în plus formarea unui produs de reacție nu se limitează la corpurile compozite cu matrice metalică, produse printr-o tehnică de infiltrarea spontană. Se poate presupune că formarea unui produs de re acție în orice sistem, implică o transformare a metalului matricei și/sau materialului masei/preformei de umplutură, într-un produs de reacție care deplasează metalul matricei din corpul compozit, prin 5 aceasta conducând la rezultatele scondate.
In variantele de realizare preferate, prezentate mai sus, au fost prezentate principalele posibilități de modificare a proprietăților corpurilor compozite cu ma- .· 10 trice metalică, realizate printr-un proces de infiltrare spontană. Trebuie precizat însă că unele tehnici de modificare sunt aplicabile și în cazul compozitelor cu matrice metalică realizate și în alt mod. 15
In plus, la oricare din variantele de modificare analizate mai sus, volumul sau porțiunea de corp compozit cu matrice metalică și/sau material de umplutură care trebuie să fie transformat sau modifi- 20 cat, poate să varieze. Astfel fiecare din variantele de realizare expuse, ar putea să fie limitate, în principal, la o suprafață a corpului compozit cu matrice metalică, sau dacă se prevede ca această transfor- 25 mare să se producă într-un interval de timp suficient, ea poate să aoibă loc în întregul corp compozit cu matrice metalică, format prin infiltrare spontană. De precizat că factori de proces ca tempera- 30 tura, presiunea atmosferică etc. ar putea să intensifice sau să reducă viteza de transformare a corpului compozit cu matrice metalică rezultat.
Există, de asemenea, posibilitatea ca un 35 mijloc gazos să fie orientat să curgă transversal pe suprafața corpului compozit cu matrice metalică format, restectivul mijloc gazos conținând un element care intră în reacție cu cel puțin o porțiune a 40 suprafeței corpului compozit cu matrice metalică menționat, prin aceasta modificând proprietățile acestuia.
După cum s-a precizat și mai înainte, pentru a se obține o infiltarea spontană a 45 metalului matricei în materialul masei/pre formei de umplutură, un intensificator deinfiltrare și/sau precursorul acestuia și/sau o atmosferă de infiltrare sunt în comunicație cu materialul masei/preformei de umplutură, cel puțin într-un moment prestabilit al procesului, fapt care permite ca metalul topit al matricei să infiltreze spontan materialul masei/preformei de umplutură. Deci este caracteristic faptul că pentru a se efectua infiltrarea spontană a metalului matricei în materialul masei/preformei de umplutură, trebuie să se asigure prezența în sistemul spontan a unui intensificator de infiltrare. Respectivul intensificator de infiltrare ar putea să rezulte din precursorul acestuia care ar putea să fie furnizat în metalul matricei, și/sau în materialul masei/preformei de umplutură și/sau din atmosfera de infiltrare și/sau dintr-o sursă externă, în sistemul spontan. în plus, respectivul intensificator poate să fie furnizat direct în materialul masei/preformei de umplutură și/sau în metalul matricei și/sau în atmosfera de infiltrare. De precizat că este necesar ca cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare să fie amplasat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură, într-o formă de realizare preferată, există posibilitatea ca precursorul intensificatorului de infiltrare să intre în reacție, cel puțin parțial cu atmosfera de infiltrare, astfel încât intensificatorul de infiltrare să se poată forma cel puțin într-o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură, înainte sau simultan cu aducerea în contact a acesteia cu metalul topit al matricei. Astfel dacă magneziul este precursorul intensificatorului de infiltrare, și atmosfera de infiltrare este formată din azot, atunci intensificatorul de infiltrare este format din nitrură de magneziu, care este plasată în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură.
în cadrul procedeelor conform invenției, în care arc loc infiltrarea spontană a alia106987 jelor de aluminiu, sistemele spontane (metalul matricei/precursorul intensificatorului de infiltrare/amtosfera de infiltrare) adecvate sunt: în primul rând aluminui/magneziu/azot, dar și aluminiu/calciu/azot, aluminiu/ștronțiu/azot și aluminiu/zinc/oxigen.
Metalul matricei-aliajul de aluminiu este infiltrat în condițiile de proces în materialul masei/preformei de umplutură, care poate să fie conținut într-un vas refractar adecvat, care în condițiile de proces nu intră în reacție cu metalul topit al matricei-aliajul de aluminiu și/sau cu materialul de umplutură, când aluminiul este topit. Un material de umplutură care conține magneziu sau este adus în contact cu magneziu sau cel puțin la un moment dat în timpul procesului este expus la o atmosferă de azot, după care poate să fie adus în contract cu metalul topit al matricei-aliajul de aluminiu, care se va infiltra spontan, în aceste condiții de proces.
In cele ce urmează se prezintă șase exemple de realizare a invenției.
Exemplul 1. Pentru modificarea cel puțin a unei proprietăți a compozitului cu matrice metalică-aliaj de aluminiu, cel puțin o porțiune a respectivului metal este pusă în contact cu unul care poate să fie, de asemenea, topit și care are o compoziție diferită de metalul matricei-aliajul de aluminiu, menționat. In mod specific, cel de al doilea metal poate să interdifuzeze cu metalul matricei, aceasta conducând la formarea în structura compozitului la compuși intermetalici prestabiliți, datorită unei reacții între metalul matricei și cel de al doile metal. Ca urmare, cel de al doilea metal trebuie să fie compatibil metalurgic și miscibil cu primul metal al matricei, pentru obținerea compușilor intermetalici precizați mai sus.
Pentru realizare practică se poate folosi un vas de oțel inoxidabil prevăzut cu un container cu placa de bază ctanșeizată într-o poziție adecvată cu o garnitură inelară din cupru. De preferință, containerul din oțel inoxidabil conține un suport refractar. Containerul dc oțel conține ca material de umplutură alumină marca Alundum 38, cu granulația de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm2, preamestecată cu pulbere metalică ce constituie cel de al doilea metal în proporție de 50%. De preferință, metalul matricei supus infiltrării spontane este un aliaj de aluminiu cu conținut de 5% magneziu. Pentru realizarea infiltrării spontane a aliajului de aluminiu în alumina menționată, vasul de oțel ce conține acest ansamblu trebuie să fie încălzit în atmosferă de azot la circa 750— 1100°C. Deoarece metalul matricei se infiltrează spontan în materialul de umplere descris, el intră în contract cu cel de al doilea metal conținut în acesta (de exemplu cu nichel). Aluminiul poate să intre în reacție cu nichelul, pentru a da naștere la elemente intermetalice, cum este aluminida de nichel, în canalele prin care a trecut respectivul metal al matricei-aliajul de aluminiu, pentru a infiltra spontan materialul de umplere-alumina, descrisă. Proporția în care se produce această reacție depinde de temperatură, durata menținerii la respectiva temperatură, și/sau de miscibilitatea metalelor topite aduse în contact.
Exemplul 2. Se separă un ameste de material de umplutură prin combinarea într-un vas de material plastic a 54,3% carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 8,37 ochiuri/cm2, 23,3% carbură de siliciu cu granulație de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm2, circa 31% carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 155 ochiuri/cm2 și circa 19,3% alumină coloidală. Aceste amestecuri se omogenizează într-o moară de valțuri timp de 4-5 min, după care se toarnă într-un tipar de rășină siliconică cu o cavitate internă de 45 cm2 și adâncimea de circa 38 mm. Acest tipar se agită pentru a ajuta sedimentarea.
După o agitare timp de 0,5 h, excesul de apă de pe suprafața sedimentului, format în prealabil, se îndepărtează cu un sul de hârtie. Tiparul siliconic ce conține forma prealabilă se agită în continuare timp de 5 încă o oră, · după care apa colectată la suprafață se îndepărtează și tiparul de rășină siliconică este trecut de pe masa de agitare într-un congelator. După ce apa reziduală în forma prealabilă a înghețat 10 complect, tiparul de rășină siliconică și forma prealabilă (preforma) sunt îndepărate din congelator și preforma congelată se extrage din tiparul de rășină. Preforma se plasează pe un pat de alumină cu 15 granulația de trecere prin sita cu granulația de trecere cu 14 ochiuri/cm2, și se lasă să se usuce în aer timp de 16 h.
Cu referire la fig. 1, după uscare preforma.13, realizată ca mai sus, având- o 20 suprafață de circa 45 cm2 și grosimea de circa 35 mm, se trece pe un nou strat de alumină cu granulația de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm2, suportat de o placă refractară (ambele nefigurate) și totul se 25 introduce într-un cuptor cu rezistență și atmosferă de aer cald, pentru ardere. Temperatura în cuptor se ridică de la circa temperatura camerei la aproximativ 1050°C, într-un interval de 10 h și se 30 menține timp de 2 h, după care cuptorul este lăsat să se răcească la temperatura camerei în circa 10 h. O cutie 12 din foaia de grafit, marca GRAFOILr, de care s-a vorbit mai înainte, cu suprafața de 35
51,6 cm2 și înălțimea de circa 102 mm, se introduce într-o nacelă de grafit 11, având suprafața de circa 58 cm2 și înălțimea în interior de 102 mm. Preforma'13, pregătită așa cum s-a precizat mai sus, se 40 plasează pe fundul cutiei 12 din foaie de grafit. O masă de material suport 14, cuprinzând în greutate circa 15% frită de sticlă borosilicaticâ, circa 28,3% alumină marca EL ALUNDUMR, cu granulația de 45 trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm2, circa
28,3% alumină marca EL ALUN-DUMR cu granulația de trecere, prin sita cu 34 ochiuri/cm2 și circa 28,4% alumină marca EL ALUNDLJM cu granulația de trecere prin sita cu 77,5 ochiuri/cm2, se introduce în cutia 12, în jurul preformei 13, până la un nivel ridicat, apropiat de partea superioară a acesteia. Un strat superficial subțire 15 de pulbere de magneziu foarte fină, se aplică prin stropire de partea superioară a preformei 13. Un dispozitiv de blocare, cuprinzând un inel de grafit 17 cu diametrul interior de 64 mm și înălțimea de circa 13 mm se centrează peste o gaură cu diametru de circa 64 mm, practicată într-o foaie de grafit 16, cu suprafața de circa 45 cm2 și grosimea de 0,36 mm. Inelul de grafit este fixat la foaia de grafit 16 cu un strat subțire de adeziv cuprinzând circa 40% în volume ciment de grafit marca RIGIDLOCKr și în rest etanol. Pentru realizarea aderării, ansamblul inelul de grafit 17, foaia de grafit
16, este lăsat să se usuce în aer la temperatura camerei timp de circa 4 h. în continuare, ansamblul inel de grafit 17-foaia de grafit 16, se plasează pe statul de pulbere de magneziu 15, în cutia 12, cu inelul de grafit 17, orientat în sus. Interiorul inelului de grafit 17 se umple apoi cu amestecul mărunțit 19, cuprinzând în greutate circa 1% pulbere de magneziu cu granulația de trecere prin 15,5 ochiuri/cm2, circa 1% pulbere de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2, circa 29% carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm2 și în rest carbură de siliciu crudă cu granulația de trecere prin si'a cu 8,37 ochiuri/cm2. în continuare, materialul suport 14, descris mai sus, se toarnă în cutia de grafii 12, pe folia de grafit 16, în jurul inelului de grafit
17, până la un nivel apropiat de partea superioară a acestuia. Un lingou de metal al matricei 18, cântărind circa 2965 g și cuprinzând în greutate circa 15% Si, 5% Mg, și în rest aluminiu, se introduce în cutia din folie de grafit 12 și se centrează peste inelul de grafit 17. Nacela de grafit 11 și conținutul acesteia se introduce într-un cuptor cu rezistență și atmosferă controlată, menținut la temperatura camerei. Camera cuptorului se evacuează la un vid de 762 mm mercur, apoi se reumple cu azot, stabilindu-se un curent de gaz cu debit de circa 4 1/min. Temperatura cuptorului se ridică la circa 200°C cu un gradient de circa 150°C pe oră. După o menținere de circa 44 h, la 200°C, temperatura cuptorului se ridică la 825°C cu un gradient de circa 150°C, menținând debitul de curgere a azotului de circa 41/min. După menținerea la temperatura de 825°C timp de circa 18h, temperatura cuptorului se reduce la circa 675°C, cu un gradient de circa 200°C pe oră. La temperatura de circa 6?5°C nacela de grafit 11 și conținutul acesteia sunt extrase din cuptor și se plasează pe o placă de aluminiu răcită cu apă. Un material de acoperire mărunții se toarnă pe partea superioară a metalului matricei topit rezidual. După aceea, se aplică un strat de circa 51 mm de material izolant de fibră ceramică, deasupra stratului superior și a întregii nacele de grafit, pentru a facilita în continuare, solidificarea direcțională a compozitului ce se obține. Pentru răcirea substanțială la temperatura camerei, stratul acoperitor se îndepărtează din nacela de grafit 11. In continuare, se înlătură masa de material suport 14, din jurul stratului superior cu ușoare lovituri de ciocan, pentru a se constata că metalul matricei a infiltrat spontan reforma 13, pentru formarea corpului compozit cu matrice metalică. După extragere, corpul compozit cu matrice metalică a fost secționat și probele rezultate au fost șlefuite și examinate la microscop. S-a constatat că metalul matricei-aliajul de aluminiu conținut în compozit, nu conține nici un fel de precipitat de Mg2Si. Examinarea mai detaliată a structurii rezultate a corpului compozit cu matrice metalică cu ajutorul unui microscop electronic și analiza referitoare la dispersia de energie la circa 1500X, sugerează că alumina coloidală introdusă în preforma 13, a reacționat, cel puțin parțial, cu magneziul din metalul matricei pentru a forma oxizi micști de aluminiu și magneziu.
Exemplul 3. In acest exemplu, se demonstrează o posibilitate de modificare a metalului matricei-aliajul de aluminiu, într-un corp compozit cu matrice metalică. In mod specific, un corp compozit cu matrice metalică, a fost așezat într-un pat de pulbere dintr-un al'doilea metal, respectivul ansamblu s-a încălzit la o temperatură situată sub temperatura de topire a metalului de matrice-aliajul de aluminiu și menținut la această temperatură un timp suficient pentru a permite metalului matricei și celui de al doilea metal să interdifuzeze, prin aceasta îmbătrânind compoziția chimică a constituentului metalic din corpul compozit cu matrice metalică rezultat.
Pe fig. .2, este prezentată schematic o vedere în secțiune a ansamblului necesar pentru producerea unei structuri compozite în condițiile ce vor fi descrise în cele ce vor urma. A fost confecționat un tipar din silice 40 cu o cavitate măsurând circa 127 mm lungime, pe circa 127 mm lățime, pe circa 83 mm adâncime, prevăzut cu cinci găuri 41 în partea inferioară, fiecare având un diametru de 19 mm și o adâncime tot de 19 mm. Forma a fost realizată prin amestecarea unei suspensii cuprinzând în greutate circa 2,5 părți pulbere de silice cu granulație de trecere prin sita cu 31 ochiuri/cm2, circa 1 parte silice coloidală și circa 1,5 părți nisip cuarțos cu granulația de trecere prin sita cu 15,5 ochiuri/cm2. Amestecul de suspensie se toarnă într-un tipar de rășină, având o formă negativă a cavității interioare dorite a tiparului de silice 40, și se introduce într-un congelator pentru o noapte (14 h). Tiparul de silice 40 se separă apoi de tiparul de rășină, se arde la circa 800°C, într-un cuptor cu atmosferă de aer timp de circa o oră și se răcește apoi la temperatura camerei. Suprafața părții inferioare a tiparului de silice 40 se a- 5 coperă cu o folie de grafit 42 având lungimea de circa 127 mm lungime, circa 127 mm lățime și 0,25 mm grosime. în folia 42 se taie niște găuri 43 cu diametrul de 19 mm, corespunzătoare găurilor ... 10 41 ale tiparului 40. Găurile 41 de la partea inferioară a tiparului de silice 40, conțin niște cilindri de metal al matricei
44, având diametrul de 19 mm, și grosimea tot de 19 mm, având compoziția ' 15 chimică identică cu lingoul de metal al matricei 46, care va fi descris mai jos. Circa 826 g amestec de material de umplutură 45, ce cuprinde în greutate circa 95% alumină cu granulația de trecere 20 prin sita cu 34 ochiuri/cm2, marca ALUNDUMr și circa 5% pulbere de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2, s-a realizat într-un vas de material plastic de circa 4 1 prin agitare 25 manuală timp de circa 15 min. Amestecul de material de umplutură 45, se toarnă apoi în interiorul tiparului 40 până la o adâncime de 19 mm, și se trasează ușor prin batere. Un lingou de metal al ma- 30 tricei 46, în greutate de circa 1200 g, cu conținut în greutate de circa s 0,25% Si, s 0,30% Fe, s 0,25% Cu, s 0,15% Mn, circa 9,5 - 10,6% Mg, s 0,25% Ti, s 0,15% Zn și în rest aluminiu, se plasează 35 deasupra masei de material de umplutură
45, în tiparul de silice 40. Tiparul de silice 40 și conținutul acestuia se introduce într-un container de oțel inoxidabil
47, având dimensiunile de circa 254 mm 40 lungime, 254 mm . lățime și 203 mm înălțime. Spongie de titan 48, în greutate de 15 g, s-a plasat în jurul tiparului 40, în containerul de oțel inoxidabil 47, care se închide la partea superioară cu o folie de 45 cupru 49, formând astfel o cameră izo lată.
Pentru alimentarea și circulația atmosferei de azot prin folia 49 este introdus un tub 50 și containerul 47 și respectiv conținutul acestuia se introduce într-un cuptor cu rezistență electrică, cu atmosferă de aer. Cuptorul se încălzește de la temperatura camerei la circa 600°C cu un gradient de circa 400°C/h și cu un debit de curgere a azotului de circa 10 1/min (respectiva cameră izolată descrisă mai sus, nu este nevoie să fie complet izolată la gaz și să permită în mod tipic ca ceva azot să scape din ea), după care cuptorul se încălzește în continuare de la 600°C la 750°C, cu un gradient de circa 400°C/h, cu un debit de alimentare azot de circa 2 1/min. După ce se menține sistemul la circa 775°C, timp de aproximativ 1,5 h, cu un debit de curgere a azotului de circa 2 1/min, containerul din oțel inoxidabil 47 și respectiv conținutul acestuia, se extrage din cuptor. Tiparul de silice 40 se scoate din containerul 47 și o parte din metalul de matrice rezidual se decantrează din tiparul de silice 40. O placă de cupru de răcire la temperatura camerei măsurând circa 127 mm lungime, 127 mm lățime și 25 mm grosime, se plasează în tiparul de silice 40, astfel încât să vină în contact cu partea superioară a metalului matricei rezidual, pentru a solidifica direcțional compozitul cu matrice metalică rezultat. La temperatura camerei compozitul rezultat a fost secționat, în bucăți măsurând 16 mm lungime, 13 mm lățime și 8 mm grosime. Corpul compozit cu matrice metalică se supune în continuare unui tratament de modificare. în mod specific, după cum se poate vedea pe fig. 3 un strat de 13 mm pulbere de cupru cu granulația de trecere prin sita cu 15,5 ochiuri/cm2 se introduce într-un container 31, confecționat din oțel inoxidabil marca AISDI tip 304, măsurând circa 57 mm înălțime și având un diametru exterior de circa 38 mm și diametrul interior 35 mm. Containerul 31, a fost căptușit preliminar cu o folie de grafit 32, tip GRAFOILÂ O porțiune secționată 33 de compozit, se plasează deasupra masei de pulbere de cupru 35, în interiorul containerului 31. Se toarnă, în continuare, pulbere de cupru în cantitate necesară pentru a înconjura și acoperi fracțiunea 33 din corpul compozit cu matrice metalică până la grosimea de 13 mm. Un al doilea corp compozit cu matrice metalică, 34 se introduce în containerul 31 și din nou corpul compozit menționat se acoperă cu masă de pulbere de cupru 35 până la un nivel de 13 mm, deasupra acestuia, completând astfel ânsamblul 36. Ansamblul 36 se introduce, în continuare, într-un cuptor cu atmosferă controlată, la temperatura camerei și, în cuptor se stabilește o atmosferă de argon care circulă cu un debit de circa 0,5 1/min. Cuptorul și respectiv ansamblul 36 se încălzește Ia circa 600°C, în circa 3 h, se menține la această temperatură circa 2 h, după care se răcește la temperatura camerei în circa 3 h. La temperatura camerei ansamblul 36 se desface, probele deschise se extrag și se secționează, după care se șlefuiesc. Examinarea microstructurii cu un microscop optic, confirmă că în metalul matricei s-au format compuși intermetalici. Examinarea suplimentară cu un microscop electronic, folosind analiza cu raze X cu dispersie de energie (EDAX), demonstrează că fazele intermetalice cuprind cupru, magneziu și aluminiu. In mod specific pe fig. 4, se prezintă o a doua imagine electronică a microstructurii luată cu o mărire de circa 1000 X, arată creșterea în structura compozitului a aluminei 52, prezența cuprului conținând compuși intermetalici - 53 și desigur prezența metalului matricei 54.
Exemplul 4. în acest exemplu se prezintă o posibilitate de modificare a morfologiei precipitatelor care se formează în metalul matricei, prin măcinare în moara cu bile a amestecului de material de umplutură, înainte de formarea corpului compozit cu matrice metalică, în condițiile conform invenției, prin infiltrare spontană. Incorporarea de particule fine, ce rezultă din sfărâmarea porțiunilor mici din amestecul de material de umplutură, în timpul operației de măcinare în moara cu bile, creează nucleații în metalul matricei, care modifică dimensiunea și/sau morfologia precipitatelor rezultate în metalul matricei. In tabelul 1 ce va fi prezentat la sfârșitul acestui exemplu, sunt specificați natura materialului de umplutură, tipul aliajului de aluminiu folosit ca metal al matricei, timpul de măcunare cu bile, limita rezistenței la tracțiune, modulul de elasticitate, coeficientul de expansiune termică, rezistența la rupere și densitatea corpului compozit cu matrice metalică, realizat în condițiile ce vor fi arătate mai jos.
Proba A Se prepară un amestec de material de umplutură prin introducerea a circa 10,000 g alumină cu granulația de circa 24 mm în diametru într-o moară de bile de porțelan, cu capacitatea de 8,9 1. Circa 500 g carbură de siliciu, cu granulația de trecere prin sita cu 34 ochiuri/cm2, se adaugă apoi în moara cu bile, și amestecul se macină uscat cu bile circa 24 h. Mediile de măcinare se îndepărtează și se adaugă 100 g pulbere de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2. Amestecul rezultat se omogenizează cu valțuri timp de circa 2 h. O cutie din folie de grafit măsurând circa 203 mm lungime, pe circa 102 mm lățime, pe circa 127 mm înălțime, se confecționează din folie de grafit tip GRAFOILr, măsurând inițial 356 mm lungime, 318 mm lățime și 0,38 mm grosime. în folia de grafit se fac patru tăieturi paralele de 127 mm de la margine și de circa 127 mm lungime. Folia de grafit tăiată, se piăiază pentru a căpăta profil de cutie care se lipește la colțuri cu un ciment de grafit marca RIGIDLOKA In interiorul cutiei de grafit, pe fundul acesteia se aplică uniform un strat de amestec cuprinzând în părți egale de volum, ciment de grafit (marca de mai sus) și alcool etilic. Pe respectivul strat de acoperire în stare umedă, se aplică uniform un strat de magneziu cu granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2. în cutia de grafit astfel pregătită se toarnă amestec de material de umplutură, omogenizat cu valțuri, până la o înălțime de circa'25 mm. După nivelarea amestecului de material de umplutură, se aplică 7 g, magneziu având granulația de trecere prin sita cu 7,75 ochiuri/cm2. Un lingou de metal al matricei măsurând 102 mm lățime, 114 mm lungime și 38 mm grosime, cântărind circa 1200 g, și cuprinzând în greutate circa 12% Si, 2% Mg, și în rest aluminiu, se introduce în cutia din folie de grafit, și se plasează astfel, încât una din fețele 114 x 38 mm, să contacteze stratul de magneziu mărunțit din cutie. Nacela de grafit și respectiv conținutul acesteia se introduce apoi într-un cuptor, cu atmosferă controlată, încălzit cu rezistență. Incinta cuptorului a fost evaluată la un vid de circa 762 mm Hg, și apoi s-a introdus azot, stabilindu-se un debit de curent de azot de circa 2,5 1/min. Temperatura cuptorului a fost ridicată de la cea ambiantă la circa 750°C, cu un gradient de circa 150°C/h. După menținerea temperaturii de 350°C timp de circa 15 h, temperatura se reduce la circa 675°C, cu un gradient de circa 150°C pe oră. La temperatura de 675°C, nacela de grafit și respectiv conținutul acesteia se extrage din cuptor și se plasează pe o placă de răcire cu grafit, unde are loc răcirea la temperatura camerei, pentru solidificarea direcțională a corpului compozit cu matrice format și rezervorului de metal al matricei rezidual. După ce metalul matricei rezidual s-a răcit în mare măsură la temperatura camerei, cutia din folie de grafit și conținutul acesteia se scoate din nacela de grafit, și folia de grafit se detașează, constatându-se că metalul matricei a infiltrat masa de umplutură și s-a format corpul compozit cu matrice metalică.
Probele B și C Probele de compozit cu matrice metalică B și C, s-au format în același mod ca și proba de compozit cu matrice metalică A, cu excepția faptului că materialul dc umplutură din carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 34 ochiuri/cm2, s-a măcinat în moara cu bile timp de 12 h în cazul probei B și, timp de 6 h în cazul probei C.
Proba D Proba de compozit cu matrice metalică D, s-a format în același mod ca și probele de compozit cu matrice metalică A, B și C, cu excepția faptului că materialul de umplutură din carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 34 ochiuri/cm2, nu s-a măcinat cu bile (cele două ore de amestecare cu valțuri ale pulberilor de carbură de siliciu și magneziu s-au suprimat).
Corpurile compozite cu matrice metalică, s-au secționat și s-au șlefuit, pentru a Efectul măcinării cu bile asupra proprietăților corpurilor compozite cu matrice metalică se putea compara microstructurile corpurilor compozite rezultate. Pe 5a, 5b, 5c și 5d sunt microfotografii luate la o mărire de 400 ori, care corespund probelor A, B, C și respectiv D. Din aceste microfotografii se poate costata că prin creșterea duratei de măcinare, a crescut cantitatea de particule fine în corpul compozit cu matrice metalică. Din aceste microfotografii se poate constata că pe măsura creșterii cantității de particule fine, s-a modificat și proporția de precipitate în corpul compozit cu matrice metalică. Proprietățile corpurilor compozite cu matrice metalică, obținute în condițiile precizate mai sus, sunt prezentate în tabelul ce urmează. Amănuntele referitoare la metodele de testare folo106987 site pentru determinarea proprietăților sunt prezentate, în continuare, corpurilor compozite cu matrice metalică,
| Proba | Material de umplutură | Metal al matricei | Ore măcinare cu bile | Rezistența la rupere |
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| A | SiC* | Al-12Si-2Mg | 24 | 228 |
| B | SiC1 | Al-12Si-2Mg | 12 | 209 |
| C | SiC* | Al-12Si-2Mg | 6 | 209 |
| D | SiC* | Al-12Si-2Mg | 0 | 145 |
marca 39 CRYSTOLON*.
1= Carbură de siliciu cu granulația de trecere ;prin sita cu 34 ochiuri/cm2, tip/Tabel (continuare)
| Proba | Alungire remanentă (%) | Modul de Elasticitate (E) | Coeficient de expansiune termică °C‘ x 10* | Compactitate de ruptură (Mpa.m1/2) | Densitate (g/cmJ) |
| 0 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| A | 0,212 | 188 | 12,8 | 12,79 | 2,77 |
| B | 0,219 | 170 | 12,1 | 11,86 | 2,87 |
| C | 0,211 | 172 | 12,8 | 11,56 | 2,80 |
| D | 0,133 | 164 | 12,2 | 10,37 | 2,87 |
Determinarea rezistenței la tracțiune 5 limită Rezistența la tracțiune a corpurilor compozite cu matrice matelică, conform invenției, a fost determinată conform ASTM B557-84 „STANDARD Methods v of Tension Testing Wrought and cast Alu- 10 miniurn and Magnesium Products. S-au folosit epruvete pentru testare rectangulare având dimensiunile 154 mm lungime, 13 mm lățime, 2,5 mm grosime. Secțiunea de calibru a epruvetelor de testare a trac- 15 țiunii rectangulare este de circa 10 mm lățime pe circa 19 mm lungime, raza de la secțiunea finală a calibrului fiind de 76 mm. Patru dispozitive de prindere de aluminiu de circa 51 mm lungime, 13 mm 20 lățime și 7,6 mm grosime s-au fixat pe secțiunile finale și fiecare epruvetă de testare de tracțiune rectangulară, cu răși nă epoxi (tip epoxi™). Efortul epruvetelor de testare de tracțiune rectangulară s-a măsurat cu calibre de tensiune (punți 350 ohm) CEA-06-375UW-350 folosite la micromăsurători Raleigh, NC. Epruvetele de testare de tracțiune rectangulara, cuprinzând dispozitivele de prindere de aluminiu și calibrele de tensiune se așază într-un unghi de prindere pe o celulă de sarcină Syntec 5000 pound (2269 kg) (Universal Testing Machine, model Nr. CITS 2000/6). Un sistem computerizat de prelucrare a datelor se conectează la unitatea de măsurare și calibrele de tensiune înregistrează reacțiile de testare. Epruvetele de testare, de tracțiune rectangulară, se deformează cu o rată constantă de 1 mm/min. până la defectare. Efortul de tracțiune minimă, tensiunea maximă și tensiunea pana la defectare, se calculează din geometria probei și reacțiile înregistrate cu programe în computer.
Determinarea modulului de elasticitate prin metoda cu rezonanță 5
Modulul · de elasticitate a corpurilor compozite cu matrice metalică, conform investiției, se determină prin metoda cu rezonanță sonică, asemănătoare metodei din ASTM C848-88. în mod specific o ... 10 probă de material compozit măsurând circa 45 la 55 mm lungime, 6 mm lățime și 4,8 mm grosime se plasează între doi traductori izolați față de vibrațiile camerei, printr-o masă de aer. Unul din tra- 15 ductori s-a folosit pentru excitarea de frecvențe în proba compozită, în timp ce celălalt s-a folosit pentru controlul reacției de frecvență a corpului compozit cu matrice metalică. Folosind explorarea prin 20 frecvențe, controlând și înregistrând nivelele de reacție pentru fiecare frecvență și notând frecvența de rezonanță, s-a determinat modulul de elasticitate.
Determinarea compacticității de ruptu- 25 ră, pentru un material cu matrice metalică, conform invenției, folosind un specimen de crestătură Chevron
Pentru determinarea compacticității de ruptură, a materialelor compozite conform 30 invenției, s-a folosit metoda Munz, Shannon și Bubsey. Compacticitatea de ruptură s-a calculat din sarcina maximă a specimenului (epruvetei) de crestătura Chevron, în patru puncte de sarcină. în 35 mod specific geometria specimenului de crestătură Chevron este de circa 45 la 55 mm lungime, 4,8 lățime și 6 mm înălțime. Crestăturile Chevron s-au efectuat prin tăiere cu diamant, pentru propagarea 40 unor crăpături în probă. Probele crestate Chevron, vârful instrumentului Chevron fiind orientat în jos, au fost plasate într-un dispozitiv de fixare Universale. Crestătura probei, crestată prin metoda Chevron, se 45 plasează între două știfturi distanțate între ele cu 40 mm și la circa 20 mm de la fiecare știft. Partea de deasupra a probei Chevron, crestate, se pune în contact prin două știfturi de 20 mm, distanțate și la circa 10 mm de crestătură. Măsurătorile de sarcină maximă s-au efectuat cu mașină de testare Universal sintec model CITS 2000/6. S-a folosit o viteză a capului de cruce de 0,58 mm/min. Celula de sarcină «. mașinii de testare Universal s-a plasat în fața unui sistem computerizat de date achiziționate. Pentru calcularea compacticității de fractură a materialului compozit, s-au folosit geometria și sarcina maximă pentru proba crestată Chevron. Pentru un material compozit dat, s-au folosit mai multe probe pentru determinarea valorilor medii al compacticității de fractură.
Exemplul 5. în acest exemplu se prezintă posibilitatea de a reduce încărcătura de material de umplutură într-un corp compozit cu matrice metalică, modificând simultan compoziția acestuia prin adăugarea în materialul de umplutură sau prin preformarea și introducerea în sistem, a unui aliaj sau metal având o compoziție diferită față de metalul matricei-aliajul de aluminiu. Astfel o cutie din folie de grafit măsurând circa 44,5 mm lățime, 81,25 mm lungime și 114 mm înălțime, a fost confecționată dintr-o singură folie de grafit, tip GRAFOILr, cu grosimea de 0,38 mm, practicând tăieturile necesare, și pliind folia. Porțiunile cutate în cutia din folie de grafit se împreunează prin cimentare cu ciment de grafit tip RIGIDLOKr, și porțiunile cimentate se întăresc prin baterea cutiei, după care cutia astfel fomată se plasează într-o nacelă de grafit având grosimea peretelui de 12,7 mm, și măsurând circa 229 x 127 x 102 mm.- Circa 200 g dintr-un amestec de material de umplutură, cuprinzând în greutate 20% pulbere de cupru, 1,6% pulbere de magneziu cu granulație de trecere prin sita cu 50,4 ochiuri/cm2, și în rest alumină tabulară, dc aceeași granulație, calitatea T-64, s-au introdus într-o moară de măcinare cu bile cu capacitatea de circa 1,1 1, conținând 400 g bile cu diametru de 12,7 mm, tip BURUNDUMr. După fixarea capacului morii amestecul a fost măcinat timp de 2 h. După'măcinare, circa 99 g amestec sau turnat în cutia din GRAFOILr, și s-au nivelat, după care s-a împrăștiat pe suprafața acesteia circa 0,5 g magneziu mărunțit cu granulația de trecere prin sita cu 15,5 ochiuri/cm2. In continuare, se plasează un lingou de metal al matricei-aliaj de aluminiu, cu suprafața de circa 21 cm2 și 102 mm înălțime (marca Aluminium Association 170,1), înainte de introducere în cutia de GRAFOILr, lingoul se sablează pentru îndepărtarea eventualilor oxizi superficiali existenți, urmată de curățare cu alcool etilic, pentru eliminarea resturilor de Ia operația de sablare. Nacela de grafit și conținutul acesteia se introduc în retorta unui cuptor cu atmosferă controlată, la temperatura camerei. Retorta se închide, se evacuează la un vid de circa 762 mm Hg, și apoi se reumple cu azot stabilindu-se un flux de alimentare azot de circa 5 1/min. Temperatura cuptorului se ridică la circa 800°C, cu un gradient de circa 200°C/h, se menține la această temperatură circa 15 h, după care se răcește Ia aproximativ 760°C, cu același gradient pe oră. La temperatura de 760°C, nacela de grafit și conținutul acesteia, se scoate din retorta cuptorului și se așează pe o placă de aluminiu, răcită cu apă. Peste metalul matricei, topit rezidual, se toarnă amestecul de particule calde la suprafață tip FEEDOLR, nr. 9, După ce reacția exotermă cu amestecul cald la suprafață s-a micșorat simțitor, partea superioara și laturile nacelei de grafit ce acoperă cu un strat de circa 51 mm, de material protector din fibră ceramică CERABLANKETr. La temperatura camerei, stratul de acoperire se îndepărtează de pe nacela de grafit și cutia de GRAFOILr se demontează, constatându-se că metalul matrice-aliajul de aluminiu s-a infiltrat spontan, în materialul de umplutură, rezultând corpul compozit cu matrice metalică. Analiza cantitativă a imaginii corpului compozit cu matrice metalică s-a realizat folosind microscopul optic ΝΙΚΟΝ microfoto-FX, cu o cameră video DAGE-MTI seria 68, atașată în partea de sus a suportului. Semnalul camerei video este trimis unui sistem de analiză optică, științifică, Model DV-4400. Rezultatele analizei cantitative a imaginii, arată că fracția în volum a constituentului de alumină tabulară din materialul de umplutură, reprezintă circa 47% din volum. Pentru determinarea constituenților ce se găsesc în metalul matricei, s-a efectuat analiza semicantitativă a fazei metalice, a corpului compozit, rezultat. Această analiză s-a realizat folosind caracteristica analizei cu raze X de energie dispersivă (EDAX) (Model VZ15), pe un microscop electronic de explorare (Model 500, PHILIPS MV IAND), cuplat cu un analizor de spectru (Tractor NORTHERN INC. Middleton, WI). Analiza compoziției elementare a șase spoturi separate în metalul matricei compozitului, realizat în codițiile de mai sus, confirmă că în metalul matricei de aluminiu se găsește cupru.
Exemplul 6. Corpul compozit cu matrice metalică din aliaj de aluminiu se realizează în condițiile descrise în exemplu 3. Acest corp se modifică prin încălzire într-un pat de alumină și de oxid de bor. Pentru aceasta corpul compozit se taie cu diamant pentru obținerea unei probe cântărind circa 87 g, care se introduce într-o nacelă de alumină și se înconjoară cu o masă de material, cântărind circa 144 g, cuprinzând circa 50% oxid de bor și circa 50% alumina. După aceea sc aplică un strat de bor de circa 96 g, pe partea superioară a materialului alumină-oxid de bor ce înconjoară corpul compozit. Nacela de alumină și respectiv conținutul acesteia, se introduce într-un cuptor, a cărui incintă este menținută în atmosferă de aer, la temperatura camerei. Temperatura cuptorului se ridică la circa 850°C, cu un gradient de circa 300°C pe oră, se menține la 850°C, timp de circa 150 h, după care se reduce la temperatura camerei cu un gradient de circa 300°C pe oră. în continuare, nacela și conținutul acesteia se extrag din cuptor, și proba compozită se secționează, și se supune șlefuirii pentru examinare la microscopul optic. După cum se poate vedea pe fig. 6, în jurul perimetrului granulelor de alumină, s-a format un strat de reacție cu borul.
în continuare, se prezintă definițiile noțiunilor folosite pe parcursul descrierii și în revendicări.
- „Produs de reacție'* - semnifică produsul reacției dintre un al doilea metal sau aliaj, diferit de primul metal al matricei-aliajul de aluminiu și materialul masei/preformei de umplutură și/sau metalul matricei menționat.
- „INTERDIFUZIUNE sau interdifuzat“, seminifică faptul că în poziția respectivă apare cel puțin un contact parțial sau se realizează un amestec între metalul matricei și cel de al doilea metal introdus în sistem, diferit de primul, pentru a da naștere unui aliaj prestabilit și/sau unui element intermetalic.
- „Metal al matricei*' sau „aliaj al metalului matricei'* - seminifică metalul ce se utilizează pentru formarea corpului compozit (înainte de infiltrare) și/sau metalul care se amestecă cu materialul de umplutură pentru a forma corpul compozit cu matrice metalică (după infiltrare). Când un metal este specificat ca metal al matricei, trebuie să se înțeleagă că un asemenea metal este în principal pur, existent în comerț, având impurități și/sau constituenți de aliere, un compus intemetalic sau un aliaj în care acel metal repre zintă constituentul preponderent.
- „Aluminiu**, cu se utilizează aici, seminifică în esență, metal pur, (aluminiu nealiat existent în comerț) sau alte calități de aliaje de aluminiu având impurități și/sau constituenți de aliere ca Fe, Si, Cu, Mg, Mn, Cr, Zn, Ca, Sr etc. Un aliaj pe bază de aluminiu, pentru scopurile acestei definiții, este un aliaj sau un compus intermetalic în care aluminiul reprezintă constituentul principal.
- „Gaz neoxidant de echilibru**, se referă la orica gaz prezent în plus față de gazul primar cuprinzând atmosfera infiltrantă și care este, fie un gaz inert, fie un gaz reducător, care în principal, nu intră în reacție cu metalul matricei în condițiile de proces. Orice gaz oxidant care poate să fie prezent ca impuritate în gazul (gazele) folosite trebuie să fie insuficient pentru a oxida metalul matricei, într-o măsură seminificativâ în condițiile de proces.
- „Barieră sau mijloace de barieră**, se referă la mijloace disponibile care interferă, inhibă, previne sau termină migrarea sau deplasarea metalului topit la matricei peste suprafața materialului masei/preformei de umplutură, respectiva suprafață limită fiind definită de mijloacele de barieră. Rolul de mijloace de barieră, poate să fie îndeplinit de orice material, respectiv compus, element, compoziție, care în condițiile de proces păstrează o anumită integritate, și, în principal, nu este volatil (adică mijlocul de barieră nu trebuie să se volatilizeze într-o asemenea măsură încât să devină impropriu, nefuncțional ca barieră). în plus mijloacele de barieră includ materiale care, în principal nu sunt umectate de metalul migrator al matricei, topit, în condițiile de proces. O barieră de acest tip manifestă, în principal, o afinitate redusă sau nici un fel de afinitate pentru metalul topit al matriceialiajul de aluminiu, iar deplasarea dincolo de limita definită de respectiva barieră a materialului masei/preformei de umplutură este inhibată. Bariera reduce volumul de prelucrare finală sau rectificare a compozitului, și determină cel puțin o porțiune a suprafeței respectivului compozit. In unele cazuri, bariera poate să fie permeabilă sau poroasă, sau făcută permeabilă de exemplu prin găurire, pentru a permite atmosferei de infiltrare să vină în contact cu metalul topit al matricei.
- „Carcasă sau carcasă de metal al matricei, cum se utilizează aici, se referă la orice rest din lingoul original de metal al matricei, care nu se consumă în timpul formării corpului compozit cu matrice metalică, și în mod tipic, rămâne în contact cel puțin parțial, cu corpul compozit cu matrice metalică rezultat din proces. Respectiva carcasă poate să includă și un al doilea metal străin în ea.
- „Material de umplutură cum se folosește aici, poate să includă fie constituenți simpli, fie un amestec de constituenți care, în principal, nu intră în reacție cu/sau are solubilitate redusă în metalul topit al matricei în condițiile de proces, și poate să cuprindă una sau mai multe faze. Materialele de umplutură se pot prezenta într-o largă formă de profile, cum sunt pudre, sfere, fulgi, plăcuțe, microsfere, mănunchiuri de fire, bule etc și poate să fie dens sau poros. Materialul de umplutură este un material ceramic ce include, în principal, alumină, carbura de siliciu sub formă de fibre, bule, sfere, carcase de fibre sau altele asemenea și materiale de umplere acoperite cu ceramică, ca fibre de carbon acoperite cu învelișuri de alumină sau carbură de siliciu, pentru a proteja carbonul de atacul aluminiului topit. Materialele de umplutură pot să includă și metale.
- „Atmosferă de infiltrare - se face referire la acea atmosferă care este prezentă în sistem și care interacționează cu metalul matricei și/sau materialul masei/preformei de umplutură și/sau precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau intensificatorul de infiltrare și permite să apară sau intensifică infiltrarea spontană a metalului matricei.
- „Intensificator de infiltrare - reprezintă un material care susține sau ajută la infiltrarea spontană a metalului matricei în materialul masei/preformei de umplutură. Un intensificator de infiltrare poate să fie format, de exemplu prin reacția precursorului acestuia pentru a genera 1) un compus gazos și/sau 2) un produs de reacție a precursorului respectiv și atmosfera de infiltrare și/sau 3) un produs de reacție între precursorul menționat și materialul masei/preformei de umplutură. In plus, intensificatorul de infiltrare poate să fie furnizat direct cel puțin unuia din elementele masa/preforma de umplutură și/sau metalul matricei și/sau atmosfera de infiltrare și, în principal, funcționează similar cu un intensificator de infiltrare format prin reacția precursorului acestuia și elementele menționate. în final, cel puțin în timpul desfășurării procesului de infiltrare spontană, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie localizat cel puțin într-o porțiune a materialului masei/preformei de umplutura, pentru obținerea infiltrării spontane.
- „Precursor al intensificatorului de infiltrare reprezintă un material care, când este folosit în combinație cu metalul matricei masa/preforma de umplutură și/sau atmosfera de infiltrare formează un intensificator de infiltrare care induce sau ajută la infiltrarea spontană a metalului matricei în materialul masei preformei de umplutura. Precursorul intensificatorului de infiltrare trebuie să fie astfel localizat în sistem încât să interacționeze cu materialul masei/preformei de umplutură și/sau atmosfera de infiltrare și/sau materialul matricei. De exemplu în unele sisteme (metal al matricei/precursor al intensificatorului deinfiltrare/atmosfera de infiltrare) este dorit ca precursorul intensificatorului de infiltrare să se volatilizeze la temperatura de topire a metalului matrice sau chiar peste aceasta. O asemenea volatilizare poate să ducă la: 1) o reacție a precursorului intensificatorului de infiltrare cu atmosfera de infiltrare pentru a forma un compus gazos care intensifică umectarea materialului masei/preformei de umplutură, de către metalul topit al matricei: și/sau 2) o reacție a respectivului precursor cu atmosfera de infiltrare a forma un intensificator de infiltrare solid lichid sau gazos, în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură: și/sau (3) o reacție a precursorului menționat cu materialul masei/preformei de umplutură, pentru formarea intensificatorului de infiltrare, în cel puțin o porțiune a materialului respectiv, care intensifică umectarea, acestuia de către metalul topit al matricei.
Revendicări
Claims (32)
1. Corpuri compozite cu matricea metalică și caracteristicile modificate, constituite într-o fază metalică și dintr-o fază ceramică permeabilă în care faza metalică este infiltrată spontan cele două faze fiind interconectate tridimensional și prezentând în volume rapoarte variabile care pot atinge valoarea de 1:1, caracterizate prin aceea că, cuprind o matrice metalică constituită în proporții variabile dintr-un prim constituent metalic format din aluminiu sau din aliaje uzuale de aluminiu dintr-un al doilea constituent metalic, diferit prin natură sau compoziție, dar compatibil metalurgic cu primul constituent metalic, și care, de regulă, este constituit din nichel sau cupru.
2. Corpuri compozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că, pot avea proprietățile modificate în sensul prestabilit, în varianta în care conțin în matricea metalică modificată, o fază rezultată prin interacțiunea primului și a celui de al doilea constituent metalic introdus în sistem și/sau în faza ceramică infiltrată de respectiva matrice o cantitate variabilă de produs de reacție între cel de al doilea metal și unul din componenții materialului ceramic de umplutură menționat, reactiv în raport cu acesta.
3. Procedeu de obținere a corpurilor compozite cu matricea metalică și caracteristicile modificate, prin infiltrarea spontană a metalului matricei, într-o masă de umplutură permeabilă, prefasonată sau nu, în prezența unei atmosfere de infiltrare, ambele prestabilite, la o temperatură superioară punctului de topire al metalului matricei, dar inferioară temperaturii de volatilizare a acestuia și de topire a materialului de umplutură, caracterizat prin aceea că, se formează ansamblul necesar desfășurării procesului de infiltrare spontană, prin aducerea în contact a masei/preformei prestabilite de umplutură permeabilă, ceramică, micro sau macroparticulată, nereactivă, cu primul constituent al matricei metalice, pe bază de aluminiu, și încălzirea respectivului ansamblu în condițiile necesare realizării infiltrării spontane a constituentului metalic menționat în masa/preforma de umplutură, asigurând în acest scop prezența în sistemul de infiltrare spontană, a unui intensificator prestabilit de infiltrare, sau a precursorului acestuia, a cărui tip este determinat de natura atmosferei de infiltrare în care se desfășoară procesul, urmată de contactarea cel puțin a unei porțiuni a compozitului cu matricea pe bază de aluminiu, rezultat în prima fază de infiltrare, la temperatura de regim, cu cel de al doilea constituent metalic prestabilit al matricei, diferit prin compoziție sau natură de primul, acest contact fiind menținut un interval de timp suficient pentru asigurarea pătrunderii acestuia în corpul compozit, infiltrat, spontan, de primul metal și modificarea matricei metalice a acestuia, după care corpul compozit infiltrat de ambele metale, se supune răcirii în condiții conoscute, pentru solidi ficarea costituienților, metalici infiltrați și obținerea structurii compozite interconenctate tridimensional.
s.
4. Procedeu, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că, în vederea introducerii celui de al doilea metal în corpul compozit, se realizează contactarea respectivului compozit infiltrat spontan incomplet în prima fază, cu cel de al doilea metal în condițiile care să asigure umplerea porozităților libere existente în acesta.
5. Procedeu, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea câ, în vederea introducerii celui de al doilea metal în corpul compozit, se realizează contactarea respectviului compozit infiltrat spontan complet de primul constituent metalic al matricei, cu cel de al doilea metal, și menținerea acestui contact un timp suficient pentru asigurarea pătruderii celui de al doilea metal prin fuziune în constituentul metalic infiltrat deja în compozit.
6. Procedeu, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că, în vederea introducerii celui de al doilea metal în corpul compozit, se realizează infiltrarea spontană a masei/preformei de umplutură, în volum prestabilit, cu primul metal al matricei, după care se modifică sursa acestuia prin introducerea în baia topită a cantității prestabilite de cel de al doilea metal, și se continuă infiltrarea s spontană cu metalul matricei în forma modificată.
7. Procedeu, conform revendicării 3, caracterizat prin aceea că, prin contactarea compozitului infiltrat de primul metal al matricei, cu cel de al doilea metal, se pot forma compuși intermetalici între primul și al doilea metal al matricei și/sau poate să aibă loc o reacție între cel de al doilea metal introdus în sistem și unul din constituenții materialului masei/preformei de umplutură, conducând la modificarea structurii și implicit a caracteristicilor compozitului rezultat.
8. Procedeu de obținere a corpurilor compozite cu matricea metalică și caracteristicile modificate, prin infiltrarea spontană, a metalului matricei într-o masă/preformă permeabilă de umplutură, în prezența unei atmosfere de infiltrare, ambele prestabilite, Ia o temperatură superioară punctului de topire a metalului matricei, dar inferioară temperaturii de volatilizare a acestuia și de topire a materialului umpluturii permeabile, caracterizat prin aceea că, se formează ansamblul necesar procesului, prin aducerea în contact a primului constituent metalic al matricei pe bază de aluminiu, cu masa/preforma permeabilă de umplutură ceramică preamestecată cu cel de al doilea constituent metalic prestabilit al matricei, în formă pulverulentă, diferit prin natură sau compoziție față de primul constituent, introdus în amestec cu cantitatea determinată de modificarea urmărită a caracteristicilor produsului care urmează să se obțină, urmată de încălzirea ansamblului rezultat, în condiții și într-un timp predeterminat, pentru topirea celor doi constituenți metalici, infiltrarea spontană a constituentului aluminic în masa/preforma de umplutură, permeabilă, asigurâudu-se în acest scop prezența în sistem a unui intensificator prestabilit de infiltrare sau a precursorului acestuia, a cărui tip este determinat de natura atmosferei în care se desfășoară procesul de infiltrare spontană, cât și formarea matricei metalice modificate, prin contactarea celor doi constituenți metalici în interiorul materialului masei/preformei de umplutură, după care corpul compozit rezultat se supune răcirii în condiții cunoscute, pentru solidificare.
9. Procedeu, conform revendicării 8, caracterizat prin aceea că, în vederea alcătuirii ansamblului necesar infiltrării spontane, se amestecă materialul masei/preformei de umplutură permeabilă cu cel de al doilea constituent metalic al matricei sau precursorul acestuia, într-o formă capabilă să reacționeze în situ cu constituentul aluminic al matricei infiltrat spontan și/sau cu constituenții materialului de umplutură, realizându-se astfel concomitent cu procesul de infiltrare, modificarea structurii compozite în sensul prestabilit.
10. Procedeu, conform revendicării 8, caracterizat prin aceea că, corpul compozit cu matricea metalică modificată, poate să fie tratat în continuare pentru modificarea structurii și implicit a caracteristicilor, prin încălzirea la temperatura de proces a compozitului pe un pat format dintr-un amestec ceramic, cuprinzând un constituent reactiv cu cel de al doilea constituent metalic al matricei, de regulă oxid de bor, un timp suficient pentru desăvârșirea formării unui produs de reacție între aceștia, în structura compozitului, în proporție prestabilită.
11. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, caracterizat prin aceea că, se folosește în alcătuirea ansamblului necesar infiltrării spontane, ca prim constituent metalic al matricei, un aliaj uzual de uminiu cu conținut de cel puțin unul din elementele de aliere alese între Si, Fe, Cu, Mn, Cu, Cr, Zn, Ca, Mg și Sr.
12. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, caracterizat prin aceea că, se folosește în alcătuirea ansamblului necesar infiltrării, o masă/preformă de umplutură, a cărei material se poate prezenta sub formă de pulberi, fulgi, plăcuțe, microsfere, mămunchiuri de fire, bule, fibre, particule, țesături de fire, fibre tocate, sfere, granule tubulețe și îmbrăcăminți refractare.
13. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 12, caracterizat prin aceea că, se folosește în alcătuirea ansamblului necesar infiltrării o masă/preformă de umplutură ceramică/preponderenl ceramică, cu solubilitate redusă în constituentul/constituenții metalici topiți ai matricei.
14. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 12, 13, caracterizat prin aceea că, materialul ceramic de umplutură este constituit din oxizi, carburi, boruri,nitruri, și de preferință din oxid de aluminiu și carbura de siliciu.
15. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, caracterizat prin aceea că, pe parcursul procesului de infiltrare spontană, atmosfera prestabilită de infiltrare, este adusă în contact cel puțin cu masa/preforma de umplutură permeabilă și/sau cu constituentul metalic topit al matricei supus infiltrării spontane.
16. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 15, caracterizat prin aceea că, atmosfera de infiltrare este uzual constituită dintr-un gaz cu conținut de azot sau oxigen.
17. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, caracterizat prin aceea că, se alimentează în sistem un intensificator predeterminat de infiltrare sau precursorul acestuia, fie în constituentul metalic al matricei, supus infiltării spontane, fie în masa/preforma de umplutură permeabilă, fie în atmosfera de infiltrare.
18. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 17, caracterizat prin aceea că, se alimentează, de preferință, intensificatorul de infiltrare sau precursorul acestuia, în constituentul metalic topit al matricei supus infiltrării spontane sau în materialul masei/preformei de umplutură.
19. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 17, caracterizat prin aceea că, intensificatorul de infiltrare prestabilit sau precursorul acestuia, se pot plasa în sistem la limita între masa/preforma de umplutură și constituentul aluminic al matricei metalice.
20. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8 cât și 17, caracterizat prin aceea că, intensificatorul de infiltarea sau precursorul acestuia trebuie să fie astfel introdus în sistem, încât să fie asigurat contactuhacestora, cel puțin cu o porțiune a masei/preformei de umplutură, cel puțin un interval de timp al procesului de infiltrare spontană.
21. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 17, caracterizat prin aceea că, intensificatorul de infiltrare sau precursorul acestuia se pot alimenta în sistem de la o sursă externă.
22. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 17, caracterizat prin aceea că, intensificatorul de infiltrare sau precursorul acestuia se pot alimenta în sistem, prin intermediul constituentului metalic al matricei supus infiltrării spontane și/sau a materialului masei/preformei de umplutură intrând în compoziția acestora.
23. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, caracterizat prin aceea că, intensificatorul de infiltrare prestabilit, se poate forma în sistem în condițiile de proces, ca produs al reacției, între precursorul acestuia și cel puțin unul din elementele sistemului, respectiv atmosfera de infiltrare, materialul masei/preformei de umplutură, constituenții metalici topiți ai matricei.
24. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 23, caracterizat prin aceea că, pentru asigurarea obținerii intensificatorului de infiltrare în condițiile de proces, de preferință, se alimentează precursorul acestuia într-o formă care se volatilizează la temperatura de regim.
25. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8 cât și 23, caracterizat prin aceea că, se direcționeaza reacția precursorului intensificatorului de infiltrare cu elementele sistemului, astfel, încât produsul acestei reacții, intensificatorul prestabilit, să se formeze în cel puțin o porțiune a masei/preformei de umplutură.
26. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 23, 25, caracterizat prin aceea că, intensificatorul de infiltrare prestabilit, rezultat ca produs de reacție într-o porțiune a masei/preformei de umplutură, poate să fie cel puțin parțial reductibil de constituentul metalic topit al matricei, supus infiltrării spontane.
?7. Procedeu, conform revendicărilor 3sau 8, cât și 23, caracterizat prin aceea că, intensificatorul de infiltrare prestabilit, rezultat ca produs de reacție în condițiile de proces, poate să rezulte sub forma unei acoperiri pe cel puțin o porțiune a masei/preformei de umplutură.
28. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, caracterizat prin aceea că, în varianta infiltrării spontane a aliajelor de aluminiu în atmosferă pe bază de azot, se introduce în sistem un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de calciu, stronțiu și de preferință magneziu.
29. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, caracterizat prin aceea că, în varianta infiltrării spontane a aliajelor de aluminiu în atmosferă pe bază de oxigen, se introduce în sistem un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de zinc.
30. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, caracterizat prin aceea că, se aplică la limita suprafeței/suprafețelor masei/preformei de umplutură, mijloace de barieră pentru oprirea procesului de infiltrarea spontană a constituentului aluminic al matricei, la limita/limitele definite de aceste mijloace.
31. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 30, caracterizat prin aceea că, se folosesc mijloace de barieră în principal, neumectabile, de constituentul metalic al matricei, supus infiltrării spontane.
32. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 30, caracterizat prin aceea că, se folosesc mijloace de barieră confecționate dintr-un material care permite comunicarea atmosferei de infiltrare prestabilită, cu cel puțin unul din elementele sistemului, respectiv-constituentul alu- 5 minic topit al matricei, masa/preforma de umplutură, intensificatorul de infiltarea sau precursorul acestuia.
33. Procedeu, conform revendicărilor 3 sau 8, cât și 30 la 32, caracterizat prin aceea că, se folosesc mijloace de barieră uzuale, constituite din carbon, grafit sau diborură de titan.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/269,309 US5000248A (en) | 1988-11-10 | 1988-11-10 | Method of modifying the properties of a metal matrix composite body |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO106987B1 true RO106987B1 (ro) | 1993-08-30 |
Family
ID=23026705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RO142373A RO106987B1 (ro) | 1988-11-10 | 1989-11-09 | CORPURI COMPOZITE CU MATRICEA METALICã ©I CARACTERISTICILE MODIFICATE ©I PROCEDEE DE OB¦INERE A ACESTORA |
Country Status (21)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5000248A (ro) |
| EP (1) | EP0370940B1 (ro) |
| JP (1) | JP2859329B2 (ro) |
| KR (1) | KR0121460B1 (ro) |
| CN (1) | CN1082554C (ro) |
| AT (1) | ATE122733T1 (ro) |
| AU (1) | AU624861B2 (ro) |
| BR (1) | BR8905755A (ro) |
| CA (1) | CA2000792C (ro) |
| DE (1) | DE68922702T2 (ro) |
| DK (1) | DK559589A (ro) |
| FI (1) | FI91494C (ro) |
| IL (1) | IL91722A (ro) |
| MX (1) | MX173664B (ro) |
| NO (1) | NO893992L (ro) |
| NZ (1) | NZ231076A (ro) |
| PH (1) | PH26036A (ro) |
| PT (1) | PT92250B (ro) |
| RO (1) | RO106987B1 (ro) |
| TR (1) | TR25363A (ro) |
| ZA (1) | ZA898543B (ro) |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5633213A (en) * | 1986-09-17 | 1997-05-27 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for in situ tailoring the component of ceramic articles |
| US5268339A (en) * | 1986-09-17 | 1993-12-07 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for in situ tailoring the component of ceramic articles |
| US5150747A (en) * | 1988-11-10 | 1992-09-29 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of forming metal matrix composites by use of an immersion casting technique and product produced thereby |
| US5301738A (en) * | 1988-11-10 | 1994-04-12 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of modifying the properties of a metal matrix composite body |
| US5518061A (en) * | 1988-11-10 | 1996-05-21 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of modifying the properties of a metal matrix composite body |
| US5149678A (en) * | 1989-01-13 | 1992-09-22 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby |
| US5350004A (en) * | 1990-05-09 | 1994-09-27 | Lanxide Technology Company, Lp | Rigidized filler materials for metal matrix composites and precursors to supportive structural refractory molds |
| US5505248A (en) * | 1990-05-09 | 1996-04-09 | Lanxide Technology Company, Lp | Barrier materials for making metal matrix composites |
| US5487420A (en) * | 1990-05-09 | 1996-01-30 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for forming metal matrix composite bodies by using a modified spontaneous infiltration process and products produced thereby |
| EP0575493A1 (en) * | 1991-03-14 | 1993-12-29 | The Dow Chemical Company | Methods for alloying a metal-containing material into a densified ceramic or cermet body and alloyed bodies produced thereby |
| WO1992016325A1 (en) * | 1991-03-19 | 1992-10-01 | The Dow Chemical Company | Methods for producing ceramic-metal composites from ceramic and metal powders |
| US5500182A (en) * | 1991-07-12 | 1996-03-19 | Lanxide Technology Company, Lp | Ceramic composite bodies with increased metal content |
| US5366686A (en) * | 1993-03-19 | 1994-11-22 | Massachusetts Institute Of Technology, A Massachusetts Corporation | Method for producing articles by reactive infiltration |
| US5669434A (en) * | 1994-10-26 | 1997-09-23 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Method and apparatus for forming an aluminum alloy composite material |
| US5900277A (en) | 1996-12-09 | 1999-05-04 | The Dow Chemical Company | Method of controlling infiltration of complex-shaped ceramic-metal composite articles and the products produced thereby |
| JP4115682B2 (ja) * | 2000-05-25 | 2008-07-09 | 日本碍子株式会社 | 金属間化合物基複合材料の製造方法 |
| WO2003020662A1 (en) | 2001-08-29 | 2003-03-13 | Dow Global Technologies Inc. | Boron containing ceramic-aluminum metal composite and method to form the composite |
| DE60229198D1 (de) * | 2001-11-22 | 2008-11-20 | Ngk Insulators Ltd | Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes |
| JP4420400B2 (ja) * | 2005-01-14 | 2010-02-24 | 本田技研工業株式会社 | アルミニウム基複合材料およびアルミニウム基複合材料の製造方法 |
| JP6548071B2 (ja) | 2014-04-23 | 2019-07-24 | 三菱マテリアル株式会社 | 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具 |
| GB2553993A (en) * | 2015-06-19 | 2018-03-21 | Halliburton Energy Services Inc | Reinforcement material blends with a small particle metallic component for metal-matrix composites |
| US10126021B2 (en) * | 2016-07-15 | 2018-11-13 | General Electric Technology Gmbh | Metal-ceramic coating for heat exchanger tubes of a central solar receiver and methods of preparing the same |
Family Cites Families (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1037894A (fr) * | 1951-05-30 | 1953-09-23 | Metallurg Des Poudres | Perfectionnement à la métallurgie des poudres |
| US2951771A (en) * | 1956-11-05 | 1960-09-06 | Owens Corning Fiberglass Corp | Method for continuously fabricating an impervious metal coated fibrous glass sheet |
| US3031340A (en) * | 1957-08-12 | 1962-04-24 | Peter R Girardot | Composite ceramic-metal bodies and methods for the preparation thereof |
| US3149409A (en) * | 1959-12-01 | 1964-09-22 | Daimler Benz Ag | Method of producing an engine piston with a heat insulating layer |
| US3396777A (en) * | 1966-06-01 | 1968-08-13 | Dow Chemical Co | Process for impregnating porous solids |
| US3547180A (en) * | 1968-08-26 | 1970-12-15 | Aluminum Co Of America | Production of reinforced composites |
| US3608170A (en) * | 1969-04-14 | 1971-09-28 | Abex Corp | Metal impregnated composite casting method |
| JPS5013205B1 (ro) * | 1969-11-08 | 1975-05-17 | ||
| US3868267A (en) * | 1972-11-09 | 1975-02-25 | Us Army | Method of making gradient ceramic-metal material |
| JPS49107308A (ro) * | 1973-02-13 | 1974-10-11 | ||
| US4082864A (en) * | 1974-06-17 | 1978-04-04 | Fiber Materials, Inc. | Reinforced metal matrix composite |
| DE2819076C2 (de) * | 1978-04-29 | 1982-02-25 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München | Verfahren zum Herstellen eines metallischen Mehschicht-Verbundwerkstoffes |
| JPS602149B2 (ja) * | 1980-07-30 | 1985-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | 複合材料の製造方法 |
| US4341823A (en) * | 1981-01-14 | 1982-07-27 | Material Concepts, Inc. | Method of fabricating a fiber reinforced metal composite |
| JPS57210140A (en) * | 1981-06-18 | 1982-12-23 | Honda Motor Co Ltd | Fiber reinfoced piston for internal combustion engine |
| US4404262A (en) * | 1981-08-03 | 1983-09-13 | International Harvester Co. | Composite metallic and refractory article and method of manufacturing the article |
| US4376804A (en) * | 1981-08-26 | 1983-03-15 | The Aerospace Corporation | Pyrolyzed pitch coatings for carbon fiber |
| US4376803A (en) * | 1981-08-26 | 1983-03-15 | The Aerospace Corporation | Carbon-reinforced metal-matrix composites |
| US4456577A (en) * | 1981-09-25 | 1984-06-26 | Osaka Diamond Industrial Company, Ltd. | Methods for producing composite rotary dresser |
| US4473103A (en) * | 1982-01-29 | 1984-09-25 | International Telephone And Telegraph Corporation | Continuous production of metal alloy composites |
| JPS58144441A (ja) * | 1982-02-23 | 1983-08-27 | Nippon Denso Co Ltd | 炭素繊維強化金属複合材料の製造方法 |
| JPS5950149A (ja) * | 1982-09-14 | 1984-03-23 | Toyota Motor Corp | 繊維強化金属複合材料 |
| US4600481A (en) * | 1982-12-30 | 1986-07-15 | Eltech Systems Corporation | Aluminum production cell components |
| JPS59215982A (ja) * | 1983-05-20 | 1984-12-05 | Nippon Piston Ring Co Ltd | 回転式流体ポンプ用ロータ及びその製造方法 |
| JPS609568A (ja) * | 1983-06-29 | 1985-01-18 | Toray Ind Inc | 繊維強化金属複合材料の製造方法 |
| GB2156718B (en) * | 1984-04-05 | 1987-06-24 | Rolls Royce | A method of increasing the wettability of a surface by a molten metal |
| GB8411074D0 (en) * | 1984-05-01 | 1984-06-06 | Ae Plc | Reinforced pistons |
| JPS6169448A (ja) * | 1984-09-14 | 1986-04-10 | 工業技術院長 | 炭素繊維強化金属とその製造法 |
| US4587177A (en) * | 1985-04-04 | 1986-05-06 | Imperial Clevite Inc. | Cast metal composite article |
| US4673435A (en) * | 1985-05-21 | 1987-06-16 | Toshiba Ceramics Co., Ltd. | Alumina composite body and method for its manufacture |
| US4630665A (en) * | 1985-08-26 | 1986-12-23 | Aluminum Company Of America | Bonding aluminum to refractory materials |
| US4718941A (en) * | 1986-06-17 | 1988-01-12 | The Regents Of The University Of California | Infiltration processing of boron carbide-, boron-, and boride-reactive metal cermets |
| US4657065A (en) * | 1986-07-10 | 1987-04-14 | Amax Inc. | Composite materials having a matrix of magnesium or magnesium alloy reinforced with discontinuous silicon carbide particles |
| US4713111A (en) * | 1986-08-08 | 1987-12-15 | Amax Inc. | Production of aluminum-SiC composite using sodium tetrasborate as an addition agent |
| US4662429A (en) * | 1986-08-13 | 1987-05-05 | Amax Inc. | Composite material having matrix of aluminum or aluminum alloy with dispersed fibrous or particulate reinforcement |
| US4753690A (en) * | 1986-08-13 | 1988-06-28 | Amax Inc. | Method for producing composite material having an aluminum alloy matrix with a silicon carbide reinforcement |
| US4871008A (en) * | 1988-01-11 | 1989-10-03 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of making metal matrix composites |
| ATE98947T1 (de) * | 1988-03-15 | 1994-01-15 | Lanxide Technology Co Ltd | Verbundkoerper mit metallmatrix und verfahren zu ihrer herstellung. |
| EP0340957B1 (en) * | 1988-04-30 | 1994-03-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Method of producing metal base composite material under promotion of matrix metal infiltration by fine pieces of third material |
| US4820887A (en) * | 1988-05-02 | 1989-04-11 | Honeywell Inc. | Membrane keyboard blockout apparatus |
| US4932099A (en) * | 1988-10-17 | 1990-06-12 | Chrysler Corporation | Method of producing reinforced composite materials |
| CA2000770C (en) * | 1988-10-17 | 2000-06-27 | John M. Corwin | Method of producing reinforced composite materials |
-
1988
- 1988-11-10 US US07/269,309 patent/US5000248A/en not_active Expired - Fee Related
-
1989
- 1989-09-21 IL IL9172289A patent/IL91722A/en not_active IP Right Cessation
- 1989-09-22 AU AU41705/89A patent/AU624861B2/en not_active Ceased
- 1989-09-28 EP EP89630177A patent/EP0370940B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1989-09-28 DE DE68922702T patent/DE68922702T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-09-28 AT AT89630177T patent/ATE122733T1/de not_active IP Right Cessation
- 1989-10-05 NO NO89893992A patent/NO893992L/no unknown
- 1989-10-10 KR KR1019890014477A patent/KR0121460B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1989-10-13 CA CA002000792A patent/CA2000792C/en not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-17 FI FI894939A patent/FI91494C/fi not_active IP Right Cessation
- 1989-10-19 NZ NZ231076A patent/NZ231076A/en unknown
- 1989-10-21 CN CN89108088A patent/CN1082554C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1989-10-31 MX MX018189A patent/MX173664B/es unknown
- 1989-11-07 PH PH39474A patent/PH26036A/en unknown
- 1989-11-09 DK DK559589A patent/DK559589A/da not_active Application Discontinuation
- 1989-11-09 ZA ZA898543A patent/ZA898543B/xx unknown
- 1989-11-09 PT PT92250A patent/PT92250B/pt not_active IP Right Cessation
- 1989-11-09 TR TR89/0764A patent/TR25363A/xx unknown
- 1989-11-09 RO RO142373A patent/RO106987B1/ro unknown
- 1989-11-10 BR BR898905755A patent/BR8905755A/pt not_active Application Discontinuation
- 1989-11-10 JP JP1291373A patent/JP2859329B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CA2000792C (en) | 2002-01-15 |
| US5000248A (en) | 1991-03-19 |
| AU4170589A (en) | 1990-05-17 |
| DK559589D0 (da) | 1989-11-09 |
| FI91494C (fi) | 1994-07-11 |
| AU624861B2 (en) | 1992-06-25 |
| JP2859329B2 (ja) | 1999-02-17 |
| DE68922702T2 (de) | 1995-10-05 |
| JPH02240227A (ja) | 1990-09-25 |
| NZ231076A (en) | 1992-06-25 |
| DE68922702D1 (de) | 1995-06-22 |
| NO893992L (no) | 1990-05-11 |
| NO893992D0 (no) | 1989-10-05 |
| PT92250B (pt) | 1996-04-30 |
| CN1082554C (zh) | 2002-04-10 |
| FI894939A0 (fi) | 1989-10-17 |
| PH26036A (en) | 1992-01-29 |
| DK559589A (da) | 1990-05-11 |
| ZA898543B (en) | 1991-07-31 |
| EP0370940B1 (en) | 1995-05-17 |
| EP0370940A1 (en) | 1990-05-30 |
| IL91722A (en) | 1994-06-24 |
| CA2000792A1 (en) | 1990-05-10 |
| PT92250A (pt) | 1990-05-31 |
| TR25363A (tr) | 1993-01-07 |
| FI91494B (fi) | 1994-03-31 |
| MX173664B (es) | 1994-03-22 |
| BR8905755A (pt) | 1990-06-05 |
| CN1042500A (zh) | 1990-05-30 |
| IL91722A0 (en) | 1990-06-10 |
| ATE122733T1 (de) | 1995-06-15 |
| KR900007529A (ko) | 1990-06-01 |
| KR0121460B1 (ko) | 1997-12-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RO106987B1 (ro) | CORPURI COMPOZITE CU MATRICEA METALICã ©I CARACTERISTICILE MODIFICATE ©I PROCEDEE DE OB¦INERE A ACESTORA | |
| RO108339B1 (ro) | Macrocompozite cu matrice metalica si procedeu de obtinere a acestora | |
| US5421087A (en) | Method of armoring a vehicle with an anti-ballistic material | |
| RO107402B1 (ro) | Procedeu de obtinere a corpurilor compozite cu matrice metalica | |
| FI91831C (fi) | Menetelmä kolmiulotteisesti yhteenliittyneen rinnakkaismatriisin sisältävän metallimatriisikomposiittikappaleen valmistamiseksi | |
| FI91723B (fi) | Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi suunnatulla kiinteytyksellä | |
| EP0375588B1 (en) | Methods of forming metal matrix composite bodies by a spontaneous infiltration process | |
| WO1992019782A1 (en) | Graded composite bodies and methods for making same | |
| JPH05507030A (ja) | 金属マトリックス複合材製造用ゲート手段 | |
| JP2905517B2 (ja) | 金属マトリックス複合体の形成方法 | |
| RO107122B1 (ro) | Procedeu de obtinere a corpurilor compozite, cu matrice metalica | |
| RO106247B1 (ro) | Procedeu de obtinere a corpurilor compozite cu matrice metalica | |
| US5222542A (en) | Method for forming metal matrix composite bodies with a dispersion casting technique | |
| RO106391B1 (ro) | Procedeu de obtinere a corpurilor compozite cu matrice metalica | |
| US5165463A (en) | Directional solidification of metal matrix composites | |
| FI91493B (fi) | Menetelmä metallimatriisikomposiitin valmistamiseksi | |
| US5303763A (en) | Directional solidification of metal matrix composites | |
| PL164448B1 (pl) | Sposób wytwarzania kompozytu z osnową metalową | |
| US5301738A (en) | Method of modifying the properties of a metal matrix composite body | |
| JPH05507317A (ja) | マクロ複合体及び製法 | |
| WO1994002654A1 (en) | Filler material for metal matrix composites | |
| RO107642B1 (ro) | Procedeu de obținere a corpurilor compozite, cu matrice metalica prefasonate în matriță | |
| NZ231335A (en) | Formation of metal matrix composite bodies by spontaneous infiltration of | |
| RO105231B1 (ro) | PROCEDEU DE îMBINARE A DOUA SAU MAI MULTOR CORPURI CERAMICE CU STRUCTURA COMPOZITA SAU NU |