RO107402B1 - Procedeu de obtinere a corpurilor compozite cu matrice metalica - Google Patents

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică, prin infiltrarea spontană a metalului matricei în stare topită, într-o masă/preformă de umplutură permeabilă corespunzătoare.

Se știe că produsele compozite cu matrice metalică și cu o fază de întărire constituită din particule ceramice, whiskers-uri, fibre și alte forme asemănătoare, prezintă numeroase perspective de utilizare, prin faptul că ele combină o parte din rigiditatea și rezistența la uzură a fazei de întărire cu ductilitatea și tenacitatea fazei metalice. în general un compozit cu matrice metalică, va prezenta unele proprietăți îmbunătățite cum sunt rezistența, rigiditatea, rezistența la uzura de contact și conservarea rezistenței la temperatura ridicată, comparativ cu metalul în formă monolită, dar proporția în care poate să fie îmbunătățită fiecare din proprietățile menționate, depinde în mare măsură de constituenții specifici, de fracția în volum sau greutate a acestora, precum și de modul de prelucrare a acestora pentru obținerea compoziției respective. în unele cazuri, compoziția poate să fie mai ușoară decât metalul matricei monolit. Compozițiile cu r.atrice de aluminiu întărite cu materiale ceramice cum este carbura de siliciu sub formă de pelete sau de whiskers-uri, prezintă un interes deosebit, prin faptul că prezintă o rigiditate, rezistență la uzură și rezistență la temperatură ridicată, superioare în raport cu aluminiul.

Pentru obținerea structurilor compozite cu matrice de aluminiu, sunt cunoscute diferite posibilități, inclusiv cele bazate pe tehnicile metalurgiei pulberilor, și tehnicile infiltrării metalului lichid, în care se utilizează turnarea sub presiune, turnarea sub vid, agenți de omogenizare și umezire. Prin tehnicile metalurgiei pulberilor, atât metalul cât și materialul de întărire sub formă de pulberi, sau de alte forme apropiate, sunt amestecate și apoi, fie presate la rece și sintetizate, fie presate la cald. Fracția în volum de constituent ceramic, în cazul structurilor compozite cu matrice de aluminiu, întărite cu carbura de siliciu, obținută în aceste condiții, a fost de maximum 25% în cazul whiskers-urilor și de circa maximum 40% în cazul particulelor. Producerea compozitelor cu matrice metalică prin tehnica metalurgiei pulberilor, folosind procese convenționale, impune anumite limitări, în ceea ce privește caracteristicile produselor finale ce se pot obține. Fracția în volum a fazei ceramice a acestor compozite, este tipic limitată, în cazul particulelor, la circa 40%. De asemenea, operația de presare limitează dimensiunile produselor ce se pot obține în aceste condiții. Numai produsele cu forme relativ simple, se pot obține fără necesitatea unor prelucrări ulterioare (formare, uzinare, etc.) sau fără a se face apel la prese complexe, în timpul sinterizării, pot să apară neuniformități în structură, datorită segregării și creșterii granulației.

în Brevetul US nr. 3970136, este descris un procedeu de obținere a unei structuri compozite cu matrice metalică ce incorporează o întărire fibroasă, de exemplu, din carbură de siliciu sau din alumină sub formă de whiskers-uri, având un model predeterminat de orientare a fibrei. Structura menționată, este realizată prin plasarea unor straturi de fibre coplanare într-un rezervor ce conține metal topit al matricei, de exemplu, aluminiu, cel puțin între anumite straturi, urmată de aplicarea presiunii, pentru a forța metalul topit să pătrundă în straturi și să înconjoare fibrele orientate. Metalul topit poate să fie turnat pe stiva de straturi în timp ce el este forțat sub presiune să curgă printre straturi. S-au obținut încărcări de circa 50% fibre întărite în volum, în aceste condiții. Procedeul de infiltrare descris, datorită dependenței sale de presiunea exterioară, pentru a forța me107402 talul topit al matricei să pătrundă în stiva de straturi fibroase, prezintă toate dezavantajele curgerii induse de presiune, adică posibilitatea formării neuniforme a matricei, formarea porozităților, etc. Apariția neuniformității proprietăților este posibilă de asemenea, chiar dacă metalul topit poate să fie introdus printr-o multitudine de puncte în rețeaua fibroasă. Ca urmare trebuie să fie prevăzute rețele de straturi/ rezervoare și căi de curgere complicate, pentru a se obține o penetrare adecvată și uniformă a stivei de straturi fibroase. De asemenea, infiltrarea sub presiune, permite realizarea unei întăriri relativ scăzute raportată la fracția de volum a matricei metalice, datorită greutăților inerente de infiltrare a unui strat mare de material de întărire. Sunt necesare forme suplimentare care să conțină metalul topit sub presiune, ceea ce mărește costurile de fabricație. In final, trebuie precizat, că acest procedeu este limitat la infiltrarea particulelor sau fibrelor alineate, și nu este destinat obținerii structurilor compozite cu matrice de aluminiu, întărită cu materiale sub formă de particule alineate aleator sau respectiv a whiskersurilor sau fibrelor.

Pentru obținerea structurilor compozite cuprinzând alumină în matricea de aluminiu, este dificilă obținerea unui produs închegat, deoarece aluminiul nu umectează alumina. Pentru rezolvarea acestei probleme au fost propuse diferite soluții. Una prevede acoperirea aluminei cu un metal (nichel sau wolfram), urmată de presare la cald împreună cu aluminiu. O altă soluție prevede alierea aluminiului cu litiu și acoperirea aluminei cu silice. Produsele cu structuri compozite rezultate prezintă variații ale proprietăților, respectiva acoperire poate să degradeze materialul de umplutură, iar prezența litiului în matricea de aluminiu poate să influențeze negativ proprietățile acesteia.

Procedeul ce face obiectul Brevetului US nr. 4232091, rezolvă unele din problemele întâlnite la producerea compozitelor alumină-matrice de aluminiu. Se descrie folosirea unor presiuni de 75-375 kg/cm² pentru a forța aluminiul/aliajul de aluminiu topit, să penetreze în stratul fibros sau din whiskers de alumină, preîncălzit la 700-1500°C. Raportul în volumul maxim alumină: aluminiu, a fost de 0,25:1. Datorită dependenței de aplicarea forței externe, pentru realizarea infiltrării, acest procedeu prezintă și el dezavantajele precizate mai sus.

Publicația EP nr. 115742 descrie obținerea compozitelor alumină-aluminiu, destinate mai ales componentelor celulelor electrolitice, prin umplerea golurilor unei matrițe de alumină cu aluminiu topit. Pentru umectarea aluminei, sunt folosite diferite posibilități: alumina este acoperită cu un agent de umectare ca diborură de titan, zirconiu, hafniu sau noibiu sau cu metal, respectiv cu litiu, magneziu, calciu, titan, crom,fier, cobalt, nichel, zirconiu și hafniu. Pentru facilitarea umectării, se folosesc atmosfere inerte de argon. In această publicație, se prezintă, de asemenea, posibilitatea aplicării presiunii, pentru a face ca aluminiul topit să pătrundă în matrița neacoperită. Infiltrarea se realizează prin vidarea porilor, și apoi aplicarea presiunii la aluminiul topit, în atmosferă inertă, de exemplu, argon. în mod alternativ, preforma poate să fie infiltrată prin depunerea aluminiului din fază de vapori, pentru a umecta suprafața, înainte de umplerea golurilor prin infiltrarea aluminiului topit. Pentru asigurarea retenției aluminiului în porii preformei, este necesar un tratament termic la 1400-1800°C, în vid sau în argon, în caz contrar având loc o pierdere a aluminiului din produsul rezultat prin infiltrare.

Utilizarea agenților de umectare pentru infiltrarea unui component din alumină, a unei celule electrolitice, cu metal topit, este descrisă în publicația EP nr. 94353. Se descrie producerea electrometalurgică a aluminiului folosindu-se o celulă, prevăzută cu un alimentator de curent catodic sub forma unui substrat. Pentru a proteja acest substrat de acțiunea criolitului topit, se aplică un strat subțire de acoperire, pe acest substrat, acoperire ce este formată dintr-un amestec de agent de umectare și de agent de suprimare a solubilității în metalul topit, fie înainte de pornirea celulei, fie în timpul producerii aluminiului electrolitic. Agenții de umectare menționați sunt titanul, zirconiul, hafniul, siliciul, magneziul, vanadiul, cromul, niobiul sau calciul, titanul fiind însă agentul de umectare preferat. Compușii de bor, carbon sau azot, reprezintă agenții pentru reducerea solubili tații

A agentului de umectare în metalul topit. In această publicație nu se fac propuneri de obținere a compozitelor cu matrice metalică de aluminiu în atmosferă de azot.

în afară de aplicarea presiunii și a folosirii agenților de umectare, s-a stabilit că aplicarea vidului va determina penetrarea aluminiului topit în compactul ceramic poros. în Brevetul US nr. 3718441 este prezentată infiltrarea unui compact ceramic (carbură de bor, alumină, oxid de beriliu) de către aluminiu, beriliu, titan, vanadiu, nichel, sau crom, sub un vid mai jos de IO^-6 torr. Un vid de IO'³ - IO⁶ ton are ca rezultat o umectare slabă a masei ceramice de către metalul topit, astfel încât acesta nu curge liber în spațiile goale ale masei menționate. Umectarea a fost îmbunătățită, atunci când vidul a fost coborât sub IO⁶ torr.

în Brevetul US nr. 3864154 se prezintă, de asemenea, utilizarea vidului pentru obținerea infiltrării. în acest brevet se descrie încărcarea unui compact de pulbere de A1B₁₂, presată la rece, pe un pat de pulbere de aluminiu presată lâ rece. Deasupra compactului de pulbere de

A1B₁₂, se depune o cantitate suplimentară de pulbere de aluminiu. Creuzetul încărcat cu A1B₁₂ între cele două straturi de pulbere de aluminiu, a fost introdus într-un cuptor cu vid. Cuptorul a fost vidat la IO’⁵ torr, pentru evacuarea gazelor, după care temperatura a fost ridicată la 1100°C și menținută 3 h. în aceste condiții, aluminiul topit a penetrat compactul de A1B₁₂. în Brevetul US nr. 3364976 este descris conceptul creării vidului autogenerat, pentru a intensifica infiltrarea metalului topit. Corpul, de exemplu, o formă din grafit, din oțel, sau un material refractar poros, este imersat în întregime în metal topit. în cazul unei forme, cavitatea formei care este umplută cu un gaz reactiv cu metalul, comunică cu metalul topit existent la exterior prin cel puțin un orificiu practicat în formă. Când forma este imersată în metalul topit, umplerea formei are loc, pe măsură ce vidul autogenerat se produce prin reacția între gazul din cavitate și metalul topit. Mai precis, vidul este rezultatul formării unui compus oxidic solid al metalului. în brevet se accentuează că este esențială inducerea unei reacții între gazul din cavitate și metaulul topit. Utilizarea unei forme pentru crearea vidului poate să nu fie indicată, datorită limitărilor inerente legate de aceasta. După cum se știe, formele trebuie mai întâi prelucrate la o anumită configurație, apoi finisate, pentru obținerea suprafeței de turnare corespunzătoare, asamblate înainte de utilizare, demontate după utilizare, pentru îndepărtarea piesei turnate și în final, recondiționate sau înlocuite atunci când pot să fie reutilizate. Prelucrarea unei forme la o anumită configurație, poate să fie costisitoare și să necesite un timp îndelungat. De asemenea, extragerea piesei formate dintr-o formă de configurație complexă, poate să fie dificilă. Pe de altă parte, chiar dacă se propune ca un material poros refractar să fie imersat direct într-un metal topit, fără intermediul unei forme, respectivul material refractar, trebuie să fie o piesă integrată, nefiind posibilă infiltrarea unui material poros disparat, fără utilizarea unei forme container (materialul particular nelegat, se va disocia și va pluti pe suprafața băii de metal topit). Dacă se dorește infiltrarea unui material sub formă de particule, sau a unei preforme formate liber, trebuie luate precauțiile necesare, pentru ca infiltrarea metalului topit să nu deplaseze porțiuni ale materialului sau preformei, ceea ce ar avea ca rezultat o microstructură neomogenă.

Legată de toate aceste aspecte și dificultăți, a apărut necesitatea unui procedeu simplu și sigur de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică, care să nu se bazeze pe utilizarea unei presiuni sau a unui vid (aplicat extern sau autogenerat), sau a agenților de umectare, pentru realizarea unei matrice metalice, care să incorporeze un alt material — un material ceramic. De asemenea, s-a pus problema reducerii la minimum a operațiilor de prelucrare finale, necesare pentru obținerea unui corp compozit cu matrice metalică.

în acest context, în Brevetul RO nr. 101345/prioritatea US nr. 049171/87 este descrisă obținerea corpurilor compozite cu matrice metalică, prin infiltrarea unei mase permeabile de material de umplutură ceramic sau cu acoperire ceramică, cu aluminiu topit, având un conținut de cel puțin 1% și de preferință, cel puțin 3%, în greutate, magneziu. Infiltrarea are loc spontan, fără aplicarea unei presiuni externe sau a vidului. O cantitate adecvată de aliaj de aluminiu topit, este contractată cu masa de umplutură permeabilă, la o temperatură de cel puțin 675°C, în prezența unei atmosfere cu conținut de circa 10 la 100% azot și de preferință, cel puțin 50% azot în volum și în rest un gaz inert sau neoxidant, de exemplu, argon. In aceste condiții, aliajul de aluminiu topit se infiltrează în masa ceramică de umplutură, la presiunea atmosferică, pentru a forma structura compozită. După infiltrarea volumului stabilit de material de umplutură, a fost infiltrată de aliajul de aluminiu topit, temperatura este coborâtă pentru solidificarea aliajului, rezultând astfel o structură cu matrice de aluminiu care încorporează material de umplutură. în mod normal, cantitatea de aluminiu introdusă în sistem trebuie să fie suficientă, pentru ca infiltrarea să se producă către limitele masei materialului de umplutură. Proporțiile de material de umplutură în compozitele cu matrice de aluminiu obținute în aceste condiții, pot să fie deosebit de mari, rapoartele material de umplutură: aliaj putând fi chiar mai mari de 1:1. în condițiile procedeului descris, se poate forma nitrură de aluminiu, sub forma unei faze discontinue dispersate în întreaga matrice de aluminiu, infiltrată spontan. Cantitatea de nitrură de aluminiu menționată poate să varieze în funcție de factori de proces, ca: temperatura, compoziția aliajului, natura materialului de umplutură și compoziția atmosferei de infiltrare. Ca urmare, prin unul sau mai mulți din factorii precizați, este posibilă influențarea anumitor proprietăți ale compozitului ce se obține. Pentru unele utilizări, poate să fie de dorit ca structura să conțină, în proporție foarte redusă sau să nu conțină deloc, nitrură de aluminiu. S-a putut stabili că temperaturi de proces ridicate, favorizează infiltrarea spontană, dar măresc posibilitățile formării nitrurii de aluminiu. Ca urmare, există posibilitatea alegerii unui echilibru între cinetica infiltrării și formării nitrurii de aluminiu.

Posibilitatea utilizării unui mijloc corespunzător de barieră, în cadrul procedeului de obținere a compozitelor cu matrice metalică, este descrisă în Brevetul RO nr. 102630/prioritate US nr. 141642/88. în conformitate cu acest brevet, un mijloc de barieră (de exemplu, diborură de titan sau bandă de grafit flexibilă, comercializată sub denumirea GRAFOIL), este depusă pe una din suprafețele definite ale masei de umplutură, și metalul matricealiajul de aluminiu se infiltrează până la suprafața pe care este aplicat materialul de barieră. Respectivul mijloc de barieră este utilizat pentru a preveni, inhiba și încheia infiltrarea metalului topit la limitele respective, asigurând obținerea unor forme nete sau aproape nete, a compozitelor cu matrice metalică rezultate. De precizat că, corpurile compozite cu matrice metalică obținute au o configurație exterioară care corespunde, în principal, cu forma interioară a mijloacelor de barieră introduse în sistem.

Procedeul ce face obiectul Brevetului RO nr. 101345, a fost îmbunătățit, în sensul că, metalul matricei este introdus inițial în sistem sub forma unei prime surse de aliaj topit, sistemul cuprinzând și un rezervor de metal al matricei, care comunică cu prima sursă de metal, de exemplu, prin curgere gravitațională. Prima sursă de metal al matricei începe infiltrarea spontană în masa de umplutură permeabilă, la presiunea atmosferică, începând fom rea compozitului cu matrice metalică. După consumarea primei surse prin infiltrare spontană, dacă se dorește, aceasta poate să fie reumplută cu metalul matricei, de preferință, cu un mijloc continuu, din rezervorul de metal al matricei topite, în timp ce procesul de infiltrare spontană continuă. După ce cantitatea prestabilită de metal al matricei s-a infiltrat în masa de umplutură, în volum predeterminat, temperatura este coborâtă pentru solidificarea aliajului infiltrat spontan, rezultând astfel o structură cu matrice metalică ce incorporează un material de umplutură întăritor. Rezervorul de metal al matricei poate să aibă un asemenea volum, încât să asigure o io cantitate suficientă de metal al matricei care să se infiltreze în masa permeabilă de umplutură, în volum prestabilit. în mod opțional, un mijloc de barieră poate să 5 contacteze masa permeabilă de umplutură, pentru a defini suprafața limită a acesteia. Trebuie precizat, că în timp ce alimentarea de aliaj topit în cadrul ansamblului trebuie să fie suficientă, pentru a asigura infil10 trarea sponatană până la limitele definite de barieră, de exemplu, ale masei de umplutură, cantitatea de aliaj prezentă în rezervor poate să depășească această cantitate, astfel încât în sistem va exista un 15 exces de metal topit, care va rămâne atașat de corpul compozit după solidificare, rezultând un macrocompozit, în care corpul compozit cu matrice metalică este direct legat de excesul de metal din rezervor.

Procedeele enumerate de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică prin infiltrare spontană, prezintă unele dezavantaje legate de unele dificultăți în declanșarea procesului de infiltrare spon25 tană și ca urmare, de limitarea caracteristicelor compozitelor cu matrice metalică realizate.

Procedeul, conform invenției, realizează corpuri compozite cu matrice metalică, 30 având o fracție de volum variabil de material de umplutură, prin amestecarea unei cantități de metal al matricei sub formă de pulbere cu materialul de umplutură și infiltrând apoi metalul matricei în stare 35 topită în materialul de umplutură astfel pregătit. în mod specific, un intensificator de infiltrare și/sau precursorul acestuia și/sau o atmosferă de infiltrare, sunt aduse în contact cu materialul masei/preformei de 40 umplutură, cel puțin în câteva faze ale procedeului, ceea ce permite, ca metalul topit al matricei să se infiltreze spontan, în condiții perfecționate, în materialul de umplutură menționat.

Metalul matricei sub formă de pulbere care se preamestecă cu materialul masei/ preformei de umplutură, conduce la reducerea fracției, în volumul de material de umplutură, în raport cu metalul matricei, în structura corpului compozit ce se obține. In mod obișnuit, materialul masei/preformei, poate să conțină numai o cantitate limitată de porozități, în caz contrar, aceasta prezentând o rezistență foarte limitată, care face dificilă sau practic imposibilă utilizarea sa în condițiile de proces. Dacă metalul matricei în formă de pulbere este preamestecat cu materialul ceramic de umplutură, respectiva porozitate mărită poate să devină utilizabilă în condițiile de proces. Astfel, atât timp cât metalul matricei sub formă de pulbere formează un aliaj prestabilit cu metalul matricei în stare topită, infiltrat spontan în masa de umplutură, preformată sau nu, și nu se obțin efecte negative prin aceasta, corpul compozit rezultat are aspectul că a fost realizat cu o masă/preformă de umplutură foarte poroasă. Metalul matricei preamestecat cu materialul masei/preformei de umplutură poate să aibă o compoziție identică, similară sau apropiată, cu materialul matricei topit ce se infiltrează spontan în materialul masei/preformei de umplutură. Totuși, dacă metalul matricei sub formă de pulbere diferă ca compoziție de metalul matricei ce se infiltrează spontan în materialul masei/preformei de umplutură, se vor forma în structura corpului compozit aliaje și/sau compuși intermetalici prestabiliți, care vor influența în sensul dorit proprietățile acestuia.

într-o formă de realizare preferată, precursorul intensificatorului de infiltrare poate să fie alimentat în cel puțin unul din elementele sistemului: — metalul matricei topit supus infiltrării spontane și/sau metalul matricei sub formă de pulbere preamestecat cu materialul de umplutură și/sau materialul masei/preformei de umplutură și/sau atmosfera de infiltrare. în cadrul procedeului conform invenției se folosește ca metal al matricei, aluminiul și aliajele acestuia. Respectivul metal al matricei este pus în contact într-un moment dat al procesului cu magnezit, care funcționează ca precursor (preferat) al intensificatorului de infiltrare, în prezența atmosferei de infiltrare pe bază de azot. Astfel, sistemul spontan-metalul matricei/precursorul intensificatorului de infiltrare/atmosfera de infiltrare-format din aluminiu/magneziu/azot, asigură procesul de infiltrare spontană. Trebuie precizat, că și alte sisteme spontane asigură același efect de infiltrare spontană, respectiv sistemele: aluminiu/calciu/azot, aluminiu/stronțiu/azot și aluminiu/zinc/oxigen. Pe parcursul descrierii, va fi prezentat în detaliu sistemul spontan aluminiu/magneziu/azot. Procedeul conform invenției prevede de asemenea posibilitatea ca în locul introducerii în sistem a precursorului intensificatorului de infiltrare, introducerea intensificatorului, ca atare, de asemenea, în cel puțin unul din elementele sistemului, respectiv în materialul masei/preformei de umplutură, și/sau în metalul matricei supus infiltrării spontane și/sau în metalul matricei sub formă de pulbere preamestecat cu materialul de umplutură și/sau în atmosfera de infiltrare. De precizat, că cel puțin în timpul fazei de infiltrare spontană, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie localizat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură. Când aliajul de aluminiumetalul matricei, este în contact cu materialul masei/preformei de umplutură, de exemplu, din alumină sau carbură de siliciu, el este în contact cu magneziu, cel puțin în momentele prestabilite ale procesului, care se desfășoară în atmosferă de azot. Masa/preforma de umplutură va fi infiltrată spontan de metalul matricei și rata și proporția infiltrării spontane, vor varia în funcție de o serie de factori de proces, de exemplu, concentrația de magneziu, asigu107402 rată în sistem (în aliajul de aluminiu supus infiltrării spontane, și/sau în aliajul de aluminiu preamestecat cu materialul de umplutură, și/sau în materialul masei/preformei de umplutură și/sau în atmosfera de infiltrare) mărimea și/sau compoziția materialului de umplutură preformat sau nu, concentrația de azot din atmosfera de infiltrare, timpul prevăzut pentru infiltrare, și/sau granulația, și/sau compoziția și/sau cantitatea de metal al matricei sub formă de pulbere preamestecată cu materialul de umplutură, și/sau temperatura la care are loc infiltrarea. Infiltrarea spontană, în mod tipic, trebuie să se desfășoare, astfel încât întreaga masă/preformă de umplutură să fie complet incorporată în structura compozită ce se obține.

Invenția de față prezintă următoarele avantaje:

- se optimizează condițiile de realizare a infiltrării spontane a metalului matricei/aliajul de aluminiu în materialul masei/preformei de umplutură permeabilă, ceramică sau cu acoperire ceramică;

- se pot realiza corpuri compozite cu matrice metalică cu conținut redus în volum de fracție ceramică, aceasta permițând diversificarea gamei corpurilor compozite ce e pot realiza prin infiltrare spontană.

A

In cele ce urmează, se prezintă invenția în detaliu, în legătură și cu fig. 1 ... 5, care se referă la:

- fig. 1, vedere schematică în secțiune a ansamblului necesar realizării procedeului conform invenției în condițiile prezentate în exemplele 1 ... 4.

- fig. 2 ... 5, fotografiile probelor de structuri compozite cu matrice metalică, realizate în condițiile din exemplele 1 ...

4.

Procedeul conform invenției se referă la obținerea corpurilor compozite cu matrice metalică, în care fracția în volum de constituenți ceramici de umplutură per14 meabilă este variabilă și reglabilă. Prin preamestecarea materialului masei/preformei de umplutură cu o anumită cantitate de pulbere de metal al matricei, fracția în 5 volum a materialului de umplutură în structura compozită, poate să fie micșorată, creându-se astfel posibilitatea reglării raportului între constituenții compozitelor și implicit influențarea în sensul dorit ale 10 proprietăților acestora. Prin procedeul de obținere a structurilor compozite cu matrice metalică, prin infiltrare spontană, descris în Brevetul RO nr. 101345, prezentat mai înainte, în compozitele rezultate se obțin 15 încărcări de particole ceramice de ordinul a 40-60% în volume, încărcări mai reduse de particule de ordinul a 1 la 40%, sunt dificil sau chiar imposibil de realizat în aceste condiții, fiind necesară o masă/pre20 formă de umplutură cu o porozitate ridicată. O asemenea porozitate este condiționată de tipul materialului de umplutură utilizat și de granulația acestuia și respectiv de mărimea macroparticulelor acestuia, dar o 25 asemenea porozitate este în detrimentul rezistenței și integrității materialului de umplutură. Procedeul conform invenției, prevede posibilitatea preamestecării materialului masei/preformei de umplutură cu 30 pulbere de metal al matricei, pentru a mări gradul de dispersie a particulelor de material de umplutură, asigurând posibilitatea infiltrării unui material cu porozitatea scăzută. Materialul masei/preformei de 35 umplutură conținând între 1 la 75% și de preferință 25 la 75% în volume, metal al matricei sub formă de pulbere, poate să fie infiltrat spontan în condițiile de proces. Desigur, o creștere în volum a procentului 40 de pulbere de metal al matricei, are ca rezultat o descreștere corespunzătoare a procentului de încărcare în volum cu particule ceramice a structurii compozite ce se obține. Ca urmare, încărcarea cu particule 45 ceramice a produsului compozit rezultat din proces, poate să fie reglat, prin reglarea proporției de pulbere de metal al matricei ce se amestecă cu materialul masei/preformei de umplutură. Metalul, matricei pulbere, menționat, poate să aibă aceeași compoziție cu metalul matricei care se infiltrează spontan în stare topita, aceasta conducând la obținerea unui copmpozit, format din două faze, o umplutură ceramică și o matrice metalică, de prerferință, dispersată în respectiva umplutură și interconectată tridimensional, și în care matricea poate să fie dispersată și o fază de nitrură a metalului matricei, aceasta în funcție de condițiile de desfășurare a procesului de infiltrare spontană. în mod alternativ metalul matricei pulbere, poate să aibă o compoziție chimică diferită de metalul matricei ce se infiltrează spontan, astfel încât matricea metalică, ce se obține în compozitul rezultat, poate să fie un aliaj, având proprietățile mecanice, electrice, chimice și de altă natură prestabilite și care influențează în sensul predeterminat proprietățile compozitului rezultat din proces. S-a constatat, de asemenea, că materialul masei preformei de umplutură și pulberea de metal al matricei, preamestecată cu acesta, mențin aceeași relație între ele, chiar dacă încălzirea depășește punctul de topire al metalului matricei sub formă de pulbere. Astfel, deși oxidul de aluminiu este mai greu decât aluminiul, după încălzirea masei/preformei de umplutură formată din oxid de aluminiu, preamestecate cu pulbere de aluminiu, aluminiul nu se separă după încălzire și se menține o distribuție practic uniformă între acestea. Această distribuție uniformă se presupune că se datorează faptului, că în condițiile de proces, aluminiul are un înveliș exterior de oxid (sau de compus cu azotul, după contactare cu atmosfera de infiltrare) care împiedică sedimentarea. Datorită distribuției uniforme menționate, se obțin compozite cu o structură uniformă după infiltrare.

De asemenea, deoarece distribuția particulelor rămâne, substanțial intactă, în timpul încălzirii, metalul matricei pulbere poate să fie schimbat sau variat într-un produs anume, pentru realizarea aliajelor de metal al matricei și/sau compușilor intermetalici, având diferite proprietăți în zone prestabilite ale compozitului. în plus, încărcături diferite de material de umplutură și de pulbere de metal al matricei pot să fie utilizate în alcătuirea diferitelor părți ale ansamblului, pentru realizarea compozitului, în vederea optimizării rezistenței la uzură, coroziune sau eroziune a unor zone deosebit de expuse ale compozitului și/sau pentru a modifica, într-un alt mod prestabilit, proprietățile corpului compozit în anumite zone, în funcție de utilizările acestuia. Din cele expuse, se poate constata că metalul matricei pulbere acționează ca un distarițier, pentru a rezolva problema rezistenței și a altor limitări fizice care pot să apară atunci când se folosește un material al masei/preformei de umplutură foarte poros. Corpul compozit cu matrice metalică ce se obține, după infiltrare spontană, are aspectul unui corp compozit, rezultat prin infiltrare într-un material de umplutură preformat sau nu, foarte poros fără să prezinte dezavantajele acestuia. Preforma de material de umplutură și pulberea de metal al matricei,· poate să fie fasonată și menținută la forma prestabilită prin mijloace uzuale. De exemplu, amestecul constituit din metalul matricei și pulberea de material de umplutură, poate să fie liat cu ajutorul unui volatilizabil cum este ceara, cleiul, apa, turnat în argilă, turnat cu dispersie, presat în stare uscată, plasat într-un pat inert sau format într-o structură de barieră, în plus, trebuie precizat, că orice formă potrivită pentru infiltrare spontană poate să fie utilizată pentru fasonarea respectivului amestec, astfel încât, în final, să se obțină forme nete sau aproape nete, după infiltrare. Materialul masei/preformei de umplutură, trebuie totuși să rămână suficient de poros, pentru a permite metalului matricei și/sau atmosferei de infiltrare și/sau intensificatorului de infiltrare și/sau precursorul acestuia, să pătrundă 5 în materialul de umplutură, de îndată Ce începe procesul de infiltrare spontană. Metalul matricei ce se amestecă cu materialul de umplutură, nu trebuie neapărat să fie sub formă de pulbere, ci poate să 10 fie sub formă de granule, fibre, whiskersuri sau alte forme asemănătoare, în funcție de structura prestabilită a matricei în compozit. Uniformitatea maximă a structurii ce se obține, se realizează însă, 15 atunci când respectivul metal al matricei este sub formă de pulbere. în plus, pe lângă adăugarea metalului matricei în formă de pulbere, materialul de umplutură poate să fie acoperit cu metal al ma- 20 tricei, pentru a crește spațierea dintre particule, asigurând concomitent o masă/preformă de umplutură cu o porozitate scăzută și cu suficientă rezistență pentru folosire optimă. Pentru asigurarea infil- 25 trării spontane a materialului masei/preformei de umplutură, de către metalul topit al matricei, trebuie asigurat în sistem un intensificator de infiltrare. Acesta poate să rezu.te dintr-un precursor, care 30 poate să fie prevăzut (1) în metalul matricei și/sau (2) în materialul masei/preformei de umplutură și/sau (3) în atmosfera de infiltrare și/sau (4) în materialul matricei pulbere și/sau (5) să provină 35 dintr-o sursă externă sistemului spontan, în plus, în locul alimentării/introducerii în sistem a precursorului intensificatorului de infiltrare, se poate alimenta intensificatorul ca atare, în cel puțin unul din 40 elementele sistemului, respectiv în materialul masei/preformei de umplutură, și/sau metalul matricei supus infiltrării spontane și/sau în atmosfera de infiltrare și/sau în metalul matricei pulbere prea- 45 mestecat cu materialul de umplutură. Cel puțin în perioada de infiltrare spontană, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie localizat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură. Procedeul conform invenției prevede, de asemenea, posibilitatea ca precursorul intensificatorului de infiltrare să reacționeze în condițiile de proces, cu atmosfera de infiltrare, astfel încât respectivul intensificator să se formeze în cel puțin o porțiune a materialului de umplutură sau/și a metalului matricei preamestecat cu acesta, înainte sau concomitent cu contactarea cu metalul matricei topit ce se infiltrează spontan (de exemplu dacă precursorul intensificatorului de infiltrare este format din magneziu, iar atmosfera de infiltrare este un gaz cu conținut de azot), intensificatorul de infiltrare va fi format din nitrură de magneziu, care ar putea să fie localizat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură. Sistemul spontan - metalul matricei/precursor/atmosfera de infiltrare, prezentat pe larg pe parcursul descrierii, este sistemul de aluminiu/magneziu/azot, dar și alte sisteme pot să conducă la rezultate similare, respectiv aluminiu/calciu/azot, aluminiu/stronțiu/azot și aluminiu/zinc/oxigen. Metalul matricei ce se folosește în cadrul procedeului conform invenției, aluminiul sau aliajele acestuia, poate să fie conținut într-un vas refractar adecvat care, în condițiile de proces, este confecționat dintr-un material care nu reacționează cu aluminiul topit sau cu aluminiul pulbere sau cu materialul masei/preformei de umplutură. în condițiile de proces, aluminiul topit este indus să infiltreze spontan materialul de umplutură. După cum s-a precizat și mai înainte, în locul introducerii în sistem a precursorului intensificatorului de infiltrare, este mai indicată introducerea directă a intensificatorului menționat, cel puțin în unul din elementele sistemului, materialul masei/prefromei de umplutură și/sau metalul matricei supus infiltrării spontane și/sau metalul matricei pulbere și/sau atmosfera de infiltrare. în final, cel puțin în timpul fazei de infiltrare spontane propriu-zise, respectivul intensificator trebuie să fie localizat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură. în cadrul procedeului conform invenției, în care se folosește, în principal, sistemul de infiltrare aliminiu/magneziu/azot, materialul masei/preformei de umplutură trebuie să fie suficient de permeabil pentru a permite accesul atmosferei cu conținut de azot să pătrundă sau să treacă prin respectivul material de umplutură spre o anumită zonă a acestuia, la un moment prestabilit al procesului și/sau să contacteze metalul topit al matricei. Prin infiltrarea spontană a materialului masei/preformei de umplutură, se obține corpul compozit cu matrice metalică, și/sau azotul reacționează cu precursorul pentru formarea intensificatorului de infiltrare, optimizând prin aceasta, infiltrarea spontană. Proporția infiltrării spontane și formarea compozitului cu matrice metalică, va varia în funcție de o serie de factori de proces, ca, conținutul de magneziu din metalul matricei-aliajul de aluminiu, care se supune infiltrării spontane, conținutul de magneziu al materialului masei/preformei de umplutură, conținutul de magneziu din pulberea de metal al matricei-aliajul de aluminiu, preamestecat cu materialul de umplutură, proporția de nitrură de magneziu din materialul masei/preformei de umplutură, prezența elementelor suplimentare de aliere în aliajul/aliajele de aluminiu existente în sistem menționate mai sus, respectiv Si, Fe, Cu, Mn, Cr, Zn, §. a., mărimea medie a materialului de umplutură (diametrul particulei) - calitatea suprafeței și natura materialului de umplutură, granulația medie a pulberii de metal al matricei, calitatea suprafeței, compoziția metalului matrice-pulbere, concentrația de azot a atmosferei de infiltrare, temperatura și timpul prestabilit de desfășurare a infiltrării. Astfel, pentru ca infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu să se producă, acesta trebuie să fie aliat cu cel puțin 1% și de preferință cu cel puțin 3% în greutate magneziu, care acționează ca precursor. în metalul matricei pot să fie incluse elemente de aliere suplimentare, care să regleze caracteristicile acestuia. Prezența elementelor de aliere suplimentare, poate să influențeze cantitatea minimă de magneziu necesară a fi conținută în aliajul de aluminiu, pentru realizarea infiltrării spontane a materialului 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 fie cantitatea necesară pentru formarea intensificatorului de infiltrare. Ca urmare, este de dorit, să existe o cantitate suficientă de elemente de aliere inițiale, astfel încât infiltrarea spontană să nu fie influențată de această volatilizare. Prezența unei anumite cantități de magneziu în materialul masei/preformei de umplutură sau/și în metalul matricei în formă de pulbere, poate să aibă ca efecte reducerea cantității necesare de magneziu pentru realizarea infiltrării spontane.

Procentul în volum de azot din atmosfera de infiltrare, influențează, de asemenea, procesul formării corpului compozit cu matrice metalică. Dacă în atmosfera de infiltrare procentul de azot este sub 10% în volume, infiltrarea spontană se va produce foarte lent sau în proporție foarte redusă. Este de preferat deci ca cel puțin 50% azot în volume, să fie prezent în atmosfera de infiltrare, aceasta permițând scurtarea perioadei de infiltrare. Atmosfera de infiltrare respectivă-gaz cu conținut de azot poate să fie alimentată direct materialului masei/preformei de umplutură și/sau metalului matricei, sau poate să fie produsă în sistem prin descompunerea unui material adecvat în condițiile de proces. Conținutul minim de magneziu necesar, pentru ca metalul matricei topit să se infiltreze în materialul masei/preformei de umplutură, depinde de o serie de factori de proces, ca temperatura, durata prestabilită, prezența elementelor auxiliare de aliere ca siliciu sau zinc, natura materialului de umplutură, compoziția metalului matricei pulbere, localizarea magneziului într-unul sau câteva elemente ale sistemului spontan, conținutul de azot al atmosferei de infiltrare și debitul de alimentare a atmosferei de azot. Se poate opera la temperaturi mai scăzute și în intervale de timp mai scurt, pentru obținerea unei infiltrări complete, în măsura în care conținutul de magneziu al aliajului și/sau al materialului masei/preformei de umplutură crește. De asemenea, pentru un conținut de magneziu dat, adăugarea anumitor elemente de aliere secundare, cum este zincul, permite desfășurarea procesului la temperaturi mai scăzute. Astfel, de exemplu, un conținut de magneziu în aliajul de aluminiu, situat la limita inferioară a domeniului, adică între 1 la 5%, poate fi folosit, asociat cu cel puțin una din următoarele condiții: o temperatură de proces peste limita minimă, o concc frăție de azot ridicată în atmosfera de infiltrare, prezența unuia sau a mai multor elemente de aliere secundare in aliajul de aluminiu, alături de magneziu. Când materialul de umplutură nu conține magneziu, sunt preferate ca metale ale matricei aliajele de aluminiu care conțin între 3 și 5% magneziu, ele putând să fie utilizate, într-un spectru larg de condiții de proces, minimum 5% magneziu fiind preferat atunci când se operează la temperaturi mai scăzute și în intervale de timp mai scurt. Conținuturi de magneziu, peste 10% în greutate ale aliajului de aluminiu, sunt indicate, pentru a modera condițiile de temperatură, necesare pentru infiltrare. După cum s-a ară22 tat, conținutul de magneziu necesar infiltrării spontane, atunci când în aliaj sunt conținute elemente auxiliare de aliere, dar aceste elemente îndeplinesc numai o funcție auxiliară, ele putând să-și îndeplinească funcția numai în asociere cu proporția minimă de magneziu, necesară a fi prezentă în sistem, pentru infiltrare spontană, precizată mai sus. Astfel de exemplu, nu sa produs infiltrarea aluminiului topit pur aliat numai cu 10% siliciu la 1000°C, întrun strat de carbură de siliciu cu granulația de trecere prin sita cu 77,5 ochiuri/cm², și 99% puritate. în prezența magneziului însă, s-a putut constata că siliciul promovează procesul de infiltrare. Trebuie precizat, de asemenea, că procentul necesar de magneziu variază în funcție de faptul dacă este introdus în exclusivitate numai în materialul masei/preformei de umplutură. De asemenea, s-a stabilit că infiltrarea spontană se va produce la un conținut mai redus de magneziu în greutate, atunci când cel puțin o parte din cantitatea totală de magneziu alimentat, este plasată în materialul masei/preformei de umplutură. Poate să fie de dorit de altfel, ca o cantitate mai redusă de magneziu să fie introdusă în sistem, pentru împiedicarea formării compușilor intermetalici nedoriți în corpul compozit cu matrice metalică. în cazul unei preforme din carbură de siliciu, un conținut de cel puțin 1% magneziu este suficient pentru infiltrarea aluminiului topit în atmosferă de azot pur. în cazul unei preforme de alumină, cantitatea de magneziu necesară pentru infiltrarea aluminiului topit, în atmosferă de azot este ușor mai ridicată. Astfel că atunci când o preformă de alumină este contactată de aliajul de aluminiu topit, de tip similar și la aproximativ aceeași temperatură, ca și în cazul carburii de siliciu, și în prezența aceleiași atmosfere de azot pur, cel puțin 3% magneziu este necesar pentru realizarea aceleiași infiltrări spontane ca și în cazul carburii de siliciu prezentat mai sus. Trebuie precizat, că procedeul conform invenției prevede posibilitatea ca precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau intensificatorul de infiltrare, să fie alimentat pe o suprafață a aliajului de aluminiu și/sau a materialului masei/preformei de umplutură și/sau în materialul masei/preformei de umplutură și/sau pe o suprafață a metalului matricei pulbere preamestecat cu materialul de umplutură, înainte de infiltrarea metalului topit al matricei-aliajul de aluminiu în materialul masei/preformei de umplutură (în consecință, poate să nu fie necesar ca precursorul intensificatorlui de infiltrare să fie aliat cu metalul matrice, ci numai alimentat în sistemul spontan). Dacă magneziul se aplică pe o suprafață a metalului matricei, este de preferat ca respectiva suprafață, să fie cea mai apropiată sau de contact cu materialul masei/preformei de umplutură și viceversa, sau respectiva cantitate de magneziu poate să fie amestecată cu cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură. Se poate aplica și o combinație a posibilităților aplicării pe suprafață, aliere și introducerea magneziului în cel puțin o porțiune a preformei de umplutură. O asemenea combinație a căilor de introducere a precursorului(rilor) intensificatorului de infiltrare spontană și/sau a intensificatorului(rilor), poate să aibă ca rezultat o descreștere a cantității de magneziu necesară pentru a iniția infiltrarea aliajului de aluminiu topit în materialul masei/preformei de umplutură, cât și posibilitatea desfășurării procesului de infiltrare spontană la temperaturi mai scăzute. In aceste condiții, desigur, poate să fie redusă cantitatea de compuși intermetalici, datorită prezenței magneziului, nedoriți în structura compozitului. Utilizarea unuia sau mai multor elemente auxiliare de aliere și concentrația azotului în atmosfera de infiltrare, influențează, de asemenea, gradul de nitrurare a metalului matricei la o temperatură dată. De exemplu, elemente de aliere auxiliare ca zincul sau fierul, incluse în compoziția aliajului de aluminiu sau plasate pe o suprafață a aliajului, pot să fie folosite ca factori de reducere a temperaturii de infiltrare și implicit ca factori de descreștere a cantității de formare a nitrurii, în timp ce creșterea concentrației de azot din atmosfera de infiltrare, poate fi utilizată ca factor de inițiere a formării de nitrură. Cantitatea de magneziu din aliaj și/sau plasată pe o suprafață a aliajului și/sau preamestecată cu materialul masei/preformei de umplutură, influențează, de asemenea, gradul de infiltrare spontană la o temperatură dată. în consecință, în unele cazuri, în care o cantitate redusă de magneziu este în contact cu materialul masei preformei de umplutură, sau când această contactare lipsește, este de preferat ca cel puțin 3% în greutate magneziu să fie inclusă in aliajul de aluminiu. Conținuturi mai reduse de aceasta pot să necesite temperaturi ridicate pentru desfășurarea procesului de infiltrare spontană sau prezența unui element de aliere auxiliar. Temperatura de desfășurare a procesului de infiltrare spontană poate să fie mai redusă în următoarele situații: (1) când conținutul de magneziu al aliajului de aluminiu este crescut, de exemplu, la circa 5% în greutate; și/sau (2) atunci când constituenții de aliere sunt amestecați cu materialul masei/preformei de umplutură; (3) când un element auxiliar ca zinc sau fier este prezent în aliajul de aluminiu. în general, infiltrarea spontană și progresivă va avea loc la o temperatură de proces de cel puțin 675°C și de preferință de 750-800°C. Temperatura peste 1200°C nu este indicată pentru desfășurarea procesului, ca urmare, intervalul util de temperaturi de proces este cuprins între 675 și 1200°C. Ca regulă generală, temperatura de infiltrare trebuie să fie superioară temperaturii de topire a metalului matricei, dar inferioară temperaturii de volatilizare a acestuia și de topire a materialului de umplutură. în plus, pe măsură ce temperatura de proces este mai ridicată, se accentuează tendința de formare a unui produs de reacție în metalul matricei și atmosfera de infiltrare (în cazul aluminiului și a atmosferei de infiltrare cu conținut de azot, se va forma nitrură de aluminiu). Un asemenea produs de reacție poate să fie dorit sau nu în structura compozită, în funcție de domeniul de utilizare a corpului compozit ce se obține din proces.

Atmosfera cu conținut de azot poate să fie furnizată în sistemul spontan, prin menținerea unui flux continuu de gaz în contact cu materialul masei/preformei de umplutură și/sau cu aliajul de aluminiu topit. Deși debitul gazului cu conținut de azot nu este critic, se preferă ca acest debit să fie suficient, pentru a compensa orice pierdere de azot, datorită formării nitrurii de aluminiu, cât și pentru a împiedica pătrunderea aerului în sistemul spontan care poate să aibă un efect oxidant asupra metalului topit al matricei-aliajul de aluminiu. Pentru desfășurarea procesului, încălzirea cu rezistență electrică se utilizează de regulă, pentru atingerea domeniului d temperaturi de infiltrare de proces. De precizat, că și alte mijloace de încălzire se pot utiliza, cu condiția ca acestea să topească metalul matricei și să nu influențeze negativ desfășurarea procesului de infiltrare spontană.

Pentru alcătuirea ansamblului necesar infiltrării spontane, se poate utiliza o gamă largă de material de umplutură, a cărui alegere va depinde de factori ca tipul metalului matricei, condițiile de proces, reactivitatea materialului de umplutură cu metalul topit al matricei, și proprietățile compozitului ce urmează să se obțină. în cadrul procedeului conform invenției, metalul matricei fiind aluminiul și aliajele acestuia, materialele de umplu26 tură adecvate includ: (a) oxizi, de exemplu alumina (b) carburi-carbura de siliciu, (c) boruri-dodecaborura de aluminiu și (d) nitruri-nitrura de aluminiu.

Dacă există o tendință a materialului de umplutură de a reacționa cu aliajul de aluminiu topit supus infiltrării spontane în condițiile de proces, aceasta poate să fie prevenită prin reducerea la minimum a timpului de infiltrare și a temperaturii de proces, sau prin asigurarea unei acoperiri nereactive pe materialul de umplutură. Materialul de umplutură poate să cuprindă un substrat din carbon sau dintr-un alt material neceramic, pe care este aplicată o acoperire ceramică pentru a proteja substratul de atac sau degradare. Acoperiri adecvate ceramice, includ oxizi, carburi, boruri și nitruri. Materialele ceramice preferate includ alumina și carbura de siliciu sub formă de particule, granule, whiskers-uri, și fibre. Fibrele pot să fie discontinue cum sunt filamentele. Masa ceramică poate să fie omogenă sau heterogenă. S-a constatat că anumite tipuri de materiale ceramice de umplutură prezintă caracteristici de infiltrare îmbunătățite față de alte materiale ceramice cu o compoziție chimică similară. De exemplu, alumina rezultată prin mărunțirea corpurilor ceramice realizate în condițiile descrise în Brevetul US nr. 4713360 (Dezvoltarea prin creștere a structurii policristaline, de la suprafața băii de aluminiu topit, ca rezultat al procesului de oxidare) prezintă calități de infiltrare superioare față de alumina disponibilă în comerț. De asemenea, corpurile de alumină concasate, cu structură compozită realizate în condițiile descrise în Brevetul RO nr. 95823/prioritatea US nr. 819397/86 (prin creșterea unei structuri policristaline de la suprafața băii de aluminiu topit, ca proces al reacției de oxidare, și infiltrare concomitentă pe măsura creșterii într-o masă permeabilă de alumină) prezintă de asemenea caracteristici de infiltrare îmbu107402 nătățite, față de alte tipuri de alumină disponibile în comerț. Folosind materialele de umplutură descrise, infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu în condițiile conform invenției, se poate realiza mai rapid și la temperaturi mai joase.

Mărimea și forma materialului de umplutură, poate să fie diferită, ea fiind determinată de proprietățile compozitului ce urmează să se obțină. Astfel, materialul de umplutură poate să fie sub formă de pulbere, particule, whiskers-uri, granule sau fibre, infiltrarea nefiind limitată de forma materialului de umplutură. Pot fi folosite și alte forme ca sfere, tuburi, pelete, țesături de fibre refractare etc. După cum s-a precizat, mărimea materialului de umplutură nu limitează procesul de infiltrare, deși o temperatură mai ridicată sau timpi de lucru mai îndelungați pot să fie necesari pentru infiltrarea completă a unei mase de particule de dimensiuni mai mici. In plus materialul masei/preformei de umplutură trebuie să fie permeabilă la metalul topit al matricei și la atmosfera de infiltrare.

Procedeul conform invenției, nefiind condiționat de utilizarea presiunii exterioare sau a vidului, pentru realizarea infiltrării, permite obținerea unor compozite cu matrice metalică cu structură uniformă cu fracții în volum de material de umplere variabile și porozitate scăzută. Fracții în volum de material de umplutură mai ridicate, se pot obține, prin utilizarea unui material de umplutură inițial cu porozitatea scăzută. Fracții ridicate în volum de material de umplutură se pot obține, de asemenea, dacă materialul masei /preformei de umplutură este compactat, cu condiția însă ca masa/preforma de umplutură să nu fie transformată într-un compact cu porozitatea celulară închisă, sau într-o structură densă care ar împiedica infiltrarea aliajului topit. In cadrul procedeului conform invenției, după cum s-a precizat mai înainte, pot, de asemenea, să fie obținute și fracții reduse de material de umplutură în compozit, putându-se realiza un domeniu 5 general de 1 la 75% în volume, fracții, în volum posibile.

Pentru infiltrarea aluminiului și formarea matricei în jurul unui material de umplutură ceramic, umectarea materialului de 10 umplutură de către aluminiul topit poate să fie o parte importantă a mecanismului de infiltrare. în plus, la temperaturi de proces mai scăzute are loc o nitrurare neglijabilă sau minimă a aluminiului, 15 rezultând o fază discontinuă minimă de nitrură de aluminiu, dispersată în matricea metalică de aluminiu. Pe măsură ce limita superioară a domeniului de temperaturi este atinsă, nitrurarea metalului matricei este 20 mai probabilă. Deci este posibilă controlarea formării de nitrură de aluminiu, prin varierea temperaturii de proces la care are loc infiltrarea. Temperatura de proces specifică la care formarea de nitrură de alumi25 niu devine mai pronunțată, variază la rândul său cu alți factori, ca tipul aliajului de aluminiu folosit în proces și proporția sa în raport cu volumul a materialului masei/preformei de umplutură, tipul materialului 30 de umplutură, tipul aliajului de aluminiu pulbere preamestecat cu materialul de umplutură și proporția acestuia, cât concentrația de azot din atmosfera de infiltrare.

Astfel, de exemplu, se apreciază că, 35 proporția de formare a nitrurii de aluminiu crește, la o temperatură dată, odată cu descreșterea capacității aliajului de aluminiu de a umecta materialul de umplutură și cu creșterea concentrației de azot din at40 mosfera de infiltrare.

Există posibilitatea reglării compoziției metalului matricei în condițiile de proces, pentru a i se imprima compozitului caracteristicile prestabilite. Pentru un sistem dat, 45 condițiile de proces pot să fie controlate, pentru a se controla formarea nitrurii de aluminiu. Un compozit conținând o fază de nitrură de aluminiu în structură, va prezenta anumite proprietăți care pot să fie favorabile sau să îmbunătățească performanțele produsului. în plus, domeniul de temperatură pentru realizarea infiltrării spontane cu aliaj de aluminiu, poate să varieze în funcție de natura materialului ceramic de umplutură utilizat în proces. în cazul aluminei, temperatura de infiltrare trebuie să fie de preferință sub 1000° C, dacă se are în vedere ca ductilitatea matricei să nu fie redusă prin formarea semnificativă de nitrură de aluminiu. Temperaturi de proces peste 1000°C pot să fie utilizate dacă se urmărește obținerea unui compozit mai puțin ductil și cu o mai mare rigiditate în ceea ce privește matricea. Pentru infiltrarea carburii de siliciu se pot folosi temperaturi mai mari, de aproximativ 1200°C, deoarece în acest caz aliajul de aluminiu se nitrurează mai puțin.

Procedeul conform invenției, prevede, de asemenea, posibilitatea utilizării unui rezervor de metal al matricei, pentru a asigura infiltrarea totală a materialului masei/preformei de umplutură și/sau pentru a se introduce în sistem un al doilea metal 1 matricei având o compoziție diferită față de primul. în unele cazuri, poate să fie de dorit, să se utilizeze un metal de matrice rezervor cu compoziție diferită față de primul metal al matricei. în unele cazuri, poate să fie indicat să se utilizeze un metal al matricei în rezervor diferit ca compoziție față de prima sursă de metal al matricei. în cadrul procedeului conform invenției prima sursă de metal al matricei este un aliaj de aluminiu și un alt metal sau aliaj care este topit în condițiile de proces poate să fie folosit ca rezervor de metal. Metalele în stare topită sunt de regulă foarte miscibile între ele, ceea ce are ca rezultat amestecarea în rezervor a respectivului me30 tal cu prima sursă de metal al matricei, cu condiția să fie prevăzută o perioadă suficientă de timp pentru aceasta și respectiv amestecarea să aibă loc. Astfel, prin utilizarea unui metal rezervor care este diferit ca compoziție față de prima sursă de metal al matricei-aliajul de aluminiu, este posibil să se regleze în mod corespunzător caracteristicile matricei metalice, pentru a corespunde la diferite condiții de operare, și astfel, să se regleze, în mod corespunzător, proprietățile compozitului cu matrice metalică ce se obține din proces.

Este prevăzută, de asemenea, posibilitatea utilizării unor mijloace de barieră în cadrul procedeului conform invenției. Un mijloc de barieră, interfera, inhibă, sau încheie migrația, deplasarea, etc, a matricei metalice-aliajul de aluminiu, dincolo de limita suprafeței definite a materialului de umplutură. Un mijloc de barieră corespunzător poate să fie orice material, compus, element, Compoziție sau ceva asemănător care în condițiile de proces menține o anumită integritate, nu este volatil și de preferință, este permeabil la atmosfera de infiltrare, fiind în același timp capabil să inhibe, să oprească, să interfere, sau să împiedice local continuarea infiltrării spontane sau orice altă migrare a metalului topit al matricei, peste limita definită de suprafața prestabilită a materialului de umplutură ceramic. Mijloace de barieră corespunzătoare includ materiale care practic sunt neumectabile de metalul topit al matricei, care se infiltrează spontan în condițiile de proces. O barieră de acest tip, prezintă o slabă afinitate sau nu prezintă deloc afinitate față de aliajul topit al matricei și deplasarea acestuia dincolo de suprafața de separație definită a materialului masei/preformei de umplutură, este inhibată sau oprită de către mijlocul de barieră. Folosirea barierei permite reducerea sau eliminarea prelucrării finale sau finisării produselor compozite cu matrice metalică rezultate din proces. Bariera trebuie să fie, de preferință, permeabilă sau poroasă sau permeabilizată prin perforare, pentru a permite atmosferei de infiltrare să contacteze aliajul topit al matricei. Bariere potrivite pentru utilizare în cadrul procedeului conform invenției, în care metalul matricei este aliajul de aluminiu, sunt cele din carbon și mai ales, din grafit. Grafitul este neumectabil de aliajul de aluminiu topit în condițiile de proces. Este preferat grafitul sub formă de bandă flexibilă care prezintă caracteristici de etanșare ce împiedică migrarea aluminiului topit peste suprafața definită a materialului de umplutură. Această bandă de grafit este, de asemenea, rezistentă la căldură și inertă chimic. Materialul, comercializat sub denumirea de Grafoil este flexibil, compatibil, conformabil și rezilient. Banda flexibilă, poate să aibă o mulțime de configurații pentru a se potrivi oricărei utilizări. Grafitul ca mijloc de barieră poate să fie utilizat și sub forma unei paste sau a unei pelicule de vopsea aplicate în jurul și separația materialului masei/preformei de umplutură. Grafitul este în mod deosebit preferat sub formă de bandă Grafoil datorită flexibilității sale care permite modelarea sa în jurul materialului masei/preformei de umplutură. Alte materiale de barieră preferate pentru folosire cu metalele matrice aliaje de aluminiu, în prezența atmosferei de infiltrare cu conținut de azot sunt borurile metalelor de tranziție (diborura de titan), care sunt în general neumectabile de către aliajul de aluminiu topit în anumite condiții de proces. Astfel, cu o barieră de acest tip, temperatura de proces nu trebuie să depășească 875°C, peste care bariera devine mai puțin eficace, și de fapt, cu creșterea temperaturii va avea loc infiltrarea barierei. Borurile metalelor de tranziție se prezintă în mod tipic sub formă de particule de 1-50 μ. Materialele de barieră de acest tip pot să fie aplicate sub formă de șlam sau pastă. Alte materiale care se pot utiliza în cadrul procedeului conform invenției, în care metalul matricei este aluminiul, includ compușii organici, puțin volatili aplicați sub formă de peliculă pe o suprafață a externă a materialului masei preformei de umplutură. După ardere în atmosferă de azot, compusul organic se descompune și formează o peliculă de negru de fum. Compusul organic poate să fie aplicat prin mijloace convenționale, ca vopsire, pulverizare, etc. Materiale de umplutură sub formă de particule foarte fine, pot constitui la rândul lor bariere, atât timp cât infiltrarea spontană a materialului de umplutură particulat, va avea loc cu o rată mai redusă decât a materialelor de umplutură macroparticulate. Ca urmare, mijlocul de barieră adecvat, poate să fie aplicat prin orice mijloace potrivite, precum acoperirea suprafeței prestabilite a materialului masei/preformei de umplutură cu un strat din materialul respectiv de barieră prin vopsire, imersare, evaporare, sitografie, etc. Mijlocul de barieră se poate aplica sub formă lichidă, de pastă, de șlam, prin pulverizarea unei forme pulverizabile, prin simpla depunere a unui strat de particule solide adecvate sau prin aplicarea unei foi sau pelicule subțiri corespunzătoare pe suprafețele prestabilite menționate mai sus.

Procedeul conform invenției va fi concretizat în exemplele 1 ... 5 ce urmează:

Exemplele 1 ... 4. în aceste exemple, se ilustrează formarea compozitelor cu matrice metalică de aluminiu, având o încărcare variabilă de particule ceramice de umplutură, reglabilă prin amestecarea unor cantități variabile prestabilite de pulbere de metal al matricei cu materialul masei/preformei de umplutură. în fiecare din aceste exemple de realizare (sinteza parametrilor de proces în tabelul ce urmează) s-a obținut infiltrarea spontană, iar corpurile compozite rezultate prin adăugare de pul107402

34 bere de metal al matricei (exemplele 2...4) prezintă o structură și un aspect similar cu corpul compozit cu matrice metalică de aluminiu, rezultat prin infiltrarea aluminiului în materialul masei/preformei de umplutură nepreamestecat cu pulbere de metal al matricei (exemplul 1), cu excepția diferenței în încărcarea de particule ceramice în structura compozită. Pentru realizarea infiltrării spontane în condițiile de proces, se folosește un ansamblu 10, prezentat schematic pe fig. 1, și care se 5 folosește în toate exemplele 1 ... 4. O preformă 1, a fost realizată pentru fiecare din aceste exemple în condițiile specificate în tabelul ce va urma.

Tabelul 1

Exemplul nr.	Corespondent fig. nr.	Material de umplutură alumină cu granulația de trecere prin sita cu 34 och/cm2, %	Al-10Si-3Mg pulbere de metal al matricei, %	Gradient încălzire °C/h	Regim de încălzire °C/h
1	2	100	0	150	825/5
2	3	75	25	150	825/5
3	4	50	50	150	825/5
4	5	25	75	150	825/5

Tabelul 2

Exemplul nr.	Gradient de răcire °C/h	Atmosfera de infiltrare H2/N2, cm3/min	Infiltrare spontană	Aria fracției de particule ceramice, %
1	200	250	da	54
2	200	250	da	21
3	200	250	’ da	11
4	200	250	da	6

în exemplul 1, preforma conținea în proporție de 100%, pulbere de aluminiu cu granulația de trecere prin sita cu 34 ochiuri/cm². în următoarele exemple, 2 la 4, materialul preformei 1, a cuprins un amestec de pulbere de alumină, precizată mai sus și de pulbere de aliaj de aluminiu (Al-10Si-3Mg), cu conținut dc 10% Si și 3% Mg, de aceeași granulație. Proporția de amestecare este precizată în tabelul de mai sus. Amestecul de alumină și de aliaj de aluminiu, conform exemplelor 2 — 4 a fost presat pentru obținerea unor dreptun10 ghiuri de 25,4 x 50,8 mm și cu grosimea de

127 mm, într-o matriță de oțel, la presiunea de 0,7 kg/cm², fără adaos de liant. Aliajul de aluminiu existent a fost suficient de moale pentru a lega umplutura de alumi15 nă și a obține preforma 1 de configurație dorită. Un dreptunghi similar numai din alumină a fost presat, pentru realizarea compozitului în condițiile din exemplul 1. Preformele dreptunghiulare 1 (conform 20 exemplelor 1 ... 4) au fost plasate pe un pat de alumină 2, cu granulația de trecere prin sita cu 77,5 ochiuri/cm², conținut într-un vas refractar 3 măsurând 10 x 45 x 19 mm. în cadrul acestor teste, nu a fost necesară aplicarea unor mijloace de barieră eficiente. în continuare, un lingou 4 din aliajul de aluminiu Al-10Si-3Mg, de dimensiuni similare cu cele ale preformei 1, a fost plasat pe suprafața superioară a preformei 1 care are forma unui disc în toate cele patru exemple de realizare. Ansamblul 10 astfel pregătit, a fost apoi introdus într-un cuptor tubular electric cu rezistența de 76,2 mm, ermeticizat. Prin acest cuptor a fost trecut gaz de formare, constituit din 96% azot și 4% hidrogen, cu un debit de 250 cm³/min. Temperatura cuptorului a fost ridicată cu un gradient de circa 150°C/h la 825°C, menținută la acest nivel 5 h, și apoi coborâtă cu un gradient de 200°C, după care probele au fost extrase, secționate și finisate. Microfotografiile probelor realizate în exemplele 1 ... 4 sunt prezentate în fig. 2 ... 5. S-au realizat și analize ale imaginii, pentru a determina procentul ariei particulelor ceramice în raport cu metalul matricei, pentru fiecare probă a exemplului corespunzător. După cum rezultă din tabelele sintetice și din fig.

2...5, infiltrarea spontană s-a realizat în toate cele probe, dar încărcarea de particule ceramice a descrescut, pe măsura creșterii cantității de pulbere de metal al matricei, ce a fost preamestecată cu materialul masei/preformei de umplutură permeabilă, în care a avut loc infiltrarea spontană.

Exemplul 5. Se prezintă sistemul spontan aluminiu/zinc/oxigen. Pentru obținerea unei preforme se amestecă aproximativ 85% în greutate alumină calcinată, cu aproximativ 15% apă care conține o mică proporție de dispersant Darvin-821A, uzual, pentru a se forma un nămol. Nămolul este turnat într-o formă de ipsos rectangulară care are dimensiunile de aproximativ 76 mm x 51 mm x 13 mm. Nămolul se lasă să se usuce timp de 8 h, în formă, înainte de a se extrage ca preformă. Preformâ este apoi lăsată să se usuce încă 24 h în aer, înainte de utilizare.

Se realizează un stoc de trei lingouri de metal al matricei, având fiecare dimensiunile aproximativ de 76 mm x 51 mm x 13 mm, constituite dintr-un aliaj de aluminiu marca 170.1, și conținând fiecare, aproximativ 3% Zn, pe lângă conținutul de zinc din aliajul original. Un strat de acoperire din material refractar (Leecote/lx-60 WPS) se aplică pe suprafața superioară a lingoului celui mai de sus, prin vopsire, realizându-se o grosime de 0,013 mm. Preformâ este plasată apoi deasupra acestui strat și ansamblul lingouri din aliaj de metal al matricei/preformă, se așază pe un strat de aproximativ de 13 mm grosime de wollastonit grosier, particulat, conținut într-o nacelă de alumină.

Ansamblul lingouri de aliaj de matrice/preformă este juxtapus pe stratul de wollastonit, astfel încât lingoul de metal al matricei cel mai de jos să fie în contact cu stratul menționat. După aceea, se mai adaugă wollastonit în nacela de alumină, până când suprafața wollastonitului este aproximativ la același nivel cu suprafața superioară a preformei.

Ansamblul constituit din nacela de alumină refractară și conținutul acesteia se introduc într-un cuptor încălzit cu rezistență electrică, și având o atmosferă de aer, la presiunea atmosferică.

Temperatura cuptorului se ridică la aproximativ 1050°C în circa 10 h și se menține la această temperatură circa 60 h, după care se reduce la circa 40°C, în circa 10 h. Când temperatura ajunge la aproximativ 40°C, ansamblul este extras din cuptor și se desasamblează. Se recuperează un compozit cu matrice metalică constituit din aliajul de matrice ce a încorporat preformâ.

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

- Aluminiu, se referă la metalul pur (de exemplu, aluminiul nealiat, relativ pur, disponibil în comerț) sau la alte calități de metal sau aliaj, având impurități și/sau constituenți de aliere ca Fe, Si, Cu, Mg, Mn, Cr, Zn, etc. Un aliaj de aluminiu folosit în cadrul invenției este un aliaj sau un compus intermetalic în care aluminiul este constituentul major.

- Gaz neoxidant de echilibru, se referă la fiecare gaz prezent în plus față de gazul primar, în atmosfera de infiltrare și care, este fie un gaz inert, fie un gaz reducător și care este practic nereactiv cu metalul topit al matricei, în condițiile de proces. Un gaz oxidant care poate să fie prezent ca impuritate în gazul(ele) utilizat(e) ca atmosferă de infiltrare, trebuie să fie în cantitate insuficientă, pentru a oxida metalul matricei în măsură semnificativă, în condițiile de desfășurare a procedeului.

- Barieră sau mijloc de barieră, se referă la un mijloc corespunzător care interferă, inhibă, sau încheie migrația, deplasarea sau alte forme de înaintare ale metalului mr'ricei, în procesul infiltrării spontane peste suprafața de separație a materialului masei/preformei de umplutură și care suprafață de separație este definită de respectivul mijloc de barieră. Un mijloc de barieră corespunzător poate să fie un material, un compus, un element, o compoziție, etc, care în condițiile de proces, menține o anumită integritate și nu este volatil în măsură semnificativă (nu trebuie să se volatilizeze într-o astfel de măsură încât să devină nefuncțional ca barieră). In plus, un mijloc de barieră include materiale care practic sunt neumectabile de metalul topit al matricei ce migrează în timpul procesului de infiltrare spontană. O barie- ră de acest tip prezintă foarte puțină sau nu prezintă deloc afinitate față de metalul topit al matricei și deplasarea acestuia dincolo de suprafața de separație a materialului masei/preformei de umplutură este inhibată sau oprită de către respectivul mijloc de barieră. Mijlocul de barieră reduce volumul de prelucrări ce pot să fie cerute pentru finisarea compozitului rezultat din proces, mijlocul de barieră definind cel puțin o porțiune a suprafeței respectivului compozit. Mijlocul de barieră poate în anumite cazuri să fie permeabil, poros sau permeabilizat prin practicare de găuri, pentru a permite atmosferei de infiltrare să intre în contact cu metalul topit al matricei.

- Carcasă sau carcasă de metal al matricei, se referă la un corp original de metal al matricei, care nu a fost consumat în procesul formării corpului compozit cu matrice metalică și în mod tipic, dacă este lăsat să se răcească, rămâne cel puțin în contact parțial cu corpul compozit cu matrice metalică rezultat din proces. De menționat, că respectiva carcasă poate, de asemenea, să includă, un alt metal diferit de primul metal al matricei.

- Material de umplutură, include constituenți separați sau amestecuri de constituenți care sunt substanțial nereactivi și/sau au o solubilitate limitată în metalul topit al matricei și pot să cuprindă una sau mai multe faze. Materialele de umplutură pot să aibă diferite forme, ca de exemplu, de pulberi, fulgi, pelete, microsfere, whiskersuri, bule, fibre particulate, împletitură de fibre, fibre tăiate scurt, sfere, pelete, țesături refractare, etc și pot să fie dense sau poroase. Respectivele materiale de umplutură sunt de natură ceramică-alumină sau carbură de siliciu de exemplu, având forma de fibre, fibre tăiate, particule, whiskcrsuri, bule, sfere, straturi de fibre și altele asemănătoare sau pot să cuprindă substraturi neceramice cu acoperire ceramică, precum fibre de carbon acoperite cu al urni107402 nă sau carbură de siliciu, pentru a proteja carbonul de atacul metalului topit al matricei-aliajul de aluminiu. Materialele de umplutura pot să includă de asemenea metale.

- Atmosfera de infiltrare, se referă la acea atmosferă care este prezentă în sistem §i care interacționează cu metalul matricei/și sau cu materialul masei/preformei de umplutură §i/sau cu intensificatorul de infiltrare și/sau cu precursorul acestuia și asigură sau intensifică infiltrarea spontană a metalului matricei.

- Intensificator de infiltrare, este un material care promovează infiltrarea spontană a unui metal al matricei într-un material de umplutură preformat sau nu. Intensificatorul de infiltrare poate să rezulte prin reacția precursorului acestuia cu atmosfera de infiltrare pentru a forma (1) un compus gazos și/sau (2) un produs de reacție al precursorului intensificatorului de infiltrare cu atmosfera de infiltrare și/sau (3) un produs de reacție al precursorului menționat cu materialul masei/preformei de umplutură. In plus, intensificatorul de infiltrare poate să fie furnizat direct în masa/preforma de umplutură și/sau metalul matricei și/sau atmosfera de infiltrare, și acționează la fel cu respectivul intensificator, format ca urmare a reacției între precursorul acestuia și unul din elementele sistemului, în modul expus mai sus. Cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie localizat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură, pentru asigurarea realizării infiltrării spontane și de precizat, că intensificatorul de infiltrare poate să fie, cel puțin, parțial, reductibil de către metalul topit al matricei.

- Precursor al intensificatorului de infiltrare, este un material care atunci când este utilizat în asociere cu (1) metalul matricei, (2) materialul masei/prefor- mei de umpulutură și/sau (3) atmosfera de infiltrare, formează prin reacție cu aceștia intensificatorul de infiltrare care induce sau optimizează infiltrarea spontană a metalului topit al matricei în materialul masei/preformei de umplutură. Respectivul precursor trebuie să poată fi poziționat, localizat sau transportabil într-o zonă care să-i permită să reacționeze cu atmosfera de infiltrare și/sau cu materialul masei/preformei de umplutură și/sau cu metalul matricei. De exemplu, în unele sisteme, este de dorit, ca precursorul intensificatorului de infiltrare să se volatilizeze, aproape de sau în unele cazuri, cu puțin peste temperatura de topire a metalului matricei. O asemenea volatilizare conduce la: (1) o reacție a precursorului cu atmosfera de infiltrare pentru formarea unui compus gazos care intensifică umectarea materialului masei/preformei de umplutură de către metalul topit al matricei; și/sau (2) o reacție a precursorului cu atmosfera de infiltrare, pentru a forma un intensificator de infiltrare lichid, solid sau gazos în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură, care intensifică umectarea; (3) și/sau o reacție a precursorului cu materialul masei/preformei de umplutură, pentru formarea unui intensificator de infiltrare gazos, lichid sau solid, în cel puțin o porțiune a materialului de umplutură preformat sau nu, care intensifică umectarea.

- încărcare scăzută cu particule sau fracție de volum redusă a materialului de umplutură, se referă la faptul că proporția de metal, aliaj sau compus intermetalic al matricei, a fost majorată în raport cu materialul masei/preformei de umplutură care a fost infiltrată sponatn și nu a fost preamestecată cu metalul matricei sub formă de pulbere.

- Metalul matricei sau aliaj metalic al matricei, se referă la metalul care este amestecat cu materialul de umplutură, pentru a forma un corp compozit cu matrice metalică. Atunci când metalul specificat este menționat ca metal al matricei, respectivul metal este practicat pur, având impurități și/sau constituenți uzuali sau este un aliaj sau un compus intermetalic, în care respectivul metal este constituentul majoritar.

- Sistemul metal al matricei/precursor al intensificatorului de infiltrare!atmosferă de infiltrare sau sistem spontan, se referă la acea combinație de materiale care asigură infiltrarea spontană în materialul masei/preformei de umplutură. Pentru ca acest sistem să funcționeze, combinația respectivelor materiale trebuie făcută într-un anumit mod, care să asigure realizarea infiltrării spontane.

- Compozite cu matrice metalică, sau MMC se referă la materiale care conțin un metal sau aliaj matrice interconectat bi sau tridimensional care a incorporat materialul masei/preformei de umplutură. Matricea metalică poate să includă elemente de aliere, pentru a asigura proprietățile fizice și mecanice ale compozitului rezultat.

- Un metal diferit, de metalul matricei, este cel care nu conține același constituent principal.

- Vas nereactiv în care este conținut metalul matiicei, este orice recipient în care poate să fie conținut materialul de umplutură preformat sau nu și/sau metalul topit al matricei și care nu reacționează cu metalul matricei și/sau cu atmosfera de infiltrare și/sau cu precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau cu materialul masei/preformei de umplutură, în condițiile de proces, într-un mod care semnificativ să dăuneze procesului de infiltrare spontană.

- Metal al matricei sub formă de pulbere, se referă la metalul matricei pulverulent, care este inclus în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură. Metalul matricei în formă de pulbere poate să aibă o compoziție similară sau diferită de metalul matricei care se infiltrează spontan. Trebuie precizat că metalul matricei pulbere, trebuie să fie capabil să formeze aliajul dorit sau un compus intermetalic cu metalul matricei infiltrat spontan în materialul masei/preformei de umplutură. De asemenea, trebuie menționat, că noțiunea de metal al matricei în formă de pulbere, nu trebuie apreciată ca fiind limitată la o pulbere în sensul strict al cuvântului, ci se referă la orice corp fin divizat de metal al matricei. Ca atare morfologia produselor fin divizate poate să cuprindă plăcuțe, mănunchiuri de fire și fibre, precum și pulberi. In plus, metalul matricei în formă de pulbere poate să includă un intensificator de infiltrare și/sau precursorul acestuia.

- Preforma sau preformă permeabilă, se referă la o masă poroasă de material de umplutură (umplere), care este prelucrată, pentru a avea cel puțin o suprafață de separație, care definește o limită pentru infiltrarea metalului matricei, o asemenea masă reținând suficientă integritate a formei pentru a asigura o fidelitate dimensională înainte de infiltrarea metalului matricei. Masa de umplutură trebuie să fie suficient de poroasă pentru a se adapta la infiltrarea spontană a metalului matricei prin ea. O preforma include în mod tipic o rețea legată sau un aranjament de umplutură, fie omogen, fie heterogen și poate să fie alcătuită dintr-un material de diferite forme, de exemplu, particule, pulberi, fibre, whiskers-uri, etc, ceramic și/sau metalic și orice combinație a acestora. O preformă poate să fie simplă sau un ansamblu.

- Rezervor, desemnează un corp separat de metal al matricei, astfel poziționat în raport cu masa/preforma de umplutură, încât atunci când este în stare topită, să poată să curgă, pentru a asigura sau a reumple acea porțiune, segment sau sursă de metal al matricei, care este în contact cu materialul masei/preformei de umplutură.

- Infiltrare spontană, este infiltrarea metalului matricei în masa/preforma permeabilă de umplutură, fără necesitatea aplicării presiunii exterioare sau a vidului, aplicat din exterior sau autogenerat.

Revendicări

Claims (10)

1. Procedeu de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică, prin infiltrarea matricei metalice menționate, în stare topită, într-o masă de umplutură permeabilă prestabilită, prefasonată sau nu, în prezența unei atmosfere de infiltrare corespunzătoare, ce este adusă în contact cu matricea metalică și masa de umplutură, cel puțin o parte a perioadei de infiltrare, cât și a unui intensificator de infiltrare, în intervalul de temperaturi, superior punctului de topire al metalului matricei, dar inferior temperaturii de volatilizare a acestuia, caracterizat prin aceea că, se aduce în contact metalul matricei constituit din aliaje uzuale de aluminiu cu conținut de Si, Fe, Cu, Mn, Cr, Zn, Ca, Mg și Sr, cu masa/preforma permeabilă de natură ceramo-metalică predeterminată, un timp necesar, pentru realizarea infiltrării spontane, alimentându-se totodată în sistemul menționat de infiltrare spontană, și/sau în metalul matricei și/sau în masa/preforma permeabilă și/sau la interfața dintre metalul matricei și respectiva masa/preforma permeabilă, un precursor al intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare, al cărui tip este determinat de natura atmosferei în care se desfășoară infiltrarea spontană.

2. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se folosește în cadrul ansamblului supus infiltrării spontane, masa/preforma permeabilă de profil corespunzător, confecționată din material ceramic, cu solubilitate redusă în metalul topit al matricei, uzual ales între oxizi, carburi, boruri și nitruri și de regulă incluzând oxid de aluminiu, carbură de siliciu, nitrură de aluminiu și dodecaborură de aluminiu, micro sau macroparticulat la forme uzuale, incluzând pulberi, fulgi, plăcuțe, microsfere, mănunchiuri de fibre, bule, particulate, împletituri de fibre, fibre tăiate mărunt, sfere, peleți, tuburi și țesătură refractară, și preamestecat în proporție de 1 la 75% și de preferință 25 la 75% cu pulbere metalică, constituită, fie din aluminiu pur, fie din aliaje uzuale de aluminiu, de aceeași compoziție sau de compoziție diferită, față de metalul matricei pe bază de aluminiu, supus infiltrării spontane.

3. Procedeu, conform revendicărilor 1 și

2, caracterizat prin aceea că, masa permeabilă de umplutură, poate să cuprindă un înveliș de metal al matricei pulverulent, aplicat pe substratul ceramic.

4. Procedeu, conform revendicărilor 1 la

3, caracterizat prin aceea că, pentru prefasonare, masa ceramo-metalică de compoziție prestabilită, se preamestecă cii lianți uzuali, după care se toarnă în condiții obișnuite într-o formă adecvată sau se supune presării uscate în matriță, după care se tratează termic în condiții cunoscute, pentru obținerea structurii legate corespunzător, pentru introducere în ansamblul de infiltrare spontană.

5. Procedeu, conform revendicărilor 1 la

4, caracterizat prin aceea că, pentru oprirea infiltrării spontane la limita conturului preformei, se aplică pe suprafețele predeterminate ale acesteia, un strat de material de barieră, care nu trebuie să fie umectat de metalul topit al matricei și să permită accesul atmosferei de infiltrare, la metalul topit al matricei, umplutura permeabilă, intensificatorul de infiltrare sau la precursorul acestuia.

6. Procedeu, conform revendicărilor 1 la

5, caracterizat prin aceea că, materialul de barieră este uzual ales între carbon, grafit și diborură de titan.

Ί. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru infiltrarea spontană a metalului matricei pe bază de aluminiu în atmosferă de azot, se introduce în sistemul spontan, un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de Ca, Sr, și de preferință Mg.

8. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, pentru infiltrarea spontană a metalului matricei pe bază de aluminiu în atmosferă de oxigen, se introduce în sistemul spontan, un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de zinc.

9. Procedeu, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se pot introduce în sistemul spontan, precursorul intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare, de la o sursă externă.

10. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, se pot introduce în sistemul de infiltrare spontană, precursorul intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare, prin intermediul metalului matricei supus infiltrării spontane, atmosferei de infiltrare 5 sau al constituenților ceramic sau metalic al masei/preformei de umplutură permeabilă, intrând în compoziția acestora.

11. Procedeu, conform revendicărilor 1, 9 și 10, caracterizat prin aceea că, pentru 10 formarea intensificatorului de infiltrare în condițiile de proces, se introduce în sistem precursorul acestuia, care, de regulă, se volatilizează, și reacționează cu atmosfera de infiltrare, metalul topit al matricei supus 15 infiltrării spontane sau constitiienții ceramici sau metalici ai masei/preformei de umplutură permeabilă, rezultând ca produs al acestei reacții intensificatorul de infiltrare, fie în cel puțin o zonă a masei/pre20 formei de umplutură permeabilă, fie sub forma unei acoperiri pe respectiva zonă și care, poate să fie reductibil de metalul matricei în stare topită.