RO108339B1

RO108339B1 - Macrocompozite cu matrice metalica si procedeu de obtinere a acestora

Info

Publication number: RO108339B1
Application number: RO142375A
Authority: RO
Inventors: Marc Stevens Newkirk; Danny Ray White; Christopher Robin Kennedy; Alan Scott Nagelberg; Michael Kevork Aghajanian; Robert James Wiener
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1994-04-28
Also published as: CN1064289C; KR0148341B1; ZA898538B; NO177583B; BR8905761A; AU4170489A; IE893187L; NO893994L; DK559789D0; NZ231079A; NO177583C; EP0369931A1; ATE114735T1; AU624418B2; IL91724A0; CA2000790C; FI894941A0; PH26794A; FI91496B; PT92261B

Description

Invenția de fața se referă la macrocompozite cu matrice metalică și la un procedeu de obținere a acestora, prin infiltrarea spontană a respectivului metal al matricei, în stare topită, într-o masă/ preformă de umplutură în condiții predeterminate.

Este cunoscut faptul că produsele ceramice cuprinzând o matrice metalică și o fază de rezistență sau armare, cum sunt particulele ceramice, perii, fibrele sau alte forme asemănătoare, prezintă mari perspective de aplicare, în multe domenii, întrucât ele cumulează unele din proprietățile de rezistență la uzură și duritate ale fazei de armare, cu ductilitatea și rezistența matricei metalice. In general, un compozit cu matrice metalică va prezenta îmbunătățiri ale rezistenței durității, rezistenței la uzură prin contact și a termorezistenței, în comparație cu matricea metalică în formă monolitică, dar gradul în care oricare din proprietățile date pot să fie îmbunătățite, depinde în mare măsură de constituenții specifici ai compozitului, de fracțiunea lor în volum sau în greutate, și modul de prelucrare a acestora pentru obținerea compozitului. în unele cazuri, compozitul poate să fie mai ușor în greutate, decât respectiva matrice metalică. Compozitele cu matrice metalică pe bază de aluminiu, armate cu produse ceramice, cum sunt carbura de siliciu sub formă de particule, plăcuțe sau fire, prezintă interes datorită durității lor ridicate, rezistenței la uzură și termorezistenței, în comparație cu aluminiul.

Sunt cunoscute diverse procedee metalurgice pentru fabricarea compozitelor cu matrice de aluminiu, bazate pe tehnicile metalurgiei pulberilor și tehnicile de infiltrare ale metalului lichid, care utilizează turnarea sub presiune, turnarea sub vid, agitarea și folosirea agenților de umectare. în cazul tehnicilor metalurgiei pulberilor, metalul sub formă de pulbere și metalul de armare sub formă de pulbere, peri, fibre striate etc. se amestecă, după care sunt, fie presate la rece și sinterizate, fie presate la cald. Fracțiunea maximă de constituent ceramic, în volum, în compozitele cu matrice de aluminiu armate cu carbură de siliciu, produse în aceste condiții, este de circa 25% în cazul perilor și de circa 48% în cazul particulelor. Producerea compozitelor cu matrice metalica prin tehnicile metalurgiei pulberilor, folosind procesele convenționale, impune anumite limitări în ceea ce privește caracteristicile produselor ce se pot obține. Fracțiunea în volum a fazei ceramice în produsul compozit, este în mod tipic limitată în cazul particulelor, la circa 40%. De asemenea, operația de presare, limitează gabaritul practic al produselor ce se pot obține. Fără o prelucrare ulterioară, de exemplu, prelucrare pe mașini unelte, este posibilă realizarea în aceste condiții a unor produse cu forme relativ simple. Se poate recurge, de asemenea, la prese complexe. Trebuie precizat că se pot produce contracții neuniforme în timpul sinterizării, precum și neuniformități ale microstructurii, datorită segregației în creșterea particulelor compacte și a grăunțelor.

în brevetul US 3970136, este descris un procedeu de formare a unui compozit cu matrice metalică, ce încorporează o armătură fibroasă, de exemplu, peri de carbură de siliciu sau alumină având o orientare predeterminată. Compozitul se fabrică prin plasarea în poziții paralele a împletiturilor sau pâslelor de fibre coplanare, într-o formă cu un rezervor de metal al matricei topit, de exemplu, cu aluminiu, între cel puțin una dintre pâsle și se aplică presiunea, pentru a forța metalul topit să penetreze pâslele și să înconjoare fibrele orientate. Metalul topit poate să fie turnat pe o grupă de pâsle în timp ce este forțat sub presiune să curgă printre pâsle. Au fost folosite în aceste condiții încărcări de până la 50% în volum fibre de armare în compozite. Procesul de infiltrare descris, datorită dependenței sale de presiunea exterioară, pentru a forța pătrunderea metalului topit printre pâsle, prezintă dezavantajele procesului de curgere indusă sub presiune, ca neuniformitate posibilă a formării matricei, porozitatea etc. Neuniformitatea proprietăților este posibilă chiar dacă metalul topit poate să fie introdus printr-o mulțime de puncte în setul fîbros. In consecință, este necesară folosirea unor seturi complicate constituite din rezervor/pâslă de fibre, precum și a unor căi multiple de curgere pentru realizarea unei penetrații corespunzătoare și uniforme a setului de pâsle fibroase. De asemenea tehnica infiltrării sub presiune, permite numai o armare relativ scăzută în fracțiunea de volum a matricei, datorită greutăților pe care le ridică infiltrarea unui volum ridicat de material în formă de pâslă. In plus, se impune ca formele să conțină material topit sub presiune, ceea ce mărește costurile de fabricație. In final trebuie precizat că procedeul este limitat la infiltrarea particulelor sau fibrelor aliniate, nefiind orientat spre formarea compozitelor cu matrice metalică din aluminiu, armate cu materiale sub formă de particule, fibre sau peri orientate aleator.

în procesul de fabricație a compozitelor cu matrice de aluminiu armate cu alumină, se știe că aluminiul topit nu umectează alumina și ca urmare apar greutăți în obținerea unui produs finit coerent. S-au sugerat diferite soluții pentru rezolvarea acestei probleme. Una din acestea este de a acoperi alumina cu un metal (de exemplu, nichel sau wolfram) urmată de presarea acesteia cu aluminiul, într-o altă tehnologie se prevede alierea aluminiului cu litiu și acoperirea aluminei cu siliciu. Aceste compozite prezintă însă unele variații în proprietățile lor, acoperirile pot să degradeze umplutura, iar matricea de aluminiu conține litiu care poate să afecteze proprietățile acesteia.

în brevetul US 4232091 este descrisă obținerea compozitelor cu matrice metalică de aluminiu, aplicând pressiuni de 75-375 kg/cm², pentru a forța pătrunderea aluminiului topit (sau aliajului de aluminiu topit) într-o pâslă din fibre sau peri de alumină, care a fost preîncălzită la 700-1050°C. Proporția maximă de alumină în volum, în raport cu proporția de matrice de aluminiu, în produsul turnat și solidificau a fost de 0,25:1. Datorită dependenței de aplicare a unor forțe exterioare, pentru realizarea infiltrării aluminiului topit, acest procedeu prezintă aceleași deficiențe ca și procedeele similare expuse mai sus.

în brevetul EP 115742 este descrisă obținerea compozitelor alumină-aluminiu, folosite în special în calitate de componente de celule electrolitice, prin umplerea golurilor unei matrițe de alumină prefasonate cu aluminiu topit Se subliniază faptul că alumina nu este umectată de aluminiul topit și ca u^rmare se folosesc diferite tehnici pentru realizarea acestei umectări. De exemplu, alumina este acoperită cu un agent de umectare, constituit din diborură de titan, zirconiu, hafniu sau niobiu sau cu un metal, de exemplu litiu, magneziu, calciu, titan, crom, fier, cobalU nichel, zirconiu sau hafniu. Pentru facilitarea umectării se folosesc atmosfere inerte cum este argonul. Se descrie de asemenea, aplicarea presiunii, pentru a forța aluminiul să penetreze în matrița de alumină neacoperită. Sub acest aspect infiltrarea se realizează prin evacuarea porilor și aplicarea presiunii asupra aluminiului topit în atmosferă inertă de exemplu de argon. în mod alternativ, preformă poate să fie infiltrată prin depunerea aluminiului din fază de vapori, pentru umectarea suprafeței înainte de umplerea golurilor cu aluminiul topit Pentru a asigura reținerea aluminiului în porii preformei, este necesar un tratament termic, de exemplu, la 1400- 1800°C, în vacuum sau în argon, în caz contrar, fie prin expunerea la presiunea atmosferică a materialului infiltrat, sau la eliminarea presiunii de infiltrare, va conduce la pierderi de aluminiu din corpul infiltrat

Folosirea agenților de umectare, pen108339 tru infiltrarea aluminei într-o celulă electrolitică, cu aluminiu topit, este descrisă în brevetul EP 94353. In această publicație se descrie producerea aluminiului prin electroliză, folosind o celulă având un alimentator de curent catodic sub forma unei căptușeli sau substrat al celulei. Pentru protejarea acestui substrat de criolitul topit, se aplică o acoperire subțire dintr-un amestec de agent umectant și de agent ce suprimă solubilitatea pe substratul de alumină, înainte de pornirea celulei sau în timpul contactării cu aluminiul topit produs prin electroliză. Agenții umectanți descriși sunt titanul, zirconiul, hafniul. siliciul, magneziul, vanadiul, cromul, niobiul sau calciul, agentul preferat fiind titanul. Compușii de bor, carbon și azot sunt descriși ca agenți utili în suprimarea solubilității umectanților în aluminiul topit în această publicație nu se descrie obținerea de compozite cu matrice metalică și nici obținerea de compozite în atmosferă de azot în brevetul US 3718441, este descrisă infiltrarea unui produs ceramic compact (de exemplu, din carbură de bor, din alumină sau din oxid de beriliu) cu aluminiu, beriliu, magneziu, titan, vanadiu, nichel, sau crom, în stare topită, sub vid mai rșic de 10 ⁶ torr. Un vid cuprins între 10 ^z și 10 ⁰ torr, a avut ca rezultat o umectare slabă a produsului ceramic de aluminiul topit, prin faptul că metalul topit nu a curs liber în spațiile goale din produsul respectiv. De precizat că umcctarea s-a îmbunătății, atunci când vidul s-a redus la sub IO’³’ torr.

In brevetul US 3864154 este descrisă, de asemenea, utilizarea vidului pentru realizarea infiltrării. Se descrie încărcarea unui produs compact presat la rece din pulbere de AIB12, pe un pat de aluminiu presat la rece. Pe partea superioară a produsului compact din pulbere de AIB12 s-a plasat apoi o cantitate suplimentară de aluminiu. Creuzetul încărcat cu produsul compact de A1B12, presat între două straturi de pulbere de aluminiu se plasează într-un cuptor cu vidj. Cuptorul a fost vidat la aproximativ IO'²* torr pentru a permite degazarea. Temperatura a fost ridicată în continuare la 1100°C și menținută timp de 3 h. în aceste condiții aluminiul topit a penetrat produsul compact poros de A1B12în brevetul US 3364976 este prezentat conceptul autogenerării vidului, într-un corp, pentru a intensifica penetrarea unui metal topit în corpul respectiv. în mod concret se descrie că un corp, respectiv o formă de grafit, o formă din oțel, sau un material poros refractar, se submersează total într-un metal topit. în cazul unei forme, caritatea acesteia în care este conținut un gaz ce reacționează metalul, comunica cu metalul topit dispus la exterior prin cel puțin un orificiu. Când forma este imersată în topitură, umplerea cavității se realizează pe măsura autogenerării vidului, prin reacția între gazul din cavitate și metalul topit De precizat că vidul autogenerat este rezultatul formării unei forme oxidate a metalului. Ca urmare, un element esențial în acest caz este inducerea reacției între gazul din cavitate și metalul topit. Folosirea unei forme, însă pentru crearea vidului, poate să fie contraindicată, ca urmare a limitărilor inerente pe care le ridică această folosire. Astfel, formele trebuie mai întâi să fie prelucrate pentru obținerea unui profil predeterminat, apoi finisate și prelucrate în mod corespunzător, pentru obținerea unei suprafețe de calitate corespunzătoare pentru turnare, asamblată înainte de utilizare și respectiv dezasamblată după utilizare și în final prelucrată din nou pentru refacerea suprafețelor formei sau dcscăr carea acestora, dacă forma este reutilizabilă. Prelucrarea necesară pentru obținerea unei forme de configurație complexă, poate săjie costisitoare, laborioasă ș i de durată. în plus extragerea piesei dintr-o formă complexă, poate să fie dificilă și sa conducă chiar la deteriorarea piesei. Există posibilitatea ca un material poros refractar să fie scufundat direct într-un metal topit, fără să se recurgă la formă, cu condiția ca acest material să fie sub forma unui corp bine legat, deoarece nu este indicată infiltrarea unui material afânat sau disparat fără utilizarea unei forme container (materialul sub formă de parti- 5 cule introduse într-o baie de metal topit, se vor disocia sau vor pluti separat pe suprafața băii de metal topit). în continuare trebuie precizat ca dacă se urmărește infiltrarea unui material sub formă de 10 particule sau a unei preforme afânate, se impun o serie de măsuri pentru ca materialul infiltrant să nu dislocuiască porțiuni din particule sau din preformă, ce ar avea ca rezultat obținerea unei microstructuri 15 neomogene.

Ca urmare, a devenit necesară elaborarea unui procedeu simplu și sigur de obținere a compozitelor cu matrice metalică profilate, care să nu se bazeze 20 pe aplicarea presiunii sau a viddului (din exterior sau autogenerat) sau a unor agenți umectanți impurificatori, pentru realizarea unei matrice metalice, care să înglobeze un alt material cum este ma- 25 terialul ceramic. De asemenea, a apărut necesitatea reducerii volumului operațiilor finale de prelucrare, în procesul obținerii corpurilor compozite cu matrice metalică. 30 în acest context este cunoscut procedeul de obținere a corpurilor compozite cu matrice metalică, ce face obiectul brevetului RO 101345 (prioritate US 049171/87). Conform acestui procedeu, 35 compozitul cu matrice metalică se produce prin infiltrarea unei mase permeabile de umplutură (de exemplu, un material ceramic sau cu acoperire ceramică) a aluminiului topit, având un conținut de 40 cel puțin 1 % și de preferință de cel puțin 3% în greutate magneziu. Infiltrarea se produce spontan fără aplicarea presiunii sau a vidului. Aliajul de aluminiu topit este adus în contact cu masa permeabilă 45 de umplutură, la temperatura de cel puțin 650°C, în prezența unei atmosfere cu conținut de 10- 100% și de preferință de cel puțin 50% azot, în volum, restul fiind un gaz rieoxidant, de exemplu, argon. 50 în aceste condiții, aliajul de aluminiu topit, se infiltrează în masa permeabilă de umplutură, la presiuni atmosferice normale, pentru formarea unui compozit cu matrice de aluminiu, sau aliaj de aluminiu. Atunci masa predeterminată de material de umplutură a fost infiltrată, de aliajul de aluminiu topit, temperatura este coborâtă pentru solidificarea aliajului, rezultând astfel o structura de aluminiu solidă, ce înglobează materialul de umplutură de armare. De obicei, cantitatea de aliaj de aluminiu alimentată în sistem, trebuie să fie suficientă pentru a permite ca infiltrarea să se realizeze până la limita materialului de umplutură. Compozitele cu matrice metalică ce se obțin astfel, pot să conțină o cantitate de material de umplutură foarte ridicată, proporția în volum metal matrice/aliajul de aluminiu: material ceramic de umplutură, putând depăși valoarea de 1:1. în cadrul acestui procedeu, nitrura de aluminiu se poate forma ca o fază discontinuă, dispersată în întreaga masă a matricei de aluminiu. Cantitatea de nitrură de aluminiu, în matricea de aluminiu, poate să varieze în funcție de o serie de factori ca: temperatura de proces, compoziția aliajului, compoziția atmosferei de infiltrare și tipul materialului de umplutură. Ca urmare, prin reglarea unuia sau mai multor factori din sistem este posibilă influențarea în sensul dorit a proprietăților compozitului. Pentru anumite domenii de utilizare este de dorit, însă, ca compozitul să conțină în proporție redusă sau să nu conțină deloc nitrură de aluminiu.

în brevetul RO 102630 (prioritate US 141642/88) este descris un procedeu similar de obținere a structurilor compozite cu matrice metalică de aluminiu prin infiltrare spontană, în care se prevede depunerea unei bariere (constituite din particule de diborură de titan sau din bandă flexibilă de grafit comercializată sub denumirea de Grafoil^R) pe o anumită limită a suprafeței materialului de umplutură, astfel infiltrarea spontană să se realizeze până la limita definită de respectiva barieră. Bariera folosită are rolul de inhiba, preveni sau termina infiltrarea aliajului la limita menționată, asigurând astfel posibilitatea obținerii unor compozite cu suprafețele aproape finisate, forma exterioară a compozitelor, corespunzând în esență formei interioare a barierei.

Este cunoscut, de asemenea, un procedeu ce perfecționează procedeul care face obiectul brevetului RO 101345, descris mai înainte, care se referă de asemenea, la un procedeu de obținere a compozitelor cu matrice metalică, și la compozitele astfel obținute. Conform acestui procedeu, ansamblul necesar pentru desfășurarea procesului de infiltrare spontană, cuprinde o primă sursă de metal al matricei și un rezervor al matricei, care comunică cu prima sursă menționată, de exemplu, prin curgere gravitațională. Prima sursă de metal al matricei, în condițiile de proces, începe infiltrarea materialului de umplutură la presiunea atmosferică normală, începându-se astfel formarea compozitului cu matrice metalică. Prima sursă de metal al matricei se consumă pe măsura infiltrării sale în masa de umplutură permeabilă, în mod spontan, și ea poate să fie completată, de preferință, în mod continuu din rezervor, prin alimentarea unor noi cantități de metal topit al matricei, pentru continuarea procesului de infiltrare spontană. După ce cantitatea dorită de material de umplutură a fost infiltrată de metalul matricei în stare topită, temperatura ansamblului este coborâtă pentru solidificarea metalului matricei, rezultând structura compozită în care metalul matricei înglobează umplutura ceramică de armare. Rezervorul de metal al matricei poate să fie prezent în sistem înțr-o proporție care să asigure cantitatea suficientă de metal topit pentru infiltrarea materialului de umplutură, în volumul prestabilit Ca alternativă, se poate prevedea folosirea unor mijloace de barieră, pentru definirea limitei de suprafață a materialului de umplutură, până la care trebuie să aibă loc infiltrarea spontană a metalului matricei. în plus, trebuie precizat că în timp ce cantitatea de metal al matricei, în stare topită, din sursa ce contactează materialul de umplutură, trebuie să fie cel puțin suficientă pentru a asigura infiltrarea spontană a acesteia până la limitele definite de barieră, cantitatea de metal al matricei prezentă în rezervor ar putea să depășească această cantitate necesară infiltrării spontane precizate, astfel încât după terminarea procesului, să rămână o cantitate de metal al matricei în exces, care după solidificare să rămână atașată de corpul compozit cu matricea metalică rezultat în această situație, când există o cantitate suplimentară de metal topit al matricei, corpul rezultat va fi un corp compozit complex - un macrocompozit - în care corpul compozit cu matrice metalică, rezultat prin infiltrare spontană, este direct legat de metalul matricei în exces ce rămâne în rezervor.

în brevetul RO 103408 (prioritate US 142385/88) este descris un procedeu de obținere a corpurilor compozite cu un grad mărit de complexitate, prin infiltrarea spontană a unui metal al matricei într-o masă permeabilă de umplutură, ambele prestabilite. Procedeul prevede realizarea inițială a unei matrițe impermeabile, cu structură compozită, rezultată prin încastrarea unei preforme corespunzătoare, prevăzute cu o cavitate, și constituite dintr-un material permeabil de umplutură, de natura ceramică, de o matrice ceramică policristalină rezultată prin oxidarea unui metal primar ales între Ti, Zr, Hf, Si, Sn și de preferință Al și aliajele acestuia. în cavitatea matriței astfel pregătite se introduce o masă de umplutură permeabilă ceramică secundă, urmată de contactarea acesteia cu o masă de metal topit ales între aluminiu și magneziu, în intervalul de temeperatură de 700 - 1000°C și de preferință, de 850-950°C, de etanșarea ermetică a conținutului matriței respective, de metalul topit menționat și even108339 tual de alte mijloace uzuale de etanșare și de menținerea ansamblului astfel rezultat în intervalul dat de temperaturi, un timp suficient pentru realizarea infiltrării spontane a metalului topit în masa de umplutură secundă și obținerea corpului compozit cu matrice metalică. In continuare, ansamblul este răcit pentru solidificarea metalului infiltrat și obținerea structurii compozite finite, în care compozitul cu matrice metalică, poate să formeze un asamblu integrat cu matrița compozită impermeabilă exterioară, sau după terminarea procesului matrița impermeabilă este spartă, pentru extragerea compozitului interior cu matrice metalică, a cărui profil și formă va reproduce invers, geometria cavității matriței impermeabile exterioare.

Toate procedeele enumerate, de obținerea corpurilor compozite cu matrice metalică, mai mult sau mai puțin complexe prin infiltrarea spontană, cât și produsele rezultate macrocompozite sau compozite uniforme, prezintă unele limitări în ceea ce privește posibilitățile de diversificare a structurilor și caracteristicilor, fapt ce îngustează domeniile posibile de utilizare a acestor compozite.

Prezenta invenție, înlătură aceste dezavantaje, prin aceea că prevede obținerea unui corp compozit complex, a unui macrocompozit, prin formarea, mai întâi a unui corp compozit cu matrice metalică, ce se aduce în contact și se leagă de un al doilea corp. Corpul compozit cu matrice metalică se produce prin infiltrarea spontană a metalului topit al matricei prestabilite într-o masă/preformă de umplutură permeabilă. Se prevede ca un agent intensificator de infiltrare sau precursorul acestuia și/sau o atmosferă de infiltrare, să fie aduse în contact cu masa/preforma de umplutură, în timpul procesului de infiltrare spontană, în momentul predeterminat, ceea ce asigură și optimizează infiltrarea spontană în masa/preforma de umplutură permeabilă, a metalului topit al matricei. într-o variantă preferată de realizare a invenției, un intensificator de infiltrare, poate să fie alimentat direct în cel puțin unul din elementele sistemului, alese între preformă/masă de umplutură și/sau metalul matricei și/sau atmosfera de infiltrare, în fine, cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie amplasat în cel puțin o porțiune a materialului de umplutură preformat sau nu.

într-o primă variantă de realizare a procedeului, conform invenției, cantitatea de metal al matricei furnizată în sistem este în exces față de cea necesară pentru infiltrarea completă a materialului de umplutură permeabilă. Metalul rezidual sau în exces, adică matricea metalică neconsumată pentru infiltrarea spontană a masei/preformei de umplutură, rămâne după solidificare în contact cu masa infiltrată, de care rămâne legat intim; cantitatea, dimensiunea, forma și/sau compoziția matricei metalice reziduale, pot să fie reglate pentru a se produce un număr de combinații teoretic nelimitate, în plus, proporția relativă a compozitului cu matrice metalică, față de matricea metalică reziduală, poate să fie reglată de la extrema ce corespunde la formarea unei pojghițe de compozit cu matrice metalică pe o suprafață a matricei metalice reziduale (corespunzător unui grad redus de infiltrare spontană) la cealaltă extremă reprezentând o pojghiță de metal al matricei pe o suprafață a compozitului cu matrice metalică (corespunzător unei cantități reduse de metal al matricei, în exces).

într-o a doua variantă de realizare, masa/preforma de umplutură permeabilă, se plasează în contact cu cel puțin o porțiune a unui alt sau al doilea corp (un corp ceramic sau un corp metalic) și metalul topit al matricei infiltrează spontan materialul masei/preformei de umplutură, cel puțin până la o suprafață a celui de al doilea coxp, făcând posibilă legarea intimă a compozitului cu matrice metalică de cel de al doilea corp. Legarea corpului compozit cu matrice metalică de cel de al doilea corp, se poate datora faptului că metalul matricei și/sau materialul masei/preformei de umplutură reacționează cu cel de al doilea corp. In plus, dacă cel de al doilea corp înconjoară cel puțin parțial sau complet, sau este la rândul său înconjurat de compozitul cu matrice metalică, poate să se producă o strivire reciprocă a celor două corpuri prin contracție sau prin comprimare. O asemenea contracție poate să fie singurul mijloc de legare a compozitului cu matrice metalică de cel de al doilea corp, sau poate să existe o combinare cu un alt mecanism de legare a celor două corpuri. In plus, gradul de asamblare prin contracție, poate să fie reglat prin alegerea unor combinații de metal al matricei, masă/preformă de umplutură permeabilă și/sau de corpuri secundare, pentru obținerea cuplului dorit în final, sau prin corelarea corespunzătoare a coeficienților de expansiune termică a respectivelor materiale. Astfel se poate produce un corp compozit cu matrice metalică a cărui coeficient de dilatare (expansiune) termică să fie mai mare decât al celui de al doilea corp al sistemului și compozitul cu matrice metalică să înconjoare cel puțin parțial cel de al doilea corp. In acest caz, compozitul cu matrice metalică va fi legat de cel de al doilea corp prin contracție. în aceste condiții se poate forma o gamă largă de corpuri macrocompozite, cuprinzând un compozit cu matrice metalică, legat de un al doilea corp de natură ceramică sau metalică.

într-o a treia variantă de realizare, se prevede adăugarea unei cantități de metal al matricei în exces (sau rezidual), complexului macrocompozit rezultat în a doua variantă de realizare, prezentată mai sus (macrocompozitul prezentând o combinație între compozitul cu matrice metalică și cel de al doilea corp). în această variantă de realizare, la fel ca și în cazul primei variante, descrise mai sus, cantitatea de metal al matricei alimentată în sistem pentru realizarea infiltrării spontane în masa/preforma de umplutură, este în exces, față de cantitatea necesară pentru infiltrarea completă. în cadrul sistemului, masa/preforma de umplutură permeabilă se plasează în contact cu cel puțin o porțiune a unui alt corp (de exemplu, ceramic sau metalic) și în timpul procesului, metalul topit al matricei se infiltrează spontan în respectivul material de umplutură, cel puțin până la o suprafață a celui de al doilea corp, realizându-se astfel legarea intimă a compozitului cu matrice metalică de cel de al doilea corp. Se poate realiza în aceste condiții un macrocompozit mai complex decâtîn primele două variante prezentate mai sus. Astfel, prin alegerea corespunzătoare a combinației compozit cu matrice metalică-cel de la doilea corp-ceramic și/sau metalic, cât și a unui exces adecvat de metal al matricei supus infiltrării spontane, se poate realiza un număr foarte mare de macrocompozite. De exemplu, dacă se urmărește obținerea unui arbore sau a unei tije cu structură macrocompozită, o porțiune interioară a acestui arbore ar putea să fie cel de al doilea corp (ceramic sau metalic). Cel de al doilea corp ar putea să fie cel puțin parțial înconjurat de corpul compozit cu matrice metalică și acesta la rândul său ar putea să fie cel puțin parțial înconjurat de un corp format din^ metalul matricei în exces sau rezidual. în situația în care produsul compozit cu matrice metalică este înconjurat de metalul matricei rezidual (de exemplu, matricea metalică este în cantitate suficientă, astfel încât să infiltreze spre interior o masă/preformă de umplutură, care contactează la rândul său o porțiune interioară a metalului matricei și spre exterior este orientat spre o masă/preformă de umplutură, care contactează o porțiune exterioară a metalului matricei). Ca urmare, în aceste condiții posibilitățile pe care le oferă prezenta invenție sunt practic nelimitate.

în fiecare din variantele descrise, corpul compozit cu matrice metalică, poate să fie format, fie ca o suprafață exterioară, fie interioară sau ambele, pe un substrat de metal al matricei. In plus, suprafața compozitului cu matrice metalică, poate să fie de grosime predeterminată, în comparație cu dimensiunea substratului de metal al matricei. Procedeul, conform invenției, permite obținerea prin infiltrare spontană a structurilor compozite cu matrice metalică cu perete gros sau subțire, în care volumul de matrice metalică, este substanțial mai mare sau mai mic decât volumul substratului metalic. In continuare, compozitul cu matrice metalică, care poate să reprezinte în cadrul macrocompozitului suprafața interioară, exterioară sau ambele, poate la rândul său să fie legat de un al doilea corp ceramic sau metalic, asigurând astfel un număr semnificativ de combinații pentru realizarea de legături între compozitul cu matrice metalică și/sau metalul matricei în exces și/sau un al doilea corp ceramic sau metalic.

In cadrul procedeului, conform invenției, se folosește ca metal al matricei, aluminiul și aliajele acestuia, care în procesul formării compozitului cu matrice metalică, în momentul prestabilit, contactează precursorul intensificatorului de infiltrare, constituit, de preferință, din magneziu și cu atmosfera de infiltrare, formată din azot.

Astfel sistemul spontan constituit din metalul matricei/precursorul intensificatorului de infiltrare/atmosfera de infiltrare, respectiv, aluminiu/magneziu/ azot, asigură infiltrarea spontană. Trebuie precizat că și alte tipuri de sisteme spontane, au o comportare similară aluminiu/calciu/azot, aluminiu/stronțiu/azot și aluminiu/zinc/oxigen, sistemul aluminiu/magneziu/azog se are în vedere în primul rând.

Corelat cu utilizarea ca metal al matricei a aluminiului, materialul masei/preformei de umplutură este, de exemplu, alumina sau carbura de siliciu, preamestecat cu/sau contactat la un moment dat al procesului cu magneziul. De asemenea, aliajul din aluminiu și/sau masa/preforma de umplutură sunt con16 tactate cu atmosfera de azot, cel puțin în partea prestabilită a procesului. In aceste condiții masa/preforma de umplutură va fi infiltrată spontan și proporția acestei infiltrări și respectiv a formării compozitului cu matrice metalică, va varia în funcție de o serie de condiții de procedeu date, incluzând, de exemplu, concentrația de magneziu introdusă în sistem (în aliajul de aluminiu și/sau în materialul masei/preformei de umplutură și/sau în atmosfera de infiltrare) dimensiunea și/sau compoziția materialului masei/preformei de umplutură, concentrația de azot a atmosferei de infiltrare, timpul prestabilit de infiltrare și/sau temperatura la care se desfășoară procesul de infiltrare. Infiltrarea spontană se desfășoară în proporție suficientă care sa asigure înglobarea în metalul matricei a materialului de umplutură, preformat sau nu.

Invenția de față, prezintă următoarele avantaje:

- macrocompozitele, conform invenției, prezintă calități deosebite în aplicații industriale unde se necesită suprafețe supuse la temperaturi ridicate, abraziune, coroziune, eroziune, eforturi termice, fricțiune și/sau alte solicitări;

- procedeul, conform invenției, permite obținerea de macrocompozite calitativ superioare și cu o gamă largă de structuri, prin combinarea corespunzătoare a compozitelor cu matrice metalică, compozite cu materie ceramică, substraturi metalice și diferite combinații între acestea;

- prin folosireaa preformelor și mijloacelor adecvate de barieră se pot obține direct din proces macrocompozite cu suprafețe netede, având profilul apropiat de cel final, care necesită doar un volum redus de operații finale de finisare.

în cele ce urmează, invenția va fi prezentată în detaliu cu referire și la fig. 1...13, care reprezintă:

- fig. 1, vedere în secțiune transversală a ansamblului utilizat pentru obținerea macrocompozitului, în condițiile din exemplul 1;

- fig. 2, fotografia unei secțiuni transversale a macrocompozitului realizat, în condițiile prezentate în exemplul 1;

- fig 3, vedere în secțiune transversală a ansamblului utilizat pentru obținerea macrocompozitului, în condițiile din exemplul 2;

- fig. 4. microfotografia interfeței dintre carcasa refractam de alumină și compozitul cu matrice de aluminiu, produs în condițiile din exemplul 2;

fig. 5, microfotografia realizată cu un înalt grad de mărire a microstructurii compozitului realizai, în condițiile din exemplul 2:

- fig. 6, vedere în secțiune transversală a ansamblului utilizat pentru obținerea macrocompozitului, în condițiile din excmplul 3;

- fig. 7, fotografia unei secțiuni transversale a macrocompozitului din fig. 3;

- fig. 8, vedere în secțiune transversală a ansamblului utilizat pentru obținerea macrocompozitului, în condițiile din exemplul 4.

- fig. 9, fotografia unei secțiuni transversale a macrocompozitului realizat, în condițiile din exemplul 4.

- fig. 10, vedere în secțiune transversală a ansamblului utilizat pentru producerea compozitului, în condițiile din exemplul 5.

- fig 11, microfotografie a unei secțiuni transversale a macrocompozitului realizat, în condițiile din exemplul 5.

- fig. 12, vedere în secțiune transversală a ansamblului utilizat pentru producerea compozitului, în condițiile din exemplul 6.

- fig. 13, fotografie a unei secțiuni transversale, a macrocompozitului din exemplul 6.

Prezenta invenție se referă la obținerea unor corpuri macrocompozite cuprinzând o porțiune formată dintr-un corp compozit cu matrice metalică rezultat prin infiltrarea spontană a masei/preformei de umplutură permeabilă de un metal al matricei în stare topită.

Corpul compozit complex (macrocompozitul) conform invenției, cuprinde cel puțin un corp compozit cu matrice metalică, atașat de cel puțin un al doilea corp, care poate să fie de natură ceramică compozită sau nu, sau metalică. Corpul compozit cu matrice metalică se realizează prrin infiltrarea spontană a unei mase/preforme de umplutură, menținută în contactcu un al doilea corp, de metalul prestabilit al matricei în stare topită. în timpul desfășurării procesului de infiltrare spontană, un agent intensificator de infiltrare și/sau precursorul acestuia și/sau o atmosferă de infiltrare, care comunică cu materialul masei/preformei de umplutură, cel puțin la un moment predeterminat al procesului, fapt care permite infiltrarea spontană a metalului matricei în respectiwul material de umplutură. într-o variantă preferată a invenției, intensificatorul de infiltrare poate să fie introdus ca atare în materialul masei/preformei de umplutură și/sau în metalul matricei și/sau în atmosfera de infiltrare. De precizat că cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie plasat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură.

Intr-o primă variantă preferată de realizare a invenției, pentru formarea corpului macrocompozit, cantitatea de metal al matricei destinat să se infiltreze spontan, este în exces față de cantitatea necesară, respectivul metal al matricei fiind alimentat în sistem într-o cantitate mai mare decât cea necesară pentru infiltrarea completă a materialului masei/preformei de umplutură, astfel încât metalul matricei în exces sau rezidual (respectiv cantitatea care nu a fost consumată pentru infiltrarea masei/preformei de umplutură) rămâne intim legată de materialul masei/preformei de umplutură, după solidificare.

într-o altă variantă preferată de realizare a invenției, masa/preforma de umplutură, este plasată în cadrul ansam108339 blului, în contact cu un alt corp ceramic sau metalic, și metalul topit al matricei este indus să se infiltreze în materialul masei/preformei de umplutură, până la cel de al doilea corp, devenind astfel legat intim dc cel de al doilea corp și formând un macrocompozit constituit dintr-un corp compozit cu matrice metalică, legat de cel de al doilea corp de natură ceramică sau metalica.

Intr-o a treia variantă de realizare a invenției, materialul masei/preformei de umplutură este plasat în cadrul ansamblului în contact cu un al doilea corp metalic sau ceramic și metalul topit al matricei este indus să infilt reze materialul masei/preformei de umplutură, până la punctul de contact între masa/preforma de umplutură și cel de al doilea corp, în plus, se poate furniza în sistem o cantitate mai mare de metal al matricei, decât cea necesară pentru infiltrarea spontană completă a materialului masei/preformei de umplutură. în consecință, se formează un corp macrocompozit ce cuprinde metal al matricei în exces, legat intim de corpul compozit cu matrice metalică legat la rândul său intim de un al doilea corp de natură ceramică sau metalica.

în variantele de realizare preferate, descrise mai sus, corpul compozit cu matrice metalică poate fi format, fie ca o suprafață interioară, exterioară sau ambele, fie pe un substrat de metal al matricei. în plus suprafața compozitului cu matrice metalică, poate să fie de grosime aleasă sau prestabilită, în raport cu metalul matricei. Tehnicile care se aplică în cadrul prezentei invenții, permit obținerea structurilor compozite cu matrice metalică cu pereți groși sau subțiri, în care volumul relativ de metal al matricei, este substanțial mai mare sau mai mic decât volumul de substrat metalic. Corpul compozit cu matrice metalică, în cadrul macrocompozitului, poate să reprezinte o suprafață exterioară, interioară sau ambele, poate de asemenea, să fie legat de un al doilea material ceramic sau metalic, asigurându-se astfel un mare număr posibil de combinații de legături între compozitul cu matrice metalică și/sau metal al matricei în exces și/sau un al doilea corp de exemplu, ceramic (compozit sau nu) sau metalic.

în scopul formării macrocompozitelor. conform prezentei invenții, corpul compozit cu matrice metalică, se formează prin infiltrarea spontană a metalului matricei (aliajul de aluminiu), într-o masă/preformă de umplutură. Pentru realizarea infiltrării spontane menționate, în sistem trebuie să fie prezent un intensificator de infiltrare. Acest intensificator poate să rezulte din precursorul acestuia, care ar putea 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) într-o sursă externă. în plus, în locul furnizării în sistemul spontan a precursorului intensificatorului de infiltrare, respectivul intensificator de infiltrare ar putea să fie furnizat direct în materialul masei/preformei de umplutură și/sau în metalul matricei și/sau în atmosfera de infiltrare. Trebuie specificat, că cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie plasat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură.

într-ovariantă preferată de realizare, precursorul intensificatorului de infiltrare, poate să reacționeze cu atmosfera de infiltrare, astfel, încât respectivul intensificator se poate forma în cel puțin o porțiune a masei/preformei de umplutură, înainte sau concomitent cu contactarea cu metalul topit al matricei (respectiv dacă magncziul este precursorul intensificatorului de infiltrare și atmosfera de infiltrare este constituită din azot, intensificatorul de infiltrare va fi constituit din nitrură de magneziu, care va fi plasată în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură.

în cadrul procedeului, conform invenției, sistemul spontan, respectiv sistemul format din metalul matricei/pre108339 cursorul intensificatorului de infiltrare/ atmosfera de infiltrare, este în mod tipic alcătuit din aluminiu/magneziu/azot, dar și alte sisteme spontane, având la bază aluminiul ca metal al matricei, pot să conducă la aceleași rezultate, respectiv aluminiu/calciu/azot, aluminiu/stronțiu/ azot, aluminiu/zinc/oxigen. Metalul matricei, aluminiul (sau aliajele sale) poate să fie conținut într-un vas refractar adecvat, care în condițiile de proces nu reacționează cu metalul matricei- aluminiul și/sau cu materialul de umplutură, când aluminiul este în stare topită. Materialul masei/preformei de umplutură, conținând magneziu sau fiind adus în contact cu magneziu!, sau la un moment da t, adus în contact cu atmosfera de azot, poate să fie adus în contact cu aluminiul topit, în condițiile de proces și infiltrat spontan, de acesta.

Trebuie precizat, că procedeul conform invenției, prevede de asemenea, posibilitatea introducerii directe a intensificatorului de infiltrare, în materialul masei/preformei de umplutură și/sau în metalul matricei și/sau în atmosfera de infiltrare. De menționat că cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare, trebuie să fie plasat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură.

în alcătuirea ansamblului pentru realizarea infiltrării spontane în condițiile, conform invenției, materialul masei/preformei de umplutură folosit, trebuie să fie suficient de permeabil pentru a permite atmosferei de infiltrare cu conținut de azot să traverseze materialul de umplutură menționat, în momentul stabilit al procesului și/sau să contacteze metalul topit al matricei - aliajul de aluminiu. în plus materialul masei/preformei de umplutură permeabilă trebuie să permită infiltrarea spontană a metalului matricei menționat, concomitent cu traversarea prin umplutură a atmosferei de infiltrare, pentru a forma corpul compozit cu matrice metalică și/sau pentru a determina azotul să reacționeze cu precursorul inten22 sificatorului de infiltrare, pentru a forma intensificatorul de infiltrare în zona prestabilită a materialului masei/preformei de umplutură, asigurând astfel infiltrarea spontană a metalului matricei în respectiva umplutură. Extinderea sau gradul de infiltrare spontană și de formare a compozitului cu matrice metalică va varia în funcție de o serie de factori de proces, incluzând conținutul de magneziu al aliajului de aluminiu, al materialului masei/preformei de umplutură, conținutul de nitrură de magneziu în materialul masei/preformei de umplutură, prezența în sistem a unor elemente adiționale de aliere, cum sunt siliciul, fierul, cuprul, manganul, crromul, zincul ș.a., granulația medie a materialului de umplutură, tipul suprafeței și natura materialului masei/preformei de umplutură, concentrația de azot în atmosfera de infiltrare, timpul prestabilit de proces și temperatura la care are loc infiltrarea spontană.

Pentru ca infiltrarea spontană a aluminiului să se producă, aluminiul poate să fie aliat cu cel puțin 3% și de preferință cu cel puțin 1% magneziu, care îndeplinește funcția de precursor al intensificatorului de infiltrare. Aluminiul poate să conțină elemente auxiliare de aliere, specificate mai sus, pentru a influența anumite proprietăți ale acestuia. De asemenea, elementele auxiliare de aliere pot să influențeze cantitatea minimă de magneziu necesară a fi prezentă în aliajul de aluminiu, care să conducă la infiltrarea spontană în condițiile de proces a materialului masei/preformei de umplutură. Pierderile de magneziu din sistemul spontan, în timpul procesului, datorită de exemplu, a volatilizării, nu trebuie să aibă loc într-o asemenea măsură, încât să nu mai existe în sistem cantitatea necesară de magneziu pentru formarea intensificatorului de infiltrare. Ca urmare, este indicat să se introducă în șarja de aluminiu o cantitate suficientă de elemente auxiliare de aliere, pentru asigurarea că infiltrarea spontană nu va fi afectată negativ de volatilizarea magne108339 ziului. Prezența magneziului, atât în metalul matricei-aliajul de aluminiu, cât și materialul masei/preformei de umplutură, poate să aibă ca rezultat reducerea cantității de magneziu necesare pentru realizarea infiltrării spontane.

Procentul de azot al atmosferei de infiltrare, influențează proporția de formare a corpului compozit cu matrice metalică. Dacă în atmosfera de infiltrare conținutul de azot este sub 10% în volume, se produce infiltrarea spontană într-o proporție foarte slabă sau nu se produce deloc. S-a stabilit că de preferință în atmosfera de infiltrare azotul trebuie să fie prezent în proporție de cel puțin 50%, aceasta conducând la un timp de infiltrare mai redus, și la grade mult mai mari de formare a compozitului cu matrice metalică, respectiv de infiltrare spontană. Atmosfera de infiltrare, poate să fie alimentată direct în materialul masei/ preformei de umplutură și/sau în metalul matricei sau poate să apară ca rezultat al descoperirii unui material, în condițiile de proces, introdus în sistem.

Conținutul minim de magneziu, care trebuie să fie prezent în sistem pentru ca metalul matricei să infiltreze spontan materialul masei/preformei de umplutură, depinde de o serie de factori de proces ca: temperatura de prelucrare, durata predeterminată a procesului, prezența în sistem a unor elemente auxiliare de aliere cum este siliciul sau respectiv zincul, natura materialului de umplutură, amplasarea magneziului în unul sau câteva din elementele ansamblului în care se desfășoară procesul de infiltrare spontană, conținutul de azot al atmosferei de infiltrare, și debitul de curgere al atmosferei de infiltrare. Pentru realizarea infiltrării spontane, predeterminate, pe măsură ce conținutul de magneziu existen t în sistemul spontan crește, se pot utiliza temperaturi de proces mai joase sau durate de timp mai reduse. De asemenea, la un conținut dat de magneziu, adăugarea în aliajul de aluminiu a unor elemente auxiliare de aliere cum este zincul, permite folosirea unor temperaturi de lucru mai reduse. De exemplu se poate opera cu un conținut de magneziu în aliajul de aluminiu, la limita inferioară, între 1 și 3% în greutate, în combinație cu cel puțin unul din următorii factori de proces: temepratura de proces la limita minimă prevăzută, concentrația ridicată de azot în atmosfera de infiltrare, prezența în aliajul de aluminiu a unuia sau a câtorva elemente auxiliare de aliere. Când nu se adaugă magneziu în materialul masei/ preformei de umplutură, sunt preferate aliaje de aluminiu cu un conținut de magneziu cuprins între 3 și 5%, pentru realizarea infiltrării spontane, datorită possibilitățilorde utilizare a acestor tipuri de aliaje în asociere cu o mare diversitate de condiții de proces, cel puțin 5% în greutate magneziu fiind preferate, atunci când procesul se desfășoară la temperaturi mai joase și în timpi mai reduși. Conținutul de magneziu în exces, de circa 10% în greutate, în aliajul de aluminiu, se poate utiliza, pentru a modera condițiile de temperatură, necesare pentru infiltrare spontană. Conținutul de magneziu poate să fie redus numai în combinație cu prezența unui element auxiliar de aliere în aliajul de aluminiu, dar aceste elemente servesc numai ca funcție auxiliară în sistemul spontan, ele putând să fie folosite numai în prezența în sistem cel puțin a cantității minime de magneziu, precizate mai sus. De exemplu, nu s-a produs infiltrarea aluminiului practic pur, aliat numai cu 10% siliciu, la 1000°C, într-un pat de carbură de siliciu 99% puritate, cu granulația de trecere prin sita cu 77,5 ochiuri/cm . în prezența magneziului, siliciul promovează procentul de infiltrare spontană. în plus trebuie precizat că procentul de magneziu necesar asigurării procesului de infiltrare spontană, în funcție dacă el este alimentat în exclusivitate în materialul masei/preformei de umplutură. Astfel s-a stabilit că infiltrarea spontană se produce cu un procent mai redus de magneziu, furnizat sistemului spontan, atunci când cel puțin o porțiune a cantității totale de magneziu este plasată în masa/preforma de umplutură permeabilă. De astfel, poate să fie de dorit ca această cantitate de magneziu să fie mai redusă, pentru a preveni formarea unor produse intermetalice nedorite în corpul compozit cu matrice metalică ce rezultă din proces. în cazul când materialul de umplutură este carbura de siliciu, s-a stabilit că atunci când aceasta este contactată cu aluminiul ca metal al matricei, în prezența atmosferei de infiltrare formate din azot pur, un conținut de magneziu de cel puțin 1 % în greutate, conduce la infiltrarea spontană masei/preformei de umplutură. în cazul când materialul de umplutură este alcătuit din alumină, cantitatea de magneziu necesară realizării infiltrării spontane, este ușor mai ridicată. Astfel în mod specific, s-a stabilit că, atunci când materialul de umplutură constituit din alumină, este adus în contact cu aluminiul topit, în aceleași condiții de temperatură și de atmosferă de infiltrare ca și în cazul carburii de siliciu, un conținut de magneziu de cel puțin 3% în greutate va fi necesar, pentru realizarea infiltrării spontane în proporția realizată la infiltrarea spontană a masei/preformei din carbură de siliciu, descrisă mai sus.

Procedeul, conform invenției, prevede de asemenea posibilitatea alimentării în sistemul spontan a intensificatorului de infiltrare și/sau a precursorului acestuia, pe o suprafață a aliaj ului de aluminiu și/sau pe o suprafață a masei/preformei de umplutură, și/sau în materialul masei/preformei de umplutură, înainte de infiltrarea metalului matricei-aliajul de aluminiu în respectiva masă/preformă de umplutură (adică este posibil ca intensificatorul de infiltrare sau precursorul acestuia să fie alimentat direct în sistem fără să fie aliat cu metalul matricei). Dacă magneziul este alimentat pe suprafața metalului matricei, este de preferat ca această suprafață să fie cea mai apropiată sau respectiv în contact cu masa/preforma de umplutură, sau viceversa, sau magne26 ziul respectiv poate să fie preamestecat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură. Este posibilă aplicarea unei anumite combinații, între alimentarea pe suprafață, alierea și plasarea magneziului în cel puțin o porțiune a masei/preformei de umplut ură, pentru realizarea infiltrării spontane. O asemenea combinație a posibilităților de aplicare în sistemul spontan a intensificatorului de infiltrare și/sau a precursorului acestuia, ar putea să conducă la scăderera în greutate a procentului total de magneziu necesar pentru promovarea infiltrării spontane a aluminiului în masa/preforma de umplutură, cât și la posibilitatea operării la temperaturi de proces mai reduse. Ca urmare și cantitatea de compuși intermetalici ce se poate forma datorită prezenței în sistem a magneziului poate să fie redusă.

Folosirea în sistemul spontan a unuia sau mai multor elemente auxiliare de aliere, și concentrația de azot a atmosferei de infiltrare influențează gradul de nitrurare a metalului matricei- aliajul de aluminiu la o temperatură dată. De exemplu, elementele auxiliare de aliere ca zincul sau fierul, incluse în aliajul de aluminiu sau plasate pe o suprafață a aliajului, pot să fie utilizate pentru a reduce temperatura de infiltrare și pentru a descrește posibilitatea formării nitrurii de aluminiu, în timp ce creșterea concentrației de azot din atmosfera de infiltrare, poate să promoveze formarea în matricea metalică a nitrurii de aluminiu.

Concentrația magneziului în aliajul de aluminiu și/sau plasat pe o suprafață a acestuia și/sau preamestecat cu materialul masei/preformei de umplutură, tinde să influențeze gradul de infiltrare spontană la o anumită temperatură, dată, în cazurile în care o cantitate redusă de magneziu sau nici o cantitate de magneziu nu este adusă în contact direct cu masa/preforma de umplutură, este de preferat ca cel puțin 30% în greutate magneziu să fie incluse în aliajul de aluminiu.

Conținuturi de magneziu mai mici, de 1%, pot să necesite temperaturi de proces mai ridicate, sau prezența unui element auxiliar de aliere, pentru realizarea infiltrării spontane. Temperaturile de proces, de infiltrare spontană în condițiile, conform invenției, pot să fie mai mici (1) în cazul în care conținutul de magneziu al aliajului de aluminiu crește la peste 5% în greutate, și/sau (2) în cazul când constituenții de aliere sunt preamestecați cu materialul masei/preformei de umplutură și/sau (3) în cazul în care un element aauxiliar de aliere- zinc sau fier, este prezent în compoziția aliajului de aluminiu. Temperatura de proces poate de asemenea să varieze în funcție de natura diferitelor materiale de umplutură în care are loc infiltrarea spontană. In general, infiltrarea spontană și progresivă se va produce la o temperatură de cel puțin 675°C și de preferință în intervalul cuprins între 750-800°C. Temperaturi ridicate, în general peste 1200°C, par să nu avantajeze procesul de infiltrare spontană, ca urmare domeniul util de temperaturi este cuprins între 675 și 1200°C. Ca regulă, temperatura de infiltrare spontană, trebuie să se situeze peste punctul de topire al metalului matricei, dar sub punctul de volatilizare a acestuia, cât și sub punctul de topire al materialului masei/preformei, în afară de cazul când în materialul de umplutură sunt prevăzute mijloace de suport care vor menține structura poroasă a materialului de umplutură în timpul infiltrării spontane. Un asemenea mijloc de suport ar putea să cuprindă o acoperire pe particulele de umplutură sau pe canale de trecere ale preformei sau constituenți ai masei de umplutură, care pot sa fie topiți la temperatura de proces. în această ultimă variantă, constituenții netopiți, ar putea să sprijine constituenții topiți și menține porozitatea adecvată pentru infiltrarea spontană a masei/preformei de umplutura. Trebuie precizat că pe măsură ce temperatura crește, tendința de formare a produsului de reacție între metalul matricei și atmosfera de infiltrare crește (în cazul aluminiului ca metal al matricei, și a atmosferei de infiltrare cu conținut de azot, se poate forma nitrură de aluminiu). Un asemenea produs al reacției de oxidare, ar putea sa fie dezirabil sau nu în structura compozitului în funcție, în funcție de domeniul de utilizare a acestuia. Pentru asigurarea atingerii temperaturii de regim, de regulă se folosește încălzirea cu rezistențe electrice, pentru atingerea temperaturii de infiltrare. Totuși și alte mijloace de încălzire se pot utiliza, care pot să topească metalul matricei-aliajul de aluminiu, care nu influențează negativ procesul conform invenției.

în cadrul procedeului, conform invenției, materialul masei/preformei de umplutură este adus în contact cu metalul topit al matricei- aliajul de aluminiu, în prezența unei atmosfere de infiltrare cu conținut de azot Gazul cu conținut de azot, poate să fie alimentat în sistem, prin menținerea unui flux continuu de gaz în contact cu cel puțin unul din elementele sistemului - materialul masei/preformei de umplutură și/sau metalul topit al matricei-aluminiul. Deși debitul de gaz cu conținut de azot nu este un parametru critic, se preferă ca acest debit să fie suficient pentru a compensa orice pierderi de azot din atmosferă, ca urmare a formării nitrurii de aluminiu în matricea de aluminiu, și de asemenea, pentru a se preveni sau inhiba posibile incursiuni de aer, care ar avea un efect oxidant asupra metalului topit în cadrul prrocedeului, conform invenției, în alcătuirea ansamblului pentru obținerea compozitului cu matrice metalică, se poate folosi o mare varietate de materiale de umplutură, și alegerea lor va depinde de asemenea factori de proces ca reactivitatea aliajului de aluminiu (metalul matricei) cu respectivul material de umplutură și proprietățile compozitului final. în cadrul procedeului, conform invenției, în care metalul matricei este aliajul de aluminiu, materialele de umplutură adecvate includ: a) oxizi, cum este alumina, b) carburi, cum este carbura de siliciu, c) boruri, cum este dodecaborura de aluminiu, d) nitruri, cum este nitrură de aluminiu. Dacă materialul de umplutură manifestă tendințe să reacționeze cu matricea metalică (aliminiu topit), aceasta poate să fie reglată prin reducerea duratei de infiltrare și a temperaturii de proces, sau prin prevederea unei acoperiri nereactive pe materialul de umplutură. Materialul de umplutură poate să cuprindă un substrat cum este carbonul sau un alt material neceramic, acoperit cu un strat ceramic, ce asigură protecția substratului de degradare sau atacul metalului topit Acoperirile ceramice adecvate includ oxizi, carburi, boruri și nitruri. Acoperirile și materialele ceramice preferate în cadrul prezentei invenții, sunt alumina și carbura de siliciu sub formă de particule, plăcuțe, peri și fibre. Fibrele pot să fie de formă discontinuă sub formă de striuri sau sub formă de filament continuu, cum sunt mănunchiurile multifilamentare. Trebuie precizat de asemenea, că materialul masei/preformei de umplutură, poate să fie omogen sau heterogen.

Din categoria materialelor enumerate de umplutură, s-a putut stabili că anumite tipuri, prezintă caracteristici de infiltrare îmbunătățite în comparație cu alte tipuri de aceeași compoziție chimică. De exemplu, corpurile de alumină, divizate, produse în condițiile descrise în brevetul US 4713360 (dezvoltarea prin creștere a produsului reacției de oxidare de la suprafața băii de aluminiu topit) prezintă proprietăți de infiltrare superioare în comparație cu alumina produsă în alte condiții cunoscute. De asemenea, corpurile de alumină divizate, cu structură compozită, realizate în condițiile descrise în brevetul RO 95823/prioritate US 819387-1986 (dezvoltare prin creștere a produsului reacției de oxidare cu structură policristalină și infiltrare concomitentă într-o masă permeabilă de alumină, cu care formează un produs interconectat tridimensional), prezintă de asemenea, proprietăți de infiltrare superioare, comparativ cu alumina realizată în alte condiții cunoscute. Folosind materiale de umplutură de aceste tipuri, infiltrarea completă a unei mase/preforme de umplutură, se poate realiza la tempreraturi mai joase și/sau în intervale de infiltrare mai scurte. Dimensiunea sau forma materialului de umplutură, pot fi oricare necesare, pentru obținerea proprietăților dorite în corpul compozit cu matrice metalică. Respectivul material poate să fie sub formă de particule, peri, plăcuțe sau fibre, din moment ce infiltrarea spontană nu este restrânsă de forma materialului de umplutură. Alte forme cum sunt sferele, tubule, pelete, îmbrăcăminte din fibre refractare sau altele, pot de asemenea, să fie utilizate. In plus, dimensiunea materialului de umplutură, nu limitează procesul de infiltrare spontană, deși pot să fie necesare o temperatură mai ridicată sau o perioadă de timp mai lungă pentru infiltrarea completă a masei/preformei de umplutură constituită din particiule mai mici.

După cum s-a precizat mai sus, obținerea compozitelor cu matrice metalică în condițiile, conform invenției, care nu este dependentă de folosirea presiunii pentru a forța metalul topit al matricei, să pătrundă în materialul masei/preformei de umplutură, permite producerea unor compozite cu matrice metalică cu structura practic uniformă, având proporție ridicată în volum de material de umplutură, și porozitate mică.

Fracțiuni în volume mai mari, se pot obține dacă masa de umplutură este compactată sau densificată, cu condiția însă ca respectiva masă să nu fie transformată într-un material compact cu porozitate celulară închisă sau într-o structură complet densă, care ar împiedica infiltrarea aliajului topit (adică o structură avînd o porozitate insuficientă pentru producerea infiltrării spontane).

Pentru infiltrarea spontană a alumi108339 niului în materialul masei/preformei de umplutură ceramică, umectarea umpluturii ceramice de aluminiul topit, poate să fie considerată o parte importantă a mecanismului de infiltrare. Ia temperaturi de proces mai joase, nitrurarea alumiului se produce într-o proporție redusă sau neglijabilă, rezultând o cantitate minimă de nitrură de aluminiu, sub forma unei faze discontinue dispersate în aluminiu. Pe măsură ce temperatura de proces se apropie de limita superioară a domeniului, nitrurarea aluminiului devine mai accentuată. Ca urmare, faza de nitrură de aluminiu, în matricea de aluminiu, poate să fie reglată prin varierea corespunzătoare a temperaturii de proces la care are loc infiltrarea. Pe de altă parte, temepratura specifică de proces la care nitrurarea aliminiului devine mai pronunțată, variază totodată cu o serie de factori de proces tipul aliajului de aluminiu folosit și proporția sa în raport cu volumul masei/preformei de umplutură, natura materialului de umplutură menționat și concentrația de azot din atmosfera de infiltrare. De exemplu, extinderea formării nitrurii de aluminiu la temperatură dată, a procesului se presupune că va crește pe măsura scăderii abilității aliajului de a umecta umplutura și a creșterii concentrației de azot din atmosfera de infiltrare.

Există posibilitatea, de asemenea, a reglării constituției matricei metalice în timpul formării compozitilui cu matrice metalică, pentru a i se conferi anumite caracteristici. De exemplu, pentru un sistem dat, condițiile de procedeu pot să fie selectate penlru reglarea formării de nitrură. Un compozit cu matrice metalică de aluminiu, conținând o fază de nitrură de aluminiu, prezintă anumite proprietăți care pot să fie favorabile produsului sau să îmbunătățească performanțele acestuia. Trebuie precizat că domeniul de temperatură pentru infiltrarea spontană poate să variaze în funcție de natura materialului ceramic ce constituie umplutura. în cazul aluminei ca material de umplutură, temperatura de infiltrare, de preferință, nu trebuie să depășească 1000°C, dacă se are în vedere obținerea unui compozit cu o matrice mai puțin ductilă și mai tare. Pentru infiltrarea aluminiului în carbura de siliciu, se poate opera la temperaturi mai mari de cca 1200°C, ca urmare a faptului că aluminiul se nitrurează într-o măsură mai mică în acest caz.

Procedeul, conform invenției, prevede de asemenea, posibilitatea folosirii unui rezervor de metal al matricei, pentru infiltrarea completă a materialului de umplutură și/sau pentru a furniza în sistem un al doilea metal sau aliaj de aluminiu cu o compoziție diferită față de prima sursă de metal al matricei. Astfel, deoarece prima sursă de metal al matricei este aluminiul, în mod teoretic oricare alt metal sau aliaj topit la temperatura de regim, poate să fie folosit ca metal rezervor. După cum se știe, metalele topite sunt misc-ibile între ele, ceea ce are ca rezultat amestecarea metalului din rezervor, cu prima sursă de metal al matricei, cu condiția să fie prevăzut un timp suficient pentru realizarea acestei amestecări. Ca urmare, prin utilizarea unui metal/aliaj în rezervor diferit ca compoziție față de prima sursă de metal al matricei-aliajul de aluminiu, este posibil să se regleze proprietățile matricei metalice pentru a corespunde diverselor cerințe opționale și implicit pentru obținerea caracteristicilor prestabilite ale compozitului final.

în cadrul prezentei invenții, se prevede de asemenea, posibilitatea folosirii unor mijloace adecvate de barieră. în mod caracteristic, mijlocul de barieră, este un mijloc adecvat care interferă, inhibă, previne sau oprește migrația sau deplasarea metalului topit al matriceialiajul de aluminiu, peste limitat suprafeței definite al materialului masei/preformei de umplutură. Respectivul mijloc de barieră poate să fie un material, element, compus sau compoziție care în condițiile de proces ale prezentei invenții, integritate, nu este volatil și de preferință este permeabil față de atmosfera de infiltrare, folosită în cadrul procedeului, fiind totodată capabil să inhibe local, să oprească, să interfere sau să prevină continuarea infiltrării metalului topit al matricei, peste limita prestabilită a umpluturii ceramice. Mijloacele de bariera menționate includ materiale neumectabile de metalul topit al matricei, migrator în condițiile de proces. O asemenea barieră trebuie să prezinte o afinitate redusă, sau să nu prezinte deloc față de metalul topit la matricei. Folosirea mijloacelor de barieră respective, reduce operațiile de rectificare finală a corpului compozit cu matrice metalică. După cum s-a precizau bariera de preferință trebuie să fie permeabilă, poroasă sau permeabilizată prin practicarea de orificii pentru a permite accesul atmosferei de infiltrare spre contactul cu metalul topit al matricei.

Bariere adecvate, care se folosesc atunci când metalul topit al matricei este un aliaj de aluminiu, sunt cele care conțin carbon și mai ales grafit Grafitul este neumectabil de aluminiul topit condițiile procedeului conform invenției. Se preferă ca mijloc de barieră grafitul sub formă de bandă flexibilă, comercializat sub denumirea de GRAFOIL. Această bandă de grafit prezintă caracteristici de izolare care previn migrarea aluminiului topit peste limita de suprafață, definită a materialului de umplutură. Această bandă de grafit este, de asemenea, rezistentă la căldură și inertă din punct de vedere chimic. Banda de grafit descrisă este flexibilă, compatibilă, conformabilă și rezilientă. Ea poate să fie fasonată într-o mare varietate de forme pentru a se adapta oricărei aplicații ca material de barieră. Trebuie precizat totodată ca barierele de grafit se pot aplica sub formă de șlam, pastă sau film de vopsea în jurul sau pe limita materialului masei/preformei de umplutură. Banda de tip GRAFOIL este preferată deoarece se prezintă sub forma unei foi flexibile de grafit care se poate forma pur și simplu în jurul materialului masei/preformei de umplutură. Alte tipuri de barieră utilizate, când metalul matricei este aluminiul, sunt borurile metalelor de tranziție (de exemplu, diborura de titan), care sunt de regulă neumectabile de aliajul de aluminiu topit în condițiile procedeului conform invenției. Cu un material de barieră de acest tip, temperatura de proces nu trebuie să depășească 875°C, întrucât peste această temperatură, acest tip de material de barieră devine mai puțin eficient, și se va produce infiltrarea barierei la temperaturi ridicate. Borurile metalelor de tranziție se prezintă de obicei sub formă de particule de 1-30 μ. Materialele de barieră pot să fie aplicate sub forma de șlam sau pastă pe limitele masei de umplutură permeabilă profilate într-o preformă, de preferință.

Alte materiale de barieră care se pot utiliza în asociere cu aluminiu ca metal al matricei și cu atmosfera de infiltrare cu conținut de azot sunt compuși organici slab volatili aplicabili sub forma unui film sau strat pe suprafața exterioară a masei/preformei de umplutură. Prin ardere în atmosferă de azot mai ales, în condițiile procedeului conform invenției, compusul organic se descompune, generând un film de carbon sub forma de negru de fum. Compușii organici menționați, pot să fie aplicați cu mijloace convenționale ca vopsire, pulverizare, imersare etc. în plus, materialele de umplutură sub formă de particule fine, pot să funcționeze ca mijloace de barieră, atât timp cât infiltrarea materialului de umplutură fin divizat se produce într-un ritm mai lent decât a celui macroparticulat

Ca urmare, un mijloc de barieră, din categoria celor descrise mai sus, poate să fie aplicat prin mijloace adecvate, pentru a realiza acoperirea limitei de suprafață definită de stratul de barieră menționat Un astfel de strat de barieră poate să fie realizat prin vopsire, imersiune, depunere în vid, sitografiere, evaporare sau prin aplicarea barierei sub porare sau prin aplicarea barierei sub formă de lichid, de șlam sau de pastă, prin pulverizare sau prin simpla depunere a statului de mijloc de barieră sub formă de particule solide, de film sau de folie subțire, pe suprafața limită definită, în sensul precizat mai sus. Prin aplicarea mijlocului de barieră menționat, infiltrarea spontană se termină practic în momentul în care matricea metalică infiltrată, atinge limita menționată §i contactează mijlocul de barieră.

Procedeul, conform invenției, asigură condițiile prin care un compozit cu matrice metalică, profilat, poate să fie atașat la cel puțin un al doilea corp. Acest al doilea corp să includă: un corp ceramic, un corp compozit cu matrice ceramica, (adică o matrice ceramică ce înglobează un material dc umplutură), un corp metalic, un corp compozit cu matrice metalică și/sau orice combinație a acestor materiale. Produsul final realizat, conform invenției, este un macrocompozit, care cuprinde cel puțin un compozit cu matrice metalică, rezultat prin infiltrarea spontană a unei mase/preforme de umplutură, în condițiile precizate mai sus, legat sau atașat prin integrare la cel puțin un format din materialele menționate mai sus. Astfel macrocompozitul finit, conform invenției, poate să cuprindă un număr teoretic nelimitat de permutări și combinații de compozite cu matrice metalice, legate pe una su mai multe suprafețe la cel puțin un corp format din cel puțin unul din materialele specificate mai sus.

Așa cum se prezintă în exemplele 2, 3 și 5, ce vor fi prezentate în cele ce vor urma, procedeul conform invenției permite formarea de macrocompozite multistrat^ printr-o singură infiltrare spontană. In mod specific, metalul topit al matricei (aliajul de aluminiu) poate să fie infiltrat spontan într-o masă/preformă de umplutură permeabilă care este în contact cu un al doilea corp, ca de exemplu, un corp ceramic. în procesul de infiltrare prin materialul masei/preformei de umplutură spre interfața dintre masa/pre36 forma de umplutură și cel de al doilea corp, metalul topit al matricei, fie singur, fie în combinație cu materialul de umplutură, interacționează cu materialul celui de al doilea corp, într-un mod care să asigure legarea sau atașarea prin integrare a corpului compozit cu matrice metalică, la cel de al doilea corp, după răcirea sistemului. Ca urmare, în condițiile descrise în exemplele 2, 3 și 5, un număr nelimitat de corpuri secundare sau adiționale poate să fie plasat în/sau în jurul unei mase/preforme de umplutură, la interfața dintre materialul masei/preformei de umplutură și cel de al doilea corp, pentru a se produce legarea sau atașarea prin integrare a compozitului cu matricea metalică, rezultat prin infiltrare spontană în condițiile de proces, cu celelalte corpuri la răcirea sistemului, la o temperatură sub punctul de topire al metalului matricei, cât și sub punctul de topire al materialelor celorlalte corpuri, ale sistemului. în plus, pe lângă formarea unei legături strânse sau integrări între corpul compozit cu matrice metalică, și cel de al doilea corp sau corpuri adiționale, procedeul conform invenției, prevede ca respectivele corpuri secundare (adiționale) sa poată să fie plasate în poziții de compresare de către corpul compozit cu matrice metalică rezultat din proces. în mod alternativ, ansamblul poate să fie astfel realizat, încât coipul compozit cu matrice metalică rezultat din proces să fie compresat de coipul sau corpurile adiționale. Ca urmare corpul compozit cu matrice metalica, poate cel puțin parțial să preseze cel de al doilea corp, dacă coeficientul dc expansiune termică al compozitului, este mai mare decât coeficientul de expansiune termică al corpului sau corpurilor secundare sau adiționale, ce alcătuiesc ansamblul. în acest, caz, compozitul cu matrice metalică va menține în stare de comprimare macrocompozitul rezultat după răcire sub temperatura de infiltrare, în mod alternativ, corpul compozit cu matrice metalică ar putea să fie format sau corp adițional, având un coeficient de dilatare termică, mai mare decât al corpului compozit cu matrice metalică. Iu aceste condiții, prin răcire, porțiunea de compozit cu matrice metalică, din interiorul celui de al doilea corp adițional va fi în stare de comprimare, în structura macrocompozitului rezultat

Procedeul, conform invenției, poate să fie adptat, pentru a produce un șir continuu de macrocompozite, având teoretic lungime nelimitată. Procedeul conform invenției, poate să fie adaptai unui flux continuu de fabricație, în care cantitățile prestabilite de materii prime sunt trecute printr-un cuptor, în care metalul matricei este încălzit la o temperatură superioară punctului său de topire, pentru realizarea infiltrării spontane în materialul masei/preformei de umplutură, și în continuare pe măsura răcirii materialului de umplutură infiltrat (prin extragere din cuptor), metalul matricei se solidifică, rezultând corpul compozit cu matrice metalică. Prin utilizarea acestui proces continuu, corpul compozit cu matrice metalică ar putea să fie legat de un al doilea corp compozit cu matrice metalică, legat la rândul său de un al doilea material și așa mai departe. Metalul matricei (aliajul de aluminiu) ar putea să fie fumizaat in situ sau în mod continuu în cuptorul menționat, printr-un al doilea flux asigurat, de exemplu, dintr-un rezervor de metal al matricei. în plus, un strat de material de barieră, de exemplu, bandă de grafit GRAFOIL (descrisă mai sus), ar putea să fie interpus între segmenții prestabiliți ai lanțului de macrocompozite, finalizând lanțul respectiv la stratul de barieră.

Atașarea integrală sau legarea compozitului cu matricea metalică, de cel de al doilea corp, poate să fie stimula tă prin folosirea unor tehnici metalice de legare. Astfel, suprafețele compozitului cu matrice metalică și/sau ale celui de al doilea corp pot să aibă crestături, găuri, fante, sau orice alte neregularități, care se conjugă cu alte forme inverse de pe suprafața corpului la care urmează să se facă legături. Neregularitățile conjugate respective, pot să creeze o legătură mecanică, pe lângă legătura chimică ce se poate produce între compozitul cu matrice metalică și cel de al doilea corp. Combinarea acestor mecanisme de legare și atașare, pot să producă între respectivele corpuri, o legătură mult mai strânsă decât fiecare mecanism luat separat.

în cele ce urmează, se prezintă șase exemple concrete de realizare a invenției (făcându-se referire și la fig. 1...13, prezentate anterior).

Exemplul 1. în acest exemplu se demonstrează posibilitatea folosirii infiltrării spontane, a metalului topit al matricei, între preformă profilată, pentru obținerea unui corp compozit cu matrice metalică atașat integral sau legat la o piesă solidă din metalul matricei. Pe fig. 1, se poate vedea un lingou 2 de metal al matricei, măsurând 50,8 x 50,8 x 12,7 mm constituit din 5% Si, 5% Mg și Al rest, plasat pe suprafața superioară a unei preforme4, având aproximativ aceleași dimensiuni 50,8x50,8x12,7 mm. Preformă 4 a fost constituită din alumină calcinată, liată cu un clei uzual adăugat în proporție de 10% în greutate. în acest amestec se adaugă suficientă apă, pentru obținerea unui nămol, care se amestecă bine și se toarnă într-o formă de cauciuc. Forma de cauciuc și conținutul acesteia se plasează într-un congelator și se menține până la înghețarea completă, după care preformă se extrage din forma de cauciuc și se lasă să se usuce. Ansamblul alcătuit din preformă 4 și lingoul 2 se introduc într-un vas 6 din alumină refractară pe un strat 8 de diborură de titan cu grosimea de 12,7 mm. Se adaugă apoi o cantitate suplimentară de diborură de titan, în vasul 6, până când suprafața superioară a stratului 8, este aproximativ la același nivel cu suprafața superioară a lingoului 2. Vasul 6 și conținutul acestuia se introduc într-un cuptor cu vacuum, încălzit cu rezistență electrică, menținut la temperatura camerei. în final se creează un vid de lxlO'⁴ torr, care se menține până ce temperatura crește la 200°C. La această temperatură se menține timp de cca 2 h, după care se introduce 5 un gaz de formare (aproximativ 96% azot și 4% hidrogen în volume), cu un debit de circulație prin cuptor de aproximativ 1000 cnT/min. Temperatura cuptorului se ridică apoi în aproximativ 10 h la 10 875°C, se menține la acest nivel 15 h și în final se aduce la temperatura camerei în circa 5 h. La atingerea nivelului temperaturii camerei, ansamblul este scos din cuptor și desfăcut Se recuperează 15 un compozit cu matrice metalică constituit din alumină infiltrată de aluminiu având profilul preformei 4. După cum se poate vedea pe fig. 2, compozitul 10, este legat integral de metalu 1 matricei în exces 20

12. Astfel, în acest exemplu s-a demonstrat posibilitatea folosirii procesului de infiltrare spontană pentru obținerea unui macrocompozit constituit dintr-un corp compozit cu matrice metalică, rezultat 25 în proces, legat integral de un corp format din excesul de metal al matricei, neconsumat în procesul de infiltrare spontană.

Exemplul 2. în acest exemplu se ilustrează posibilitatea infiltrării sponta- 30 ne a unui pat de material de umplutură, cu metalul matricei, pentru obținerea unui macrocompozit un corp din metal al matricei, atașat integral sau legat de un compozit cu matrice metalică, legat 35 la rândul său integral sau parțial de un corp ceramic.

După cum se poate vedea pe fig. 3, patru lingouri de metal al matricei 14, având următoarele dimensiuni fiecare - 40

50,8x25,4x12,7 mm -, constituite din 3% Si, 3% Mg și Al rest, se plasează deasupra unui pat de alumină 16, cu granulația de trecere printr-o sită cu 14 ochiuri/cm , conținut într-un vas 18, din alumină 45 refractară. în cadrul ansamblului, lingourile 14 sunt suprapuse două câte două și adiacente între ele. Ansamblul cuprinzând vasul 18 și conținutul acestuia se introduce într-un cuptor tubular prin 50 care circulă un gaz de formare -96% azot și 4% hidrogen, în volume- cu un debit de 300 cm/min, temperatura cuptorului se ridică în circa 10 h la 1100°C, nivel la care se menține timp de 10 h, după care se coboară la temperatura camerei în timp de circa 6 h. După atingerea temperaturii camerei, ansamblul este scos din cuptor și desfăcut Se recuperează un corp compozit cu matrice metalică format din alumina cu granul^ia de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm , infiltrată cu aluminiu. Corpul compozit cu matrice metalică, este atașat atât de vasul refractar 18, cât și de un corp metalic, constituit din metalul matricei 14 în exces. Pe fig. 4, se poate vedea microfotografia interfeței 20 a vasului de alumină refractară 22 și a compozitului cu matrice metalică 24. Se poate constata existența unei legături bune la interfața 20, dintre compozitul cu matrice metalică 24 și vasul refractar 22. Deși nu este ilustrat pe fig. 4, există de asemenea o legătură strânsă la interfața dintre metalul matricei 14, în exces, și compozitul cu matrice metalică 24. Această legătură este evidențiată de faptul că metalul matricei în exces nu a putut să fie eliminat fără prelucrare ulterioară. Pe fig. 5, este prezentată microfotografia microstructurii compozitului cu matrice metalică, cu un grad ridicat de mărire. Astfel se constată apariția unor cantități ridicate de nitrură de aluminiu 26, sub forma unor pete de culoare gri închis, în matricea metalică-aluminiu, 28, de culoare gri deschis, iar alumina cu granulația de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm², apare sub forma unor particule 30, de culoare închisă. Astfel este ilustrată posibilitatea reglării microstructurii compozitului cu matrice metalică, pentru ca aceasta să conțină și produse de reacție între metalul matrice infiltrant (aluminiu) și atmosfera de infiltrare. Ca urmare în acest exemplu se demonstrează posibilitatea utilizării infiltrării spontane, pentru obținerea unui macrocompozit, ce cuprinde metalul matricei în exces, atașat integral sau legat de un corp compozit cu matrice metalică, legat sau atașat la rândul său la un corp ceramic.

Exemplul 3. In acest exemplu se prezintă posibilitatea obținerii unui macrocompozit, ce cuprinde un corp de metal al matricei în exces atașat integral sau legat de un compozit cu matrice metalică, atașat sau legat la rândul său de un corp ceramic.

După cum rezultă din fig. 6, se plasează o placă de alumină 32 având dimensiunile 76,2X101,6X12,7 mm, întrun vas refractar din alumină refractară 34 deasupra unui strat de alumină calcinată 38, cu granulația de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm , cu o grosime de aproximativ 12,7 mm. Se adaugă apoi o cantitate suplimentară de alumină calcinată, până la acoperirea plăcii 32 cu un strat de aproximativ 25,4 mm grosime. Se plasează în continuare două bare metalice 36, constituite dintr-un aliaj de aluminiu cu conținut de 5% Si, 3% Mg, 6% Zn, și în rest Al. Fiecare bară 36 avea aproximativ următoarele dimensiuni 114,3X50,8X12,7 mm și ele în cadrul ansamblului erau plasate suprapus. S-a completat în continuare în vasul 34, masa de alumină 38, până când suprafața exterioară a acesteia a ajuns la nivelul suprafeței superioare a barelor metalice

36. Ansamblul constituit din vasul refractar 34 și conținutul acestuia, s-a introdus într-un cuptor tubular, încălzit cu rezistență electrică, și în care se alimentează continuu, cu un debit de cca 350 cm'/min, un flux de gaz cu conținut în volume de 96% azot și 4% hidrogen. Temperatura cuptorului a fost ridicată de la cea ambiantă la 1000°C, într-un interval de timp de 12h, menținută la acest nivel timp de 18 h, apoi coborâtă la temperatura camerei în 5 h. După atingerea temperaturii camerei, ansamblul se extrage din cuptor și se desface. Pe fig. 7, se poate vedea fotografia secțiunii transversale a unui macrocompozit 40 rezultat din proces, în mod specific, un corp de metal al matricei în exces 42, este atașat de corpul compozit cu matrice metalică 44, constituit din alumină cu granulație de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm² infiltrată de aliajul de aluminiu descris, care la rândul său este legat de o placă ceramică

46. Se demonstrează deci posibilitatea formării macrocompozitelor multistrat, cuprinzând un compozit cu matrice metalică legat pe fețele sale opuse la un corp metalic, format din metalul matricei în exces și respectiv la un corp ceramic. Acest macrocompozit polietajat este realizat într-o singură fază de infiltrare spontană, în condițiile conform invenției.

Exemplul 4. în acest exemplu se demonstrează posibilitatea formării unui corp compozit cu matrice metalică, atașat integral la un corp de metal al matricei. După cum se poate vedea pe fig. 8, o cutie 48, având dimensiunile aproximative de 165,7X165,7X63,5 mm, formată dintr-un strat dublu de bandă de grafit cu o grosime de 0,0006 mm, de tip CrRAFOIL^(R< s-a realizat prin suprapunerea unor secțiuni de dimensiuni adecvate din banda de grafit și izolarea marginilor cu un nămol obținut prin amestecarea pulberii de grafit și silice coioidală, într-un raport în greutate de 1/3. Se introduce în această cutie 48, un strat de material de umplutură 50 constituit din alumină nemăcinată, în grosime de 31,75 mm. Deasupra stratului de alumină 50, se plasează o bară metalică 52, având dimensiunile 165,7x165,7x25,4 mm, constituită dintr-un aliaj de aluminiu, cu conținut de 5% Si, 5% Mg, 5% Zn și în rest Al. în continuare, cutia de grafit 48 și conținutul acesteia, se introduc într-un vas refractar 54, din grafit, și se plasează pe un strat 56 de alumină cu granulația de trecere prin sita cu 14 ochiuri/cm , cu grosimea de circa 25,4 mm, conținut în vasul 54, după care se adaugă în vasul 54, o cantitate suplimentară de alumină mai grobă, cu granulația de trecere prin sita cu 3,72 ochiuri/cm², până ce suprafața patului 56, ajunge cu puțin mai jos față de partea superioară a cutiei de grafit 48. Ansamblul constituit din vasul refractar 54 și conținutul acestuia se plasează într-un cuptor cu vacuum, încălzit cu rezistență electrică în atmosferă controlată și menținut la temperatura camerei In cuptor se creează un vid Înaintat de lxlO'⁴ torr și temperatura se ridică la circa 200°C, în aproximativ 45 min. Temperatura la acest nivel se menține aproximativ 2 h, în condiții de vacuum, înainte de umplere în contracurent a cuptorului cu azot la presiunea de aproximativ o atmosferă. Se stabilește un debit de curgere a atmosferei de azot, în cuptor de 1,51/min și temperatura cuptorului se ridică în decurs de 5 h la circa 865°C, se menține la acest nivel timp de 24 h și în final se reduce la temperatura ambiantă în circa 3 h După atingerea temperaturii ambiante, ansamblul este scos din cuptor și desfăcut Fotografia din fig. 9, ilustrează o secțiune transversală a macrocompozitului extras din ansamblul descris. Macrocompozitul, cuprinde un compozit cu matrice metalică 58, constituit din alumină nemăcinată, infiltrată în aliajul de aluminiu, atașat integral de un corp metalic 60, format din excesul de metal al matricei 52, neconsumat prin infiltrare.

Exemplul 5. în acest exemplu se demonstrează posibilitatea producerii unui macrocompozit, cuprinzând un corp de metal al matricei în exces atașat sau legat de un corp ceramic. în mod specific corpul ceramic și corpul metalic, sunt atașate integral sau legate de un corp compozit cu matrice metalică, ce cuprinde o structură ceramică interconectată tridimensional, înglobată într- o matrice metalică. După cum se poate vedea pe fig. 10, un fiîtru ceramic 62, având dimensiunile 25,4x38,1x12,7 mm, constituit din 99,5% oxid^de aluminiu pur având circa 7 pori/cm, se plasează pe fundul unui vas de alumină 64, și pe suprafața superioară a filtrului 62, se plasează un lingou de metal al matricei 66, constituit dintr-un aliaj de aluminiu, cu conținut de 5% Si, 6% Zn și 10% Mg. Vasul 64 este constituit din alumină 99,7% puritate, are dimensiunile de 100 mm lungime, 45 mm lățime, 19 mm înălțime și grosimea bazei de 3 mm. Ansamblul format din vasul 64 și conținutul acestuia se plasează într-un cuptor tubular la temperatura camerei. După închiderea ușii cuptorului, s-a alimentat un gaz de formare (96% azot și 4% hidrogen în volume) cu un debit de 250 cin/min. Temperatura cuptorului s-a ridicat cu un gradient de 150°C/h, la 775°C, nivel la care s-a menținut timp de 7 h și apoi s-a redus cu un gradient de 200°C, la temperatura camerei. După scoaterea ansamblului din cuptor, se recuperează macrocompozitul din ansamblul respectiv. Stratul de compozit cu matrice metalică, din cadrul macrocompozitului, se secționează și se realizează o fotomicrografie a microstructurii, reprezentată, pe fig. 11. Astfel se poate vedea că se obține o infiltrare eficientă a metalului matricei 68 în porozitatea filtrului ceramic 70. în plus așa cum se indică cu liniile 72, din fig. 11, infiltrarea metalului matricei este atât de completă încât ea include și porozitatea componentei aluminice a filtrului 70. Pe fig. 11, se poate vedea, de asemenea, interfața 75 dintre fundul vasului din alumină 76 și compozitul cu matrice metalică 78. în plus, deși nu se ilustrează în fotografie, metalul matricei în exces, formează un corp metalic integral atașat sau legat la capătul compozitului cu matrice metalică, opus piesei ceramice, adică opus fundului vasului din alumină.

Exemplul 6. Acest exemplu demonstrează posibilitatea infiltrării spontane a unei serii de preforme într-o singură fază, pentru obținerea unui macrocompozit cuprinzând două compozite legate îa fețele, opuse ale unui strat subțire de metal al matricei. Astfel două preforme, fiecare având dimensiunile aproximative de 177,8x177,8x12,7 mm, se toarnă prin sedimentare dintr-un amestec de alumină cu granulația de trecere prin sita cu 34,10 ochiuri/cm^z și alumină coloidală, întrun raport în greutate 30/70. După uscarea un raport în greutate 30/70. După uscarea și întărirea preformelor, pe suprafața fiecăreia dintre ele se vopsește un strat cu grosimea de 0,4 mm de pastă de alumină coloidală. Cele două suprafețe vopsite, se aduc apoi în contact, astfel încât alumina coloidală să fie cuprinsă ca într-un sandwich, între cele două preforme. După cum este ilustrat pe fig. 12, ansamblul de preforme 80, incluzând stratul intermediar de alumină coloidală 81, se introduce într-un vas refractar 82, pe un pat de diborură de titan 86, de aproximativ 12,7 mm grosime. Deasupra preformelor 80, se plasează un lingou de metal al matricei 84, având dimensiunile 177,8x177,8x12,7 mm și fiind constituit dintr-un aliaj de aluminiu, cu conținut de 5% Si, 7% Mg, 2% Cu și Al rest. în vasul refractar 82, se adaugă apoi o cantitate suplimentară de diborură de titan, până ce suprafața superioară a patului 86, ajunge la aproximativ același nivel cu suprafața superioară a lingoului 84 de metal al matricei. Ansamblul constând din vasul refractar 82 și conținutul acestuia, se plasează apoi într-un cuptor cu vacuum încălzit cu rezistență electrică, în atmosferă controlată, menținut la temperatura ambiantă. Se realizează apo| un vacuum avansat (aproximativ 1x10 ^qtorr) în cuptor și temperatura acestuia se ridică la aproximativ 200°C, în circa 45 min. Temperatura cuptorului se menține la circa 200°C, în condiții de vacuum timp de aproximativ 2 h. După aceasta în cuptor se introduce un gaz cu conținut de azot de aproximativ o atmosferă și temperatura se ridică la circa 865°C, in aproximativ 5 h, se menține la acest nivel 18 h, după care este coborâtă la temperatura camerei în circa 5 h. în continuare ansamblul este scos din cuptor și desfăcut Fotografia secțiunii transversale a macrocompozitului recuperat din ansamblu, este prezentată pe fig. 13. Se poate vedea un strat de metal al matricei 88, amplasat ca un sandwich între două compozite cu matrice metalică 90, cuprinzând alumina cu granulație de trecere prin sita cu 34,10 ochiuri/cm‘5 înglobat în metalul matricei - aliajul de aluminiu. Stratul de metal al matricei 88, este atașat integral sau legat la fiecare compozit cu matrice metalică 90, formând astfel un macrocompozit Acest exemplu demonstrează deci, posibilitatea formării dintr-o singură infiltrare a unui macrocompozit, cuprinzând două compozite cu matrice metalică, atașate integral sau legate de un strat subțire de metal al matricei, neconsumat în procesul de infiltrare spontană.

în cele ce urmează, se prezintă semnificația noțiunilor folosite în descriere și în revendicări.

- Aluminiu - se referă la un metal pur (aluminiu nealiat) sau la aliaje disponibile comercial, având ca impurități și/sau elemente de aliere Fe, Si, Cu, Mg, Mn, Cr, Zn, Ca, Sr etc. Un aliaj de aluminiu, conform acestei definiții, este un aliaj sau un compus intermetalic, în care aluminiul este constituentul major.

- Gaz neoxidant rest - se referă la orice gaz prezent ca adaos la gazul primar ce constituie atmosfera de infiltrare și care trebuie să fie un gaz inert sau reducător, nereactiv cu metalul matricei în condițiile de proces. Orice gaz oxidant care ar putea să fie prezent ca impuritate în gazul/gazele ce constituie atmosfera de infiltrare, trebuie să fie insuficientă pentru a oxida metalul matricei în condițiile de proces.

- Barieră sau mijloc de barieră - se referă la orice mijloc adecvat care interfera, inhibă, previne sau termină migrația sau deplasarea metalului topit al matricei, dincolo de limita suprafeței masei/preformei de umplutură, respectiva limită fiind definită de mijloacele de barieră. Mijloacele de barieră adecvate pot să fie constituite din orice material, compus, element, compoziție etc., care în condițiile de proces mențin o anumită integritate și nu sunt volatile (adică nu se volatilizează într-o asemenea măsură, încât să nu mai poată îndeplini rolul de barieră). în plus un mijloc de barieră umectabile de metalul topit care se deplasează în condițiile de proces. Un material de barieră de tipul celui descris prezintă o afinitate mică sau nu prezintă deloc afinitate față de metalul topit al matricei, iar deplasarea acestuia peste li mita suprafeței definite a masei/preformei de umplutură, este prevenită sau inhibată de mijlocul de barieră. Folosirea mijloacelor de barieră reduce volumul operațiilor de finisare finală, ele definind cel puțin o porțiune a suprafeței compozitului cu matrice metalică, rezultat din proces. Bariera trebuie să fie poroasă, permeabilă sau permeabilizată prin găurile, pentru a permite contactul atmosferei de infiltrare cu metalul topit al matricei.

- Carcasa sau carcasa de metal al matricei se referă la un corp rezidual de metal al matricei, care nu a fost consumat în timpul formării corpului compozit cu matrice metalică și care după răcire, rămâne în contact cel puțin parțial cu corpul compozit cu matrice metalică, rezultat în proces. De menționat că respectiva carcasă, poate să includă un al doilea metal sau un metal străin.

- Exces de metal al matricei sau metal matrice rezidual - se referă la o cantitate sau volum de metal al matricei, care rămâne după realizarea infiltrării spontane într-o anumită proporție, a metalului matricei în masa/preforma de umplutură și care este legată intim de compozitul cu matrice metalică, rezultat din proces. Excesul de metal al matricei sau metalul matricei rezidual, poate să aibă aceeași compoziție, sau o compoziție diferită, față de metalul matricei care a infiltrat spontan masa/preforma de umplutură permeabilă.

- Umplutură - include fie constituenți ca atare, fie amestecuri de constituenți, care în esență sunt nereactivi și/sau au o solubilitate limitată în metalul matricei, putând să fie mono- sau multifazici. Umpluturile se pot prezenta într-o mare varietate de forme, cum sunt: pulberile, fulgii, plăcuțele, microsferele, perii, bule etc., dense sau poroase. Um- plutura poate, de asemenea, să cuprindă materiale ceramice ca: alumina și carbura de siliciu, sub formă de fibre, fibre striate, particule, peri, bule, sfere, pâsle fibroase și umpluturi neceramice, cu acoperiri ceramice, cum sunt fibrele de carbon, acoperite cu alumină sau carbură de siliciu, pentru a proteja carbonul de atacul aluminiului topit Umpluturile pot să includă și metale.

- Atmosfera de infiltrare - se referă la faptul că atmosfera prezentă în sistem interacționează cu metalul matricei și/ sau cu masa/preforma de umplutură și/ sau cu precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau cu intensificatorul de infiltrare respectiv, și asigură sau intensifică infiltrarea spontană a metalului matricei.

- Intensificator de infiltrare - se referă la un material care promovează sau intensifică infiltrarea spontană a metalului matricei în stare topită, într-o masă/preformă de umplutură. Un intensificator de infiltrare, poate să fie rezultat, prin reacția unui precursor a acestuia cu atmosfera de infiltrare pentru a forma (1) un compus gazos și/sau (2) un produs de reacție al precursorului menționat cu atmosfera de infiltrare și/sau (3) un produs de reacție al precursorului respectiv și materialul masei/preformei de umplutură. In plus, intensificatorul de infiltrare, poate să fie introdus direct în materialul de umplutură și/sau în metalul matricei și/sau în atmosfera de infiltrare §i acționează în sistem în mod similar cu intensificatorul de infiltrare rezultat în proces în condițiile precizate mai înainte. Cel puțin în timpul infiltrării spontane, intensificatorul de infiltrare trebuie să fie plasat în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură, pentru realizarea infiltrării spontane.

- Precursor al intensificatorului de infiltrare sau precursor intensificator de infiltrare - se referă la un material care folosit în combinație cu metalul matricei, masa/preforma de umplutură și/sau at108339 mosfera de infiltrare, generează un intensificator de infiltrare, care determină sau stimulează infiltrarea spontană a metalului topit al matricei în materialul masei/preformei de umplutură. Poate să fie necesar ca precursorul menționat să fie plasat, poziționat sau transportabil într-o locație care să-i permită să interacționeze cu atmosfera de infiltrare și/sau materialul masei/preformei de umplutură și/sau metalul matricei. De exemplu, în anumite cazuri de sisteme spontane - metal al matricei/precursor al intensificatorului de infiltrare/atmosfera de infiltrare - este de dorit ca precursorul menționat să se volatilizeze la, aproape de, sau chiar la puțin peste temperatura de topire a metalului matricei. O asemenea volatilizare poate să conducă la: (1) o reacție a precursorului intensificator de infiltrare cu atmosfera de infiltrare pentru a forma compuși gazoși care să stimuleze umectarea materialului de umplutură de metalul matricei; și/sau (2) o reacție a precursorului intensificator de infiltrare cu atmosfera de infiltrare pentru a forma un intensificator de infiltrare solid, lichid sau gazos, cel puțin într-o porțiune a materialului de umplutură preformat sau nu, care stimulează umectarea; și/sau (3) o reacție a precursorului respectiv în materialul masei/preformei de umplutură, pentru formarea unui intensificator de infiltrare solid, lichid sau gazos, în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură, ceea ce stimulează umectarea.

- Macrocompozit - se referă la orice combinație de două sau mai multe materiale, în orice configurație, care sunt legate intim între ele, de exemplu, printro reacție chimică și/sau o comprimare sau o îmbinare prin contracție, în care cel puțin unul dintre materiale cuprinde un compozit cu matrice metalică format prin infiltrarea spontană a metalului topit al matricei, într-o masă/preformă de umplutură, sau un corp finit ceramic sau respectiv un metal conținând cel puțin o anumită porozitate. Compozitul cu matrice metalică, poate să fie prezent ca o suprafață exterioară și/sau interioară. De notat că ordinea, numărul și/sau locația unui sau unor corpuri compozite cu matrice metalică față de metalul matricei rezidual și/sau corpurile secundare pot să fie controlate într-un mod nelimitat.

- Metal al matricei sau aliaj de metal al matricei - se referă la metalul care este utilizat pentru a forma un compozit cu matrice metalică (înainte de infiltrare) și/sau metalul care este amestecat cu materialul de umplutură, după infiltrare, pentru a forma un corp compozit cu matrice metalică. Atunci când se menționează un metal specific drept metal al matricei, respectivul metal este în esență pur, disponibil în comerț, având impurități și/sau constituenți de aliere, un compus intermetalic sau un aliaj în care acel metal este constituentul major.

- Sistemul metal al matricei/precursor al intensificatorului de infiltrare/atmosfera de infiltrare sau Sistem spontan - se refera la acea combinație de materiale care asigură infiltrarea spontană a metalului matricei într-o masă/preformă de umplutură.

- Compozit cu matrice metalică sau MMC - se referă la un material ce cuprinde un aliaj interconectat bi- sau tridimensional sau un metal matrice care a înglobat o preformă sau o masă de umplutură. Metalul matricei poate să includă diverse elemente de aliere pentru a conferi proprietăți mecanice și fizice prestabilite compozitului rezultat.

-Un metal diferit de metalul matricei - se referă la un metal/aliaj care nu conține, ca constituent primar, același metal cu metalul matrice (adică dacă constituentul primar al metalului matricei este aluminiul, metalul diferit are drept constituent primar nichelul).

- Vas nereactiv pentru depozitarea metalului matrice - se referă la orice vas care poate să conțină materialul masei/preformei de umplutură și/sau me108339 talul topit al matricei, în condițiile de proces și nu reacționează cu metalul matricei și/sau atmosfera de infiltrare și/sau precursorul intensificatorului de infiltrare și/sau materialul masei preformei de umplutură, într-un mod care să fie în detrimentul mecanismului de infiltrare spontană.

- Preformă sau preformă permeabilă - se referă la o masă poroasă de material de umplutură, care este astfel fabricată, încât să prezinte cel puțin o limită de suprafață, care să constituie și o limită pentru infiltrarea metalului topit al matricei, o asemenea masă menținând o rezistență corespunzătoare și o bună integritate a formei, pentru a asigura fidelitatea dimensională, înainte de infiltrarea matricei metalice. Masa trebuie să fie suficient de poroasă, pentru a găzdui infiltrarea spontană a metalului matricei. O preformă cuprinde de obicei un aranjament legat de umplutură omogenă sau heterogenă și poate să fie alcătuită din orice material adecvat (particule, pulberi, fibre, peri etc., din material ceramic și/sau metalic și orice combinație a acestora). O preformă poate să fie singură sau să formeze un ansamblu.

- Rezervor - se referă la un corp distinct de metal al matricei, astfel amplasat față de o masă de umplutură sau o preformă, încât metalul topit să curgă și să reumple sau în unele cazuri să alimenteze inițial și apoi să reumple. primul segment sau sursă de metal al matricei ce contactează masa/preforma de umplutură.

- Corpul al doilea sau corpul adițional - se referă la un corp capabil să fie legat la un corp compozit cu matrice metalică, prin reacție chimică și/sau prin contracție. Un asemenea corp include materiale ceramice presate la cald, sinterizate, extrudate etc., cât și cele ceramice compozite, descrise în brevetele RO 95823/prioritate US 819397/86, RO 98500/prioritate US 861025/86, US 4713360, ș.a. In plus corpul al doilea, sau adițional, include de asemenea, cor- puri compozite cu matrice metalică și corpuri cu structurile de metal cum sunt metalele termorezistente, rezistente la coroziune, rezistente la eroziune. Corpurile adiționale sau, secundare (al doilea), includeau un număr teoretic nelimitat de corpuri.

- Infiltrare spontană - se referă la faptul că infiltrarea matricei metalice în masa permeabilă de umlutură preformată sau nu, se realizează fără necesitatea aplicării presiunii sau vidului (aplicat extern sau autogenerat).

Claims

Revendicări

1. Macrocompozite cu matrice metalică, cuprinzând cel puțin un corp compozit cu matrice metalică, atașat de cel puțin un al doilea corp, care poate să fie de natură ceramică, compozită sau nu sau metalică, caracterizate prin aceea că, cuprind un prim corp compozit cu matrice metalică, infiltrată spontan într-o masă/preformă de umplutură permeabilă, de natură ceramică sau ceramică compozită, prestabilită, și în care proporția în volume dintre cele două faze este variabilă și din cel puțin un al doilea corp legat intrinsec de primul corp, și care poate să aibă o structură compozită sau nu, proporția în volum dintre primul corp și cel de al doilea, cât și poziția lor în structura macrocompozitului final, fiind determinată de poziția și volumul respectivelor părți componente introduse în alcătuirea ansamblului pentru realizarea procesului de infiltrare spontană.
2. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că, cuprind în structură un prim corp cu matrice metalică, pe bază de aluminiu.
3. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă în structură cel de al doilea corp de natură metalică, identic cu metalul matricei infiltrat spontan, constituit din excesul respectivului metal neconsumat în procesul de infiltrare spontană și care este legat după solidificare de com108339 care este legat după solidificare de compozitul rezultat.
4. Macrocompozite, conform revendicărilor 1 ... 3, caracterizate prin aceea că sunt const ituite dintr-un corp compozit rezultat prin infiltrarea spontană a unui aliaj uzual de aluminiu, într-o masă de alumină §i un al doilea corp metalic constituit din aliajul dc aluminiu menționat, rezidual.
5. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă în structură cel dc al doilea corp de natură compozită cu matrice metalică, având structura identică sau diferită față de primul corp cu matrice metalică.
6. Macrocompozite, conform revendicărilor 1 și 5, caracterizate prin aceea că, cuprind în structură, atât primul corp, cât și cel de al doilea corp compozit, rezultate prin infiltrarea spontană a aliajului de aluminiu, într-o masă de alumina.
7. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că, pot să cuprindă în structură cel de al doilea corp de natură compozită cu matrice ceramică.
8. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă în structură cel de al doilea corp, constituit dintr-un prim corp compozit cu matrice ceramică și dintr-un al doilea corp, metalic, identic sau diferit de matricea metalică a primului corp compozit din structura produsului finit
9. Macrocompozite, conform revendicărilor 1 și 8, caracterizate prin aceea că sunt alcătuite dintr-un prim corp compozit, cuprinzând alumina infiltrată spontan de un aliaj de aluminiu și dintr-un al doilea corp adițional, cuprinzând un prim corp din aliajul de aluminiu menționat rezidual și un al doilea corp constituit din alumină autoportantă.
10. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă în structură, cel de al doilea corp constituit dintr-un prim corp com- pozit cu matrice ceramică, și dintr-un al doilea corp compozit cu matrice metalică, identic sau diferit ca structură față de primul corp compozit cu matrice metalică, din structura produsului finit.
11. Macrocompozite, conform revendicării 1,caracterizate prin aceea capot să cuprindă în structură, cel de al doilea corp constituit dintr-un prim corp de natură metalică, dintr-un al doilea corp compozit cu matrice metalică.
12 Macrocompozite, conform revendicărilor 1...3, 8 și 11, caracterizate prin aceea că, cel de al doilea corp din structură, poate să fie constituit dintr-un prim corp de aliaj termorezistent. rezistent la coroziune sau la eroziune, de tipuri uzuale.
13. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să fie constituite din două corpuri compozite cu matrice metalică, legate între ele printr-un strat de aluminiu, fiecare din cele două corpuri compozite, din punct de vedere structural, cuprinzând o masă de alumină, în care este înglobată o matrice metalică, un aliaj uzual de aluminiu.
14. Macrocompozite, conform revendicărilor 1 și 13, caracterizate prin aceea că, cuprind un strat de legătură din aliaj de aluminiu, având de regulă aceeași compoziție cu metalul matricei al corpurilor compozite din structură.
15. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să fie constituite dintr-un container cu structură compozită cu matrice metalică, având un capăt deschis, definit de un cilindru, ce este atașat integral sau legat printr-un strat de metal.
16. Macrocompozite, conform revendicărilor 1 și 15, caracterizate prin aceea că, cuprind un container dintr-un material de umplutură-carbură de siliciu-înglobat în metalul matricei, un aliaj uzual de aluminiu, iar stratul de metal de legătură, este de asemenea alcătuit dintr-un aliaj de aluminiu, de regulă având aceeași compoziție cu metalul matricei.
17. Macrocompozite, conform reven108339 dicărilor 1, 15 și 16, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă un container compozit cu matrice metalică de formă rectangulară.
18. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă un corp compozit cu matrice metalică, constituit din carbură de siliciu înglobată în metalul matricei, aliajul de aluminiu atașat integral sau legat la cel puțin un tub de mulliL
19. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă un corp compozit cu matrice metalică, constituit din carbură de siliciu înglobată în metalul matricei, aliajul de aluminiu, atașat integral sau legat la cel puțin un tub de alumină.
20. Macrocompozite, conform revendicărilor 1 și 18 sau 19, caracterizate prin aceea că, cuprind un tub din mullit sau din alumină, închis complet în corpul compozit cu matrice metalică.
21. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă un prim corp compozit cu matrice metalică, de aluminiu, ce este cel puțin parțial închis într-un al doilea coip atașat integral sau legat la corpul compozit cu matrice metalică, cel de al doilea corp menționat, putând fi un corp compozit cu matrice metalică de aceeași natură sau diferită, față de primul corp, un corp compozit cu matrice ceramică, un corp ceramic și un corp de metal.
22. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă un corp compozit cu matrice metalică, ce închide sau înconjoară parțial cel de al doilea corp, care poate fi ales dintr-un grup format dintr-un corp compozit cu matrice metalică, de aceeași natură sau diferită față de primul corp, corp compozit cu matrice ceramică sau un corp ceramic și un corp ceramic.
23. Macrocompozite, conform revendicărilor 1 și 22, caracterizate prin aceea că sunt constituite din primul corp cu matrice metalică din aluminiu, cu un coeficient de dilatare termică mai mare decât a celui de al doilea corp, astfel, încât acesta în corpul finit, este menținut subefort de comprimare, de către primul corp compozit
24. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă cel puțin primul corp compozit cu matrice metalică sau cel de al doilea corp dc formă definită predeterminată.
25. Macrocompozite, conform revendicărilor 1 și 24, caracterizate prin aceea că în stare finită brută, prezintă o formă definită de profil predeterminat.
26. Macrocompozite, conform revendicării 1, caracterizate prin aceea că pot să cuprindă în proporții variabile, o pluralitate de corpuri compozite cu matrice metalică, din aliaje de aluminiu și o pluralitate de corpuri adiționale, legate sau atașate integral între ele și de primele corpuri cu structură compozită, formând în stare finită o structură intrinsecă.
27. Procedeu de obținere a macrocompozitelor cu matrice metalică și caracteristicile specificate în revendicările 1 la 26, prin infiltrare spontană a metalului matricei într-o masă de umplutură predeterminată, prefasonată sau/ nu într-o preformă, ce se desfășoară la o temperatură superioară punctului de topire a metalului matricei, dar inferioară temperaturii de volatilizare a acestuia și de topire a masei de umplutură permeabilă, caracterizat prin aceea că se asigură ansamblul necesar contactării metalului topit al matricei și realizării structurii prestabilite, prin plasarea cel puțin a unui material de umplutură de tip adecvat, prefăsonat sau nu, nercactiv cu metalul topii al matricei și suprapunerea peste acesta, cel puțin a unui al doilea corp de natură compozită sau nu, adiacent la/sau în contact cu corpul sus-menționat, după care ansamblul se încălzește în condiții cunoscute, pentru realizarea infiltrării spontane a metalului topit al matricei, în cel puțin o porțiune a corpului sus-menționat din cadrul ansamblului, pentru obținerea cel puțin a care să fie atașat integral sau legat de cel puțin un al doilea corp cu structură predeterminată din cadrul ansamblului.
28. Procedeu, conform rvendicarii 27, caracterizat prin aceea că se introduce în alcătuirea ansamblului, un lingou de metal al matricei ce poate constitui cel de al doilea corp al ansamblului, dacă este într-un volum suficient care să asigure după desăvârșirea procesului de infiltrare spontană, o cantitate de metal al matricei rezidual atașat sau legat integral de cel puțin un coip compozit cu matrice metalică din structura produsului finit
29. Procedeu, conform revendicărilor 27 și 28, caracterizat prin aceea că se folosește ca metal al matricei, un aliaj de aluminiu, cu cel puțin unul din următoarele elemente de aliere: Si, Fe, Cu, Mn, Cr, Zn, Mg, Ca, Sr.
30. Procedeu, conform revendicării 27, caracterizat prin aceea că se folosește în alcătuirea ansamblului o masă de umplutură de natură ceramică sub formă de oxizi, carburi, boruri sau nitruri și de preferință de alumină sau de carbură de siliciu.
31. Procedeu, conform revendicărilor 27 și 30, caracterizat prin aceea că structural masa de umplutură se poate prezenta sub formă de pulberi, fulgi, plăcuțe, microsfere, peri, bule, fibre, particule, pâsle din fibre, sfere, pelete, tubule și țesături refractare.
32. Procedeu, conform revendicării 27, caracterizat prin aceea că pentru realizarea infiltrării spontane, atmosfera prestabilită dc infiltrare comunică cu cel puțin unul din elementele sistemului-metalul topit ai matricei sau materialul de umplutură.
33. Procedeu, conform revendicării 27, caracterizat prin aceea ca se introduce în sistemul de infiltrare spontană, respectiv, fie în cel puțin unul dintre: metalul matricei sau în materialul de umplutură sau în atmosfera de infiltrare, cel puțin un intensificator de infiltrare sau precursorul acestuia, a cărui natură este deter- minată de tipul atmosferei de infiltrare în care se desfășoară procesul de infiltrare spontană.
34. Procedeu, conform revendicărilor 27 și 33, caracterizat prin aceea că de preferință se alimentează precursorul intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare, în cel puțin metalul matricei sau în materialul de umplutură.
35. Procedeu, conform revendicărilor 27, 33 și 34, caracterizat prin aceea că alimentarea în sistem a precursorului intensificatorului de infiltrare sau a respectivului intensificator, se realizează în astfel de condiții, încât cel puțin unul din aceste elemente, să contacteze cel puțin o porțiune a materialului de umplutura, în timpul cel puțin a unei părți a procesului de infiltrare spontană.
36. Procedeu, conform revendicărilor 27 și 33, caracterizat prin aceea că precursorul intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare, sunt furnizați în sistem de la o sursă externă.
37. Procedeu, conform revendicărilor 27 și 33, caracterizat prin aceea că intensificatorul de infiltrare se poate obține în condițiile de proces, ca produs al reacției precursorului acestuia cu cel puțin unul din elementele sistemului: atmosfera de infiltrare, materialul de umplutură, metalul topit al matricei.
38. Procedeu, conform revendicărilor 27, 33 și 37, caracterizat prin aceea că în timpul procesului de infiltrare spontană, precursorul intensificatorului de infiltrare se volatilizează.
39. Procedeu, conform revendicărilor 27, 33, 37 și 38, caracterizat prin aceea că reacția precursorului intensificatorului de infiltrare volatilizat cu elementele sistemului spontan, este direcțională pentru ca intensificatorul rezultat să se formeze în cel puțin o porțiune a materialului masei/preformei de umplutură.
40. Procedeu, conform revendicărilor 27, 33 și 37 caracterizat prin aceea că intensificatorul de infiltrare rezultat ca produs al reacției precursorului acestuia cu elementele sistemului spontan, este cel puțin parțial reductibil de metalul topit al matricei.
41. Procedeu, conform revendicărilor 27, 33, 37 și 40, caracterizat prin aceea că prin reducerea intensificatorului de infiltrare, acesta formează o acoperire pe cel puțin o porțiune a umpluturii.
42 Procedeu, conform revendicărilor 27 și 33, caracterizat prin aceea că precursorul intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare, pot să fie introduse în sistem prin metalul matricei și/sau materialul de. umplutură și/sau atmosfera de infiltrare, intrând în compoziția acestora.
43. Procedeu, conform revendicărilor 27 și 33, caracterizat prin aceea că precursorul intensificatorului de infiltrare sau intensificatorul de infiltrare ca atare, se pot introduce în sistem sau situa la interfața de contact între materialul masei/preformei de umplutură și metalul topit al matricei.
44. Procedeu, conform revendicărilor 27 și 33, caracterizat prin aceea că în varianta desfășurării procesului de infiltrare spontană a metalului matriceialiajul de aluminiu, în atmosferă de azot, se introduce în sistem un precursor al intensificatorului de infiltrare, cu conținut de magneziu, calciu sau stronțiu.
45. Procedeu, conform revendicărilor 27 și 33, caracterizat prin aceea că în varianta desfășurării procesului de infiltrare spontană a metalului matriceialiajul de aluminiu în atmosferă de oxigen, se introduce în sistem un precursor al intensificatorului de infiltrare cu conținut de zinc.
46. Procedeu, conform revendicării 27, caracterizat prin aceea că pentru reglarea înaintării procesului de infiltrare spontană, până la limita predeterminată în cadrul ansamblului a masei/preformei de umplutură, se definește această limită cu ajutorul unui material de barieră, care oprește înaintarea infiltrării spontane, dar asigură totodată accesul atmosferei de infiltrare la cel puțin unul din elementele sistemului: metalul topit al matricei, materialul de umplutură, intensificatorul de infiltrare sau precursorul acestuia.
47. Procedeu, conform revendicărilor 27 și 46, caracterizat prin aceea că se folosește ca material de barieră, un material neumectabil de metalul topit al matricei, uzual ales între carbon, grafit și diborură de titan.