SU1831413A3 - Cпocoб пoлучehия komпoзициohhoгo matepиaлa c metaлличeckoй matpицeй - Google Patents

Description

Изобретение относится к формованию металлических матричных композитных тел.

Целью данного предложения является повышение эффективности и упрощение способа.

Композиционные продукты, включающие матричный металл и упрочняющую и усиливающую фазу, такую как частицы керамики, усы, волокна или тому подобное, открывают возможность целого ряда применений, вследствие того что они сочетают в себе некоторую жесткость и сопро-: тивление износу армирующей фазы с пластичностью и прочностью металлической матрицы. Металлический матричный композит будет показывать улучшение таких свойств, как прочность, жесткость, контактное сопротивление износу и сохранение прочности при повышенной температуре по сравнению с матричным металлом в форме монолита, но степень, до которой любое данное свойство может быть улучшено, в большой степени зависит от конкретных составных частей, их объемной или весовой фракции, и как они вводятся при формовании композита. В некоторых случаях композиционный материал может быть легче по весу, чем матричный материал

1831413 АЗ сам по себе. Алюминиевые матричные композиционные материалы, армированные керамикой, такой как карбид кремния в виде частиц, пластинок (малого размера), или в виде усов, например, представляют интерес вследствие их более выокой жесткости, сопротивлению износа и высокотемпературной прочности по сравнению с алюминием.

В настоящем изобретении, металлическое матричное композитное тело получают путем техники самогенерируемого вакуума. в котором расплавленный матричный металл пропитывает проницаемую массу наполнителя или предварительно отформованную заготовку, котоую располагают в непроницаемом контейнере. В частности, расплавленный матричный металл и реакционноспособную атмосферу, оба, связывают с проницаемой массой, по крайней мере, на некоторой стадии во время процессами при контакте между реакционно-способной атмосферой и матричным металлом и/или наполнителем или предварительно отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером, генерируется вакуум, приводящий к пропитыванию расплавленным металлом наполнителя или предварительно сформованной заготовки.

В первом предпочтительном варианте осуществления реакционная система предусматривает включение непроницаемого контейнера, и наполнителя, содержащегося в нем, контактирование расплавленного матричного металла в присутствии реакционноспособной атмосферы и герметизирующие средства для герметизации реакционной системы от 'окружающей атмосферы. Реакционноспособная атмосфера взаимодействует, либо частично, либо полностью, с расплавленным матричным металлом и/или наполнителем и/мли непроницаемым контейнером, образуя продукт реакции, который может создавать вакуум, тем самым затягивая расплавленный матричный металл, по крайней мере, частично в наполнитель. Взаимодействие, включающее реакционноспособную атмосферу и расплавленный матричный металл и/или наполнитель и/или непроницаемый контейнер, может продолжаться в течение времени. достаточного для того, чтобы позволить расплавленному матричному металлу либо частично, либо существенно полностью пропитать наполнитель или предварительно отформованную заготовку. Может быть предусмотрено внешнее герметизирующее средство для герметизации реакционной системы, имеющей состав, отличный от матричного металла.

В другом предпочтительном варианте осуществления матричный металл может реагировать с окружающей атмосферой с образованием внутреннего химического герметизирующего средства, имеющего состав. отличный от матричного металла, который герметизирует реакционную систему от окружающей атмосферы.

В еще одном варианте осуществления, вместо обеспечения внешнего герметизирующего средства для герметизации реакционной системы, может быть образован внутренний физический изолирующий слой благодаря матричному металлу, смачивающему нерпоницаемый контейнер, тем самым герметизируя реакционную систему от окружающей атмосферы.

“ Кроме того, можно включить сплавляющие добавки а матричный металл, которые облегчают смачиваемость нерпоницаемого контейнера матричным металлом, тем самым герметизируя реакционную систему от окружающей атмосферы.

В другом предпочтительнмо варианте осуществления наполнитель может взаимодействовать, по крайней мере, частично с реакционноспособной атмосферой, создавая вакуум, который затягивает расплагленный матричный металл в наполнитель или предварительно отформованную заготовку. Бдлее того, добавки могут быть включены в наполнитель, который может реагировать, либо частично, либо существенно полностью с реакционноспособной атмосферой, создавая вакуум и усиливая свойства образующегося тела. Кроме того, в добавление к или вместо наполнителя и матричного металла, непроницаемый контейнер может по крайней мере, частично реагировать с реакционноспособной атмосферой, генерируя вакуум.

Используемые в данном описании и многозвенной формуле изобретения термины ниже определяются следующим образом:

Сторона сплава, относится к той стороне металлического матричного композиционного материала, которая первоначально конатктировала с расплавленным матричным металлом, до того как этот расплавленный металл пропитал проницаемую массу наполнителя или предвраительно отформованной заготовки.

Алюминий означает и включает, в основном, чистый металл (например, относительно чистый, коммерчески доступный неплавленный алюминий) или другие сорта металла или сплавов металла, таких как коммерчески доступные металлы, имеющие примеси и/или легирующие составные час5 ти, такие как железо, кремний, медь, магний, марганец, хром, цинк, и так далее.

Окружающая атмосфера относится к атмосфере снаружи наполнителя или предварительно отформованной заготовки и непроницаемому контейнеру. Она может иметь, в основном, те же самые составляющие части как реакционноспособная атмосфера, или она может иметь отличные составные части.

Барьер или барьерное средство в связи с металлическими матричными композитными телами, означает любое подходящее средство, которое мешает, ингибирует, предотвращает или ограничивает миграцию, перемещение расплавленного матричного металла за границу поверхности проницаемой массы наполнителя или предварительно отформованной заготовки, где такая граница поверхности определяется указанным барьерным средством. Подходящее барьерное средство может быть любым таким материалом, соединением, элементом, композиционным материалом, и т.п., которое в условиях способа поддерживает некоторую целостность, и не является существенно летучим (т.е. этот барьерный материал не летуч до такой степени, что он окаозывается нефункциональным в качестве барьера).

Подходящее барьерное средство включает материалы, которые либо смачиваются, либо не смачиваются при миграции расплавленного матричного металла, поскольку смачивание барьерного среде гва не происходит существенно за поверхностью барьерного материала (т.е. смачиваюащя поверхность). По-видимому, барьер этого типа демонстрирует существенно малое (или никакого) средство к расплавленному матричному металлу, и перемещение за определенную границу поверхности массы наполнителя или предварительно отформованной заготовки предотвращается или ингибируется барьерным средством. Барьер уменьшает любую окончательную механическую обработку или измельчение, которые могут потребоваться, и обозначает, по крайней мере, часть поверхности окончательного металлического матричного композитного продукта.

Бронза означает и включает сплав, богатый медью, который может включать железо. олово, цинк, алюминий, кремний, бериллий, магний и/или свинец. Определенные сплавы бронзы включают те сплавы, в которых часть меди составляет около 90 мас.%, часть кремния составляет около 6 мас.% и часть железа составляет около 3 мас.%.

Каркас или Каркасный матричный металл относится к любому превоначэльному телу остающегося матричного металла, который не расходуется во время формирования металлического матричного композитного тела, при охлаждении, остается, по крайней мере, в частичном контакте с этим металлическим матричным композитным телом, которое образуется. Следует понимать, что каркас может также включать в себя второй или посторонний металл.

Чугун относится к семейству железистых литых сплавов, в которых часть углерода составляет, по крайней мере, около 2% по весу.

Медь относится к коммерческим сортам существенно чистого металла, например 99% по весу меди с различными количествами примесей, содержащихся в нем. Более того, это относится также к металлам, которые являются сплавами или интерметаллидами, которые не подпадают под определение бронзы, и которые содержат медь, как основную составляющую часть его.

Наполнитель включает либо отдельные составные части, либо смеси составных частей, которые, в основном, нереакционно способны с матричным металлом и/или ограничено растворами в матричном металле и могут быть однофазными или мульти-фазными. Наполнители могут быть представлены в виде широкого ряда форм: порошков, хлопьев, пластин, микросфер, усов, пузырьков И Т.Д., и могут быть либо плотными, либо пористыми. Наполнитель может также включать керамические наполнители, такие как окись алюминия, или карбид кремния.в виде волокон, измельченные волокна частицы, усы, пузырьки, сферы, маты волокон или т.п., и керамичесхие наполнители с покрытием, такие как углеродные волокна, покрытые окисью алюминия или карбидом кремния для того, чтобы защитить углерод от воздействия, например, расплавленного алюминиевого основного металла. Наполнители могут также включать металлы.

Непроницаемый контейнер означает контейнер, который может заключать или содержать реакционноспособную атмосферу и наполнитель (или предварительно отформованную заготовку) и/или расплавленный матричный металл и/или герметизирующее средство в условиях способа, и который является достаточно непроницаемым для транспорта газообразных или парсобранных примесей через .контейнер, так что может быть установлена разница давлений между окружающей атмосферой и реакционной атмосферой:

Матричный металл или Матричный металлический сплав”, используемый здесь, означает, тот металл, который используют для того, чтобы образовать металлический матричный композиционный материал (например, до пропитывания) и/или тот металл, который смешивают с наполнителем для образования металлического матричного композитного тела (например, после пропитывания). Когда определенный металл упоминают в качестве матричного металла, то следует понимать, что такой матричный металл включает тот металл как существенно чистый металл, коммерчески доступный металл, имеющий примеси и/или легирующие составные части в нем, интерметаллическое соединение или сплав, в котором указанный металл представляет собой основную или доминирующую составную часть.

Металллический матричный композиционный материал” (ММК) означает материал, включающий двух- или трехмерно связанный сплав или матричный металл, который внедряется в предварительно отформованную заготовку или наполнитель. Матричный металл может включать различные легирующие элементы, для того, чтобы обеспечить, в частности, желаемые механические и физические свойства в образующемся композитном материале.

Металл, отличный” от матричного металла, означает металл, который не содержит в качестве главной составной части тот же самый металл, что в качестве матричного металла) например, если главной составной частью матричного металла является алюминий, то отличный металл мог бы иметь главной составной частью, например никель).

Предварительно отформованная заготовка или Проницаемая предварительно отформованная заготовка”, означает пористую массу наполнителя или наполняющего материала, которую производят с, по крайней мере, одной границей поверхности, которая существенно очерчивает границу для пропитки матричным металлом, причем такая .масса сохраняет достаточно целостную форму и первичную прочность для того, чтобы обеспечить точность размера без какоголибо внешнего средства поддержки до пропитывания матричным металлом, Масса должна быть достаточно пористой для того, чтобы допустить пропитку матричным металлом, Предварительно отформованная заготовка типично включает связанный порядок или расположение наполнителя, либо гомогенного либо гетерогенного, и может включать любой подходящий материал^ (например, керамические и/или металлические частицы, порошки, волокна, усы и т.д.

в любую их комбинацию). Предварительно отформованная заготовка может существовать либо сама по себе, либо как сборка.

Реакционноспособная система относится к указанной комбинации материалов, которые демонстрируют впитывание с помощью самогенерируемого вакуума расплавленного металла в наполняющий материал или предварительно сформованную заготовку. Реакционная система включает, по крайней мере, непроницаемый контейнер, имеющий в себе проницаемую массу наполняющего материала или предварительно отформованную заготовку, реакционноспособную атмосферу и матричный металл.

Реакционноспособная атмосфера означает атмосферу, которая может реагировать с матричным металлом и/или наполнителем (или предварительно отформованной заготовкой), и/или непроницаемым контейнером с образованием самогенерируемого вакуума, тем самым заставляя расплавленный матричный металл проникать в материал наполнителя или предварительно отформованную заготовку с образованием самогенерируемого вакуума.

Резервуар означает отдельное тело матричного металла, расположенное относительно массы наполнителя или предварительно отформованной заготовки так, что когда металл расплавляют, он может течь для того, чтобы пополнять, или в некоторых случаях первоначально запасаться и впоследствии пополнять ту порцию, участок или источник матричного металла, который находится в контакте с наполнителем или предварительно отформованной заготовкой.

Герметик или Герметизирующее средство относится к газонепроницаемому герметику в условиях способа или образованного независимо (например, внешний герметик), или образованного реакционной системой (например, внутренний герметик), который изолирует окружающую атмосферу от реакционной атмосферы. Герметик или герметизирующее средство может иметь состав, отличный от состава матричного металла.

Облегчитель герметика, используемый здесь, представляет собой материал, который облегчает образование герметизирующего состава при реакции матричного металла с окружающей атмосферой и/или нерпоницаемым контейнером и/или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой. Этот материал может быть добавлен в матричный металл, и присутствие облегчителя герметика в матричном металле может улучшать свойства результирующего композитного тела.

Усилитель смачивания относится к любому материалу, который при добавлении к матричному металлу и/или наполняющему материалу или предварительно отформованной заготовке усиливает смачавание (например, уменьшеает поверхностное натяжение расплавленного матричного металла), наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки расплавленным матричным металлом. Присутствие усилителя смачивания может также улучшить свойства результирующего металлического матричного композитного тела, например, путем улучшения связывания между матричным металлом и наполняющим материалом.

Матричный металл в расплавленном состоянии контактирует с наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой в присутствии реакционноспособной атмосферы в непроницаемом контейнере, может иметь место взаимодействия между реакционноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером, что приводит к продукту реакции (например, твердый, жидкий или пар), который занимает меньший объем, чем первоначальный объем. занимаемый реагирующими компонентами. Когда реакционноспособная атмосфера изолирована от окружающей атмосферы, вакуум может быть создан в проницаемом наполняющем материале или предварительно отформованной заготовке, который затягивает расплавленный матричный металл в пустоты пространства наполняющего материала. Дополнительно, создание вакуума может усилить смачивание. Непрерывное взаимодействие между реакционноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером может приводить к матричному металлу, который пропитывает наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку, по мере того как генерируется дополнительный вакуум.

Взаимодействие может продолжаться в течение времени, достаточного для того, чтобы допустить проникновение расплавленного матричного металла либо частично, либо существенно полностью, в массу наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки. Наполняющий материал или предварительно отформованная заготовка должны быть достаточно проницаемы для того, чтобы позволить реакционноспособной атмосфере проникнуть, по крайней мере, частично, в массу наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки.

В частности, режим самогенерируемого вакуума наблюдали в системе алюминий/воздух, в системе алюминий/кислород, системе алюминий/азот, системе бронза/воздух. системе бронза/азот, системе медь/воздух, системе медь/азот и системе чугун/воздух. Однако следует понимать, что системы матричный металл/реакционноспособная атмосфера, кроме тех систем, в частности, обсуждаемых в данном изобретении, могут вести себя сходным образом.

Для того, чтобы осуществить методику самогенерируемого вакуума данного изобретения, необходимо чтобы реакционноспособная атмосфера была изолированной от окружающей атмосферы, так что не пониженное давление реакционноспособной атмосферы, которое существует во время пропитки, не оказывал бы существенно вредное влияние любой газ, который транспортируется из окружающей атмосферы. Непроницаемый контейнер, который может быть использован в способе данного изобретения, может быть контейнером любого размера, формы и/или состава, который может быть или может не быть нереакционноспособным с матричным металлом и/или реакционноспособной атмосферой и который является непроницаемым для окружающей атмосферы в условиях способа. В частности, непроницаемый контейнер может включать любой материал (например, керамика, металл, стекло, полимер и т.д.), который может выдерживать условия способа, так что он сохраняет свой размер и форму, и который предотвращает или существенно ингибирует транспорт окружающей атмосферы через контейнер. При использовании контейнера, который достаточно непроницаем для транспортирования атмосферы через этот контейнер, возможно формирование самогенерируемого воздуха внутри этого контейнера. Далее, в зависимости от испольуземой конкретной реакционной системы, непроницаемый контейнер, который по крайней мере, частично реагирует с реакционноспособной атмосферой и/или матричным металлом и/или наполняющим материалом, может быть использован для создания или способствовать созданию самогенерируемого вакуума внутри этого контейнера.

Отличительными особенностями подходящего непроницаемого контейнера являются свобода от пор. трещин или способных к восстановлению оксидов, каждый из которых может вредно воздействовать на развитие или сохранение самогенерируемого вакуума. Таким образом, следует принимать во внимание, что целый ряд материалов может быть использован для формирования непроницаемых контейнеров. Например, формованная или литьевая окись алюминия или карбид кремния могут быть использованы, также как метлалы, имеющие ограниченную или низкую растворимость в матричном металле, например нержавеющая сталь для алюминиевых, медных и бронзовых матричных металлов.

Кроме того, в других случаях непригодные материалы, такие как пористые материалы (например, керамические тела), могут быть сделаны непроницаемыми путем формирования подходящего покрытия на, по крайней мере, части из них. Такие непроницаемые покрытия могут быть любыми из широкого ряда глазурей и гелей, пригодных для связывания и герметизации таких пористых материалов. К тому же, походящее непроницаемое покрытие может быть жидким при температурах способа, и в этом случае покрывающий материал должен быть достаточно стабильным, чтобы оставаться непроницаемым при условиях самогенерируемого вакуума, например, благодаря вязкому сцеплению с контейнером или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой. Пригодные материалы покрытия включают стеклообразные материалы (например (В₂0з), хлориды, карбонаты и т.д., при условии, что размер пор этого наполнителя или предварительно отформованной заготовки является достаточно малым, так что покрытие может эффективно блокировать поры, образуя непроницаемое покрытие.

Матричный металл, используемый в способе данного изобретения, может быть любым матричным металлом, который будучи расплавлен в условиях способа, проникает в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку при создании вакуума наполняющего материала. Например, матричным металлом может быть любой металл или составная часть внутри металла, который реагирует с реакционноспособной атмосферой в условиях процесса, либо частично, либо существенно полностью тем самым заставляя расплав ленный матричный металл проникать в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку благодаря, по крайней мере, частичному возникновению вакуума в нем. Далее, в зависимости от применяемой системы матричный металл может либо частично, либо существенно быть нереакционноспособным с реакционноспособной атмосферой, и вакуум может быть создан вследствие взаимодействия реакционноспособной атмосферы с одним или более другими компонентами реакционной системы, тем самым позволяя матричному металлу проникать в наполняющий материал.

В предпочтительном варианте осуществления, матричный материал может быть сплавлен с усилителем смачивания, чтобы облегчить смачивающую способность матричного металла, таким образом, например, содействуя формированию связи между матричным металлом и наполнителем, уменьшая пористость в формируемом металическом матричном композиционном материале, уменьшая количество времени, необходимое для полной пропитки и т.д. Кроме того, материал, который включает усилитель смачивания, может также действовать как облегчитель герметика, как описано ниже, чтобы способствовать изоляции реакционноспособной атмосферы от окружающей атмосферы. Однако, к тому же, в другом предпочтительном варианте осуществления, усилитель смачивания может быть включен непосредственно в наполняющий материал вместо того, чтобы быть сплавленным с матричным металлом.

Таким образом, смачивание наполняющего материала матричным металлом может усилить свойства (например, предел прочности при растяжении, сопротивление к эрозии и т.д.) композитного тела. Кроме того, смачивание наполняющего материала расплавленным матричным металлом может благоприятствовать равномерной дисперсий наполнителя по всему формируемому металлическому матричному композиционному материалу и улучшению связывания наполнителя с матричным металлом. Полезные усилители смачивания для алюминиевого матричного металла включают магний, висмут, Свинец и олово и т.д., и для бронзы и меди включают селен, теллур, серу и т.д. Более того, как обсуждено выше, по крайней мере, один усилитель смачивания может быть добавлен к матричному металлу и/или наполняющему материалу для того, чтобы придать желаемые свойства результирующему металлическому матричному композитному телу.

Более того, возможно использовать резервуар матричного металла, чтобы гарантировать полное пропитывание матричным металлом наполняющего материала и/или подать второй металл, который имеет отличный состав от первого источника матричного металла. В частности, в некоторых случаях может быть желательно использовать матричный металл в резервуаре, который отличается по составу от первого источника матричного металла. Например, если алюминиевый сплав используют в качестве первого источника матричного металла, тогда фактически любой другой металл или металлический сплав, который плавится при темпаратуре переработки, мог бы быть использован в качестве металла для резервуара. Расплавленные металлы часто очень хорошо смешиваются один с другим и это должно привести к смешиванию металла резервуара с первым источником матричного металла, поскольку дается достаточное количество времени для того, чтобы произошло смешение. Таким образом, используя металл в резервуаре, который отличается по составу от первоисточника матричного металла, возможно приспосабливать свойства матричного металла для удовлетворения различных операционных требований и таим образом регулировать свойства металлического матричного композитного тела.

Температура, при которой реакционная система подвергается воздействию (например, температура переработки), может варьироваться в зависимости от того, какие матричные металлы, наполняющие материалы или предварительно отформованные заготовки, и реакционноспособные атмосферы используют. Например, для алюминиевого матричного металла данный способ самогенерируемого вакуума обычно происходит при температуре, по крайней мере, около 700°С и предпочтительно около 850°С или более. Температуры свыше 1000°С обычно не являются необходимыми и. в частности, полезным диапазоном является от 850 и до 1000°С. Для бронзового или медного матричного металла полезны температуры около от 1050° до около 1125°С, и для чугуна являются подходящими температуры от 1250 до 1400°С. В общем, температуры, которые выше точки плавления, но ниже точки испарения матричного металла, могут быть использованы.

Можно приспособить состав и/или микроструктуру металлической матрицы во время образования композиционного материала, чтобы придать желаемые характеристики результирующему продукту. На пример, для данной системы условия способа можно подобрать, чтобы контролировать образование, например, интерметаллидов, оксидов, нитридов и т.д. Далее, в дополнение к приспособлению состава композитного тела, можно модифицировать другие физические характеристики, например, пористость, контролируя скорость охлаждения металлического матричного композитного тела. В некоторых случаях может быть желательно для металлического матричного композиционного материала быть непосредственно отвержденным путем помещения, например, контейнера, содержащего формируемый металлический матричный композицоинный материал, на охлаждаемую плиту и/или селективно помещая изолирующие материалы около контейнера. Кроме того, дополнительные свойства (например предел прочности при растяжении) формируемого металлического матричного композиционного материала могут контролироваться путем использования термообработки (например, стандартаня термообработка, которая соответствует существенно термообработке для матричного металла самого по себе, или термообработка. которая модифицирует частично или существенно).

В условиях, применяемых в способе данного изобретения, масса наполняющего материала или предварительно отформованная заготовка должна быть существенно проницаемой для того, чтобы позволить реакционноспособной атмосферой пропитать или проникнуть в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку на некоторой стадии во время процесса, предшествующей изоляции окружающей атмосферы от реакционноспособной атмосферы. В примерах ниже, достаточное количество реакционноспособной атмосферы содержится внури близко упакованных частиц, имеющих размеры частиц в пределах от около 54 до около 220 грит. При обеспечении такого наполняющего материала. реакционноспособная атмосфера, может, либо частично, либо существенно полно реагировать после контакта с расплавленным матричным металлом й/или наполняющим материалом и/или непроницаемым контейнером, тем самым приводя к созданию вакуума, который втягивает расплавленный матричный металл в наполняющий материал. Более того, распрдееление реакционноспособной атмосферы внутри наполняющего материала все же не должно быть существенно равномерным, однако существенно равномерное распределение реакционноспособной атмосферы может способствовать формированию желаемого металлического матричного композитного тела.

Предлагаемый способ формирования металлического матричного композитного тела является применимым к широкому ряду наполняющих материалов, и выбор материалов будет зависеть в большой степени от таких факторов, как матричный металл, условия переработки, реакционная способность расплавленного матричного металла с реакционноспособной атмосферой, реакционная способность наполняющего материала с реакционноспособной атмосферой, реакционная способность расплавленного матричного металал с нерпоницаемым контейнером и свойств, закладываемых для целевого композитного продукта. Например, когда матричный металл включает алюминий, то проходящими наполняющими материалами являются (а) оксиды (напр., окись алюминия); (Ь) карбиды (напр. карбид кремния). (с) нитриды (напр., нитрид титана). Если имеется тенденция для наполняющего материала взаимодействовать вредно с расплавленным матричным металлом, то такое взаимодействие может быть скомпенсировано путем уменьшения времени пропитки и температуры или путем предусматривания нереакционнзсг.особного покрытия на наполнителе. Наполняющий материал может включать подложку такую как углерод или другой некерамический материал, носящий керамическое покрытие, чтобы защитить подложку от воздействия или деградации. Пригодные керамические покрытия включают оксиды, карбиды и нитриды. Креамики, которые являются предпочтительными для использования в данном способе, включают окись алюминия и карбид кремния в форме частиц, пластинок, усов и волокон. Волокна могут быть непрерывными (в измельченной форме) или в форме непрерывных филаментов, таких как мультифиламентные жгуты. Кроме того, состав и/или форма наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки могут быть гомогенными или гетерогенными.

Размер и форма наполняющего материала могут быть любыми, которые могут требоваться, для того, чтобы достичь желаемых свойств.в композите. Таким образом, материал может быть в форме частиц, усов, пластинок йли волокон, поскольку пропитка не ограничена формой наполняющего материала. Могут применяться другие формы, такие как сферы, цилиндры, таблетки, тугоплавкие волокнистые переплетения и тому подобное. Кроме того, размер этого материала не ограничивает пропитывание, хотя могут требоваться более высокая температура или более продолжительный период времени для того, чтобы получить полную пропитку массы более мелких частиц, чем для более крупных частиц. Средний размер материала наполнителя, лежащий в пределах от менее чем 24 грит до около 500 грит, является предпочтительным для большинства технических применений. Кроме того, контролируя размер (напр., диаметр частицы и т.д.) непроницаемой массы наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки, можно приспособить физические и/или механические свойства формуемого металлического матричного композиционного материала для того, чтобы удовлетворить неограниченное число промышленных применений.

Объединяя наполняющий материал, включающий варьируемые размеры частиц наполняющего материала, можно достичь более высокой упаковки наполняющего материала для получения композитного тела с заданными свойствами. Также можно получить более низкое заполнение частиц, путем перемешивания наполняющего материала (напр., встряхиванием контейнера) во время пропитывания и/или путем перемешивания порошкообразного матричного металла с наполняющим материалом для пропитывания.

Реакционноспособная атмосфера, используемая в способе данного изобретения, может быть любой атмосферой, которая может реагировать, по крайней мере, частично или существенно полно, с расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом и/или непроницаемым контейнером, образуя продукт реакции, который занимает объем, который является меньшим, чем объем, занимаемый этой атмосферой и/или компонентами реакции до реакции. В частности, реакционноспособная атмосфера при контакте с расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом и/или непроницаемым контейнером может реагировать с одним или более компонентами реакционной системы, образуя твердый, жидкий или парообразный продукт реакции, который занимает меньший объем, чем объем совместных индивидуальных компонентов, тем самым создавая пустоту или вакуум, который способствует втягиванию расплавленного матричного металла в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку. Взаимодействие между реакционноспособной атмосферой и одним или более матричным металлом и/или наполняющим материалом и/или непроницаемым контейнером, может продолжаться в течение времени, достаточном для того, чтобы матричный металл пропитал, по крайней мере, частично или существенно полностью, наполняющий материал. Например, когда используют воздух в качестве реакционноспособной атмосферы, взаимодействие между матричным металлом (напр., алюминием) и воздухом может приводить к образованию реакционных продуктов (напр.. окись алюминия и/или нитрид алюминия и т.д.). В условиях способа, продукты) реакции имеют тенденцию занимать меньший объем, чем общий объем, занимаемый расплавленым алюминием, который реагирует с воздухом. В результате реакции генерируется вакуум, тем самым заставляя расплавленный матричный металл проникать в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку. В зависимости от используемой системы, наполняющий материал и/или непроницаемый контейнер могут реагировать с реакционноспособной атмосферой аналогичным образом, генерируя вакуум, тем самым помогая в проникновении расплавленного матричного металла в наполняющий материал. Реакция с самогенерируемым вакуумом может продолжаться в течение времени, достаточного, чтобы привести к образованию металлического матричного композитного тела.

Кроме того, найдено, что герметик или гёрмтезиирующее средство должны предотвращать или ограничивать газовый поток из окружающей атмосферы в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку заготовку (напр., предотвращать течение окружающей атмосферы в реакционноспособную атмосферу).

Реакционноспособная атмосфера внутри непроницаемого контейнера и наполняющего материала должна быть достаточно изолирована от окружающей атмосферы так что, как происходит взаимодействие между реакционноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером, устанавливается и поддерживается разница давления между реакционноспособной и окружающей атмосферами до тех пор, пока не будет достигнута желательная пропитка. Следует понимать, что изоляция между реакционноспособной и окружающей атмосферами не должна быть совершенной, но скорее лишь достаточной, так что имеет место разница давления в сетке (напр., па ровая фаза могла бы течь из окружающей атмосферы в реакционноспособную атмосферу до тех пор. пока скорость течения была бы ниже той, которая необходима, чтобы немедленно пополнить реакционноспособную атмосферу). Часть необходимой изоляции окружающей атмосферы от реакционноспособной атмосферы обеспечивается непроницаемостью контейнера. Поскольку большинство матричных металлов является также достаточно непроницаемыми для окружающей атмосферы, то резервуар с расплавленным матричным металлом обеспечивает другую часть необходимой изоляции. Важно отметить, однако, что граница раздела между непроницаемым контейнером и матричным металлом может давать дорожку для течи между окружающей и реакционноспособной атмосферами. Таким образом, герметик должен обеспечивать герметизацию достаточную, чтобы ингибировать или предовтаращать такую течь.

Подходящие герметики или герметизирующее средство могут быть классифицированы как механические, физические, или химические, и каждый из них может быть, кроме того, классифицирован как либо внешний, либо внутренний. Под внешним имеют в виду, что герметизирующее действие возникает независимо от расплавленного материчного металла, или в дополнение к любому герметизирующему действию, обеспечиваемому расплавленным матричным металлом (напр., из материала, добавленного к другим элементам реакционной системы). Под внутренним имеют в виду, что герметизирующее действие возникает исключительно из одной или более характеристик матричного металла (напр., от способности матричного металла смачивать непроницаемый контейнер). Внутренний механический герметик может быть сформован, просто предусматривая достаточно глубокий резервуар, расплавленного матричного металла или предварительно отформованную заготовку.

Тем не менее найдено, что внешние механические герметики являются неэффективными в целом ряде применений и они могут требовать чрезмерно больших количеств расплавленного матричного металла. В соответствии с данным изобретением, найдено, что внешние герметики и физические и химические классы внутренних герметиков перекрывают указанные недостатки внутреннего механического герметика. В предпочтительном варианте осуществления внешнего герметика, герметизирующее средство может быть наружно применено к поверхности матрично го металла в виде твердого или жидкого материала, который в условиях способа может быть существенно нереакционноспособным с матричным металлом. Найдено, что такой внешний герметик предотвращает. или, по крайней мере, достаточно ингибирует, транспорт парофазных составляющих частей из окружающей атмосферы к реакционноспособной атмосфере. Пригодными материалами для использования в качестве внешнего физического герметизирующего средства могут быть либо твердые тела, либо жидкости, включая стекла (напр., борные или кремниевые стекла, В2О3, расплавленные оксиды и т.д.) или любой другой материал(ы), который достаточно ингибирует транспорт окружающей атмосферы к реакционноспособной атмофере в условиях этого способа.

' Внешний механический герметик может быть сформован предварительным выравниванием или предварительным полированием или иным способом, формирующим внутреннюю поверхность непроницаемого контейнера, контактирующего с емкостью матричного металла, так что транспорт газа между окружающей атмосферой и реакционноспособной атмосферной достаточно ингибирован. Глазури и покрытия, такие ВгОз. которые могут применяться з контейнере, чтобы сделать его непроницаемым, могут также обеспечивать подводящую герметизацию.

Внешний химический герметик может быть получен помещением материала на поверхность расплавленного матричного металла, который реагирует с, например, проницаемым контейнером. Продукт реакции может включать интерметаллид. оксид, карбид и т.д. В предпочтительном варианте осуществления внутреннего физического герметика матричный металл может реагировать с окружающей атмосферой с образованием герметика или герметизирующего средства, имеющего состав, отличный от состава матричного металла. Например, при реакции матричного металла с окружающей атмофсерой продукт реакции (напр, МдО и/или магний-алюминатная шпинель а случае взаимодействия сплава Al-Mg с воздухом или оксид меди в случае взаимодействия бронзового сплава с воздухом) может образоваться, который может герметизировать реакционноспособную атмосферу от окружающей атмосферы. В другом варианте осуществления внутреннего физического герметика облегчитель герметика может быть добавлен к матричному металлу, чтобы способствовать образованию герметика при реакции между матрич ным металлом и окружающей атмосферой (напр,, путем добавления магния, висмута, свинца и т.д. для алюминиевых матричных металлов, или путем добавления селена,’ теллура, серы и т.д. для медных и бронзового матричных металлов. При формировании внутреннего химического герметизирующего средства матричный металл может взаимодействовать с непроницаемым контейнером (напр., путем частичного расплавления контейнера или его покрытия (внутреннего) или путем формирования продукта реакции или интерметаллида и т.д., которые могут герметизировать наполняющий материал от окружающей среды.

Кроме того, следует оценить, что герметик должен быть способным соответствовать волюметрическим (т.е, либо расширению, либо сокращению) или другим изменениям в реакционной системе, не допуская окружающую атмосферу течь в наполняющий материал (например, течение в реакционноспособную атмосферу). В частности, поскольку расплавленный матричный металл впитывается в проницаемую массу наполняющего материала или предварительно отформованную заготовку, глубина расплавленного матричного металла в контейнере имеет тенденцию уменьшаться. Соответствующее герметизирующее средство для такой системы должно быть достаточно податливым, чтобы предотвратить транспорт газа из окружающей амосферы в наполняющий материал, поскольку уровень расплавленного матричного металла в контейнере уменьшается.

Барьерное средство может также быть использовано в комбинации с данным изобетением. В частности, барьерное средство, которое может быть использовано в способе этого изобретения, может быть любым пригодным средством, которое мешает, ингибирует, препятствует или ограничивает миграцию, перемещение, или тому подобное, расплавленного матричного металла за определенную границу поверхности наполняющего материала. Пригодным барьерным средством может быть любой минерал, соединение, элемент, композиция или т.п., который в условиях способа этого изобретения. сохраняет некоторую структурную целостность. является нелетучим и способным локально ингибировать, останавливать, мешать. предотвращать и т.п., непрерывное впитывание или любой другой вид движения за определенную границу поверхности наполняющего материала. Барьерное средство может быть использовано за время пропитки с помощью самогенерируемого вакуума или в любом непроницаемом кон21 тейнере, используемом в связи с техникой самогенерируемого вакуума для формирования металлических матричных композиционных материалов, как обсуждается более детально ниже.

Подходящее барьерное средство включает материалы, которые либо являются смачиваемыми, либо несмачиваемыми при миграции расплавление о матричного металла в условиях применяемого способа, поскольку смачивание барьерного средства существенно не протекает за пределами поверхности барьерного материала (т.е. поверхность смачивания). По-видимому, барьер этого типа проявляет малое средство или не проявляет средства к расплавленному матричному сплаву, и перемещение за определенную границу поверхности наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки предотвращается или ингибируется барьерным сродством. Этот барьер уменьшает любую окончательную механическую обработку или измельчение. которые могут потребоваться металлическому матричному композитному продукту.

Подходящие барьеры, в особенности, полезные для алюминиевых матричных металлов, есть барьеры, содержащие углерод, особенно кристаллическая аллотропная форма углерода, известная как графит. Графит существенно не смачивается расплавленным алюминиевы сплавом при опиываемых условиях способа. Конкретным предпочтительным гарфитом является графитовая лента, продукт GRAFOLlA, который проявляется характеристики, которые предотвращают миграцию расплавленого алюминиевого сплава за определенную границу поверхности напоминающего материала. Эта графитовая лента также является устойчивой к нагреванию и является существенно химически инертной. Графитовая лента является подвижной, совместимой, принима-. ет различные формы и упруга, и из нее можно изготовить различные формы, которые будут соответствовать большинству любых применений барьера. Графитовое барьерное средство может быть применено в виде суспензии или пасты или даже как разделяющая пленка вокруг или на границе наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки. Лента GRAFOLl^b частности, является предпочтительной потому, что она находится в форме подвижного графитового листа. Один способ использования этого бумагоподобного графитового листового материала состоит в обертывании наполняющего материала или предварительно отформованной злаготов ки, подлежащей пропитке, слоем материала. Или же, графитовый листовой материал может быть сформован в обратную форму конфигурации, которая желательна для металлического матричного композитного тела и эта обратная форма может затем быть заполнена наполняющим материалом.

Кроме того, другие тонко измельченные частицы материалов, также как 500 грит окись алююминия, могут функционировать как барьер, в определеных ситуациях, поскольку пропитка барьерного материала из частиц должна происходить со скоростью, которая ниже, чем скорость пропитки наполняющего материала.

Барьерное средство может применяться любым подходящим способом, таким как покрытие определенной границы поверхности слоем барьерного средства. Такой слой барьерного средства может быть применен путем окрашивания, окунания, просеивания через шелк, испарением, или в других случаях применяя барьерное средство в жидкой форме, в форме суспензии или пасты, или путем распыления парообразного барьерного средства, или простым нанесением слоя твердого барьерного средства в виде частиц, или путем применения твердого тонкого листа или пленки барьерного средства на определенную границу поверхности. В случае барьерного средства на месте, самогенерируемая вакуумная пропитка существенно ограничивается, в тех случаях, когда пропитывающий матричный металл достигает определенной границы поверхности и контактирует с барьерным средством.

Данный способ формирования металлического матричного композиционного материала путем техники самогенерироаания вакуума, в комбинации с использованием барьерного средства, обеспечивает существенные преимущества над известным уровнем техники. В частности, используя способ данного изобретения, металлическое матричное композитное тело может быть получено без необходимости дорогой или сложной технологии. В одном аспекте данного изобретения, непроницаемый контейнер, может содержать наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку желаемой формы, реакционноспособную атмосферу и барьерное средство для остановки пропитывания металлического матричного композиционного материала за пределами поверхности результирующего сформованного композитного тела. При контакте реакционноспособной атмосферы с матричным металлом, который может быть налит в непроницаемый контейнер, и/или наполняющий мате риал в условиях способа, может быть создан самогенерируемый вакуум, тем самым заставляя расплавленный матричный металл проникать в наполняющий материал. Мгновенный способ избегает необходимости сложных конфигураций, сохранения ванн расплавленного металла, удаления образовавшихся кусков из форм сложной конфигурации и т.д. Далее, перемещение наполняющего материала расплавленным матричным металлом существенно уменьшается путем предусматривания стабильного контейнера, который не погружают в ванну с расплавленным металлом.

Фиг.1 А представляет собой схематический вид поперечного сечения типичных уложенных листов в пакет, согласно способу настоящего изобретения, который использует внешнее герметизирующее средство;

Фиг.1 Б представляет собой схематический вид поперечного сечения сравнительных уложенных листов в пакет;

Фиг.2 представляет собой упрощенную блок-схему способа настоящего изобретения, применяемого к стандартной укладке листов в пакет;

Фиг.ЗА представляет собой фотографию, которая соответствует продукту, сформованному согласно фиг, 1А:

Фиг,ЗВ 'представляет собой фотографию, которая соответствует продукту, сформованному согласно фиг.1 Б;

Фиг.4А представляет собой фотографию, которая соответствует бронзовому металлическому матричному композиционному материалу, полученному согласно фиг.1 А;

Фиг.4 соответствует результату, который достигают с бронзовым матричным металлом, соответствующим фиг.1 В;

Фиг.5 представляет собой схематический вид поперечного сечения уложенных листов в пакет, используемых для изготовления образца Р;

Фиг.6 представляет собой схематический вид поперечного сечения уложенных листов а пакет, используемых для изготовления образца U;

Фиг.7 показывает серию микрофотографий, соответствующих образцам, изготовленным согласно примеру 3;

Фиг.8 представляет собой серию миркофотографий, которые соответствуют примеру 6;

Фиг.9 ' представляет собой серию микрофотографий, которые соответствуют примеру 7;

Фиг. 10 представляет собой серию микрофотографий, которые соответствуют примеру 8;

Фиг 11 представляет собой серию микрофотографий, которые соответствуют примеру 9;

Фиг.12А и 12В представляют собой виды поперечных сечений, уложенных листов в пакеты, используемые согласно примеру 10··

Фиг.13 представляет собой график величины вакуума как функцию времени, согласно образцу АК и образцу AL;

Фиг.14А и 14В соответствуют продуктам, полученным согласно образцам АК и AL соответственно;

Фиг.15 представляет собой график величины вакуума от времени для примера 14;

Фиг. 16 представляет собой вид поперечного сечения уложенных листов в пакет, используемых согласно примеру 18, Образец AU.

Пример 1. Этот пример демонстрирует выполнимость и влажность использования внешнего герметика, который принимает участие в образовании алюминиевого металлического матричного композиционного материала. В частности, было сделано два сходных пакета листов, Единственная разница между двумя пакетами листов состояла в том, что один пакет листов был снабжен материалом, образующим внешний герметик, и другой не был снабжен материалом, образующим внешний герметик.

Фиг.1А и 1 показывают, что пакеты листов были идентичными, за исключением того, что фиг.1 А включает использование внешнего герметизирующего материала 34. Как показано в каждом из фиг.1 А и 1В, два непроницаемых контейнера 32, имеющие внутренний диаметр около 2 3/8 дюйма (60 мм) и высоту около 2 1 /2 дюйма (64 мм), были сконструированы из нержавеющей стали 16 калибра (1,6 мм толщиной) А1 1 Типа 304. Каждый из контейнеров 32 были сделаны путем сварки 16 калибра (1,6 мм толщина) трубки, из нержавеющей стали 35, имеющий около 2 3/8 дюйма (60 мм) внутренний диаметр и около 2 1/2 дюйма (64 мм) длину с пластиной из нержавеющей стали 36 размерами 3 1 /4 (83 мм) х 3 1/4 (83 мм) дюйма 16 калибра (1,5 мм толщиной). Каждый из непроницаемых контейнеров 32 был наполнен около 150 г наполняющего материала 31, включающего 90 грит продукта окиси алюминия, известного как 38А1 Alundum из Norton Со. Приблизительно 575 г расплавленого матричного металла 33, включающего коммерчески доступный алюминиевый Сплав, обозначаемый 170,1 выливают в контейнер 32. каждый из которых находится при комнатной температуре для того, чтобы покрыть наполняющий материал 31. Расплавленный матричный металл находится при температуре около 900°С. Расплавленный матричный металл 33 затем покрывают материалом, образующим герметик 34 (фиг.1 А). В частности, около 20 г ВгОз порошка от Aesar Со, of Seabrook, NH, помещают в расплавленный алюминиевый матричный металл 33. каждый из экспериментальных пакетов листов затем помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, которую предварительно нагревают до температуры 900°С. Через 15 мин при температуре ВгОз материал 34 существенно полностью расплавляется, образуя стеклообразный слой. Кроме того, любая вода, которая находилась в В2О3. существенно полностью удаляется, тем самым образуя газонепроницаемый герметик. Каждый из пакетов листов, показанных на фиг.1 А и 1 В, выдерживают в печи в течение дополнительных 2 ч при 900°С. После этого оба пакета листов удаляют из печи и пластину 36 контейнера 32 помещают путем прямого контакта на медную охлаждаемую холодной водой плиту для направленного отверждения матричного металла.

Каждый из пакетов листов охлаждают до комнатной температуры и затем делают поперечное сечение для того, чтобы определить, пропитал ли матричный металл 34 наполняющий материал 31 с получением металлического матричного композиционного материала. Наблюдали, что пакет листов, показанный на фиг.1А, который использовал герметизирующий материал, образовывал металлический матричный композиционный материал, в то время как пакет литов, показанный на фиг.1 В. который не использовал герметизирующий материал 34, не образовывал металлический, матричный композиционный материал. В частности, фиг.ЗА есть фотография, которая соответствует продукту сформированному согласно фиг.1 А, в то время как фиг.ЗВ есть фотография, которая соответствует результату фиг.1 В. Фиг.ЗА показывает, что алюминиевое металлическое матричное тело композитное тело 40 образуется и малое количество остаточного матричного металла 33 остается прикрепленным к нему. Кроме того, фиг.ЗВ показывает, что никакого металлического матричного композитного тела не образуется. В частности, фиг.ЗВ показывает полость 41, которая соответствует первоначальному положению наполняющего материала 31, показанному на фиг.1В. Когда сделали поперечное сечение контейнера 32, то наполняющий материал 31 выпадает из контейнера 32. потому что наполняющий материал 31 не был пропитан матричным металлом 33.

Пример 2. Этот пример демонстрирует выполнимость и важность использования внешнего герметика, который содействует образованию бронзового металлического матричного композитного тела. Экспериментальные методика и укладка листов в пакеты, обсужденные в примере 1, в основном, повторяют, за исключением того. что матричный металл включает бронзовый сплав с 93 мас.% Си, 6 мас.% SI и 1 мас.% Fe. Композиция и количество наполняющего материала 31 были, в основном, теми же самыми, как обсужденные в примере 1. Кроме того, контейнер из нержавеющей стали 32 и В2О3 материал, формирующий герметик, существенно идентичны тем же материалам в примере 1. Бронзовый матричный металл 33 предварительно нагревают до температуры 1025°С, чтобы его расплавить до того как он будет вылит в контейнер 32, находящийся при комнатной температуре. Каждый из пакетов листов, заключенный в контейнеры из нержавеющей стали 32, и их содержимое, помещают в ту же самую камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, используемую в примере 1, за исключением того, что печь предварительно нагревают до температуры 1025°€. Температуру печи затем поднимают до 1100°С в течение 20 мин, и во время которого В2О3 порошок, в основном, плавится, обезгаживается и образует газонепроницаемый герметик. Оба пакета листов затем выдерживают при 1100°С в течение приблизительно 2 ч. Каждый из пакетов листов удаляют из печи и плиты 36 контейнера 32 ставят прямо на медную охлаждающую плиту, охлаждаемую водой, для направленного отверждения матричного металла.

Каждый из пакетов листов охлаждают до комнатной температуры и затем делают поперечный срез для того, чтобы определить проник ли бронзовый матричный металл 33 в наполняющий материал 31, образуя металлический матричный композиционный материал. Аналогично тому, что наблюдали в примеру 1, пакет листов, в котором использован В2О3 герметизирующий материал 34, образует бронзовый металлический матричный композиционный материал, в то время как контейнер без В2О3 герметизирующего материала 34, не образует металлический матричный композиционный материал. В частности, а фиг.4А показано бронзовое металлическое матричное композитное тело 42, которое образова27 но с использованием пакета листов, показанных на фиг.1 А; в то время как фиг.4В показывает полость 43, которая соответствует первоначальному положению материала 31, показанному на фиг.1 В. Аналогично примеру 1, непропитанный материал 31 выпадает из контейнера 32. когда контейнер 32 разрезают в поперечном направлении.

Π р и м е р 3. Этот пример демонстрирует важность использования газонепроницаемого контейнера, который принимает участие в образовании алюминиевых металлических матричных композиционных материалов. В частности, один газопроницаемый и четыре газонепроницаемых контейнера сравнивают. Четыре непроницаемых контейнера включают непроницаемый 16 калибра A1S1 типа 304 контейнер из нержавеющей стали, коммерчески доступную глазурованную кофейную чашку. 16 калибра A1S1 типа 304 контейнер из нержавеющей стали, коммерчески доступную глазурованную кофейную чашку, 16 калибра AtSi типа 304 контейнера из нержавеющей стали, покрытой изнутри В2О3 и глазурованное AI2O3 тело. Проницаемый контейнер включает пористый глинистый тигель. Табл.1 представляет краткое изложение соответствующих экспериментальных параметров.

Образец А

Контейнер из нержавеющей стали Типа 304, имеющий внутренний диаметр около 2 3/8 (60 мм) дюймов и высоту около 2 1/2 (64 мм) дюймов, наполняют приблизительно 150 г 90 маш 38 Alundum от Norton Со. Алюминиевый матричный металл, имеющий состав (мас.%) 7,5-9,5% SI, 3,0-4,0 Си, < 2.9% Zn, 2,2-2,3% Mg. < 1.5% Fe, < 0,5 Μη, < 0,35 Sn и баланс А1. плавит в камере печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, при около 900°С и выливают в контейнер из нержавеющей стали. Порошкообразный В2О3 от Aesar Со. Aesar Со. используют для покрытия поверхности расплавленного алюминия. (Пакет листов был тем же самым, что и показанный на фиг.1А). Пакет листов, включающий контейнер и его содержимое, помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы при 900°С. После 15 мин выдержки при температуре В2О3 - порошок, в основном полностью плавится и осаживается, образуя газонепроницаемый герметик над поверхностью алюминиевого матричного металла. Пакет листов выдерживают в печи дополнительное течение 2 ч. Пакет листов удаляют из печи и ставят на медную охлаждаемую пластину с водяным охлаждением для направленного отверждения матричного металла.

Образец В.

Методику, представленную для образца А, повторяют, за исключением того, что контейнер 32 (представленный на фиг.1 А) включает коммерчески доступную глазуированную кофейную чашку.

Образец С.

Непроницаемый контейнер, имеющий внутренний диаметр около 1,7 дюймов (43 мм) и высоту около 2,5 дюйма (64 мм) и изготовленный из 16 калибра (1,6 мм толщина (А 1 1 Типа 304 нержавеющей стали, покрывают на внутренней части его слоем порошка В2О3 от Aesar Со. of Johnson Matlhey In Seabrook. NH. В частности, около 1/2 дюйма (13 мм) порошка В2О3 помещают в контейнер. Контейнер затем помещают в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой, установленную при около 1000°С. Дается достаточно времени для В2О3, для того, чтобы он, в основном, расплавился. и отгазился. Сразу после плавления, контейнер из нержавеющей стали с расплавленным В2О3 удаляют из печи и вращают так, что расплавленный В2О3 растекается, в основном, весь по внутренней части контейнера из нержавеющей стали. В случае поверхности, в основном, полностью покрытой. наполняющей материал, включающий 54 грит S1C 39 Crystolon от the Norton, помещают внутрь контейнера, который затем находится при температуре около 90°С, на глубину около 3/4 дюйма (19 мм). Расплавленный матричный металл, состоящий из коммерчески чистого алюминия и названного сплавом 1100, выливают в контейнер на глубину около 3/4 дюйма (19 мм), чтобы покрыть наполняющий материал. Контейнер, покрытый В2О3, и его содержимое затем помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, установленной при около 1000°С в течение около 15 мин. Около 20 г В2О3 порошка помещают затем на поверхность расплалвенного матричного металла. После выдержки около 15 мин при температуре, порошок В2О3 в основном полностью расплавляется дегазируется с образованием герметика. Пакет листов выдерживают дополнительно в печи один час. Контейнер из нержавеющей стали и его содержимое затем удлаяют из печи и дают возмжность охладиться до комнатной температуры и отверждения.

Образец D.

Непроницаемый контейнер цилиндрической формы с размерами около 6 дюймов (152 мм) в высоту и имеющий внешний диаметр 2 дюйма (51 мм) изготавливают. В частности. контейнер изготавливают отливкой оттиска, который включает смесь около

84,2% по весу А1₂0з(А1-7 от Alcoa. Pittsburg, РА), около 1% по весу Darvan 821А” (снабжаемый Р.Т.Vanderbilt and Company, Norwalk, СТ) и около 14,8 мас.% дистиллированной воды. Оттиск изготовляют путем измельчения шарами в сосуде емкостью 5 галлонов (18.9 л), который на около 1 /4 наполнен около 1 /2 дюйма (13 мм) окись алюминиевой измельчающей средой, в течение около 2 ч.

Отлитый цилиндр сушат при температуре окружающей среды в течение около 1 дня. впоследствии нагревают до 1400°С со скоростью около 200°С/ч и выдерживают при около 1400°С в течение 2 ч и снова охлаждают до окружающей температуры. После отжига и охлаждения снаружи цилиндр пропитывают с покрытием смесью, включающей по весу, около 60% 1Т-79 спека (поставляемого Fusion Ceramics Carrollton ОП) и остальное этанол. Спек, покрывающий цилиндр, затем нагревают и охлаждают со скоростью около 200°С/ч до 1000°С в печи сопротивления с нагревом. Чтобы покрыть глазурью AI2O3 цилиндр и сделать его газонепроницаемым, сразу после охлаждения покрытую глазурью матрицу заполняют 90 грит 39. Пакет листов, включающий покрытую глазурью матрицу и ее содержимое, затем помещают в печь и нагревают до около 950°С со скоростью около 200°С/ч. Будучи в печи, расплавленный матричный металл, включающий по весу около Ю% магния, около 10% кремния и остаток алюминия, выливают в форм/. Затем порошкообразный В₂0з высыпают на поверхность расплавленного матричного металла. После около часа выдержки при около 950°С печь охлаждают до около 850°С и в это время матрицу и ее содержимое удаляют из печи, отверждают и закаливают водой. Матрица, включающая тело из окиси алюминия, покрытое глазурью, раскалывается и отслаивается во время резкого охлаждения. открывая металлический матричный композиционный материал с гладкой поверхностью.

После того как будет достигнута комнатная температура, каждый из пакетов листов разрезают в поперечном направлении, для того, чтобы определить, пропитан ли матричный металл наполняющий материал с образованием металлического матричного композиционного материала. В каждом из образцов А-Д образуется металлический матричный композиционный материал.

Образец Е.

Следуют методикам, изложенным выше в образце А. за исключением того, что контейнер, представленный на фиг.1А, включа ет пористый глиняный тигель (DFC тигель № 28-1000, от I.H.Borge Со, South Plainfield NT). Металлическое матричное композитное тело не образуется. Таким образом, этот пример демонстрирует необходимость непроницаемого контейнера.

Пример 4. Этот пример демонстрирует важность использования газонепроницаемого контейнера, который принимает участие в образовании бронзовых металлических матричных композиционных материалов. В частности, сравнивается один газопронцаемый и два газонепроницаемых контейнера. Два непроницаемых контйенера включают A1S1 типа 304 емкость из нержавеющей стали, и контейнер из углеродистой стали, покрытый коллоидальным графитом. Проницаемый контейнер включает пористый глиняный тигель. В табл.1 представлено краткое изложение соответствующих экспериментальных методик.

Образец F.

Контейнер из нержавеющей стали типа 304, имеющий внутренний диаметр около 2 3/8 дюймов (60 мм) и высоту около 2 1/2 дюймов (64 мм), наполняют приблизительно 150 г 90 меш 38 Alundum от Notron Со. Матричный металл, включающий около 6% по весу SI, 1% по весу Fe и остаток Си, плавят в камере печи с воздухом атмосферы по меньшей мере около 1025°С и выливают в конейнер из нержавеющей стали. Порошкообразный В₂0з от Aesar Со используют для покрытия поверхности расплавленной бронзы. Пакет листов помещают в нагретую камеру печи сопротивления при около 1025°С. Затем температуру печи поднимают до около -1100°С свыше около 20 мин и в течение этого времени В2О3 порошок существенно полно плавится, дегазирует и образует газонепроницаемый герметик над поверхностью бронзового матричного металла. После дополнительных 2 ч пакет листов переносят из печи и приводят в контакт с водоохлаждаемой медной охлаждающей плитой. ¹1тобы направление отвердить матричный металл.

Образец С.

Непроницаемый контейнер, имеющий трапецеидальное поперечное сечение с закрытым днищем, имеющем размеры около 3 на 3 дюймов (76 на 76 мм) и открытым концом размерами около 3,75 на 3,75 дюймов (92 на 92 мм) и высотой около 2.5 дюймов (64 мм), изготовлен из 14 калибра (2 мм толщина) углеродистой стали путем сварки отдельных частей друг с другом. Внутреннюю поверхность контейнера покрывают графитовой смесью, включающей около 1.5 ч по объему этанола от Pharmo Products, inc., Boyonno. NI. и около 1 ч по объему - 154 коллоидального графита от Athesan. Colloids, Port Horon MN, По крайней мере, три покрытия графитовой смеси наносят краскодушкой на внутреннюю поверхность контейнера. Каждое покрытие графитовой смеси подвергают сушке до того, как наносят следующее покрытие. Покрытый контейнер помещают в печь сопротивления в нагретым воздухом атмосферы, установленную при около 380°С в течение около 2 ч. Около 1 /2 дюйма (13 мм) наполняющего материала окиси алюминия, включащего 90 грит El Alundum от Norton Со, помещают на дно контейнера и хорошо разравнивают. Выровненную поверхность наполняющего материала окиси алюминия затем существенно полностью покрывают графитовой лентой, имеющей толщину около 0,01 дюйма (0,25 мм)(горт ВГ-25-Н графитовая лента от ТТ America 1 пс, Portland, OR проданной под торговым названием Ferma-foll. Около 1/2 дюйма (13 мм) расплавленного матричного металла, включающего по весу около 6% кремния, около 0,5% Fe, около 0.5% AI и остальное медь, выливают в контейнер, находящийся при комнатной температуре на графитовую ленту и наполняющий материал окись алюминия. Около 20 г порошка ВгОз насыпают на расплавленный бронзовый матричный металл. Пакет листов, включающий контейнер из углеродистой стали и его содержимое, помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, при температуре около 1100°С. После около 2,25 ч при около 1100°С и во время которого В2О3 существенно полностью плавится. дегазирует и образует герметик, контейнер из углеродистой стали и его содержимое переносят из печи и помещают на водоохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения матричного металла. Хотя расплавленный матричный металл растворяет часть плоскости контейнера из углеродистой стали, металлическое матричное композитное тело извлекают из пакета листов.

Образец Н.

Следуют методикам, изложенным выше для образца F, за исключением того, что контейнер 32 (представленный на фги.1А) включает пористый глиняный тигель DFC контейнер № 28-1000, от I.H.Berge Со, South Plainfield. N1, и пакет листов помещают прямо в печь при 1100°С, а не 1025°С с последующим нагреванием. Как только установится комнатная температура, каждый из пакетов листов, соответствующих образцам F, СиН, разрезают в поперечном на правлении. чтобы определить, пропитал ли матричный металл наполняющий материал с образованием металлического матричного композитного тела. Наблюдали, что пакеты листов, соответствующие образцам F и С, создают условия, благоприятные для образования металлического матричного композитного тела, в то время как пакет листов, соответствующий образцу Н, с газонепроницаемым глиняным тиглем, не создает благоприятных условий для образования металлического матричного композитного тела.

Этот пример иллюстрирует необходимость для газонепроницаемого контейнера в соединении с газонепроницаемым герметиком, создать условия, благоприятные для образования самогенерируемого вакуума, который является причиной металлического матричного композита.

Пример 5. Этот пример демонстрирует то, что целый ряд матричных металлов 33 может быть использован в комбинации с газонепроницаемым контейнером 32 и газонепроницаемым герметиком 34 для создания условий, благоприятных для образования металлических матричных композитных тел. Табл.2 содержит краткое изложение экспериментальных условий, используемых для получения множества металлических матричных композитных тел, включая различные матричные металлы 33, наполняющие материалы 31, содержащие средства 32, температуры обработки и времена обработки.

Образцы 1-М.

Для образцов 1-М пакет листов, показанный на фиг.1 А. и стадии, изложенные в примере 1, э основном повторяют. Количество наполнителя, использованное для каждого из этих пакетов листов, составляет около 150 г, в то время как количество сплава составляет около 525 г. Металлические матричные композитные тела успешно получают из каждого экспериментального пакета листов.

Образцы 1-0.

Для образцов N и О, способ примера 1 в основном, повторяют, за исключением того, что температура печи сотавляет около 1100°С.

Образец Р.

Используемый экспериментальный пакет листов для образца Р слегка отличается от всех предыдущих экспериментальных пакетов листов, обсуждаемых здесь выше. Весь пакет листов конструируют при комнатной температуре и помещают при комнатной температуре в Электрическую печь сопротивления. В частности, как показано на фиг.5, плотный, из спеченной окиси алюминия тигель 32 около 4 дюймов (102 мм) высоты и имеющий внутренний диаметр около 2,6 дюйма (66 мм), от Bolt Ceramie of Conrol TX, используют в качестве непроницаемого контейнера. Девяносто грит 38 Alundum AI2O3 наполнитель 31 от Norton Со. помещают на дно тигля 32. Твердый цилиндрический слиток матричного металла 33. включающий серый чугун (А ТМ А-48, сорт 30,35), помещают сверху наполняющего материала 33 так, что создают зазор между матричным металлом 33 к боковыми стенками контейнера 32. Пластырь парижский 39 (Bondex from International Inc.. Brunswick. ОН) помещают в часть зазора 38 вблизи верхней части чугунного слитка 33 внутри контейнера 32 . Кроме того, пластырь парижский 39 действует для того, чтобы изолировать порошкообразный 82О3 34, который помещают на верхнюю поверхность матричного металла 33. от наполняющего материала 31. тем самым способствуя образованию герметизирующего средства в условиях способа. Пакет листов, показанный на рисунке 5, помещают в нагревательную печь сопротивления с воздухом атмосферы и нагревательной температуры до около 1400°С в течение около 7 ч в это время В2О3 34 в основном, плавится, дегазирует и образует газонепроницаемый герметик над расплавленными чугуном 33. При плавлении уровень расплавленного чугуна

33. как наблюдали, падает после около 4 ч выдержки при температуре. Пакет листов 30 удаляют из печи и охлаждают.

Образцы О-Т.

Для образцов О-Т пакет листов, показанный на фиг.1А, и стадии, изложенные в примере 1, в основном, повторяют. Конкретные параметры матричного металла, наполняющего материала, контейнера, температуры и времени, изложены в табл.2.

Образец .

Экспериментальный пакет листов, используемый для образца, слегка отличается от всех предыдущих экспериментальных пакетов листов. Подобно образцу Р. весь пакет листов конструируют при комнатной температуре и помещают в электрическую нагревательную печь сопротивления при комнатной температуре. В частности, как показано на фиг.6, плотный, из спеченной окиси алюминия тигель 32 около 1.5 дюймов (38 мм) высотой и имеющий внутренний диаметр около 1 дюйма (25 мм), от Bolt Ceramics of Conrol TX, используют в качестве непроницаемого контейнера. Наполняющий материал из карбида кремния 31, известный как 39 Crystalon имеющий рам зер грита 54. смешивают с около 25 мас.% 325 меш медного порошка (от Consolidated Astranautles и смесь выливают в контейнер 32 до глубины около 1/2 дюйма (13 мм). Измельченную медь 33 из сплава С 811 (т.е. в основном, чистая медная проволока, которая измельчается на множество кусков) помещают сверху наполняющего материла31 до глубины около 1/2 дюйма, GRAFOIIl·· графитовую ленту затем помещают сверху измельченной меди 33 так. чтобы, в основном, покрыть измельченную медь. Смесь герметизирующего средства 34 из около 50 мас.% В2О3 порошка, от Aesar Company и около 50 мас.% 220 грит AI2O3 известного как 38 Alumdum от Notron Со. помещают сверху графитовой ленты 50 так, чтобы полностью покрыть графитовую ленту 50. Пакет листов 37, показанный на фиг.6, помещают в нагревательную печь сопротивления с воздухом атмосферы и нагревают от комнатной температуры до около 1250°С в течение 6 1/2 ч, и в течение этого времени смесь герметизирующего средства 34 расплавляются, дегазирует и образует герметик на расплавленном медном матричном металле 33, и выдерживают при около 1250°С в течение 3 ч. Пакет листов 30 удаляют из печи и дают возможность охлаждаться.

Каждый из образцов 1-U образует подходящие металлические матричные композитные тела. Некоторые физические свойства этих образцов сообщаются в табл.2.

Кроме того, микрофотографии, полученные при около 400Х, представлены для некоторых образцов на фиг.7. В частности, фиг.7А показывает микрофотографию, соответствующую образцу 1; фиг.7В показывает микрофотографию, соответствующую образцу R. фиг.7С показывает микрофотографии, соответствующую образцу L; фиг.7О показывает микрофотографию, соответствующую образцу М; фиг.7Е показывает микрофотографию, соответствующую образцу N. Позиция 51 представляет наполняющий материал и позиция 53 - матричный металл.

Пример 6. Этот пример демонстрирует, что техника самогенерируемого вакуума может быть использована для того, чтобы офрмировать алюминиевые матричные металлические композиционные материалы в диапазоне температур. Способ, изложенный в примере 1, в основном, повторяют, за исключением того, что матричным металлом является алюминиевый сплав, имеющий состав 7.5-9.5% Si. 3,0-4,0 Си, < 2,9% Zn. 2,22.3% Mg, < 1.5% Fe, < 0,5 Μη. < 0,35 Sn и остаток Al. Как в примере 1, 90 грит 38 Alundum.

'1831413

AI2O3 материала от Со, используют в качестве наполняющего материала 31. Алюминиевый матричный металл 33 заливают в контейнеры 52 находящийся при комнатной температуре при трех различных температурах. В частности, матричный,мета л л 33. находится при трех температурах 800,900 и 1000°С. Как в примере 1,15 мин дается для того, чтобы расплавить порошок ВгОз, дегазировать и образовать газонепроницаемый герметик. Каждый из трех контейнеров 32 помещают в электрическую печь сопротивления с нагретым воздухом, которая работает при температуре, которая, в основном соответствует температурам расплавленного матричного металла, который выливают в контейнер 32 (т.е. 800,900 и 1000°С соответственно). После дополнительных 2ч каждый из пакетов листов удаляют из печи и помещают на водоохлэждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отвеждения матричного металла.

Сразу по достижении комнатной температуры три пакета листов разрезают в поперечном направлении, чтобы показать, что матричный металл пропитал наполняющий материал с образованием металлических матричных композитных тел. В частности, фиг.ЗА, 8В и 8С представляют собой микрофотографии. сделанные при 400Х, которые соответствуют алюминиевым металлическим матричным композитным телам, которые образуют при 800, 900 и 1000°С, соответственно: 51 - наполняющий материал, 53 - матричный металл.

Пример 7. Этот пример демонстрирует, что техника самогенерируемого вакуума может быть использована для образования бронзовых металлических матричных композиционных материалов в диапазоне температур. Пакет листов примера является, в основном, тае же как представлен на фиг.1 А. Кроме того, способ, изложенный в примере 1, в основном, повторяет, за исключением того, что матричным металлом является медный сплав (т.е. бронзовый сплав), имеющий состав около93 мас.% Си. около 6 мас.% SI и около 1 мас.% Ее. Как в примере 1, 90 грит 38 Alundum AI2O3 материал от Norton Со используют в качестве наполняющего материала 31. Бронзовый матричный металл 33 выпливают в два находящиеся при комнатной температуре контейнера 32 при двух различных температурах. В частности, матричный металл 33 находился при температурах 1050°С и 1100°С. Как в примере 1,15 мин для В2О3, чтобы он расплавился, дегазировал и образовал газонепроницаемый герметик. Каждый из двух контейнеров 32 помещают в электрическую печь сопротивления с нагретым воздухом, которая работает при температуре, которая, в основном, соответствует температурам расплавленного матричного 5 металла 33, который выливают в контейнер 32. После дополнительных 2 ч каждый из пакетов листов удаляют из печи и помещают на водоохлаждаемую медную плиту для направленного отверждения матричного ме10 талла.

Сразу по достижению комнатной температуры, пакеты листов разрезают в поперечном направлении, чтобы показать, что матричный металл пропитан наполняющий 15 материал с образованием металлических матричных композитных тел. В частности, фиг.ЭА и 9В представляют собой микрофотографии, полученные при 50Х. которые соответствуют бронзовым металлическим 20 матричным композитным телам, которые образуются при 1050 и 1100°С соответственно. Поз.51 - наполняющий материал, поз.53 - матричный металл.

Пример 8. Этот пример Демонстри25 рует, что целый ряд наполняющих материалов могут быть пропитаны алюминиевым матричным металлом, используя технику самогенерируемого вакуума. В частности, пакет листов, аналогичный пакету, 30 представленную на фиг.1 А. используют в примере 8. Кроме того, зксперименатльыне методики, изложенные в примере 1, соблюдаются за исключением того, что алюминиевый матричный металл имеет состав 35 7.5-9,5% Si, 3,0-4,0% Си. < 2.9% Zn, 2,2. 2.3% Mg. < 1,5% Ее. < 0,5 Мп, < 0,35% Sn и остальное AI, Состав и размер грита наполняющего материала 33, используемого в этом примере, также как й другие соответст40 вующие экспериментальные параметры, перечислены в табл.3.

Сразу каждый из пакетов листов 30 охлаждают до комнатной температуры, их раз45 ерзают в поперечном направлении, чтобы определить образовался ли металлический матричный композиционный материал. Все образцы V-АВ этого примера, как наблюдали, образуют алюминиевые металлические 50 матричные композиционные материалы. В частности. фигЛОА представляет собой микрофотографию, полученную при 400Х, которая соответствует образцу V. Фиг.ЮВ-ЮЕ представляют собой микрофотографии, 55 полученные при 400Х, которые соответствуют образца Х-АА, соответственно; фиг.! 0F представляет собой микрофотографию, полученную при 50Х, которая соответствует образцу АВ. Поз.51 - наполняющий материал. поз.53 - матричный металл.

Пример 9. Этот пример демонстрирует, что целый ряд наполняющих материалов могут быть пропитаны бронзовым матричным металлом, используя технику самогенерированного вакуума, В частности, в примере был использован пакет листов, аналогичный пакету листов, показанном на фиг.1 А. Кроме того, следует эспериментальным методикам, изложенным в примере 1, за исключением того, что бронзовый матричный металл включает около 93 мас.% Си, 6 мас.% SI и 1 мас.% Fe. Температура расплавленного металла и печи составляет около 1100°С. Состав и размер грита наполняющего материала 33. используемого в этом примере, также как другие соответствующие эксперименатльные параметры, перечислены в табл.4.

Сразу каждый из пакетов листов охлаждают до комнатной температуры, их разре-. зают в поперечном направлении для того, чтобы определить пропитал ли матричный металл наполняющие материалы 33 с образованием соответствующих металлических матричных композитных тел. Все примеры АС-А1 в этом примере образуют металлические матричные композитные тела. В частности, фиг.11A-11D представляют собой микрофотографии, полученные при 400Х, которые соответствуют образцам АС-АГ, соответственно; тогда как фиг.ИЕ представляет собой микрофотографию, полученную при 50Х, которая соответствует образцу АС. Поз.51 - наполняющий материал, поз.53 - матричный материал.

Прим е р 10. Этот пример раскрывает способ и аппаратуру для измерения величины вакуума, генерируемого техникой самогенерируемого вакуума данного изобретения. Кроме того, та же самая аппаратура может быть использована для создания конкретной контролируемой атмосферы внутри непроницаемого контейнера. Таким образом, самогенерируемый вакуум можно наблюдать как функцию атмосферы.

Этот пример демонстрирует количественно важность использования внешнего физического герметизирующего средства при условиях способа, обсуждаемого в примере.

Вакуумную измерительную аппаратуру изготавливают, сперва конструируя непроницаемый контейнер из 16 калибра (1,6 мм толщины) AiSi типа 304 нержавеющей стали. В частности, контейнер из нержавеющей стали аналогичен контейнеру, обсуждаемому в примере 1. Однако, контейнер снабжают 1/8 (3 см) CD и 1/16 (1,6 мм) 1D трубкой из нержавеющей стали, которая имеет L-форму и около 21 (533 мм) общей длины. В частности, фиг.12А показывает измеряющую вакуум-аппаратуру 60, которая включает контейнер из нержавеющей стали 32, имеющий трубку 61 из нержавеющей стали, тянущуюся насквозь и приваренную к боковой стенке 64 контейнера 32. Часть трубки 61. которая тянется в контейнер 32, имеет размер около 3 1/2 дюймов (89 мм), тогда как высота трубки составляет около 17 1/2 дюймов (445 мм). Следует понимать, что размеры трубки 61 не являются существенными, одна трубка должна быть соответствующего размера и формы для того, чтобы допустить, чтобы один конец трубки 61 был расположен внутри контейнера 32 и другой конец трубки 61 был расположен снаружи печи. Датчик вакуума 63 представляет собой коммерчески доступный датчик вакуума, который не способен выдерживать температуры образования металлического матричного композиционного материала. Поэтому, трубку 61, выступающую из печи и прикрепляют съемным соединением к датчику вакуума с помощью резьбового соединения 62, которое приваривают к концу трубки 61. Фиг.12А также показывает, что используемый пакет листов аналогичен пакету листов, обсуждаемому в примере 1, за исключением того, что дно контейнера 32 содержит слой свободно упакованного 500 грит AI2O3 (38 Alundum) 65, который используют для покрытия трубы 61 из нержавеющей стали. Этот порошок 65 позволяет трубе 61 связываться с внутренней.камерой контейнера 32 в ходе процесса пропитывания, поскольку при конкретных условиях этой методики, матричный металл не может пропитывать порошок 65. 90 грит материал окиси алюминия 51 (38 Alundum Norton Со..) располагают сверху порошка 65 высотой около 1 1/2 (38 мм). Расплавленный алюминиевый матричный металл 33 при температуре около 900°С затем выливают в контейнер 32. находящийся при комнатной температуре. Алюминиевый металл представляет собой коммерчески доступный 170,1 сплав, который представляет собой, в основном, чистый алюминий. Слой порошкообразного В2О3 затем располагают на поверхности расплавленного металла 33 и весь ансамбль 60 помещают в нагретую элеткрическую печь сопротивления, которая находится при температуре около 900°С (заметим, однако, что датчик вакуума расположен снаружи печи).

Экспериментальный пакет листов, аналогичный пакету листов, показанному на рисунке 12А, помещают затем в ту же самую печь, как и выше обсуждаемый пакет листов.

Второй пакет листов является точно таким же, как первый пакет листов за исключением того, что не используют герметизирующего слоя 34 (например. ВгОз) в сравнительном пакете листов. Поэтому, этот пример позволяет сделать количественное сравнение между двумя. лакетами листов, с одной лишь разницей между пакетами листов, которая заключается в использовании герметизирующего средства в одном пакете листов.

В частности, вакуум генерируемый в каждом контейнере 32. контролируют как функцию времени. Фиг. 13 показывает график в дюймах ртути как функцию времени для каждого из двух пакетов листов. В частности, график АК соответствует пакету листов, в котором используют герметизирующий слой 34 (образец АК) и график А1 соответствует сравнительному пакету листов (образец А1), в котором не исопльзуется герметизирующий слой 34. Из фиг. 13 ясно, что никакого вакуума не генерируется в сравнительном пакете листов, в то время как вакуум около 26 дюймов (660 мм) ртути генерируется от пакета листов, который использует герметизирующий слой

34.

После около 2 ч при около 900°С каждый из контейнеров 32, который соответствует образцам АК и AL, удаляют из печи и направленно отверждают путем использования водоохлаждаемой медной охлаждающей плиты. Затем образцы разрезают в поперечном направлении и фотографируют. Фиг. 14А, который соответствует образцу АК, показывает, что металлическое матричное композитное тело 40 образуется. Лишь место, где металлическое матричное композитное тело не образуется, соответствует месту, где располагается 900 грит порошок 65. Кроме того, конец трубки 61. который расположен внутри 50 грит порошка 65, можно ясно видеть. Фиг. 14В, который соответствует образцу AL показывает, что никакого пропитывания не имеет места. В частности, только полость 43, матричный металл 33 патрубка 61 остаются после того, как образец AL разрезают в поперечном направлении (т.е. весь наполняющий материал 31 выпадает из контейнера 32 во время разрезания его в поперечном направлении),

Пример 11. Этот пример демонстрирует, что атмосфера другая, чем воздух может быть использована в соединении с алюминиевым матричным металлом. Аппарат 66, показанный на фиг.12В, является аналогичным аппарату 60, показанному на фиг.12А. Однако, трубка 61, сообщается с источником газа азота 67. а не датчиком вакуума 63. Азотную атмосферу вводят в наполняющий материал 31 благодаря протеканию азота через трубку 61 со скоростью около 180 см/мин. В частности, расплавленный 170.1 сплав, обсуждаемый в примере 5 10, выливают на наполняющий материал 31, обсуждаемый в примере 10. Азот вводят на дно контейнера 32, и в течение этого времени расплавленный алюминиевый матричный металл 33 отверждается, и азот 10 продолжает течь в течение заранее определенного времени после этого (т.е., азот течет в течение в общем 1 ч после того, как расплавленный алюминий 33 выливают на наполняющий материал 31). После 1 ч 15 протекания азота источник азота 67 отсоединяют от трбуки 61 и заменяют немедленно датчиком вакуума 63. Немедленно после этого расплавленный слой ВгОз выливают на поверхность отвержденного матерично20 го металла 33. Таким образом, модифицируют пакет листов 66, который является существенно тем же самым, как пакет листов 60, показанный на рисунке 12А. Затем пакет листов помещают в камеру печи со25 противления с нагретым воздухом атмосферы, которая предварительно нагревается до 900°С. Пакет листов выдерживают в печи в течение 2 ч, и в это время контролируют датчик вакуума.

Максимальный вакуум, достигаемый в течение 2 ч составляет около 12 дюймов (305 мм) ртутного столба.

Пакет листов удаляют из печи после 2 ч и помещают на водоохлаждаемую медную 35 охлаждающую плиту для направленного от. верждения остаточного матричного металла. Сразу по охлаждении до комнатной температуры, пакет листов разрезают в поперечном направлении, чтобы показать, что 40 матричный металл пропитал наполняющий материал с образованием металлического матричного композиционного материала.

Пример 12. Методики примера 11 повторяют, за исключением того, что состав 45 матричного металла изменяют с 170.1, сплава на сплав, который имеет следующий состав: 7,5-9,5% St, 3,0-4,0% Си. < 2,9% Zn. 2,2-2,3% Mg, < 1,5% Fe, < 0,5% N1 и < 0.35% Sn, и остаток Ai. Металлическое матричное 50 композитное тело успешно образуется.

Пример 13. Методику примера 11 повторяют, за исключением того, что кислород замещают на азот. Максимальный вакуум, который достигают в течение двух часов 55 при 900°С составляет около 10 дюймов (254 мм) ртути. После изотермической выдержки в течение 2 ч пакет листов удаляют из печи и помещают на водоохлаждаемую медную охлаждаемую плиту для направленного отверждения матричного металла.

По достижению комнатной температуры пакет листов разрезают в поперечном направлении, чтобы показать, что матричный металл пропитал наполняющий материал с образованием металлического матричного композитного тела.

Пример 14. Методики, изложенные в примере 11, повторяют за исключением того, что матричный металл представляет собой бронзовый матричный металл и температура работы печи составляет около 1100°С. Матричный металл имеет определенный состав около 6 мас.% SI, 1 мас.% Fe и остаток Си. Фиг. 15 показывает график AM, который соответствует образцу AM, сделанному согласно этому примеру; который показывает, что максимальный вакуум около 29 дюймов (737 мм) ртути достигается. Поел е около 2 ч п ри о коло 1100°С п а кет листов удаляют из печи и помещают на водохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения матричного металла.

По достижении комнатной температуры, пакет листов разрезают в поперечном направлении, чтоыб показать, что матричный металл пропитал наполняющий материал с образованием металлического матричного композитного тела.

П р и м е р 15. Этот пример демонстрирует, что целый ряд материалов может быть использован в качестве материала, образующего внешний герметик данного изобретения. Экспериментальный пакет листов был тем же самым, как пакет листов, используемый на рисунке 1 А, и экспериментальная методика была той же самой, что и описанная в примере 1. Разница состояла только в том, что матричный металл представляет собой бронзовый сплав, включающий 93 мас.% Си, 6 мас.% SI и 1 мас.% Fe, температура печи и сплава составляют около 1100°С и используют различные материалы, образующие герметик. В частности, три отдельных образующих герметик материала включают В₂0з от Aesar Со of Seabrook, NH (тот же самый, как образующий герметик материал 34 в примере 1) Class V 212 V 514 от Vltrlfunctlons Gunburg. РА. После 2 ч при 1100°С образцы удаляют из печи и помещают на водохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения матричного металла. Каждый из этих примеров успешно образует металлическое матричное композитное тело.

Представляют другой пример материала. образующего герметик. В частности, непроницаемый контейнер примера 1 наполняют около 1 дюйма (25 мм) смесью наполняющего материала 31. включающего грит (37 Crystolon) SIC с около 20 мас.% 90 грит А1₂0з (38 Alundum) добавленного в нее. Около 1 дюйма (25 мм) расплавленного матричного металла, включающего 6 мас.% SI. 1 мас.% Fe и остаток Си, выливают в контейнер 32. Кусочки обычного битого бутылочного стекла разбрасывают на поверхность матричного металла 33. Пакет листов, включающий контейнер из нержавеющей стали и его содержимое, помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, установленной при 1100°С. После от 3 до 4 ч при 1100°С устройство удаляют из печи и охлаждают.

При комнатной температуре установку разбирают, чтобы показать, что образуется металлическое .матричное композитное тело.

Пример 16. Пакет листов, показанный на рисунке 1 В. и стадии, описанные в примере 2, в основном, повторяют для двух дополнительных образцов. В частности В₂0з не добавляют ни к одному из пакетов листов. Единственная разница в экспериментальной методике состоит в том, что один образец выдерживают в печи в течение около 2 ч (также Как в примере 2); тогда как другой образец выдерживают в печи а течение около 3 ч. После того как пройдет 2 и 3 ч, соответственно, каждый пакет листов удаляют из печи и помещают на водоохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения матричного металла. По достижению комнатной температуры пакет листов разрезают в поперечном направлении, чтобы определить образовался ли металлический матричный композиционный материал. Наблюдали, что контейнер, выдержанный при температуре в течение 3 ч, образует металлический матричный материал, тогда как контейнер, выдержанный при температуре в течение 2 ч. не образует металлического матричного композиционного материала. Было также обнаружено, что шлакоподобный материал образуется в контейнере, выдержанном при температуре в течение 3 ч. Шлакоподобный материал включает Си₂О и расположен вдоль периметра границы раздела между матричным металлом и контейнером 32. Возможно, что составная часть матричного металла взаимодействует с окружающей атмосферой, принимая участие в образовании газонепроницаемого герметика.

Пример 17. Этот пример демонстрирует облегчитель герметика, принимающего участие в образовании внутреннего физического и/или химического герметика. В частности. два идентичных пакета листов сходных пакету листов, показанному на фиг.1 Б. изготавливают один контейнер 32 обеспечивают сплавом, который содержит облегчитель герметика, тогда как другой сплав не имеет его. Оба сплава 33 не покрывают ВгОз или каким-либо материалом, фор- 5 мирующим внешний герметик, Состав наполнителя, количеством наполняющего материала, и контейнеры из нержавеющей стали были идентичны, используемым в примере 1. Один контейнер наполняют при- 10 блиэительно 575 г расплавленного матричного металла 33, включающего коммерчески доступный названный алюминиевый сплав. 170.1. Второй контейнер 32 наполняют приблизительно 5751 расплавленного матрич- 15 ного металла 33, включающего 7,5-9,5% SI; 3,0-4,0% Си: 2,9 Zn; 2.2-2,3% Mg: < 1.5% Fe: < 0,5% Ni; 0,35% Sn и остаток Al. Два пакета листов, включая контейнеры из нержавеющей стали 32 и их содержимое, помещают в 20 камеру печи с воздухом атмосферы, которую предварительно нагревают до температуры около 900°С. Около 15 мин дается пакетам листов для того, чтобы дойти до температуры. Пакеты листов выдерживают 25 при температуре в течение около дополнительных 2 ч. Затем оба пакета листов удаляют из печи и помещают на водоохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения мат- 30 ричного металла.

По достижению комнатной температу-_: ры, два пакета листов разрезают в поперечном направлении, чтобы определить пропитал ли матричный металл(ы) 33 напол- 35 няющий материал 31с образованием металлических матричных композитных тел. Наблюдали, что контейнер, имеющий 170.1 сплав не образует металлическое матричное композитное тело, тогда как контейнер -40 с (7,5-9,5% SI, 3,0-4,0 Си, < 2,9% Zn, 2,22,3% Mg, < 1.5% Fe. < 0.5% Ni. < 0,35% Sn и остаток Al) образует металлический матричный композиционный материал. Также наблюдали, что этот второй сплав образует 45 поверхностный слой в месте, где матричный металл 33 контактирует с контейнером из нержавеющей стали 32. Этот поверхностный слой анализируют методом рентгеновской дифракции, как показано. 50 представляет собой, преимущественно шпинель магния и окиси алюминия. Таким образом, этот пример иллюстрирует, что облегчитель герметика сам по себе (например, без использования какого-либо внешнего 55 герметика) может формировать условия, благоприятные для того, чтобы матричный металл пропитывал наполняющий материал с образованием металлического матричного композитного тела.

Пример 18. Этот пример демонстрирует использование усилителя смачивания, содействующего образованию металлических матричных композитных тел, исполь5 зуя технику самогенерируемого вакуума. Табл.5 суммирует матричные металлы, наполняющие материалы, температуры, время обработки и количества усилителя смачивания, используемого для различных 10 экспериментов, представленных согласно этому примеру.

Образец А

Пакет листов, аналогичный показанному на фиг.1 А, изготовляют, формируя непро15 ницаемый контейнер 32, сконструированный из около 16 калибра (1,6 мм толщина) А1 1 типа 304 нержавеющей стали и имеющий внутренний диаметр около 1,6 дюймов (41 мм) и высоту около 2.5 дюйма (64 20 мм). Контейнер 32 заполняют наполняющим . материалом 21, включающего 220 грит SIC (39 Crystolon от Norton Со). Около 1 дюйма (25 мм) расплавленного матричного металла 33, включающего по весу около 6% кремния, 25 около 0.5% Fe, около 0,5 AI. и остальное медь, выливают в комнатной температуре контейнер 32. Около 2 г ВгОз порошка от Aesar Со. of Johnson Matthey. Seabrook, NH высыпают на поверхность расплавленной 30 металлической матрицы 33 для создания газонепроницаемого герметика. Пакет листов, включая контейнер из нержавеющей стали него содержимое, помещают в камеру печи сопротивления с нагретой воздушной 35 атмосферой предварительно нагретую до температуры около 1100°С. По истечении • около 2.25 ч при температуре, контейнер из нержавеющей стали стали 32 и его содержимое удаляют из печи и помещают на песча•40 ную подушку, чтобы позволить матричному металлу отвердиться. По достижению комнатной температуры, пакет листов разделяют, и наблюдают, что матричный металл не пропитал наполняющий материал и поэтому 45 не образовал металлическое матричное композитное тело.

Образцы АО-АТ

Экспериментальные методики, описан50 ные выше в ссылке и образцу AN, повторяют для каждого из этих образцов, за исключением того, что добавляют варьируемое количество (селена) к наполняющему материалу 31 путем операции стандартного смешения. 55 Точное количество наполняющего материала. усилителя смачивания, температуру обработки и время обработки представлены в табл.5. Каждый из примеров АО-АТ успешно образует металлические матричные композитные тела.

Образцы А

Пакет листов, используемый в этом примере, незначительно отличается от всех других пакетов листов, используемых в этом примере. В частности, тигель из окиси алюминия 70, как показано на фиг. 16, полученном от Bolt Technical Ceramics, Inc Conrol TX, имеющий около 1 дюйма (25 мм) внутренний диаметр и около 1, дюйма (36 мм) высоты отрезают до около 1/2 дюйма (13 мм) высоты, помещают внутрь наполняющего материала 31. Дно тигля заполняют - 325 меш порошком 71, полеченным от Atlantic Egulprnent Engineers. Bergenfield, NS. Оставшуюся незаполненную, часть тигля из окиси алюминия 70 заполняют наполняющим материалом 31, включающим ΑΙ2Ο3, известным как 38 Alundum (от Norton Со) Sn 71 в тигле 70 составляет около 10% по весу общего содержимого в тигле. Дополнительный наполняющий материал 31, имеющий те же самые характеристики наполняющего материала внутри тигля 70, затем помещают вокруг и сверху тигля 10. Около 1 дюйма (25 мм) расплавленного матричного металла 33, включающего по весу около 5% Si, около 2 % Fe. около 3 % Zn и остальное медь, выливают в контейнер 32. Распавлавленный матричный металл 33 затем покрывают около 20 г порошка В2О3 34. Пакет листов, включая контейнер из нержавеющей стали 32 и его содержимое, помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, установленной при около 1100°С. После около 5 ч при температуре около 1100°С, пакет листов удаляют из печи и охлаждают.

По достижении комнатной температуры, пакет листов вскрывают и наблюдают, что матричный металл пропитал 220 грит 38 Alundum внутри тигля из окиси алюминия 70. Однако, 220 грит 38 Alundum, которые занимали пространство между тиглем из окиси алюминия и контейнером из нержавеющей стали (и которые не находились в контакте с порошком Sn) не пропитывают матричным металлом. Таким образом, порошок сходный порошку Sn действует в качестве усилителя смачивания для бронзового матричного металла.

Пример 19. Этот пример демонстрирует, что ряд размеров наполняющего материала и составов могут быть включены в алюминиевые металлические матричные композитные тела, сделанный техникой самогенерируемого вакуума.

Экспериментальные методики являются в основном, теми же самыми, как методики, изложенные в примере 1, и пакет листов, аналогичный пакету листов, показанному на фиг. 1А, используют. Табл.6 суммирует какие матричные металлы, наполняющие материалы, температуры и времена обработки ислользуют для различных образцов, полученных согласно этому примеру. Каждый из образцов АУ-А успешно образуют металлические матричные композитные тела.

Пример 20. Этот пример демонстрирует, что ряд размеров наполняющего материала и составов могут быть включены в бронзовые металлические матричные композитные тела, сделанные техникой самогенерируемого вакуума.

Образцы ВА-ВЕ,

Экспериментальные методики являются, в основном, теми же как изложено в примере 1, и использование пакета листов, аналогичного пакету листов, показанному на фиг,1А, применяют.

Табл.7 суммирует какие матричные металы наполняющие материалы, температуры и времена обработки используют для различных образцов, полученных согласно этому примеру.

Образец ВГ

Этот образец получают, применяя те же самые способы, используемые для получения образца АР в примере 18.

Claims (32)

1. Формула изобретения

   1. Способ получения композиционного материала с металлической матрицей, включающий формирование реакционной системы, состоящей из контейнера, размещенного в нем проницаемого наполнителя, пропитывающего матричного материала, реакционной атмосферы, герметизацию системы от внешней атмосферы, нагрев до расплавления матричного материала, пропитку проницаемого наполнителя расплавленным матричным материалом, последующее затвердевание, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и упрощения способа, при формировании реакционной системы используют контейнер, выполненный из непроницаемого материала, наполнитель - в свободно насыпанном состоянии или в предварительно формованном виде, герметизацию создают с помощью поверхностного защитного слоя, непроницаемого для внешней атмосферы.
2. 2. Способ по п.1, о т л имеющийся тем, что осуществляют полную герметизацию реакционной атмосферы от внешней атмосферы.
3. 3. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют материал, выбранный из группы, содержащей алюминий, магний, бронзу, медь, сплав на основе железа.
4. 4. Способ по π. 1,отл имеющийся тем, что в реакционную систему дополнительно вводят вещество, способствующее смачиванию,
5. 5. Способ по п.1.отличающийся тем, что в реакционную систему дополнительно вводят вещество, способствующее образованию защитного слоя, не проницаемого для внешней атмосферы.
6. 6. Способ по п.1,отличающийся тем, что в поверхностный защитный слой вводят по крайней мере один стеклообразный материал.
7. 7. Способ по п.1, о т л ичающийся тем, что в качестве поверхностного защитного слоя используют продукт реакции матричного материала с внешней атмосферой.
8. 8. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что защитный слой образуют смачиванием непроницаемого контейнера матричным материалом.
9. 9. Способ по п.1, о т л ичающийся тем, что в качестве поверхностного защитного слоя используют продукт реакции матричного материала с непронцаемым контейнером.
10. 10. Способ поп.1,отл ичающийся тем. что реакционная атмосфера, по крайней мере частично взаимодействует с матричным материалом, или материалом наполнителя или материалом контейнера для создания перепада давления.
11. 11. Способ по пп. 1 и 4, отличающийся тем, что вещество, способствующее смачиванию, вводят в матричный материал.
12. 12. Способ по пп,1..4, отличающийс я тем, что в качестве матричного материала используют алюминий, а в качестве вещества, способствующего смачиванию, используют металл, выбранный из группы, содержащей магний, висмут, свинец, олово.
13. 13. Способ по пп.1, 4, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в качестве матричного материала используют бронзу или медь, а в качестве вещества, способствующего смачиванию, используют вещество, выбранное из группы, содержащей селен, теллур, серу.
14. 14. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве наполнителя используют в свободно насыпаном состоянии порошки, хлопья, таблетки, микросферы, пузырьки, волокна, мелкие частицы, волокнистые маты, нарезанные волокна,.сферы, гранулы, трубочки, огнеупорные ткани.
15. 15. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют в свободно насыпанном состоянии вещества, выбранные из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды.нитриды.
16. 16. Способ по п.1, отличающийся тем. что в качестве материала, непроницаемого контейнера используют материал, выбранный из группы, содержащей керамику, металл, стекло, полимер.
17. 17. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют материал, выбранный из группы, содержащей алюминий, медь,бронзу, а в качестве материала непроницаемого контейнера используют неражвеющую сталь.
18. 18. Способ по п. 1,15, отличающийс я тем, что в качестве материала нерпоницаемого контейнера используют оксид алюминия или карбид кремния.
19. 19. Способ по п.1.отличающийся тем, что в качестве реакционной атмосферы используют кислородсодержащую или азотсодержащую атмосферу.

    .
20. 20. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют алюминий, а в качестве реакционной атмосферы используют воздух, кислород или азот.
21. 21. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в качестве матричного материала используют материал, выбранный из группы, содержащей бронзу, медь, сплав на основе железа, а в качестве реакционной атмосферы используют воздух, кислород или азот.
22. 22. Способ по п.1.отличающийся тем,, что нагрев осуществляют до темпеатуры выше температуры плавления матричного материала, но ниже температуры испарения матричного материала и температуры плавления материала наполнителя.
23. 23. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют алюминий, а в качестве материала наполнителя материал, выбранный из группы, содержащей оксиды, бориды, карбиды, нитриды.
24. 24. Способ по пп. 1 и 23, о т л и чающийся тем, что нагрев осуществляют до 700-1000°С.
25. 25. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют бронзу или медь, а в качестве материала наполнителя используют материал, выбранный из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды, нитриды.
26. 26. Способ по пп. 1 и 25, о т л и чающийся тем, что нагрев осуществляют до 1050-1125°С.
27. 27. Способ по п.1,отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют сплав на основе железа, а в качестве материала наполнителя используют материал, выбранный из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды, нитриды.
28. 28. Способ по пп.1 и 27, отличаю - щ и й с я тем, что нагрев осуществляют до 1250-1400°С. 5
29. 29. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют предварительно формованные порошки, хлопья, таблетки, микросферы, усы, пузырьки. волокна, мелкие частицы, волокнистые маты, обрезки волокон, сферы, гранулы, трубочки, огнеупорные ткани.
30. 30. Способ по п.1 и 3. о т л и ч а ю щ ий с я тем. что в качестве материала напол нителя используют материал, выбранный из группы, содержащей оксид алюминия, карбид кремния, оксид циркония, нитрид титана, карбид бора и их смеси.
31. 31. Способ по п.1, от л и чающийся тем, что в качестве поверхностного защитного слоя используют борные стекла или кремниевые стекла, которые по крайней мере частично плавятся при пропитке.
32. 32. Способ по п.1.отличающийся тем, что затвердевание осуществляют на охлаждаемой подложке.

    Таблица 1

    — Образец Матричный металл Наполнитель Температура , *C Время обработки , ч Контейнер Образование металлического матричного компонента A Алюминиевый сплав! 90 # Al’Oj 900 2.25 Тип 30k Ла В Алюминиевый сплав¹ 90 ♦ A1_ZO? 900 2,25 Глазурованная кофейная чашка Да С 1100 5k # SiC** 1000 1,5 В^Оз покрытый тип 304 Да D Al - 10J,10Mg 90 * SiC** 950 if Глазурованное иликовое литье Al_tOj оболочка Да Ε Алюминиевый сплав 90# AljOj 900 2,25 Глиняный тигель Нет F 93*Си - 6* Si - П Fe 90* А1,О_Э 1100 2,25 Тип 30k Да G 93* Си - 6» Si - о,5* Fe -.0,5* Al 90 # Al_/Oj 1100 2,25 Коллоидальный графит нанесенный на плоскую углеродистую сталь Да H 93* Си - 6* Si + 1* Fe 90 > Al_tO_s 1100 2,25 Глиняный тигель Нет

    +38 Alundum, Norton Со, Worcester, Н.А.

    +39 Crystolon, Norton Со, Worcester, !1.А.

    +♦+ El Alundum, Nortpn Co, Worcester, H.A.

    # означает Гриш

    SS означает нержавеющая сталь) ^f(7,5-9,5* si; 3,0-4,0% Си: < 2.9Z Zn; 2,2-2,3* Mg; < l,5*Fe; Ζ 0,51 lln; Z 0,5 Ni; K0.35X Sn и остаток Al

    Таблица2

    Образец Натеричный металл Наполнитель Материал контейнера Температура обработки, •с Время обработки, ч Плотность, г/см³ Коэффициент термического расширения, ί 10 * /*С Рисунок Г 1 * 5052 90 грит ΛΙ,Ο* Тип 304 SS 900 2.25 3,30 - 7А I Π 00 90 грит ΛΙ,Οί Тип 30*» SS 900 2.25 - - - Г 6061 90 грит А1,0‘ Тин 304 SS 900 2.25 3.44 12.7 7В L 170,1 90 грит Al,о; Тип 304 SK 900 2,25 3,39 12.3 7С H Алюминиевый сплав 90 гонт ли о; Тип 304 S3 900 2,25 5,se ’2.7 7 N 93* cu б; Si - % Fe 90 грит αι,ο; Тип 304 35 1100 2,25 5,92 11.2 7Е 0 93* Си- 6* Si - 0,5* Fe 0,5* *1. 90 грит ль □; Тип 30*» SS 1100 2 P ASTM A-48 Grade 30,35 серый чугун 90 грит м_:о; Спеченная 1U00 4 5,68 Q 50! -Al- 50% Си 54 грит SiC° Тип 304 SS 900 1.5 - - R 75* Си - 25* Al 54 грит Si с‘* Тип 304 SS 1100 1.5 - - - S 90* Си - 5* Si - 2* Ге · 2*, Zn 1* Al 54 грит Sic** Тип 304 SS 1125 2 I 90* Си - 5* Si - 2* Fe - 3* Zn 90 грит SiC** Тип 30*» SS 1100 2 V C 811 (медь измельченная) 54 грит SiC** спеченная А|,О.< + 1250 3 -

    ♦38 Alundum, Norton Со, Worcester, И.А.

    ♦♦39 Crystalon, Norton Со., Worcester, Μ.А.

    φ Bobt Ceramics, Conroe, TX *Kelly Foundry, Elkine WV i(7,5-9,5Z Si; 3,Ο-ή,ΟΖ Cu, < 2,9Z Zn, 2,2-2,3Z Mg, < 1.5Z Fe, 4 0,5Z Mn, < 0,51 Ni_t z O,35X Sn и остаток Μ)

    Таблица)

    г—---—--1 1—------- —--- U—-_____ Матричный Наполнитель Материал Темпе- Время Плот- КоЭффИ- Рисунок металл контейнера ратура, обра- НОСТЬ, циент 1Г С бот НИ, г/см’ терми- ч ческого расширения хЮ‘*/'С

    V Алюминиевый сплав 90 грит Aiо; Тип 304 ss 900 2,25 3,58 12,7 10А W Алюминиевый 90 грит сплав SiC** Тип 304 SS 900 2,25 3,38 8,5 - X Алюминиевый 90 грит сплав Al ₂ От’ Тип 304 S3 900 2,25 2,91 9,2 108 ¥ Алюминиевый 90 грит сплав ΖηΟ -Α1_ζ0, Тип 304 SS 900 2,25 3,48 12,6 ЮС Z Алюминиевый 100 грит сплав TiN ♦ Тип 304 SS 900 2,25 3,56 10,9 10 ΑΛ Алюминиевый 100 грит сплав в^с^£ Тип 304 S3 900 2,25 2,67 И.4 ЮЕ АВ Алюминиевый Т—6^4 цилиндри- сплав ческая • AljQj Тип 304 SS 900 2,25 3,47 10,0 ЮГ (-24,+48 грит) ____________ _ - “Т---- 4 + МСА 1360,Norton Со, Worcester, И, .А. + ♦ + EL Alundum, Norton Со, Worcester, МеА.

    4+39

    CrystoLon, Norton Co, Worcester, 11.A,

    Alunsum, Norton Co, Worcester, M,A.

    /- Atlantic Eguipment Engineers, Bergenfield, N1 ·* Alcoa, Pittesburg, PA

    CE SK Engineered Ceramics, Wocker Chemical, New Conaan, CT,

    Таблица¹!

    и· Матричный металл Наполнитель Материал контейнера время обработки, ч Плотность, г/см’ Нодуль эластичности, ГПа Коэффициент термического расширения Рйсунок If AC 93% Си - 6% - 1% Fe 90 грит 38 ALjOj Тип 304 SS 2,25 5.92 »1.1. 154 11А AD 93% Си - 6% Si - - 1% Fe 90 грит SiC* Тип 304 SS 2.25 5,01 9,0 124 ИВ AE 93% Си - 6% Si - 1% Fe 90 грит ZrCj-Alj6j Тип 304 SS А1,0_? 2,25 - * 11С AF 93% Си - 6% Si -1% Fe 90 грит AljOj Тип 304 SS 2,25 5,66 10.5 146 11 AG 93% Си -6% Si -1% Fe Т-64 цилиндрическая А1_г0,(-24,+48 грит) Тип 304 SS 2,25 5,52 11,8 128 118 AH 93% Си - 6% Si - 1% Fe -80, +100 грит ZnO* Тип 304 SS 2,25 • - Al 90% Си - 5% Si - 2% Fe - 3% 0,14 дюйм диаметр At_tOi полый сферы Тип 304 SS 2 3,9

    4 + МСА 1360 t J.1 Alundum, Norton Co, Worcester, M.A.

    t + jf Crystolon, Norton Co, Weraster, M.A, + + « EL Alundum, Norton Co, Worcester, M,A.

    + Norton Co, Worcester, M.A, # Misele Shoals Minerals, Tuscombia, Al » Alcoa, Pittesburg, PA

    CESK Engintrtied Ceramics, Wacker, Chemicals Nev-Conaan CI

    К # Ceramic Fillers Inc,, Aflantq, GA .

    Таблица5

    Обра- Матричный Наполнитель Усилитель Темпера- Время Обраао,- зец . металл смачивания тура,*С обра- ванне If ботки, металли- ч ческого матрично- го ком- ,___________ — позита 1 2 ........J....... А 6 ^μ т~

    AN 93% Си - 6% Si - 0,5% Fe - 0,5% Al 220 грит SiC‘* нет 1100* 2 нет АО 93% Си - 6% Si - 0,5% Fe - 0,5% Al 220 грит SiC*‘ 2% по весу- 325 меш 1100* 2,25 да АР 93% Си - 6% Si - 0,5% Fe - 0,5% Al 220 грит SiC 3* по весу - 325 меш 1100* 2,25 да AQ 93% Си - 6% Si - 0,5% Fe - 0,5% Al 18O грит Al^ Cl* 1% по весу - 325 меш 1100' 2 да AR 93% Си - 6% Si - 0,5% Fe - 0,5% Al 220 грит Al^ 0*,'* 1» по весу - 325 меы 1100' 2 да AS 93% Си - 6% Si - 0,5% 180 грит Al^Oj’* 1? по весу - 325 меш 1100’ 2 да

    Fe - 0,5% Al

    Продолжение табл. 5

    _______________________ ___________ i...............5...........i....... 1 ^Z/ 1 Τ Ί Γ⁷ 7 j 2 .1 2 J —........1. ---------------------------- -J--...... -- — —— · -J— AT 93Z Cu - 67. Si - 0,57. Fe - 0,57 Al ISO грит Al, 0/· IS 1 325 ю весу - меш 1125' 2,25 да AV 90X Cu - 57. Si - 27. Fe - 37. Zn 220 грит Aj₍o;’⁴ 10* 325 no весу меш 1100' 5 да

    + 3g Alundum, Norton Со., Worcester, M.A Crystolcn, Norton Co., Worcester, M.A +++ El Alundum, Norton Co,: Worcester, M.A

    1 Atlantic Equipment Engineers, Bergenfield, N1

    2 Aesar of Johnson Matthey, Seabrook, NH.

    Таблица 6

    ••••-«-••«►•I Время обработки, ч Образование металлического матричного композита Образец Матричный металл — Наполнитель __________________ Температура, ^вС AV 170, 1 220 грит Α1_ζ0 950 2,25 да ΑΧ 170,1 90 грит А1₂0з 950 2,25 да AY Алюминиевый (Т-64 цилиндрйчес сплав^ кая A1.0J (-24, +48 меш) 900 2,25 Да AZ Алюминиевый 180 грит Sic ' 800 3,5 Αθ

    + 3S Alundum, Norton Co., Worcester, M„A.

    7 + jf' Cry stolon, Norton Co., Worcester, M.A

    Alcoa, Pittesburg, P.A.

    1 (7,5-9,5/i , 3,0-4,0/’ Cu, /2,9/» Zn, 2,2-2,3% Mg, <7,5% Fe, <0,5% Mn, <0,35% Sn и остаток Al)

    Таблица/

    —————у Обра- Матричный металл Наполнитель Темпера- Время зец тура, *С обработки , ч

    ВА 90% Си -57. Si-37. Zn - 27. Fe 14 грит и 90 SiC*⁺ (50¾ 14 грит,50¾ 90 грит) 1100* 2 ВВ 90% Си -57. Si-3% Zn-2%Fe Т-64 цилиндрическая A1₂Oj (-24, +48 меш) 1100' 3 ВС 90% Си - 5% Si - 3% Zn -2% Fe 54 грит 39 SiC^#* 1125' 2 BD 90% Си -5% Si - 2% Zn - 2% Fe 90 грит 1125* 3 BE 90% Си - 6% Si -0, 57. 180 грит SiC** и 1100* 4 Fe - 0,5% Al 10¾ 325 меш / п' BF 90% Си-6% Si-0,5% 220* 51С*и 3% - 1100* 2,25 Fe - 0,5% Al 325 меш Se²

    (используемый как усилитель смачивания)

    Alundum, N<. ;.ton Со. , Worcester, М.А.

    ♦ + 39 Crystolon, Norton Co., Worcester, M_OA.

    τ Atlantic Equipment Engineers, Bergenfield, N1

    2 Aesar of Johnson jjatthey, Seatrook, Nil

    ΙΑ 3o^

    Фи С 2 фиг!А фигМ

    5 зо7

    Фиг 7С (риШ

    Фиг!8

    5/ фиг. 70q

    Фиг. Юв

    53 51

    Фиг.ЮЮ

    Фиг. /05

    53 51 фиг 10б

    Фиг/А фиг.Нб

    ФигЛс я 5f фиг fie

    53 5f фигНЕ

    Фис|2 A

    JJ

    ФигШ /р_игщ (риг. 15