Способ получения изделий из композиционного материала с металлической матрицей

 

Сущность изобретения: расплавленный матричный металл контактирует с материалом-наполнителем или предварительно сформованной заготовкой в присутствии реакционноспособной атмосферы по крайней мере на одном из этапов процесса, что позволяет осуществлять частично или полностью реакцию расплавленного матричного металла с реакционноспособной атмосферой , в результате чего расплавленный матричныйметаллпропитывает материал-наполнитель или предварительно сформованную заготовку за счет частичного создания самогенерируемого вакуума. Такая сямогенеоируемая вакуумная пропитка реализуется без применения какого-либо внешнего давления или вакуума. Расплавленный матричный металл пропитывает мчтериал-наполнитель вплоть по крайней мере до части предусмотренных барьерных средств. 37 з. п. ф-лы, 8 ил. со С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (IOCflATEHT СССР) 1

ОП.ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ средств, 37 з. и. ф-лы, 0 ил, QQ

Ь3

„. 6д

ЬЗ ,(Л (21) 4831031/02 (22) 17.07.90 (46) 30.06.93. Бюл. М 24 (31) 433027 (32) 07,11.89 (33) US (71) Ланксид Текнолоджи Компани ЛП (US) (72) Роберт Кэмпбелл Кантер US и Ратнеш

Кумар Двиведи (IN) (56) Патент США М 3396777, кл. 164-97, опублик. 13.08.68. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ

КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ (57) Сущность изобретения: расплавленный матричный металл контактирует с материалом-наполнителем или предварительно

Изобретение относится к формованию металлических матричных композитных тел.

Целью изобретения является снижение трудоемкости за счет возможности получения изделий сложной формы с заданными размерами.

На фиг. 1 изображено слоистое изделие, в котором используются внешние герметизирующие средства, поперечное сечение; на фиг. 2 — слоистое изделие, которое используется для формирования металлического матричного компоэитного тела с внешней поверхнос1ью в виде сетки, поперечное сечение; на фиг. 3 — слоистая упаковка, которая используется для формирования металлического матричного компоэита с внутренней полостью сетчатого профиля, поперечное сечение; на фиг. 4 — слоистая упаковка, которая используется для образо5LJ, 1825325 А3 (я)ю В 22 F 3/26, С 22 С 1/09 сформованной заготовкой в присутствии реакционноспособной атмосферы по крайней мере на одном иэ этапов процесса, что позволяет осуществлять частично или полностью реакцию расплавленного матричного металла с реакционноспособной атмосферой, в результате чего расплавленный матричный металл пропитывает материал-наполнитель или предварительно сформованную заготовку эа счет частичного создания самогенерируемого вакуума. Такая самогенерируемая вакуумная пропитка реализуется беэ применeíèÿ какого-либо внешнего давления или вакуума, Расплавленный латричный металл пропитывает материал-наполнитель вплоть по крайней мере до части предусмотренных барьерных вания композитного тела сетчатого профиля с внутренними и внешним измерениями сетчатого профиля, поперечное сечение; на фиг. 5 — форма, которая используется для образования металлического матричного композитного тела сетчатого профиля, поперечное сечение; на фиг. 6 — слоевая упаковка, которую использу от для получения металлических матричных композитных тел сетчатого профиля, поперечное сечение; на фиг. 7 — слоевая разъемная пресс-форма, которую используют для получения металлических матричных композитгн«х тел сет«етого профиля, поперечное сечение; на фиг.

8 — образец, поперечное сечение.

На фиг. 1 показана укладка листов в пакет 10 для формирования металлического матричного композиционного материала по методике самогенерирул иго в,-, у ля Р «в1825325

55 стности, наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку 11 располагают в непроницаемом контейнере

12, который способен вмещать-расплавленный матричный металл 13 и реакционноспособную атмосферу. Например, наполняющий материал 11 может контактировать с реакционноспособной атмосферой (например, той атмосферой, которая существует внутри пористости наполняющего материала или предварительно стформованной заготовки) в течение времени, достаточного для того, чтобы позволить реакционноспособной атмосфере проникнуть либо частично, либо полностью в наполняющий материал 14 в непроницаемом контейнере 12, Матричный металл 13 либо в расплавленной форме, либо в форме твердого слитка, затем помещают в контакт с наполняющим материалом 11, может быть предусмотрено герметиэирующее средство

14 или внешний герметик, например, на поверхности матричного металла 13 для того, чтобы изолировать реакционноспособную атмосферу от окружающей атмосферы 17.

Герметиэирующее средСтво, либо внешнее, либо внутреннее может функционировать или может не функционировать как герметиэирующее средство при комнатной температуре, не должно функционировать как герметизирующее средство в условиях способа (например, при точке плавления или выше точки плавления матричного металла).

Укладку листов в пакет 10 впоследствии помещают в печь, которая находится либо при комнатной температуре, либо предварительно нагретая до температуры способа.

При условиях способа печь работает при температуре выше точки плавления матричного металла для того, чтобы позволить проникнуть расплавленному матричному металлу в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку путем образования самогенерируемого вакуума.

Непроницаемый контейнер может быть изготовлен или получен иным способом, который имеет соответствующие свойства, описанные более детально ниже Например, простой открытый сверху стальной цилиндр (например, иэ нержавеющей стали) является подходящим в качестве формы.

Стальной контейнер может быть затем дополнительноо футерован графитовой лентой, чтобы облегчить удаление металлического матричного композитного тела, которое должно быть сформовано в контейнере.

Другие материалы, такие как В20з, опудривают внутри контейнера, или олово, которое добавляют к матричному металлу. также мо5

rye быть использованы pns облегчения высвобождения металлического матричного композитного тела с контейнера или формы.

Контейнер может быть затем наполнен желаемым количеством подходящего наполняющего материала или предварительно отформованной заготовкой, которая дополнительно может быть частично покрыта другим слоем ленты. Укаэанный слой графитовой ленты облегчает отделение металлического матричного композитного тела от любого каркаса матричного металла, остающегося после пропитки наполняющего материала.

Количество расплавленного матричного металла, например, алюминий, бронза, медь, чугун, магний и т.д., может быть затем залито в контейнер. Контейнер может находиться при комнатной температуре или может быть предварительно нагрет до любой подходящей температуры, Более того, матричный металл может быть первоначально запасен в виде твердых слитков матричного металла и после этого нагрет для того. чтобы перевести слитки в расплав. Соответствующее герметизирующее средство (описанное ниже более детально) выбирают из группы, состоящей из наружного герметиэирующего средства и внутреннего герметизирующего средства, которые затем могут быть сформованы. Например, если желают сформовать внешний герметик, внешнее герметизирующее средство, такое как стеклянный (например, В20з) спек, можно приложить к поверхности резервуара с расплавленным матричным металлом в контейнере, Спек затем плавят, типично покрывая поверхность резервуара, но, как описано более детально ниже, полного покрытия не требуется. После контактирования расплавленного матричного металла с наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и герметизации матричного металла и/или наполняющего материала от окружающей атмосферы с помощью внешнего герметизирующего средства, при необходимости, контейнер устанавливают в подходящую печь, которая может быть предварительно нагрета до температуры обработки, например, в течение подходящего периода времени для того, чтобы обеспечить пропитку, Температура обработки в печи может различаться для различных матричных металлов (например, около 950 С для некоторыx алюMèниевых сплавов и около 1100 С для некоторых бронзовых сплавов являются желательными). Соответствующую темпер.= туру обработки обычно варьируют в зля:,. .и> ости от точки плавления или других х:: .л,-: рисгик матРИЧНОГО МЕтаЛЛа, таКжЕ f(AK И СПЕЦ{1ф>И){0ских характеристик компонентов 0 реакционной системе и герметизируюшего средства. После соответствующего периода времени при температуре в печи будет создаваться вакуум внутри наполняющего fiýтериала или предварительно отформованной заготовки, тем самым позволяя расплавленному матричному металлу пропитывать наполняющий материал илп предварительно отформованную заготовк/.

Контейнер может быть затем удален и"., г счи и охлажден, например, путем помещения его на охлажденную плиту для н;ffpaf)f)pHного отверх<дения матричного металла. Металлический матричный композицион)11-{!1

МатврИаЛ МОжвт бЬГТЬ ЗатЕМ ПЕрЕМЕЩ>Н > Л)01бым удобным способом иэ контейнео;-, и отделен от каркаса матричного металла, если он вообще имеется.

Когда подходящий матричный металл, ТИПИЧНО В РаСПЛаВЛЕННОМ СОСТОЯНИИ, КОНтактирует с подходящим наполняющим материалом или предварительно

ОтфОРМОВаННОй ЗаГОтОВКОй B ПРИСУтс-.тГ>:,1() подходящей реакционноспособной атмосферы в непроницаемом контейнере,мг>жет иметь место взаимодействие между pp f(f {fонноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером, чт« п риводит к продукту реакции (напримср, твердый. жидкий или пар), который за!(имает меньший объем, чем первоначальный объем, згнимаемый реагирующими компоне))та))и.

Когда реакционноспособная атмосфера изолирована от окружающей атмосф:.ры, вакуум может быть создан п прониц-."омом наполняющем материале или и редв>) ð(.тельно отформованной заготовке, котооый затягивает расплавленный матричный металл в пустоты пространства наполняющего материала. Непрерывное взаимодействие между реакционноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и/или проницаемым контейнером rëàæpò приводит к матричному металлу, который пропитывает наполняющий материал или предварительно отформованну!о эг>гого()ку, по мере того как генерируется дополнительный вакуум. Взаимодействие может и родолжаться в течение времени, достаточного для того, чтобы допустить проникновение расплавленного матричного металла либо частично. либо су(цественно ООлнос ь)о, В массу наполня>ощего материала или предr г) ;(>>с)гм(ь-ry>, ffýr .1,>г{)т> ч! Рt ь>1 с с » " 1ч-)Вол ))->,;» >f>rf;rÐ>f(1 с)00--),1> " ЯТ>, Ог 1)с «й

>- i)0> fjf! I!Ньст), ПГ) К()1), rnf> 1 fl О» ь), -t,1>t с;

>ьсаос>/ H3() Offal f(f I»0 t Pt, " 6 ЕГ)),,) >1.. >л ttll П! >О вар.;iельно г>тфор . 00;.) > —;«й:-; ) f 0 0;>:;;, .с r I ) "" « сь: r r> " " -,» l "> Л(""{ »й

1Д ) ":)ТГ .Ir)! { . с > ">" ;Л>с "I. s«0>.". i ЧЕ>(ОТ(1)>ОЯ

; Глf)V,((", ",)С)ьс)1; П: с).(.>;;. >1;.-.,;;{ Т) Л;с{ СКО> t > >ь. r Tt)l!с>> {ъ> {О;{1)с), . { ° >, с )ь I, ; ь 1))тй,){())ЛЯ

>.,.-; ri>,:!0r „-;, (О );>1, .:), ь» - Iã. — -с;. sli ff 1)уды>Т

15 (. r»>lñ >" Ы .. "1)С l! tr >{{ >!,;i; "С )>р>1 1

1;:.), 1;.;()Т(»)С,С)))= ) ll " l; ". >1)r.., >,Л t "{ - фвГ-: :",": ".: .:-..., - > . - - Л-.. .!!{)l Р )Р: {)Т

r (HnP -,>,, 0» 1;Иь; (.->с)(1(- : > =. -.:. -„>>)гп Гс)KYYPf} л.) ff ) rf \(ал>1 tl (()с, h!, ) )>,1 {,с j rt,l,!r 1>10эдух. ", ">г Ь "> !",{ " ) Пьь,, с-. с > st ь >, : с) ь{ь ь f)r)!)H—

/>,;,сс> б.)с)» f !.-. 1;r> f r.-l- . с>: / f>(>3gr/>(:;.;., ; -;С-1 с!>>Г;1) 1 Л:, 3>P, ". l )."-,,; — (ИСТ()Ма

1",,- ) I),. {; > -.,—. 1;с .;)" I "(11:::: >1{)" Об)н l :)1.1:с-,с >-. с. П;;,!) ..; с, с -,ь,;. >-, . < ., г >;>,:> с;сf;I)p.. 0frs

/I1)f f ()l 0 " ." . . f 1(". ri .::"Г> ) - 1>)(Ь > 0 1ИКу

С,)IH0("Н.- ) {1Г,>е>1()г ь .3;,", {;:.- !0б, ),>), >"".0

,Тс)б,.; I)i!>)>(>flip -.Нс;с;- г» . r -,>;,, ) >;>С{(ьь)оа бЫс>-> ii 0{,.{)(> .-";- ", f 0 »" - Х, Ю;)!»й»ьт) )«ь" ФЕД() f)f.r — >; l > Г >", " ff!. :.,)"-.1 ЛЕНИЕ

"„ir3tf!f11{. с с >..:с l >:..) . Н 1 : "- О> " .- ) l К01 0()0() (;:. !0 ° т(4 >) r") >,,>Л». 1)I) ь ", 11 0:1ЭЫВаЛ

l,)сс >1(ь{ >1 rl{ {- r 1>i >Е >frû с Л»;» - >if - Л!0()ОИ (:13, "();ь: >1> 1 !» - ):- сь r ь)() -, г{ -1. 0 .{ (с))ЖОЮ

Зь и(з i; - »;1 :): II); f !» : с »с :111>> — .. . )ь >{1:.{с)нтей ! с)Ь {{ ;) {I(>:,и P;{l С i:{.);i>, 1>(ll; >)ьэ»ь)зil В 0 r)t.)t .:" .:, f) t«f{) ° l ".. ". : .. :ссHII;:f!

;..>t="": .rr)Ih()) . l)(l С с>- I:,I: . : . { . A . . .h . » r 1 ((01 а

>ь- ht), 1>) и f {I . f f .-. . ..:,. ; .» fly b с)(} (- 0{ьа;Ill f fftHtg Пtl«f .,I ьс, -с> f, .>ь> . -{ьЛ МЕТ » ; . 1;; » f /! «;) > л f r f l I f t с(,, с H r l f ) с с " 10 Э Т М 0 С

f", ЕР{)ь)1 . .0)ОРЬ и Я )Л, -.;;;.,;.;;..01.)0HИЦаЕМЫМ

», r (>f(r>ь1;, ь.-)!»О йl > > t;{;» 1>С- f) >1 с 1,h)(if)9 Х, (.f)0

»об,.), >(Ч;, iH>ir,l), ) ПГ)01!> .; >1Ь >й,с()Н)вйНй(! М(> .ь ет;) >с1> 0 { т!. f! f >$1,,> {r,)0 ТГ (1>,1а)с (!С » ûР.с йр С и t )С. С) -» Ь1(с > -1, { Pr Л ) IЬПЛ (с)сЕ(1 fr Т д ) ь>гст()(1>., f f ° ».с > ь frÓ/) . f)Æt!) ()f)ÒÜ у:. >0.--,1:Я ()п{)соб.. T=l . Чтг> {)H с.)кран>1;- свой !

Рс!Зс()I : » ").00 hf И К()ТО>)! f> ПГ>Е>101 "f)PAI((авт

5>} И;. . Сь/({(ЕС) 1)ЕНН{) „>НГИ{j);1{)УЕГ > 1)Л>)С({{)РТ 0f< >1ыаю t)ей е!)I I I 00ç ь 0 !т> йkеь),! 1ри

ИСПО!)>.-.(0:à,, И Кон- :(.)) ;.:>,. (ОТ>)р)- и f,0СтаT ."i HO -1 "сь с 00 НИ({:if" l 1! 1 - -) > -,>) ) 1 0 :Т j )ла Н И я аТМО> с))с (ь c(=ОЕГ гПТ КГ",>>f- и >;- 0 с" Пзмож55 Н0 rS))0f)V)1()0!(()Hff)P. {.1>с10 г .Н> ;{;1 >," " .{1! f > Р-"l(>f уМ > В!1ь,.тр,с;st;.{) ссО;- s,t,) ь;, )..; (-1»йв В завис, .)100{и .;-: 1 .. -.:-.::;-.;,,=.:.1{1, . „"-f)" ãíîf(Р аК(i>lh>" )Сс)C, .;r:rr--f,,:. ; I -" .-.» ". { ;! Кон1825325 рой и/или матричным металлом или/и 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 вни лзние, что целый ряд материалов может быпгь использован для формирования непроницаемых контейнеров. Например, формавзнная или литьевзя окись алюминия или карбид кремния могут быть использованы, также кзк металлы, имеющие ограниченную или низкую растворимость в матричном металле, например, нержавеющая сталь для ал оминиевых, медных и бранзовы>; матричных металлов.

Кроме тога, в других случаях непригодные л1зтеризлы.,гакие как пористые материалы (нзг1ример, керамические тела) могут быть сделань: непроницаемыми путем формирования подходящего покрытия. экие непроницаемые покрытия могут быть и сбыми из широкого ряда глазурей и гелей, пригодных для связывания и герметизации таких пористых материалов, к таму же, подходящее напра> ицасмое покрытие может быть жидким при температурах способа, и в этом случае покрывающий мз-еризл должен быть достаточно с;абильны>л, ч гобы оставаться непроницаемым при услсвиях самогенерируемого вакуума, например благодаря вязкому сцеплению с контейнером или H3i1oflH5HGL!., материалом или 51редвзрительно отформованной ззготов;сей.Пригодные материалы покрытия включз5от стеклообрззные материалы (например, B20g). хлориды, карбонаты и т. д., при условии, что размер пор этого нзполнителя или предварительно отформованной заготовки является достаточно малый, так что покрытие может эффективно блокировать поры, образуя непроницаемое покрытие.

Матричный металла, используемый в способе изобретения, может быть любым матричным металлом, который будучи рзсплавлен в условиях способа, проникает в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку при создании вакуума внутри наполняющего материала, Например, матричным металлом может быть любой металл или составная часть внутри металла, который реагирует с реакционноспособной атмосферой в условиях . процесса, либо части:lHo, либо существенно

50

5

30 >5 полностью тем самым заставляя расплавленный матричный металл проникать ь Наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку благодаря, ио крайней мере, частичному воз IHI<íoâåHèlî вакуума в негл, Далее, в зависимости от применяемой системы матричный металл может либо частично, либо существенно быть нереакционноспособным с реакционноспособной атмосферой, и вакуум может бьггь создан вследствие взаимодействия реакционноспособной атмосферы, с, дополнительно, одним или более другими ко лпонентзми реакционной системы, тем самым позволяя матричному металлу llpoHMKGTb в наполняющийй материал.

В предпочтительном варианте осуществления, матричный латериал может быть сплавлен с усилителем смачивания, чтобы облегчить смачивающую способность матричного металла, таким образом, например, содействуя формировзнию связан между матричным металлом и нзполнителем, уменьшая пористость в форм51руемом металлическом матричном композиционном материале, уменьшая количество времени, нсобхади;лае для полной пропитки и т.д.

Кроме тога, магериал. который вклю1ает усилитель смачивания, может также дейстDoBQTb как облегчитель герметика, кзк Описано ниже, чтобы спосабсгвовать изоляции реакционнаспособной атмосферы от окружающей атмосферы. Однако в другом предпочтительном варианте осуществления усилитель смачивания может быть включен непосредственно в наполняющий материал в,"лесто того, чтобы быть сплавленным с матричным металлом, Таким образом. смзчивание наполняю и,ceo материала матричным металлом может усилить свойства (например, предел прочности при растяжении, сопротивление к эрозии и т.д.) результирующего композитного тела, Кроме того, смачивание наполняющего материала расплавленным матричным металлом может благоприятстDoBGTb равномерной дисперсии наполнителя по всему формируемому матричному металлическому композиционному материалу и улучшению связывания наполнителя с матричным металлом. Полезные усилители смзчивэиия для ал оминисваго матричного металла включают магний, висмут, свинец, олово и т,д. и для бронзы и меди включают селен, теллур, серу и т.д. Более того, оо крайней мере один усилитель смачиаания может быть добавлен к матричному металлу и/или наполняющему материалу для того, чтобы придать желзел ые свойства резульt 8253::. . тирующему леталлическому матри,наму компоэитному телу.

Более того, возможно испольэовать резервуар матричного материала, чтобы гарантировать полное прап итыоание 5 матричным металлом наполняющегo материала и/или подать второй металл, <аторый имеет отличный состав от первого источника матричного металла. В частности, в fiexr)торых случаях мажет быть желате."!ьнп 10 испольэовать матричный металл о резерв1аре, который отличается по сосТапу от (jefpваго источника матричного металла.

Наприл4ер, если алюминиевый сплав ис.пользуют в качестве первого источника f faj- 15 ричного металла, тогда фактически любой другой металл или л1еталлическ!лй Гплan, который плавится при тетлпературе переработки, мог быть использован о качества металла для резервуара. Расплаолен!4()(е 20 (леталлы часто очень хороша смешиваются один с другим и зто должно привести к смешению металла резервуара с первы(-1 источником (латричного металла, поскольку дается достаточное количество времени для 25 того, чтобы и-раизошла смешение, Таким образо(л, используя о резервуаре металл, который отличается по составу от первоисточника (латричног0 металла, возможно приспосабливать свойства матричного мс- 30 талла для удовлетворения различных oliep;ционных требований и таким абра .0;-;, регулировать свойства метал !Ическаго матричного кол1позитнага тела.

Температура, при которой реакционная 35 система подвергается воздействия (нап р(1мер, температура переработки), может варьироваться о зависимости оттого, f.af:Ie матричные металлы, наполня!ащие t

700ОС и предпочтительно ((50 С или более.

Температуры свыше 1000 С обычно не являются необходимыми, и, в частности, полезным диапазоном является 850 — 1000 С. Для бронзового или медного матричного (летал- 50 ла полезны температуры от 1050"С до

1125 С, для чугуна являются подходящими те(лпературы оТ 1250 С до 1400ОC. В общем, температуры, которые выше точки плэвления, но ниже точки испарения матричного 55 металла, могут быть использованы.

Можно приспособить состав 14,(или микроструктуру металлической матрицы во время образования композиционного материала, чтобы придать желаемые харакrfpI4(4()p, д()!»4 д 3(4нс(й системы )>слпоия с" РГс. ба )Ложна Пада" p;j Ь тГбЫ t(OНТПОЛИраяятЬ

Обаазаоание, !far(0 1(!f )n, -1нтГГ) 1(:T»I;Injf,n)ofj, Окси((пв, 1!итридав. !4 т.д. Далзе, о дапОл ((е-! и е 1(I j i" f 1 с и а Г 0 6 л Г!- . и О (; О (. I о о I, О м и и 3 -.1 т!. 0го те л а ., м 0 ж и 0 t f ?);), 1 (h l l i o ij») r! )j a r b д г) у г j! e (j)!Лэ,1)4ЕСК(ЛЕ Хааахтва)ИСг(1К(1, I!ann 1ЛЛРР jjonI .",Tn(: !-, XO!>Òf!0 ":fj !".Я ).): Of 0071-. ОХЛажлачия (10 а ?jл)) !;- 1) !- orj) .,!лтп() >!)О) о

:, Af f ч>) )»T )()!"() т ()») (j il ») ))1,! !1)! !»1;(.;r--6-:; жег=.ref! . —.,,;Л .":.);.fi,)I", (Р .1..0(0

f.-,)j r.- !»! 1)(.-ro ) Ол(п>г)з):; (:-;; 1-,. ?1-.,)pn;;:;:.äa бы r:,;ОП!)04),"-.,()(Л, »f;!0 r;. П 4=-:.1 - -;, П;т;.. Па-! )О)j)11): !1 IП,),1?Л)))1, "!,—, .!?!Еаа, Гi)pen Ка,"-! 0 1)0 )t»»,f),fr (Ë :, .1(: ЭЛЛ!1 (ЕСI(4.;é

)-;,: — i» !!!i.:П 1,(>l.,.! З)!!r? " i; ),-.,! (»j На ())О!))) !):)Е 1 !) >(Г;т ) "; ».,!,-. > e,: Г(> Я;-10 П 0(. РО!аЯ 14ЗС?Л)1РУtoi(IIЛ» а. )- ЕР)1»)! (,I;Ofio КО)(тайiI()(а, Yp))I«e тагп д и)?!1!!.!en!Ä ы.. свпйс(оа

f1!-")ппи!!!.-;т), Предо?! -,;0 .;,о.".т„г,oj/ г!".,ОТ»(We>j)П)1 т)УР аг(1»)г 11 1((;) ОГО t!4:37)))I!i !

j?)r0 КС»:.Пази(,ИО!41:."(П Ма)Г!)Иола Л10Г)"Т: ! ; г) (i: (! 0 !1! 1 !п Р в а т Г я )) "т Г !. „:;" и () (° ) а 13 а (1 и я

1(- !); (:! ° Пабат! и 1 )!j (j „;1), j. > » j)>r)!-Иая

ГЕO((С>г)б()абj) rt;a, Ка,!".П;.(я .(>i) Е(Ст(-у(»Т Су(ц. Г.тоенн; тор?)10(6)ni)f)(. j I e дл 1,"ь)тричн(эго

?, .т-"Лг а Гaifif!-0 ПС;Е(.Е, 1:-" - -. voа."работ.:, O.(, РЛЯ (»!.ЭД,(фи(1,1 ) )1;:..:-1;Ч!10 ИЛИ OVБ ); (f () afire, и::,)* i(!! j -! -.. :.:: (I .",посс. бе

1);О» 0 -,с?!(1(! !1;) r(»j (>,)1;я!О! !в(0 матери );!;! ИЛИ (!;) 1njn, " )(- - . ; ) (!)j)pt ° 1 )ВЭН Н»)»(З (-()3;)(j;,: ?)0 ) V,-,а б ;17 - .),?Lj(Е? Тr)РННО

rjf)Q)(.";1! P 1(! 1,„Л)» Oj С, !Т)ЭБЬ; г!ОЗВОЛ(1ТЬ pP.", (уа(;:;спас()6!!()й гг! Осф .ре пропитать. (!л)11 г!ра,,«.ft ;-(ут(,;j ч.".-0-,):ji(."))!!.1 л10) ег>иал ! Л ", П":".ап!1Тe/ .!=- ::) ! )j О" анНУ(О !а 0 ! РВI(У !!а tjef(070009 е! ЭД):.)1 R(О!)Е(1Я ()POIAeeca, паРдineГTвуjoоfей изОляциH

О КРРУ),,а )ОО! Рй !3ТЛ1)r)ГЛ)P?) Ы f)Т 0() nv((ИОЧНОГПОГаб(40!т! ()т»ласфеа(-.:. т: г ()11л(орах достаточ-!

4 О е к О л и») e .: 7 Г: и p e a I ! и о и ? 4 а r; и О с 0 б и о Й

»Э) М )ГфЕPЫ OОДPожИТ(.Я О! IУТPA г)>jИЗКO УПа

1;Ов»эн,-i ы .х jfacT(f 1!, ил;fo! Ii

iqKf)Ij0Ijl!" Гт ()сот)нля ат!ласфер может либо -остин.,О, )j!A6G смщественно ((а((на ре;!г)ровать после к()н7акта (ряспл оле(4ным (.1ат ()и)11(ыl ) мг)т»)л>1()(л )4 fif 1!1 1-(ап()лня(ащим матери >лof" . 1,/è()(. t! Р(fnj! I(In(en?114(4 контей-!!ОРИ(»),.гРЛ(СаМЬ-". ; Р (Я))Д(1 К С. ЗДаНИЮ ОЗКУума. который в714гив -. рагпла л(нный м»эт4)и»!11 » "! "i()T»jfllj о iii;- и?), I(I f()!?I jlй 11а) Рпиал, Более тагoi, распрсдел(- - ие р)а!(ционнаспасабнОй атмосГ!)eры внутри

ffýï0fItIsf I0!j(ei 0 матер(4ал ) ()С»-. (е-. нp до !жна быть f:yI)ieoj оенна;)аон()л:-..1),->ы?;. of!4a! су1825325 щественио равномерное распределение реакционноспособной атмосферы может способствовать формированию желаемого металлического л1атричного компоэитного тела.

Предлагаемый способ формирования металлического матричного композит loco 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 реакциониоспособной атмосферой, реакционная способность иаполнгпощего материала с раа«циониоспособной атмосферой, реакционная способность расплавленного матричного металла с непроницаемым KQHтейнером и свойств, закладываемых для целевого кол1позитного продукта. Например, когда матричный металл в Jlþ÷àcT алюминий, то подходящими наполияющи ли материалами являются О«сиды (HBllpHMep, Окись алюминия), карбиды (например, карбид кремния), иитриды (напоимар, иитрид титана) и бориды (например, диборид титана), Если имеется тенденция для наполияющаг0 материала взаимодействовать вредно с расплавленным матричным металлом, то такое взаимодействие может быть с«омпаисиропапо путем yr.àíü!l!åíëÿ времени пропит«и и температуры или путем прадусматривания иареакциоииоспособного покр лтия иа наполнитала. Наполняющий матариал Может включать подложку, такую как углерод или другой некарамический материал, носящий керамическое покрытие, (тобы защитить. подложку от воздействия или деградации, Пригодные керамические покрытия включают оксиды, карбиды, иитриды бариды. Керамики, 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 филамаитов, таких как мул ьтифила лентные) жгуты. Кроме того, состав и/или форма наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки могут быть гомогенными или гетерогенными, Раз лер и форма наполняющего материала могут быть любыми, которые могут требоваться, для того чтобы достичь желаемых свойств в компоэите. Таким образом, материал может быть в форме частиц. усов, пластинок или волокон, поскольку пропитка не ограничена формой наполняющего иатериала. Могут применяться другие формы, такив как сферы, цилиндры, таблетки, тугоплавкие волокнистые переплетения и тому подобное. Кроме того. размер этого материала не ограничивает пропитываиие, 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 24-500 грит, является предпочтительным для большинства технических применений, Кроме

S того, контролируя размер (например, диа15 метр частицы и т. д.) непроницаемой массы наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки, можно приспособить физические и/или механические свойства формуемого металлического

20 матричного композиционного материала для того, чтобы удовлетворить неограниченное число промышленных применений. Еще дальше, объединяя наполняющий материал, включающий варьируемые размеры частиц наполняющего материала можно достичь более пысокой упаковки наполняющего материала для получения композитиого тела с заданными свойствами, Также, можно получить более низкое заполнение частиц, при

З0 желании, путем перамешипаиия наполняющего материала (например, встряхиванием контейнера) по время пропитывания и/или путем парамешивания порошкообразного матричного металла с наполняющим материало л до пропитывания.

Раакциоиноспособиая атмосфера, используемая в способе данного изобрете ия, может быть любой атмосферой, которая может реагировать частично или 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

4-" этой атмосферой и/или компонентами реакции до реа кци и. В частности, реа кцион носпособная атмосфера, при контакте с расплавленны л матричным металлом и/или наполняющим материалом, и/или непрони50 цаемым контейнером, может реагировать с одним или более компонентами реакционной системы, образ я 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 и наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку. Вэаимодейатп«а матдч pr;

182532 акционноспособной атмосферой и огч«<м или более матричным металлом ti/или <аг<олняющим материе} ом и/или непоони!)",емым контейнером, может и родо)жа гьс, в течение времени, достаточным для того, чтобы матричный металл пропитал, по крайней мере, частично или существеt÷(! OTfj0 1)еа к!(иОнноспособной атмосферы, вза1(модействие между матричным металлом (1<аг!ри..(ер, алк)минием) и воздухом может приводить к образованию реакцио!!Носпособньп< и::.Одуктов (например. окись ал!оминия и/или нитрид алюминия, и т.д.). В условиях сг}особа, продукт(ы) реакции имеет тенденци}о занимать ме}<ьший обьем, чем об;ций обще -„ л занимаемый рагплавленным алюминием и воздухом. В результате реакции генерируется вакуу}л, тем самым за<.тавляя расплавленный матричный металл проникать в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку, В зависимости QT используемой системы, наполня!Ощий материал и/или непроницаемый контейнер могут рсагировать с реакционноспособной атмосферой аналогич}!ым образом, генерируя вакуум, тем самым поМОГая в проникновении распл(!(!Лен}!ОГО матричного металла в наполня!ощий материал, Реакция с самогензрируемым вакуумом может продолжаться D теченис времени, достаточного, чтобы привести к образованию металлического матричного композитного ела.

Кроме того, найдено, что герметик или герметизирующее средство должны предотвращать или ограничивать газовый поток из окружающей атмосферы в наполняю;,и", материал или предварительно отфор}1ов(1!<Ную заготовку (например, предотвращать те-,=i <ие OKружающей атмосферы в реакционноспособнуlo атмосферу), Реакционноспособная атмосфеоэ внутри непроницаемого контейнера 12 и наполняющего материала 11, дол)кна быть достаточно изолирована от окружающей атмосферы 17, так что, когда происходит взаимодействие между реакционноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом 13 и/«r<è наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой 11 и/или непроницаемым контейнером 12, устанавливается и поддерживается разница давления между реакционноспособной и окружающей атмосферами до тех пор, пока не будетдостигнута жслательная пропитка. Следует понимать, что изоляция между реэкционноспособной и окружающей атмосферами не должна быть rof)ep«

Ра;11;»,,:; >iаВЛЕ:,< <1)1 В .;;.:.,:„.- (-!.- .:-)0<1«< Р „)i) )<)ал <ьаз-. моглэ 2!» тг:; .)з Г),)1.;)кэ<0!<(ей >)Tt <0f <}:1?!) 1>, в ре,-. }

5 }1 > МО <})f 12 )<,<10 + >O..Õ и<> I :к >, K:)L )(. Tb ) с <е !

<ив была бы !!ижс той к<)т< пэ): необходима, >IТ )бы f(=f>(e/fn(}If<Ð f»п:2. ii!>1 = г)еЯкцио

1ЗСЛЛЦИИ OKР}г."« 0))<,?I! >11.: -<ОС<(1)ЕPb! ОТ 11саК10 О. ппсоб}<()) . ",.,.<0<- I.> o(I»>1)>" я }(ворон!}-. " Г« > я е то я Т7 к х» с д > 01 I r: « i o н Г? и 1: 011 <гщ а ef 1И ДЛЯ 0 <)2)<."КЗ Р<ЦЕ <> i МОСф(?PЫ, ТО

15 О<гас}2(<у<) i o расплi7;;r>:, L»i ".;;) Tг)ичным,) .) oiiе(пзч! <г, ) т Дс> (у <с, » ;<:1 1 необ :ОД!Iмой И>ЗОЛ -iLI i > l)» НО Г) ГМ TtIТЬ, одг<,() Ч Г<2 Г(2<1! I- Ö i . 7?OÄ .<17 < СжДУ H(;f)P:) !

<Г}ц» мым к()нтеЙ!<Про,} 1 !,. а f)!«IHvs} ме20 ТГ(Л <<г) <»> Mo >;еT,OIRf)(<" I foil<2)j, Io>< +ет<>!}(, !Ол >,<зн г)>7 :г пе (не- .) <". Г(;}1 -".т<)за

;k I4)/Io:,:.iò Г>ы >II«) <б!! n<)i . .,;". ее> f е()а25 Н.1гь 1 ;. о 1(:!<., Пп,<1(д < л, .":. г(}.) » ..::, «.) <, p;;!-.тизиf :< ><.i<<.те<) к!<..< . б ) f< . I!< (1<2.-. <ГГТ быть, 30 I:роме гого, ила<-с}:.. "l! «ир< еэ, ><ах либо (>1<(:!)ОД ене<вним .,l .Е, 01 Е Е >< ()», Ч 1 () Г "!,;) < ).< 4Y>) q q)L<(ЕЕ <;Q< >CTе (1 е Б О 3 Н - I K;) f > г i< i".:! "> С < : :I )1 ) o () ) )i .1 »,, л а а Л е н Н 01<2 }>}а<т >ИЧ!}ОГО М",. Ti;Ijj <), f"„I(1 k ДОПО. IH()HL(Ñ . К

35 )< юбому зрмеT<11Hуу ()I (<)<)}у действию. об(,(. с <ие;)«=",о!.у, . <ер, и; "{()тср<}ал<а, доб(>« !1, . <Ого к д!)у< и<4 .-}Лев>ан Гам !!;,: «<<{(2)!Ной с((,;-.. .,k,}, !1(p, ",f

40 и" <еl)T вв<>д;, что герма(иаир >Ic)l <ее действ (е ".Озн!1кает и(.ключ< !теГ« но <13 ОднОЙ и II1

<)г)лее характеристи ",,и ват!> и> < "p>") >-< > >7-; »>I }I }< кон 1 (и45 }!Ег)).. L! <утрЕННИЙ . -.;.::-..:. ЧЕГ:Кий гврмвтИК мож(}т быть сфо}2<>и<аf)7.). Просгп предусматривая дос Гаточно гл;. :. Сч .i Й резервуар распла !;:нног0 метри:-элла или погружая напол!<я<0)}ив vlT(! p-;эл или пред-, 50 еарительно от(Ьпрмо>.,of(}I)> ) з=.<отоеку.

T< .М f!9 МЕ}<ЕЕ. Н>)Й«ЕНО, <10 ВНЕIJiHL<6

f1ехдничсские Герм(?)икv яj)ля!Ото)< tl(.ý<

0 "iи мо гуут тпе(2г}еа . ч р<)з. {е p:. i(! 00>1 ы ii иx ко55 личссте расплавленного матричного металла. < > с<20твг> тст<2 ии с i; (0 <3) !)е Г(}1 Нем, найдено, что внсщн(с гс7.-;:li . ;и и ф. :зиче(>КИЕ и <)(МИЧЕСК}}<> Кj) а n L>j 3}>У > f,в<1< !1 (ЕРметиков пер)крывак т< у)<()зя)<ные ! < с до Q тат }; и я }(I}>T p f> j j(,>".. Гo м ("; <. 1 < « . > () г o (. (p1825325

16 г«егика. В предпочтительном варианте осуществления внешнего герметика,;ерметизиру!Ощее средствс может быть чаружно применено к поверхнсс<-и матричного металла в виде твердого или жидкого материала, который, в условиях способа может быть существенно нереакционноспособным с матричным металлом.,-1а11дег!о, что такой внешний герметик предотвращает. или по крайней мере, достаточно ингибирует, транспорт парофазных составляющих частей иэ окружающей атмосферы к реакциОг<носпособнОЙ атмосфере. Пригодными глатериалаг«и для исгользования ь качестве внешнего физическог0 герматиэирующего средства !«0! y < va",s либо твердые Ter,a, )1vбс жидкост „;зклю -lая стекла (например. борные или кре!«ниевы=. стекла, ВгОз, расплавленные оксиды и т.д.) или любой другой г«атериаг<(ы), <старый достаточно ингибирует; рансг<ор-. Окружа<ощей атмо"феры к реакционноспособной атмосфере в условиях этого способа. <

P >lÌ " );i /Tj:)0nH<ОЮ ПОВЕРХНОСТЬ НОП, )l)ницаемаго контейнера, контактиру о цего с емкостью матричного метагла, -:ак чп> транспорт газа между 0) ру>ха<0!!<ей а!.мос<1)врой и р<. Qк лазури и покрытия, также кск ;<) )3, .<0òîð!.<е могут применяться о кОнтейнере, чтОбы сделать его непроницаемым, г«огут также обесг!ечивать подходящу)о герглетизацию.

Внешний химический герметик может быть получен пог«ещением материала на поверхность расплавленного матричного металла, который реагирует с, напоимер, проницаемым контейнером. Пр )дукт оеакции может вкл)очать интеол1еталл!1д, оксид, карб!1д и т,д, В предпочтительном варианте осуществления внутр<зн!<Ого фиэичсского герметика матрич!Иый металл может реагиро<)ать с oкружающей атмосферой с обоазованием герметика ил

?0

55 гом варианте асу<цесгвления внутреннего физического герметика облегчитель герметика может быть добавлен к матричному металлу, чтобы способствовать образованию герметика при реакции глежду матричным глеталлом и окружающей атмосферой (например, путем добавления магния, висмута, свинца и т,д. для алюминиевых матричных ме-аллов, или путем добавления селена, теллура, серы и т,д. для смежных и 6рОН30вого матричных металлов. При формировании внутреннего химического герметиэирующего средства, матричный металл может взаимодействовать с непроницаемым контейнером (например, путем частичного расплавления контейнера или его покрытия (внутреннего) или путем формирования продукта реакции или интерметаллида и т.д., которые могут герметизировать наполняющий материал от окружа!ощей среды.

Кроме того, следует оценить, что герметик должен быть способным соответствовать волюметрическим (т.е. либо расширени)о, либо сокращению) или другим измене)<ием в реакционной системе, не допуская акружа ощую атмосферу течь в наполняющий материал, например, течение в реакционноспособную атмосферу). В частности, поскольку расплавленный матричный металл впитывается в проницаемую массу наполняющего л1атериала или предварительно отформованную заготовку, глубина расплавленного матричного глеталла в контейнере имеет тенденцию уменьшается.

Соответствующее герметиэи рующее средство для такой системы должно быть достаточно податливым, чтобы предотвратить .гранспорт газа из окру)кающей атмосферы в наполня<ощий материал, поскольку уро ынь расплавленного матричного металла в контейнере уме)<ьшается, Барьерное средство может, также, быть использовано в комбинации с изобретением. В част;юсти, барьерное средство, которое может быть использовано в способе этого изобретения, может быть любым пригодным средством, которое мешает, ингибирует, препятствует или ограничивает миграци!о, перемещение, или тому подобное, расплавленного матричного металла эа определенную границу поверхности наполняющего г«атериалз. Пр 1годным барьерным средством может быть л)обой минерал, соединение, элемент, коглпозиция, или тому подобное, который в условиях способа этого изобретения, сохраняет некоторую структурнуго целостносгь, является !<еле)учим и

СП ОСООН ЫМ ЛО,< ал !

1(12(32(барьерное редство длч остановки прспитывания матри !Ного металла за пределами желзег !сй поверхности тела. При контакте реакционноспособной атмосферы с мзтричíым металлом, который г4ожет быть налит в нег роиицаег4ый контейнер, и/1!Ли наполнл ющий материал в условиях способа может быть созда!; самогенарируемой вакуум, тем самым зэстзвллл рзсг!л3влеиный матричный металл проникать в наполняющий маTepII3n. Мгновенный! способ избегает

НЕООХОДИМОСТИ СЛОЖНЫХ ТЕХН()ЛОГИЧЕСКИХ стадий, например, механической обработки форм сло)к11ых к014фигяза!(ий, сохранения ванн расплавленного металла, удаления образо!)авшихсл кусков 1!3 форм слсжнпй Koil ф;Лгурации и т.д. Далее, перемещение напал ил 10щего материала рзсплавленн ым матричным металлом сущестгенно уманьшзатсл путем предусматриванил стзбильНОГО КОИТЕИ1 аР3, KOTOPr IE Нг Г1ОГ(1У)К310Т В

В(! il Í", С Рапп 3вЛРН HÜII4 I40T3iiorOI I.

Y3!(и 0 !(3 3 3 н 0 н 3 ф и Г, 2, ал ьта р и Зт!! в и ы е слОаьыа с гp)rKтуpbi 20 I40f jT быть,Koнстру

EI p0 03 Í1. д!1л (()о р 140 33 нил i!10(зм,:;стор!-:." 0T лича!Отсл от формы;!епроницзе:oio конте,;le()3, Га «, наг!ример, фс() 4<3 2 1, : Ла-! ощэл BHóòðåHHèo размеры, ссответсзч ующ И 8 iK 0 Л 3 0 14 ы М В 11 С LI) н И M p 3 3 М е р 3 м метаглического матри 1,010 кок!Псэ!)т:!Ог(з

KOI4I1OHQHT3, ППДЛажащеГО фОргIElp033! I!III, может б",Tl. заполнена 14атар1!алог4 113Г10Лиителем 11, подлежащим пропитке. Ззте!4 ззполне:.-ГН33 H3пслнителем форма s.1140)KQг помещаться внутрь слоя 23, KQTopый практически непроницаемым 0 ОТНОшении прспитки расплавляемым мзтри 1иым

I !0T3rËË0I4. (с)КОЙ! НЕПРОИИЦ3ЕЬ!Ы!г! С/10й Мах(ет, напри)4ер, сОстОять из л!ОбсГО подходя"

1цегс барьера, например и" OKOИД3 зл lсми H ил с мс л ь1м pççìà (зсм ч<3с Т11ц. ПОДКОДящиз ф(rрмЫ I40гут бЫТЬ ИЗГОТОВЛРИЫ И=. покрытых или непокрытых металлов,;!зnpимер из нержзве1ощей;тали, графита, !.ерамики., ксрзг!1!ЧРск1!х ксглпсз1!Тов, Глины, I;iT;rI(3TyPH0r0 ГИПСа, ЛитЬЯ ИЭ ОКСИДОВ 3ЛЮминия и кремния или других огнеупорных материалов, которые состав(!лют подходящие басьерные средства с цельк) ингибированил пропитки, либо они могу- быть пск(зытыми или подходящие барьерн !е срадс;,3 могут разгЛещзт!.Сл между формой и наполнителем, псдгежа ци!4 пропитке.

Прадпсчтэ!тельно, чтООЫ gopi4bi получали с ,четам экономических требований и они моГут испсльзсваTьс!! повторно иль! ОднсKpзтi;o. l:роме этогс, предпочтительно, чтобы

r11o".) 4 IrI L4ro)KH0 было леГко фбрмо вать с тем, ЧтсбЬ1 ОНИ KOOÈðîçàË!1

МЕТ3ЛЛИЧЕСКОГО МОТРИЧНОГО КОМПОЗИТНОГО тела и не должны присоединлтьсл к нему или реагировать с ним.

После погЛещенил формы заполненн()й заполнителем в практические непроницаемый спой 23, грзфитовал фольга 22 или лгобой другой подходящий материал может, но необлзательно, пома цатьсл над формой с

"5 тем, чтобы облегчить отделение формы и коночного кампозита 07 оставшегося матричного металла после окончания пропитки.

Б последнее врамл, материал 22 (например,, рафитовую фольгу) помещают между мат20 ричиым металлом 13 и формой 21 и в этом случае должен быль обеспечен подходлщий канал или пространство 21 с цаг1ь!с эффективной прогитки материала-напал нителл 11 матричным металлом 13, 33ТРг4 рзсг)лзвлен!1ый матричный металл (3 выливз!от нз пг)актически непроницаемый слой 23, форму 21 и материал-напалниталь 11 и внешний герметик 14 образуется над расплавленным мат30 ричным гяетзллсм 13 или внутренний герметик образуется между матричным ме T33I30M 13 и H011poHE4L(3014ûI4 контейне;зсм

12. Затем, в соответствии с методом изобрегенил слоистая композиция 20 помещается

35 в воздушную атмосферу печи, Пропитка . атериала-11зполнителя 11 внутри формы 21 рзсплавленнь!м матричным металлом 13 осуществляется без пропитки практически непроницаемого слоя 23 окружа!Ощего фср«10, 21.

Согласно фиг, 3 элемент или сердечник

31,:(оторый непроницаем для расплавленного матри1ного металла, может выполнять функции барьерз длл определенил формы сформованного л!етзллическаго матричного композитного компонента. Непроницаемый элемент 31 может формирсватьсл из любого материала, который практически не пропитываетсл в условилх процесса, Если элемент

r0 31 подлежит удалению, тс его следует выполнять из материала, который облегчает удаление, например, с помощью физических, химических или мсханических средств, ((ак показано на фиг, 4, такие барь55 арные элементы могут образовывать лишь одну четко определенную границу компонента подлежащего формсвани10. С другой стороны, дпл получения сложных форм может использоватьсл таких элементов. Под. ходящие и3теризлы для Гарьepl 14:.

25 схематический поперечный разрез слоевой упаковки, аналогичной той, что исгользовали для получения металлических маl ричных композитных тел с формой, близкой к сетчатой. 5

Негативную каучуковую форл1у из основной части получали заливкой формую щего каучукового соединения вокруг основной части. После достаточного схваты-вания негативной каучуковой формы, три 10 копии основной части отливки из негативной каучуковой формы с использованием смеси, содержащей 5 мас.g поливинилацетатного клея, примерно 6 гипса, примерно

26;ь воды и около 63 g, А120з (грит 500), Ко- 15 пии основной части, содержащиеся внутри негативных каучуковых форм, поме1дали в холодильник при температуре --18 С, Через

2 ч при -18 С негативные каучуковые формы и копии основной части разделяли. Затем 20 такие копии сушили в воздушной печи при

46 С. После достаточной сушки копии опрыскивали с получением двух покрытий серебряной краски, После формирования копий основной 25

l части и их окраски формировали три барьерных формы 21 путем смешивания 1 мас. ч. коллоидного оксида кремния, 2 мас. ч. (500 грит) А120з, 1 мас,ч. (220 грит) А1 03 и 0,2 мас,ч. воды. Такую барьерную смесь после обеспенивания и деаэрации наливали на копии основной части и давали затвердевать в течение 2 ч при комнатной темпеоатуре, Через 2 ч избыток воды из барьерной смеси выливали и копии основной часги, окруженные барьерными формами, помещали в холодильник и выдерживали 8 ч при -18 С.

Копии основной части. окруженные барьерными формами, загем помещали на 1 ч в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой, имеющей температуру 1000" С.

После извлечения из печи копии основной части измельчали и остатки порошка этих копий выдували из внутрен!!ей части барьерных форм 21, Покровная смесь, содержащая 50 мас. g, коллоидного вермикулита и около 50 мас.% воды„затем переливалась в барьерные формы. Такая покровная смесь пребывала в обожженных барьерных формах 21 2 мин и затем ее выливали, после чего на барьерных формах 21 образовывалось покрытие 25. Затем покрытие барьерные средства 21 помещали на 2 ч в печь при

110 С. Через 2 ч пребывания при указанной температуре покрытие барьерные средства

21 обжигали и ри 1000 С в течение 1 ч.

Затем три покрытых барьерных формы

21 помещали в непроницаемый контейнер

12, сконструированный из нержавеющей стали типа 304 толщиной 1,6 мм с в!!утрен30

55 ним диам!;-1po:4 3 дюйма 176;.1ч) и li! сотой

3,25,л!Ойма (83 м.. .). Простоанство между

ПОI Г 1ты11и ба1>ьеоь ь1ми с Земств 3мь ? 1 и контейнерОм иэ !!ер>кавеющсй стал. 12 затем заполняли слоем 23, годержащим грит

А!!рС1„(38 Алундум от Нортон Ко.). Одну борьерну10 форму 2 . заполня!1и материалол1-наполнитРлем 11, вклю 1ающим около 50=,Ь (54 грит) А1>03 v 50 мз-,, (90 грит) А1р03 (Оба аещостла 38 Алундум. Г гp-,o! f Кn.), Втору!о барьерную форму 21 заполн ли материалом 11аг1г!л !ите/1ом, вкr f> "а!О! 1и! 50 мас,%

А1р03 и fl качегтве остатка 7f0„",, а тротью барьерную форму 21 заполняли смесью матер: ала-наполнителя 11. годер. кащей 98 мас,",4 (220 грит) ИОО» и 2 мас, порошко"..бразного магния с !!азмером 1астиц — 325

fyPli!

Затем ках.дую из бэр,ерных форм 21, ЗаполнРнную матРриалО!л1-1!а полнителРм, накрывали куском граф.1то ой фольги 22.

Матричный металл 13, содер>кащий выпу-сf.àc .мый г1ромышленност!.ю алюминиевый

f:ïJf3f марки 6061, и 2 мас.7, "."агния, сплавленногг с ним, расплавляли и примерно 270

r гакой смеси заливали в f .of!òåéffåp из нержав е1О1: ей г;! али,? и f! a б ар не 13 н! le ф01>мы, запог!ненн1!о мате.:налом-!!Лполнителем, Далее, на расплавлен! ы« .1а!!>и 1н!1Й метал/f залива!1и порошкообразныи В203 Ll слоевуlo,. Оакогку 40 ОAME :!l!ëë!i в пР fh f;o протиале «ия с Розду1!1!!пй атмосФерой, имеющую температуру 900 С, На плавление поро!аког>бpаэного В;03 тООЬ1>валось Около

15,ин, l)p4 том происходи:3 +of азация и образо!>а1ние газонепронииагмого герметика 14. Слоеву1О упа1;мку 40 аыдерживали при 900 С еще 2 ч г1осл", чего слоевую упаковку 40 и ее содержимое вынимали 13 печи и помещал!. на охла><даемую водой модную плиту о целью непосредгтвенно!.о отаердевания металлических матричнь1х компоэитов, Г!ри комнатной темпРратуро контейнер из непжале!Ощей стали 1? Bbfpeççëvl из отвержденного остаточного матричного металла v. покрытых барьерн -fx форм. Ьыло

УстаНОВЛЕНО, ЧтО Ка>КДЛЯ РКЦИЯ ГРафитОВОй ленгы 22 Облегчает отде>!е,гие каркаса мат-, ричнгго металла 0Т каждпгf> пз тре; образопава1ихся металлически:: матоичных композитных шарикогых клапанов. Кроме того, было установлено, что матричный меалл 13; е проп1! ь f>ает слои 23 11э !=.00 грит

А4С3. Затем покрытые барьРр,1ые !1 ормы 21 помещал;:. и пескоструйк. и покрытые бар1Орные формы I обраб"-,ть1аа,!!!струей песка

С ООРаЭОВа 11ИOÌ i РP.:1 Шс!РОliы> CГ ал ° 1iоа СBT чатой фоо.111, состоя!!., их ho;; iiof. инне!1О О матри:;ного ко 1позит, 21

"<>25325 71<

Г1 р и м е р 2. В этом примере де(4<1истрируется метод !!егативиого формоваиия с закрытой поверхность)о, преднэзнэ lBIf(нОА

r формы, Б результате применения ме Годики самогенерируемого ваку;/ма с использованием бронзового матричного Рла гер(4:)г!а, Зкспериме)!тальнь!е л(етодик)4 были практически теми же, ITO использовали в примере 1 за искл<очением того, что. ..спользовали другой мэтр IHI fbtL« металл .! Т<>!4перэтуру 05pBOQIKLt. Экспериментальная слоевая упэков!(а 10, используемая в при(ле ре 2, была тако<й же, что !)оказана иа с!>Иг, 4, 15

ЬГ)оl!зов ый мсзтРичil(!Й Р1етс)л/! 1 3 содеj))Kñlil

4BC. " <> {} 5 < 1> ЕB 0 5 -j, /(; (1 В,;Эс!Б< Бс

ОС ГЭЛ ЬН )ГО KQ:4()OI IBHTc3 МСДЬ. Г .ОНТЕЙНсР из (!ер>каве<0!цей стали 12 им(зле (3нyтГ)(3<(ний диал!етр <,53 дк)йма (41 мм) и гнлсо/у U«o/1!3

2,63 дюйма <б7 f4М, ГЛ;)тор:.1ал-н:)полнитель

11 предсташ!ял собой 90 грит Ийз (F, j A/! y t»Ay(4, "ортои Vo.) Слоеву!о уп(н(овку <10 в течение 2,5 Быд(:рживэли :lри,100 С в

Г

ПСЧ(< СОП(30/L

POli ПЕРОД B!4, <".BK О:<Э Н<ЭПОС)ТЕДО)<>Q!tl, 0TвердеБэлэ )(а охлэждэомои водой !лс<;Г!Г>й

Г)лите.

Г1РИ Knf4II<)TIIO! t Te!4ftePB;Fyf>C C/toс:!)У. О упаковку 10 Г)эзбирэли и. KBÄ: B прим::.po !., уста!!ав/<и/3(3/!(1, спо г)ра<с.<иг(3<3/3 i фоль(э 22 об/ег«ает отде:I зние корка<.,) матр л:ог<3 металла бб о г tto!;Qf 0 матричi:,ого Ko;посв) ГfI0I 0 шаросОГ(2 /l; па)за б3, Г,;20<40 10ro, (3ь)л(3 с> < ) i I o >" пропитывает сло!": 23 из Грита /с!201 5>(. О.

Затсм покрытую барьерную фоpl4y 21 поме (цэли в flccKQQTp<уйку и (lot(f3btTVI;" барье0)<уio

Обо/.о-<ку 21 Обрабатывали струг, !..Л(;;...;), Б результата <его получали шэГ>ОГ«);! клэг!Би <10 сетчсзтОГО П330фи/)Я, состОЯ!Ций и... б!30! !эо<. 0"

ГО моталличес (ОГО мсзтГ)< .чно(0,((>Рлпоэита, ТБКИР4 OGPñi."IQV., ЭТОТ Г!Pi", 1ВР VF!Ë

ТоТ факт, <по та,".и(. разя<и (!!ь<е f <этериэль!, кэк очень Tot!K!lo слои, граВГГОБ1;е "(;)TBQ(t- л ">

ЭЛЫ И Г БЯ JBH! I ь!0 МЕЛ КОЗ "3НИСТЫО ПГ)(>0!1! КИ, MORAT в!Я поли!!Ть <<><><нкц)ли баГ)(ОГ)ноfo f . )TE . риэлсз в хОДе Образова!э1ричных композитных тел метсдом

<-с сэмогене рируемого вэкуу!4B.

Пример ы 3-4. В этих примерах демонстрируютсл методы поло кител:<Ого фсрмования с открытой п<э(зер><.I!0<3TIIQ, предназначенные для фог(миj. ;iBBBi г мес с;, ТБЛЛИЧВСКИХ Рла ГРИ It!bi (: О<40D.".И < i .. Х 1 >

СЕтЧатОГО, ИЛИ бЛИЗКОГО К НСЧ;у !!Г)Г><3си/1:., (лме!0<3(их сло>хиу!О форму с ис(<о <ь.:-,(>"::ииеf4 ме1 одэ сам()ГО < <0р<4iг>yoìi>гп Б, i(iyy<41), А и р и м е р эх, 3 и >1i Q Q <4 c (t B B < . T <) Я < <.. п г) л ь з Г) в -; и :.

BF;t0f4Lи:. Композитных ше(, Герон <<з ОсИОБН(>й !эсти. име<огцей внешний 13ис<л<ет)3

1, > Дюйма (3R i с)м) и максимал ь НУю To/I lip(if I y около 0:/1 Дю! !!.;э (10 4vi). Экciiop!4ëtåt

0CfIOf3с)НИЯ (БОКРУГ ОСНОВНОЙ ЧсICTM). ПОСЛЕ достат<)чного отвердевэиия каучуковой фор"li! Основную <эсть и отрицательную каучук 0 Б )< l o < I> Q f) >4 у сР) а:з((е л я /! и и От Г> и ц а тол ь и у ю

Kау уковук> формудважды покрывали путем опрыскивания сухим смазочным средством

llB основе фторуглеродэ, Затем поло>китель-!

<ую кау lyKnnyio «,opf4y от/1(!Ба/1!л из отрица-!

Оль! Ои эу«луковой .!?Ормы, БЫГ10лнo IffoA также из форму!оь<лс. о KBó÷yêo CI- 1000. 1оС1ТI

iел»нуIQ KBó÷óKîBóK> форму удаляли;!з

QiрИцЭГЕЛЬР!ОЙ КсзуР<иГ)овэиия двух б.!р:",о,:л! -.. >; фор(; ?1 Дл/i соот!)етству<ов(их .>>арво<3!ль<(3 формы 21 формировали пуГел, с;-1<3!3/иг<1)Р!Ня примерно 1 мас. ч. коллоидиог<0 Оксида кр .мнил. 2 мас. <, {500 грит)

1()70;<, < Рлэсл!. (200 f рит) 1>,170з <л О,/ !4<ос. I, Г)0/3);;. Т;..";IÎ с-месь после ОбесГ(< <ива

1<<Е1с< .) Р 1PQBQ l И Я Рс! ЗЛИ Вс<Л И Нс)Д ПОЛ ОЖИТЕЛ Ь IQl4 Г(ау"(УКОБОИ «<)ОРЛ4GL4 И ДББЭЛИ ЭЭТБЕ«3ДЕ««b B l е i()tlliе 2 I f)pt< Kо(4!I<3Tffой тел;перэтуре, Через 2 ч избыток воды с заTEicf)/)()BI!to!it смеси слиезэ/!и и положитель ну!О каучуковую форму с баоьериым

>ор;QBO«I!bit Рлатериалом по,ле<цэли в холоди <ьник при температуре — 1<>"С на 8 ч, Затем поло>кител tiyto каучуковую форму

<3T<<;B/ift!iIL от KB ./

21 помешали Б печь сопротивления с воздушной ат)мосферой при 1000"Ñ на 1 ч. Покро(зная смесь содержэлэ 50 4> коллоидного

Бодь И BB I10ii (/(l(iBЛИ в

Г!о/!(3сть;яж((ой барьерной формы 2,. Г10КРОВНОЙ CVBCÊ ДаааЛИ НаХОДИТЬСЯ t< Г>()ОЖ;i!Ql<Нь х бсс<РьСРных фоГ)мах 21 в TB

;-4(<и и затем эыгивали, Г)ри еР4 в течение этого Брел(е«и в полости каждои !3л)/верной ф!!«>!4<.! . 1 OI>j>F>зоГ)<<валось (lокpblT 1Б.,Цэ1\ее ! 1i о i(р ь< T ь! е 0 э р ь 8 p i i ы е <, > О р м ы 2 . Гl О i 1 (! Б э /I и 3 печь при 1!0 С tlB 2, !!р<1;Br>!;0 чар<, 2 ч

ri(кр>)ч < ые <3<арсе!>, < «o ф<3;)мы 21 с <ю>:.;э ббжис<, f/<1 И Б ((" Ч

Как показано на фиг. 3, сформованный барьерный элемент 31 помещают в стальной или другой подходящий непроницаемый контейнер 12 и пространство между элементом 31 и контейнером заполняют материалом-наполнителем. После этого, Оасплавленный матричный метал,", 13 разливают по поверхности материала-наполнителя 11, упаковочного элемента 31 и образуется внешний или внутренний герметик 14. Затем всю слоевую упаковку 30 помещают в воздушную атмосферу печи в соответствии со способом самогенерируел1ого вакуума. Графитовая фольга или другие средства, облегча1ощие выделение 22, могут вставляться между матричным металлом 13 и материалом-наполнителем 11.

В соответствии с еще одним воплощением изобретения другая слоевая упаковка

40 (фиг. 4) содержит как внутреннюю, так и внешнюю форму металлического матричного композитного компо 1ента, подлежагцо -о формованию. Так, например, изготавливают форму 21, имеющую внутренние размеры, соответствующие желаемым внешним размерам металлического матричного кампозитного компонента, и элемент или сердечник 26, имеющий внешние размеры, соответствующие желаемым внутренним размерам металлического матричного компоэитного компонента, подлежащего формованию. Сор .еник 26 может представлять собой часть барьерной формы или может вставляться в барьерную фпрму после ео получения. Если сердечник 26 необходимо удалять, то, предпочтительно, он должен иэготовляться на материале, который облегчает удаление (например, он может удаляться с помощью физических, химических или механических средств). Может использоваться множество таких элементов для получения сложных внутренних форм. Пространство между формой 21 и сердечником 26 может заполняться материалом-наполнителем 11, подлежащим пропитке, и форма 21 может помещаться внутри практически непроницаемого слоя 23. Такой непроницаемый

° слой может состоять из любого подходящего барьера, например, иэ мелкого грита Оксидаа ал юми н и я, который не пропитывается расплавленным матричныь1 металлом в условиях процесса. Подходящие формы и сердечники могут изготавливаться иэ покрытых или непокрытых металлов, таких как нержавеющая сталь, графита, керамики, керамических композитов, глины, гипса, литья иэ оксида алюмини» или крем20

30 выделения формы и конеч,oro композита из

5

50 н11я (1пи друг;;в !ll <е «.,ион!-, y r., t ;; .1 п(1R которые входят в состав подходящих барьерных средств с цель о ингибирования пропитки или которые покрыты или содержат ппдходящие барьерные средства между формой или сердечником и наполнителем подлежащим пропитке. Формы и сердечники предпочтительно изготавливать с учетом требований экономики и пни могут использоваться пг1вторно или Однократно. Кроме того. такие формы:1сердечники, предпочтиТЕЛ»НО, дОЛжНЫ ЛЕГКО фер;1ОВатЬСя ". тЕМ, чтоál-..опировать форму желаемого конечного металлического матричного компоэита, подлежащего фор овани1о. Хотя для некоторых применений TBKwo формы и серденники связаны с компоэитом и составля1от его интегральную часть,и большинстве применений фпрмы и сеодечника, предпочтительно, должны легко Отделяться и удаляться из сформовэннОГО металлическоГО матричного кпмпозитного компонента, нв быть связ; ны с ним и не реагировать с таким компонентом, После помещсния заполненной наполнителем формы в спой графитавая фольга или другой подходящий материал необязательно размещается над формой, содержащей сеодечник, с цель1О Облегчения оставше1ося матричного металла после завершения пропитки, Р> случае размещения материала 22 между магричным металличесхим сплавом 13 и формой 21, содержащей сердечник 26, следует обеспечить подходяш ;-, канал или простра гство 24 для реалиэации эффективной поопитки материала-наполнителя матричным моталЛ;Ф1.

Затем расплавленный матричный металл 13 выливэот на слой, фг рму и материал-на пол нитель, после чего может образовываться внешний или внутренний герметик 14. Затем слоистую упаковку помещают в воздушную атмосфеоу печи в соответствии со способом výîáðåTåíèÿ.

Пропитка наполнителя внутпи формы не сопго,",ождается поопиткой слоя, окружающего форму, и наполнитель после, контактирования самогенерируемого вакуума с непроницаемой формой.

В соответствии с изобретением могут использоваться некоторые специальные методики формования и соптветству ощие устоойства. Главный комп< нент может испопь1оваться дпя получения формы из

Гипс». коллоицнОГО Окс!1да алюминил, кол лоидного оксида кремния или любых других подходящих средств. Главный компонент может непосредствен;1О и пользоваться l825325 поэита, помещали в контейнер 12 с внутренним диаметром ",9 дюйма (48 мм) и высотой

3,5 дюйма (89 мм), выполненный из нер>кавеющей стали 16 калибра (толщина 1,6 мм) типа 304. материал-наполнитель 11, содержащий 95 мас.% (90 грит) SIC и около 5$ олова с размером частиц — 325 меш, заливали в кольцо;лежду с альным контейнером 12 и ребристым графщовым сердечником 31, Примерно 1,5 дюйма (38 мм) расплавленного оронзового матричного металла 13, включа ощего 5 мас.$ Sl, около 2 Ге, около 3",(, Ъ . остальное медь, заливали в контейнер и на материал-наполнитель из 90 гоит С, окружающий ребристый графитовый сердечи. «31. Затем 20 г горошкообразного В Оз и..пользовали для практически полного покрытия поверхности расплавленного бронзового матричного металла. Слоевую упаковку 30, включающую стальной контейнер 12 и его содер>кимое, помещали в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой при 1100"С. Через 2 ч при 1100 С, в ходе которых В20з практически полностью плавился, дегазировался и обрабатыпал гаэонепроницаемый герметик 14, наблюдалось понижение уровня матричного металла

13, слоевую упаковку 30 вынимали из печи с целью отвердевания бронзового матричного компоэита. При комнатной температуре слоевую упаковку 30 разбирали с целью получения бронзового латричного ко,позитного тела окружающего ребристый графитовый сердечник 31.

Ребристый графитовый сардечник 31 вынимали из бронзового металлического латричного t:oìïoàèòíîãî тела путем помещения бронзового матричного композитного тала., окружающего ребристый графитовый сердечник 31, в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой при 600 С. Через 12 ч при 600 С ребристый графитовый сердечник 3 актически полностью окислялся и получали бронзовое металлическое матричное композитное тело с внутренним диаметром, обратно копирующим ребристый графитовый сердечник.

Пример 9. В этом примере демонстрируется использование разьемной формы длл фор лования металлического матричного композитного тела методом самогенерируемого вакуума. На фиг, 7 показан схематический вид поперечного сечения слоевой упаковки, используемой в данном примере, Форма-шаблон, имеющая внешний диаметр около 1,75 дюйма (45 мм) и высоту около 0.81 дюйма (21 мм) с полусферической полость о с диаметром 1,38 дюйма (35 мм), подвег>галась машинной обработке с помощью выпускаемого промышленносtьк> алюминиевого сплава. Форму-шаблон квак сиально помещали в выпускаемую промышленностью трубку иэ ПВХ с внешним

5 лиаметром около 3 дюймов (76 мм) и высотой около 1 5 дюйма (38 мм) и с толщиной стенок 0,38 дюйма (9,5 мм), Негативную каучуковую форму готовили заливкой формующего каучукового соединения Cl-1000, 10 около 1 мас,ч. активатора и около 10 мас.ч, каучуковой основы (в кольцевое пространство между трубкой иэ ПВХ и алюминиевой шаблонной формой).

После затвердевания негативной каучу15 ковой формы позитивные барьерные формы

21 получали из негативной каучуковой формы, выполненной из смеси, содержащей 1 мас,ч, коллоидного оксида кремния, 2 мас.ч. (500 грит) А120з, 1 мас.ч, (220 грит) AI20g и 0,2

20 мас.ч. воды.

Позитивным барьером формовочным отливкам давали отвердевать в течение 2 ч при комнаткой температуре. Через 2 ч избыток воды из отливной смеси сливали и нега25 тивные каучуковые формы (барьерные формы 21) помещали в холодильник с температурой -18 С на 8 ч. Затем негативные каучуковые формы отделяли от позитивных барьерных форм 21 и последние помещали

30 на 1 ч в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой при 1000 С. Затем Ьт-. верстие 121 диаметром 0,38 дюйма (9 мм) высверливали вдоль оси внешнего диаметра одной барьерной формы и через полусфе35 рическую полость (как показано на фиг. 7).

Позитивная барьерная форма 21, имеющая отверстие, контактирует с другой позитивной барьерной формой 21 так, что в ней образуется сфери: еская полость с диамет40 ром около 1,38 дюйма (35 мм), Две такие позитивные барьерные формы 21 образуют разъемную форму 122. Покровную смесь, содержащую 50 мас.Q коллоидного вертикулита и 50 мас.=,ь воды, заливали в сфери45 ческую полость разъемной формы через отверстие 121. Покровная смесь находилась в разъемной форме 122 2 мин и затем ее выливали, при этом в сферической полости разъемной формы 122 образовывалось по50 крытие 25. Далее покрытую разъемную форму 122 помещали на 2 ч в печь при 110 С.

Через 2 ч пребывания при укаэанной температуре покрытую разъемную форму 122 обжигали в течение 1 ч при 1000 С.

55 Внутреннюю часть покрытой разъемной формы 122 заполняли материалом-наполнителем 11, включающим 90 грит SiC. Затем разъемную форму 122 помещали в стальной контейнер 12 в слой 23, содержащий 500

1825325

36 грит. А!20з. Отверстие 121 в нижней части разъемной формы 122 покрывали графитовой фольгой 22. Затем расплавленный бронзовый матричный металл 13, содержащий 5 мас. g Р, около 2 Fe, около Зф, Zn остальное медь, заливали в стальной контейнер 12 и на раэьемную форму 122, окруженную мелкозернистым слоем 23, и слой порошкообразного ВгОз наливали над расплавленным матричным металлом.

Затем слоистую упаковку 120, содержащую стальной контейнер 12 и его содержимое, помещали в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой при

1100 С. Через 3 ч при температуре около

1100 С слоевую упаковку 120 вынимали из печи с целью отвердевания бронзового металлического матричного композитного тела. При комнатной температуре разъемную форму 122 разбирали с установлением того факта, что бронзовый матричный металл 13 пропитал материал-наполнитель 11 с получением бронзового металлического матричного композитного шара, Помимо демонстрации использования разъемных форм, настоящий пример иллюстрирует возможность использования матричных металлов с целью их проникновения в барьер. ные формы с целью пропитки материала-наполнителя с образованием металлического матричного композитного тела.

Пример 10. Этот пример демонстрирует использование барьерного сердечника иэ мелкого песчаного фундамента и связующего вещества с целью формирования внутренней формы металлического матричного композита. В этом примере использовали слоевую упаковку, аналогичную той, что изображена на фиг. 3.

Внутренняя шестерня формируется путем получения барьерного элемента или сердечника 31, имеющего негативную форму желаемой внутренней конфигурации шестерни, из смеси, состоящей иэ 20 мас,$ гипса и 80 (500 грит) А!20з. После достаточного схватывания и сушки барьерный сердечник 31 центрировали в цилиндрическом стальном контейнере 12, имеющем внутренний диаметр, соответствующий желаемому внешнему диаметру полученного конечной металлической матричной композитной части, Пространство между барьерным сердечником 31 и стальным контейнером 12 заполняли материалом-наполнителем 11, содержащим 90 мас. (90 грит) А120з и 10 мас. олова с размером частиц — 325 меш. Расплавленный бронзовый матричный металл 13, включающий 5 мас. Si, около 2 (, Ге,около 3 Zn и до

10

100ф> медь, заливали в стальной контейнер

12 над материалом-наполнителем 11 на глубину 1 дюйм (25 мм) и порошкообразный

В20з наливали на расплавленный матричный металл с получением внешнего герметика 14 после его плавления.

Слоевая упаковка 3, включающая стальной контейнер и его содержимое, помещали в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой при 1100 С. Через" ч при 1100 С слоевую упаковку 30 вынимали иэ печи и охлаждали до комнатной температуры. После этого барьерный сердечник 31 очищали на пескоструйке от образовавше15 гося бронзового металлического матричного композитного тела, в результате чего внутренняя форма металлического матричного композитного тела соответствовала внешней поверхности барьерного сердеч20 ника 31.

Пример 11. Этот пример демонстрирует тот факт, что достаточно сложная металлическая матричная структура может быть получена с использованием метода непрочного сердечника. Металлическую матричную связку получали из бальзового шаблона. Бальзовый шаблон получали путем склеивания полос выпускаемого промышленностью бальзового дерева, как это

30 схематически показано на фиг. 8. Затем бальзовый шаблон покрывали по крайней мере двумя слоями серебряной краски. После высыхания серебряной краски бальэовый шаблон присоединяли к днищу

35 бумажного ящика с размерами 5х2х1 дюйм с помощью нефтяного желе.

После присоединения шаблона к бумажному ящику смесь для барьерной формы готовили путем смешивания 1 мас.ч. коллоидного оксида кремния, 2 мас,ч, (500 грит)

А120з, 1 мас,ч, (220 грит) А!20з и 0,2 мас.ч, воды. Такую барьерную смесь после обеспенивания и деаэрации разливали над бальэовым шаблоном и давали ее затвердевать в течение 2 ч при комнатной температуре.

Через 2 ч избыток воды иэ барьерной смеси промокали полотенцем и 220 грит А120з выливали на поверхность отливки с целью впитывания избыточной воды, Затем

50 барьерную смесь, окружающую бальэовый шаблон, помещали в холодильник и выдерживали 8 ч при -18 С. Затем форму с затвердевшим барьерным материалом, окружающую бальзовый шаблон, помещали на 1 ч в печь сопротивления с воздушной атмосферой, нагретой до 1000 С.

В течение часового пребывания при

1000 С бальэовое дерево выжигалось с образованием внутренней полости в барьерной форме. После извлечения из печи

1825325

Затом > a;« )ylo покрытую блрьерну!о форму 21 помещали в отдельный стальной контейнер 12, практически такой же, >то описан и примере 1. Пространство между барьернь>ми формами 21 и контей>>ором из нержлво>ощей стали )2 затем заполняли с loa>4 23 И3500 грит А(20з 138 A!>óíäóì, Нортон Ко.). (1 при>лоре 3 материал-наполнитель

11 вкл>очаог 90 грит AlzOa и его помещали в покрытую блрьор>>у!о форму 21 и доводили до уровня. Б примерз 4 материал-нлполнитель 11, содоржлщий 90 грит >),(20з, помещалн в покрыту>0 барьер>>у>о форму 21 и ,l0ar)äL>a .1 до 1rjE0>EI>sl. Барьерную форму 21, злr)or>1о>!ну>0 матер>;алом- >апол>>итолом, в

1О

15! р.гсуго) в>1>л Gpo«aoaor.o млтричного металл покрывали куском граф>новой фольги 22.

Б примере 3 расплавленный алюминиевый >ллтр>гч>>ый лготллл 13 содержал 7,5-9,5

Sl. " -4 Си <2,9 Zn,0.2-0,37, Mg» 1.3;4 20 (=о:=-0,57 М0.0,35% Sr, осглл>.ное Я и его завивали в ко>>тойнер из норжаво ощсй стали 12 до глубины 0,5 д>ой>лл (13 мм) нлд запол>генной млториалом-наполнителем барьор! >ой формой? 1. В п римере 4 расплав- 25 ленный браг>зовый матричный металл >3, со)ор>к;)>>!ий 6 ria;:. Si 0,5 r.;ac Fe около

0,5 млс.", ; И и модь „;o 100%, заливали до

IR) 6!I>ILI пр>плер !0 0,5 ц>0! > !а (1,3 M>1) в >:oi>

To!1!lop >!з >!оржл>>в>0>11!)!л стали 1.". >>лд блрь- 30 о >>0ll формой 21, покрытой графитовой фол>,! ой 21, Длггоо, порошкообразний В2ОЗ

В Ь! Л >1 IЗЛЛ >1 I >ад ()<>С ПЛ с! Вг)C > I >! >А ! ю t EaE P)14 Н ИМИ

>готлл !а>ли 13 с цельlo прлктичсски пол>>ого е>о rlo>:pr:IT> I и слоову;о упаковку 20 помо- 35 щллп в по"ь сопро) ивления, магрету>0 в ат;10сфоре воздуха до 900 С в примере 3 и до ! 100"С в >ц)!)моро 4, Через 15 мин порошок

ВОз практически расплавлялся, дегазировллся и образовывался негроницломый гер- 40 мотик 14. Слоову>0 упаковку 20 из примера

3 выдерживали 2 ч при 900 С, а слоевую упаковку 20 из npL1>,>ni)a 4 в!.длр-". --=-ли s I при i i 00"C, после чего соответствующие слnea>>0 упаковки 20 вынимали из повей и 45 поглощллп >>а охла>хдаомуlo водой медную плиту с цоль>о непосредственного отвердевл>1>1>> млтр>1 .ного метлггла 13.

При достижо>!и комнатной томпорлтур!.! каждый стольной контейнер 12 вь>резали 50

:.1з соответствующей барьерной формы 21. В с>1:, >ло пр)1>лера 4 было установлено, что граыгт>>л,; фол 2Ic 22 способствует отделони>0

>!аркаса >гэт()и >ного металла от обрлзовыГЛВ>!>ОГОС;-: ЛвтаЛЛИ >ОСкоГО МатрИ НОГО КОМ- 55 поз>1)>!. Кроме того, было устлноьлено, что клк к при>лоре 3. тлк в примере 4, полностью пропитан>>ыо мсталличоские млтрич«l>0 композитные тела демонстрируют

ОТЛИЧНЫЕ, бЛИЗКИЕ К СЕтЧЛ)Ы>Л Про > И>>ьНЫ» характеристики.

Пример 5, В этом примере демонстрируется использование метода формования с потерей воска с образованием сетчато-профильного, или близкого к нему металлического матричного композитного тела сложной фор>лы в соответствии со способом самогенерируемого вакуума. Конкретно, пример 5 относится к получению алюминиевого металлическог0 матричного композитного плунжера для двигателя внутрен него сгорания из основной части с внеш>>им диаметром 0,75 дюйма (199 мм) и максимальной высоты 0,55 дюйма (19 мм).

Нл фиг. б показан схематический поперечный разрез экспериментальной слоевой упаковки, используемой в примере 5, Негативную каучуковую форму получали заливкой формующего каучукового соединения и 1 мас.ч. активатора и 10 мас.ч.

КЛУЧУКОВой ОСНОВЫ ВОКРУГ ОСНОВНОЙ ЧаотИ:

Посло достаточного схватывания положительную копи>о основной части получали путем заливки расплавленного воска в негативную каучуковую форму. После отвердевания воска каучуковую форму десорбировали с положительной восковой копией плунжера.

Затем положительную восковую копию помещали в цилиндрический ко»тейнер из нержавеющей стали 12. Барьерную смесь", состоящую из 3 мас.ч. (500 грит) А(20з и 1 млс. ч, коллоидного оксида алюминия заливали в стальной контейнер 12 на глубину равну о высоте положительной восковой копии, Через по крайней мере 6 ч барьерная смесь отвердевала с образованием оболочки 21, Стальной контейнер 12 и его содержимое переворачивали и помещали в печь с воздушной атмосферой при 180 С. Через 3 ч при 180 С позитивная восковая копия плавилась и образовывалась полость в барьерной форме 21. Затем стальной контейнер и его содержимое помещали в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой, томперлтуру доводили до 1000 С и выдерживали ее 1 ч с целью выж .-.ания остаточного воска, в результате чего получали негативное изображение шаблона в барьерной форме 21.

Полость, полученная в барьерной форме 21 за счет испарения воска, затем заполнялась материалом-наполнителем 11, поедставляющим собой 220 грит С. Затем алюминиевый матричный металл 13. содер>хащий 7,5-9,5 мас. Si, 3-4ь

CLr, = 2,9$Zn, 0,2-0,3 Mg <» 1.3% Fe, Я 0,57; Мп, 5 0,35$ Sn, остальное Al, рас1825325

5

25

35

45

55 плавляли и заливали в контейнер из нержа/ веющей стали и над заполненной барьерj ной формой 21 иэ 220 грит SIC на глубину

0,5 дюйма (13 мм). Порошкообразный В20з использовали для покрытия поверхности расплавленного алюминиевого матричного металла.

Затем слоевую упаковку 160. содержащую стальной контейнер 12 и его содержимое, помещали в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой при 850 С.

Через 16 ч при 850 С. в ходе которых В20з плавился, дегаэировался и образовывал газонепроницаемый герметик 14, слоевую упаковку вынимали иэ печи и охлаждали.

После охлаждения слоевой упаковки до комнатной температуры стальной контейнер вынимали и барьерную форму 21 обрабатывали пескоструйкой с получением алюминиевого металлического матричного композитного плунжера с близким к сетчатому профилю.

Пример 6. Повторяли способ примера

5 эа исключением того, что барьерная форма 21 состояла иэ смеси 2 мас.ч. (220 грита) и 1 мас.ч. (500 грита) AtzOg и 1 мас.ч. коллоидного оксида алюминия; материал-наполнитель 11 включал 90 грит С, шаблон имел . внешний диаметр 2,75 дюйма (70 нм) и высоту 2,5 дюйма (64 нм).

Слоевую упаковку 160 собирали согласно примеру 5 и выдерживали 4 ч при 850 С и затем непосредственно отвердевали на охлаждаемой водой медной плите, Как и в примере 5 матричный металл 13 полностью пропитывал материал-наполнитель 11 и восста на вливался ал юминие вый металл ический матричный композитный плунжер с близким к сетчатому профилю.

Пример 7. В этом примере демонстрируется использование графитной формы для получения металлического матричного композитного тела с использованием метода самогенерируемого вакуума. Экспериментальная слоевая упаковка 20. используемая в этом примере, аналогична той, что показана на фиг, 2.

Графитовую форму 21, имеющую внутренний диаметр 1,25 дюйма (32 мм), высоту

2 дюйма (51 мм) и толщину стенки 0,5 дюйма (13 мм), помещали на дно стального контейнера 12, имеющего внутренний диаметр 2,6 дюйма (67 мм) и высоту 3,5 дюйма (89 мм), выполненного иэ нержавеющей стали типа

304 (толщина 1,6 мм). Пространство между графитовой формой 21 и стальным контейнером 12 практически полностью заполняли до верха графитовой формы 21 слоем 23 на

500 грит А1 0з. Затем цилиндрическую полость графитовой формы 21 заполняли 80 г материалом-наполнителем 11, состоящим из 90 грит А4Оз. Поверхность слоя 23 наверху графитовой формы 21 в значительной степени, но не полностью, покрывали куском графитовой фольги 22. Примерно 1 дюйм (25 мм) расплавленного бронзового матричного металла 13, включающего 6 Si,îêîëî 0.57 .

Fe, 0,5$ Al и медь в количестве до 100, при температуре 1100 С, заливали в стальной контейнер 12 и над графитовой формой 21, покрытой графитовой фольгой. Примерно

20 г порошкообразного В20з использовали для существенного покрывания поверхности бронзового матричного металла 13. Слоистую упаковку 20, содержащую стальной контейнер 12 и его содержимое, помещали в печь сопротивления с нагретой воздушной атмосферой при 1100 С. Через 2 ч при

1100 С, в течение которых ВрОз практически полностью расплавлялся, дегазировался и образовывал газонепроницаемый герметик 14, слоевую упаковку 20, содержащую стальной контейнер 12 и его содержимое, удаляли из печи и помещали на охлаждаемую водой медную плиту с тем чтобы непосредственно отвердить бронзовый матричный металл.

При комнатной температуре слоевую упаковку 20 разбирали и устанавливали, что бронзовый матричный металл 13 пропитал материал-наполнитель 11 с образованием металлического матричного композитного цилиндра с хорошей отделкой всех поверхностей.

Пример 8. В этом примере демонстрируется использование графитного элемента или сердечника для придания формы внешней поверхности металлического матричного композитного тела полученного с использованием метода самогенерируемоro вакуума. Экспериментальная слоевая упаковка, используемая в этом примере, аналогична той, что показана на фиг. 3. Ребристый графитовый сердечник 31 с внутренним диаметром 1 дюйм (24 мм) и высотой около 1,5 дюйма (38 мм) с ребрами, расположенными через каждые 20 по периметру сердечника 31, выходящими на 0.16 дюйма (1,6 мм) за периметр сердечника и имеющими ширину 0,1 дюйма (2,5 мм) и выступающими на 1,5 дюйма (38 мм) по длине графитового сердечника 31, использовали для формирования металлического матричного композитного тела с внутренним ребристым диаметром, соответствующим внешнему диаметру сердечника 31 и гладким внешним диаметром.

Графитовый сердечник 31, имеющий форму негатива желаемой конфигурации внутренней части конечного желаемого ком1825325 барьерная форма охлаждалась и остатки 30 лы бэльэового дерева 13 внутре»(i(OA части барьерной формы, Барьерную форл(у разрезали на куски такого размера, чтобы они могли войти н описанный непроницаемый контейнер. Покрыва(ощу(о смесь, включающую 50 мас, коллоиднаго вермикулита и около 50 Mac,% нод(.I, заливали в барьерную форму. Покрывающая смесь нэхадилэсь в обожже»(ной барьер((ой фср«ла 2 ми»(, н ходе которых на барьерной форме образовывалось покрытие. Далее IOKp(IT/(o бэрьерну(о форму г(а«ле(дали ((а 2 ч в печь при 60 С.

Через? ч пребывания при 60 С покры.гу(о барьер» ую форму обжигали в течение 1 ч при 1000 С.

Затем покрыту(о барьерную форму no»10Ujaли в нег(ро»(ицэе«1ый кантейн(!р, выполнен((ь(й иэ нержавеющей стали 16 калибра (1,6 мм) типа 304 с внутренними размерами 1,9х1,4х1,7 д(ойма (125х36хЛЗ мм). Пространство между покрытой барьер»IoA $0pM0l1 и конлгейнером из нержаве(ащей сталью затем заполнили слоем из 500 грит Л!20э. Пакрытуа бэрьерну(0 форл(у заполняли материалом-напалнителем, состоящим из 220 грит Л!20э.

Зател1 барьерную форл(у, заполненную

«naтериалом-наполнителем, покрывали куском графита,O(1 фол;;г.((. Матричный металл, включающий выг(ускаемый промышленностью алюминиевый сплав марки 6061 и 4 л(ас. % спла вл е»(нога с «(им «1<зги ив, рэсг(л э в ляли и заливали н сталы(ой контейнер и на графитову»о фольгу и, таким образо«1, покрывали материал-наполнитель в барьер»(0é форме. Далее, аорошкаобраэный В20З разливали па расплавленному «латричному металлу и слоеную упаковку помешали в печь сопротивления с воздушной атмосферой, нагретой до 850 С, Через 15 мин В Оз плавился, дегазировался и образовывал гаЗаЧЕПРОНИЦаЕМЫй ГЕРМ тик ЛОЕВУ;а v(-»аконку выдерживали еще 2 ч при 950 С, после чего ее совместно с содержимым вынимали иэ пе и и помещали на охлаждае«(у»0 водой медную плиту с целью затвердевания металлического матричного ком поз и та, При комнатной те«лперэтуре стальной контейнер вырезали иэ отвержденного оставшегося матричного металла и покрытой бэрьеpнай формы. Было установлено, что графитовая лента облегчает отделение каркаса «лэтричного металла от металлического л(этричнаго композитного тела, Затем покрытую барьер(гу(о форму помешали в пескоструйку и подвергали обработке струей песк», о результате чего получали связку

55 сетчатого профиля иэ алюмин «» г (0 «:с лл лического ма1 ричного компоэи1э.

Пример 12. В этом примере дг.монстрируется получение ox(.ocvxen(..lso cnoжной металлической матричной структуры с использованием метода потери воска. Металлическую матричную связку готовили иэ шаблона. Шаблон получали путем склеивания полосок регулярного листова(о воска, Затем восковой шаблон помещали в с альной контейнер, ил(еющий длину 6 дюймов (152 мм), ширину 2 дюйма (51 л1м) и выс0гу 2 дюйма (51 мм). Барьерную смесь, включающу(о 50 мас.% кальций ал юми нэтн ого цемента и 50 мас.% (500 гриr) AtzOa u достаточное количество воды для получения барьерной смеси, спосабнои к отливке. заливали в стальной контейнер и над восковым шаблоном íà его высоту, После достэточнога схватывания барьерной смеси в стальном контейнере и вокруг воскового шаблона последний удаляли путем помещения слоеваи упаковки на 3 ч в печь с температурой 150ОC и плавления воскового шаблона. Зател(слоеву(о упаковку помещали в печь сопротивления с воздушной атмосферой, нагретой до 800 С. примерно на 1 ч, с цель(о выжигания оставшегося воска с получением негативной барьерной оболочки связки воскового шаблона. Пространство в барьерной оболочке заполняли материалом-нэполнителел1 из 90 грит С. Расплавленный алюминиевый матричный металл, содержащий 7,5-9,5 мас. Sl,3,0-3,0, Cu,==2,9 Zn,0,2 0,3%

М9. < 1,3 Ре„<: 0,5 Мп,5 0,35% S«(и в качестне оставшегося компонента А(, заливали в стальной контейнер и на барьерную оболочку, ээпо((ненную материалом-наполнителем на глубину 0,5 дюйма (13 мм). Затем порошкаабразный 8203 использовали для практически полного покрывания повер1(ности расплавленного ал(оминиевого матричного металла. Слоеная упаковка, BKnIo (aþùàÿ стальной контейнер и его содержил(ое, помещали в печь сопротивления с воздушной атмосферой, нагретой да

850 С. Через 4 ч пребывания при 850 С, в ходе которых BzOa практически полностью плавился, дегазиронался и образовывал газонепроницэемый герметик, слоеную упаковку вынимали и охлаждали да комнатной температуры. Слоеную упаковку разбирали и барьерную оболочку обрабатывали пескоструйкой с получением алюминиевой матричной композитной связки.

Пример 13. Способ примера 1 повторяли с целыа получения ротора насоса с внешним диаметром 3,5 дайма (89 мм) зэ

1825325

10

30

45

55 исключением того, что использовали другой матричный металл, температуру обработки и барьерную оболочку. Барьерную оболочку получали из смеси, состоящей из 2 мас.% (500 грит} AlzOa, 1 мас.ч. (90 грит)

Alz0a и 1 мас.ч. коллоидного оксида алюминия. Матричный металл 13 представлял собой бронзовый сплав, включаюЩий 6 мас.%

Sl, около 1% Fe и в качестве остального компонента медь, а материал-наполнитель

11 представлял собой 90 грит SIC. Слоевую упаковку 40 помещали в печь сопрогивления с воздушной атмосферой, нагретой до

11ОООС, и время, необходимое для пропитки материала-наполниталя латричны л металлом составило 3,5 ч.

Используемые в данном описании терминыы on редел я ются следующим образом.

"Сторона сплава" относится к той стороне металлического матричного композиционного материала, которая первоначально контактировала с расплавленным матричным металлом, до того как это"; расплавленный металл пропитал проницаемую массу наполнителя или предварительно отформованную заготовку.

"Алюминии", используемый здесь, означает, в основном, чиСтый металл (напри-мер, относительно чистый, коммерчески доступный неплавленный алюминий) или другие сорта металла или сплавов металла, таких как коммерчески доступные металлы, имеющие примеси и/или легирующие составные части, такие как железо, кремний, медь, магний, марганец, хром, цинк, и так далее в нем. Алюминиевый сплав для целей этого определения есть сплав или интерметаллическое соединение, в котором ал1оминий является главной составной частью, "Окружающая атмосфера" относится к атмосфере снаружи наполнителя или предварительно отформованной заготовки и неи рани цаемому контейнеру. Она может иметь, в основном, те же самые составляющие части как реакционноспособнал атмосфера, или она может иметь отличные составные части.

"Барьер" или "барьерное средство" в связи с металлическими матричными коглпозитными телами означает любое подходящее средство, которое мешает, ингибирует, предотвращает или ограничивает миграцию, перемещение, или тому подобное, 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, или тому подобное, которое в условиях способа, поддерживает некоторую целостность и не является существенно летучим (т.е, этот барьерный материал не летуч до такой степени, что он оказывается нефункциональным в качестве барьера).

Далее, подходящее "барьерное средство" включает материалы, которые либо смачиваются, либо не смачиваются при миграции расплавленного матричного металла в применяемых условиях способа, поскольку смачивание барьерного средства не происходит существенно за поверхностью барьерного материала (т.е. смачивающая поверхность). По-видимому, барьер этого типа демонстрирует существенное малое или никакого сродства 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. Особые 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 ме талл" относится к любому первоначальному телу остающегося матричного металла, который не расходуется во время формирования металлического матричного композитного тела, и при охлаждении, остается по крайней мере в частичном контакте с эти|л металлическим матричным композитным телом, которое образуется. Следует понимать, что каркас может также включать второй или посторонний металл.

"Чугун", используемый здесь, относится к семейству железистых литых сплавов, в которых часть углерода составляет около 2 мас %

"Медь", используемый здесь, относится к коммерческим сортам существенно чистого металла, например,99 мас.% меди с различными количествами примесей, содержащихся в нем. Более тоге. э;с относится также к металлам, >:c TTl пы.яют(;sl

1825325

55 матричный металл. сплавами или интерметаллидами, которые не подпадают под определение бронзы и которые содержат медь, как основную составляющую часть его.

"Наполнитель" включает либо отдель ные составные части, либо смеси составных частей, которые, в основном, нереакционноспособны с матричным глеталлом и/или ограничено растворимы в матричном металле и могут быть однофазными или мультифазными. Наполнители могут быть представлены в виде широкого ряда форм, таких как порошков, хлопьев, пластин, микросфер. усов, пузырьков, и так далее. "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 тому подобное, и керамические наполнители с покрыгием, такие как углеродные волокна, покрытые окисью алюминия или карбидом кремния для того, чтобы защити ь углерод от воздействия, например, расплавленного алюминиевого основного металла, Наполнитоли 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 парообразных примесей через контейнер, так что может быть установлена разница давлений между окружающей атмосферой и реакционной атмосферой.

"Матричный металл" или "Матричный металлический сплав" означает, тот металл, ко орый используют для того, чтобы образовать металлический матри нный композиционный материал (например. до пропитывания) и/или тот леталл, который смешиваю-, с напопнителем 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 и lи cf1113t3, в котором указанный металл представляет собой основную или доминирующую составную часть, "Металлический матричный композиционный rÿòåð. àë ипи "ММК" означает мате5

50 риал, включающий двух- ипи трехмерн. r.яя занный сплав или матричный металл, который внедряется в предварительно отформованную заготовку или наполнитепь.

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, 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 по крайней мере одной границей поверхности, которая существенно очерчивает границу дпя пропитки матричным металлом, причем такая масса сохраняет достаточно целостную форму и первичную прочность для того, чтобы обеспечить точность размера без какоголибо внешнего средства поддержки для пропитывания матричным металлом. Масса должна быть достаточно пористой для того . чтобы допустить пропитку матричным ме.галлом, Предварительно отформованная заготовка типично включает связанный порядок или расположение напопнителя, либо гомогенного, либо гетерогенного, и может включать любой подходящий материал (например, керами- еские и/или металличеcKL18 частицы, порошки, волокна, усы и т.д. и любую их комбинацию). Предварительно отформованная заготовка может существовать либо само по себе, либо как сборка.

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

"Реакционноспособная атмосфера" означает атмосферу, которая может реагировать с матричным металлом и/или наполнителем/или предварительно огформованной заготовкой/ и/ипи лепр"ницае1825325

10

20

30

55 мым контейнером с образованием самогенерируемого вакуума, тем самым заставляя расплавленный матричный металл проникать в материал на полн ителя (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 дпп того, чтобы пополнять, или в некоторых случаях первоначально запасаться и впоследствии пополнять ту порцию, участок или источник матричного металла, который находится в контакте с наполнитепем или предварительно отформованной заготовкой.

"Герметик" ипи "Герметиэирующее средство" относится к газонепроницаемому герметику в условиях способа или образованного независимо (например, внешний герметик), ипи образованного реакционной системой (например, внутренний герметик), который изолирует окружа|ощую атмосферу от реакционной атмосферы. Герметик или герметизирующее средство может иметь состав, отличный от состава матричного металла, "Облегчитель герметика" представляет собой материал, который облегчает образование гер.летиэирующего состава при реакции матричного металла с окружающей атмосферой и/ипи непроницаемым 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 компоэитного тела.

"Усилитель смачивания" относится к любому материалу, который при добавлении к матричному металлу и/или наполняющему материалу или предварительно отформованной заготовке усиливает смачивание (например, уменьшает поверхностное натяжение расплавленного Матричного металла) наполняющего материал или предварительно отформованной заготовки расплавленным матричным металлом.

Присутствие усилителя смачивания может также улучшать свойства ре=ультирующего металлического матричного компоэитного тела, например, путем улучшения связывания между матричным металлом и наполняющим материалом.

Формула изобретения

1. Способ получения изделий из композиционного материала с металлической матрицей, включающий формирование реакционной системы, состоящей иэ 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, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью снижения трудоемкости за счет получения изделий сложной формы с заданными размерами, при формировании реакционной системы используют контейнер, выполненный иэ непроницаемого материала, наполнитель в свободно насыпанном состоянии или в предварительно формованном виде, по крайней мере на одной поверхности наполнителя располагают барьерное средство, препятствующее пропитке и имеющее форму заданного иэделия, герметизацию создают с помощью поверхностного защитного слоя, не проницаем о го для внеш ней атмосферы, а и ропитку проницаемого наполнителя осуществляют со стороны, не содержащей барьерное средство, 2. Способ пои. 1, от л и ч а ю щи и с я тем, что осуществляют полную герметизацию реакционной атмосферы от внешней атмосферы.

3, Способ по и. 1, отличающийся тем, что в качестве матрич |ого материала используют материал, выбранный из группы, содержащей алюминий, магний, бронзу, медь, сплав на основе железа.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в реакционную систему дополнительно вводят вещество, способствующее смач ива н ию.

5, Способ по и. 1, отл и ч а ю щи и с я тем, что в реакционную систему дополнительно вводят вещество, способствующее образованию защитного слоя, не проницаемого для внешней атмосферы.

6. Способ по и. 1, от л и ч а ю щи и с я тем, что в поверхностный защитный слой вводят по крайней мере один стеклообраэный материал.

7, Способ поп, 1,отлича ю щи йся тем, что в качестве поверхностного защитного слоя используют продукт реакции матричного материала с внешней атмосферой.

В, Способ пои. 1,отлич а ю щи йс я тем, что защитный слой образуют смачиванием непроницаемого контейнера матричным материалом.

9. Способ по и. 1, отличающийся том, что в качестве поверхностного защитного слоя используют продукт реакции мат45

1825325 ричного материала с непроницаемым контейнером.

10. Способ по и. 1, отличающийся тем, что реакционная атмосфера по крайней мере частично взаимодействует с матричным материалом, материалом наполнителя или материалом контейнера для создания перепада давления, 11.Способ по п,4, отл ич а ю щи и с я тем, что вещество, способствующее смачиванию, вводят в матричный материал.

12, Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют алюминий, а в качестве вещества, способствующего смачиванию, вещество, выбранное из группы, содержащей. магний, висмут, свинец, олого.

13. Способ по и. 4, отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют бронзу или медь, а в качестве вещества, способствующего смачиванию,— вещество, выбранное из группы, содержащей селен, теллур, серу, 14, Способ поп.1,отл ича ющийся тем, что барьерное средство размещают по

30 крайней мере в части непроницаемого контейнера, 15. Способ по и. 1, о тл ич а ю щи йс я тем, что о качестве барьерного средства используют материалы, выбранные из группы, содержащей металл, керамику, керамический композит, глину, 16. Способ по и. 15, о т л и ч а ю щи и с я тем, что в качестве барьерного средства используют тонкоизмельченный материал, не пропитыоаемый расплавленным матричным материалом.

17. Способ поп,1,отличающийся тем, что о качестве барьерного средства используют материал, выбранный из группы, содержащей углерод, графит, диборид титана, гипс, оксид алюминия, оксид кремния.

18. Способ по п. 1, о т л:, ч а ю шийся тем, что о качестве барьерного средства используют материал, не.смачиваемый расплаоом матричного материала, 19. Способ по п. 1, о т л и ч à ю шийся тем, что барьерное средство, расположенное по крайней мере на одной поверхности наполнителя, наносятокраской,окунанием, просеиванием через сито, выпариванием, опрыскиванием, 20. Способ пои. 1, отл ич а ю щий с я тем, что в качестве барьерного средства используют гибкий графитовый лист.

21. Способ поп.1,отличающийся тем, что в реакционную систему дополнительно вводят материал, облегчающий отделение полученного изделия из композиционного материала от контейне35

55 ра, барьерных средств и матричного материала.

22. Способ по и. 21, отличающийся тем, что в качестве материала. облегчающего отделенИе полученного иэделия, используют графит. оксид бора или олово.

23. Способ поп.21, отличающийся тем, что в барьерное средство вводят материал, способствующий отделению полученного изделия.

24. Способ по и. 1, отличающийся тем, что в качестве проницаемого наполнителя используют порошки, хлопья, таблетки, микросферы, усы, пузырьки, волокна, мелкие частицы, волокнистые маты, обрезанные волокна, сферы, гранулы, трубки, огнеупорные ткани.

2. Способ по и. 1, о тл и ч а ю щи и с я тем, что в качестве проницаемого наполнителя используют материал. выбранный из группы, содержащей оксиды, карбиды. бориды, нитриды.

26. Способпоп.1,отличающийся тем, что в качестве материала непроницаемого контейнера используют материал, выбранный из группы, содержащей керамику, металл, стекло, полимер.

27. Способ по п.26,о тл и ч а ю щ и и с я тем. что в качестве материала контейнера используют оксид алюминия или карбид кремния.

28. Способ пои. 1, отл ич а ю щи и с я тем, что в качестве реакционной атмосферы используют. кислородсодержащую или аэотсодержащую атмосферу.

29, Способ по и. 1, отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют алюминий, а в качестве реакционной атмосферы воздух, кислород или азот, 30. Способ поп. 1, отл и ча ю щийс я тем, что в качестве матричного материала используют материал, выбранный из группы, содержащей бронзу, медь, сплав на основе железа, а в качестве реакционной атмосферы-воздух, кислород йли азот.

31. Способ поп. 1, отл ича ю щийся тем, что нагрев осуществляют до температуры выше температуры плавления матричного материала, но ниже температуры испарения матричного материала и температуры плавления материала наполнителя.

32. Способ поп. 1,отл и ч а ю щи йс я тем, что в качестве матричного материала используют алюминий, а в качестве материала наполнителя-материал, выбранный из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды, нитриды.

47

33, Способпоп.1,отличающийся тем, что нагрев реакционной системы осуществляют до 700 — 1000 С в случае использования в качестве матричного материала алюминия, до 1050 — 1125 С в случае использования бронзы или меди, до 1250 — 1400 С в случае использования железа.

34. Способ по и.1. отличающийся тем, что затвердевание осуществляют íà охлаждаемой подложке.

35. Способ по и. 3, отличающийся тем, что в качестве материала наполнителя используют материал, выбранный из группы, содержащей оксид алюминия, карбид кремния, оксид циркония, нитрид титана, карбид бора или их смесь.

36. Способ по и. 1, отличающийся тем, что в качестве поверхностного защитного слоя используют борные стекла. кремниевые стекла, которые по крайней мере

5 частично плавятся при пропитке.

37. Способ пои. 1, отл ича ю щийс я тем, что в качестве барьерного средства используют жесткую оболочку, имеющую форму изделия, выполненную из материала, 10 выбранного из группы, содержащей оксид алюминия, оксид кремния, вермикулит, графит, гипс, нержавеющую сталь.

38. Способ поп. 1, отл ича ю щи и с я тем, что внутреннюю поверхность контей15 нера выполняют соответствующей форме готового изделия.

l3

30 !

3 !

Уог. 5 31

2! 26

Фиг. 5

I60 )

14 го ф /г, а

25

Составитель С. Багрова I4O

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М. Самборская

Редактор С. Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2230 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыТиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5