Способ получения композиционного материала с металлической матрицей

Авторы патента:

C22C1/09 - Сплавы (кремни C06C 15/00; обработка сплавов C21D, C22F)

Сущность изобретения: данное изобретение относится к способу формирования металлических матричн ых композитн ых тел. В частности, пригодный матричный металл, типично в расплавленном состоянии, находится в контакте с подходящим наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой в присутствии подходящей реакционно-способной атмосферы в непроницаемом контейнере, по крайней мере, на некоторой стадии во время процесса, который позволяет происходить взаимодействию между реакционноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером, тем самым заставляя расплавленный матричный металл пропитывать наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку вследствие, по крайней мере частично, создания самогенерируемого вакуума. Такая самогенерируемая вакуумная пропитка происходит без применения любого внешнего давления или вакуума. 3 з.п. ф-лы, 16 ил., 7 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4830865/02 (22) 17.07,90 (46) 30,07.93. Бюл. М 28 (31} 07/381523 (32) 18,07,89 (33) US (71) Ланксид Текнолоджи Компани ЛП (US) (72) Роберт Кэмпбелл Кантнер, Станислав

Антолин (US) и Ратнеш Кумар Двиведи (lN} (56) Патент США N. 3396777, кл. 164 вЂ” 97, 1968. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИ0HHOI МАТЕРИАЛА С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕЙ (57) .Сущность изобретения: данное изобретение относится к способу формирования металлических матричных композитн ых тел. . В частности, пригодный матричный металл, типично в расплавленном состоянии, находится в контакте с подходящим наполняюИзобретение относится к формованию металлических матричных композитных тел, Целью данного предложения является повышение эффективности и упрощение способа.

Композиционные продукты, включающие матричный металл и упрочняющую и усиливающую фазу, акую как частицы керамики, усы, волокна или тому подобное, открывают возможность целого ряда применений, вследствие того что они сочетают в себе некоторую жесткость и сопро-. тивление износу армирующей фазы с пластичностью и прочностью металличе„„. Ж„„1831413 АЗ

tsar>s S 22 F 3/26, С 22 С 1/09 щим материалом или предварительно отформованной заготовкой в присутствии подходящей реакционно-способной атмосферы в непроницаемом контейнере, по . крайней мере, на некоторой стадии во время процесса, который позволяет происходить взаимодействию между реакционноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером, тем самым заставляя расплавленный матричный металл пропитывать наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку вследствие, по крайней мере частично, создания самогенерируемого вакуума, Такая самогенерируемая вакуумная пропитка происходит без применения любого внешнего давления или вакуума. 3 з.п. ф-лы, 16 ил., 7 табл. ской матрицы. Металлический матричный композит будет показывать улучшение таких свойств, как прочность; жесткость, контактное сопротивление износу и сохранение прочности при повышенной температуре по сравнению с матричным металлом в форме монолита, но степень, до которой любое данное свойство может быть улучшена, в большой степени зависит от конкретных составных частей, их объемной или весовой фракции, и как они вводятся при формовании композита. В некоторых случаях композиционный материал может быть легче по весу, чем матричный материал

1831413

3О ъ5

4О

45 бО

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

В настоящем изобретении, металлическое матричное композитное тело получают путем техники самогенерируемого вакуума. в котором расплавленный матричный металл пропитывает проницаемую массу наполнителя или предварительно отформованную заготовку, котоую располагают в непроницаемом контейнере. В частности, расплавленный матричный металл и реакционноспособную атмосферу, оба, связывают с праницаемой массой, па крайней мере, на некоторой стадии ва время процесса, и при контакте между реакционно-способной атмосферой и матричным металлом и/или наполнителем или предварительно отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером. генерируется вакуум, приводящий к пропитыванию расплавленным металлом наполнителя или предварительно сформовзнной заготовки, В первом пр, ..почтительном варианте осуществления реакционная система предусматривает включение непроницаемого контейнера, и нзпалнителя, содержащегося в нем, контактирование расплавленного матричного металла в присутствии реакцианнаспособнай атмосферы и герметизиру1ощие средства для герметизации реакционной системы ат акружающеЙ BTмосферы. Резкцианнаспасобная атмосфера взаимодействует, либо частично, либо полностью, с расплавленным матричным металлам и/или напалнителем и/или непроницаемым контейнером, образуя продукт реакции, который может создавать вакуум, тем самым затягивая рзсплзвлГнныЙ матричный металл. по крайней мере, частичНо в напалнитель. Взаимодействие, включающее реакцианнаспасабную атмосферу и расплавленный матричный металл и/или чапалнитель и/или непроницаемый кантуй;ер, может продолжаться в течение времени, достаточного для того, чтобы позволить расплавленному матричному металлу либо частично, либо существенно полностью пропитать наполнитель или предварительно отформованную заготовку. Может быть предусмотрено внешнее герметизирующее средство для герметизации реакционной системы, имеющей состав, отличный от матричного металла.

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

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

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

В другом предпочтительнмо варианте осуществления наполнитель может взаимодействовать, па крайней мере, частично с реакционноспосабнай атмосферой, создавая вакуум, который затягивает расплавленный матричный металл в наполнитель или предварительно отформованную заготовку.

Бцлее того, добавки могут быть включены в наполнитель, который мажет реагировать, либо частично, либо существенно полностью с реакцианнаспасобной атмосферой, создавая вакуум и усиливая свойства образующегося тела. Кроме того. в добавление к или вместо наполнителя и матричного металла, непроницаемый контейнер может по крайней мере, частично реагировать с реакционнаспасабнай атмосферой, генерируя

BR куум.

Используемые в данном описании и мнагаэвенной формуле изобретения термины ниже определяются следующим образам: "Сторона сплава", относится к той старане металлического матричного композицианнога материала, которая первоначальна конатктировала с расплавленным матричным металлом, до того как этот расплавленный металл пропитал проницаемую массу напалнителя или предвраительно отформованной заготовки.

"Алюминий" означает и включает, в основном, чистый металл (например, относительно чистый, коммерчески доступный неплавленный алюминий) или другие сорта металла или сплавов металла, таких кзк коммерчески доступные металлы, имеющие примеси и/или легирующие составные час1831413 ти, такие как железо, кремний, медь, магний, марганец, хром, цинк, и так далее.

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

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

Подходящее "барьерное средство" включает материалы, которые либо смачиваются, либо не смачиваются при миграции расплавленного матричного металла, поскольку смачивание барьерного средс .ва не происходит существенно за поверхностью барьерного материала (т.е. смачиваюащя поверхность). По-видимому, барьер этого типа демонстрирует существенно малое (или никакого) средство к расплавленному матричному металлу, и перемещение эа определенную границу поверхности массы наполнителя или предварительно отформованной заготовки предотвращается или ингибируется барьерным средством.

Барьер уменьшает любую окончательную механическую обработку или измельчение, которые могут потребоваться, и обозначает, по крайней мере, часть поверхности окончательного металлического матричного композитного продукта.

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

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

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

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

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

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

1831413

"Матричный металл" или "Матричный металлический сплав", используемый здесь, означает, тот металл, который используют для того, чтобы образовать металлический матричный композиционный материал (например, до пропитывания). и/или тот металл, который смешивают с наполнителем для образования металлического матричного композитного тела (например, после пропитывания). Когда определенный металл

10 упоминают в качестве матричного металла, то следует понимать, что такой матричный металл включает тот металл как существенно чистый металл, коммерчески доступный металл, имеющий примеси и/или легирующие составные части в нем, интерметаллическое соединение или сплав, в котором указанный металл представляет собой основную или доминирующую составную

20 часть

"Металллический матричный композиционный материал" (ММК) означает материал, включающий двух- или трехмерно связанный сплав или матричный металл, комованную заготовку или наполнитель, Матричный металл может включать различные легирующие элементы, для того, чтобы обеспечить. в частности, желаемые механические и физи .еские свойства в образующемся композитном материале, Металл, отличный" от матричного металла, означает металл, который не содержит s качестве главной составной части тот

30 же самый металл, что в качестве матричного металла) например, если главной составной частью матричного металла является алюминий, то "отличный" металл мог бы иметь главной составной частью. например чикель).

"Предварительно отформованная заготовка" или "Проницаемая предварительно отформованная заготовка", означает пористую массу наполнителя или наполняющего материала, которую производят с, по крайней мере, одной границей поверхности, которая существенно очерчивает границу для пропитки матричным металлом, причем такая.масса сохраняет достаточно целостную форму и первичную прочность для того, что50 бы обеспечить точность размера без какоголибо внешнего средства поддержки до прочитывания матричным металлом, Масса должна быть достаточно пористой для того, чтобы допустить пропитку матричным металлом, Предварительно отформованная заготовка типично включает связанный порядок или расположение наполнителя, либо гомогенного либо гетерогенного, и может включать любой подходящий материал торый внедряется в предварительно отфор- 25 (например, керамические и/или металлические частицы, порошки, волокна. усы и т,д, в любую их комбинацию). Предварительно отформованная заготовка может существовать либо сама flO себе, либо как сборка.

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

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

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

"Герметик" или "Герметизирующее средство" относится к газонепроницаемому герметику в условиях способа или образованного независимо (например, внешний герметик), или образованного реакционной системой 1,например, внутренний герметик), который изолирует окружающую атмосферу от реакционной атмосферы. Герметик или герметизирующее средство может иметь состав, отличный от состава матричного металла.

"Облегчитель герметика", используемый здесь, представляет собой материал, который облегчает образование герметизирующего состава при реакции матричного металла с окружающей атмосферой и/или нерпоницаемым контейнером и/или наполняющим материалом или предварительно

18314i3

55 отформованной заготовкой, Этот материал может быть добавлен в матричный металл, и присутствие облегчителя герметика в матричном металле может улучшать свойства результирующего композитного тела.

"Усилитель смачивания" относится к любому материалу, который при добавлении к матричному металлу и/или наполняющему материалу или предварительно отформованной заготовке усиливает смачавание (например, уменьшеает поверхностное натяжение расплавленного матричного металла)., наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки расплавленным матричным металлом. Присутствие усилителя смачивания мажет также улучшить свойства результирующего металлического матричного композитного тела, например, путем улучшения связывания между матричным металлом и наполняющим материалом, Матричный металл в расплавленном состоянии контактирует с наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой в присутствии реакционноспособной атмосферы в непроницаемом контейнере, может иметь место взаимодействия между реакционнаспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и/или непроинцаемым контейнером, что. приводит к продукту реакции (например, твердый, жидкий или пар), который занимает меньший объем, чем первоначальный объем, занимаемый реагирующими компонентами. Когда реакционноспособная атмосфера изолирована от окружающей атмосферы, вакуум может быть создан в проницаемом наполняющем материале или предварительно отформованной заготовке, который затягивает расплавленный матричный металл в пустоты пространства наполняющего материала, Дополнительно, создание вакуума может усилить смачивание. Непрерывное взаимодействие между реакционноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом или предварительно. отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером может приводить к матричному металлу, который пропитывает наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку, по мере того как генерируется дополнительный вакуум, Взаимодействие может продолжаться в течение времени, достаточного для того, чтобы допустить проникновение расплавленного матричного металла либо частично, 5

45 либо существенно полностью, в массу наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки, Наполняющий материал или предварительно отформованная заготовка должны быть достаточно проницаемы для того, чтобы позволить реакционноспособной атмосфере проникнуть, по крайней мере, частично, в массу наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки.

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

Для того, чтобы осуществить методику самогенерируемого вакуума данного изобретения, необходимо чтобы реакционноспособная атмосфера была изолированной от окружающей атмосферы, так что не пониженное давление реакционноспособной атмосферы, которое существует во время пропитки, не оказывал бы существенно вредное влияние любой газ, который транспортируется иэ окружающей атмосферы.

Непроницаемый контейнер, который можетбыть использован в способе данного изобретения, может быть контейнером любого размера, формы и/или состава, который может быть или может не быть нереакционноспособным с матричным металлом и/или реакционноспособной атмосферой и который является непроницаемым для окружающей атмосферы в условиях способа. В частности, непроницаемый контейнер может включать любой материал (например, керамика, металл, стекло, полимер и т.д.), который может выдерживать условия способа, так что он сохраняет свой размер и форму, и который предотвращает или существенно ингибирует транспорт окружающей атмосферы через контейнер. При использовании контейнера, который достаточно непроницаем для транспортирования атмосферы через этот контейнер, возможно формирование самогенерируемого воздуха внутри этого контейнера. Далее. в зависимости от испольуземой конкретной реакционной системы, непроницаемый контейнер, который по крайней мере, частично реагирует с реакционноспособной атмосферой и/или матричным металлом и/или наполняющим материалом, может быть использован для создания или

1831413

50 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 самагенерируемого вакуума, Таким образом, следует принимать ва внимание, что целый ряд материалов может быть использован для формирования непроницаемых контейнеров. Например, фармованная или литьевая окись алюминия или карбид кремния могут быть использованы, также как метлалы, имеющие ограниченную или низкую растворимость в матричном металле. например нержавеющая сталь для алюминиевых, медных и бронзовых матричных металлов.

Кроме того, в других случаях непригодные материалы, такие как пористые материалы (например, керамические тела), могут быть сделаны непроницаемыми путем формирования подходящего покрытия на, по крайней мере, части из них. Такие непроницаемые покрытия могут быть любыми иэ широкого ряда глазурей и гелей, пригодных для связывания и герметизации таких пористых материалов. К таму же, походящее непроницаемое покрытие может быть жидким при температурах способа, и в этом случае покрывающий материал должен бытьдостаточна стабильным, чтобы оставаться непроницаемым при условиях самогенерируемого вакуума, например. благодаря вязкому сцеплению с контейнером или наполняющим материалом или предварительно отформованной заготовкой. Пригодные материалы покрытия включают стеклаабразные материалы (например (Bz0g), хлориды, карбонаты и т.д„при условии, что размер пор этого наполнителя или предварительно отформованной заготовки является достаточно малым, так чта покрытие мажет эффективна блокировать пары, образуя непроницаемое покрытие.

Матричный металл, используемый в способе данного изобретения, может быть любым матричным металлом, который будучи расплавлен в условиях способа, проникает в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку при создании вакуума наполняющего материала. Например, матричным металлом может быть любой металл или составная часть внутри металла, который реагирует с реакционноспособной атмосферой в условиях процесса, либо частично, либо существенно полностью тем самым заставляя расплэв5

45 ленный матричный металл проникать в наполняющий материал или предваригельно отформованную заготовку благодаря, по крайней мере, частичному возникновению вакуума в нем. Далее. в зависимости от применяемой системы матричный металл может либо частично, либо существенно быть нереакционноспособным с реакционноспособной атмосферой, и вакуум может быть создан вследствие взаимодействия реакционноспособнай атмосферы с одним или более другими компонентами реакционной системы, тем самым позволяя матричному металлу проникать в наполняющий материал.

В предпочтительном варианте осуществления, матричный материал может быть сплавлен с усилителем смачивания, чтобы . облегчить смачивающую способность матричного металла, таким образом, например, содействуя формированию связи между матричным металлом и нэполнителем, уменьшая пористость в формируемом металическом матричном композиционном материале, уменьшая количество времени, необходимое для полной пропитки и т,д.

Кроме того. материал, который включэег усилитель смачивания, может также действовать как облегчитель герметика. как описано ниже, чтобы способствовать изоляции реакционноспособной атмосферы от окружающей атмосферы. Однако, к тому же, в другом предпочтительном варианте осуществления, усилитель смачивания может быть включен непосредственно в наполняющий материал вместо того, чтобы быть сплавленным с матричным металлом.

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

1831413

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

Температура, при которой реакционная система подвергается воздействию (например, температура переработки). может варьироваться в зависимости от того, какие матричные металлы, наполняющие материалы или предварительно отформованные заготовки, и реакционноспособные атмосферы используют. Например. для алюминиевого матричного металла данный способ самогенерируемого вакуума обычно происходит при температуре, по крайней мере, около 700 С и предпочтительно около 850 С или более. Температуры свыше 1000 С обычно не являются необходимыми и, в частности, полезным диапазоном является от

850 и до 1000 С. Для бронзового или медного матричного металла полезны температуры около от 1050 до около 1125 С, и для чугуна являются подходящими температуры от 1250 до 1400 С. В общем, температуры, которые выше точки плавления, но ниже точки испарения матричного металла, могут быть использованы, Можно приспособить состав и/или микроструктуру металлической матрицы во время образования композиционного материала, чтобы придать желаемые характеристики результирующему продукту. Насущественно полно реагировать после кон50 такта с расплавленным матричным метал55

45 пример, для данной системы условия способа можно подобрать. чтобы контролировать образование, например, интерметаллидов, оксидов, нитридов и т.д. Далее, в дополнение к приспособлению состава компоэитного тела. можно модифицировать другие физические характеристики, например, пористость, контролируя скорость охлаждения. металлического матричного компоэитного тела. В некоторых случаях может быть желательно для металлического матричного композиционного материала быть непосредственно отвержденным путем помещения, например, контейнера, содержащего формируемый металлический матричный композицоинный материал; на охлаждаемую плиту и/или селективно помещая изолирующие материалы около контейнера.

Кроме того, дополнительные свойства (например предел прочности при растяжении) формируемого металлического матричного композиционного материала могут контролироваться путем использования термообработки (например, стандартаня. термообработка, которая соответствует существенно термообработке для матричного металла самого по себе, или термообработка. которая модифицирует частично или существеннон о).

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

1831413 атмосферы может способствовать формированию желаемого металлического матричного композитного тела.

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

Размер и форма наполняющего материала могут быть любыми, которые могут требоваться. для того, чтобы достичь желаемых свойств.в композите. Таким образом, материал может быть в форме частиц, усов, пластинок Или волокон, поскольку пропитка не ограничена формой наполняющего материала. Могут применяться другие формы, такие как сферы, цилиндры, таблетки, тугоплавкие волокнистые переплетения и тому подобное, Кроме того, размер этого

55 материала не ограничивает пропитывание, хотя могут требоваться более высокая температура или более продолжительный период времени для того, чтобы получить полную пропитку массы более мелких частиц, чем для более крупных частиц. Средний размер материала наполнителя, лежащий в пределах от менее чем 24 грит до около 500 грит, является предпочтительным для большинства технических применений. Кроме того, контролируя размер (напр., диаметр частицы и т.д.) непроницаемой массы наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки, можно приспособить физические и/или механические свойства формуемого металлического матричного композиционного материала для того, чтобы удовлетворить неограниченное число промышленных применений.

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

Реакционноспособная атмосфера, используемая в способе данного изобретения, может быть любой атмосферой, которая может реагировать, по крайней мере, частично или существенно полно, с расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом и/или непроницаемым контейнером, образуя продукт реакции, который занимает объем, который является меньшим, чем объем, занимаемый этой атмосферой и/или компонентами реакции до реакции.. В частности, реакционноспособная атмосфера пои контакте с расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом и/или непроницаемым контейнером может реагировать с одним или более компонентами реакционной системы, образуя твердый, жидкий или парообразный продукт реакции, который занимает меньший объем, чем объем совместных индивидуальных компонентов, тем самым создавая пустоту или вакуум, который способствует втягиванию расплавленного матричного металла в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку. Взаимодействие между реакционноспособной атмосферой и одним или более матричным металлом

1831413

20 и/или наполняющим материалом и/или непроницаемым контейнером, может продолжаться в течение времени, достаточном для того, чтобы матричный металл пропитал, по крайней мере, частично или существенно полностью, наполняющий материал. Например, когда используют воздух в качестве реакционноспособной атмосферы, взаимодействие между матричным металлом (напр., алюминием) и воздухом может приводить к образованию реакционных продуктов (напо., окись алюминия и/или нитрид алюминия и т,д.). В условиях способа, продукт(ы) реакции имеют тенденцию занимать меньший обьем, чем общий объем, занимаемый расплавленым алюминием, который реагирует с воздухом, В результате реакции генерируется вакуум, тем самым заставляя расплавленный матричный металл проникать в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку. В зависимости от используемой системы, на- . полняющий материал и/или непроницаемый контейнер могут реагировать с реакционноспособной атмосферой аналогичным образом, генерируя вакуум, тем самым помогая в проникновении расплавленного матричного металла в наполняющий материал. Реакция с самогенерируемым вакуумом может продолжаться в течение времени, достаточного. чтобы привести к образованию металлического матричного композитного тела, Кроме того, найдено, что герметик или гермтезиирующее средство должнь предотвращать или ограничивать газовый поток из окружающей атмосферы в наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку заготовку (напр„предотвращать течение окружающей атмосферы в реакционноспособную атмосферу).

Реакционноспособная атмосфера внутри непроницаемого контейнера и наполняющего материала должна быть достаточно изолирована от окружающей атмосферы так что, как происходит взаимодействие между реакционноспособной атмосферой и расплавленным матричным металлом и/или наполня ющим материалом или предварительно отформованной заготовкой и/или непроницаемым контейнером, устанавливается и поддерживается разница давления между реакционноспособной и окружающей атмосферами до тех пор, пока не будет достигнута желательная пропитка, Следует понимать. что изоляция между реакционноспособной и окружающей атмосферами не должна быть совершенной, но скорее лишь "достаточной", так что имеет место разница давления в сетке (напр., па25

55 ровая фаза могла бы течь иэ окружающей атмосферы в реакционноспособную атмосферудо тех пор, пока скорость течения была бы ниже той, которая необходима, чтобы немедленно пополнить реакционноспособную атмосферу). Часть необходимой изоляции окружающей атмосферы от реакционноспособной атмосферы обеспечивается непроницаемостью контейнера.

Поскольку большинство матричных металлов является также достаточно непроницаемыми для окружающей атмосферы, то резервуар с расплавленным матричным металлом обеспечивает другую часть необходимой изоляции. Важно отметить, однако, что граница раздела между непроницаемым контейнером и матричным металлом может давать дорожку для течи между окружающей и реакционноспособной атмосферами, Таким образом, герметик должен обеспечивать герметизацию достаточную, чтобы ингибировать или предовтаращать такую течь.

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

Тем не менее найдено, что внешние механические герметики являются неэффективными в целом ряде применений и они могут требовать черезмерно больших количеств расплавленного матричного металла.

В соответствии с данным изобретением, найдено, что внешние герметики и физические и химические классы внутренних герметиков перекрывают указанные недостатки внутреннего механического герметика. В предпочтительном варианте осуществления внешнего герметика, герметизирующее средство может быть наружно применено к поверхности матрично19

1831413

20 го металла в виде твердого или жидкого материала, который в условиях способа может быть существенно. нереакционноспособным с матричным металлом, Найдено, что такой внешний герметик предотвращает. или, по крайней мере, достаточно ингибирует, транспорт парофаэных составляющих частей из окружающей атмосферы к реакционноспособной атмосфере. Пригодными материалами для использования в качестве внешнего физического герметизирующего средства могут быть либо твердые тела, либо жидкости, включая стекла (напр., барные или кремниевые стекла, В Оз, расплавленные оксиды и т.д,) или любой другой материал(ы), который достаточно ингибирует транспорт окружающей атмосферы к реакционноспособной атмофере в условиях этого способа, Внешний механический герметик может быть сформован предварительным выпавниванием или предварительным полированием или иным способом, формирующим внутреннюю поверхность непроницаемого контейнера, контактирующего с емкостью матричного металла, так что транспорт газа между окружающей атмосферой и реакционноспособной атмосферной достаточно ингибирован, Глазури и покрытия, та гие х,.: ГгОз, которые могут применяться =- ко тейнере, чтобы сделать его непроницаемым, могут также обеспечивать подводящую герметизацию.

Внешний химический герметик может быть получен помещением материала Hà поверхность расплавленного матричного металла, который реагирует с, например, проницаемым контейнером, Продукт реакции может включать интерметаллид, оксид, карбид и т.д, В предпочтительном варианте осуществления внутреннего физического герметика матричный металл может реагировать с окружающей атмосферой с образованием герметика или герметизирующего

t.ðåäñòâà, имеющего состав, отличный от состава матричного металла. Например, npv реакции матричного металла с окружающей атмофсерой продук реакции (напр, MgQ и/или магний-алюминатная шпинель в случае взаимодействия сплава AI-Mg с воздухом или оксид меди в случае взаимодействия бронзового сплава с воздухом) может образоваться, который может герметизировать реакционноспособную атмосферу от окружающей атмосферы. В другом варианте осуществления внутреннего физического герметика облегчитель герметика может быть добавлен к матричному металлу, чтобы способствовать образованию герметика при реакции между матричным металлом и окружающей атмосферой (напр„путем добавления магния, висмута, свинца и т.д. для алюминиевых матричных металлов, или путем добавления селена, теллура, серы и т.д, для медных и бронзовоro матричных металлов, При формировании внутреннего химического герметизирующего средства матричный металл может взаимодействовать с непроницаемым контейнером (напр., путем частичного расплавления контейнера или его покрытия (внутреннего) или путем формирования продукта реакции или интерметаллида и т.д., которые могут герметизировать наполняющий материал от окружающей среды, Кроме того, следует оценить, что герметик должен быть способным соответствовать вол юметрическим (т.е. либо расширению, либо сокращению) или другим изменениям в реакционной системе, не допуская окружающую атмосферу течь в наполняющий материал (например, течение в реакционноспособную атмосферу). В частности, поскольку расплавленный матричный металл впитывается в проницаемую массу наполняющего материала или предварительно отформованную заготовку, глубина расплавленного матричного металла в контейнере имеет тенденцию уменьшаться, 30 Соответствующее герметизирующее средство для такой системы должно быть достаточно податливым, чтобы предотвратить транспорт газа из окружающей амосферы в наполняющий материал, поскольку уровень расплавленного матричного металла в контейнере уменьшается.

Барьерное средство может также быть использовано в комбинации с данным изобетением, В частности, барьерное средство, которое может быть использовано в способе этогс изобретения, может быть любым пригодным средством, которое мешает, инг,бирует, препятствует или ограничивает миграцию, пеоемещение, или тому подобное. расплавленного матричного металла за определенную границу поверхности наполня ощего материала. Пригодным барьерным средством может быть любой минерал, соединение, элемент. композиция или т.п., который в условиях способа этого изобретения, сохраняет некоторую структурную целостность, является нелетучим и способным локально ингибировать, останавливать, мешать, предотвращать и т.п„непрерывное впитывание или любой другой вид движения за определенную границу поверхности наполняющего материала. Барьерное средство может быть использовачо за время пропитки с помощью самогенерируемого вакуума или в любом непроницаемом кон21

1831413

35 поверхности напоминающего материала. 40

Эта графитовая лента также является устой45 в виде суспенэии или пасты или даже как 50 разделяющая пленка вокруг или на границе наполняющего материала или предварительно откаормоввнной заготовки. Лента

GRAFQLL в частности, является предпочти55 тейнере.. используемом в связи с техникой самогенерируемого вакуума для формирования металлических матричных композиционных материалов. как обсуждается более детально ниже.

Подходящее барьерное средство включает материалы, которые либо являются смачиваемыми, либо несмачиваемыми при миграции расплавленно .о матричного металла в условиях применяемого способа, поскольку смачивание барьерного средства существенно не протекает эа пределами поверхности барьерного материала (т.е. поверхность смачивания), По-видимому, барьер этого типа проявляет малое средство или не проявляет средства к расплавленному матричному сплаву. и перемещение эа определенную границу поверхности наполняющего материала или предварительно отформованной заготовки предотвращается или ингибируется барьерным сродством.

Этот барьер уменьшает любую окончательную механическую обработку или измельчение. которые могут потребоваться металлическому матричному композитному продукту.

Подходящие барьеры, в особенности, полезные для алюминиевых матричных металлов. есть барьеры, содержащие углерод, особенно кристаллическая аллотропная форма углерода, известная как графит, Графит существенно не смачивается расплавленным алюминиевы сплавом при опиываемых условиях способа. Конкретным предпочтительным гарфитом является графитовая лента, продукт GRAFOLL, который проявляется характеристики, которые предотвращают миграцию расплавленого алюминиевого сплава за определенную границу чивой к нагреванию и является существенно химически инертной. Графитовая лента является подвижной. совместимой, принимает различные формы и упруга. и из нее можно изготовить различные формы, которые будут соответствовать большинству любых применений барьера. Графитовое барьерное средство может быть применено тельной потому, что она находится в форме подвижного графитового листа, Один способ использования этого бумагоподобного графитового листового материала состоит в обертывании наполняющего материала или предварительно отформованной злаготов20

25 ки, подлежащей пропитке, слоем материала, Или же, графитовый листовой материал может быть сформован в обратную форму конфигурации, которая желательна для металлического матричного композитного тела и эта обратная форма может затем быть заполнена наполняющим материалом.

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

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

Данный способ формирования металлического матричного композиционного материала путем техники самогенерирования вакуума. в комбинации с использованием барьерного средства, обеспечивает существенные преимущества над известным уровнем техники, В частности, используя способ данного изобретения, металлическое матричное компоэитное тело может быть получено без необходимости дорогой или сложной технологии. В одном аспекте данного изобретения, непроницаемый контейнер, может содержать наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку желаемой формы, реакционноспособную атмосферу и барьерное средство для остановки пропитывания металлического матричного композиционного материала эа пределами поверхности результирующего сформованного композитного тела, При контакте реакционноспособной атмосферы с матричным металлом, который может быть налит в непроницаемый контейнер, и/или наполняющий мате1831413

1О

40 риал в условиях способа, может быть создан самогенерируемый вакуум, тем самым заставляя расплавленный матричный металл проникать в наполняющий материал, Мгновенный способ избегает необходимости сложных конфигураций, сохранвния ванн расплавленного металла, удаления образовавшихся кусков иэ форм сложной конфигурации и т.д, Далее, перемещение наполняющего материала расплавленным матричным металлом существенно уменьшается путем предусматривания стабильного контейнера, который не погружают в ванну с расплавленным металлом.

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

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

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

Фиг.ЗА представляет собой фотографию, которая соответствует продукту, сформованнаму согласна фиг.1А:

Фиг.38 п,: еда.r-. валяет собой фотографию, которая саатлетл аует продукту, сформаваннаму согласна фиг.1Б;

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

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

Фиг,5 представляе1 собой схематический вид поперечного сечения улаженных листов в пакет, используемых для изготовления образца Р;

Фиг.б представляет собой схематический вид поперечного сечения улаженных листов в пакет, используемых для изготовления образца U:

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

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

Фиг.9 представляет собой серию микрофотографий, которые соответствуют приMc".ру 7;

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

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

Фиг.12А и 128 представляют собой виды поперечных сечений, уложенных листов в пакеты. используемые согласно примеру

10:

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

Фиг,14А и 148 соответствуют продуктам, полученным согласно образцам АК и AL соответственна;

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

Фиг.16 представляет собой вид поперечного сечения уложенных листов в пакет, используемых согласно примеру 18, Образец AU, Пример 1, Этот пример демонстрирует выполнимость и влажность использования внешнего герметика, который принимает участие в образовании алюминиевого металлического матричного компоэиционнага материала, В частности, было сделано два сходных пакета листов, Единственная разница между двумя пакетами листов состояла в том, что один пакет листов был снабжен материалом, образующим внешний герметик, и другой не был снабжен материалом, образующим внешний герметик.

Фиг.1А и 1 показывают, чта пакеты листов были идентичными, за исключением тога, что фиг,1А вкл очает использование внешнега герметиэирующего материала 34.

Как показано в каждом из фиг.tA и 18, два непроницаемых контейнера 32, имеющие внутренний диаметр около 2 3/8 дюйма (60 мм) и высоту около 2 1/2 дюйма (64 мм), были сконструированы из нержавеющей стали 16 калибра (1,6 мм толщиной) А1 1 Типа 304, Каждый из контейнеров 32 были сделаны путем сварки 16 калибра (1,6 мм толщина) трубки из нержавеющей стали 35, имеющий около 2 3/8 дюйма (60 мм) внутренний диаметр и около 2 1/2 дюйма (64 мм) длину с пластиной иэ нержавеющей стали 36 размерами 3 1/4 (83 мь.j х 3 1/4 (83 мм) дюйма 16 калибра (1.6 мм толщиной). Каждый иэ непроницаемых контейнеров 32 был наполнен около 150 г наполняющего материала 31, включающего 90 грит продукта окиси алюминия, известного как 38A1 Alundum из йагтап Са. Г1риблизительно 575 г расплавленога матричного металла 33, включающего коммерчески доступный алюминиевый сплав, обозначаемый 170,1 выливают в контейнер 32, каждый из которых находится при комнатной температуре для того, чтобы покрыть наполняющий материал Çt. Расплавленный матричный металл находится

1831413

26 при температуре около 900"С, Расплавленный матричный металл 33 затем покрывают материалом, образующим герметик 34 (фиг.1А). В частности, около 20 г 820з порошка от Aesar Co. of ЯеаЬгооК NH, помещают в расплавленный алюминиевый матричный металл ЗЗ, каждый из экспериментальных пакетов листов затем помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, которую предварительно нагревают до температуры 900 С.

Через 15 мин при температуре ВгОэ материал 34 существенно полностью расплавляется, образуя стеклообразный слой. Кроме того, любая вода, которая находилась в

ВгОэ. существенно полностью удаляется, тем самым образуя газонепроницаемый герметик. Каждый из пакетов листов, показанных на фиг.1А и 1В, выдерживают в печи в течение дополнительных 2 ч при 900 С.

После этого оба пакета листов удаляют иэ печи и пластину 36 контейнера 32 помещают путем прямого контакта на медную охлаждаемую холодной водой плиту для направленного отверждения матричного металла.

Каждый из пакетов листов охлаждают до комнатной температуры и затем делают поперечное сечение для того., чтобы определить, пропитал ли матричный металл 34 наполняющий материал 31 с получением металлического матричного композиционного материала. Наблюдали, что пакет листов, показанный на фиг.tA, который использовал герметизирующий ма. ериал, образовывал металлический матричный композиционный материал, в то время как пакет литов, показанный на фиг.18, который не испольэовал герметизирующий материал 34, не образовывал металлический матричный композиционный материал. В частности, фиг,3A есть фотография, которая соответствует продукту сформированному согласно фиг.1А, в то время как фиг.38 есть фотография, которая соответствует результату фиг.1В. Фиг.3А показывает, что алюминиевое металлическое матричное тело композитное тело 40 образуется и малое количество остаточного матричного металла 33 остается прикрепленным к нему. Кроме того, фиг.ÇB показывает, что никакого металлического матричного компоэитного тела не образуется. В частности, фиг.38 показывает полость 41, которая соответствует первоначальному положению наполняющего материала 31, показанному на фиг.18.

Когда сделали поперечное сечение контейнера 32, то наполняющий материал 31 выпадает из контейнера 32, потому что

50 зиционный материал. Аналогично тому, что наблюдали в примеру 1, пакет листов, в ко55

35 наполняющий материал 31 не был пропи ан матричным металлом 33.

Пример 2. Этот пример демонстрирует выполнимость и важность использования внешнего герметика, который содействует образованию бронзового металлического матричного композитного тела. Экспериментальные методика и укладка листов в пакеты, обсужденные в примере 1, в основном, повторяют, за исключением того. что матричный металл включает бронзовый сплав с 93 мас.$ Cu, 6 мас.$ Sl и 1 мас. Fe, Композиция и количество наполняющего материала 31 были, в основном, теми же самыми, как обсужденные в примере 1. Кроме того, контейнер иэ нержавеющей стали 32 и В20э материал, формирующий герметик, существенно идентичны тем же материалам в примере 1.

Бронзовый матричный металл 33 предварительно нагревают до температуры. 1025 С, чтобы его расплавить до того как он будет вылит в контейнер 32, находящийся при комнатной температуре. Каждый из пакетов листов, заключенный в контейнеры из нержавеющей стали 32, и их содержимое, помещают в ту же самую камеру печи сопротивления с нагретым воздухом.атмосферы. используемую в примере 1, за исключением того, что печь предварительно нагревают до температуры 1025 С. Температуру печи затем поднимают до 1100 С в течение 20 мин, и во время которого ВгОэ порошок, в основном, плавится, обезгаживэется и образует газонепроницаемый герметик. Оба пакета листов затем выдерживают при 1100 С в течение приблизительно 2 ч. Каждый из пакетов листов удаляют из печи и плиты 36 контейнера 32 ставят прямо на медную охлаждающую плиту, охлаждаемую.водой, для направленного отверждения матричного металла.

Каждый из пакетов листов охлаждают до комнатной температуры и затем делают поперечный срез для того, чтобы определить проник ли бронзовый матричный металл 33 в наполняющий материал 31, образуя металлический матричный компотором использован В20э герметиэирующий материал 34, образует бронзовый металлический матричный композиционный материал, в то время как контейнер без 820э герметизирующего материала 34, не образует металлический матричный композиционный материал. В частности, а фиг.4А показано бронзовое металлическое матричное композитное тело 42, которое образова1831413 но с использованием акета листов, показанных на фиг.1А; в то время как фиг,4В показывает полость 43, которая соответствует первоначальному положению материала 31, показанному на фиг,1В. Аналогично примеру 1, непропитанный материал 31 выпадает из контейнера 32, когда контейнер

32 разрезают в поперечном направлении.

Пример 3. Этот пример демонстрирует важность использования газонепроницаемого контейнера, который принимает участие в образовании алюминиевых металлических матричных композиционных материалов. В частности, один газопроницаемый и четыре гаэонепроницаемых контейнера сравнивают. Четыре непроницаемых контейнера включают непроницаемый

16 калибра AtS> типа 304 контейнер из нержавеющей стали, коммерчески доступную глазурованную кофейную чашку, 16 калибра

A>St типа 304 контейнер иэ нержавеющей стали, коммерчески доступную глазурованную кофейную чашку, 16 калибра А131 типа

304 контейнера иэ нержавеющей стали, покрытой изнутри В20з и глазурованное А12Оз тело, Проницаемый контейнер включает пористый глинистый тигель. Табл.1 представляет краткое изложение соответствующих экспериментальных nараметров.

Образец А

Контейнер из нержавеющей стали Типа

304, имеющий внутренний диаметр около 2

3/8 (60 мм) дюймов и высоту около 2 1/2 (64 мм) дюймов, наполняют приблизительно l50 г 90 маш 38 Alundum om Norton Co.

Алюминиевый матричный металл, имеющий состав (мас,, ) 7,5-9,5 SI, 3,0 вЂ” 4,0 Cu. <

2,9 Zn, 2,2 вЂ” 2,3 Mg, < 1.5-",ь Fe, < 0,5 Мп, < 0,35 Sn и баланс А1, плавит в камере печи сопротивления с нагретым воздухам атмосферы, при около 900 С и выливают в контейнер из нержавеющей стали, Парошкоабразный В20з ат Аезаг Со, Aesar Са. используют для покрытия поверхности расплавленного алюминия, (Пакет листов был тем же самым, что и показанный на фиг.1А), Пакет листов, включающий контейнер и его содержимое, помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы при 900 С.

После 15 мин выдержки при температуре

В Оэ вЂ” порошок, в основном полностью плавится и отгаживается, образуя газонепроницаемый герметик над поверхностью алюминиевого матричного металла. Пакет листов выдерживают в печи дапалнительнов течение 2 ч. Пакет листов удаляют из печи и ставят на медную охлаждаемую пластину с водяным охлаждением для направленного отверждения матричного металла.

Образец В.

Методику, представленную для образца

А. повторяют, за исключением того, что контейнер 32 (представленный на фиг.1A) включает коммерчески доступную глаэуированную кофейную чашку.

Образец С.

Непроницаемый контейнер, имеющий внутренний диаметр около 1,7 дюймов (43 мм) и высоту около 2,5 дюйма (64 мм) и изготовленный из 16 калибра (1,6 мм толщина (А1 1 Типа 304 нержавеющей стали, покрывают на внутренней части его слоем порошка В20з от Aesar Co. of Johnson

Matlhey In БеаЬгооК NH. В частности, около

1/2 дюйма (13 мм) порошка В20з помещают в контейнер, Контейнер затем помещают в печь сопротивления с нагретой воздушной . атмосферой, установленную при около

1000 С, Дается достаточно времени для

В20э, для того, чтобы он, в основном, расплавился, и отгаэился. Сразу после плавления, контейнер из нержавеющей стали с расплавленным В20з удаляют из печи и вращают так, что расплавленный В20з растекается, в основном, весь по внутренней части контейнера из нержавеющей стали. В случае поверхности, в основном, полностью покрытой, наполняющей материал, включающий 54 грит SIC 39 Crystolon om the

Norton. помещают внутрь контейнера, который затем находится при температуре около

90 С, на глубину около 3/4 дюйма (19 мм).

Расплавленный матричный металл, состоящий иэ коммерчески чистого алюминия и названного сплавом 1100, выливают в контейнер на глубину около 3/4 дюйма (19 мм), чтобы покрыть наполняющий материал.

Контейнер, покрытый В20з, и ега содержимое затем помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, установленной при около 1000 С в течение окало 15 мин. Около 20 r В2Оз порошка помещают затем на поверхность расплалвеннаго матричного металла. После выдержки около 15 мин при температуре, порошок

В Оз в основном полностью расплавляется дегазируется с образованием герметика

Пакет листов выдерживают дополнительно в печи адин час. Контейнер из нержавеющей стали и его содержимое затем удлаяют иэ печи и дают возмжность охладиться до комнатной температуры и отверждения, Образец D.

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

1831413

84,2 по весу А!20э (A1 7 от А!соа.

Pittsburg, РА), около 17o по весу "Darvan

821А" (снабжаемый Р.T,Vanderbilt and

Company, NorwaIk, СТ) и около 14,8 мас.7, дистиллированной воды. Оттиск изготовляют путем измельчения шарами в сосуде емкостью 5 галлонов (18,9 л), который на около

1/4 наполнен около 1/2 дюйма (13 мм) окись алюминиевой измельчающей средой, в течение около 2 ч, Отлитый цилиндр сушат при температуре окружающей среды в течение около 1 дня, впоследствии нагревают до 1400 С со скоростью около 200 С/ч и выдерживают

10 при около 1400 С в течение 2 ч и снова 15 охлаждают до окружающей температуры.

После отжига и охлаждения снаружи цилиндр пропитывают с покрытием смесью, включающей по весу. около 60 $ 1Т вЂ” 79 спека (поставляемого Fusion Ceramics 20

Carrollton ОП) и остальное этанол. Спек, покрывающий цилиндр, затем нагревают и охлаждают со скоростью около 200 С/ч до

1000 С в печи сопротивления с нагревом.

Чтобы покрыть глазурью AI20a цилиндр и 25 сделать его газонепроницаемым, сразу после охлаждения покрытую глазурью матрицу заполняют 90 грит 39. Пакет листов, включающий покрытую глазурью матрицу и ее содержимое, затем помещают в печь и 30 нагревают до около 950 С со скоростью около 200 С/ч. Будучи в печи, расплавленный матричный металл, включающий по весу около 10 магния, около 10 кремния и остаток алюминия, выливают в форму. 3а- 35 тем порошкообраэный В20э высыпают на поверхность расплавленного матричного металла, После около часа выдержки при около 950 С печь охлаждают до около 850 С и в зто время матрицу и ее содержимое 40 удаляют иэ печи, отверждают и закаливают водой. Матрица, включающая тело иэ окиси алюминия, покрытое глазурью, раскалывается и отслаивается во время резкого охлаждения. открывая металлический 45 матричный композиционный материал с гладкой поверхностью, После того как будет достигнута комнатная температура, каждый из пакетов листов разрезают в поперечном направлении, для 50 того, чтобы определить. пропитан ли матричный металл наполняющий материал с образованием металлического матричного композиционного материала. В каждом иэ образцов А вЂ” Д образуется металлический 55 матричный композиционный материал.

Образец E.

Следуют методикам, изложенным выше в образце А, эа исключением того. что контейнер, представленный на фиг.1А, включает пористый глиняный тигель (DFC тигель N.

28 вЂ” 1000, от i.Í,Borge Co, South Plalnfie!d

NT). Металлическое матричное композитное тело не образуется. Таким образом, этот пример демонстрирует необходимость непроницаемого контейнера.

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

304, имеющий внутренний диаметр около 2

3/8 дюймов (60 мм) и высоту около 2 1/2 дюймов (64 мм), наполняют приблизительно

150 г 90 меш 38 Alundum om Notron Co.

Матричный металл, включающий около 67 по весу Si, 1 по весу Fe и остаток Си, плавят в камере печи с воздухом атмосферы по меньшей мере около 1025 С и выливают в конейнер иэ нержавеющей стали. Порошкообраэный 820з от Aesar Со используют для покрытия поверхности расплавленной бронзы. Пакет листов помещают в нагретую камеру печи сопротивления при около

1025 С, Затем температуру печи поднимают до около 1100 С свыше около 20 мин и в течение этого времени 820з порошок существенно полно плавится, дегазирует и образует газонепроницаемый герметик над поверхностью бронзового матричного металла, После. дополнительных 2 ч пакет листов переносят из печи и приводят в контакт с водоохлаждаемой медной охлаждающей плитой, тобы направление отвердить матричный металл.

Образец С.

Непроницаемый контейнер, имеющий трапецеидальное поперечное сечение с закрытым днищем, имеющем размеры около 3 на 3 дюймов (76 на 76 мм) и открытым концом размерами около 3,75 на 3,75 дюймов (92 на 92 мм) и высотой около 2,5 дюймов (64 мм), изготовлен иэ 14 калибра (2 мм толщина) углеродистой стали путем сварки отдельных частей друг с другом. Внутреннюю поверхность контейнера покрывают графитовой смесью, включающей около 1.5 ч по

1831413

55 объему этанола от Pharrno Products. inc„

Boyonno. Nl, и окоno 1 ч по объему вЂ” 154 коллоидального графита от Athesan, Collolds, Port Ногоп MN, По крайней мере, три покрытия графитовой смеси наносят краскодушкой на внутреннюю поверхность контейнера. Каждое покрытие графитовой смеси подвергают сушке до того. как наносят следующее покрытие. Покрытый контейнер помещают в печь сопротивления в нагретым воздухом атмосферы, установленную при около 380 С в течение около 2 ч.

Около 1/2 дюйма (13 мм) наполняющего материала окиси алюминия, включащего 90 грит Е1 Alundurn от Norton Со, помещают на дно контейнера и хорошо разравнивают.

Выровненную поверхность наполняющего материала окиси алюминия затем существенно полностью покрывают графитовой лентой, имеющей толщину около 0,01 дюйма (0,25 мм) (горт В Г вЂ” 25 вЂ” Н графитовая лента от ТТ Arnerlca 1 пс, Portland, OR проданной под торговым названием Ferma-foll. Около

1/2 дюйма (13 мм) расплавленного матричного металла, включающего по весу около

67; кремния. около 0,5;ь Ее, около 0,5 Al u остальное медь, выливают в контейнер, находящийся при комнатной температуре на графитовую ленту и наполняющий материал окись алюминия, Около 20 г порошка В20э насыпают на ра плавленный бронзовый матричный металл. Пакет листов, включающий контейнер иэ углеродистой стали и его содержимое. помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, при температуре около 1100 С, После около 2,25 ч при около 1100 С и во время которого В20з существенно полностью плавится, дегазирует и образует герметик, контейнер из углеродистой сталь и его содержимое переносят из печи и помещают на водоохлаждаемую медную Охлаждающу о плиту для направленного отверждения матричного металла. Хотя расплавленный матричный металл растворяет часть плоскости контейнера из углеродистой стали, металлическое матричное композитное тело извлекают из пакета листов.

Образец H.

Следуют методикам, изложенным выше для образца F, за исключением того, что контейнер 32 (представленный на фги,1А) включает пористый глиняный тигель О1 С контейнер М 28 вЂ” 1000, от i.Н.Berge Со, South Plainfield, Nl, и пакет листов помещают прямо в печь при 1100 С, а не 1025 С с последующим нагреванием. Как только установится комнатная температура, каждый из пакетов листов. соответствующих образцам F, С и Н, разрезают в поперечном направлении. чтобы определить, пропитал ли матричный металл наполняющий материал с образованием металлического матричного композитного тела. Наблюдали, что пакеты листов, соответствующие образцам F и С, создают условия, благоприятные для образования металлического матричного композитного тела, в то время как пакет листов, соответствующий образцу Н, с газонепроницаемым глиняным тиглем, не создает благоприятных условий для образования металлического матричного композитного тела.

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

Пример 5, Этот пример демонстрирует то, что целый ряд матричных металлов

33 может быть использован в комбинации с гаэонепроницэемым контейнером 32 и газонепроницаемым герметиком 34 для создания условий, благоприятных для образования металлических матричных композитных тел. Табл,2 содержит краткое изложение экспериментальных условий, используемых для получения множества металлических матричных композитных тел, включая различные матричные металлы 33, наполняющие материалы 31, содержащие средства 32, температуры обработки и времена обработки, Образцы 1-M.

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

Образцы 1-О.

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

1100 C.

Образец Р.

Используемый экспериментальный пакет листов для образца P слегка отличается от всех предыдущих экспериментальных пакетов листов, обсуждаемых здесь выше, Весь пакет листов конструируют при комнатной температуре и помещают при комнатной температуре в электрическую печь сопротивления. В частности, как показано

1831413

34 ветствующую образцу 1; фиг.7В показывает

40 микрофотографию, соответствующую образцу R, фиг.7С показывает микрофотогра45

Atundum. на фиг.5, плотный, из спеченной окиси алюминия тигель 32 около 4 дюймов (102 мм) высоты и имеющий внутренний диаметр около 2,6 дюйма (66 мм), от Bolt Ceramic of

Сопго! ТХ, используют в качестве непроницаемого контейнера. Девяносто грит 38

Alundum AtzOs наполнитель 31 от Norton Со, помещают на дно тигля 32. Твердый цилиндрический слиток матричного металла 33. включающий серый чугун (А ТМ А-48, сорт

30, 35), помещают сверху наполняющего материала 33 так, что создают зазор между матричным металлом 33 к боковыми стенками контейнера 32, Пластырь парижский 39 (Bondex from International tnc.. Brunswick, ОН) помещают в часть зазора 38 вблизи верхней части чугунного слитка 33 внутри контейнера 32. Кроме того, пластырь парижский 39 действует для того, чтобы изолировать порошкообразный 820з 34, который помещают на верхнюю поверхность матричного металла 33. от наполняющего материала 31, тем самым способствуя образованию герметизирующего средства в условиях способа. Пакет листов, показанный на рисунке 5, помещают в нагревательную печь сопротивления с воздухом атмосферы и нагревательной температуры до около 1400 С в течение около 7 ч в это время BzOs 34 в основном. плавится, дегазирует и образует газонепроницаемый герметик над расплавленными чугуном 33. При плавлении уровень расплавленного чугуна

33. как наблюдали, падает после около 4 ч выдержки при температуре. Пакет ли тов 30 удаляют иэ печи и охлаждают.

Образцы О-T.

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

Образец

Экспериментальный пакет листов, используемый для образца, слегка отличается от всех предыдущих экспериментальных пакетов листов. Подобно образцу Р, весь пакет листов конструируют при комнатной температуре и помещают в электрическую нагревательную печь сопротивления при комнатной температуре. В частности, как показано на фиг.6, плотный. из спеченной окиси алюминия тигель 32 около 1.5 дюймов (38 мм) высотой и имеющий внутренний диаметр около 1 дюйма (25 мм), от Bott

Ceramtcs of Conrot ТХ, используют в качестве непроницаемого контейнера, Наполняющий материал из карбида кремния 31, известный как 39 Crystaton имеющий рам5

35 зер грита 54, смешивают с около 25 мас. )Iâ€”

325 меш медного порошка (от Consolidated

Astranautles и смесь выливают в контейнер

32 до глубины около 1/2 дюйма (13 мм), Измельченную медь 33 иэ сплава С 811 (т.е. в основном, чистая медная проволока, которая измельчается на множество кусков) помещают сверху наполняющего материла

31 до глубины около 1/2 дюйма, ОКАЛО!Р графитовую ленту затем помещают сверху измельченной меди 33 так, чтобы, в основном, покрыть измельченную медь. Смесь герметиэирующего средства 34 иэ около 50 мас.Q 8203 порошка, от Aesar Company u около 50 мас.Уа 220 грит AlzOs известного как 38 Alumdum от Notron Со. помещают сверху графитовой ленты 50 так, чтобы полностью покрыть графитовую ленту 50. Пакет листов 37, показанный на фиг.6, помещают в нагревательную печь сопротивления с воздухом атмосферы и нагревают от комнатной температуры до около 1250 С в течение 6

1/2 ч, и в течение этого времени смесь герметизирующего средства 34 расплавляются, дегазирует и образует герметик на расплавленном медном матричном металле

33, и выдерживают при около 1250 С в течение 3 ч. Пакет. листов 30 удаляют иэ печи и дают возможность охлаждаться.

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

Кроме того, микрофотографии, полученные при около 400Х, представлены для некоторых образцов на фиг.7. В частности, фиг,7А показывает микрофотографию, соотфии, соответствующую образцу ; фиг.70 показывает микрофотографию, соответствующую образцу М; фиг.7Е показывает микрофотографию, соответствующую образцу

N, Позиция 51 представляет наполняющий материал и позиция 53 вЂ” матричный металл.

Пример 6. Этот пример демонстрирует, что техника самогенерируемого вакуума может быть использована для того. чтобы офрмировать алюминиевые матричные металлическиЕ композиционные материалы в диапазоне температур. Способ, изложенный в примере 1, в основном, повторяют, эа исключением того. что матричным металлом является алюминиевый сплав, имеющий состав 7,5-9,5% Si. 3,0-4,0 Cu, < 2,9 Zn, 2,22,3 Mg, < 1,5ф, Fe, < 0,5 Mn. < 0,35 Sn u остаток At. Как в примере 1, 90 грит 38

1831413

AlzO1 материала от Со, используют в качестве наполняющего материала 31. Алюминиевый матричный металл 33 заливают в контейнеры 52 находящийся при комнатной температуре при трех различных температурах, В частности, матричный..металл 33. находится при трех температурах 800, 900 и

1000 С. Как в примере 1, 15 мин дается для того, чтобы расплавить порошок 820з, дегазировать и образовать газонепроницаемый герметик. Каждый из трех контейнеров 32 помещают в электрическую печь сопротивления с нагретым воздухом, которая работает при температуре, которая, в основном соответствует температурам расплавленного матричного металла, который выливают в контейнер 32 {т.е. 800, 900 и 1000 С соответственно), После дополнительных 2 ч каждый иэ пакетов листов удаляют из печи и помещают на водоохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отвеждения матричного металла.

Сразу по достижении комнатной температуры три пакета листов разрезают s поперечном направлении. чтобы показать, что матричный металл пропитал наполняющий материал с образованием металлических матричных композитных тел. В частности, фиг.8А, 88 и 8С представляют собой микрофотографии, сделанные при 400Х, которые соответствуют алюминиевым металлическим матричным компоэитным телам, которые образуют при 800, 900 и 1000 С, соответственно: 51 вЂ” наполняющий материал, 53 вЂ” матричный металл.

fl р и м е р 7. Этот пример демонстрирует, что техника самогенерируемого вакуума может быть использована для образования бронзовых металлических матричных композиционных материалов в диапазоне температур. Пакет листов примера является, в основном, тае же как представлен на фиг,1А. Кроме того, способ, изложенный а примере 1, а основном, повторяет, эа исключением. того, что матричным металлом является медный сплав {т.е, бронзовый . сплав), имеющий состав около 93 мас,% Си, около 6 мас.% Sl и около 1 мзс.% Fe. Как а примере 1, 90 грит 38 Afundum AlzOa материал от Йогтоп Со используют в качестве наполняющего материала 31. Бронзовый матричный металл 33 выпливзют а двз находящиеся при комнатной температуре контейнера 32 при двух различных температурах. В частности, матричный металл 33 находился при температурах 1050 С и 1100 С, Как в.примере 1.15 мин для BzOa, чтобы он расплавился, дегазировал и образовал гззонепроницаемый герметик, Каждый из двух контейнеров 32 помещают в электрическую печь сопротивления с нагретым воздухом, которая работает при температуре, которая, в основном, соответствует температурам расплавленного матричного металла 33, который выливают в контейнер

32. После дополнительных 2 ч каждый из пакетов листов удаляют из печи и помещают на водоохлаждаемую медную плиту для направленного отверждения матричного металл а.

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

Пример 8, Этот пример демонстрирует, что целый ряд наполняющих материалов могут быть пропитаны алюминиевым матричным металлом, используя технику сзмогенерируемого вакуума. В частности, пакет листов, аналогичный пакету, представленную на фиг.1А. используют в примере 8; Кроме того, эксперименатльыне методики, изложенные а примере 1, соблюдаются эа исключением того, что алюминиевый матричный металл имеет состав

7,5 вЂ” 9,5% Si, 3,0-4,0% Cu. < 2,9% Zn, 2,22.3% Mg, < 1,5% Fe. < 0,5 Mn, < 0,35% Sn u остальное Al, Состав и размер грита наполняющего материала 33, используемого в этом примере, также как и другие соответстаующие экспериментальные параметры, перечислены а табл,3, Сразу каждый из пакетов листов 30 охлаждают до комнатной температуры, их рззерэают в поперечном направлении, чтобы определить образовался ли металлический матричный композиционный материал. Все образцы Ч-АВ этого примера, кзк наблюдали, образуют алюминиевые металлические матричные композиционные материалы. 8 частности, фигЛОА представляет собой микрофотографию, полученную при 400Х, которая соответствует образцу V. Фиг.108-10Е представляют собой микрофотографии, полученные при 4ООХ, которые соответствуют образца Х АА, соответственно; фиг.10F представляет собой микрофотографию, полученную при 50Х, которая соответствует образцу АВ, Поз.51 вЂ” наполняющий материал, поз,53 вЂ” матричный металл.

1831413

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

Сразу каждый из пакетов листов охлаждают до комнатной температуры, их разрезают в поперечном направлении для того, чтобы определить пропитал ли матричный . металл наполняющие материалы 33 с образованием соответствующих металлических матричных композитных тел. Все примеры

АС-А1 в этом примере образуют металлические матричные композитные тела. В частности, фиг.11А 110 представляют собой микрофотографии, полученные при 400Х, которые соответствуют образцам АС-АГ, соответственно; тогда как фиг.11Е представляет собой микрофотографию, полученную при 50Х, которая соответствует образцу

АС, Поэ.51 вЂ” наполняющий материал, поз.53 вЂ” матричный материал.

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

Этот пример демонстрирует количественно важность использования внешнего физического герметизирующего средства при условиях способа, обсуждаемого в примере, Вакуумную измерительную аппаратуру изготавливают, сперва конструируя непроницаемый контейнер из 16 калибра (1,6 мм толщины) AtSq типа 304 нержавеющей стали. В частности, контейнер из нержавеющей стали аналогичен контейнеру, обсуждаемому в примере 1. Однако, контейнер снабжают 1/8 (3 см) CD и 1/16 (1,6 мм)

10 трубкой иэ нержавеющей стали, которая

55 имеет 1-форму и около 21 (533 мм) общей длины. В частности, фиг,12А показывает измеряющую вакуум-аппаратуру 60, которая включает контейнер из нержавеющей стали

32, имеющий трубку 61 иэ нержавеющей стали, тянущуюся насквозь и приваренную к боковой стенке 64 контейнера 32. Часть трубки 61, которая тянется в контейнер 32, имеет размер около 3 1/2 дюймов (89 мм), тогда как высота трубки составляет около 17

1/2 дюймов (445 мм), Следует понимать, что размеры трубки 61 не являются существенными, одна трубка должна быть соответствующего размера и формы для того, чтобы допустить, чтобы один конец трубки 61 был расположен внутри контейнера 32 и другой конец трубки 61 был расположен снаружи печи. Датчик вакуума 63 представляет собой коммерчески доступный датчик вакуума, который не способен выдерживать температуры образования металлического матричного композиционного материала. Поэтому, трубку 61. выступающую из печи и прикрепляют съемным соединением к датчику вакуума с помощью резьбового соединения 62, которое приваривают к концу трубки 61.

Фиг.12А также показывает, что используемый пакет листов аналогичен пакету листов, обсуждаемому в примере 1, за исключением того, что дно контейнера 32 содержит слой свободно упакованного 500 грит А!20з (38

Alundum) 65, который используют для покрытия трубы 61 из нержавеющей стали.

Этот порошок 65 позволяет трубе 61 связываться с внутренней. камерой контейнера 32 в ходе процесса пропитывания, поскольку при конкретных условиях этой методики, матричный металл не может пропитывать порошок 65. 90 грит материал окиси алюминия 51 (38 Alundum Norton Со.,) располагают сверху порошка 65 высотой около 1 1/2 (38 мм). Расплавленный алюминиевый матричный металл 33 при температуре около 900 С затем выливают в контейнер 32, находящийся при комнатной температуре. Алюминиевый металл представляет собой коммерчески доступный 170,1 сплав, который представляет собой, в основном, чистый алюминий. Слой порошкообразного В2Оз затем располагают на поверхности расплавленного металла 33 и весь ансамбль 60 помещают в нагретую злеткрическую печь сопротивления, которая находится при температуре около 900 С (заметим, однако, что датчик вакуума расположен снаружи печи).

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

Второй пакет листов является точно таким

1831413

35 же, как первый пакет листов эа исключением того, что не используют герметизирующего слоя 34 (например, 820з) в сравнительном пакете листов. Поэтому, этот пример позволяет сделать количественное сравнение между двумя пакетами листов, с одной лишь разницей между пакетами листов, которая заключается в использовании герметиэирующего средства в одном пакете листов.

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

34.

После около 2 ч при около 900 С каждый иэ контейнеров 32. который соответствует образцам АК и А1, удаляют из печи и направленно отверждают путем использования водоохлаждаемой медной охлаждающей плиты. Затем образцы разрезают в поперечном направлении и фотографируют. Фиг.14А, который соответствует образцу АК, показывает, что металлическое матричное композитное тело 40 образуется.

Лишь место, где металлическое матричное композитное тело не образуется. соответствует месту, где располагается 900 грит, порошок 65. Кроме того, конец трубки 61. который расположен внутри 50 грит порошка 65, можно ясно видеть. Фиг.148. который соответствует образцу AL показывает. что никакого пропитывания не имеет места. 8 частности, только полость 43, матричный металл 33 патрубка 61 остаются после того, как образец А разрезают в поперечном направлении (т.е. весь наполняющий материал 31 выпадает из контейнера 32 во время разрезания его в поперечном направлении), Пример 11, Этот пример демонстрирует, что атмосфера другая, чем воздух может быть использована в соединении с алюминиевым матричным металлом. Аппарат 66, показанный. на фиг,128, является аналогичным аппарату 60, показанному на фиг.12А. Однако, трубка 61, сообщается с источником газа азота 67, а не датчиком вакуума 63. Азотную атмосферу вводят в наполняющий материал 31 благодаря протеканию азота через трубку 61 со скоростью около 180 см/ мин. В частности, расплавленный 170.1 сплав, обсуждаемый в примере

10, выливают на наполняющий материал 31, обсуждаемый в примере 10. Азот вводят на дно контейнера 32, и в течение этого времени расплавленный алюминиевый матричный металл 33 отверждается, и азот продолжает течь в течение заранее определенного времени после этого (т.е., азот течет в течение в общем 1 ч после того, как расплавленный алюминий 33 выливают на наполняющий материал 31). После 1 ч протекания азота источник азота 67 отсоединяют от трбуки 61 и заменяют немедленно да чиком вакуума 63. Немедленно после этого расплавленный слой В Оз выливают на поверхность отвержденного материчного металла 33, Таким образом, модифицируют пакет листов 66, который является существенно тем же самым, как пакет листов 60. показанный на рисунке 12А, Затем пакет листов помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, которая предварительно нагревается до

900 С. Пакет листов выдерживают в печи в течение 2 ч, и в это время контролируют датчик вакуума.

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

Пакет листов удаляют из печи после 2 ч и помещают на водоохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения остаточного матричного металла. Сразу по охлаждении до комнатной температуры, пакет листов разрезают в поперечном направлении, чтобы показать, что матричный металл пропитал наполняющий материал с образованием металлического матричного композиционного материала, Пример 12. Методики примера 11 повторяют, за исключением того, что состав матричного металла изменяют с 170.1, сплаsa на сплав, который имеет следующий состав. T,5 вЂ” 9,5, Si, 3,0 вЂ” 4,0g, Cu,. < 2,9 Zn, 22-2,3 Mg, < 1,5;ь Fe, <.0,5$ Ni и < 0,35

Яп,и остаток Ai. Металлическое матричное композитное тело успешно образуется.

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

1831413

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

Пример 14. Методики, изложенные в примере 11, повторяют за исключением того, что матричный металл представляет собой бронзовый матричный металл и температура работы печи составляет около

1100ОС. Матричный металл имеет определенный состав около 6 мас.$ Sl, 1 мас.$ Fe и остаток Си. Фиг,15 показывает график АМ, который соответствует образцу АМ, сделанному согласно этому примеру; который показывает, что максимальный вакуум около

29 дюймов (737 мм) ртути достигается. После.около 2 ч при около 1100 С пакет листов удаляют из печи и помещают на водохлаждэемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения матричного металла.

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

Пример 15. Этот пример демонстрирует, что целый ряд материалов может быть использован в качестве материала, образующего внешний герметик данного изобретения. Экспериментальный пакет листов был тем же самым, как пакет листов, исполь зуемый на рисунке 1А, и экспериментальная методика была той же самой, что и описанная в примере 1, Разница состояла только в том, что матричный металл представляет собой бронзовый сплав, включающий 93 мас,g Си, 6 мас.$ Sl и 1 мас.$ Fe, температура печи и сплава составляют около

1100ОС и используют различные материалы, образующие герметик. В частности, три отдельных образующих герметик материала включают 820 от Aesar Co of ЯеэЬгооК NH (тот же самый, как образующий герметик материал 34 в примере 1) Class V 212 V 514 от VitrifurIctlorIs Gunburg, PA. После 2 ч при

1100 С образцы удаляют из печи и помещают на водохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения матричного металла. Каждый из этих примеров успешно образует металлическое матричное композитное тело.

Представляют другой пример материала, образующего герметик. В частности, непроницаемый контейнер примера 1 наполняют около 1 дюйма (25 мм) смесью наполняющего материала 31. включающего

В20з не добавляют ни к одному из пакетов ,листов. Единственная разница в экспери25 ментальной методике состоит в том, что

54 грит (37 CrystolorI) SIC c около 20 мас.7, 90 грит AlgOg (38 Alundum) добавленного в нее. Около 1 дюйма (25 MM) расплавленного матричного металла, включающего 6 мас.$

Sl, 1 мас,$ Fe и остаток Си, выливают в контейнер 32. Кусочки обычного битого бутылочного стекла разбрасывают на поверхность матричного металла 33, Пакет листов, включающий контейнер иэ нержавеющей стали и его содержимое, помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, установленной при 1100 С. После от 3 до 4 ч при 1100 С устройство удаляют иэ печи и охлаждают.

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

Пример 16. Пакет листов, показанный на рисунке 18, и стадии, описанные в примере 2, в основном, повторяют для двух дополнительных образцов. В частности один образец выдерживают в печи в течение около 2 ч (также как в примере 2); тогда как другой образец выдерживают в печи в течение около 3 ч. После того как пройдет 2 и 3 ч, соответственно, каждый пакет листов удаляют из печи и помещают на водоохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения матричного металла. По достижению комнатной температуры пакет листов разрезают в поперечном направлении, чтобы определить образовался ли металлический матричный композиционный материал. Наблюдали, что контейнер, выдержанный при температуре в течение 3 ч, образует металлический матричный материал, тогда как контейнер, выдержанный при температуре в течение 2 ч, не образует металлического матричного композиционного материала. Было также обнаружено, что шлэкоподобный материал образуется в контейнере, выдержанном при температуре в течение 3 ч, Шлакоподобный материал включает Си20 и расположен вдоль периметра границы раздела между матричным металлом и контейнером 32.

Возможно, что составная часть матричного металла взаимодействует с окружающей атмосферой, принимая участие в образовании гаэонепроницаемого герметика.

Пример 17. Этот пример демонстрирует облегчитель герметика, принимающего участие в образовании внутреннего физического и/или химического герметика. В частности, два идентичных пакета листов сходных пакету листов. показанному нэ

1831413

44 фиг.1Б. изготавливают один контейнер 32 обеспечивают сплавом. который содержит облегчитель герметика, тогда как другой сплав не имеет его, Оба сплава ЗЗ не покрывают 820з или каким-либо материалом, формирующим внешний герметик Состав наполнителя, количеством наполняющего материала. и контейнеры из нержавеющей стали были идентичны, используемым s примере 1. Один контейнер наполняют приблизительно 575 г расплавленного матричного металла 33, включающего коммерчески доступный названный алюминиевый сплав, 170,1, Второй контейнер 32 наполняют приблизительно 575 г расплавленного матричного металла 33, включающего 7,5-9,5 Sl;

3,0 вЂ” 4,0 Cu;2,9Zn;2,2 вЂ” 2,37 Mg: <1,5 Fe;

< 0,57; NI; 0,35 Sn и остаток Al. Два пакета листов, включая контейнеры из нержавеющей стали 32 и их содержимое, помещают в камеру печи с воздухом атмосферы, которую предварительно нагревают до температуры около 900 С. Около 15 мин дается пакетам листов для того, чтобы дойти до температуры. Пакеты листов выдерживают при температуре в течение около дополнительных 2 ч. Затем оба пакета листов удаляют из печи и помещают- нэ . водоохлаждаемую медную охлаждающую плиту для направленного отверждения матричного металла.

По достижению комнатной температуры, два пакета листов разрезают в поперечном направлении, чтобы определить пропитал ли матричный металл(ы) 33 наполняющий материал 31 с образованием металлических матричных композитных тел.

Наблюдали, что контейнер, имеющий 170,1 сплав не образует металлическое матричное композитное тело, тогда. как контейнер с (7,5 вЂ” 9,5 Si, 3,0-4,0 Cu, < 2,9 Zn, 2,22,3 Mg, < 1,5 Fe, < 0,5 Ni, < 0,35 Sn u остаток Al) образует металлический матричный композиционный материал. Также наблюдали, что этот второй сплав образует поверхностный слой в месте, где матричный металл 33 контактирует с контейнером из нержавеющей стали 32. Этот поверхностный слой анализируют методом рентгеновской дифракции, как показано. представляет собой, преимущественно шпинель магния и окиси алюминия. Таким образом, этот пример иллюстрирует, что облегчитель герметика сам по себе {например, без использования какого-либо внешнего

: герметика) может формировать условия, благоприятные для того, чтобы матричный металл пропитывал наполняющий материал с образованием металлического матричного композитного тела, 50

Образцы АО-AT

Экспериментальные методики, описанные выше в ссылке и образцу AN, повторяют для каждого из этих образцов, ээ исключением того. что добавляют варьируемое количество (селена) к наполняющему материалу

31 путем операции стандартного смешения.

Точное количество наполняющего материалэ, усилителя смэчивания, температуру обработки и время обработки представлены в табл,5. Каждый иэ примеров АО-AT успешно образует металлические матричные композитные телэ.

Пример 18. Этот пример демонстрирует использование усилителя смачивания, содействующего образованию металличеСких матричных композитных тел, исполь5 зуя технику самогенерируемого вакуума.

Табл.5 суммирует матричные металлы, наполняющие материалы, температуры, время обработки и количества усилителя смачивания, используемого для различных

10. экспериментов. представленных согласно этому примеру..

Образец А

Пакет листов, аналогичный показанному на фиг.1А, изготовляют, формируя непро15 ницаемый контейнер 32, сконструированный из около 16 калибра (1,6 мм толщина) А1 1 типа 304 нержавеющей стали и имеющий внутренний диаметр около 1,6 дюймов (41 мм) и высоту около 2.5 дюйма (64

20 мм). Контейнер 32 заполняют наполняющим. . материалом 21, включающего 220 грит SIC .(39 Crystolon am Norton Со). Около 1 дюйма . (25 мм) расплавленного матричного металла .

33, включающего по весу около 67, кремния, 25 около 0.57 Fe, около 0,5 Al и остальное медь,. выливают в комнатной температуре контейнер 32..Около 2 r В20з порошка от

Aesar Co. of Johnson Matthey. $еаЬгооК NH высыпают на поверхность расплавленной

30 металлической матрицы 33 для создания газонепроницаемого герметика, Пакет листов, включая контейнер из нержавеющей стали и.его содержимое, помещают в камеру печи сопротивления с нагретой воздушной

35 атмосферой .предварительно нагретую до температуры около 1100 С. По истечении около 2.25 ч при температуре, контейнер из нержавеющей стали стали 32 и его содержимое удаляют иэ печи и помещают на песча40 ную подушку, чтобы позволить матричному металлу отвердиться. По достижению комнатной температуры, пакет листов разделяют, и наблюдают, ч.го матричный металл не пропитал наполняющий материал и поэтому

45 не образовал металлическое матричное компоэитное. тело.

1831413

Образцы А

Пакет листов, используемый в этом примере, незначительно отличается от всех других пакетов листов, используемых в этом примере. В частности, игель иэ окиси алюминия 70, как показано на фиг.16, полученном от Bolt Technical Ceramics, Inc Conrol

ТХ, имеющий около 1 дюйма (25 мм) внутренний диаметр и около 1, дюйма (36 мм) высоты отрезают до около 1/2 дюйма (13 мм) высоты, помещают внутрь наполняющего материала 31. Дно тигля заполняют вЂ” 325 меш порошком 71, полеченным от Atlantic

Eguiprnent Engineers. Bergenfietd. NS. Оставшуюся незаполненную часть тигля из окиси алюминия 70 заполняют наполняющим материалом 31., включающим А!гОз, известным как 38 Alundum (от Norton Со) Sn 71 в тигле 70 составляет около 10 по весу общего содержимого в тигле, Дополнительный наполняющий материал 31, имеющий те же самые характеристики наполняющего материала внутри тигля 70, затем помещают вокруг и сверху тигля.10. Около 1 дюйма (25 мм) расплавленного матричного металла 33, включающего по весу около 5 Sl, около 2;4

Ге, около 3 ь 2п и остальное медь, выливают в контейнер 32, Распавлавленный матричный металл 33 затем покрывают около 20 г порошка В20з 34. Пакет листов. включая контейнер из нержавеющей стали 32 и его содержимое, помещают в камеру печи сопротивления с нагретым воздухом атмосферы, установленной при около 1100 С. После около 5 ч при температуре около 1100 С, пакет листов удаляют из печи и охлаждают.

По достижении комнатной температуры, пакет листов вскрывают и наблюдают, что матричный металл пропитал 220 грит 38

Alundum внутри тигля из окиси алюминия

70. Однако, 220 грит 38 Alundum, которые занимали пространство между тиглем из окиси алюминия и контейнером из нержавеющей стали (и которые не находились в контакте с порошком Sn) не пропитывают матричным металлом. Таким образом. порошок сходный порошку Sn действует в качестве усилителя смачивания для бронзового матричного металла.

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

Экспериментальные методики являются в основном, теми же самыми, как методики, изложенные в примере 1, и пакет листов, аналогичный пакету листов, показанному на фиг.1А, используют. Табл.б суммирует какие

30 размещенного в нем проницаемого напол35 нителя. пропитывающего матричного мате40

15 матричные металлы, наполняющие материалы, температуры и времена обработки используют для различных образцов, полученных согласно этому примеру. Каждый из образцов АУ-А успешно образуют металлические матричные композитные тела.

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

Образцы ВА-В Е.

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

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

Образец ВГ

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

Формула изобретения

1, Способ получения композиционного материала с металлической матрицей. включающий формирование реакционной системы, состоящей из контейнера, риала, реакционной атмосферы, герметизацию системы от внешней атмосферы, нагрев до расплавления матричного материала, пропитку проницаемого наполнителя расплавленным матричным материалом, последующее затвердевание, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности и упрощения способа, при формировании реакционной системы используют контейнер, выполненный иэ непроницаемого материала, наполнитель вЂ” в свободно насыпанном состоянии или в предварительно формованном виде, герметизацию создают с помощью поверхностного защитного слоя, непроницаемого для внешней атмосферы.

2. Способпоп.1,отличающийся тем, что осуществляют полную герметизацию реакционной атмосферы от внешней атмосферы, 3. Способ по п1,отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют материал, выбранный из группы, содержащей алюминий, магний, бронзу, медь, сплав на основе железа.

1831413

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в реакционную систему дополнительно вводят вещество, способствующее смачиванию, 5. Способ по п,1, о тл 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 п.1, отличающийся тем, что в поверхностный защитный слой вводят по крайней мере один стеклообразный материал.

7. Способ по п.1. отличающийся тем, что в качестве поверхностного защитного слоя используют продукт реакции матричного материала с внешней атмосферой.

8. Способ поп,1,отл ич à ю.щийся тем, что защитный слой образуют смачиванием непроницаемого контейнера матричным материалом.

9. Способпоп.1,отл ичающийся тем, что в качестве поверхностного защитного слоя используют продукт реакции матричного материала с непронцаемым контейнером.

10. Способ по п,1, отличающийся тем, что реакционная атмосфера, по крайней мере частично взаимодействует с матричным материалом, или материалом наполнителя или материалом контейнера для создания перепада давления.

11. Способ по пп.1 и 4, отл ич а ю щий с я тем, что вещество, способствующее смачиванию, вводят в матричный материал.

12. Способ по пп,1,4, о т л и ч а ю щ и йс я - тем, что в качестве матричного материала используют алюминий, а в качестве вещества, способствующего смачиванию, используют металл, выбранный иэ группы, содержащей магний, висмут, свинец, олово.

13. Способ попп.1,4,о тл ича ю щи йс я тем, что в качестве матричного материала используют бронзу или медь, а в качестве вещества, способствующего смачиванию, используют вещество, выбранное из группы, содержащей селен, теллур, серу, 14, Способ поп1, отлича ющийся тем, что в качестве наполнителя используют 50 в свободно насыпаном состоянии порошки, хлопья, таблетки, микросферы, пузырьки, волокна, мелкие частицы, волокнистые маты, нарезанные волокна,.сферы, гранулы, трубочки, огнеупорные ткани, 15, Способ поп,1, отл ич а ю щийс я тем, что в качестве наполнителя используют в свободно насыпанном состоянии вещества; выбранные из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды, нитриды.

16, Способ по и 1, отличающийся тем, что в качестве материала, непроницаемого контейнера используют материал, выбранный иэ группы, содержащей керамику, металл. стекло. полимер, 17. Способ по п.1. отл ич а ю шийся тем, что в качестве матричного материала используют материал, выбранный из группы. содержащей алюминий, медь, бронзу, а в качестве материала непроницаемого контейнера используют неражвеющую сталь.

18, Способ поп,1, 15, отл ича ющийс я тем, что в качестве материала нерпоницаемого контейнера используют оксид алюминия или карбид кремния.

19. Способ поп.1, отл и ч а ю щи и с я тем, что в качестве реакционной атмосферы используют кислородсодержащую или азотсодержащую атмосферу.

20. Способ по п,1, отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют алюминий, а в качестве реакционной атмосферы используют воздух, кислород или азот.

21. Способ по п,1, отл и ч а ю щий с я тем, что в качестве матричного материала используют материал, выбранный из группы, содержащей бронзу, медь, сплав на основе железа, а в качестве реакционной атмосферы используют воздух, кислород или азот.

22, Способ по п.1, отличающийся тем,, что нагрев осуществляют до темпеатуры выше температуры плавления матричного материала, но ниже температуры испарения матричного материала и температуры плавления материала наполнителя.

23. Способ по п.1, отл и ч а ю шийся тем, что е качестве матричного материала используют алюминий, а в качестве материала наполнителя материал, выбранный из группы, содержащей оксиды. бориды, карбиды, нитриды.

24. Способ по пп.1 и 23, о т л и ч à ешийся тем, что нагрев осуществляют до

700-1000 С.

25. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве матричного материала используют бронзу или медь, а в качестве материала наполнителя используют материал, выбранный из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды, нитриды, 26; Способ по пп,1 и 25, отл ича юшийся тем, что нагрев осуществляют до

1050 вЂ” 1125 С.

27. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и Я с я тем, что в качестве матричного материала используют сплав на основе железа, а в качестве материала наполнителя используют

1831413

50 нителя используют материал, выбранный из . группы, содержащей оксид алюминия, карбид кремния. оксид циркония, нитрид титана, карбид бора и их смеси.

31. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве поверхностного защитного слоя используют борные стекла или кремниевые стекла, которые по крайней ме10 ре частична плавятся при nponwre.

32. С особ по п.1. о т л и ч а.ю шийся тем, что затвердеванив осуществляют нэ охлаждаемой подложке.

Таблица!

Натричный металл образец

Иаполнитель

Время обработки> ч

Температура, аС

Обрааование металлического матричного компонента

Контейнер

2,25

Ла

Да

Тип 304

Глаэурованная кофейная чав>ка

9оо

1000

020а покрытый тип 304

Глазурованное вликовое литье А1доа оболочка

1,5

Да

950

Да

Глиняный тигель

Тип 304

E Алюминиевый сплав

90 Р Alд Os

90 >ь AlдО>

»00

2,25

93Ьси вЂ” 6Ь

Si -1Ь Fe

Да

90 + А1до, о 93ХСи-6Ь, si вЂ” 0,5Ь

Fe â€ .0,5Ь Al

Н 93Ь Cu - 6Ь

Si - 1X Fe

2,25

1100!

<оллоидальный граФит нанесенный на плоскую углеродистую сталь

Да

90 11" Аlдos

11ОО

2,25

Глиняный тигель

Нет

+++ gl Alundum, Norton Co, Worcester, И.А.

" + " "оаначает "Гриши

"SS" означает неркавеющая сталь) (7>5""9>5Ь Si; 3, 0-4> OX Cu: с 2>9X Zn; 2, 2-2, 32 И8; к 1 ° 5XFe; материал, выбранный из группы, содержащей оксиды, карбиды, бориды, нитриды.

28, Способ по пп.1 и 27, о т л и ч à 10шийся тем, что нагрев осуществляют до

1250-1400 С.

29. Способ поп,1, отл ич а ю щийс я тем, что в качестве наполнителя используют предварительно формованные порошки, хлопья, таблетки, микросферы, усы, пузырьки, волокна, мелкие частицы, волокнистые маты, обрезки волокон, сферы; гранулы, трубочки, огнеупорные ткани.

30. Способ по и.1 и 3. о т л и ч а ю щ ий с я тем, что в качестве материала наполА Алюминиевый сплав1 90 >> Лl:Оа

0 Алюминиевый сплавт

90 е: Аl 0

9 е с»оо 54 а 81с>с

0 Al - 101,10И8 90 в sic""

+38 Alundum, Norton Co, Morcester, И.А.

+39 Crystolon> Norton Co, Worcester, И.А.

C 0>5X 1В>; с 0>5 Щ < 0,35X $п и остаток Al

18314)3

Таблица 2 рисунок

Плотность, г/снт

Вречя обработки, ч

Тенпература обработки, "C

Патериал контейнера

Наполчитель

Натерпчыый металл

Образок

2,25

Тип 304 SS

7А

3,30

5052 тип 304 ss

Тип 304 ss

2,25

1100

3,44

12,7

6061

Тып 304 SS

Т л 304 58

Т>п> 3О4 88

12,3

7С

3 ° 39

170,1

5.58

12,7

1100

2,25

Лпониниееый сплав

5.92

7Е

11,2

93Х Си 6»

Si X Få

90 грит Лl, О>

Тип 304 SS

1100

1400

90 грит лl 03

5.60

Спечеияная

Л\ т 03

54 грит SiC

Тип 304 SS 900!.5

502 " А!

504 Си

752 Си - 25X Al

54 грит Si С»

Тмп 304

Тып 304 SS

1100

1.5

902 Си -52Si -2Х 54 грит 8!С >

Ге 2Х, Хп 1Х А!

1 125

90 грит 8>С ь

Тип 304 SS 1100

90X Cu - 52

si - 2X

Fe - 3X Zn

54 грит Sic

1250

С 8 I I (медь качель!>еи><ая) спеченная

41,О> Р

+38 Atundum, Norton Со, Worcester, !1.А. ь> 39 Crystalon, Norton Со„ Worcester, 11.А.

>а Bobt Ceramics, Соитие> ТХ

*Хе!!у Foundry, Е!ХЕпа MV

>(1,5-9,5X Si; 3,0-4,ОХ Си, С 2,9Х Хп> 2 ° 2-2,3Х IIS, < 1,5X Fe, С 0,5Х lb> ° С О,SX Ni, r 0,35Х Sn и остаток Alt

Таблица3

Иатричный металл

Наполнитель

Темпе" ратура, >С риал ейнера

Рисунок

ЛОТ ость

/смэ реня браотки, и

90 грит

41г03

90 грит

SiC »

V Алюми ние вый

2,25 3,58

Тип 304 SS

900 сплав

12,7

10А

Алюминиевый сплав

3,38

9РР

2,25

8,5

90 грит

Al От""

90 грит

ZnO -At!03

100 грит

ТЕ!1 а

5DP 2,25

Х Алюминиевый сплав тип 304 ss

2,91

9.2

108

Y Алюминиевый

Тнп 304 SS

2,25 3,48 12,6

900 сплав

10С

Z Алюминиевый сплав

Тип 304 SS

900

3,56 10,9

2,25

AA Алюминиевый сплав

AS Алюминиевый

lP0 грит

В Ct

Т-64 цилиндрическая

41г133 (-24,+48 грит) Тип 304 80

900

2,67

It,4

2,25

10Е сплав

Тип 304 SS

900

2,25 3,47 10,0

10Г

МСА 1360,ttorton Co, Worcester, tl.A.

+ >+

FL Atundum, Norton Со, Worcester, И,A.

++39„

Crysto1nn, Norto» Cî, Worcester, tl.4.

+3S

Aluns0m, Norton Co, Worcester, И,А. ф Atlantic Egu ipment Engineers, Iterpenfield, NI

Alcoa, Pittcsburg> PA

CK Stt Fngineered Ceramics, Wockåã Chemi>а1, Пе > (:ппоап, СТ

93X Си- БХ

Si - 0,5X Fsâ€”

0,5Х 41

ASTN А-48 Grads

30,35 серый чугун

90 грит Л! О, 90 грит Л1>0

90 гРит Ala0> 90 грит Al >О>

90 грит А1.07

90 грит Alго>

900

II o aCCs> u» ент термического расширения, т 10 / C

Коэ0>0ициент термического расширения

xlD а/РС

1831413

Таблмца4

Плотность, г/см

if (Натркчный рйсунок

Нолуль эластич ностм, ГПа

Натериал контейнера ремя бработкм, ч металл

ЛС 93I Cu - 6Z

1X Fe

90 грит 38 Тип 304

Al Oy

Si - 90 грит 81Се Тип 304

11Л

118

AD 93I Cu вЂ” 67.

1Z Fe

90 грит ЕтсрА1Д Тип 304

Ala0d

90 грит Al 0 " Тип 304

SS 2,25

АЕ 931 Cu - 6Z Si

1I Fe

AF 93X Cu вЂ” 6Z Si

-1Z Fe

Т-64 цилиндри- Тип 304 ческая

А1 0а(-24,+48 грит) ЛС 932 Си вЂ” 6Х Si

-1I Fe

118

AH 93Z Cu - 6Z Si

1X Fe

Тип 304 SS 2,25

Тип Э04 SS 2 3 9

Al 90X Cu - 5Х

Si » »2Z

Fe - ЭХ

CESK Enginmtied Ceramics, iJacker, Cl>emicals Nev-Conaan Cl

Р Ф Ceramic Pillars 1пс., Aflantq, GA

Табли ца5

Обра-,. Матричный эец, металл

1Р

Наполнитель

Обра 30.ванне металлиеского атричноО Комозита

1 100

220 грит SiC нет

93X Cu вЂ” 6X

Si вЂ” 0,5Х

Fe вЂ” 0,5X Al

AN нет

93Х Cu - 6X

Si вЂ” 0,5Х

Fe вЂ” 0,5X Al

220 грит SiC"

2Х по весу325 ме!а

АО

2,25 да

ЗФ по весу325 меш

1100

220 грит SiC»

93X Cu вЂ” 67

Si вЂ” О, 5Х

Fe вЂ” 0,5X Al

2,25 да

2 да

180 грит Аl О 14 по весу325 меа

93X Cu вЂ” 6X

Si - 0,5".

Ге вЂ” 0,57 Al

»00

2. да

220 грит Аl О> 1ь по весу325 мев

1 100

93Х Сu вЂ” 6Х

Si вЂ” О 57

Рe вЂ” 0,5X Аl

180 грит Ala AI 1Х по весу325 мец!

93Х Cu вЂ” 6Х

Si вЂ” 0,52

Fe вЂ” О, 57. Аl

»00 2 да

-80, +100 грит ZnO

О, 14 дюйм диаметр

AttOs полый сферы + ИСА 1360

+ 3d Alundum> Norton Со, worcester> 11,А.

e e 3i crystolon, Norton со> >leraster, II.À. ь а > El Alundum, Norton Со, Worcester, Н.А.

Norton Co, Worcester> Н.А, Ф Misele Shoals Ninerals, Tuscombia, А!

Alcoa, Pittesburg, PA

SS 2 25 $,92 11, 1 1$4

SS 2, 25 5,01 9> 0 124

SS 2,25 5,66 10,5 146

SS 2 25 5 52 11 8 128

1831413

Продолжение табл. 5

AT 937 Cu вЂ” б7

Si вЂ” 0,57

Fe вЂ” 0,57 Al

1125 2, 25 да

180 грит И> 0>" 1 3по весу

325 меш

1!00

5 да

AV 907 Cu вЂ” 57

Si вЂ” 27

Fe вЂ” ЗХ 7п

Таблицаб

Обра- . Матричный зец металл

Иаполнитель

Температура,вС

0бра зование металлического матричного композита

170, 1

170,1

950

2,?5

2,25 да

Алюминиевый сплав

900

2,25

180 грит "iC

Алюминиевый сплавт

800

3,5 иа

2,2-2,3% Ид> с. 7,5% Ге> (0>5% Ив, 220 грит Al>0" 10ф по весу325 меш

i 38 Alundum, t1orton Со., Vorcester> 1!.А

Crystolcn> Horton Си., orcester> И.А

Еl Л1»п>1иш> Лотто» Со> Lturcester> Л.А

Atlantic Equipment Engineers> P>ergenfield> 111.

Aesar of .Johnson Natthey, Seabrook, NH

220 грит Л1201

90 грит A1203 (T-64 цилиндрическая

»1с 03 (-24, +48 меш) gJ Alundum, Norton Co., 1> ircester„ l1.А.

c i у7 Crystolon> Norton Co>> worcester> И.A

Л1соа, Pittesburg> P.A.

1 (7 5 9 5% > 3 0 4 0% Си, 2 9% !и> с 0,35"; Бп и остаток Al) ремя бработки, ч

1831413

1аблицау

Температура, С

Обра- Матричный металл зец

Иаполни тель

»»»

1100

14 грит и 90 SiC (50 14 грит,50

90 грит) Т-64 цилиндрическая

Л4 Оз (-24, +48 меш) 1100

ВС 907. Си- 5X Si -ЗХ Zn-2X Fe 54 грит 39 SiC

1125

90 грит

1125"

BE 90X Cu вЂ” 6Х Si -О, 5Х

Fe вЂ” 0,5Х Al

1100

2,25

ЗЯ Alundum, Ис сton Со., Worcester, И.А.

+ + 39 Crystulun, Nortun Co., Worcester, И.A.

Atlantic Fquipment Engineers, 13ergenfie5f, .NI %р

Aesar of Johnson $1at they, Seatruok, Иц

ВА 907 Cu вЂ” 57, Si -37 Zn -27. Fe

ВВ 907 Cu вЂ” 57. Si вЂ” ЗХ Zn- 27 Fe

BD 907 Си -57 Si - 27 7.n - 2Х Fe

BF 907 Сц - 6X Si вЂ” 0, 5Х

Fe вЂ” 0,57 А1

180 грит SiC è

1ОФ 325 меш р и

220* МС и ЗХ325 меш Se (используемый как усилитель смачивания) Время обработки, ч

1831413

183!413

1831413

503l

Ри г- 5 30 "- б -зо

1831413

Nues

У @, 1831413

1831413

1831419

+>I-!2А

40 50 80 70 80 90 100 I1О 120

1831413

2О 30

Фиг. /5

1831413

Фиг. 16

Составитель Г. Шевченко

Редактор 3.Ходакова Техред M. Моргентал Корректор С.Лисина

Заказ 2537 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Рэушская наб„4/5

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

Способ получения композиционного материала с металлической матрицей

Способ получения электродов из твердосплавных материалов // 1829245

Способ получения изделий из тугоплавких соединений // 1829244

Способ получения азотсодержащих тугоплавких сплавов // 1827394

Способ получения изделий из волокнистого композиционного материала на основе алюминиевого сплава // 1827118

Способ получения пористых изделий из порошковых материалов // 1826933

Композиционный материал и способ его получения // 1826539

Изобретение относится к металлургии, в частности к изготовлению композиционных материалов

Звукопоглощающий материал // 1826538

Изобретение относится к машиностроению, в частности к звукопоглощающим материалам, используемым в строительстве, металлургии, машиностроении и др

Способ синтеза тугоплавких неорганических соединений // 1826451

Способ получения композиционных материалов на основе тугоплавких соединений // 1826305

Способ получения изделий из композиционного материала с металлической матрицей // 1825325

Способ изготовления алмазного инструмента // 1822384

Способ получения керамического изделия // 1814588

Способ получения композиционного керамического материала // 1807915

Установка для пропитки углеграфитовых изделий // 1801062

Способ получения изделий, содержащих композицию с металлической матрицей // 1797603

Способ получения инфильтрованных порошковых материалов на основе железа // 1792804

Способ получения композиционных материалов с металлической матрицей // 1790238

Изобретение относится к металлургии, в частности, к способам получения изделия из металлических композиционных материалов, армированных неорганическими упрочнителями

Способ пропитки отливок // 1770111

Изобретение относится к технологии исправления литейных дефектов типа пор корпусных отливок и деталей, в частности к способу пропитки отливок

Способ получения композиционных материалов каркасного типа // 2115512

Изобретение относится к металлургии и получению армированных композиционных материалов и отливок и может быть использовано для получения пропиткой композиционных материалов (КМ), имеющих армирующий углеграфитовый каркас, которые работают в агрессивных средах в качестве торцевых уплотнителей, подшипников скольжения, направляющих, токосъемников и т.п