Способ получения изделий, содержащих композицию с металлической матрицей

Способ получения изделий, содержащих композицию с металлической матрицей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сущность изобретения: способ включает введение расплавленного алюминия в контакт с проницаемой массой основного наполнителя внутри керамической непроницаемой формы, полученной вращиванием поликристаллического продукта окислительной реакции в первый дополнительный наполнитель. Благодаря герметичному закупориванию основного наполнителя внутри формы посредством тела расплавленного алюминия последний самопроизвольно пропитывает массу этого наполнителя при умеренных температурах, например около 900°С, и при этом не требуется применения каких-либо других средств обеспечения пропитки. Расплавленную массу, содержащую пропитанный керамический наполнитель , отверждают и получают композицию с металлической матрицей, которая может, быть извлечена из формы. Отверждение может проводиться в условиях, обеспечения связывания, включающих поддерживание отверждающегося материала в непосредственном контакте с керамической формой, для получения композиции с металлической матрицей, связанной с формой или частью ее, выполняющей функцию конструктивного элемента. 14 з.п. ф-лы, 10 ил. С о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕHTY ф

L" (21) 4613210/02 (22) 06;01.89 (31) 14285 (32) 11,01.88 (33) US (46) 23,02.93. Бюл. N. 7 (71) Ланксид Текнолод>ки Компани, ЛП (US) (72) PaTHGUJ Кумар Двиведи (IN) и Вирджил

Ирик, мл. {US) (56) Европейский патент

N 0193292, кл. С 04 В 35/65, 1986.

Патент США N 3364976, кл. 164 — 63, 1968. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ, СОДЕРЖАЩИХ КОМПОЗИЦИЮ С МЕТАЛЛИЧ Е СКОЙ МАТРИЦЕЙ (57) Сущность изобретения: способ включает введение расплавленного алюминия в контакт с проницаемой массой основного наполнителя внутри керамической непроницаемой формы, полученной вращиванием поликристаллического продукта окислис

Изобретение относится к способу формования композиции на основе металла в предварительно заготовленной керамической форме путем самопроизвольного насыщения помещенной в указанную форму проницаемой массы наполнителя расплавленным алюминием или магнием или их сплавами.

Целью изобретения является расшире ние технологических возможностей способа за счет расширения номенклатуры изделий и повышение эффективности.

На фиг. 1 схематическое иэображение поперечного сечения устройства в сборе, состоящего из тела расплавленного алюми„„5U „„1797603 АЗ (я )ю С 04 В 35/71, С 22 С 1/09, В 22 Р 3/26

2 тельной реакции в первый дополнительный наполнитель. Благодаря герметичному закупориванию основного наполнителя внутри формы посредством тела расплавленного алюминия последний самопроизвольно пропитывает массу этого наполнителя при умеренных температурах, например около

900 С, и при этом не требуется применения каких-либо других средств обеспечения пропитки. Расплавленную массу, содержащую пропитанный керамический наполнитель, отверждают и получают композицию с, металлической матрицей, которая может быть извлечена из формы. Отверждение может проводиться в условиях, обеспечения связывания, включающих поддерживание отверждающегося материала в непосредственном контакте с керамической формой, для получения композиции с металлической матрицей, связанной с формой или частью ее, выполняющей функцию конструктивного элемента. 14 з.п, ф-лы, 10 ил. ния и непроницаемой формы, внутри которой находится масса второго наполнителя, в проме>куточной стадии процесса самопроизвольной пропитки расплавленным алюминием, в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения; на фиг, 2 — вид, соответствующий виду на фиг. 1, показывающий конструкцию согласно одному варианту осуществления изобретения, содержащую композицию на основе металла, заключенную в керамический рукав или подложку и связанную с ним; на фиг, 3— поперечный разрез другого варианта выполнения устройства в сборе, состоящего из тела расплавленного алюминия и непрони1797603 цаемой керамической формы или оболочки, содержащей внутри себя второй наполнитель; на фиг, 4 — схематическое изображение вертикального поперечного разреза устройства для осуществления еще одного варианта изобретения путем погружения массы второго наполнителя в расплавленный алюминий с изоляцией наполнителя от окружающего воздуха; на фиг. 5 — схематическое изображение вертикального поперечного разреза устройства. состоящего из тела основного металла .и предварительно отформованной заготовки, для обеспечения возможности применения формы при отливке композиции на основе металла в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения; на фиг, 6 — схематическое изображение вертикального поперечного разреза устройства расширяемого фигурного тела, внедренного в массу первого наполнителя, используемоt o для создания композиционной керамической формы, в соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения; на фиг. 7 — вид, соответствующий виду на фиг, 6, показывающий более поздний этап в процессе использования устройства на фиг. 6 при создании композиционной керамической формы; на фиг. 8 — схематическое изображение поперечного разреза формы из композиционного материала с керамическим наполнителем, получаемая и ри использовании устройства, показанного на фиг; 6 и фиг. 7; на фиг, 9 — схематическое изображение поперечного разреза устройства из основного металла и предварительно отформованной заготовки с первым наполнителем, используемой для создания композиционной керамической формы в соответствии со следующим вариантом осуществления изобретения; на фиг. 10— фотография кулачкового вала, выполненная в соответствии с примером 10.

При осуществлении изобретения расплавленный алюминий или магний вводят s соприкосновение или подают к повЕрхности проницаемой массы наполнителя, например, массы керамических частиц, нитевидных кристаллов или волокна. Наполнитель вводят в контакт с расплавленным металлом в герметических условиях, при которых возможен захват воздуха, но, поскольку форма является по существу непроницаемой, воздух не пополняется по мере того, как он реагирует с расплавленным алюминием или магнием, Хотя в описании и говорится о воздухе, но понятно, что в качестве захваченной газовой среды могли бы использоваться любые газы, способные ре= агировать, по крайней мере, с одним компо-. нентом расплавленного металла. При указанных условиях расплавленный алюминий или магний самопроизвольно и последовательно заполняет поры массы наполнителя внутри формы, в результате чего получают композиционный продукт на основе металла, в котором наполнитель пропитан металлической основои. Композиционный продукт на основе металла принимает конфигурацию формы и может содержать при- .

10 мерно от 10 до 45% по объему наполнителя, а предпочтительнее — от 45 до 65%

Обычно при введении в форму наполнителя, захватывается воздух, который прони"5 кает в массу или внедряемый компонент, Кроме того, указанная масса обладает достаточной проницаемостью, чтобы быть заполненной расплавленным алюминием или магнием в условиях данно о процесса, Од0 нако, если воздух не пополняется внутри формы, то происходит самопроизвольное заполнение второго наполнителя расплавленным алюминием или магнием, даже если этот наполнитель нормально не смачивает25

30 ся расплавленным алюминием в присутствии воздуха. и при умеренных температурах расплавенного металла получают композиционный продукт на основе алюминия или магния, Пропитку осуществляют, не прибегая к использованию высоких температур, вакуума, механического давления, специальных газовых сред; смачивателей и т.п;, применяемых для проведенйя пропитки.

Процесс проводят по существу в условиях

35 воздухонепроницаемости, обеспечиваемой ируется в зависимости от.заданной совокупности условий процесса, например, .от легирующих элементов и содержания алюминия или магния; наличия по возможности применймых смачивающих веществ; разме50 ра, поверхностного состояния и вида используемого материала второго наполнителя; периода времени контактной пропиточной обработки и используемой температуры металла. Температура, которую поддерживают в контактирующем расплавленном алюминии или магнии, может колебаться в зависимости от применяемых сплавов металла и наполнителей. В случае применения расплавленного. алюминия самопроизвольное и йоследовательное пропитывание, как путем герметичного закрытия емкостей непроницаемой формы и всех ее отверстий или путем погружения формы, содержащей в себе массу наполнителя в тело расплав-.

40 ленного алюминия или магния для защиты или прикрытия второго наполнителя от окружающего воздуха.

Степень самопроизвольной пропитки и формирования металлической основы варь1797603 правило, происходит при рабочей температуре, по меньшей мере примерно 700 С, а предпочтительнее — при по меньшей мере

80Q0C ипи больше. в зависимости от условий, Нет необходимости использовать температуры, превышающие 1000 С, и установлено, что особенно выгодным является диапазон температур от 800 С до приблизительно

1000 С, а предпочтительнее от примерно

850 С до 950 С.

Способ, соответствующий настоящему изобретению, будучи независимым от применения прилагаемого извне механического давления для принудительного внедрения расплавленного металла в массу керамического материала, позволяет получать композиции с равномерно распределенным в них алюминием или магнием в качестве металлической основы, имеющие высокое объемное содержание наполнителя и обладающие малой пористостью. Объемное содержание наполнителя при некоторой совокупности условий может быть изменено или увеличено путем использования массы наполнителя с низкой степенью пористости, то есть, с малым междуузельным объемом. Но можно обеспечивать и большие содержания наполнителя,,если его массу уплотнять обычными техническими средствами до ввода его в соприкосновение с расплавленным металлом, при условии, что масса наполнителя не будет превращена ни в плотную массу с пористостью, при которой ячейки перекрыты, ни в структуру, столь плотную, что она не допускает заполнение пор расплавленным алюминием или магнием, Обнаружено, что для случая внедрения алюминия или магния и формирования основы при использовании данной системы

"металл-наполнитель" смачивание наполнителя расплавленным металлом или создание вакуума в закрытой емкости при реагировании расплавленного металла либо с кислородом, либо с азотом в закрытых окружающих условиях, составляют преимущественные механимы осуществления пропитки. Если воздух пополняется в системе и если процесс проводят при относительно низких температурах, например не более

1000 С, то наблюдается пренебрежимо малая или минимальная степень смачиваемости или пропитки наполнителя. Однако в случае применения расплавленного алюминия в результате герметичного закрытия наполнителя внутри формы и исключения тем самым возможности пополнения воздуха, то есть осуществления процесса внедрения в герметично закрытой емкости, пропитку осуществляют при температуре, не превышающих 1000ОС, а предпочтительнее—

В на фиг. 1. Стенки непроницаемой формы

25 12 состоят из керамического материала, созданного при применении одного или не30

55

950 С. Например, установлено, что во многих случаях удовлетворительной является температура порядка 900 С, поскольку она достаточно высока, чтобы обеспечивать пропитку в течение приемлемого периода времени, не вызывая нежелательного ухудшения свойств второго наполнителя и не оказывая агрессивного воздействия на жаропрочные сосуды, конструктивные компоненты и т,и.

На фиг. 1 показано устройство в сборе, обозначенное в целом позицией 10, состоящее из непроницаемой оболочки игл формы

12, имеющей цилиндрическую, рукавообразную конфигурацию с центральным цилиндрическим отверстием В, проходящим сквозь форму, и с выполненной в ней парой отстоящих одна от другой дискообразных камер "а" и "в", диаметр которых больше диаметра отверстия В. Нижняя часть отзерстия В (как показано на фиг. 1) закрыта днищем 14 формы 12, показанным пунктирной линией, изображающей профиль отверстия скольких известных способов, описанных ниже, Следовательно, непроницаемая форма 12 содержит керамический поликристаллический продукт окислительной реакции, включающий пригодный наполнитель, называемый в описании дополнительным наполнителем, например, глинозем, карбид кремния или любой другой пригодный керамический наполнитель или комбинации наполнителей. Дополнительный наполнитель может использоваться, например, в виде частиц, пузырьков, шарниров, нитевидных кристаллов, рубленного волокна, таблеток, волоконных матов и т,п. или их комбинаций.

Отверстие В и камеры "а" и "в" увеличенного диаметра заполняют наполнителем

22, который, как и дополнительный наполнитель, может представлять собой любой подходящий на полн ител ь и может иметь физическую форму частиц, шариков, нитевидных кристаллов, волокон, рубленного волокна, пузырьков, таблеток, волоконных матов и т.п. или сочетания этих форм. Помещение наполнителя вовнутрь отверстия В формы 12 может осуществляться без обеспечения специальной газовой среды, то есть, такое заполнение может проводиться при наличии воздуха так, чтобы воздух увлекался во внутрь наполнителя, содер>кащегося в отверстии В непроницаемой формы 12.

Сверху формы 12, как показано на фиг.

1, расположен огнеупорный резервуар 16 с кольцевым отверстием 18, выполненным в

1797603 его основании или днище, в котором уплотнительное кольцо 24 обеспечивает воздухонепроницаемое (т.е. по крайней мере металлонепроницаемое) уплотнение между резервуаром 16 и формой 12. Резервуар 16, расположенный над формой 12, затем за полняют расплавленным. алюминием. Или внутрь резервуара 16 может помещаться алюминий. в твердом состоянии, после чего устройства в сборе нагревают для расплавления алюминия в резервуаре 16, В данном описании конкретно указывается на приме.нение алюминия, однако следует иметь в виду, что также применим и магний. В любом случае тело расплавленного металла 20 закрывает единственное отверстие или вход в непроницаемую форму 12 от окружа ющего воздуха, в результате чего наполнитель 22 надежно и герметично изолирован от окружающего воздуха, и расплавленный металл вступает в контакт с верхним поверхностным слоем наполнителя 22 в отверстии

В. При указанных условиях расплавленный алюминий самопроизвольно проникает в наполнитель 22, перемещаясь сверху вниз через него. Устройство в сборе 10 при рабочем процессе может помещаться в нормальную воздушную среду, не допуская вредных влияний на процесс cBMonpoèçâoëüíoé пропитки.

На фиг, 1 показана промежуточная стадия процесса самопроизвольной пропитки, при которой расплавленный алюминий 20 пропитал приблизительно половину тела наполнителя 22, дойдя до точки, лежащей посередине.между камерами "а" и "в". Через некоторый период времени по достижении температуры, достаточно высокой, чтобы поддерживать алюминий 20 в расплавленном состоянии, например 900 С. алюминий самопроизвольно пропитает весь слой наполнителя 22 до днища 14 формы 12. Такая самопроизвольная пропитка не требует применения смачивающих веществ к наполнителю (хотя таковые по желанию могут. использоваться), приложения механического давления к металлу 20 или вакуума к слою наполнителя 22, использования - повышенных температур, например, значительно превышающих 1000 С, очистки слоя наполнителя 22 инертной или другой специальной газовой средой или применения других средств обеспечения пропитки. Способ имеет большое преимущество, заключающееся в том, что вся операция, включая подготовку формы 12, заполнение формы наполнителем 22 и нагрев для осуществления пропитки, может осуществляться в воздушной среде, не требуя применения специально приготовленных газовых сред, влекущее за собой соответствующие расходы и неудобства, Кроме того. полагаем, что самопроизвольная:пропитка наполнителя 22 расплавленным алюминием достигается за счет того, что воздух,. находящийся в промежуточных пустотах второго наполнителя 22, вступает в реакцию с расплавленным алюминием и расходуется им, а герметично закрытая, непроницаемая форма 12

10 предотвращает восстановление увлеченного или захваченного воздуха. Однако если бы израсходованный воздух пополнялся, что могло бы происходить, если бы форма 12

15 была проницаемой для воздуха либо из-эа присущей ей пористрсти либо из-за наличия в ней негерметичных отверстий, трещин, разрывов, то восстановленный воздух пре- пятствовал бы осуществлению такой само20 произвольной пропитки. Ниже даны сравнительные примеры для подтверждеНИЯ ЭТОГО.

По окончании пропитки наполнителя 22 температуру снижают как путем извлечения последней, и расплавленный материал остужают и отверждают в непроницаемой форме

12, Полученная композиционная конструкция

26, содержащая форму и металлическую ком30 позиционную сердцевину, показанные на фиг. 2, отделяют затем от устройства, показанного на фиг, 1. Как видно на чертеже, конструкция 26 может включать по существу всю форму 12 (обозначенную как конструк35 тивный элемент или форма или оболочковый компонент 12 на фиг. 2) или, если это требуется, только часть ее, а также композиционный стержень 28 с металлической матрицей.

Пропитка расплавлейным металлом и

40 его отверждение могут осуществляться в соответствующих условиях, обеспечивающих сцепление между формой и стержнем, Сцепление может обеспечиваться, например, путем некоторого смачивания зоны между расплавленным металлом и формой

12, поддерживания расплавленного материала в непосредственном контакте с внутренними стенками формы 12 посредством регулирования скорости охлаждения (т.е. снятия внутренних напряжений в реэультате отжига), регулирования относительных коэффициентов теплового расширения формы и композиционного материала с металлической матрицей и/или поддерживания значительного напора резервуара с металлом, чтобы исключить возможность отделения отверждающегося расплавенного металла от стенок формы. Коэффициент теплового расширения у композиции с металлической матрицей выше, чем у керамической

25 устройства из печи, так и путем отключения

1797603

10 формы, и если эта разница будет слишкой большой и смачивание — минимальным, то прочность сцепления окажется недостаточной, чтобы выдержать это несоответствие в термической усадке, т.е. композиционный материал с металлической матрицей при охлаждении, делая усадку, может отступать от внутренней стенки формы. Материал наполнителя, используемый при формировании композиции на основе металла, снижает тепловое расширение композиционного материала с металлической матрицей и, следовательно, снижает степень несоответствия в тепловом расширении между стержнем и формой. Влияние, которое наполнитель оказывает на тепловое расширение. вызывая его понижение, может в основном зависеть от вида, геометрии и отношения длины к диаметру наполнителя. Хорошее сцепление может обеспечиваться, когда коэффициенты теплового расширения не имеют слишком большой разницы. Предпочтительно, чтобы стержень с металлической матрицей имел несколько больший коэффициент теплового расширения, чем оболочка, чтобы на последнюю воздействовали сжимающие напряжения. Обнаружно, что равноосные частицы карбида кремния (24 меш), составляющие примерно 477, по объему в алюминии, снижают коэффициент теплового расширения беспримесного алюминия с примерно 25х10 б дйюм/дюйм/ С до приблизительно 12 — 16 х 10 дюйм/дюйм/ С, Нитевидные кристаллы из карбида кремния оказывают такое же воздействие, но при значительно меньших загрузках, Таким образом, путем регулирования одного или нескольких условий обеспечивают связь отвержденного материала, то есть, композиционного материала с металлической матрицей с конструктивным элементом 12 конструкции 26 (фиг. 2). В конструкции 26 стержень, представляющий собой композиционный материал с металлической матрицей 28, заключен в форму или в оболочковый компонент 12 и связан с нею.

8 другом случае после охлаждения и отверждения расплавленного материала форма 12 может врыть разрушена или иным способом отделена от композиционного стержня 28 с металлической матрицей для получения последнего как отдельного, не заключенного в форму 12 тела. B этом случае форму 12, как правило, выполняют насколько это возможно, тонкой с обеспечением ею непроницаемостью и с поддер>канием констачктивной цельности при рабочем процессе. Кроме гого, в этом случае процесс следует проводить в условиях, обеспечивающих минимальное сцепление между формой 12 и композиционным стержнем 28 с металли-, ческой основой для облегчения извлечения стержня. При осуществлении процесса пропитки форма 12 может находиться в соответ5 ствующем корпусе (не показан на фиг. 1), упрочняющем и поддерживающим ее.

Обратимся снова к фиг. 1. Вместо того, чтобы применять соответствующее уплотнительное средство, например, уплотни10 тельное кольцо 24, может быть использован резервуар 16, выполненный как одно целое с непроницаемой формой по одному или нескольким известным способам. flqcne охлаждения и отверждения -расплавленного

15 материала из цельной конструкции, состоящей из формы и резервуара, можно вырезать требуемый продукт. Цельная конструкция, состоящая из формы и резервуара, показана, например, на фиг. 3, где иллюстрируется

20 другой вариант выполнения устройства в сборе, используемый в соответствии с настоящим изобретением. Обозначенное в целом позицией 30 полое тело любой требуемой конфигурации, содержит оболоч25 ку из непроницаемого керамического метариэла. например, композиционного керамического материала, полученного по известным способам, описанным ниже. Полое тело 30 подушкообразной формы в по-

30 перечном сечении имеет кольцевой периферический край 30а, опоясывающий основную часть тела, а также расположенный соосно цилиндрический вэл 30в и втулку 30 с, выступающие на противоположных

35 сторонах тела. Вал 30в имеет раструб 30, образующий воронкообразную конструкцию, через которую может заливаться расплавленный алюминий 20 для вступления в контакт со слоем 22 второго наполнителя.

40 Раструб 20 образует единственное отверстие у полого тела 30, которое герметично закрыто от окружающей среды постоянным напором расплавленного алюминия 20, благодаря чему второй наполнитель 22 эффек45 тивно герметично изолирован от окружающего

I или внешнего воздуха.

Самопроизвольная пропитка наполни.теля 22 осуществляется так же, как показано на фиг. 1. Согласно фиг. 1, расплавленный

50 металл 20 пополняется в количестве, достаточном для завершения пропитки и поддерживания вертикально стоящего тела 20 расплавленного алюминия для герметичного изолирования раструба 30, единственно55 го входа или отверстия полого тела 30 от окружающего воздуха, пока не будет завершена самопроизвольная пропитка. После отверждения, в условиях образования связей, расплавленного материала, полученного путем пропитки наполнителя 22, получают

1797603 конструкцию, содержащую полое тело 30 как конструктивный компонент, заключающий в себе композиционный материал с металлической матрицей. В другом случае полое тело 30 может устраняться путем разрушения, в результате чего получают композиционное тело с металлической основой; наружная поверхность которого в обратном порядке повторяет форму или геометрию внутренней поверхности полого тела 30, После отверждения полученную конструкцию можно разрезать по линии С вЂ” С и получить конструкцию, заканчивающуюся валом 30в.

Повторно отвержденный алюминий может быть оставлен внутри вала 30в, В другом случае повторно отвержденный алюминий внутри вала 30в может частично или целиком извлекаться и заменяться другим материалом, например, другим металлом, который может быть подан в расплавленном состоянии, а затем отверждаться внутри этого вала.

При другом варианте вал 30в можно было бы частично или полностью заполнять сначала наполнителем 22 так, чтобы получаемый композиционный материал с металлической матрицей, простирался по валу 30в.

В последнем случае для удерживания рас.плавленного алюминия используют удлинение вала в или отдельный сосуд (подобно резервуару 16 в варианте на фиг. 1).

Фиг. 4 иллюстрирует способ †протот проведения самопроизвольной пропитки, при котором используют огнеупорный сосуд

32, содержащий в себе тело расплавленного алюминия 30; в которое погру>кен огнеупорный перфорированный контейнер 34. Контейнер 34 отдален.на некоторое расстояние от внутренних стенок (не обозйачены позициями) огнеупорного сосуда 62 с тем, чтобы контейнер 34 и его содержимое были полно.стью прикрыты или изолированы расплавленным алюминием 20 от окружающей среды. Перфорированный контейнер 34 имеет множество отверстий 36 и поддерживается тросом или стержнем 38, крепящимся к контейнеру при помощи соответствующего соединительного элемента 40. Внутри контейнера 34 содержится масса наполнителя, помещенная в подходящую форму с имеющимся в ней одним или несколькими отверстиями. {Форма и наполнитель не видны на фиг. 4). Отверстия 36 позволяют расплавленному алюминию 33 проникать в. контейнер 34 и вступать в нем в контакт с массой . наполнителя для осуществления пропитки.

Перфорированный контейнер 34; трос или стержень 38 и соединительный элемент 40 могут изготавливаться иэ подходящего огнеупорного материала, способного выдерживать длительное контактирование с расплавленным алюминием 33. При желании может быть исключено применение контейнера 34, и тогда осуществляют погружение формы, имеющей сверху отверстие и содержащей внутри второй наполнитель, в расплавленный металл. Затем проводят пропитку и извлекают полученное композиционное тело с металлической матрицей, 10 как описано выше.

Фиг, 5 — 9 иллюстрируют подготовку непроницаемой. керамической формы в соответствии с практикой осуществления настоящего изобретения, однако при этом

15 следует иметь в виду, что данный способ подготовки формы также применим и к другим вариантам осуществления изобретения.

Подготовленная таким образом форма, как указывалось выше, может быть либо разру20 шена для извлечения из нее отвержденного композиционного тела с металлической матрицей, либо сохранена как конструктивный элемент изделия, соединенного или связанного с композиционным материалом

25 с металлической основой

Известны способы создания таких, рассмотренных выше, керамических материалов, описаны в ряде заявок на патент с обычным правом владения, переданных

30 правопреемнику настоящей заявки, котосодержит соответствующий дополнительный наполнитель.

Способ получения керамического продукта в результате окислительной реакции, описан главным образом в заявке N.

0155831 на Европейский патент, кл, С 04 В

35/71, опубликованной 25 сентября 1985 года от имени Марка С, Ньюкирка и др. под названием "Новые керамические материалы и способы их изготовления".

Известен также способ создания само45 поддерживающихся керамических композиций путем вращивания продукта окислительной реакции основного металла в проницаемый слой наполнителя, описан50 ный в заявке и 0193292Я на Евпропейский патент, кл. С 04 В 35/65, опубликованный 3 сентября 1986 года и другие способы.

В настоящем изобретенйи наполнитель, в который вращивают продукт окислительной реакции в соответствии со способами по одной или нескольким вышеуказанным заявкам на патент для создания воздухонепроницаемой композиционной керамической формы, рассматривается как дополнительный наполнитель с тем, чтобы рые раскрывают новые способы создания самоподдерживающихся керамических материалов, включая керамические компози-. ционныЕ материалы, в которых керамика

14

1797603

13 отличить его от основного наполнителя, который самопроизвольно пропитывается расплавленным алюминием или магнием, в результате чего получают композицию с металлической матрицей. Имеется много материалов, пригодных для использования в качестве как дополнительного, так и основного наполнителя; следовательно, в данном случае эти наполнители могут быть одинаковые или разные, и, как правило, наполнители в сущности не способны реагировать с расплавленным основным металлом и расплавленным алюминием или магнием в рабочих условиях процесса.

На фиг..5 показано устройство в сборе

42 для изготовления керамического композиционного тела, пригодного для использования либо в качестве ломкой формы, из которой извлекают композиционное изделие с металлической матрицей либо как формы — конструктивного элемента, связанного с композицией на основе металла. Устройство 42 включает имеющее преграждающее средство контейнер 44, имеющий по существу цилиндрическую форму и внутренняя поверхность которого образована экраном.

46(что лучше всего видно на фиг. 5э), размещенным в перфорированном цилиндре 48 и усиленный им, который служит в качестве наружного жесткого элемента, усиливающего цилиндрический экран 46. Вместо экрана 46 может размещаться перфорированный металлический лист, например, перфорированный лист из нержавеющей стали. Перфорированный цилиндр 48 имеет выполненную в его поверхности группу перфораций 50, и он обладает достаточной жесткостью, чтобы при проведении процесса поддерживать форму массы или тела дополнительного нэполнителя 52, который может быть фор.муемым наполнителем, то есть, который может содержать частицы, нитевидные кристаллы,.волокна и т,п. в массе, форма которой будет соответствовать форме тела 66 основного металла, внедренного в слой первого наполнителя 52. Формуемый наполнитель 52, кроме того, соответствует по форме внутренней поверхности цилиндрического экрана 46. Слой наполнителя 52 таким образом содержит проницаемую предварительно отформованную заготовку, имеющую полость требуемой конфигурации; образованную в ней телом основного металла 66, причем полость заполняется основным металлом вначале..В другом случае наполнитель

52 можно предварительно формировать в связанную массу. применяя, например, таким способом как шликерное литье и т.п., и используя частицы, вОлокна, порошки и т.д.

С возможным добавлением подходящего связующего для обеспечения когезионной прочности, В этом случае основной металл может вводиться в полость предварительно отформованной заготовки в расплавленном

СОСТОЯНИИ

45 ного металла 66 таким образом простирается в виде стержня в границах слоя первого наполнителя 52 и находится в контакте с ним. Для ускорения реакции окисления основного металла в последний могут вво50 диться одна или несколько добавок.

После нагрева устройства 42 при наличии окислителя до температуры в пределах от температуры выше точки плавления продукта окислительной реакции и при поддер55 живании у устройства 42, подвергаемого воздействию окислительной среды, например, воздуха, температуры в указанных пределах на границе раздела между телом расплавленного металла 66 и слоем первого наполнителя 52 получают продукт окислиОтверстия (не обозначены позицией) экрана 46 расположены на одной прямой с множеством перфораций 50 в цилиндре 48 тэк, что контейнер 44 открыт для доступа в

10 него окружающей среды, В отдаленных одна от другой точках и по окружности наружной поверхности цилиндра 48 расположено множество угловых связей 54, закрепленных с помощью зажимных колец 56, служа15 щих для упрочнения конструкции 42, Самое нижнее из зажимных колец 56 показано частично на фиг. 5, а остальные на этой же фиг, 5 и те, что показаны на фиг. 5а, представлены в поперечном сечении. Дно контейнера

20 44 закрывает основание 56. В верхней части контейнера 44 с заградительным средством имеется резервуар 60 для основного металла, размещенный внутри слоя инертного материала 62, который отделен от слоя

25 первого наполнителя 52 пластиной 64. Слой инертного материала 62 может содержать слой инертного материала в виде частиц (например, крупнозернистый алунд 90 (фирма "Нортон" ), когда в качестве основного

30 металла используется алюминий), который не поддерживает выращивание поликристаллического продукта окислительной реакции в нем при рабочих условиях протекания процесса, 35 Пластина 64 имеет центральное отверстие (не обозначено позицией), обеспечивающее проход верхней части основного металла 66, внедряемого в слой дополнительного наполнителя 52. Тело основного

40 металла 66 имеет удлиненную цилиндрическую форму и снабжено парой дискообразных выступающих элементов 66а, 66в, расположенных в отдаленных одна от другой по длине устройства точках, Тело, основ15

1797603 через перфорации 50, а затем через экран

46 и слой дополнительного наполнителя 52 20 и вступающим после этого в контакт с перевоздуха. По мере протекания окислительной реакции в границах слоя даполнитель- 30 тела основного металла 66 будет образован слой кристаллического продукта окислительнай реакции подходящей толщины, на- 50 тельной реакции, Как описано в известных заявках на патент, окислитель может быть твердым, жидким или газообразным или же в виде комбинации этих состояний. Например, может использоваться воздух B сочетании с твердым окислителем, включенным в первый напалнитель (например, кремнозем, смешенный с глиноземным наполнителем), и расплавленный металл будет подвергаться окислению при вступлении в контакт с обоими окислителями, Расплавленный основной металл из тела основного металла 66, пополненный в требуемом количестве из ванны 60 основого металла, поддерживают в контакте с выращиваемым продуктом окислительной реакции. контактирующим с кислородом или другим окисляющим газам, проходящим в цилиндр 48 дней частью растущего продукта реакции окисления, Окружающая окислительная среда восстанавливается или пополняется путем циркуляции внутри печи воздуха, в которую помещено устройство 42, например, путем снабжения печи соответствующей вентиляцией; обеспечивающей впуск ного наполнителя, в зоне поверхности. раздела между окислителем и раиее сформированным продуктом окислительнай реакции, непрерывно происходит формирование продукта реакции окисления, и в процессе этой реакции па крайней мере часть слоя дополнительного наполнителя 52 внедряется в продукт окислительнай реакции, При желании реакцию можно заканчивать после того, как выращиваемый продукт окислительнай реакции BbfpQc, примерно, до размеров, показанных пунктирной линией 68 на фиг, 5. Хотя пунктирная линия 69 и вычерчена с большей или меньшей геометрической точностью на фиг, 5, но следует иметь в виду, что, если окислительную реакцию приостанавливать после того, как из ружная форма керамического элемента может быть несколько неправильной, однако это не окажет вредного влияния на применение полученного керамического элемента в качестве непроницаемой формы для формирования композиции с металлической матрицей. Как сказано в соответствующих известных заявках на патент, внутренняя часть выращенного керамического элемента в обратном виде повторяет

40 форму тела основного металла 66. В другом случае используют заградительный материал, содержащий раствор карбоната кальция, или материал, изготовленный, например, из материала, из которого выполнен экран 46, которому придают некоторую форму для получения полой емкости, имеющей по существу форму, вычерченную пунктирной линией 68, с целью приостановления или ограничения роста продукта окислительной реакции и создания оболочки из керамического материала, в обратном виде копирующей форму внутренней поверхности заградительного элемента, до которого она, доросла. Таким образом, можно строго контролировать геометрическую форму наружной поверхности получаемой керамической композиционной оболочки, в результате чего получают керамическую композиционную оболочку, пригодную для применения в качестве постоянного конструктивного элемента, соединенного с композиционным телом с металлической матрицей. В варианте на фиг, 5 геометрическую конфигурацию наружной поверхности выращенного керамического элемента контролируют формой внутренней стороны экрана 48.

Если к