Способ получения изделий из композиционного материала с металлической матрицей

Способ получения изделий из композиционного материала с металлической матрицей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (IOCflATEHT СССР) 1

ОП.ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

Ь3

„. 6д

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

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

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

Изобретение относится к формованию металлических матричных композитных тел.

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

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

8 — образец, поперечное сечение.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ИСПО!)>.-.(0:à,, И Кон- :(.)) ;.:>,. (ОТ>)р)- и f,0СтаT ."i HO -1 "сь с 00 НИ({:if" l 1! 1 - -) > -,>) ) 1 0 :Т j )ла Н И я аТМО> с))с (ь c(=ОЕГ гПТ КГ",>>f- и >;- 0 с" Пзмож55 Н0 rS))0f)V)1()0!(()Hff)P. {.1>с10 г .Н> ;{;1 >," " .{1! f > Р-"l(>f уМ > В!1ь,.тр,с;st;.{) ссО;- s,t,) ь;, )..; (-1»йв В завис, .)100{и .;-: 1 .. -.:-.::;-.;,,=.:.1{1, . „"-f)" ãíîf(Р аК(i>lh>" )Сс)C, .;r:rr--f,,:. ; I -" .-.» ". { ;! Кон1825325 рой и/или матричным металлом или/и наполняющим материалом, может быть использован для создания или способствовать созданию самогенерируемого вакуума внутри этого контейнера.

Отличительными особенностями подходящего непроницаемого контейнера являются свобода от пор, трещин или способных к восстановлению оксидов, каждый из которых может вредно воздействовать на развитие или сохранение самогенерируемого вакуума. Таким Образом, следует принимать во вни лзние, что целый ряд материалов может быпгь использован для формирования непроницаемых контейнеров. Например, формавзнная или литьевзя окись алюминия или карбид кремния могут быть использованы, также кзк металлы, имеющие ограниченную или низкую растворимость в матричном металле, например, нержавеющая сталь для ал оминиевых, медных и бранзовы>; матричных металлов.

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

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

50

5

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

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

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

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

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

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

700ОС и предпочтительно ((50 С или более.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1;Ов»эн,-i ы .х jfacT(f 1!, ил;fo! Ii

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

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

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

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

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

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

Раакциоиноспособиая атмосфера, используемая в способе данного изобрете ия, может быть любой атмосферой, которая может реагировать частично или полно с расплавленным матричным металлом и/или наполняющим материалом и/или непроницаемым контейнером, образуя продукт реакции, который занимает объем, который является меньшим, чем объем, занимаемый

4-" этой атмосферой и/или компонентами реакции до реа кци и. В частности, реа кцион носпособная атмосфера, при контакте с расплавленны л матричным металлом и/или наполняющим материалом, и/или непрони50 цаемым контейнером, может реагировать с одним или более компонентами реакционной системы, образ я твердый, жидкий или парообразный продукт реакции, который занимает меньший объем, чем объем совместных индивидуальных компонентов, тем самым создавая пустоту или вакуум, который способствует втягиванию расплавленного матричного металла и наполняющий материал или предварительно отформованную заготовку. Вэаимодейатп«а матдч pr;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

0 "iи мо гуут тпе(2г}еа . ч р<)з. {е p:. i(! 00>1 ы ii иx ко55 личссте расплавленного матричного металла. < > с<20твг> тст<2 ???? ?? i; (0 <3) !)?? ??(}1 ??????, ??????????????, ?????? ??????????(?? ????7.-;:li . ;?? ?? ??. :????????(>КИЕ и <)(МИЧЕСК}}<> Кj) а n L>j 3}>У > f,в<1< !1 (ЕРметиков пер)крывак т< у)<()зя)<ные ! < с до Q тат }; и я }(I}>T p f> j j(,>".. Гo м ("; <. 1 < « . > () г o (. (p1825325

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

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

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

?0

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

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

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