Способ получения композиционного материала с металлической матрицей

Способ получения композиционного материала с металлической матрицей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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 — 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

10

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

10

20 и/или наполняющим материалом и/или непр