PL167044B1 - Sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego, znamienny tym, ze zestawia sie uklad reakcyjny, zlozony z metalu osnowy, atmosfery reakcyjnej, nieprzepuszczalnego pojemnika, przepuszczalnej masy zawierajacej co najmniej jeden material wybrany z grupy skladajacej sie z luznej masy wypelniacza i formy wstepnej wypelniacza, oraz co najmniej jeden dodatkowy korpus umieszczony w sasiedztwie tej przepuszczalnej masy, a nastepnie tak zestawiony uklad reakcyjny uszczelnia sie wzgledem atmosfery otoczenia, zewnetrznej w stosunku do ukladu reakcyjnego, stosujac co najmniej jedno uszczelnienie wybrane z grupy obejmujacej uszczelnienie zewnetrzne, samoistne uszczelnienie fizyczne i samoistne uszczel­ nienie chemiczne, tak ze doprowadza sie do róznicy cisnien miedzy ta atmosfera reakcyjna i atmosfera otoczenia, po czym uszczelniony uklad reakcyjny ogrzewa sie dla stopienia metalu osnowy i przynajmniej czesciowego infiltrowania co najmniej jednego korpusu plynnym metalem osnowy tak, ze tworzy sie korpus kompozytowy z metalowa osnowa integralnie polaczony w calosc lub zespojony z tym wymienionym co najmniej jednym dodatkowym korpusem. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego.

W trakcie realizacji znanych procesów infiltracji metalem osnowy, metal ten kontaktuje się z co najmniej jednym innym materiałem. Po ochłodzeniu metalu osnowy do temperatury poniżej temperatury topnienia metalu osnowy, powstaje makrokompozytowy korpus zawierający kompozyt metalu osnowy, zespojony z przynajmniej częścią tego co najmniej jednego innego materiału. W zasadzie, kompozyt z metalową osnową wykazuje polepszenie takich właściwości jak wytrzymałość, sztywność, odporność na zużycie stykowe i zachowanie wytrzymałości przy podwyższonej temperaturze względem metalu osnowy w postaci monolitycznej, jednakże stopień, w jakim dana właściwość może być polepszona zależy w dużym stopniu od szczególnych składników, ich objętości lub proporcji wagowej oraz od tego, w jaki sposób są one obrabiane przy formowaniu kompozytu. W niektórych przypadkach, kompozyt może być lżejszy

167 044 niż sam metal osnowy. Interesujące są kompozyty z glinową osnową wzmocnione ceramiką, taką jak węglik krzemu w postaci cząstek, płytek lub kryształów, z powodu ich większej sztywności, odporności na zużycie i dużej wytrzymałości temperaturowej względem glinu.

Znane są rozmaite procesy metalurgiczne prowadzące do wytwarzania kompozytów z glinową osnową, obejmujące sposoby oparte o metalurgię proszków i infiltrację płyn-metal, wymagające zastosowania odlewania ciśnieniowego, odlewania próżniowego, mieszania i środków zwilżających.

Przy metalurgii proszków, metal w postaci proszku i materiał wzmacniający w postaci proszku, kryształków, ciętych włókien itd., zostają zmieszane, a następnie prasowane na zimno i spiekane lub prasowane na gorąco. Wytwarzanie kompozytów z metalową osnową w drodze metalurgii proszków z zastosowaniem konwencjonalnych procesów nakłada pewne ograniczenia pod względem właściwości uzyskiwanych produktów. Frakcja objętościowa fazy ceramicznej w kompozycie jest w przypadku cząstek ograniczona zwykle do około 40%. Podobnie operacja prasowania nakłada ograniczenia na uzyskiwane wymiary rzeczywiste. Tylko stosunkowo proste kształty produktów można uzyskać bez następnego obrabiania (np. formowania lub skrawania) lub bez stosowania prasowania na skomplikowanych prasach. Podczas spiekania może wystąpić niejednolity skurcz, jak również niejednolitość mikrostruktury w wyniku segregacji w wypraskach i wzrostu ziarna.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr 3 970 136 jest znany sposób formowania kompozytu z metalową osnową, zawierającego włókniste wzmocnienie, np. węglik krzemu lub kryształy krzemku glinu, mające określony wzór ukierunkowania włókien. Kompozyt jest wykonany przez umieszczenie równoległych mat lub filcu ze współpłaszczyznowych włókien w formie ze zbiornikiem płynnego metalu osnowy, np. glinu, pomiędzy przynajmniej niektórymi matami i stosowanie ciśnienia dla wtłoczenia płynnego metalu, wnikającego w maty i otaczającego ukierunkowane włókna. Płynny metal może być zalany na stos mat przy jednoczesnym wtłoczeniu pod ciśnieniem dla przepływu pomiędzy matami. Opisano wypełnienie do około 5% objętości włókien wzmacniających w kompozycie.

Powyżej opisany proces infiltracji, ze względu na uzależnienie od zewnętrznego ciśnienia dla przetłaczania płynnego metalu osnowy przez stos włóknistych mat, jest poddany rozmaitym procesom przepływowym indukowanym ciśnieniem, t.j. możliwej niejednolitości formowania osnowy, porowatości itd. Niejednolitość właściwości występuje nawet, gdy płynny metal jest wprowadzany z wielu stron w obrębie układu włókien. W konsekwencji musi się stosować skomplikowane układy mat i zbiorników oraz tory przepływu dla uzyskania równego i jednolitego wnikania w stos włóknistych mat. Tak samo, wspomniany powyżej sposób infiltracji ciśnieniowej umożliwia jedynie stosunkowo małe wzmocnienie frakcji objętościowej osnowy ze względu na trudności występujące przy infiltrowaniu dużej objętości maty. Ponadto potrzebne są formy do pomieszczenia płynnego metalu pod ciśnieniem, co podraża koszty procesu. Poza tym, wspomniany proces jest ograniczony do infiltrowania ułożonych obok siebie cząstek lub włókien, a nie jest skierowany na formowanie kompozytów z metalową osnową wzmocnionych materiałami w postaci przypadkowo ukierunkowanych cząstek, kryształów lub włókien.

Przy wytwarzaniu wypełnionych tlenkiem glinu kompozytów z glinową osnową, glin niełatwo zwilża tlenek glinu, utrudniając tym samym utworzenie spójnego produktu. Inne kombinacje metalu osnowy z wypełniaczem napotykają na ten sam problem. Proponowane były rozmaite sposoby rozwiązania tego problemu. Jeden z nich polega na powlekaniu tlenku glinu metalem (np. niklem lub wolframem), który następnie jest prasowany na gorąco wraz z aluminium. Według innej technologii, aluminium jest stapiane z niklem a tlenek glinu może być powleczony krzemionką. Jednakże kompozyty te wykazują zmienne właściwości, lub też powłoki mogą wpływać ujemnie na wypełniacz, względnie osnowa zawiera lit, który może pogarszać własności osnowy.

Rozwiązanie według amerykańskiego opisu patentowego nr 4 232 091 eliminuje niektóre problemy związane ze znanym wytwarzaniem kompozytów tlenku glinu z glinową osnową. Opis ten dotyczy stosowania ciśnień 75-375 kg/cm² dla wtłaczania płynnego aluminium (lub stopu aluminium) do włóknistej lub krystalicznej maty z tlenku glinu, podgrzanej wstępnie do temperatury w zakresie 700 do 1050°C. Maksymalny stosunek objętościowy tlenku glinu do

167 044 metalu w otrzymanym stałym odlewie wynosił 114. Ze względu na zależność od siły zewnętrznej dla realizowania infiltracji, proces ten ma wiele tych samych niedogodności co proces według poprzedniego opisu.

Opublikowany opis według europejskiego zgłoszenia patentowego nr 115 742 traktuje o wytwarzaniu kompozytów z tlenku glinu i glinu, stosowanych w szczególności jako składniki ogniwa elektrolitycznego, poprzez wypełnianie pustych przestrzeni wstępnie utworzonej osnowy z tlenku glinu płynnym glinem. W opisie tym podkreślona jest niezwilżalność tlenku glinu za pomocą glinu, w związku z czym proponuje się zastosowanie rozmaitych technik zwilżania tlenku glinu wskroś formy wstępnej. Przykładowo, tlenek glinu jest powlekany środkiem zwilżającym w postaci dwuborku tytanu, cyrkonu, hafnu lub niobu albo metalem, to jest litem, magnezem, wapniem, tytanem, chromem, żelazem, kobaltem, niklem, cyrkonem lub hafnem. Dla ułatwienia zwilżania zastosowane są atmosfery obojętne w rodzaju argonu. Wskazana publikacja przedstawia również zastosowanie ciśnienia dla spotęgowania penetracji niepowleczonej osnowy płynnym glinem. W tym aspekcie infiltracja jest realizowana przez odpowietrzenie porów, a następnie przykładanie ciśnienia do płynnego glinu w atmosferze obojętnej, np. argonu. Alternatywnie forma wstępna może być infiltrowana osadem glinu w fazie gazowej dla zwilżenia powierzchni przed wypełnieniem pustych przestrzeni przez infiltrację płynnym glinem. Dla osadzenia glinu w porach formy wstępnej, wymagana jest obróbka cieplna np. przy temperaturze 1400 - 1800°C w próżni i w atmosferze argonu. W innym przypadku, wystawienie materiału infiltrowanego ciśnieniowo na oddziaływanie gazu lub odcięcie ciśnienia infiltracji, spowoduje utratę glinu z korpusu.

Zastosowanie środków zwilżających, dla spowodowania infiltracji elementu z tlenku glinu w ogniwie elektrolitycznym za pomocą płynnego metalu jest również ujawnione w publikacji europejskiego zgłoszenia patentowego nr 94 353. Opis ten dotyczy wytwarzania glinu poprzez elektrolityczne otrzymywanie metali, za pomocą ogniwa mającego katodowy zasilacz prądowy, jako wykładzinę ogniwa lub substrat. Dla ochrony tego substratu przed płynnym kryolitem stosuje się cienką powłokę mieszaniny środka zwilżającego oraz środka hamującego rozpuszczalność na substrat tlenku glinu, przed włączeniem ogniwa lub podczas zanurzenia w płynnym glinie, wytworzonym w drodze procesu elektrolitycznego. Jako środki zwilżające przedstawiono: tytan, cyrkon, hafn, krzem, magnez, wanad, chrom, niob lub wapń, zaś tytan jest przedstawiony jako środek zalecany. Jako środki użyteczne w tłumieniu rozpuszczalności środków zwilżających w płynnym glinie przedstawiono związki boru, węgla i azotu. Jednakże publikacja ta nie sugeruje wytwarzania kompozytów z metalową osnową.

Dodatkowo do zastosowania ciśnienia środków zwilżających ujawniono, że zastosowana próżnia dopomoże do wnikania płynnego glinu w głąb porowatej wypraski ceramicznej. Przykładowo z amerykańskiego opisu patentowego nr 3 718 441 jest znana infiltracja wypraski ceramicznej (np. węglik boru, tlenek glinu i tlenek berylu) albo płynnym glinem, berylem, magnezem, tytanem, wanadem, niklem lub chromem w próżni mniejszej niż 10⁶ tora. Próżnia 10'- do 10'⁶ tora powodowała słabe zwilżanie ceramiki płynnym metalem w takim stopniu, że metal nie przepływał swobodnie do pustych przestrzeni w ceramice. Jednakże zwilżanie okazywało się polepszone, gdy próżnia była zmniejszana do mniej niż 10’6 tora.

Z kolei z amerykańskiego opisu patentowego nr 3 864 154jest również znane zastosowanie próżni dla uzyskania infiltracji. W opisie tym przedstawione jest załadowywanie prasowanej na zimno wypraski z proszku AlBn na złoże sprasowanego na zimno proszku aluminium. Tygiel z załadowaną wypraską z AlB 12, umiejscowioną pomiędzy warstwami proszku aluminium, umieszczono w piecu próżniowym. Piec opróżniono do ok. 1(0- tora dla umożliwienia odgazowania. Następnie temperaturę podniesiono do 1100°C i utrzymano przez okres 3 godzin. W tych samych warunkach płynny glin penetrował porowatą wypraskę AlB 12.

W opublikowanym opisie europejskiego zgłoszenia patentowego nr 045 002 jest przedstawiony sposób wytwarzania materiałów kompozytowych, zawierających materiał wzmacniający, taki jak włókna, druty, proszek, kryształki lub tym podobne. Materiał kompozytowy jest wytwarzany przez umieszczenie porowatego materiału wzmacniającego (np. ułożone włókna tlenku glinu, węgiel lub bor), który nie reaguje z atmosferą i płynnym metalem (np. magnez lub glin), w pojemniku mającym otwartą część, następnie wdmuchiwanie zasadniczo czystego tlenu

167 044 do pojemnika oraz zanurzenie pojemnika w kąpieli płynnego metalu, przez co płynny metal infiltruje między przestrzenie materiału wzmacniającego. Publikacja ta ujawnia, że płynny metal reaguje z tlenem występującym w pojemniku, tworząc stałą utlenioną postać metalu, w wyniku wytwarzania próżni w pojemniku, która zasysa płynny metal przez międzyprzestrzenie materiału wzmacniającego i do pojemnika. W rozwiązaniu alternatywnym, publikacja ujawnia umieszczenie elementu pochłaniającego tlen (np. magnez) wewnątrz pojemnika dla reagowania z tlenem w pojemniku w celu wytworzenia próżni, która wspomagana sprężeniem płynnego metalu pod ciśnieniem 50 kg/cm~ argonu powoduje wciąganie płynnego metalu (np. glinu) do pojemnika wypełnionego materiałem wzmacniającym (np. ułożonymi włóknami węglowymi).

Amerykański opis patentowy nr 3 867 177 ujawnia sposób impregnowania porowatego korpusu metalem, poprzez kontaktowanie korpusu metalem aktywującym, a następnie zanurzenie korpusu w metalu wypełniającym. W szczególności w płynnym metalu aktywującym jest zanurzona porowata masa lub sprasowany korpus materiału wypełniacza przez czas wystarczający do całkowitego wypełnienia międzyprzestrzeni za pomocą płynnego metalu aktywującego, według sposobu ujawnionego w opisie patentowym nr 364 976, przytoczonym i rozważanym poniżej. Następnie, po zakrzepnięciu metalu aktywującego, korpus kompozytowy jest całkowicie zanurzony w drugim metalu i utrzymywany tak przez czas wystarczający dla umożliwienia drugiemu metalowi zastąpienie metalu aktywującego w pożądanym zakresie. Następnie umożliwia się ostygnięcie utworzonego korpusu. Jest również możliwe, przynajmniej częściowe usunięcie metalu wypełniacza z wnętrza porowatego korpusu i zastąpienie go przynajmniej trzecim metalem, ponownie przez częściowe lub całkowite zanurzenie porowatego korpusu w płynnym metalu, wymiennym przez wystarczający okres czasu do rozpuszczenia lub dyfuzji pożądanej ilości metalu wymiennego w głąb porowatego korpusu. Otrzymany korpus może również zawierać związki międzymetaliczne metali w międz.yprzestrzeniach pomiędzy materiałem wypełniacza. Zastosowanie procesu wielostopniowego wraz z zastosowaniem metalu aktywującego do utworzenia kompozytu mającego pożądany skład jest kosztowne i czasochłonne. Ponadto ograniczenia w wytwarzaniu, wynikające przykładowo ze zdolności do jednorodnego mieszania się (to jest rozpuszczalność, temperatura topnienia, reaktywność itd.), ograniczają zdolność do dobierania właściwości materiału w pożądanym celu.

Opis patentowy USA nr 3 529 655 ujawnia proces formowania kompozytów magnezu lub stopów magnezu i kryształów węglika krzemu. W szczególności, formę mającą co najmniej jeden otwór połączony z atmosferą i zawierającą kryształy węglika krzemu w wewnętrznej strukturze formy, zanurza się w kąpieli płynnego magnezu, tak że wszystkie otwory w formie znajdują się poniżej powierzchni płynnego magnezu przez czas wystarczający, aby magnez wypełnił pozostającą objętość wnęki formy. W opisie tym jest stwierdzone, że gdy płynny metal wchodzi do wnęki formy, wówczas reaguje z powietrzem tam zawartym, tworząc niewielkie ilości tlenku magnezu i azotku magnezu, przez co powstaje próżnia, która powoduje wciąganie dodatkowego płynnego metalu w głąb wnęki i pomiędzy kryształy węglika krzemu. Wypełniona forma jest następnie wyjmowana z kąpieli płynnego magnezu i chłodzona w celu zakrzępnięcia magnezu w formie.

Opis patentowy USA nr 3 364 976 ujawnia wytwarzanie, samopowstającej próżni w korpusie dla wspomagania wnikania płynnego metalu w głąb korpusu. W szczególności korpus (np. grafitowa lub stalowa forma lub porowaty materiał ogniotrwały) jest całkowicie zanurzony w płynnym metalu, np. magnezie, w stopie magnezu lub stopie aluminium. W przypadku formy, wnęka formy wypełniona gazem np. powietrzem, które reaguje z płynnym metalem, komunikuje się z zewnętrznie umieszczonym płynnym metalem poprzez jeden otwór w formie, gdy forma zanurzona jest w płynnym metalu, wówczas następuje wypełnianie wnęki, w wyniku powstawania próżni wskutek reakcji między gazem we wnęce i płynnym metalem, przy czym w szczególności próżnia jest wynikiem powstawania stałej utlenionej postaci ' metalu.

Kolejny opis patentowy USA nr 3 396 776 ujawnia wytwarzanie, samopowstającej próżni dla wspomożenia penetracji płynnego metalu w głąb korpusu materiału wypełniacza. W szczególności opis ten ujawnia stalowy lub żelazny pojemnik otwarty z jednej strony do atmosfery, przy czym pojemnik ten zawiera cząsteczkowy, porowaty materiał stały, np. koks lub żelazo, a ponadto ten otwarty koniec jest przykryty pokrywą · zawierającą perforację lub otworki przelo167 044 towe o średnicy mniejszej niż rozmiar cząsteczkowy porowatego stałego wypełniacza. W pojemniku znajduje się również atmosfera, np. powietrze, wewnątrz porowatości stałego wypełniacza, który przynajmniej częściowo reaguje z płynnym metalem, np. magnezem, glinem itd. Pokrywa pojemnika jest zanurzona na odpowiednią odległość poniżej powierzchni płynnego metalu dla uniknięcia wnikania powietrza do pojemnika, a ponadto pokrywa tajest utrzymywana poniżej tej powierzchni przez okres czasu wystarczający, aby atmosfera w pojemniku przereagowała z płynnym metalem, tworząc produkt stały. Reakcja pomiędzy atmosferą i płynnym metalem powoduje powstawanie niskiego ciśnienia lub znacznej próżni wewnątrz pojemnika i porowatego ciała stałego, która wciąga płynny metal w głąb pojemnika i w głąb porów porowatego ciała stałego. Proces ten jest dość podobny do procesów ujawnionych w europejskim zgłoszeniu patentowym nr 045 002 i w opisach patentowych USA nr nr 3 867 117, 3 529 655 i 3 364 976 przytoczonych powyżej. Według tych publikacji stosuje się kąpiel płynnego metalu, w której zanurza się pojemnik zawierający materiał wypełniacza, wystarczająco głęboko dla indukowania reakcji pomiędzy gazem we wnęce i płynnym metalem i dla uszczelnienia wnęki płynnym metalem. Powierzchnia płynnej kąpieli osnowy, która podlega utlenianiu w stanie płynnym w wyniku kontaktu z otaczającym powietrzem jest pokryta ochronną warstwą lub topnikiem. Topnik jest odsunięty na bok, gdy pojemnik jest wprowadzany do płynnego metalu, jednakże zanieczyszczenia z topnika pomimo to mogą być wprowadzane do kąpieli płynnego metalu osnowy i lub do pojemnika indukowanego materiału stałego, przeznaczonego do infiltrowania. Tego rodzaju zanieczyszczenia, nawet przy bardzo niskim poziomie wartości mogą mieć szkodliwy wpływ dla tworzenia próżni w pojemniku, jak również dla fizycznych własności otrzymywanego kompozytu, ponadto gdy pojemnik usuwany jest z kąpieli płynnego metalu osnowy a nadmiar metalu osnowy jest odprowadzany z pojemnika, może następować strata metalu osnowy infiltrowanego korpusu w wyniku sił grawitacyjnych.

Odpowiednio do powyższego istnieje potrzeba opracowania prostego i pewnego procesu wytwarzania kompozytów i makrokompozytów z metalową osnową, który nie będzie uzależniony od zastosowania zewnętrznie przykładnego ciśnienia lub próżni, niszczących czynników zwilżających lub zastosowania zbiornika płynnego metalu osnowy, które to sposoby mają podane wyżej niedogodności. Ponadto istnieje potrzeba opracowania procesu, który minimalizuje końcowe operacje skrawaniem, potrzebne do wytworzenia korpusu kompozytowego z metalową osłoną. Wynalazek obecny spełnia te i inne potrzeby przez opracowanie sposobu obejmującego samopowstającą próżnię dla infiltracji materiału (np. materiału ceramicznego), który może być formowany jako forma wstępna płynnym metalem osnowy (np. glin, magnez, brąz, miedź, lane żelazo itd). W obecności atmosfery reakcyjnej (np. powietrze, azot, tlen, itd.) w normalnych ciśnieniach atmosferycznych.

Sposób formowania kompozytu z metalową osnową poprzez infiltrację przepuszczalnej masy wypełniacza zawartego w formie kompozytowej z osnową ceramiczną jest ujawniony w zgłoszeniu patentowym USA nr 142 385 zatytułowanym: Sposób wytwarzania kompozytów z metalową osnową. Według tego sposobu tworzy się formę przez ukierunkowane utlenianie wtopionego metalu prekursora lub metalu macierzystego za pomocą utleniacza dla spowodowania rozwoju lub narastania polikrystalicznego produktu reakcji utleniania, który osadza się przynajmniej w części formy wstępnej, wykonanej z odpowiedniego wypełniacza (określonego jako pierwszy wypełniacz). Utworzona forma kompozytu z ceramiczną osnową jest następnie uzupełniona drugim wypełniaczem, a ten drugi wypełniacz i forma kontaktują się z płynnym metalem, zaś zawartość w formie jest hermetycznie uszczelniona, najczęściej przez wprowadzenie przynajmniej jednego płynnego metalu do wlotu lub otworu, który uszczelnia formę. Hermetycznie uszczelnione złoże może zawierać uwięzione powietrze, jednakże uwięzione powietrze i zawartość formy są izolowane lub tak uszczelnione, aby wykluczyć dostęp lub zamknąć dostęp do zewnętrznego lub otaczającego powietrza. Zastosowanie hermetycznego środowiska pozwala na uzyskanie skutecznej infiltracji drugiego wypełniacza w umiarkowanych temperaturach płynnego metalu, a tym samym unika się lub eliminuje jakąkolwiek konieczność stosowania środków zwilżających, specjalnych składników stopowych w płynnym metalu osnowy, stosowania ciśnienia, stosowania próżni, szczególnych atmosfer gazowych lub innych środków infiltracyjnych.

167 044

Według opisu zgłoszeniowego USA nr 168 284 stop metalu osnowy stanowi pierwsze źródło metalu oraz zbiornik stopu metalu osnowy, który kontaktuje się z pierwszym źródłem metalu, przykładowo w wyniku przepływu grawitacyjnego. Zgodnie z tym opisem, pierwsze źródło stopu płynnego metalu rozpoczyna infiltrację masy materiału wypełniacza przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym i w ten sposób inicjuje się tworzenie kompozytu z metalową osnową. Podczas infiltracji wypełniacza ubywa stopu płynnego metalu osnowy z pierwszego źródła, które w razie potrzeby może być uzupełniane korzystnie w sposób ciągły ze zbiornika płynnego metalu osnowy w miarę kontynuowania infiltracji. Po infiltracji pożądanej ilości przepuszczalnego wypełniacza płynnym stopem osnowy, temperatura zostaje obniżona dla spowodowania zakrzepnięcia stopu, przez co powstaje struktura stała metalu osnowy, osadzona we wzmacniającym materiale wypełniacza. Zastosowanie zbiornika stanowi po prostu jedno rozwiązanie wynalazku, opisane w tym zgłoszeniu i nie jest konieczne łączenie rozwiązania ze zbiornikiem z każdym z odmiennych, opisanych rozwiązań wynalazku, które mogą być korzystne do zastosowania w połączeniu z obecnym wynalazkiem.

Zbiornik metalu może zawierać ilości metalu wystarczające do infiltrowania przepuszczalnej masy materiału wypełniacza we wstępnie ustalonym zbiorniku. Alternatywnie można ewentualnie stosować środki zaporowe w kontakcie z przepuszczalną masą wypełniacza po przynajmniej jednej jego stronie dla wyznaczenia granicy powierzchniowej.

Ponadto, jakkolwiek doprowadzenie płynnego stopu osnowy powinno być przynajmniej wystarczające do umożliwienia zachodzenia infiltracji zasadniczo do granic (np. do granic wyznaczonych środkiem zaporowym) przepuszczalnej masy wypełniacza, to ilość stopu w zbiorniku powinna przekraczać tą wystarczającą ilość, tak aby dla ukończenia infiltracji była dostępna nie tylko wystarczająca ale nawet nadmiarowa ilość stopu osnowy, który może pozostać jako przyłączony do korpusu kompozytowego z metalową osnową. Tam gdzie wystąpi nadmiar płynnego stopu, powstanie złożony korpus kompozytowy (np. maUrokomporyt), w którym infiltrowany materiał wypełniacza mający metalową osnowę będzie bezpośrednio zespojmy z nadmiarem metalu pozostającym w zbiorniku.

Sposób podobnego wytwarzania korpusów makrokkmpozytowych jest ujawniony w opisie zgłoszeniowym USA nr 368 564, stanowiącym kontynuację zgłoszenia patentowego USA nr 269 464. W zgłoszeniach tych są ujawnione rozmaite sposoby wytwarzania korpusów makrkkkmpozytowych poprzez spontaniczną infiltrację przepuszczalnej masy wypełniacza lub formy wstępnej płynnym metalem osnowy i zysaajazie spontanicznie infiltrowanego materiału z przynajmniej jednym innym materiałem takim jak ceramika i/lub metal. Konkretnie, środek wzmacniający infiltrację i/lub prekursor środka wzmacniającego infiltrację i/lub atmosfera infiltracyjna kontaktują się z materiałem wypełniacza lub formy wstępnej w przynajmniej jakimś momencie podczas procesu, co umożliwia spontaniczną infiltrację płynnym metalem osnowy materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Ponadto, przed infiltracją, materiał wypełniacza lub formy wstępnej kontaktuje się z przynajmniej częścią drugiego materiału, tak że po infiltracji, infiltrowany materiał jest zespojmy z drugim materiałem, tworząc tym samym korpus makrokompozytowy. Sposób formowania korpusów kompozytowych z metalową osnową w drodze samopowstającyj próżni, podobny do sposobu według niniejszego wynalazku jest ujawniony we współbieżącym zgłoszeniu patentowym USA, złożonym 18 lipca 1989 i zatytuowanym Sposób wytwarzania korpusów kompozytowych z metalową osnową w drodze procesu samkpkwstającej próżni i produkty tak otrzymane. Zgłoszenie to ujawnia sposób, w którym płynny metal osnowy kontaktuje się z materiałem wypełniacza lub formy wstępnej w obecności atmosfery reakcyjnej, i przynajmniej w jakimś momencie procesu płynny metal osnowy reaguje częściowo lub całkowicie z atmosferą reakcyjną, powodując tym samym infiltrację płynnego metalu osnowy w materiał wypełniacza lub formy wstępnej, przynajmniej częściowo w wyniku wytwarzania samoaowstającyj próżni. Tego rodzaju infiltracja w wyniku samopowstającej próżni zachodzi bez stosowania jakiegokolwiek zewnętrznego ciśnienia lub próżni.

W sposobie według niniejszego wynalazku wytwarza się korpus makrkkompkzytowy z metalową osnową, poprzez stosowanie technologii samopowstającyj próżni, w której płynny metal osnowy infiltruje przepuszczalną masę materiału wypełniacza lub formy wstępnej, znajdującej się w nieprzepuszczalnym pojemniku.

167 044

Sposób wytwarzania kształtowego korpusu kompozytowego z metalową osnową, zgodnie z wynalazkiem charakteryzuje się tym, że zestawia się układ reakcyjny, złożony z metalu osnowy, atmosfery reakcyjnej, nieprzepuszczalnego pojemnika, przepuszczalnej masy zawierającej co najmniej jeden materiał wybrany z grupy składającej się z luźnej masy wypełniacza i formy wstępnej wypełniacza, oraz co najmniej jeden dodatkowy korpus umieszczony w sąsiedztwie tej przepuszczalnej masy, a następnie tak zestawiony układ reakcyjny uszczelnia się względem atmosfery otoczenia, zewnętrznej w stosunku do układu reakcyjnego, stosując co najmniej jedno uszczelnienie wybrane z grupy obejmującej uszczelnienie zewnętrzne, samoistne uszczelnienie fizyczne i samoistne uszczelnienie chemiczne, tak że doprowadza się do różnicy ciśnień między tą atmosferą reakcyjną i atmosferą otoczenia, po czym uszczelniony układ reakcyjny ogrzewa się dla stopienia metalu osnowy i przynajmniej częściowego infiltrowania co najmniej jednego korpusu płynnym metalem osnowy tak, że tworzy się korpus kompozytowy z metalową osnową integralnie połączony w całość lub zespojony z tym wymienionym co najmniej jednym dodatkowym korpusem.

Układ reakcyjny uszczelnia się przez odizolowanie całkowite atmosfery reakcyjnej od atmosfery otoczenia. Podczas przynajmniej części infiltrowania płynnego metalu osnowy w głąb przepuszczalnej masy wywołuje się różnicę ciśnień. Jako metal osnowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej aluminium, magnez, brąz, miedź i żeliwo. W układzie reakcyjnym stosuje się co najmniej jeden środek zwiększający zwilżalność oraz co najmniej jeden środek ułatwiający uszczelnienie. Jako uszczelnienie zewnętrzne stosuje się co najmniej jeden materiał szklisty.

Zgodnie z wynalazkiem, jako samoistne uszczelnienie chemiczne stosuje się produkt rekacji metalu osnowy i atmosfery otoczenia, jako samoistne uszczelnienie fizyczne stosuje się zwilżanie nieprzepuszczalnego pojemnika metalem osnowy, oraz jako samoistne uszczelnienie chemiczne stosuje się produkt reakcji metalu osnowy i nieprzepuszczalnego pojemnika.

Korzystnie, przeprowadza się reakcję przynajmniej części atmosfery reakcyjnej z co najmniej jednym materiałem wybranym z grupy obejmującej materiał osnowy, materiał wypełniacza i materiał nieprzepuszczalnego pojemnika. Również korzystnie środek zwiększający zwilżalność stapia się z metalem osnowy. Na przynajmniej części powierzchni przepuszczalnej masy stosuje się środek zaporowy, przy czym jako środek zaporowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej węgiel, grafit, dwuborek tytanu, tlenek glinu i stal nierdzewną, a ponadto ten środek zaporowy jest zasadniczo niezwilżalny metalem osnowy.

Alternatywnie, jako środek zwiększający zwilżalność stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej magnez, bizmut, ołów i cynę, przy czym jako metal osnowy stosuje się aluminium. Również alternatywnie, jako środek zwiększający zwilżalność stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej selen, tellur i siarkę, przy czym jako metal osnowy stosuje się brąz i/lub miedź.

Według wynalazku jako przepuszczalną masę stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej proszki, płatki, płytki, mikrokuleczki, kryształki, pęcherzyki, włókna, cząsteczki, maty włókniste, cięte włókna, kulki, granulki, rurki i tkaniny ogniotrwałe. Jako wypełniacz stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenki, węgliki, borki i azotki. Jako materiał nieprzepuszczalnego pojemnika stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej ceramikę, metal, szkło i polimer. Jako metal osnowy stosuje się materiał wybrany z grupy obejmującej aluminium, miedź i brąz, zaś jako materiał nieprzepuszczalnego pojemnika stosuje się stal nierdzewną lub alternatywnie stosuje się tlenek glinu lub węglik krzemu. W sposobie według wynalazku, jako atmosferę reakcyjną stosuje się atmosferę zawierającą tlen i/lub azot. W przypadku, gdy jako metal osnowy stosuje się aluminium, lub stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej brąz, miedź i żeliwo, wówczas jako atmosferę reakcyjną stosuje się powietrze, tlen lub azot.

Zgodnie z wynalazkiem stosuje się temperaturę układu reakcyjnego wyższą niż temperatura topnienia metalu osnowy, lecz niższą niż temperatura ulatniania metalu osnowy i temperatura topnienia wypełniacza. Korzystnie, układ reakcyjny ogrzewa się do temperatury około 700°C - 1000°C dla metalu osnowy stanowiącego aluminium, do około 1050°C - 1125^OC dla metalu osnowy stanowiącego brąz lub miedź i do około 1250°C - 1400°C dla metalu osnowy

167 044 stanowiącego żeliwo. Również korzystnie w sposobie według wynalazku jako wypełniacz stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenek glinu, węglik boru, azotek tytanu i ich mieszaniny. Szczególnie korzystne efekty są uzyskiwane, gdy krzepnięcie przynajmniej kompozytowej części z metalową osiową korpusu makrokompozytowego ukierunkowuje się. Według wynalazku, jako materiał dodatkowego korpusu stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej metal, ceramikę, kompozyt z osnową ceramiczną, kompozyt z osnową metalową i ich kombinacje.

Zastosowana w niniejszym opisie terminologia ma następujące, podane niżej definicje:

Strona stopowa oznacza tę stronę kompozytu z metalową osnową, która początkowo kontaktuje się z płynnym metalem osnowy, zanim ten płynny metal będzie infiltrował przepuszczalną masę materiału wypełniacza lub formy wstępnej.

Aluminium oznacza zasadniczo czysty metal (np. stosunkowo czysty, dostępny w handlu, niestopiony glin (lub inne klasy metalu i stopów metalu, takie jak dostępne w handlu metale mające zanieczyszczenia i/lub składniki stopowe, takie jak żelazo, krzem, miedź, magnez, mangan, chrom, cynk itd. Stop aluminium, według tego określenia, stanowi stop lub związek międzymetaliczny, w którym głównym składnikiem jest glin.

Atmosfera otoczenia oznacza atmosferę na zewnątrz materiału wypełniacza lub formy wstępnej oraz nieprzepuszczalnego pojemnika. Może ona mieć zasadniczo te same składniki, co atmosfera reakcyjna lub może mieć odmienne składniki.

Zapora lub środek zaporowy w połączeniu z kompozytowymi korpusami z metalową osnową, oznaczają dowolne, odpowiednie środki, które przeszkadzają, hamują, zapobiegają lub uniemożliwiają migrację, ruch itp. płynnego metalu osnowy poza granicę powierzchni przepuszczalnej masy materiału wypełniacza lub formy wstępnej, tam gdzie taka granica powierzchniowa jest określona poprzez taki środek zaporowy. Odpowiednim środkiem zaporowym może być dowolny taki materiał, związek, pierwiastek, mieszanina, lub t.p., które w warunkach procesu utrzymują pewną całość i nie są zasadniczo lotne (tzn. materiał zaporowy nie może się ulatniać w takim stopniu, aby nie spełniał funkcji zapory).

Ponadto odpowiedni środek zaporowy zawiera materiały, które są albo zwilżalne lub niezwilżalne migrującym płynnym metalem osnowy w stosowanych warunkach procesu, dopóki zwilżanie środka zaporowego nie postępuje zasadniczo poza powierzchnię materiału zaporowego t.j. (zwilżanie powierzchni). Zapora tego rodzaju wykazuje zasadniczo małe lub żadne powinowactwo względem płynnego metalu osnowy, zaś ruch poza określoną granicę powierzchniową masy materiału wypełniacza lub formy wstępnej jest zatrzymany lub wyhamowany przez środek zaporowy. Zapora redukuje konieczność jakiejkolwiek obróbki końcowej lub szlifowania, które może być potrzebne i wyznacza przynajmniej część powierzchni otrzymywanego produktu kompozytowego z metalową osnową.

Zespojony oznacza dowolny sposób łączenia pomiędzy dwoma korpusami. Łączenie może być fizyczne i/lub chemiczne i/lub mechaniczne, fizyczne połączenie wymaga, aby przynajmniej jeden z korpusów, zwykle w stanie płynnym, infiltrował przynajmniej część mikrostruktury drugiego korpusu. Zjawisko to jest znane jako zwilżenie. Chemiczne łączenie wymaga, aby przynajmniej jeden z dwóch korpusów reagował chemicznie z drugim korpusem, tworząc przynajmniej jedno wiązanie chemiczne pomiędzy dwoma korpusami. Jednym ze sposobów mechanicznego łączenia pomiędzy dwoma korpusami jest makroskopowa infiltracja przynajmniej jednego z dwóch korpusów w głąb wnętrza drugiego korpusu. Przykładem jest infiltracja przynajmniej jednego z dwóch korpusów w głąb rowka lub szczeliny na powierzchni drugiego korpusu. Tego rodzaju mechaniczne łączenie nie obejmuje mikroskopowej infiltracji lub zwilżania, jednakże może być stosowane w połączeniu z tego rodzaju łączeniem fizycznym.

Dodatkowy sposób mechanicznego łączenia obejmuje tego rodzaju technikę jak pasowanie skurczowe, w którym jeden korpus jest przymocowany do drugiego poprzez pasowanie tłoczne. Według tego sposobu mechanicznego łączenia jeden z korpusów jest umieszczony poprzez wtłaczanie na drugim korpusie.

Brąz oznacza stop bogaty w miedź, który może zawierać żelazo, cynę, cynk, glin, krzem, beryl, magnez, i/lub ołów. Szczególne stopy brązu stanowią te stopy, których zawartość miedzi

167 044 wynosi około 90% wagowo, zawartość krzemu wynosi około 6% wagowo, a zawartość żelaza wynosi około 3% wagowo.

Karkas lub karkas metalu osnowy oznacza dowolny pozostający korpus metalu osnowy, który pozostał nieskonsumowany podczas tworzenia korpusu kompozytowego z metalową osnową i który zwykle, jeżeli pozostanie pozostawiony do ostygnięcia to pozostaje przynajmniej w częściowym kontakcie z utworzonym korpusem kompozytowym z metalową osnową. Karkas może zawierać również drugi lub obcy metal.

Żeliwo oznacza rodzinę lanych stopów żelaza, w których zawartość węgla wynosi przynajmniej około 2 % wagowo.

Miedź oznacza handlowe klasy zasadniczo czystego metalu np. 99% wagowo miedzi z zawartymi zmiennymi ilościami zanieczyszczeń. Ponadto określenie to oznacza również metale stanowiące stopy lub związki międzymetaliczne, które nie mieszczą się w określeniu brązu i które zawierają miedź jako składnik główny.

Wypełniacz oznacza albo pojedyncze składniki lub mieszaniny składników, które zasadniczo nie reagują i/lub mają ograniczoną rozpuszczalność metalu osnowy i mogą być pojedyncze lub wielofazowe. Wypełniacze mogą być stosowane w dużej rozmaitości postaci takich jak proszki, płatki, płytki, mikrokuleczki, kryształki, pęcherzyki itd. i mogą być gęste i porowate. Wypełniacz może również oznaczać ceramiczne wypełniacze takie jak tlenki glinu lub węglik krzemu w postaci włókien, włókien ciętych, cząsteczek, kryształków, pęcherzyków, kuleczek, mat włóknistych lub tp.,oraz wypełniacze powlekane ceramicznie takie jak włókna węglowe powlekane tlenkiem glinu lub węglikiem krzemu dla ochrony węgla przed oddziaływaniem przykładowo płynnego glinowego metalu macierzystego. Wypełniacze mogą również stanowić metale.

Nieprzepuszczalny pojemnik oznacza pojemnik, który może zawierać atmosferę reakcyjną i materiał wypełniacza (lub formy wstępnej) i/lub płynny metal osnowy i/lub środek uszczelniający w warunkach procesu, i który jest wystarczająco nieprzepuszczalny względem przenoszenia gazów lub oparów poprzez pojemnik, także może być ustalona różnica ciśnień pomiędzy otaczającą atmosferą a atmosferą reakcyjną.

Makrokompozyt lub korpus makrokompozytowy oznacza dowolne połączenie dwóch lub więcej materiałów wybranych z grupy zawierającej ceramiczną osnowę, kompozyt z ceramiczną osnową, korpus metalowy i kompozyt z osnową metaliczną, które są zespojone ze sobą w dowolnej konfiguracji, przy czym przynajmniej jeden z tych materiałów stanowi kompozyt z osnową metalową, utworzony w drodze samopowstającej próżni. Kompozytowy korpus z metalową osnową może występować jako powierzchnia zewnętrzna i/lub jako powierzchnia wewnętrzna. Ponadto, kompozytowy korpus z metalową osnową może stanowić warstwę pośrednią pomiędzy dwoma lub więcej materiałami z grupy podanej powyżej. Należy stwierdzić, że układ, liczba i/lub położenie kompozytowego korpusu lub korpusów z metalową osnową względem pozostałego metalu osnowy i/lub dowolnego materiału z grupy podanej powyżej, mogą być zmieniane lub kontrolowane w nieograniczony sposób.

Metal osnowy lub stop metalu osnowy oznacza metal stosowany do wytwarzania kompozytu z metalową osnową (np. przed infiltracją) i/lub ten metal, który jest zmieszany z materiałem wypełniacza dla utworzenia korpusu kompozytowego z metalową osnową (np. po infiltracji). Gdy jako metal osnowy jest wymieniany szczególny metal, to należy rozumieć, że ten metal osnowy zawiera ten metal jako zasadniczo czysty, lub handlowo dostępny metal, zawierający zanieczyszczenia i/lub składniki stopowe, związek międzymetaliczny lub stop, w którym ten metal stanowi główny lub dominujący składnik.

Kompozyt z metalową osnową oznacza materiał zawierający dwu- lub trójwymiarowo połączony stop lub metal osnowy, który został osadzony w formie wstępnej lub materiale wypełniacza. Metal osnowy może zawierać rozmaite składniki stopowe dla uzyskania szczególnie pożądanych własności mechanicznych i fizycznych w otrzymanym kompozycie.

Metal odmienny od metalu osnowy oznacza metal, który nie zawiera jako składnik główny tego samego metalu co metal osnowy (np. jeżeli składnikiem głównym metalu osnowy jest glin wówczas metal odmienny może mieć składnik w postaci przykładowo niklu).

167 044

Forma wstępna lub przypuszczalna forma wstępna oznacza porowatą masę wypełniacza lub materiału wypełniacza, który jest wytwarzany z przynajmniej jedną granicą powierzchniową, która zasadniczo określa granicę infiltracji metalu osnowy, przy czym taka masa utrzymuje wystarczającą nierozdzielność kształtu i wytrzymałość w stanie surowym dla uzyskania wierności wymiarowej bez potrzeby stosowania jakichkolwiek zewnętrznych środków podporowych przed infiltracją za pomocą metalu osnowy. Masa ta powinna być wystarczająco porowata dla umożliwienia infiltracji metalu osnowy. Forma wstępna zwykle zawiera związany układ wypełniacza albo niejednorodny i może być zbudowana z dowolnego odpowiedniego materiału (np. ceramiczne i/lub metalowe cząsteczki, proszki, włókna, kryształki itd. i dowolne ich połączenie). Forma wstępna może występować albo pojedynczo lub jako zespół.

Układ reakcyjny oznacza połączenie materiałów, które wykazują infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza lub formy wstępnej na zasadzie samopowstającej próżni. Układ reakcyjny zawiera przynajmniej nieprzepuszczalny pojemnik zawierający przepuszczalną masą materiału wypełniacza lub formy wstępnej, atmosferę reakcyjną i metal osnowy.

Atmosfera reakcyjna oznacza atmosferę, która może reagować z metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza (lub formy wstępnej) i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem dla utworzenia samopowstającej próżni, powodujący tym samym infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza (lub formy wstępnej) po utworzeniu samopowstającej próżni.

Zbiornik oznacza oddzielną bryłę metalu osnowy z tak usytuowaną względem masy wypełniacza lub formy wstępnej, że gdy metal znajduje się w stanie płynnym to może on wpływać dla uzupełnienia, lub w niektórych przypadkach dla początkowego otrzymania i następnego uzupełnienia, tej części odcinka lub źródła metalu osnowy, która znajduje się w kontakcie z wypełniaczem lub formą wstępną.

Uszczelnienie lub środek uszczelniający oznacza nieprzepuszczające gazu uszczelnienie w warunkach procesu utworzone niezależnie (np. zewnętrzne uszczelnienie) lub utworzone w układzie reakcyjnym (np. uszczelnienie samoistne), które izoluje atmosferę otoczenia od atmosfery reakcyjnej. Uszczelnienie lub środek uszczelniający może mieć skład odmienny od składu metalu osnowy.

Środek ułatwiający uszczelnienie oznacza materiał, który ułatwia tworzenie się uszczelnienia po reakcji metalu osnowy z otaczającą atmosferą i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem i/lub materiałem wypełniacza lub formy wstępnej. Materiał ten może być dodawany do metalu osnowy, zaś obecność środka ułatwiającego uszczelnienie metalu osnowy może polepszyć właściwości otrzymywanego korpusu kompozytowego.

Drugi materiał oznacza materiał wybrany z grupy na którą składa się korpus z osnową ceramiczną, korpus kompozytowy z osnową ceramiczną, korpus metalowy i korpus kompozytowy z metalową osnową.

Środek polepszający zwilżalność oznacza dowolny materiał, który po dodaniu do metalu osnowy i/lub materiału wypełniacza lub formy wstępnej polepsza zwilżalność (np. zmniejsza napięcie powierzchniowe płynnego metalu osnowy) materiału wypełniacza lub formy wstępnej poprzez płynny metal osnowy. Obecność środka polepszającego zwilżalność może również polepszyć właściwości otrzymywanego korpusu kompozytowego z metalową osnową poprzez przykładowo polepszenie związania pomiędzy metalem osnowy a materiałem wypełniacza.

Przedmiot wynalazku zostanie uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok przekrojowy typowego układu sposobu według obecnego wynalazku, w którym zastosowano zewnętrzne środki uszczelniające, fig. 2 - uproszczony schemat blokowy sposobu według obecnego wynalazku zastosowanego do standardowego układu, fig. 3 - fotografię poziomego przekroju finalnego korpusu makrokompozytowego uzyskanego w przykładzie 1, fig. 4 - widok z góry czterech szczelin w górnej powierzchni kompozytowego korpusu z ceramiczną osnową, stosowanego w przykładach 2, 3, 4, 5 i 7, fig. 5 - zdjęcie finalnego korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 2, fig. 6 - pionowy przekrój korpusu makrokompozytowego utworzonego w przykładzie 3, fig. 7 - pionowy przekrój korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 4, fig. 8 - zdjęcie korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 4, fig. 9 - pionowy

167 044 przekrój korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 5, fig. 10 - zdjęcie finalnego korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 5, fig. 11 - pionowy przekrój zespołu stosowanego do wytworzenia korpusu makrokompozytowego według przykładu 6, fig. 12 - zdjęcie finalnego korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 6, fig. 13-pionowy przekrój korpusu makrokompozytowego utworzonego w przykładzie 7, fig. 14 - zdjęcie wykończonego korpusu makrokompozytowego utworzonego w przykładzie 7, fig. 15 - widok poziomego przekroju cylindrycznego korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 8, fig. 16 - pionowy przekrój korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 9, fig. 17 - zdjęcie poziomego przekroju korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 9, fig. 18 - poziomy przekrój korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 10, fig. 19 - zdjęcie poziomego przekroju korpusu makrokompozytowego utworzonego w przykładzie 11, fig. 20 - zdjęcie poziomego przekroju finalnego korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 12, fig. 21 - poziomy przekrój korpusu makrokompozytowego utworzonego w przykładzie 13, fig. 22 - pionowy przekrój korpusu makrokompozytowego utworzonego w przykładzie 14, fig. 23 - zdjęcie poziomego przekroju finalnego dwuwarstwowego korpusu makrokompozytowego, utworzonego w przykładzie 15.

Na figurze 1 - jest przedstawiony typowy układ 30 do wytwarzania makrokompozytu z metalową osnową zawierającego korpus kompozytowy z metalową osnową, zespojony z drugim materiałem, przy czym kompozytowy korpus z metalową osnową jest utworzony w drodze techniki stosowania samopowstającej próżni według wynalazku. Materiał wypełniacza lub formy wstępnej 31, które mogą być z dowolnego odpowiedniego materiału jak rozważono szczegółowo poniżej, umieszcza się w sąsiedztwie drugiego materiału, przykładowo kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną, 29 w nieprzepuszczalnym pojemniku 32, mogącym pomieścić płynny metal osnowy 33 i atmosferę reakcyjną. Przykładowo, materiał wypełniacza 31 może się kontaktować z atmosferą reakcyjną np. tą atmosferą, która występuje wewnątrz porowatości materiału wypełniacza lub formy wstępnej przez czas wystarczający na umożliwienie atmosferze reakcyjnej na wnikanie częściowo lub zasadniczo całkowicie w materiał wypełniacza 31 w nieprzepuszczalnym pojemniku 32. Metal osnowy 33 w postaci albo płynnej albo w postaci stałego wlewka, jest następnie umieszczony w kontakcie z materiałem wypełniacza

31. Jak opisano szczegółowo poniżej w rozwiązaniu zalecanym, zastosowano uszczelnienie zewnętrzne lub środki uszczelniające 34, przykładowo na powierzchni metalu osnowy 33 dla izolowania atmosfery reakcyjnej względem atmosfery otoczenia 37. Środki uszczelniające, zewnętrzne lub samoistne, w temperaturze pokojowej mogą oddziaływać jako środki uszczelniające albo nie, natomiast w warunkach procesu powinny oddziaływać jako środki uszczelniające np. w temperaturze topnienia albo powyżej temperatury topnienia metalu osnowy. Następnie układ 30 jest umieszczany w piecu, który ma albo temperaturę pokojową lub został wstępnie ogrzany w przybliżeniu do temperatury procesu. W warunkach procesu piec pracuje w temperaturze powyżej temperatury topnienia metalu osnowy dla umożliwienia infiltracji płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza lub formy wstępnej i do zetknięcia z przynajmniej częścią drugiego materiału wskutek powstawania samowytwarzającej się próżni.

Na figurze 2 - jest pokazany uproszczony schemat blokowy etapów procesu do prowadzenia sposobu według obecnego wynalazku. W etapie (1) wytwarza się odpowiedni nieprzepuszczalny pojemnik, posiadający odpowiednie właściwości opisane bardziej szczegółowo poniżej. Przykładowo jako forma wstępnajest odpowiedni, zwykły otwarty od góry stalowy cylinder np. ze stali nierdzewnej. Stalowy pojemnik może następnie ewentualnie być wyłożony grafitową taśmą grafoil, grafoil stanowi znak handlowy UNION CARBIDE dla ułatwienia wyjmowania korpusu kompozytowego z metalową osnową, który ma być utworzony w pojemniku. Jak opisano bardziej szczegółowo poniżej dla ułatwienia wyjmowania korpusu makrokompozytowego z metalową osnową z pojemnika lub formy można stosować inne materiały, takie jak B2 O3 wdmuchiwane do wnętrza pojemnika lub cynę dodawaną do metalu osnowy. Następnie pojemnik można załadować pożądaną ilością odpowiedniego materiału wypełniacza lub formy wstępnej, który ewentualnie może być przynajmniej częściowo pokryty następną warstwą taśmy grafoil. Ta warstwa taśmy grafitowej ułatwia oddzielanie korpusu makrokompozytowego metalu

167 044 osnowy od dowolnego karkasu z metalu osnowy pozostającego po infiltracji materiału wypełniacza.

Następnie do pojemnika można zalać określoną ilość płynnego metalu osnowy np. glinu, brązu, miedzi, żeliwa, magnezu itd. Pojemnik powinien mieć temperaturę pokojową lub może być podgrzany wstępnie do dowolnej temperatury. Ponadto metal osnowy powinien początkowo mieć postać stałych wlewków metalu osnowy, a następnie powinien być podgrzany dla stopienia wlewków. Następnie można zastosować odpowiednie środki uszczelniające opisane szczegółowo poniżej wybrane z grupy zawierającej zewnętrzne środki uszczelniające i samoistne środki uszczelniające. Przykładowo, jeżeli pożądane jest otworzenie zewnętrznego uszczelniania, wówczas na powierzchnię kąpieli płynnego metalu osnowy w pojemniku można zastosować zewnętrzne środki uszczelniające takie jak szkliwo np. B2O3. Szkliwo następnie topi się, zwykle przykrywając powierzchnię kąpieli, jednakże jak opisano szczegółowo poniżej nie jest wymagane pełne przykrycie. Po skontaktowaniu płynnego metalu osnowy z materiałem wypełniacza lub formy wstępnej i uszczelnienie materiału osnowy i/lub materiału wypełniacza względem atmosfery otoczenia za pomocą zewnętrznych środków uszczelniających, pojemnik ustawia się w odpowiednim piecu, który może być wstępnie ogrzany do temperatury procesowej na odpowiedni okres czasu dla umożliwienia zajścia infiltracji. Temperatura procesowa pieca może być różna dla rozmaitych metali osnowy przykładowo około 950°C dla niektórych stopów glinu i około 1100°C dla niektórych stopów brązu. Odpowiednia temperatura procesowa będzie ulegała zmianie w zależności od temperatury topnienia i innych właściwości metalu osnowy, jak również szczególnych właściwości składników w układzie reakcyjnym i środków uszczelniających. Po odpowiednim upływie czasu w temperaturze w piecu, powstanie próżnia opisana szczegółowo poniżej wewnątrz materiału wypełniacza lub formy wstępnej, tym samym umożliwiając infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb formy wstępnej i kontakt z przynajmniej częścią przynajmniej jednego innego materiału. Następnie pojemnik można wyjąć z pieca i ochłodzić, przez ustawienie go na płycie chłodzącej dla kierunkowego krzepnięcia metalu osnowy. Makrokompozytowy korpus można następnie wyjąć z pojemnika w dowolny odpowiedni sposób.

Powyższe opisy fig. 1 i fig. 2 dotyczą najbardziej istotnych cech obecnego wynalazku. Dalsze szczegóły etapów procesów i właściwości materiałów, które można zastosować w procesie są przedstawione poniżej.

Uważa się, że gdy odpowiedni metal osnowy zwykle w stanie płynnym, kontaktuje się z odpowiednim materiałem wypełniacza lub formy wstępnej umieszczonym w sąsiedztwie lub w kontakcie z przynajmniej jednym innym materiałem w obecności odpowiedniej atmosfery reakcyjnej w nieprzepuszczalnym pojemniku, wówczas pomiędzy atmosferą reakcyjną a płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza lub formy wstępnej i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem może zachodzić reakcja, która prowadzi do uzyskania produktu reakcji np. stałego, płynnego albo w postaci pary, który zajmuje mniejszą objętość niż początkowa objętość zajęta przez składniki reakcyjne. Gdy atmosfera reakcyjna jest izolowana od atmosfery otoczenia, wówczas w przepuszczalnym materiale wypełniacza lub formy wstępnej może powstać próżnia, która wciąga płynny metal osnowy do pustych przestrzeni materiału wypełniacza. Dodatkowo powstawanie próżni może wzmagać zwilżalność. Kontynuowanie reakcji pomiędzy atmosferą reakcyjną a płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza lub formy wstępnej i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem może powodować rezultat w postaci infiltracji metalem osnowy materiału wypełniacza lub formy wstępnej, gdy wytwarzana jest dodatkowa próżnia. Reakcja może być kontynuowana przez czas wystarczający dla umożliwienia płynnemu metalowi osnowy infiltracji częściowo lub zasadniczo całkowicie masy materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Materiał wypełniacza lub formy wstępnej powinien być wystarczająco przepuszczalny dla umożliwienia przepuszczania atmosfery reakcyjnej, przynajmniej częściowo poprzez masę materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Ponadto, w celu utworzenia makrokompozytowego korpusu, płynny metal osnowy powinien w takim stopniu infiltrować masę materiału wypełniacza lub formy wstępnej, aby płynny metal osnowy kontaktował się przynajmniej z jednym innym materiałem.

167 044

Rozważane są rozmaite metale osnowy, które w pewnym momencie, podczas wytwarzania kompozytu z metalową osnową kontaktują się z atmosferą reakcyjną. Z tego względu wymienia się rozmaite szczególne kombinacje metal osnowy/atmosfera reakcyjna lub układy, które wykazują powstawanie samowytwarzającej się próżni. Konkretnie samopowstawanie próżni można zaobserwować w układzie glin/powietrze, glin/tlen, glin/azot, brąz/powietrze, brąz/azot, miedź/powietrze, miedź/azot, i żeliwo/powietrze. Jednakże należy uwzględnić, że w podobny sposób mogą zachowywać się inne układy metali osnowy/atmosfera reakcyjna.

Dla praktycznego wykorzystania techniki samopowstającej próżni według obecnego wynalazku, konieczne jest, aby atmosfera reakcyjna była fizycznie odizolowana od atmosfery otoczenia, tak aby zmniejszone ciśnienie atmosfery reakcyjnej, panujące podczas infiltracji, nie było w sposób istotny zakłócane przez jakikolwiek gaz przenoszony z atmosfery otoczenia. Nieprzepuszczalny pojemnik stosowany w sposobie według wynalazku, może stanowić pojemnik o dowolnym wymiarze, kształcie i/lub składzie, który może ale nie musi reagować z metalem osnowy i/lub atmosferą reakcyjną i który jest nieprzepuszczalny względem atmosfery otoczenia w warunkach procesu. Konkretnie nieprzepuszczalny pojemnik może zawierać dowolny materiał np. ceramikę, metal, szkło, polimer itd., który dostosuje się do warunków procesu i który utrzyma kształt i wielkość oraz uniemożliwi lub wystarczająco zahamuje przenoszenie atmosfery otoczenia poprzez pojemnik. Stosując pojemnik wystarczająco nieprzepuszczalny względem przenoszenia atmosfery, możliwe jest utworzenie samopowstającej próżni wewnątrz tego pojemnika. Ponadto w zależności od szczególnego układu reakcji można zastosować nieprzepuszczalny pojemnik, który będzie przynajmniej częściowo reagował z atmosferą reakcyjną i/lub materiałem osnowy i/lub materiałem wypełniacza, dla wytworzenia lub wspomagania wytworzenia samopowstającej próżni wewnątrz pojemnika.

Odpowiedni nieprzepuszczalny pojemnik powinien nie posiadać porów, pęknięć lub podatnych na redukcję tlenków, które mogą przeszkadzać w powstawaniu lub utrzymaniu samowytwarzającej się próżni. Do wykonania nieprzepuszczalnych pojemników można zastosować' rozmaite materiały. Przykładowo można zastosować formowany lub odlewany tlenek glinu lub węglik krzemu, jak również metale mające ograniczoną lub niską rozpuszczalność metalu osnowy, np. stal nierdzewna dla glinu, miedzi i metali z osnową z brązu.

Ponadto można stosować materiały porowate np. korpusy ceramiczne, które mogą stać się nieprzepuszczalne przez utworzenie, przynajmniej na ich części odpowiedniej powłoki. Tego rodzaju powłoki mogą stanownć rozmaite szkliwa i żele odpowiednie do wiązania i uszczelniania tego rodzaju materiałów porowatych. Ponadto odpowiednią powlokę nieprzepuszczalną może s^^an^owić płyn w temperaturach procesowych, w którym to przypadku materiał powłoki, powinien być wystarczająco stabilny dla utrzymania nieprzepuszczalności w warunkach samopowstającej próżni, przykładowo przez lepkie przyleganie do pojemnika lub materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Odpowiednie materiały powłokowe stanowią materiały szkliste np. B₂O 3 chlorki, węglany itd., ponieważ rozmiar porów wypełniacza lub formy wstępnej jest wystarczająco mały, aby powłoka mogła skutecznie blokować te pory, tworząc powłokę nieprzepuszczalną.

Metal osnowy stosowany w osnowie według wynalazku może stanowić dowolny metal osnowy, który po stopieniu w warunkach procesu, infiltruje materiał wypełniacza lub formy wstępnej po utworzeniu próżni wewnątrz materiału wypełniacza. Przykładowo metalem osnowy może być dowolny metal lub składnik wewnątrz metalu, który reaguje z reakcyjną atmosferą w warunkach procesu, częściowo lub całkowicie, powodując tym samym infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza lub formy wstępnej w wyniku przynajmniej częściowo wytwarzania w nich próżni. Ponadto, w zależności od stosowanego układu, metal osnowy może częściowo lub całkowicie nie reagować z atmosferą reakcyjną, zaś próżnia może powstawać w wyniku reakcji atmosfery reakcyjnej z ewentualnie z jednym lub więcej składników układu reakcyjnego, umożliwiając tym samym infiltrację materiału wypełniacza metalem osnowy.

W rozwiązaniu zalecanym, metal osnowy może być stopiony ze środkiem polepszającym zwilżalność dla ułatwienia zwilżalności metalu osnowy, a tym samym, dla przykładowo ułatwienia wiązania pomiędzy metalem osnowy a wypełniaczem, redukowania porowatości w wytwo16

167 044 rzonym kompozycie z metalową osnową, zmniejszania ilości czasu potrzebnego do infiltracji itd. Ponadto materiał, który zawiera środek wzmagający zwilżalność może także oddziaływać jako środek ułatwiający uszczelnianie jak opisano poniżej dla wspomagania izolowania atmosfery reakcyjnej względem atmosfery otoczenia. Ponadto w następnym rozwiązaniu zalecanym, środek wzmagający zwilżanie może być wprowadzony bezpośrednio do materiału wypełniacza zamiast stopienia z metalem osnowy. Środek wzmagający zwilżalność może również ułatwić podatność na zwilżanie metalu osnowy tym przynajmniej jednym innym materiałem, umożliwiając tym samym wytwarzanie mocniejszego i bardziej spójnego korpusu makrokompozytowego.

Zwilżanie materiału wypełniacza materiałem osnowy może polepszyć właściwości np. wytrzymałość na rozciąganie, odporność na erozję itd. otrzymywanego korpusu kompozytowego z metalową osnową. Ponadto zwilżanie materiału wypełniacza płynnym metalem osnowy może umożliwić jednolite rozproszenie wypełniacza poprzez utworzony kompozyt z metalową osnową i polepszyć wiązanie wypełniacza względem metalu osnowy. Skuteczne środki wzmagające zwilżanie dla glinowego metalu osnowy stanowią magnez, bizmut, ołów, cyna itd., zaś dla brązu i miedzi stanowią selen, telur, siarkę itd. Ponadto, jak podano powyżej, dla polepszenia otrzymywanych właściwości pożądanego korpusu kompozytowego z metalową osnową można dodać przynajmniej jeden środek zwiększający zwilżalność do metalu osnowy i/lub do materiału wypełniacza.

Ponadto, możliwe jest stosowanie zbiornika z metalową osnową dla zapewnienia całkowitej infiltracji metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza i/lub dla dostarczenia drugiego metalu, który ma odmienny skład od pierwszego źródła metalu osnowy. Konkretnie, w niektórych przypadkach może być pożądane stosowanie metalu osnowy w zbiorniku, różniącego się składem od pierwszego źródła metalu osnowy. Przykładowo, jeżeli jako pierwsze źródło metalu osnowy jest stosowany stop glinu, wówczas jako metal rezerwowy może być stosowany jakikolwiek inny metal, który jest płynny w temperaturze procesowej. Płynne metale bardzo często mieszają się ze sobą, co prowadzi do tego, że metal rezerwowy miesza się z pierwszym źródłem metalu osnowy, jeżeli będzie wystarczająca ilość czasu na wystąpienie tego zmieszania. Tak więc stosuj ąc metal rezerwowy o odmiennym składzie od pierwszego źródła metalu osnowy dla spełniania rozmaitych warunków roboczych i tym samym dobieranie właściwości korpusu kompozytowego z metalową osnową.

Temperatura, na jaką jest wystawiony układ reakcyjny, np. temperatura procesowa może ulegać zmianie w zależności od tego jakie są zastosowane metale osnowy, materiału wypełniacza lub formy wstępnej, inne materiały i atmosfery reakcyjne. Przykładowo, dla metalu osnowy stanowiącego glin, obecny proces samopowstającej próżni ogólnie przebiega w temperaturze przynajmniej 700°C a korzystnie około 850°C lub wyższej. Temperatury ponad 1000°C są ogólnie niekonieczne, a szczególnie użyteczny zakres wynosi 850°C do 1000°C. Dla brązu lub miedzianego metalu osnowy przydatne są temperatury około 1050^oC do około 1125°C, zaś dla żeliwa odpowiednie są temperatury około 1250°C do około 1400°C. Zasadniczo można stosować temperatury, znajdujące się powyżej temperatury topnienia, lecz poniżej temperatury ulatniania osnowy.

Możliwe jest dobieranie składu i/lub mikrostruktury osnowy metalicznej podczas wytwarzania kompozytowego składnika z metalową osnową korpusu makrokompozytowego, dla uzyskania pożądanych właściwości otrzymywanego korpusu makrokompozytowego. Przykładowo, dla danego układu można dobrać warunki procesu dla kontrolowania formowania się np. związków międzymetalicznych, tlenków, azotków itd. Ponadto, dodatkowo dla dobierania składu osnowy metalowej, można modyfikować inne własności fizyczne składnika kompozytu z metalową osnową. W niektórych przypadkach może być pożądane, aby składnik kompozytu z metalową osnową był poddany ukierunkowanemu krzepnięciu przez umieszczanie pojemnika z utworzonym makrokompozytem na płycie chłodzącej i/lub selektywne umieszczanie materiałów izolacyjnych wokół pojemnika. Ponadto, przez zastosowanie obróbki cieplnej można kontrolować dodatkowe własności np. wytrzymałość na rozciąganie utworzonego składnika kompozytu z metalową osnową w makrokompozycie np. standardowa obróbka cieplna odpowiadająca zasadniczo obróbce cieplnej samego metalu osnowy lub obróbka zmodyfikowana

167 044 częściowo lub w dużym stopniu. Takie techniki modyfikowania własności składnika kompozytowego metalu osnowy w korpusie makrokompozytowym można stosować dla zmiany lub modyfikowania własności finalnego korpusu makrokompozytowego w celu spełnienia określonych wymagań przemysłowych.

W warunkach sposobu według wynalazku masa wypełniacza lub formy wstępnej umieszczona w pobliżu lub w kontakcie z przynajmniej jednym innym materiałem powinna być wystarczająco przepuszczalna dla umożliwienia wnikania atmosfery reakcyjnej lub przechodzenia przez materiał wypełniacza lub formy wstępnej w jakimś momencie procesu przed izolacją atmosfery otoczenia od atmosfery reakcyjnej. Przez zastosowanie odpowiedniego wypełniacza, atmosfera reakcyjna może częściowo lub zasadniczo całkowicie reagować po zetknięciu się z płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem, tym samym powodując powstawanie próżni, która wciąga płynny metal osnowy w głąb materiału wypełniacza, i do zetknięcia z przynajmniej częścią tego przynajmniej jednego innego materiału. Ponadto rozkład atmosfery reakcyjnej w obrębie materiału wypełniacza nie musi być zasadniczo jednolity, jednakże zasadniczo jednolity rozkład atmosfery reakcyjnej może ułatwić formowanie pożądanego korpusu kompozytowego z metalową osnową.

Sposób według wynalazku formowania korpusu kompozytowego z metalową osnową jest przydatny do rozmaitych materiałów wypełniacza, zaś wybór materiałów zależy w dużym stopniu od takich czynników jak metal osnowy przynajmniej jeden inny metal, warunki procesu, reaktywności płynnego metalu osnowy z atmosferą reakcyjną, reaktywność materiału wypełniacza z atmosferą reaktywną, reaktywność płynnego metalu osnowy z nieprzepuszczalnym pojemnikiem i własności przewidzianych dla końcowego produktu makrokompozytowego z kompozytowym składnikiem z metalową osnową. Przykładowo, gdy metal osnowy zawiera glin, wówczas odpowiednie materiały wypełniacza zawierają (a) tlenki (np. tlenek glinu), (b) węgliki (np. węglik krzemu), (c) azotki (np. azotek tytanu). Jeżeli występuje tendencja materiału wypełniacza do szkodliwego reagowania z płynnym metalem osnowy, wówczas reakcję tę można przytłumić przez minimalizowanie czasu infiltrowania i temperaturę oraz przez zastosowanie na wypełniaczu powłoki niereaktywnej. Materiał wypełniacza może zawierać substrat, taki jak węgiel lub inny materiał nieceramiczny, na którym znajduje się ceramiczna powłoka dla ochrony substratu przed ubytkiem lub uszkodzeniem. Odpowiednie powłoki ceramiczne stanowią tlenki, węgliki i azotki. Zalecane materiały ceramiczne do stosowania w obecnym wynalazku stanowią tlenek glinu i węglik krzemu w postaci cząsteczek, płytek, kryształków i włókien. Włókna mogą być nieciągłe (w postaci ciętej) lub w postaci włókien ciągłych, takich jak wielowłókniste pakuły. Ponadto, skład i/lub kształt materiału wypełniacza lub formy wstępnej może być jednolity lub niejednolity.

Wielkość i kształt materiału wypełniacza może być dowolny według potrzeby dla uzyskania własności pożądanych dla kompozytowego składnika z metalową osnową finalnego makrokompozytu. Tak więc, materiał może być w postaci cząstek, kryształów, płytek lub włókien, ponieważ infiltracja nie jest ograniczona kształtem materiału wypełniacza. Można zastosować inne kształty, takie jak kulki, rurki, płytki, włóknistą tkaninę ogniotrwałą itp. Ponadto, wielkość materiału nie ogranicza infiltracji, jakkolwiek wyższa temperatura lub dłuższy okres czasu dla uzyskania całkowitej infiltracji masy mniejszych cząsteczek niż dla większych cząsteczek. Średnie rozmiary materiału wypełniacza są w zakresie od mniej niż ziarnistość 24 do około ziarnistość 500 dla większości zastosowań technicznych. Ponadto, poprzez kontrolowanie wielkości (np. średnica cząsteczek itd.) przepuszczalnej masy wypełniacza lub formy wstępnej można dobierać własności fizyczne i/lub mechaniczne formowanego składnika kompozytu z metalową osnową w finalnym makrokompozycie dla nieograniczonej liczby zastosowań przemysłowych. Dodatkowo, przez zastosowanie materiału wypełniacza o zmiennych wielkościach cząsteczek, można uzyskać większe opakowanie materiału wypełniacza dla dobrania składnika kompozytowego z osnową metalu w korpusie makrokompozytowym. Tak samo możliwe jest uzyskanie w razie potrzeby mniejszego załadowania cząsteczkami, przez mieszanie materiału wypełniacza (np. potrząsanie pojemnikiem) podczas infiltracji i/lub poprzez /mies/anie sproszkowanego metalu osnowy z materiałem wypełniacza przed infiltracją.

167 044

Atmosfera reakcyjna, stosowana w sposobie według wynalazku może stanowić dowolną atmosferę, która może reagować przynajmniej częściowo lub zasadniczo całkowicie z płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem, dla utworzenia produktu reakcji, który zajmuje objętość zajmowaną przez atmosferę i/lub składniki reakcji przed reakcją. Atmosfera reakcyjna po zetknięciu z płynnym metalem osnowy i/lub materiałem wypełniacza i/lub nieprzepuszczalnym pojemnikiem może reagować z jednym lub więcej składnikami układu reakcyjnego, tworząc stały, płynny lub w fazie pary produkt reakcji, który zajmuje mniejszą objętość połączony w poszczególne składniki, tym samym wytwarzając pustą przestrzeń lub próżnię, która wspomaga wciąganie płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Reakcja pomiędzy atmosferą reakcyjną i z jednym lub więcej metalem osnowy i/lub materiału wypełniacza i/lub nieprzepuszczalnego pojemnika może przebiegać przez okres czasu wystarczający do przynajmniej częściowej lub całkowitej infiltracji materiału osnowy. Jednakże płynny metal osnowy powinien infiltrować materiał wypełniacza lub formy wstępnej w takim stopniu, aby płynny metal osnowy kontaktował się z przynajmniej częścią przynajmniej jednego innego materiału, umieszczonego w pobliżu lub w kontakcie z masą materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Przykładowo, gdy jako atmosfera reakcyjzajρst zastosowane powietrze, wówczas reakcja pomiędzy metalem osnowy (np. glinem) a powietrzem może powodować wytwarzanie produktów reakcji (np. tlenki glinu, i/lub azotek glinu itd.). W warunkach procesu produkt reakcji wykazuje tendencję do zajmowania mniejszej objętości niż całkowita objętość zajmowana przez płynny glin, który reaguje z powietrzem. W wyniku reakcji powstaje próżnia, powodująca infiltrację materiału wypełniacza lub formy wstępnej płynnym metalem osnowy. W zależności od zastosowanego układu, materiał wypełniacza i/lub nieprzepuszczalny pojemnik może reagować z atmosferą reakcyjną w podobny sposób dla wytworzenia próżni, w ten sposób wspomagając infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb materiału wypełniacza. Reakcja samopowstawania próżni może być kontynuowana przez okres czasu, wystarczający do wytworzenia korpusu kompozytowego z metalową osnową, zyspojoneoo z przynajmniej jednym innym materiałem dla utworzenia korpusu makrokomaozytowegk.

Ponadto stwierdzono, że powinno się zastosować uszczelnianie lub środki uszczelniające dla powstrzymania lub ograniczenia przepływu z otaczającej atmosfery do materiału wypełniacza lub formy wstępnej (np. zapobieganie przepływowi otaczającej atmosfery do atmosfery reakcyjnej). Jak pokazano na fig. 1, atmosfera reakcyjna wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika 32 i materiału wypełniacza 31 powinna być wystarczająco izolowana względem otaczającej atmosfery 37 tak aby, zachodziła reakcja pomiędzy atmosferą reakcyjną a płynnym metalem osnowy 33 i/lub materiałem wypełniacza lub formy wstępnej 33 i/lub nieprzepuszczalnego pojemnika 32, przy czym pomiędzy reakcyjną a otaczającą atmosferą jest ustalona różnica ciśnień, która jest utrzymywana tak długo, aż zostanie uzyskana pożądana infiltracja. Oczywiste jest, że izolacja pomiędzy atmosferą reakcyjną nie musi być doskonała, jedynie tylko wystarczająca tak, aby występowała tylko stosowna różnica ciśnień (np. może występować przepływ fazy pary z atmosfery otaczającej do atmosfery reakcyjnej, dopóki szybkość przepływu jest niższa niż szybkość potrzebna bezpośrednio do uzupełnienia atmosfery reakcyjnej. Jak opisano powyżej, część koniecznej izolacji atmosfery otoczeniaod atmosfery reakcyjnej, uzyskuje się poprzez ziyprrypusrcralzość pojemnika 32. Ponieważ większość metali osnowy jest również wystarczająco nieprzepuszczalna względem atmosfery otoczenia, zatem kąpiel płynnego metalu osnowy 33 stanowi następną część koniecznej izolacji. Ważne jestjednakny, aby powierzchnia pośrednia pomiędzy niyarzppuszczatzym pojemnikiem 32, a metalem osnowy nie stanowiła toru przecieku pomiędzy atmosferą otoczenia a atmosferą reakcyjną. Zgodnie z tym, należy zastosować uszczelnienie, które wystarczająco wyhamuje lub zapobiegnie takiemu przeciekowi.

Odpowiednie uszczelnienie lub środki uszczelniające można sklasyfikować jako mechaniczne, fizyczne lub chemiczne, a każdy z nich może być dalej sklasyfikowany jako zewnętrzny albo samoistny. Określenie zewnętrzny oznacza, że oddziaływanie uszczelniające pojawia się niezależnie od płynnego metalu osnowy lub dodatkowo do jakiegokolwiek uszczelnienia uzyskiwanego przez płynny metal osnowy (przykładowo, z materiału dodanego z innych elementów układu reakcyjnego), określenie samoistne oznacza że oddziaływanie uszczelniające pochodzi

167 044 wyłącznie z jednej lub więcej właściwości metalu osnowy (przykładowo: ze zdolności metalu osnowy do zwilżania nieprzepuszczalnego pojemnika. Samoistne uszczelnienie mechaniczne można uzyskać przez zastosowanie wystarczająco głębokiej kąpieli płynnego metalu osnowy lub przez zanurzenie materiału wypełniacza lub formy wstępnej takjak w wyżej przytoczonych opisach patentowych.

Stwierdzono jednakże, że samoistne mechaniczne uszczelnienie jest nieskuteczne w szerokim zakresie zastosowań i mogą one wymagać nadmiernie dużych ilości płynnego metalu osnowy.

Według wynalazku, stwierdzono, że zewnętrzne uszczelnienia samoistne pokonują te niedogodności uszczelnienia mechanicznego. W zalecanym rozwiązaniu uszczelnienia zewnętrznego, środek uszczelniający może być zewnętrznie przyłożony do powierzchni metalu osnowy w postaci materiału stałego lub innego, który w warunkach procesu może zasadniczo nie reagować z metalem osnowy. Stwierdzono, że tego rodzaju wewnętrzne uszczelnienie zapobiega lub przynajmniej wystarczająco hamuje przenoszenie składników fazy pary z atmosfery otaczającej do atmosfery reakcyjnej. Odpowiednimi materiałami do zastosowania jako zewnętrzne fizyczne środki uszczelniające mogą być ciała stałe lub płyny, włączając w to (np. bor, lub szkło krzemowe, B2O3, stopione tlenki itd.) lub dowolne inne materiały, które wystarczająco hamują przenoszenie otaczającej atmosfery do atmosfery reakcyjnej w warunkach procesu.

Zewnętrzne uszczelnienie mechaniczne może być utworzone przez wstępne wygładzenie lub wypolerowanie lub inne uformowanie wewnętrznej powierzchni nieprzepuszczalnego pojemnika kontaktującego się z kąpielą metalu osnowy, także przenoszenie gazu pomiędzy atmosferą otoczenia i atmosferą reakcyjną jest wystarczająco wyhamowane. Na pojemnik mogą być nałożone szkliwa i powłoki w rodzaju B2O3, które również stanowią odpowiednie uszczelnienie.

Zewnętrzne uszczelnienie chemiczne można uzyskać przez umieszczenie materiału na powierzchni płynnego metalu osnowy, który reaguje przykładowo z nieprzepuszczalnym pojemnikiem. Produkt reakcji powinien zawierać związek międzymetaliczny, tlenek, węglik itd.

W zalecanym rozwiązaniu samoistnego fizycznego uszczelnienia metal osnowy może reagować z atmosferą otaczającą, tworząc uszczelnienie lub środki uszczelniające mające skład odmienny od składu metalu osnowy. Przykładowo, po reakcji metalu osnowy z atmosferą otoczenia może powstawać produkt reakcji (np. MgO i/lub spinel gliniany magnezu w przypadku stopu AlMg reagującego z powietrzem lub tlenek miedzi w przypadku stopu brązu reagującego z powietrzem), który może uszczelniać atmosferę reakcyjną względem atmosfery otoczenia. W następnym rozwiązaniu samoistnego uszczelnienia fizycznego można dodać środek ułatwiający uszczelnianie do metalu osnowy dla ułatwienia formowania się uszczelnienia po reakcji pomiędzy metalem osnowy i atmosferą otoczenia (np. przez dodatek magnezu, bizmutu, ołowiu itd. do metali z osnową glinową lub przez dodatek selenu, teluru, siarki itd. do metali z osnową miedzianą lub brązu. Przy wytwarzaniu samoistnego chemicznego uszczelnienia, metal osnowy może reagować z nieprzepuszczalnym pojemnikiem (np. przez częściowe rozpuszczenie pojemnika lub jego powłoki) samoistnej lub przez formowanie produktu reakcji lub związków międzymetalicznych itd., które mogą uszczelniać materiał wypełniacza względem atmosfery otoczenia.

Ponadto, należy uwzględnić, że uszczelnienie powinno się dostosować do zmian objętościowych (t.j. albo rozszerzania lub kurczenia) lub do innych zmian układu reakcyjnego bez umożliwienia przepływu atmosfery otaczającej do materiału wypełniacza (np. przepływ do atmosfery reakcyjnej). Konkretnie, gdy płynny metal osnowy infiltruje w głąb dopuszczalnej masy materiału wypełniacza lub formy wstępnej, wówczas głębokość płynnego metalu osnowy w pojemniku ma tendencję do zmniejszania. Odpowiednie środki uszczelniające do tego rodzaju układu powinny być wystarczająco podatne aby zapobiec przechodzeniu gazu atmosfery otoczenia do materiału wypełniacza przy spadającym poziomie płynnego metalu osnowy w pojemniku.

W niektórych rozwiązaniach wynalazku, ten przynajmniej jeden inny materiał stosowany do wytwarzania makrokompozytowego korpusu może sięgać ponad poziom powierzchni płynnego stopu osnowy po umieszczeniu stopu osnowy wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika. W tej sytuacji płynny metal osnowy będzie również tworzył uszczelnienie z tym drugim

167 044 materiałem przy powierzchni pośredniej pomiędzy płynnym metalem osnowy, drugim materiałem i atmosferą otoczenia. Powyższe rozważanie, dotyczące uszczelnienia pomiędzy płynnym metalem osnowy a nieprzepuszczalnym pojemnikiem, odnosi się również do uszczelnienia pomiędzy płynnym metalem osnowy a drugim materiałem, gdy takie uszczelnienie jest konieczne. ,

Środek zaporowy może również być stosowany w połączeniu z wynalazkiem. Konkretnie środek zaporowy slto^io^wany w sposobie według wynalazku może stanowić dowolny środek, który przeszkadza, hamuje, zapobiega lub uniemożliwia migrację lub tym podobne, płynnego metalu osnowy, poza określoną granicę powierzchniową materiału wypełniacza. Odpowiednie środki zaporowe mogą stanowić dowolny materiał, związek, kompozycję lub t.p., które w warunkach procesu wg wynalazku utrzymują pewną nierozdzielność strukturalną, nie są litne i są podatne do miejscowego hamowania, zatrzymywania, zakłócenia, zapobiegania lub t.p. w kontynuacji infiltrowania lub dowolnego innego rodzaju ruchu poza określoną granicę powierzchniową materiału wypełniacza. Środki zaporowe można zastosować podczas infiltracji za pomocą samopowstającej próżni lub w dowolnym nieprzepuszczalnym pojemniku, stoso wanym w połączeniu z techniką samopowstającej próżni do wytwarzania kompozytów z metalową osnową, jak rozważono szczegółowo poniżej. Takie środki zaporowe ułatwiają wytwarzanie kształtowych korpusów makrokompozytowych.

Odpowiednie środki zaporowe zawierają materiały, które są albo zwilżalne lub niezwilżalne poprzez migrujący płynny metal osnowy stosowany w warunkach procesu, dopóki zwilżanie środków zaporowych nie następuje zasadniczo poza powierzchnię materiału zaporowego (t.j. zwilżanie powierzchniowe). Zapora tego rodzaju wykazuje małe lub żadne powinowactwo względem stopu płynnej osnowy, zaś środek zaporowy zapobiega lub hamuje ruch poza określoną granicę powierzchniową materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Zapora redukuje potrzebę jakiejkolwiek obróbki finalnej lub szlifowania, która może być wymagana dla finalnego produktu makrokompozytowego.

Dla glinowych metali osnowy odpowiednimi zaporami, szczególnie przydatnymi są środki zawierające węgiel, a szczególnie alotropowa krystaliczna postać węgla znana jako grafit. Grafit jest zasadniczo niezwilżalny poprzez płynny stop aluminium, opisany w warunkach procesu. Szczególnie zalecanym grafitem, jest taśma grafitowa zwana grafoil, która wykazuje właściwości uniemożliwiające migrację wtórnego stopu aluminium, poza określoną granicę powierzchniową materiału wypełniacza. Ta folia grafitowa jest również odporna na ciepło i jest zasadniczo obojętna chemiczne. Grafitowa folia Grafoil jest elastyczna, dogodna w ułożeniu i sprężysta i może być wykonana na rozmaite kształty, dopasowując się do dowolnego zastosowania jako zapora. Grafitowy środek zaporowy może być również zastosowany jako zawiesina lub nawet jako malowana warstwa wokół i na granicy materiału wypełniacza lub formy wstępnej. Taśma grafoil jest szczególnie zalecana z tego względu, ponieważ jest w postaci elastycznego arkusza grafitowego. W jednym ze sposobów zastosowania papieropodobnego arkusza grafitowego jest owinięcie materiału wypełniacza lub formy wstępnej przeznaczonej do infiltracji warstwą folii grafoil. Alternatywnie, grafitowy arkusz można uformować w negatyw formy o kształcie pożądanym na kompozytowy korpus z metalową osnową i ta negatywowa forma może następnie być wypełniona materiałem wypełniacza.

Ponadto, funkcję zapory mogą pełnić inne drobno zmielone materiały cząsteczkowe takie jak tlenek glinu o ziarnistości 500 w sytuacjach których infiltracja cząsteczkowa materiału zaporowego występuje z szybkością mniejszą niż szybkość infiltracji materiału wypełniacza.

Środek zaporowy może być nakładany w dowolny odpowiedni sposób np. poprzez pokrycie określonej granicy powierzchniowej warstwą środka zaporowego. Tego rodzaju warstwa środka zaporowego może być nakładana przez malowanie, zanurzanie, sitodruk, odparowanie, lub innego rodzaju nakładanie środka zaporowego w płynie, zawiesinie lub w postaci pasty lub przez rozpylanie odparowywalnego środka zaporowego względnie przez zwykłe osadzanie warstwy materiału zaporowego w postaci stałych cząsteczek, względnie przez stosowanie stałej cienkiej warstwy lub arkusza środka zaporowego na określoną granicę powierzchniową. Po umiejscowieniu środka zaporowego, infiltracja za pomocą samopowstającej próżni

167 044 kończy się zasadniczo wówczas, gdy metal osnowy infiltrujący wypełniacz dochodzi do określonej granicy powierzchniowej i kontaktuje się ze środkiem zaporowym.

Sposób według wynalazku formowania kompozytowego składnika z metalową osnową korpusu makrokompozytowego, poprzez technikę samopowstającej próżni w połączeniu z zastosowaniem środka zaporowego, stanowi znaczny postęp w stosunku do stanu techniki. Konkretnie, stosując sposób według obecnego wynalazku, można wytwarzać kompozyt z metalową osnową bez potrzeby stosowania potrzebnych lub skomplikowanych procesów. Według jednego aspektu obecnego wynalazku nieprzepuszczalny pojemnik dostępny w handlu lub dobrany do szczególnej potrzeby, może zawierać materiał wypełniacza lub formę wstępną w pożądanym kształcie umieszczoną w pobliżu lub w kontakcie z przynajmniej jednym innym materiałem, atmosferę reakcyjną i środek zaporowy do zatrzymywania filtracji metalu osnowy poza powierzchnię otrzymywanego korpusu makrokompozytowego. Po skontaktowaniu się atmosfery reakcyjnej z metalem osnowy, który może być zalany do nieprzepuszczalnego pojemnika i/lub materiałem wypełniacza w warunkach procesu może powstać próżnia powodując tym samym infiltrację płynnego metalu osnowy w głąb wypełniacza i ewentualny kontakt z przynajmniej częścią tego przynajmniej jednego innego materiału. Obecny sposób pozwala na uniknięcie potrzeby stosowania złożonych etapów obróbki np. obróbki form na złożone kształty, utrzymywania kąpieli płynnego metalu, usuwania uformowanych części ze złożonych kształtów form itd. Ponadto, zminimalizowane jest przemieszczenie materiału wypełniacza za pomocą płynnego metalu osnowy przez zastosowanie stabilnego pojemnika, który nie jest zanurzony wewnątrz płynnej kąpieli metalu.

W następujących przykładach są zawarte rozmaite przykłady stosowania obecnego wynalazku. Przykłady stanowią jedynie ilustrację i nie ograniczają zakresu wynalazku określonego w załączonych zastrzeżeniach.

Przykład 1. Następujący przykład ilustruje sposób wiązania korpusu z osnową ceramiczną z korpusem ze stali nierdzewnej przez zastosowanie pośredniej warstwy kompozytu z aluminiową osnową metaliczną. Wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika stanowiącego dostępny przemysłowo tygiel tlenku glinu, mającego przybliżone wymiary 38 mm średnicy wewnętrznej i wysokość 63 mm, umieszczono pionowo pręt ze stali nierdzewnej, mający przybliżone wymiary 13 mm średnicy i 63 mm długości, tak że jeden koniec pręta spoczywa na dnie tygla z tlenku glinu. Następnie pierścieniowa przestrzeń pomiędzy zewnętrzną powierzchnią stalowego pręta a wewnętrzną powierzchnią tygla z tlenku glinu została wypełniona około 19 mm grubości warstwą materiału wypełniacza stanowiącego cząsteczki węglika krzemu o ziarnistości 54. Zewnętrzna powierzchnia stalowego pręta została poprzednio powleczona roztworem proszku B2O 3 w wodzie. Proszek B2O 3 uzyskano z Aesar Company, Seabrook, New Hantshire. Wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika w temperaturze pokojowej na wierzchu materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu umieszczono stały metal osnowy stanowiący stop glinu mający przybliżony wkład wagowo:2,5 - 3,5% Zn, 3,0 - 4,0% Cu, 7,5 - 9,5% Si, 0,8 - 1 Fe, 0,20 - 0,30% Mg, <0,50% Mn, <0,35% Sn i <0,50% Ni wraz z glinem wyrównawczym. Układ ten stanowiący nieprzepuszczalny pojemnik wraz z zawartością umieszczono następnie w ogrzanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ogrzanym wstępnie do temperatury około 600°C. Temperatura pieca została następnie podniesiona do około 900°C w przeciągu 1,5 godziny, w trakcie którego to czasu stały stop został stopiony tworząc w przybliżeniu 19 mm warstwę stopu płynnej osnowy wewnątrz pierścieniowej przestrzeni pomiędzy prętem ze stali nierdzewnej a tyglem z tlenku glinu. Płynny metal osnowy został następnie powleczony materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie, na powierzchni płynnego metalu osnowy w postaci glinu umieszczono proszek B 2O 3. Po około 15 minutach przy około 900°C, B2O3 uległ ezasadniczo całkowitemu stopieniu tworząc szklistą powłokę. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda zamknięta w B2O3, przez co powstało nieprzepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez około dodatkową jedną godzinę przy około 900°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy. Analiza struktury otrzymanego układu wykazała, że płynny metal osnowy infiltrował materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu, tworząc kompozyt z metalową osnową, zespojony zarówno z

167 044 tyglem z tlenku glinu jak i z prętem ze stali nierdzewnej, tworząc tym samym stały korpus makrokompozytowy, którym korpus ceramiczny (tygiel z tlenku glinu) zespojony z korpusem metalicznym (pręt ze stali nierdzewnej) poprzez pośrednią warstwę kompozytu z metalową osnową. Ponadto warstwa resztkowego metalu osnowy, która nie infiltrowała materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu, była zespojona z tyglem z tlenku glinu, z pośrednią warstwą kompozytu z metalową osnową, oraz z prętem stalowym w górnej powierzchni układu.

Na fig. 3 - przedstawiono zdjęcie poziomego przekroju otrzymanego korpusu makrokompozytowego według tego przykładu. Przekrój był wzięty poniżej resztkowej warstwy metalu osnowy i ponad dnem tygla z tlenku glinu. Przekrój ten wykazał obecność pręta ze stali nierdzewnej 60, zespojonego z tyglem z tlenku glinu 62 za pomocą pośredniej warstwy kompozytu z metalową osnową 64.

Przykład 2. Następujący przykład ilustruje sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego, zawierającego kompozytowy korpus z osnową ceramiczną, zespojony z kompozytowym korpusem z osnową metaliczną w postaci aluminium. Przykład ten również ilustruje zastosowanie wiązania mechanicznego w połączeniu z innymi technikami zespajania.

Cylindryczny korpus kompozytowy z osnową ceramiczną zawierający materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu z osadzoną osnową w postaci tlenku glinu umieszczono na wierzchu warstwy proszku tlenku glinu o ziarnistości 500 (38 Alundum, z Norton Company), zawartego wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika mającego średnicę wewnętrzną około 38 mm i wysokość około 57 mm, wykonanego ze stali nierdzewnej typ AISI 304 rozmiar 16. Pojemnik wykonano przez zespawanie rury ze stali nierdzewnej rozmiar 16 o średnicy wewnętrznej około 38 mm i długości około 57 mm z płytką ze stali nierdzewnej o rozmiarze 16 i wymiarach 44 mm na 44 mm. Opisany powyżej cylindryczny korpus kompozytowy z osnową ceramiczną był wykonany poprzez procedurę przedstawioną w następujących dostępnych zgłoszeniach patentowych St. Zjednoczonych: nr ser. 06(819397, oraz 07(338471. Przestrzeniowa przestrzeń pomiędzy powierzchnią korpusu kompozytowego z osnową ceramiczną, odpowiadająca zewnętrznej średnicy cylindrycznego korpusu kompozytowego z osnową ceramiczną i wewnętrznej powierzchni nieprzepuszczalnego pojemnika została wypełniona wspomnianym powyżej proszkiem tlenku glinu o ziarnistości 500, aż do w przybliżeniu wyrównania poziomu proszku do poziomu górnej powierzchni kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną. Proszek o ziarnistości 500, w warunkach tego przykładu, spełnił funkcję materiału zaporowego, nieprzepuszczalnego względem płynnego metalu osnowy. Górna powierzchnia kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną miała cztery szczeliny o szerokości 0,9 mm i głębokości 0,75 mm ułożone według wzoru pokazanego na fig. 4. Szczeliny 66 były odchylone o około 8° od pionowej osi cylindrycznego korpusu kompozytowego. Proszek o ziarnistości 500 nie przykrywał górnej powierzchni kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną i nie wchodził do szczelin na powierzchni kompozytowego korpusu. Przybliżone wymiary cylindrycznego korpusu kompozytowego z osnow'ą ceramiczną wynosiły 35 mm średnicy i 8 mm wysokości. Następnie na szczycie górnej powierzchni kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną umieszczono warstwę materiału wypełniacza o grubości około 3 mm stanowiącego cząsteczki węglika krzemu o ziarnistości 90. Cząsteczki węglika krzemu wypełniły również szczeliny w górnej powierzchni kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną. Do pojemnika zalano płynny metal osnowy, stanowiący stop glinu mający przybliżony skład wagowo 2,5 - 3,5% Zn, 3,0 - 4,0% Cu, 7,5 - 9,5% Si, 0,8 - 1,5% Fe, 5,2 - 5,3% Mg, <0,5% Mn, <0,35% Sn, <0,5% Ni oraz glin wyrównawczy, aż do przykrycia materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu. Płynny metal osnowy był w temperaturze około 800°C, zaś pojemnik był w temperaturze pokojowej. Płynny metal osnowy został następnie pokryty materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie na metalu osnowy w postaci płynnego glinu umieszczono proszek B2O3, Aesar Company. Układ ten stanowiący nieprzepuszczalny pojemnik ze stali nierdzewnej wraz z zawartością, umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, podgrzanym wstępnie do temperatury około 800°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze, materiał B2O3 uległ zasadniczo całkowitemu stopieniu, tworząc warstwę szklistą. Ponadto obecna w B2O3 woda zasadniczo całkowicie odgazowała, tworząc tym samym nieprzepuszczające gazu uszczelnienie. Układ utrzymano w piecu około dodatkowo dwie godziny w 800°C. Następnie układ wyjęto z

167 044 pieca i tworzącą dno nieprzepuszczalnego pojemnika płytę ze stali nierdzewnej umieszczono w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą, miedzianą płytą chłodzącą, dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy po ochłodzeniu układu do temperatury pokojowej układ został rozłożony dla odzyskania makrokompozytowego korpusu, zawierającego kompozytowy korpus z metalową osnową, zespojony z kompozytowym korpusem z osnową metaliczną. Część makrokompozytu z osnową metalową została następnie zeszlifowana na grubość około 0,4 mm. Ten finalny korpus makrokompozytowy, pokazany na fig. 5, poddano szeregowi badań testowych na udar termiczny dla określenia czy korpus kompozytowy z metalową osnową 68 będzie się oddzielał od kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną 70 pod wpływem nagłych zmian temperatury. Test na udar termiczny obejmował cykle termiczne, w których podnoszono temperaturę korpusu makrokompozytowego do 500°C w piecu o atmosferze powietrza i utrzymywano temperaturę 500°C przez 15 minut przed wyjęciem z pieca do otoczenia o temperaturze pokojowej w powietrzu przez 15 minut. Po poddaniu korpusu makrokompozytowego odziaływaniu środowiska o temperaturze pokojowej przez 15 minut, włożono go z powrotem do pieca w temperaturze 500°C i powtórzono cykl. Po sześciokrotnym powtórzeniu cyklu, nie stwierdzono utraty zespojenia lub oddzielenia kompozytowego korpusu z osnową metaliczną od kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną.

Przykład 3. Następujący przykład ilustruje sposób tworzenia makrokompozytowego korpusu, zawierającego kompozytowy korpus z osnową ceramiczną zespojony z korpusem ze stali nierdzewnej poprzez zastosowanie kompozytowej warstwy pośredniej i z aluminiową osnową metaliczną.

Cylindryczny korpus kompozytowy z osnową ceramiczną mający przybliżone wymiary 25,4 mm średnicy i 6 mm wysokość i i zawierający materiał wypełniacza w postać i węglika krzemu, osadzony wewnątrz osnowy z tlenku glinu, był umieszczony na wierzchu warstwy proszku tlenku glinu o ziarnistości 500 /38 Alundum z Norton Comp./, znajdującej się wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika mającego średnicę wewnętrzną około 38 mm i wysokość około 57 mm kompozytowy korpus z osnową ceramiczną wykonano zgodnie z procedurą opisaną w zgłoszeniach patentowych przedstawionych w przykładzie 2. Górna powierzchnia kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną miała cztery szczeliny o szerokości 0,9 mm i głębokości 0,75 mm, ułożone według wzoru przedstawionego na fig. 4. Szczeliny były odchylone o około 8° do pionowej osi cylindrycznego korpusu kompozytowego z osnową ceramiczną. Nieprzepuszczalny pojemnik wykonano ze stali nierdzewnej AISI typ 304 rozmiar 16, przez zespawanie rury ze stali nierdzewnej rozmiar 16 o średnicy wewnętrznej około 38 mm i długości około 57 mm ze stalową płytą rozmiar 16 o wymiarach 44 mm na 44 mm. Wokół powierzchni cylindrycznego korpusu kompozytowego z osnową ceramiczną owinięto kawałek papieru do pisania odpowiadający zewnętrznej średnicy cylindrycznego korpusu z osnową ceramiczną. Papier wystawał na około 12,5 mm ponad górną powierzchnię kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną, tworząc tym samym przestrzeń gromadzącą. Do tej przestrzeni dodano następnie materiał wypełniacza stanowiący cząsteczkowy węglik krzemu o ziarnistości 90, tak że wypełniono szczeliny na powierzchni kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną poprzez materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu. Następnie do powierzchni gromadzącej dodano dodatkowy węglik krzemu o ziarnistości 90, tak aby na górnej powierzchni kompozytowego korpusu występowała warstwa węglika krzemu, o ziarnistości 90 o grubości w przybliżeniu 1,6 mm. Νη,^ριιίο nn wietzcąh waartwy c ązstecąkkwegg węglikakrzemu un^^^ezzconn peri^orowaną płytę ze stali nierdzewnej. Przybliżone wymiary okrągłej perforowanej płyty były o średnicach 25,4 mm i grubości 0,76 mm. Około 40% całkowitej powierzchni perforowanej płyty stanowiły przelotowe otwory, z których każdy miał przybliżoną średnicę nanłn 1,6 mm po umieszczeniu perforowanej płyty ze stali nierdzewnej na wierzchu warstwy cząsteczkowego węglika krzemu do przestrzeni gromadzącej dosypano dodatkowy cząsteczkowy węglik krzemu o ziarnistości 90. Ten dodatkowy cząsteczkowy węglik krzemu wypełnił perforowane otwory w płycie ze stali nierdzewnej i wytworzył warstwę węglika krzemu o grubości około 1,6 mm na szczycie górnej powierzchni perforowanej płyty stalowej. W tym momencie do pierścieniowej przestrzeni pomiędzy zewnętrzną powierzchnią przestrzeni gromadzącej a wewnętrzną powierzchnią nieprzepuszczalnego pojemnika ze stali nierdzewnej dodano dodatkowo proszek o

167 044 ziarnistości 500. Proszek ten dodawano aż do wyrównania w przybliżeniu proszku z poziomem przestrzeni gromadzącej. Następnie do pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy o przybliżonym składzie wagowym 2,5 - 3,5% Zn, 3,0 - 4,0% Cu, 7,5 - 9,5% Si, 0,8- 1,5% Fe, 0,20 -0,30% Mg, <0,50% Mn, <0,35% Sn, <0,50% Ni oraz glin wyrównawczy, dla pokrycia materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu i proszku o ziarnistości 500. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 900°C. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie, na płynnym metalu osnowy stanowiącym glin umieszczono proszek B2O3 otrzymany z Aesar Company, Seabrook, NH. Układ stanowiący nieprzepuszczalny pojemnik ze stali nierdzewnej wraz z zawartością umieszczono następnie w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, który ogrzano wstępnie do temperatury około 900°C. Po około 15 minutach tej temperatury, materiał B2O3 uległ zasadniczo całkowitemu stopieniu, tworząc warstwę szklistą. Ponadto zawarta w B2O3 woda zasadniczo całkowicie odgazowała przez co powstało nieprzepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez około dodatkowe 1,5 godziny przy temperaturze 900°C. Następnie układ wyjęto z pieca i tworzącą dno nieprzepuszczalnego pojemnika płytę ze stali nierdzewnej umieszczono w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej, z układu odzyskano makrokompozytowy korpus. Przekrój tego makrokompozytowego korpusu jest pokazany na fig. 6. Jak pokazano na fig. 6, makrokompozytowy korpus 72 zawierał kompozytowy korpus z ceramiczną osnową 74, zespojony z perforowaną płytą ze stali nierdzewnej 76 poprzez pośrednią warstwę 78 materiału kompozytowego z metalową osnową, zawierającego materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90 osadzonego wewnątrz osnowy z opisanego powyżej stopu aluminium. Warstwa pośrednia otrzymanego korpusu makrokompozytowego równo rozciągała się poprzez perforację w płycie ze stali nierdzewnej i tym samym była zespojona z resztą kompozytowego korpusu z metalową osnową 80, umieszczonego ponad perforowaną płytą ze stali nierdzewnej.

Przykład 4. Następujący przykład ilustruje sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego, zawierającego kompozytowy korpus z osnową ceramiczną zespojony z kompozytowym korpusem z osnową metaliczną w postaci glinu, który z kolei jest zespojony z bryłą metalu osnowy.

Na wierzchu warstwy proszku tlenku glinu o ziarnistości 500 /38 Alundum z Norton Company/, umieszczonej wewnątrz nieprzepuszczającego pojemnika, umieszczono cylindryczny korpus kompozytowy z osnową ceramiczną otrzymany jak przedstawiono w zgłoszeniach patentowych rozważanych w przykładzie 2. Nieprzepuszczalny pojemnik wykonano ze stali nierdzewnej AIDI typ 304 rozmiar 16. Pojemnik wykonano przez zespawanie rury ze stali nierdzewnej o rozmiarze 16, mającej wymiary średnicy wewnętrznej około 54 mm i długości około 76 mm z płytą ze stali nierdzewnej o rozmiarze 16, mającą wymiary 63 mm na 63 mm. Do pierścieniowej przestrzeni pomiędzy zewnętrzną powierzchnią cylindrycznego korpusu kompozytowego z osnową ceramiczną wyznaczoną przez zewnętrzną średnicę cylindrycznego korpusu kompozytowego z osnową ceramiczną, a zewnętrzną powierzchnią nieprzepuszczalnego pojemnika dosypano dodatkowy proszek o ziarnistości 500, tak aby poziom proszku był w przybliżeniu równy górnej powierzchni cylindrycznego korpusu kompozytowego z osnową ceramiczną. Cylindryczny korpus kompozytowy z osnową ceramiczną miał przybliżone wymiary średnicy około 40 mm i wysokości 12,7 mm. Górna powierzchnia kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną miała dodatkowo cztery szczeliny o szerokości około 0,9 mm i głębokości 0,76 mm. Szczeliny były ułożone według wzoru pokazanego na fig. 4. Szczeliny były odchylone o około 8° od pionowej osi cylindrycznego korpusu cylindrycznego z osnową ceramiczną. Na szczycie górnej powierzchni kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną umieszczono następnie warstwę materiału wypełniacza stanowiącego cząsteczkowy węglik krzemu o ziarnistości 90, mającą grubość około 6,3 mm oraz proszek o ziarnistości 500. Materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90 wypełnił również szczeliny na górnej powierzchni kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną. Do nieprzepuszczalnego pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy o przybliżonym składzie wagowym 2,5 - 3,5% Zn, 3,0 - 4,0% Cu, 7,5 - 9,5% Si, 0,8 -1,5% Fe, 0,20 - 0,30% Mg, <0,50%

167 044

Mn, <0,35% Sn, <0,50% Ni i glin wyrównawczy dla przykrycia materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu i materiału proszkowego. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 850°C. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie, na powierzchni płynnego metalu osnowy w postaci aluminium umieszczono proszek B 2O 3 z Aesar Comp., Seabrook, NH. Następnie układ umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, podgrzanym wstępnie do temperatury około 850°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze, B2O 3 zasadniczo całkowicie uległ stopieniu, tworząc warstwę szklistą. Ponadto, cała woda zawarta w B 2O3 zasadniczo całkowicie odgazowała, przez co powstało niyprzypuszczające gazu uszczelnienie. Następnie układ przetrzymano w piecu przez około dodatkowe 3 godziny przy 850°C. Następnie układ wyjęto z pieca i tworzącą dno ziearreauszczającygo pojemnika ze stali nierdzewnej płytę umieszczono w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej, układ rozłożono dla odzyskania makrokompozytowego korpusu. Pionowy przekrój tego korpusu makrkkomporytowegk jest pokazany na fig. 7. Jak pokazano na fig. 7, makrkkkmaozytowy korpus 82 zawierał kompozytowy korpus z osnową ceramiczną 84, zespojmy z kompozytowym korpusem z osnową metalową 86, który z kolei był zespojmy z bryłą metalu osnowy 88. Kompozytowy korpus z metalową osnową zawierał materiał wypełniacza z węglika krzemu o ziarnistości 90, osadzony wewnątrz osnowy z opisanego powyżej stopu z osnową glinu. Część makrokkmakzytowego korpusu z osnową metalową została następnie obrobiona mechanicznie, i uzyskano makrkkomakrytkwy korpus pokazany na fig. 8. Oznaczni^ zastosowane na fig. 8 oznaczają te same składniki jak odpowiednie krzacrziki na fig. 7.

Jak pokazano na fig. 7 i 8, kompozytowy korpus z osnową metalową 86 jest zespojmy mechanicznie z kompozytowym korpusem z osnową ceramiczną 84 poprzez kompozytowy materiał z osnową metalową, który infiltrował cztery szczeliny. Trzy z infiltrowanych szczelin 90 są pokazane w przekroju /fig. 7/ i na zdjęciu korpusu makrokkmaorytkwygk /fig. 8/. Jak twierdzono wcześniej w tym przykładzie, szczeliny są lekko odchylone od pionowej osi cylindrycznego korpusu kompozytowego z osnową ceramiczną. W miarę krzepnięcia kompozytu z osnową metalową wewnątrz tych szczelin powstaje wiązanie mechaniczne kompozytowym korpusem z metalową osnową, a kompozytowym korpusem z osnową ceramiczną. To wiązanie mechaniczne powiększa wytrzymałość ewentualnych innych wiązań /np. wiązanie chemiczne/, które mogą występować pomiędzy kompozytowym korpusem z osnową ceramiczną a kompozytowym korpusem z osnową metaliczną, a tym samym powstaje wytrzymalszy i bardziej spójny korpus makrokompozytowy. Ponadto jeżeli zostanie uszkodzone którekolwiek lub wszystkie inne wiązanie pomiędzy korpusem kompozytowym z osnową ceramiczną a korpusem kompozytowym z osnową metalową, to wiązanie mechaniczne stale będzie łączyło ze sobą te dwa korpusy. Pozwoli to na uniknięcie rozsypania całego korpusu makrokomporytkwygk w przypadku niektórych naprężeń.

Przykład 5. Następujący przykład ilustruje sposób wytwarzania maUrkUkmakrytkwygk korpusu, zawierającego kompozytowy korpus z osnową ceramiczną, zespojmy z kompozytowym korpusem z osnową metalową w postaci glinu.

Na wierzchu warstwy proszku tlenku glinu o ziarnistości 500 /38 Alundum z Norton Company/, zawarty wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika umieszczono korpus kompozytowy z osnową ceramiczną, zawierający przynajmniej jeden materiał wypełniacza zawarty wewnątrz osnowy z tlenku glinu. Nieprzepuszczalny pojemnik miał średnicę wewnętrzną około 79 mm i wysokość około 51 mm i był wykonany ze stali nierdzewnej AISI typ 304 rozmiar 16. Pojemnik był wykonany przez zesaawaziy rury ze stali nierdzewnej rozmiar 16, mającej wewnętrzną średnicę około 79 mm i długość około 51 mm, ze statową płytą rozmiar 16 o wymiarach 92 mm na 92 mm. Kompozytowy korpus z osnową ceramiczną został wykonany sposobem przedstawionym w opisie patentowym, St. Zjednoczonych nr 4818734. Ceramiczny korpus kompozytowy miał kształt cylindryczny i miał przybliżone wymiary średnicy 76 mm i wysokości 6,35 mm. Dodatkowo ceramiczny korpus kompozytowy miał cztery szczeliny o szerokości 0,9 mm i głębokości 0,76 mm. Szczeliny były ułożone według wzoru pokazanego na fig. 4. Przestrzeni pierścieniowej pomiędzy zewnętrzną powierzchnią cylindrycznego kompo26

167 044 zytu z osnową ceramiczną wyznaczoną przez zewnętrzną średnicę cylindrycznego korpusu, a wewnętrzną powierzchnią nieprzepuszczalnego pojemnika ze stali nierdzewnej umieszczono dodatkowy proszek tlenku glinu o ziarnistości 500. Proszek tlenku glinu o ziarnistości 500 dodawano aż do osiągnięcia poziomu górnej powierzchni kompozytu z osnową ceramiczną. Następnie na górnej powierzchni kompozytu z osnową ceramiczną i proszku o ziarnistości 500 umieszczono warstwę materiału wypełniacza o grubości 1,5 mm, stanowiącą surowy węglik krzemu o ziarnistości 90. Surowy węglik krzemu o ziarnistości 90 wypełniał również szczeliny na górnej powierzchni kompozytu z osnową ceramiczną. Do pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy o przybliżonym składzie wagowym 2,5 - 3,5% Zn, 3,0 - 4,0% Cu, 7,5 - 9,5% Si, 0,8 - 1,5% Fe, 0,20 - 0,30% Mg, <0,50% Mn, <0,35% Sn, <0,50% Ni oraz glin wyrównawczy, dla przykrycia materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 850°C. Następnie płynny metal osnowy został pokryty materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie na płynnym glinowym metalu osnowy umieszczono proszek B2O3 otrzymany z Aesar Company, Seabrook, NH. Układ ten zawierający nieprzepuszczalny pojemnik ze stali nierdzewnej wraz z zawartością umieszczono następnie w ogrzanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, podgrzanym wstępnie do temperatury około 850°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze, B 2O 3 zasadniczo całkowicie uległ stopieniu, tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda uwięziona w B2O3, przez co powstało nieprzepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowe około 2,5 godziny przy 850°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono stalową płytę tworzącą dno nieprzepuszczalnego pojemnika w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy. Ponadto po ochłodzeniu układu do temperatury pokojowej układ ten rozłożono dla odzyskania cylindrycznego korpusu makrokompozytowego. Na fig. 9 pokazano pionowy przekrój utworzonego korpusu makrokompozytowego. Jak pokazano na fig. 9, makrokompozytowy korpus 92 zawierał kompozytowy korpus z osnową ceramiczną 94, zespojony z kompozytowym korpusem z osnową metabczną 96, który z kolei był zespojony z warstwą resztkowego metalu osnowy 98, który nie infiltrował materiału wypełniacza. Kompozytowy korpus z osnową metalową zawierał materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90, osadzonego wewnątrz osnowy opisanego powyżej stopu glinu. Następnie makrokompozytowy korpus poddano obróbce wykańczającej, której warstwa resztkowego metalu osnowy została zdjęta przez szlifowanie. Po ukończeniu obróbki wykańczającej, z kompozytowym korpusie z metalową osnową nacięto rowek przy przybliżonej powierzchni pośredniej pomiędzy kompozytowym korpusem z osnową ceramiczną a kompozytowym korpusem z osnową metalową. Rowek przebiegał wzdłuż makrokompozytowy jest pokazany na fig. 10 z zaznaczonym rowkiem 102. czone tymi samymi oznacznikami.

Na fig. 9, przedstawiono również wiązanie mechaniczne utworzone przez szczeliny 100 wypełnione kompozytem z metalową osnową, co rozważano szczegółowo w przykładzie 4.

Przykład 6. Przykład ten pokazuje sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego, zawierającego szereg kompozytowych korpusów z osnową ceramiczną, zespojonych ze sobą poprzez pośrednią warstwę kompozytowegomateriału z glinową osnową metaliczną oraz cienką warstwę metalu osnowy.

Na figurze. 11 pokazano pionowy przekrój układu 104, zastosowanego do wytworzenia korpusu makrokompozytowego według tego przykładu. Układ 104 był wykonany przez nałożenie cienkiej warstwy kleju do drewna Elmer /wytwarzanego przez Borden Company/ na powierzchnie 106 pięciu korpusów kompozytowych z osnową ceramiczną 108, a następnie przez skontaktowanie ze sobą powleczonych powierzchni 106 korpusów kompozytowych z osnową ceramiczną 108. Kompozytowe korpusy z osnową ceramiczną zostały wykonane jak przedstawiono w opisie patentowym opisanym w przykładzie 5, przy czym każdy kompozytowy korpus z osnową ceramiczną zawierał przynajmniej jeden materiał wypełniacza osadzony wewnątrz osnowy z tlenku glinu. Ponadto kompozytowe korpusy z osnową ceramiczną miały kształt prostokątny i miały na powierzchniach szczeliny 110. Niektóre z tych szczelin były odchylone o około 8° względem linii, A - A lub linii; B - B, pokazany nafig. 11, w zespole 104. Po zestaleniu kleju, na wierzchu warstwy materiału wypełniacza stanownącego węglik krzemu o ziarnistości

167 044

90, zawartego wewnątrz nieprzepuszczającego pojemnika o średnicy około 1 '2Ί mm i wysokości około 63,5 mm umieszczono układ o długości 101,6 mm i szerokości 44,5 mm. Nieprzepuszczalny pojemnik wykonano ze stali nierdzewnej AISI typ 304 rozmiar 16. Pojemnik wykonano przez zespawanie rury ze stali nierdzewnej rozmiar 16 o średnicy wewnętrznej około 127 mm i długości 63,5 mm ze Mt^al^ową płytą rozmiar 16 o wymiarach 152 mm na 152 mm. Następnie do nieprzepuszczalnego pojemnika dodano dodatkowy materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90, w takiej ilości że cały układ został zasypany pod warstwą materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu. Ostateczny poziom węglika krzemu znajdował się powyżej powierzchni 112 układu na około 3,2 mm. Szczeliny 110 były również wypełnione węglikiem krzemu o ziarnistości 90. Do nieprzepuszczającego pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy o przybliżonym składzie wagowym 2,5 - 3,5% Zn, 3,0 - 4,0% Cu, 7,5 - 9,5% Si, 0,8 - 1,5% Fe, 0,20 - 0,30% Mg, <0,50% Mn, <0,35% Sn, <0,50%, Ni, oraz glin wyrównawczy, dla przykrycia materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 850°C. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie na płynnym metalu osnowy stanowiącym glin umieszczono proszek B2O3, otrzymany z Aesar Company, Seabrook, NH. Układ, zawierający nieprzepuszczalny pojemnik wraz z zawartością umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, który ogrzano wstępnie do temperatury około 850°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze, B 2O 3 zasadniczo całkowicie uległ stopieniu, tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda uwięziona w B 2O 3, tworząc tym samym nieprzepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowe około 3,5 godziny przy około 850°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono statową płytę tworzącą dno nieprzepuszczalnego pojemnika w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego krzepnięciu metalu osnowy. Po ostygnięciu układu do temperatury pokojowej, układ ten rozłożono dla odzyskania korpusu makrokompozytowego. Makrokompozytowy korpus zawierał układ kompozytowych korpusów z osnową ceramiczną, całkowicie osadzony wewnątrz kompozytowego korpusu z osnową metalową, zawierającego materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90, osadzony wewnątrz osnowy glinowego metalu osnowy opisanego powyżej. Kompozyt z osnową metaliczną został obrobiony mechanicznie poza zewnętrznymi powierzchniami układów kompozytowych korpusów z osnową ceramiczną, tworząc finalny korpus makrokompozytowy przedstawiony na fig. 12. Ten makrokompozytowy korpus 114 zawierał 5 kompozytowych korpusów z osnową ceramiczną 108, które składały się na układ, zespojony ze sobą warstwą pośrednią 116 kompozytowego materiału z osnową metalową, który rozciągał się pomiędzy przynajmniej częścią poszczególnych kompozytowych korpusów z osnową ceramiczną 108. Ponadto kompozytowe korpusy z osnową ceramiczną 108 były zespojone ze sobą poprzez warstwy pośrednie 118 metalu osnowy, który infiltrował w te części układu, które były poprzednio zajęte przez klej do drewna Elmer. Tak więc, finalny korpus makrokompozytowy 114 zawierał układ kompozytowych korpusów z osnową ceramiczną, zespojonych z pośrednią warstwą kompozytu z osnową metalową 116 i dodatkowo zarówno warstwa pośrednia kompozytu z osnową metalową 116 jak i kompozytowe korpusy z osnową ceramiczną 108 są zespojone z cienkimi warstwami pośrednimi 118 metalu osnowy, występującego pomiędzy poszczególnymi korpusami kompozytowymi z osnową ceramiczną 108.

Na figurze 12 przedstawiono również wiązanie mechaniczne uzyskane poprzez szczeliny 120 wypełnione kompozytem osnowy metalicznej, jak rozważono szczegółowo w przykładzie 4. Należy zauważyć, że makrokompozytowy korpus według tego przykładu posiada poziome szczeliny wypełnione kompozytem osnowy metalicznej, na kompozytowych korpusach z osnową ceramiczną, umieszczone przy każdym końcu korpusu makrokompozytowego. Te poziome szczeliny wypełnione kompozytem z osnową metalową, po połączeniu z pionowymi szczelinami wypełnionymi kompozytem z osnową metalową, umieszczonymi na innych kompozytowych korpusach z osnową ceramiczną, tworzą makrokompozytowy korpus z dwuwymiarowym mechanicznym układem blokującym.

Przykład 7. Przykład ten ilustruje sposób wytwarzania makrokompozytowego korpusu, zawierającego kompozytowy korpus z osnową metalową w postaci glinu /zespojony z kompo28

167 044 zytowym korpusem z osnową ceramiczną oraz z układem zawierającym perforowaną płytę ze stali nierdzewnej, przyspawaną do nagwintowanego pręta ze stali nierdzewnej.

Ceramiczny korpus kompozytowy utworzony według zgłoszeń patentowych opisanych w przykładzie 2 i zawierający materiał wypełniacza z osadzoną osnową w postaci tlenku glinu, został umieszczony wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika. Nieprzepuszczający pojemnik został wykonany ze stali nierdzewnej AISI typ 304 rozmiar 16. Pojemnik został wykonany przez zespawanie rury ze stali nierdzewnej rozmiar 16 o średnicy zewnętrznej około 54 mm i długości około 76 mm ze stalową płytą rozmiar 16 o wymiarach 63 mm/63 mm. Średnica cylindrycznego kompozytu z osnową ceramiczną była w przybliżeniu równa wewnętrznej średnicy nieprzepuszczającego pojemnika. Ponadto kompozyt z osnową ceramiczną miał 4 szczeliny na górnej powierzchni o szerokości 0,9 mm i głębokości 0,76 mm. Szczeliny były ułożone wg wzoru pokazanego na fig. 4. Szczeliny były odchylone około 8° od pionowej osi cylindrycznego korpusu kompozytowego z osnową ceramiczną. Na powierzchni kompozytowego korpusu z osnową ceramiczną umieszczono materiał wypełniacza stanowiący cząsteczkowy węglik krzemu o ziarnistości 90 tak, aby wypełnić szczeliny i utworzyć bardzo cienką warstwę ponad powierzchnią kompozytowego korpusu. Układ zawierający perforowaną płytkę ze stali nierdzewnej przyspawaną do jednego końca nagwintowanego pręta ze stali nierdzewnej umieszczono na wierzchu materiału wypełniacza z węglika krzemu tak, że jedna powierzchnia perforowanej płytki ze stali nierdzewnej kontaktowała się z warstwą materiału wypełniacza z węglika krzemu a druga powierzchnia, przyspawana do pręta ze stali nierdzewnej była zwrócona poza kompozytowy korpus z ceramiczną osnową. Perforowana płytka ze stali nierdzewnej była okrągła i miała przybliżone wymiary średnicy 44,5 mm i grubość 0,76 mm. Ponadto około 40% całkowitej powierzchni perforowanej płytki zajmowały przelotowe otwory, każdy mający przybliżoną średnicę 1,6 mm. Następnie do nieprzepuszczającego pojemnika dodano dodatkowy materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90 tak, aby górna powierzchnia perforowanej płytki ze stali nierdzewnej była pokryta warstwą o grubości w przybliżeniu 3,2 mm materiału wypełniacza z węglika krzemu. Materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu przechodził przez perforację wewnątrz stalowej płytki, kontaktując się z węglikiem krzemu poniżej perforowanej płytki stalowej. Materiał wypełniacza z węglika krzemu otaczał również i kontaktował się z podstawą pręta ze stali nierdzewnej. Do nieprzepuszczalnego pojemnika o temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy mający przybliżony skład wagowy 2,5 - 3,5% Zn, 3,0 - 4,0% Cu, 7,5 - 9,5% Si, 0,8 - 15% Fe, 0,20 - 0,30% Mg, <0,50% Mn, <0,35% Sn, <0,50% Ni, oraz glin wyrównawczy, dla pokrycia materiału wypełniacza z węglika krzemu i otoczenia części stalowego pręta. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 800°C. Płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie na płynnym metalu osnowy w postaci aluminium umieszczono proszek B2O3 z Aesar Company, Seabrook, NH. Układ ten składający się z nieprzepuszczalnego pojemnika wraz z zawartością umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnym piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, wstępnie podgrzanym do temperatury około 800°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze B2O3 uległ zasadniczo całkowitemu stopieniu, tworząc szklistą warstwę. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda uwięziona w B2O3, przez co powstało nieprzepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowo około 2 godziny przy 800°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono stalową płytę tworzącą dolną powierzchnię nieprzepuszczalnego pojemnika w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej, układ rozłożono dla odzyskania korpusu makrokompozytowego. Jak pokazano na fig. 13, stanowiącej pionowy przekrój korpusu makrokompozytowego, makrokompozytowy korpus 122 zawierał kompozytowy korpus z osnową ceramiczną 124, zespojony z układem zawierającym perforowaną płytkę ze stali nierdzewnej 126 i nagwintowany pręt 128 poprzez pośrednią warstwę 130 kompozytowego materiału z osnową metalową. Ponadto pośrednia warstwa kompozytowa z osnowy materiału 130 była również związana z częścią resztkowego, nieinfiltrowanego metalu osnowy 132, który z kolei był zespojony z nagwintowanym prętem ze stali nierdzewnej 128. Kompozytowy materiał z metalową osnową zawierał materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90, osadzony wewnątrz opisanego powyżej metalu

167 044 osnowy w postaci aluminium. Kompozytowy materiał z metalową osnową całkowicie otaczał perforowaną płytkę ze stali nierdzewnej i przechodził również przez perforację, wiążąc kompozytowy materiał z osnową metaliczną poniżej płytki ze stali nierdzewnej z kompozytowym materiałem z osnową metaliczną powyżej płytki ze stali nierdzewnej.

Na figurze 14 przedstawiono zdjęcie makrokompozytowego korpusu po obróbce wykańczającej, wytworzonego przez usunięcie większości res/dwego metalu osnowy poprzez zeszlifowanie. Na fig. 14 zastosowano te same oznaczniki jak na fig. 15 dla oznaczenia podobnych składników lub struktur. Jak pokazano na fig. 14, pozostawiono kołnierz 134 resztkowego metalu osnowy wokół podstawy nagwintowanego pręta ze stali nierdzewnej 128. Na fig. 14 nie pokazano perforowanej płytki ze stali nierdzewnej, ponieważ jest ona całkowicie osądzona wewnątrz pośredniej warstwy kompozytu z osnową metalową 130. Na fig. 14 pokazano również mechaniczne wiązanie uzyskane poprzez szczeliny wypełnione kompozytem z metalową osnową 136, rozważone szczegółowo w przykładzie 4.

Przykład 8. Przykład ten ilustruje sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego, zawierającego dwie rurki ze stali nierdzewnej usytuowany współosiowo i zespojone ze sobą za pomocą warstwy pośredniej kompozytu z glinową osnową metaliczną, umieszczoną pomiędzy zewnętrzną powierzchnią wewnętrznej rurki ze stali nierdzewnej a wewnętrzną powierzchnią zewnętrznej rurki ze stali nierdzewnej.

Pierwszy układ wykonano przez zespawanie rury ze stali nierdzewnej AISI typ 304 rozmiar 16, mającej średnicę wewnętrzną około 40 mim i długość około 120 mm, ze sttdlo^wą płytką rozmiar 16 o wymiarach 63 mm/63mm. Druga rurka ze stali nierdzewnej rozmiar 16 AISI typ 304, mająca średnicę wewętrzną około 28 mm i długość około 129 mm, została umieszczona wokół pierwszej stalowej rurki współosiowo względem niej. Druga stalowa rura została przyspawana do stalowej płyty rozmiar 16 o wymiarach 63 mm/63 mm, tworząc nieprzepuszczalny pojemnik. Wewnętrzna rura została następnie wypełniona proszkiem tlenku glinu o ziarnistości 500 /38 Alundum z Norton Company/, aż poziom proszku w przybliżeniu wyrównał poziom górnego wieńca wewnętrznej rurki. Górny koniec wewnętrznej rurki został następnie uszczelniony przez utworzenie warstwy mieszaniny glinianu wapnia, uzyskanej przez zmieszanie cementu Sesar<71 z wodą, w poprzek górnej powierzchni zewnętrznej rurki. Pierścieniowa objętość pomiędzy zewnętrzną powierzchnią wewnętrznej rury a wewnętrzną powierzchnią zewnętrznej rury została następnie wypełniona cząsteczkowym węglikiem krzemu o ziarnistości 14. Po wypełnieniu opisanej powyżej pierścieniowej objętości węglikiem krzemu o ziarnistości 14, na wierzchu tego węgllka krzzmu umieszczono warrswę cząsteczkowego węgllka krzemu o ziarnistości 50 i poddano ultradźwiękowej wibracji w głąb warstwy cząsteczkowego węglika krzemu o ziarnistości 14. W ten sposób po etapie wibracji ultradźwiękowej, pierścieniowa objętość pomiędzy zewnętrzną powierzchnią wewnętrznej rury a wewnętrzną powierzchnią zewnętrznej rury została wypełniona mieszaniną cząsteczkowego węglika krzemu o ziarnistości 14 i 50 do poziomu w przybllżenm równego poziomowi uszczernionego górnego końca wewnętrznej rury ze stali nierdzewnej. Do objętości zaznaczonej przez wewnętrzną powierzchnię zewnętrznej stalowej rury w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy, stanowiący dostępny przemysłowo stop aluminium oznaczony 6061, dla pokrycia materiału wypełniacza z węglika krzemu i uszczelnionego górnego końca wewnętrznej rury ze stali nierdzewnej. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 900°C. Płynny metal osnowy przykryto następnie materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie, na płynnym metalu osnowy w postaci aluminium umieszczono proszek B 2O3 z Aesar Company, Seabrook, NH. Układ ten zawierający nieprzepuszczalny pojemnik wraz z zawartością umieszczono wewnątrz ogrzewanego rezystancyjnir pieca skrzynkowego z atmosferą powietrza, ogrzanego wstępnie do temperatury około 900°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze, B2O3 zasadniczo całkowicie stopił się tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda uwięziona w B2O3, tworząc nirprzrpuscccαjącr gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowo 2 godziny przy 900°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono stalową płytę tworzącą dolną powierzchnię układu w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego zakrzepnięcia metalu osnowy. Po ochłodzeniu układu do temperatury pokojowej, stalową płytę odcięto od stakwych rur i kompozytu z metalową osnową.

167 044

Ponadto górny koniec zewnętrznej rury stalowej odcięto na poziomie trochę poniżej uszczelnionego górnego końca wewnętrznej rury stalowej. Otrzymany cylindryczny korpus makrokomenzytowy zawierał dwie współosiowe rury ze stali nierdzewnej, zespojone ze sobą za enmnśą pośredniej warstwy kompozytu z metalową osnową. Kompozytowy korpus z osnową metalową zawierał mieszaninę materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 14 i 50, osadzanego w osnowie z aluminiowego stopu osnowy, opisanego powyżej. Poziomy przekrój cylindrycznego korpusu makrokompozytowego utworzonego w tym układzie jest pokazany na fig. 15, zewnętrzną rurę stałową oznaczono jako 138, wewnętrzną rurę stalową oznaczoną 140, zaś pośrednią warstwę kompozytu z osnową metalową oznaczono 142.

Przykład 9. Przykład ten ilustruje sposób wytwarzania mαkroknmpnzytowego korpusu, zawierającego kompozytowy korpus z aluminiową osnową metaliczną, eezeojony z bryłą metalu.

Na dnie nieprzepuszczalnego pojemnika umieszczono warstwę surowego cząsteczkowego węglika krzemu o ziarnistości 180, mającą grubość około 6,3 mm. Wykonano pojemnik przez zespawanie rury ze stali nierdzewnej AISI typ 304 rozmiar 16 mającej średnicę zewnętrzną około

28.6 mm i długość około 76 mm, ze ztatową płytką rozmiar 16 o wymiarach 63,5 mm/63,5 mm. Na szczycie warstwy cząsteczkowego węglika krzemu umieszczono cylindryczny wlewek ze stopu aluminium 6061 o wymiarach około 19 mm średnicy i wysokości około 25,4 mm tak, że jeden okrągły koniec cylindra spoczywał na materiale cząsteczkowym zaś wysokość 25,4 mm była prostopadła do warstwy cząsteczkowego węglika krzemu. Następnie do nieprzepuszczalnego pojemnika dodano dodatkową warstwę 12,7 mm cząsteczkowego węglika krzemu tak, aby otoczył cylindryczny wlewek aluminiowy na około 1/2 wysokości. Do nieprzepuszczalnego pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy stanowiący stop aluminium o przybliżonym składzie wagowym 2,5 - 3,5% Zn, 3,0 - 4,0% Cu, 7,5 - 9,5% Si, 0,8 - 1,5% Fe, 0,20 - 0,30% Mg, <0,50% Mn, <0,35% Sn, <0,50% Ni glin wyrównawczy, dla przykrycia materiału wypełniacza z węglika krzemu i górnej 1/2 części wlewka ze stopu aluminium 6061. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 800°C. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie na płynnym metalu osnowy umieszczono proszek B2O3 z Aesar Company, Scabrook, NH. Układ ten zawierający nieprzeeuzzceający pojemnik wraz z zawartością, umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, który podgrzano wstępnie do temperatury około 800°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze, B2O3 uległ zasadniczo całkowitemu stopieniu tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda uwięziona w B2O3, tworząc tym samym niterzepuszśzające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez około dodatkowe 3,5 godziny przy 800°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono płytę ze stali nierdzewnej, tworzącą dno nieprzepuszczalnego pojemnika, w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego zakrzepnięcia metalu osnowy. Po ostygnięciu układu do temperatury pokojowej, układ rozłożono dla odzyskania makroknmpozytowego korpusu. Fig. 16 stanowi pionowy przekrój korpusu makroknmeneytowego odzyskanego z układu. Jak pokazano na fig. 16, mrkrokompozytowy korpus 144 zawierał korpus metalu glinowego 146 zespnjonego z kompozytowym korpusem z metalową osnową 148. Kompozytowy korpus z metalową osnową zawierał materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 180, osadzony wewnątrz osnowy opisanego powyżej metalu osnowy.

Na figurze 17 enkaerno zdjęcie poziomego przekroju korpusu makrokompozytowegn otrzymanego w tym przykładzie. Pokazany na fig. 17 przekrój był · wzięty na poziomie trochę poniżej górnej powierzchni kompozytowego korpusu z metalową osnową. Jak pokazano na fig. 17, kompozytowy korpus z metalową osnową 148 jest zezeoaony z knreuzem metalu glinowego 146.

Przykład 10. Przykład ten ilustruje sposób wytwarzania korpus mrkrokomenzy towego, zawierającego kompozytowy korpus z glinową osnową metalową, eezpoanny z bryłą metalu.

Wykonano nieprzepuszczalny pojemnik ze stali nierdzewnej AISI typ 304 rozmiar 16, mający średnicę wewnętrzną około 39,7 mm i wysokość około 120 mm. Pojemnik wykonano przez zespawanie rury ze stali nierdzewnej rozmiar 16 mającej średnicę wewnętrzną około

39.7 mm i długość około 120 mm, z płytą ze stali nierdzewnej rozmiar 16, mającą wymiary

167 044

63,5 mm/63,6 mm . Wewnątrz nieprzepuszczającego pojemnika umieszczono dostępny przemysłowo pręt ze stopu aluminium 6061, mający przybliżone wymiary średnicy 25,4 mm i długość 76 mm, tak że jeden koniec pręta spoczywał na dnie nieprzepuszczalnego pojemnika. Koniec pręta kontaktujący się z dnem nieprzepuszczalnego pojemnika miał okrągły występ który zwiększał średnicę pręta tak, że miał on w przybliżeniu tę samą średnicę /39,7 mm/ jak wewnętrzna średnica cylindrycznej części nieprzepuszczalnego pojemnika. Okrągły występ miał wysokość około 6,3 mm. Następnie wypełnioną pie^^ici^nii^^ą przestrzeń pomiędzy zewnętrzną powierzchnią pręta ponad okrągłym wy stępem a wewnętrzną powierzchnią nieprzepuszczalnego pojemnika materiałem wypełniacza zawierającego cząsteczkowy węglik krzemu o ziarnistości 24. Poziom cząsteczkowy węgllka krrzmu był w pTrzbllżemurówny górnemukońcowi aKiminiowego pręta. Do nieprzepuszczalnego pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy stanowiący stop aluminium o wkładzie wagowym w przybliżeniu 2,5 - 3,5% Zn, 3,0 - 4,0% Cu, 7,5 - 9,5% Si, 0,8 - 15% Fe, 0,20 - 0,30% Mg, <0,50% Mn, <0,35% Sn, <0,50% Ni oraz glin wyrównawczy, dla przykrycia materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu i górnej powicr/chei aluminiowego pręta. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 900°C. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym us/c/cleieeie. Konkretnie, na płynnym glinowym metalu osnowy umieszczono proszek B2O3 z Aesar Company, Seabrook, NH. Układ zawierający nicpr/cpuszz/ajązy pojemnik wraz z zawartością umies/czonz następnie w ogrzewanym rezystanc^nie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ogrzanym wstępnie do temperatury około 900°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze B2O3 uległ zasadniczo całkowitemu stopieniu, tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda uwięziona w B2O3, tworząc tym sianym nieprzepuszczające gazu us/zzeleienic. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowe około 2 godziny przy temperaturze 900°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umleszc/oeo stakwą płytę tworzącą dno nieprzepuszczalnego pojemnika w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego zakrzepnięcia metalu osnowy. Po osiągnięciu temperatury pokojowej, dolny koniec układu odcięto w miejscu trochę powyżej występu na aluminiowym pręcie. Ponadto odcięto górę układu na poziomie trochę poniżej górnego końca aluminiowego pręta. Następnie usunięto cylinder ze stali nierdzewnej dla odzyskania maktokompozytzwegz korpusu zawierającego pręt ze stopu aluminium, zespojmy z cylindryczną powłoką kompozytową osnowy metalu, zawierającą cząsteczkowy węglik krzemu 24 ziarnistość, osadzony wewnątrz osnowy z opisanego powyżej metalu osnowy.

Na fig. 18 pokazano poziomy przekrój korpusu makrokompozytowegz wg tego przykładu. Jak pokazano na fig. 18, makrokompozytowy korpus 150 zawiera pręt ze stopu aluminium 152, zespojony z cylindryczną powłoką kompozytową z osnową metaliczną 154.

Przykład 11. Przykład ten ilustruje sposób wytwarzania korpusu makrokzmpz/ytowego, zawierającego dwie współosiowe rury ze stali nierdzewnej, ^spojone ze sobą za pomocą warstwy pośredniej kompozytu z metalową osnową w postaci brązu.

Pierwszą rurę ze stali nierdzewnej rozmiar 16 o średnicy wewnętrznej około 39,7 mm i długości około 120 mm pr/yspawaez do płytki ze stali nierdzewnej rozmiar 16 AISI typ 304 o wymiarach 63,5 mm / 63,5 mm dla utworzenia pierwszego układu. Wokół tej pierwszej rury ze stali nierdzewnej umieszz/zno drugą większą rurę ze stali nierdzewnej rozmiar 16 AISI typ 304 tak, aby była współosiowa z pierwszą rurą ze stali nierdzewnej. Druga rura ze stali nierdzewnej miała średnicę wewnętrzną około 54 mm i długość około 165 mm i została przyspawana do tej samej płyty 63,5 mm/63,5 mm ze stali nierdzewnej rozmiar 16, co pierwsza rura ze stali nierdzewnej, tworząc nieprzepuszczalny pojemnik. Do szczytu wewnętrznej rury stalowej została przyspawana okrągła płyta ze stali rozmiar 16 AISI typ 304, mająca tę samą średnicę co wewnętrzna rura stalowa, tak aby uszczelnić wiczhr/złek tej rury. Następnie wypełniono pierścii^mc^^wą przestrzeń pomiędzy zewnętrzną powierzchnią wewnętrznej stalowej rury a wewnętrzną powierzchnią zewnętrznej stalowej rury materiałem wypełniacza stanowiącym tlenek glinu o ziarnistości 90, /eaeb jako 38 Alundum z Norton Company. Oo/izm materiału wypełniacza w postaci tlenku glinu o ziarnistości 90 był w przybliżeniu równy poziomowi szczytu uszczelnionej wewnętrznej stalowej rury. Do nieprzepuszczalnego pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy stanowiący stop brązu mający przybliżony skład

167 044 wagowy 90% miedzi, 5% tlenu, 2% żelaza, i 3% cynku, dla przykrycia materiału wypełniacza i uszczelnionej powierzchni wewnętrznej rury ze stali nierdzewnej. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 1100°C. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie, na płynnym metalu osnowy z brązu umieszczono proszek B2O3 z Aesar Company, Seabrook, NH. Układ stanowiący nieprzepuszczający pojemnik wraz z zawartością, umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ogrzanym wstępnie do temperatury około 1100°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze, B2O 3 zasadniczo całkowicie uległ stopieniu, tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda uwięziona w B2O 3, tworząc nieprzepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowe 4 godz. przy 1100°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono statową płytę tworzącą dano układu w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy. Po ochłodzeniu układu do temperatury pokojowej, odcięto statową płytę od stalowych rur i kompozytu z metalową osnową. Ponadto odcięto górny koniec górnego układu na poziomie trochę poniżej szczytu uszczelnionej wewnętrznej rury stalowej. Otrzymany makrokompozytowy korpus zawierał dwie współosiowe rury ze stali nierdzewnej, zespojone ze sobą poprzez pośrednią warstwę kompozytu z metalową osnową.

Figura 19 stanowi zdjęcie poziomego przekroju makrokompozytowego korpusu utworzonego w tym przykładzie. Jak pokazano na fig. 19, makrokompozytowy korpus 156 zawierał dwie współosiowe rury ze stali nierdzewnej, mianowicie rurę zewnętrzną 158 i rurę wewnętrzną 160, zespojone ze sobą poprzez pośrednią warstwę kompozytową z metalu osnowy w postaci brązu 162.

Przykład 12. Przykład ten ilustruje sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego, mającego pustą wewnątrz statową rurę, zespojoną z kompozytowym korpusem z osnową metalową w postaci brązu.

Wykonano nieprzepuszczalny pojemnik przez zespawanie pierwszej stalowej rury rozmiar 16 AISI typ 304 o średnicy wewnętrznej około 39,7 mm i długości około 120 mm ze statową płytą rozmiar 16 o wymiarach 63,5 mm/63,5 mm, tworząc pierwszy układ. Wokół pierwszej rury ze stali nierdzewnej współosiowo względem niej umieszczono drugą większą rurę ze stali nierdzewnej rozmiar 16 AISI typ 304. Ta druga rura ze stali nierdzewnej, mająca średnicę wewnętrzną około 54 mm i długość około 165 mm, została przyspawana do tej samej płyty ze stali nierdzewnej co pierwsza rura, tworząc nieprzepuszczalny pojemnik. Następnie do wierzchu wewnętrznej /pierwszej/rury ze stali nierdzewnej przyspawano okrągłą płytę ze stali nierdzewnej rozmiar 16 AISI typ 304. Ta okrągła płyta ze stali nierdzewnej miała średnicę trochę większą niż średnica wewnętrznej rury stalowej i po przyspawaniu uszczelniła górny koniec wewnętrznej rury stalowej. Po uszczelnieniu wewnętrznej stalowej rury, przez dno stalowej płyty o wymiarach

63,5 mm/63,5 mm przewiercono otwór upustowy do objętości utworzonej przez wewnętrzne ściany wewnętrznej rury stalowej. Ten otwór upustowy zapobiegał jakiemukolwiek wzrostowi ciśnienia, mogącemu ustąpić po podgrzaniu układu od temperatury pokojowej do temperatury procesowej. Otwór upustowy nie zmniejszał nieprzepuszczalności układu, ponieważ był uszczelniony górny koniec wewnętrznej rury. Pierścieniowa przestrzeń pomiędzy zewnętrzną powierzchnią wewnętrznej rury stalowej a wewnętrzną powierzchnią zewnętrznej /drugiej/ rury stalowej została następnie wypełniona materiałem wypełniacza stanowiącym tlenek glinu o ziarnistości 14, znany jako 38 Alundum z Norton Company. Poziom materiału wypełniacza w postaci tlenku glinu był w przybliżeniu równy górnemu końcowi uszczelnionej wewnętrznej rury stalowej. Do nieprzepuszczalnego pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy zawierający stop brązu mający przybliżony skład wagowy 90% miedzi, 2% żelaza, 5% krzemu i 3 % cynku, dla przykrycia materiału wypełniacza w postaci tlenku glinu i uszczelnionego górnego końca wewnętrznej rury stalowej. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 1100°C. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie na płynnym metalu osnowy stanowiącym brąz umieszczono proszek B2O3 w Aesar Company, Seabrok, NH. Układ stanowiący nieprzepuszczalny pojemnik wraz z zawartością umieszczono w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ogrzanym wstępnie do temperatury około 1100°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze, B2O3

167 044 zasadniczo całkowicie uległ stopieniu tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda zawarta w B 2O 3, tworząc tym samym nieprzepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowe około 2 godz. przy 1100°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono stalową płytę tworzącą dno układu w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego zakrzepnięcia metalu osnowy. Po ochłodzeniu układu do temperatury pokojowej, odcięto dolną stalową płytę od dwóch stalowych rur i pośredniej warstwy kompozytu z osnową metaliczną. Ponadto odcięto górny koniec układu przy warstwie trochę poniżej górnego końca wewnętrznej rury stalowej. Odzyskany z układu korpus makrokompozytowy dwie współosiowe rury ze stali nierdzewnej, zespojone ze sobą poprzez warstwę pośrednią kompozytu z osnową metalową. Ta warstwa pośrednia kompozytu z osnową metalową zawierała materiał wypełniacza w postaci tlenku glinu o ziarnistości 14, osadzony wewnątrz osnowy z opisanego powyżej stopu osnowy brązu. Po usunięciu dwóch końców układu, wyjęto również zewnętrzną rurę stalową dla otrzymania ostatecznego korpusu makrokompozytowego, zawierającego stalową rurę zespojoną z kompozytową powłoką z osnowy metalowej w postaci brązu.

Na figurze 20 pokazano zdjęcia poziomego przekroju finalnego korpusu makrokompozytowego utworzonego w tym przykładzie. Jak pokazano na fig. 20, makrokompozytowy korpus 164 zawierał zewnętrzną rurę ze stali nierdzewnej 166, zespojoną z kompozytową powłoką osnowy metalowej 168.

Przykład 13. Przykład ten ilustruje sposób wytwarzania makrokompozytowego korpusu, zawierającego pręt ze stali nierdzewnej zespojony z rurą ze stali nierdzewnej poprzez pośrednią warstwę kompozytową osnowy metalowej w postaci brązu. Pręt ze stali nierdzewnej 1 stalowa rura były współosiowe

Wykonano pierwszy układ przez zespawanie stalowego pręta mającego średnicę około

25.4 mm i wysokość około 114 mm z płytą ze stali nierdzewnej rozmiar 16, mającą wymiary

63.5 mm/63,5 mm. Wokół pręta ze stali nierdzewnej współosiowo z tym prętem została umieszczona rura ze stali nierdzewnej rozmiar 16 AISI typ 304, mająca wewnętrzną średnicę około 35 mm i długość około 152 mm. Stalowa rura została następnie przyspawana do płytki ze stali nierdzewnej o wymiarach 63,5 mm/63,5 mm, tworząc nieprzepuszczalny pojemnik. Pierścieniowa przestrzeń pomiędzy zewnętrzną powierzchnią pręta ze stali nierdzewnej i wewnętrzną powierzchnią stalowej rury została następnie wypełniona materiałem wypełniacza zawierającym tlenek glinu o ziarnistości 90, znany jako 38 Alundum z Norton Company. Poziom materiału wypełniacza o ziarnistości 90 był w przybliżeniu równy górnemu końcowi pręta ze stali nierdzewnej. Do nieprzepuszczającego pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy stanowiący stop brązu o przybliżonym składzie wagowym 90% miedzi, 5% krzemu, 2% żelaza, i 3% cynku, dla pokrycia materiału wypełniacza w postaci tlenku glinu i górnego końca pręta ze stali nierdzewnej. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 1100^oC. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie na płynnym metalu osnowy w postaci brązu umieszczono proszek B 2O3 z Aesar Company, Seabrook, NH. Układ zawierający nieprzepuszczalny pojemnik wraz z zawartością umieszczono następnie w ogrzanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, podgrzanym wstępnie do temperatury około 1100°C. Po około 15 minutach w tej temperaturze B2O 3 zasadniczo całkowicie uległ stopieniu tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda zamknięta w B2O3, tworząc tym samym nieprzepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowe około 4 godz. przy 1100°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono statewą płytę tworzącą dno układu w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy. Po ochłodzeniu układu do temperatury pokojowej, dno układu odcięto na poziomie trochę powyżej poziomu dolnej stalowej płyty. Ponadto odcięto górny koniec układu na poziomie trochę poniżej poziomu górnego końca pręta stalowego. Odzyskano z układu finalny cylindryczny makrokompozytowy korpus, zawierający stalowy pręt zespojony z rurą ze stali nierdzewnej poprzez warstwę pośrednią kompozytu z osnową metalową. Kompozyt z osnowy metalowej zawierał materiał wypełniacza w postaci tlenku glinu o ziarnistości 90, osadzony w osnowie, z opisanego powyżej stopu brązu.

167 044

Na figurze 21 pokazano poziomy przekrój korpusu makrokompozytowego wykonanego wg tego przykładu. Jak pokazano na fig. 21, makrokompozytowy korpus 170 zawierał pręt ze stali nierdzewnej 172, zespojony ze stalową rurą 174 poprzez pośrednią warstwę kompozytu z osnową metalową w postaci brązu 176.

Przekrój cylindrycznego korpusu makrokompozytowego utworzonego w tym przykładzie mający grubość około 8 mm, i pokazany na fig. 21, poddano testowi na ścinanie dla określenia wytrzymałości wiązania kompozytowego materiału z osnową metalową z prętem stalowym. Przekrojony krążek umieszczono na stalowym pierścieniu tak, że brązowa osnowa metaliczna wypełniona tlenkiem glinu kontaktowała się ze statowym pierścieniem. Następnie do środka stali nierdzewnej przyłożono tłocznik urządzenia i zastosowano ciśnienie tak, aby popychać środek stali nierdzewnej w kierunku prostopadłym do średnicy makrokompozytowego krążka. Badania prowadzono za pomocą urządzenia testującego /FT - 0060 - D/, produkowanego przez Forney, Inc., Wampum,PA. Maksymalne obciążenie około 8210 funtów powierzchni ścinania około 0,989 cala2 wykazało zmierzoną wytrzymałość na ścianie około 8300 funtów na cal².

Przykład 14. Przykład ten ilustruje sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego, zawierającego kompozytowy korpus z osnową metalową w postaci brązu zespojony z bryłą metalu.

Na dnie nieprzepuszczającego pojemnika umieszczono arkusz taśmy grafitowej dostępnej przemysłowo jako Grafoil, z Union Carbide, tak aby przykryć całe dno nieprzepuszczalnego pojemnika. Nieprzepuszczalny pojemnik wykonano przez zespawanie ze sobą płyt ze stali nierdzewnej rozmiar 16 tworząc kwadratowy pojemnik o wewnętrznych wymiarach 2580 mm 2 i wyjokości 38 mm. Na wierrchu arrnszz taśmy grafoii umieszccono warrtwę materiału wypełniacza stanowiącego tlenek glinu o ciarnitaości 90, znany jako 38 Alundum z Norton Company, mającą grubość około 3 mm. Na wierzchu warstwy materiału wypełniacza w postaci tlenku glinu położono kwadratową płytę z walcowanej na zimno stali, mającą przybliżone wymiary 2258 γππΓ i grubość około 9,5 mm. Następnie wewnątrz nieprzepuszczalnego pojemnika umieszczono dodatkowy materiał wypełniacza w postaci tlenku glinu o ziarnistości 90 aż wyrównano poziom tlenku glinu z górną powierzchnią walcowaną na zimno stali. Następnie na wierzchu kawałka stali położono drugi arkusz foli grafoil. Arkusz grafoil przykrywał krawędzie walcowanego na zimno kawałka stali i częściowo przykrywał warstwę materiału wypełniacza w postaci tlenku glinu. Pomiędzy krawędziami arkusza grafoil a wewnętrzną powierzchnią nieprzepuszczalnego pojemnika występowała szczelina mająca około 6,3 mm. Do niep^^e^uscczfjącsgo pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy stanowiący stop brązu o przybliżonym składzie wagowym 90% miedzi, 5% krzemu, 2% żelaza, i 3% cynku dla przykrycia arkusza grafoil i odsłoniętego materiału wypełniacza w postaci tlenku glinu. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 1100°C. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie na płynnym metalu osnowy .stanowiącym brąz umieszczono proszek B2O3 z Aesar Company, Seabrook,NH. Układ zawierający nieprzepuszczalny pojemnik wraz z zawartością umieszczono w ogrzewanym re^y^^^n^yjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, podgrzanym wstępnie do temperatury około 1100°C. Po około 15 minutach w tej tsmpsrfturce, B2O3 uległ zasadniczo całkowitemu stopieniu tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda zawarta w B2O3, tworząc nieprcepuszczające gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowe około 3 godz. w 1100°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono stalową płytę tworzącą dno nieprzepuszczalnego pojemnika w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego zakrzepnięcia metalu osnowy. Po ostygnięciu układu do temperatury pokojowej, układ ten rozłożono dla odzyskania makrokompozytowego korpusu. Makrokompozytowy korpus zawierał kompozytowy korpus z osnową metalową zespojony z formowanym na zimno kawałkiem stali.

Na figurze 22 pokazano pionowy przekrój korpusu makrokompozytowego otrzymanego w tym przykładzie. Jak pokazano na fig. 22, makrokompozytowy korpus 178 zawierał kompozytowy korpus z osnową metalową z brązu 180, zespojony z formowanym na zimno kawałkiem stali 182.

167 044

Przykład 15. Przykład ten ilustruje sposób wytwarzania korpusu maUroUomaozytowego, zawierającego kompozytowy korpus z osnową metalową w postaci brązu, zespojmy z innym kompozytowym korpusem z osnową metalową z brązu mający odmienny materiał wypełniacza. Ponadto przykład ten ilustruje sposób wytwarzania korpusu maUrokkmakzytkwego mającego małą gęstość.

Na dnie nieprzepuszczalnego pojemnika umieszczono warstwę materiału wypełniacza stanowiącego węglik krzemu o ziarnistości 90, o grubości około 3 mm. Nieprzepuszczalny pojemnik wykonano przez zespawaniy stalowej rurki rozmiar 16 AISI typ 304 o średnicy wewnętrznej około 50,8 mm i długości około 63,5 mm z płytą ze stali nierdzewnej rozmiar 16 o wymiarach 60 mm/60 mm. Na wierzchu warstwy węglika krzemu o ziarnistości 90 umieszczono mającą około 19 mm grubości warstwę kuleczek powietrznych tlenku glinu. Kuleczki tlenku glinu miały kształt symyrycrny o średnicy 3,2 mm i były produkowane przez Ceramic Fillers Inc., Atlanta Georgia. Na szczycie warstwy kuleczek tlenku glinu umieszczono dodatkową warstwę wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90. Układ zawierający nieprzepuszczalny pojemnik wraz z zawartością poddano następnie delikatnej wibracji dla umożliwienia opadnięcia materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90 w głąb i wypełnienie przynajmniej części porowatość pomiędzy kulkami tlenku glinu. Gdy już żaden dodatkowy węglik krzemu o ziarnistości 90 nie zagłębiał się w porowatość pomiędzy kuleczkami, wówczas dodano dodatkową ilość węglika krzemu o ziarnistości 90 do układu dla wytworzenia warstwy węglika krzemu na wierzchu kuleczek tlenku glinu o grubości 3 mm. Na wierzchu górnej warstwy węglika krzemu umieszczono płytę ze stali nierdzewnej mającą przybliżone wymiary średnicy 47,6 mm i grubość około 3 mm. Stalowa płyta miała średnicę trochę mniejszą niż wewnętrzna średnica nieprzepuszczalnego pojemnika, poprzez to powstała szczelina pomiędzy krawędzią stalowej płyty a wewnętrzną powierzchnią rury ze stali nierdzewnej. Do nieprzepuszczalnego pojemnika w temperaturze pokojowej zalano płynny metal osnowy stanowiący stop brązu o przybliżonym składzie wagowym 90% miedzi, 5% krzemu, 2% żelaza, 1 3% cynku dla przykrycia płyty ze stali nierdzewnej i odsłoniętego materiału wypełniacza w postaci węglika krzemu. Płynny metal osnowy miał temperaturę około 1100°C. Następnie płynny metal osnowy pokryto materiałem tworzącym uszczelnienie. Konkretnie, na płynnym metalu osnowy w postaci brązu umieszczono proszek B 2O3 z Aesar Company, Seabrok, Nh. Układ zawierający nieprzepuszczalny pojemnik wraz z zawartością umieszczono następnie w ogrzewanym rezystancyjnie piecu skrzynkowym z atmosferą powietrza, ogrzanym wstępnie do temperatury około 1100^oC. Po około 15 minutach w tej temperaturze, B 2O 3 uległ zasadniczo całkowitemu stopianiu tworząc warstwę szklistą. Ponadto zasadniczo całkowicie odgazowała woda zamknięta w B iO 3, tworząc tym samym nieprzep^^^jące gazu uszczelnienie. Układ przetrzymano w piecu przez dodatkowe 2 godziny i przy 1100°C. Następnie układ wyjęto z pieca i umieszczono statową płytę tworzącą dolną powierzchnię nieprzepuszczalnego akjyrkzika w bezpośrednim kontakcie z chłodzoną wodą miedzianą płytą chłodzącą dla ukierunkowanego krzepnięcia metalu osnowy. Po ochłodzeniu układu do temperatury pokojowej, układ rozłożono dla odzyskania makrokompozytowego korpusu. Makrokkmpkrytowy korpus zawierał pierwszą warstwę kompozytowego materiału z osnową metalową zawierającego materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90, osadzonego wewnątrz osnowy z metalu osnowy w postaci brązu opisanego powyżej, zpspojonego z drugą warstwą kompozytowego materiału z osnową metalową zawierającego kuleczki tlenku glinu osadzone wewnątrz osnowy z metalu osnowy w postaci brązu opisanego powyżej, który z kolei był wiązany z trzecią warstwą kompozytu z metalową osnową, zawierającego materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90, osadzonego wewnątrz osnowy z metalu osnowy w postaci brązu, opisanego powyżej. Z makrokomporytowρgo korpusu została zdjęta górna warstwa kompozytu z metalową osnową dla uzyskania dwuwarstwowego korpusu makroUomporytowegk, zawierającego kompozytowy korpus z osnową metalową zawierający kuleczki, zespo-jone z kompozytowym korpusem z osnową metalową, zawierającym materiał wypełniacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90. Gęstość tego kawałka wynosiła około 3,9 g/cm³. Normalna gęstość kompozytowego korpusu z osnową metalową, zawierającego około 50% objętościowo materiału wypel36

167 044 niacza w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90 z osadzonym stopem brązu podobnym do stopu brązu zastosowanego w tym przykładzie wynosi w przybliżeniu 5,5 g/m³.

Na figurze 23 przedstawiono zdjęcie poziomego przekroju finalnego, dwuwarstwowego makrokompozytowego korpusu wytworzonego wg obecnego przykładu. Jak pokazano na fig. 23, makrokompozytowy korpus 184 zawierał kompozytowy korpus z osnową metalową w postaci brązu, zawierający jako materiał wypełniacza 186 kuleczki tlenku glinu, zespojony z kompozytowym korpusem z metalową osnową w postaci brązu, zawierającym materiał wypełniacza 188 w postaci węglika krzemu o ziarnistości 90.

167 044

Fig 2

167 044

tis- 3

Hg- 4

167 044

LLS- 5

Ląg. 6

167 044

tig- 8

167 044

tł9- 9

LL9- 10

167 044

118 108 118 tl9- 12

167 044

h±9 13

Fig - 14

167 044

142

138

140

Fg- 15

144

Fig- 16

167 044

tig- i7

Lłfl- 18

167 044

Fl<^- 20

167 044

178

tifl- 22

167 044

Fig- 23

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 100 zł

Claims (30)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania korpusu makrokompozytowego, znamienny tym, że zestawia się układ reakcyjny, złożony z metalu osnowy, atmosfery reakcyjnej, nieprzepuszczalnego pojemnika, przepuszczalnej masy zawierającej co najmniej jeden materiał wybrany z grupy składającej się z luźnej masy wypełniacza i formy wstępnej wypełniacza, oraz co najmniej jeden dodatkowy korpus umieszczony w sąsiedztwie tej przepuszczalnej masy, a następnie tak zestawiony układ reakcyjny uszczelnia się względem atmosfery otoczenia, zewnętrznej w stosunku do układu reakcyjnego, stosując co najmniej jedno uszczelnienie wybrane z grupy obejmującej uszczelnienie zewnętrzne, samoistne uszczelnienie fizyczne i samoistne uszczelnienie chemiczne, tak że doprowadza się do różnicy ciśnień między tą atmosferą reakcyjną i atmosferą otoczenia, po czym uszczelniony układ reakcyjny ogrzewa się dla stopienia metalu osnowy i przynajmniej częściowego infiltrowania co najmniej jednego korpusu płynnym metalem osnowy tak, że tworzy się korpus kompozytowy z metalową osnową integralnie połączony w całość lub zespojony z tym wymienionym co najmniej jednym dodatkowym korpusem.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że uszczelnia się układ reakcyjny przez odizolowanie całkowite atmosfery reakcyjnej od atmosfery otoczenia.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podczas przynajmniej części infiltrowania płynnego metalu osnowy w głąb przepuszczalnej masy wywołuje się różnicę ciśnień.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal osnowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej aluminium, magnez, brąz, miedź i żeliwo.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w układzie reakcyjnym stosuje się co najmniej jeden środek zwiększający zwilżalność.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w układzie reakcyjnym stosuje się co najmniej jeden środek ułatwiający uszczelnienie.
7. 7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako uszczelnienie zewnętrzne stosuje się co najmniej jeden materiał szklisty.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako samoistne uszczelnienie chemiczne stosuje się produkt reakcji metalu osnowy i atmosfery otoczenia.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako samoistne uszczelnienie fizyczne stosuje się zwilżanie nieprzepuszczalnego pojemnika metalem osnowy.
10. 10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako samoistne uszczelnienie chemiczne stosuje się produkt reakcji metalu osnowy i nieprzepuszczalnego pojemnika.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przeprowadza się reakcję przynajmniej części atmosfery reakcyjnej z co najmniej jednym materiałem wybranym z grupy obejmującej materiał osnowy, materiał wypełniacza i materiał nieprzepuszczalnego pojemnika.
12. 12. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że środek zwiększający zwilżalność stapia się z metalem osnowy.
13. 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na przynajmniej części powierzchni przepuszczalnej masy stosuje się środek zaporowy.
14. 14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że jako środek zaporowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej węgiel, grafit, dwuborek tytanu, tlenek glinu i stal nierdzewną.
15. 15. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że stosuje się środek zaporowy zasadniczo niezwilżalny metalem osnowy.
16. 16. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że jako środek zwiększający zwilżalność stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej magnez, bizmut, ołów i cynę, zaś jako metal osnowy stosuje się aluminium.

    167 044
17. 17. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że jako środek zwiększający zwilżalność stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej selen, tellur i siarkę, zaś jako metal osnowy stosuje się brąz i/lub miedź.
18. 18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako przepuszczalną masę stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej proszki, płatki, płytki, mikrokuleczki, kryształki pęcherzyki, włókna, cząsteczki, maty włókniste, cięte włókna, kulki, granulki, rurki i tkaniny ogniotrwałe.
19. 19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wypełniacz stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenki, węgliki, borki i azotki.
20. 20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał nieprzepuszczalnego pojemnika stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej ceramikę, metal, szkło i polimer.
21. 21. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal osnowy stosuje się materiał wybrany z grupy obejmującej aluminium, miedź i brąz, zaś jako materiał nieprzepuszczalnego pojemnika stosuje się stal nierdzewną.
22. 22. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że jako materiał nieprzepuszczalnego pojemnika stosuje się tlenek glinu lub węglik krzemu.
23. 23. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako atmosferę reakcyjną stosuje się atmosferę zawierającą tlen i/lub azot.
24. 24. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, żejako metal osnowy stosuje się aluminium, zaś jako atmosferę reakcyjną stosuje się powietrze, tlen lub azot.
25. 25. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal osnowy stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej brąz, miedź i żeliwo, zaś jako atmosferę reakcyjną stosuje się powietrze, tlen lub azot.
26. 26. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się temperaturę układu reakcyjnego wyższą niż temperatura topnienia metalu osnowy, lecz niższą niż temperatura ulatniania metalu osnowy i temperatura topnienia wypełniacza.
27. 27. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że układ reakcyjny ogrzewa się do temperatury około 700°C - 1000°C dla metalu osnowy stanowiącego aluminium, do około 1050°C - 1125°C dla metalu osnowy stanowiącego brąz lub miedź i do około 1250°C - 1400°C dla metalu osnowy stanowiącego żeliwo.
28. 28. Sposób według zastrz. 1 albo 4, znamienny tym, że jako wypełniacz stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej tlenek glinu, węglik boru, azotek tytanu i ich mieszaniny.
29. 29. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że krzepnięcie przynajmniej kompozytowej części z metalową osnową korpusu mikrokompozytowego ukierunkowuje się.
30. 30. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako materiał dodatkowego korpusu stosuje się co najmniej jeden materiał wybrany z grupy obejmującej metal, ceramikę, kompozyt z osnową ceramiczną, kompozyt z osnową metalową i ich kombinacje.