PT92260B

PT92260B - Processo para modelar um corpo composito com matriz de metal por uma tecnica de infiltracao espontanea

Info

Publication number: PT92260B
Application number: PT92260A
Authority: PT
Inventors: Michael Kevork Aghajanian; Alan Scott Nagelberg
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1995-09-12
Also published as: NO893981L; FI91722B; DK558489A; CA2000799C; US5456306A; PH26035A; EP0368784B1; CN1065924C; NZ231084A; NO893981D0; FI91722C; DE68919651D1; TR27100A; US5311919A; IL91729A0; DE68919651T2; DK558489D0; AU4165189A; NO176391B; KR900007513A

Description

Campo da invenção

A presente invenção refere-se à formação de um corpo compósito com matriz de metal por uma técnica de in filtração espontânea. Em particular, podem colocar-se um intensificador de infiltração e/ou um precursor de intensifica dor de infiltração pelo menos parcialmente entre ou numa interface entre um metal da matriz e um material ce enchimento (ou pré-molde) que deve ser infiltrado pelo metal da matriz fundido. Além disso, pelo menos em algum instante durante o processo, uma atmosfera de infiltração pode estar em comunicação com o material de enchimento ou pré-molde e/ou com o metal da matriz.

Fundamento_da invenção:

Os produtos compósitos que compreendem uma matriz de metal e uma fase de fortalecimento ou reforço, tal como, partículas, filamentos emaranhados, fibras ou similares, mostram-se muito prometedores para uma certa variedade de aplicações porque eles combinam um pouco da firmeza e da

e a tenacidade da matriz de metal. Em geral um compósito com matriz de metal apresentará uma melhoria em propriedades, tais como, a resistência, a firmeza, a resistência ao desgas te devido ao contacto e a retenção da resistência às tempera turas elevadas relativamente ao metal da matriz sob a forma monolítica, mas o grau em que qualquer propriedade dada pode ser melhorada depende grandemente dos constituintes específicos, da sua percentagem em volume ou em peso e da maneira co , /

mo eles são processados na modelação do compósito. Em alguns casos, o compósito pode também ser mais leve do que o metal da matriz em si. Os compósitos com matriz de alumínio reforçados com cerâmicas, tais como, carboneto de silício, na forma de partículas, plaquetas ou filamentos emaranhados, por ex emplo, têm interesse devido à sua maior firmeza, resistência ao desgaste e resistência a temperaturas elevadas, em comparação com o alumínio.

Têm sido descritos vários processos metalúr gicos para a fabricação de compósitos com matriz de alumínio, incluindo processos baseados na técnica da metalurgia dos pós e nas técnicas de infiltração de metal líquido, que empregam a moldação sob pressão, a moldação no vácuo, a agitação e agentes molhantes. Com as técnicas da metalurgia dos pós, o metal sob a forma de um pó e o material de reforço sob a forma de um pó, filamentos emaranhados ou fibras cortadas, etc, são misturados e depois, prensados a frio e sinterizados ou prensados a quente. A percentagem máxima, em volume, de cerâmica nos compósitos com matriz de alumínio reforçados com car boneto de silício produzidos por este processo tem sido indicada como sendo cerca de 25 por cento, em volume, no caso dos filamentos emaranhados e cerca de 40 por cento, em volume, no caso dos materiais em partículas.

A produção de compósitos com matriz de metal pelas técnicas da metalurgia dos pós utilizando os proces sos convencionais impõe certas limitações relativamente às características dos produtos que podem obter-se. A percentagem, em volume da fase cerâmica no compósito é limitada tipicamente, no caso dos materiais em partículas, a cerca de 40 por cento. Também, a operação de prensagem põe um limite às dimensões práticas que podem obter-se. Apenas formas do produto relativamente simples são possíveis sem um processamento subsequente (por exemplo, modelação ou maquinagem) ou sem recorrer a prensas complexas. Também, pode verificar-se a con tração não uniforme durante a sinterização, bem como a não uniformidade da microestrutura, devido à segregação nos compactos e crescimento de grãos.

A patente norte-americana N⁹ 3.970.136, con cedida em 20 de Julho de 1976, a J.C. Cannell e outros, descreve um processo para a modelação de um compósito com matriz de metal que incorpora um reforço fibroso, por exemplo filamentos emaranhados de carboneto de silício ou de aiumina, com um padrão pré-determinado da orientação das fibras. O com pósito é feito colocando mantos ou feltros paralelos de fibras complanares num molde com um reservatório de metal da matriz, por exemplo, alumínio fundido entre pelo menos alguns dos mantos e aplicando pressão para forçar o metal fundido a penetrar nos mantos e envolver as fibras orientadas. O metal fundido pode ser vazado na pilha de mantos enquanto é forçado sob pressão a circular entre os mantos. Têm sido referidas cargas até cerca de 50%, em volume, de fibras de reforço no compósito.

O processo de infiltração atrás descrito, tendo em vista a sua dependência da pressão externa para forçar o metal da matriz fundido através da pilha de mantos de fibras, está sujeito aos caprichos dos processos de fluência induzidos pela pressão, isto é, a possível não uniformidade da formação da matriz, porosidade, etc. A não uniformidadé das propriedades é possível embora o metal fundido possa ser introduzido numa multiplicidade de locais no interior do agre gado fibroso. Consequentemente, é necessário proporcionar agregados de mantos, reservatório e trajectos do fluxo compli cados para se obter a penetração adequada e uniforme da pilha de mantos de fibras. Também, o processo de infiltração sob pressão atrás referido apenas permite obter um reforço relat_i vamente baixo da percentagem, em volume da matriz, devido à dificuldade inerente à infiltração de um grande volume de man tos. Mais ainda são necessários moldes para manter o metal fundido sob pressão, o que aumenta o custo do processo. Fina_l mente, o processo atrás citado, limitado à infiltração de par tículas ou fibras alinhadas, não se orienta para a formação de compósitos com matriz de alumínio reforçados com materiais sob a forma de partículas, filamentos ou fibras orientados aleatoriamente.

Na fabricação de compósitos com matriz de

alumínio e carga de enchimento de alumina, o alumínio não molha facilmente a alumina, tornando assim difícil formar um produto coerente. Várias soluções têm sido sugeridas para esse problema. Uma dessas soluções consiste em revestir a alumina com um metal (níquel ou tungsténio) que é depois prensado a quente juntamente com o alumínio. Numa outra técnica, o alumi. nio forma uma com lítio e a alumina pode ser revestida com sí. lica. Contudo, esses compósitos apresentam variações nas propriedades, ou os revestimentos podem degradar o material de enchimento, ou a matriz contém lítio, que pode afectar as pro priedades da matriz.

A Patente norte-americana N² 4.232.091 con cedida a R.W. Grimshaw e outros, vence certas dificuldades técnicas encontradas na produção de compósitos com matriz de alumínio e alumina. Essa Patente descreve a aplicação de pres ~ 2 soes de 75-375 kg/cm para forçar alumínio fundido (ou a liga de alumínio fundida) num manto de fibras ou de filamentos ema ranhados de alumina que foi pré-aquecido de 700 a 1050° C. A relação máxima entre os volumes de alumina de metal na peça moldada sólida resultante foi 0,25/1. Devido à sua dependência da força externa para realizar a infiltração, este proces so está sujeito a muitas das mesmas deficiências que o de Cannell e outros.

A publicação do pedido de patente europeu N5 115.742 descreve a fabricação de compósitos de alumina-alu mínio, especialmente utilizáveis como componentes de pilhas electrolíticas, pelo preenchimento dos vazios de uma matriz de alumina pré-moldada com alumínio fundido. 0 pedido de pa5

tente faz realçar a não molhabilidade da alumina pelo alumínio e, portanto são usadas várias técnicas para molhar a alumina em toda a pré-molde. Por exemplo, reveste-se a alumina com um agente molhante formado por um diboreto de titânio, de zircónio, de háfnio ou de nióbio ou com um metal, isto é, lítio, magnésio, cálcio, titânio, crómio, ferro, ,cobalto, níquel, zircónio ou háfnio. Utilizam-se atmosferas inertes, tais como de árgon, para facilitar o molhamento. Esta referência mostra também a aplicação de pressão para fazer com que o alumínio fundido penetre numa matriz não revestida. Nesse aspecto, a infiltração é realizada evacuando os poros e aplicando depois pressão ao alumínio fundido numa atmosfera inerte, por exemplo de árgon. Em alternativa pode infiltrar-se o pré-molde por deposição de alumínio em fase de vapor, para molhar a superfície antes de preencher os vazios por infiltração com alu mínio fundido. Para assegurar a retenção do aluminio nos poros do pré-molde, é necessário um tratamento térmico, por exemplo a 1400 a 1800° C, no vácuo ou em árgon. Caso contrário, quer a exposição do material infiltrado sob pressão aos gases, quer remoção da pressão de infiltração causará uma perda de alumínio do corpo.

O uso de agentes molhantes, para efectuar, a infiltração de um componente de alumina de uma pilha electrolítica com metal fundido é, também apresentado no pedido de patente europeu N2 94353. Esta publicação descreve a produção de alumínio por extracção electrolítica com uma célula tendo um alimentador de corrente catódico que forma um revestimento ou substracto da célula. A fim de proteger este substrato da criolite fundida aplica-se um revestimento fino de

--7f \ / \ uma mistura de um agente molhante e um supressor de solubilidade ao substrato de alumina antes do arranque da célula ou enquanto mergulha no alumínio fundido produzido pelo processo electrolítico. Os agentes molhantes indicados são o titânio, o zircónio, o háfnio, o silício, o magnésio, o vanádio, o cró mio, o nióbio ou o cálcio, sendo o titânio mencionado como o agente preferido. Os compostos de boro, carbono e azoto são descritos como sendo utilizáveis para suprimir a solubilidade dos agentes molhantes no alumínio fundido. A referência, porém, não sugere a produção de compósitos com matriz de metal nem sugere a formação de um tal compósito numa atmosfera por exemplo de azoto.

Além da aplicação de pressão e agentes molhantes, foi indicado que um vácuo aplicado auxiliará a penetração de alumínio fundido num compacto cerâmico poroso. Por exemplo, a patente americana N? 3 718 441, concedida em 27 de Fevereiro de 1973 a R.L. Landingham, relata a infiltração de um compacto cerâmico (por exemplo, carboneto de boro, alumina e óxido de berílio) com alumínio fundido, berílio, magnésio, titânio, vanádio, níquel ou crómio, sob um vácuo de menos de 10 torr. Um vácuo de 10~ a 10~ torr teve como resultado um molhamento insuficiente da cerâmica pelo metal fundido até o ponto de o metal não fluir livremente para o interior dos espaços vazios da cerâmica. Contudo, referiu-se que o molhamento melhorou quando se reduziu o vácuo para menos de 1O^-^ torr.

A patente americana N? 3. 854.154, concedida em 4 de Fevereiro de 1975, a G.E. Gazza e outros, também

CO/

mostra a utilização do vácuo para se obter a infiltração. Esta patente descreve o processo de carregar um compacto prensado a frio de pó de AlB^ ^num leito de pó de alumínio prensado a frio. Colocou-se depois alumínio adicional no topo do pó de A1B^2« Colocou-se o cadinho, carregado com compacto de A1B^2 ensanduichado entre as camadas de pó de alumínio, num forno no vácuo. 0 forno foi evacuado até aproximadamente 10 ³torr, para permitir a saida dos gases. Elevou-se depois a tem peratura até 1100° C e manteve-se durante um período de 3 horas. Nessas condições, o alumínio fundido penetrou no compacto de A1B^2 poroso.

A patente americana N? 3.364.976, concedida em 23 de Janeiro de 1968, a John N. Reding e outros, apresenta o conceito de criação de um vácuo autogerado num corpo para intensificar a penetração de um metal fundido no corpo. Especificamente, descreve-se que um corpo, por exemplo, um molde de grafite, um molde de aço ou um material refractário poroso é inteiramente submerso no metal fundido. No caso de um molde, a cavidade do molde, que é preenchida com um gás reactivo com o metal, comunica com o metal fundido situado ex teriormente através de pelo menos um orifício no molde. Quando se mergulha o molde na massa em fusão, verifica-se o enchi, mento da cavidade à medida que se produz o vácuo auto-gerado a partir da reação entre o gás na cavidade e o metal fundido.

Em particular, o vácuo é o resultado da formação de uma forma oxidada sólida do metal. Assim, Reding et al descrevem que é essencial induzir uma reacção entre o gás na cavidade e o metal fundido. Contudo, utilizando um molde para criar um vácuo pode ser indesejável por causa das limitações inerentes associadas com a utilização de um molde. Os moldes têm de ser primeiro maquinados para lhe dar uma forma particular e depois acabados, maquinados para produzir uma superfície de vazamento aceitável no molde, depois montados antes da sua utilização e em seguida desmontados após o seu uso para remover a peça fundida do mesmo, seguindo-se depois a recuperação do molde, o que, mais provavelmente, incluirá a rectificação des superfícies do molde ou o seu descarte se não for já aceitável para ser utilizado. A maquinagem de um molde para obter uma forma complexa pode ser muito cara e demorada. Além disso, pode ser muito difícil a remoção de uma peça moldada de um molde de forma complexa (isto é, as peças moldadas com uma forma complexa podem partir-se quando se retiram do molde). Mais ainda, embora haja uma sugestão de que um material refractário poroso pode ser imerso directamente num metal fundido sem a necessidade de um molde, o material refractário te ria que ser uma peça inteira porque não se tomam providências para infiltrar um material poroso separado ou solto, sem o uso de um molde contentor (isto é, crê-se geralmente que tipi camente o material em partículas se desintegraria ou se separaria por flutuação, quando colocado num metal fundido). Mais ainda se, se desejasse infiltrar um material em partículas ou um pré-molde formado solto, seria necessário tomar precauções para que o metal infiitrante não desloque pelo menos porções do material em partículas ou do pré-molde, dando origem a uma microestrutura não homogénea.

Consequentemente tem havido uma necessida10

de há muito sentida de um processo simples e fiável para produzir compósitos com matriz de metal modelados que não dependem da utilização de pressão ou vácuo aplicado (quer aplicado externamente, quer criado internamente), ou agentes molhan tes prejudiciais para criar uma matriz de metal embebida noutro material, tal como um material cerâmico. Além disso, tem havido uma necessidade há muito sentida de minimizar a quantidade de operações finais de maquinagem necessárias para pro duzir um corpo compósito com matriz de metal. A presente invenção satisfaz essas necessidades proporcionando um mecanismo de infiltração espontânea para infiltrar um material (por exemplo, um material cerâmico), que pode ser modelado com a forma de um pré-molde, com metal da matriz (por exemplo, alumínio) fundido na presença de uma atmosfera infiltrante (por exemplo, azoto) à pressão atmosférica normal, desde que esteja presente um intensificador de infiltração e pelo menos em certo instante durante o orocesso.

Descrição dos pedidos de patente americanos do mesmo proprietário:

O assunto do presente pedido de patente está relacionado com o de diversos outros pedidos de patente copendentes do mesmo proprietário. Em particular, estes outros pedidos de patente copendentes descrevem processos novos para a fabricação de materiais compósitos com matriz de metal (de aqui em diante, por vezes designados por Pedidos de patente de matrizes metálicas do mesmo proprietário).

Um processo novo para a fabricação de um material compósito com matriz de metal é apresentado no pedido de patente americano do mesmo proprietário, Ne 049.171, de positado em 13 de Maio de 1987, em nome de White et al e intitulado Metal Matrix Composites, agora concedido nos Estados Unidos. De acordo com o processo da invenção de White et al, um compósito com matriz de metal é produzido pela infiltração de uma massa permeável de material de enchimento (por exemplo, uma cerâmica ou um material revestido com cerâmica) com alumínio fundido contendo pelo menos cerca de 1 por cento, em peso, de magnésio e de preferência pelo menos cerca de 3 por cento, em peso, de magnésio. A infiltração ocorre espontaneamente sem aplicação de pressão ou vácuo exteriores. Um suprimento de liga de metal fundido é posto em contacto com a massa de material de enchimento a uma temperatura de pelo menos cerca de 675° C, na presença de um gás compreenden do de cerca de 10 a 100 por cento e, de preferência, cerca de 50 por cento de azoto, em volume, sendo o restante do gás, se houver, um gás não oxidante, por exemplo, árgon. Nestas condições, a liga de alumínio fundido infiltra-se na massa cerâmica às pressões atmosféricas normais para formar um compósito com matriz de alumínio (ou liga de alumínio). Guando se tiver infiltrado a quantidade desejada de material de enchimento com a liga de alumínio fundida, baixa-se a temperatura para solidificar a liga, formando assim uma estrutura com matriz de metal sólida embebida no material de enchimento de reforço. Usualmente e de preferência, o suprimento de liga fundida fornecido será suficiente para permitir que a infiltração se processe substancialmente até aos limites da massa de material de enchimento. A quantidade de material de enchi12

mento nos compósitos com matriz de alumínio produzidos de acordo com a invenção de White et al pode ser extraordinariamente alta. A este respeito, podem atingir-se relações volumétricas entre o material de enchimento e a liga maiores que

1:1.

Nas condições do processo na invenção de White et al atrás mencionada, pode formar-se nitreto de alumínio como uma fase descontínua dispersa por toda matriz de alumínio. A quantidade de nitreto na matriz de alumínio pode variar, dependendo de factores como a temperatura, a composição da liga, a composição do gás e do material de enchimento. Assim, controlando um ou mais desses factores no sistema é possível determinar de antemão certas propriedades do compósi to. Para algumas aplicações de utilização final, pode no entanto ser desejável que o compósito contenha pouco ou substân cialmente nenhum nitreto de alumínio.

Tem sido observado que temperaturas mais elevadas favorecem a infiltração, mas tornam o processo mais conducente à formação de nitretos. A invenção de White et al permite a escolha de um equilíbrio entre a cinética da infiltração e a formação dos nitretos.

Um exemplo de dispositivo de barreira adequado para ser utilizado com a formação de compósitos com matriz de metal é descrito no pedido de patente americano do mesmo proprietário W- 141 642, depositado em 7 de Janeiro de 1988, em nome de Michael K. Aghajanian et al, e intitulado Method of Making Metal Matrix Composite with the use of a Barrier. De acordo com o processo da invenção de Aghajanian

et al, coloca-se um dispositivo de barreira (por exemplo, diboreto de titânio em partículas ou um material de grafite, tal como produto de fita de grafite flexível vendida pela R

Union Carbide com a designação comercial Grafoil ) num limite de superfície definido do material de enchimento, e a liga da matriz infiltra-se até ao limite definido pelo meio de barreai ra. 0 meio de barreira é usado para inibir, impedir ou terminar a infiltração da liga fundida, proporcionando assim formas reticulares ou quase reticulares no compósito com matriz de metal resultante. Consequentemente, os corpos compósitos com matriz de metal formados têm uma forma exterior que corresponde substancialmente à forma interior do meio de barreira.

O processo do pedido de patente americano N2 049 171 foi aperfeiçoado pelo pedido de patente americano copendente e do mesmo proprietário N2 168 284, depositado em 15 de Março de 1988, em nome de Michael K. Aghajanian e Marc S. Newkirk e intitulado Metal Matrix Composites and Techniques for Making the Same. De acordo com os processos apresen tados nesse pedido de patente americano, uma liga de metal da matriz está presente como uma primeira fonte de metal e como um reservatório de liga de metal da matriz gue comunica com a primeira fonte de metal fundido devido por exemplo, ao fluxo por gravidade. Em particular, nas condições descritas nesse pedido de patente, a primeira fonte de liga de matriz fundida começa a infiltrar a massa de material de enchimento à pressão atmosférica normal, começando assim, a formação de um compósito com matriz de metal. A primeira fonte de liga de

metal de matriz fundida é consumida durante a sua infiltração na massa de material de enchimento e, se se desejar, pode ser reposta, de preferência por um meio contínuo, a partir do reservatório de metal de matriz fundida à medida que a infiltra ção espontânea continua. Quando se tiver infiltrado espontaneamente uma quantidade desejada de material de enchimento permeável pela liga da matriz fundida, baixa-se a temperatura para solidificar a liga, formando assim uma estrutura sólida da matriz de metal gue embebe o material de enchimento de reforço. Deve compreender-se que a utilização de um reservatório de metal é simplesmente uma forma de realização da invenção descrita nesse pedido de patente e não é necessário combinar a forma de realização do reservatório com todas as formas de realização alternativas da invenção nele descritas, algumas das quais poderiam também ser convenientes para utilizar em combinação com a presente invenção.

reservatório de metal pode estar presente numa quantidade tal que proporciona uma quantidade suficien te de metal para infiltrar a massa permeável de material de enchimento numa extensão pré-determinada. Em alternativa, um meio de barreira optativo pode contactar a massa permeável de material de enchimento pelo menos de um dos seus lados para definir um limite de superfície.

Além disso, embora o suprimento de liga da matriz fundida fornecida possa ser pelo menos suficiente para permitir que a infiltração espontânea se processe substanciaJL mente até os limites (por exemplo, as barreiras) da massa per meável de material de enchimento, a quantidade de liga presen te no reservatório podia exceder essa quantidade suficiente de modo que não haverá uma quantidade suficiente de liga para a infiltração completa, como também poderia ficar liga de.metal fundida em excesso e ser fixada ao corpo compósito com ma triz de metal. Assim, quando estiver presente liga fundida em excesso, o corpo resultante será um corpo compósito complexo (por exemplo, um macro-compósito), no qual um corpo cerâmico infiltrado, com uma matriz de metal, estará ligado directamen te ao metal em excesso que fica no reservatório.

Todos os pedidos de patente de matriz de metal do mesmo proprietário atrás examinados descrevem proces sos para a produção de corpos compósitos com matriz de metal e novos corpos compósitos com matriz de metal produzidos por esses processos. As descrições completas de todos os pedidos de patente de uma matriz de metal do mesmo proprietário anteriores são aqui expressamente incorporados por referência.

Sumário da Invenção

Um corpo compósito com matriz de metal é produzido infiltrando espontaneamente uma massa permeável de material de enchimento ou pré-molde com um metal da matriz fun dido. Sm particular, incluiu-se numa interface entre o metal da matriz e a massa permeável de material de enchimento ou pré -molde, pelo menos numa porção da mesma, um intensificador de infiltração e/ou um precursor de intensificador de infiltração. Além disso, pelo menos num certo instante durante o processo, uma atmosfera de infiltração pode estar em comunicação com um material de enchimento ou pré-molde e/ou o metal da ma16

triz. A presença do intensificador de infiltração e/ou do pre cursor de intensificador de infiltração e/ou atmosfera de infiltração faz com que o metal da matriz, quando funde, se infiltre espontaneamente no material de enchimento ou pré-molde.

Numa forma de realização preferida, o precursor de intensificador de infiltração é proporcionado numa interface entre um lingote maciço de metal da matriz e uma massa permeável de material de enchimento ou pré-molde. O pre cursor de intensificador de infiltração pode comunicar com uma atmosfera de infiltração, devido, por exemplo, à porosidade no material de enchimento ou pré-molde que permite que a atmosfera de infiltração circule através dele. 0 precursor de intensificador de infiltração pode ser aplicado solto (por exemplo, como um material em partículas ou como um material sólido) numa superfície do lingote maciço de metal da matriz e/ou do material de enchimento ou pré-molde. 0 precursor de intensificador de infiltração também pode ser formado como uma mistura de pasta fluida, que pode ser aplicada por qualquer meio adequado (por exemplo, pintura ou pulverização) numa superfície do lingote maciço de metal da matriz e/ou do ma terial de enchimento ou pré-molde.

Noutra forma de realização preferida, o in tensificador de infiltração é proporcionado numa interface en tre um lingote maciço de metal da matriz e uma massa permeável de material de enchimento ou pré-molde. 0 intensificador de infiltração pode ser aplicado solto (por exemplo, como um material em partículas ou sólido) a uma superfície do lingote sólido de metal da matriz e/ou ao material de enchimento ou

pré-molde. 0 intensificador de infiltração pode também formado como uma mistura de pasta fluida, que pode ser cada por qualquer meio adequado (por exemplo, pintura verização) a uma superfície do lingote maciço de metal triz e/ou ao material de enchimento ou pré-molde.

ser apl ίου puída maAinda, o intensificador de infiltração e/ou o precursor de intensificador de infiltração podem ser aplicados exclusivamente (por qualquer meio adequado) a pelo menos uma porção de uma superfície de uma massa permeável de material de enchimento ou pré-molde, que se pretende infiltrar. Em seguida, o metal da matriz fundido é posto em contacto com a superfície do material de enchimento ou pré-molde, que deve ser infiltrado, de modo que pelo menos uma porção do metal da matriz fundido contacte com o intensificador de infiltração. Além disso, pelo menos em certo instante durante o processo, uma atmosfera de infiltração pode também estar em comunicação com o metal de matriz e/ou o precursor de intensificador de infiltração e/ou o intensificador de infiltração e/ou o material de enchimento ou pré-molde. Finalmente, quer seja utilizado o precursor de intensificador de infiltração, quer o intensificador de infiltração, pelo menos durante a infiltração espontânea, o intensificador de infiltração deve ser colocado em pelo menos uma porção da interfa ce entre o metal da matriz e o material de enchimento ou pré

-molde.

Deve notar-se que o presente pedido de pa tente discute principalmente metais da matriz de alumínio, que, em certo instante durante a formação do corpo compósito

funciona como precursor de intensificador de infiltração, na presença de azoto, que funciona como atmosfera de infiltração. Assim, o sistema do metal da matriz/precursor de intensificador de infiltração /atmosfera de infiltração constitui, do por alumínio/magnésio/azoto apresenta uma infiltração espontânea. Contudo, podem usar-se outros sistemas de metal da matriz/precursor de intensificador de infiltração/atmosfera de infiltração que se comporta de maneira análoga à do siste ma de alumínio/magnésio/azoto. Por exemplo, observou-se um comportamento de infiltração espontânea no sistema de alumínio, estrôncio/azoto, no sistema de alumínio/zinco/oxigénio, e no sistema de alumínio/cálcio/azoto. Consequentemente, embora se discuta aqui principalmente o sistema de alumínio/ma gnésio/azoto, deve entender-se que outros sistemas de metal de matriz/precursor de intensificador de infiltração/atmosfe ra de infiltração podem se comportar de maneira análoga.

Quando o metal da matriz compreender uma liga de alumínio, a liga de alumínio é posta em contacto com um pré-molde compreendendo um material de enchimento (por ex emplo, aiumina ou carboneto de silício) ou uma massa solta de material de enchimento, tendo o referido material de enchimen to ou pré-molde, magnésio aplicado na sua superfície. Igualmente, se o processo se iniciar com um lingote maciço de metal da matriz, poderia aplicar-se magnésio a uma superfície do metal da matriz sólido. Além disso, numa forma de realização preferida, a liga de alumínio e/ou o pré-molde ou material de enchimento estão contidos numa atmosfera de azoto duran

te pelo menos uma parte do processo. 0 pré-molde será infiltrado espontaneamente e a extensão ou a velocidade de infiltração espontânea e a formação da matriz de metal variarão com um certo conjunto de condições do processo, incluindo, por exemplo, a concentração de magnésio proporcionada-ao sij; tema (por exemplo, na superfície da liga de alumínio ou na superfície do material de enchimento ou pré-molde), as dimen sões e/ou a composição das partículas no pré-molde ou material de enchimento, a concentração de azoto na atmosfera de infiltração, o tempo permitido para a infiltração e/ou a tem peratura a que se verifica a infiltração. A infiltração espontânea tipicamente ocorre numa extensão suficiente para pe netrar substancial e completamente no pré-molde ou material de enchimento.

Definições:

“ Alumínio¹,' como aqui é usado, significa e inclui o metal substancialmente puro (por exemplo, um alumínio sem liga, relativamente puro, comercialmente disponível) ou outros graus do metal e de ligas do metal, tais como os metais comercialmente disponíveis com impurezas e/ou elementos de liga, tais como ferro, silício, cobre, magnésio, manganês, crómio, zinco, etc. Uma liga de alumínio para fins da presente definição é uma liga ou composto intermetálico em que o alumínio é o constituinte principal.

Gás restante não oxidante, como aqui é usado, significa que qualquer gás presente, além do gás prin cipal que constitui a atmosfera infiltrante, é ou um gás iner

te ou um gás redutor substancialmente nao reactivo com o metal da matriz nas condições do processo. Qualquer gás oxidan te que possa estar presente como impureza no(s) gás(es) usado (s) deve ser insuficiente para oxidar o metal da matriz em qualquer grau substancial nas condições do processo.

Barreira ou Meios de Barreira,como aqui é usado, significa qualquer meio adequado que interfere, inibe, impede ou interrompe a migração, o movimento ou similar, de metal da matriz fundido para além de um limite de su perfície de uma massa permeável do material de enchimento ou pré-molde, sendo esse limite de superfície definido pelos meios de barreira. São meios de barreira apropriados qualquer material, composto, elemento, composição ou similar que, nas condições do processo, mantém uma certa integridade e que não é substancialmente volátil (isto é, o material de barreira não se volatiza até um ponto tal que se torne nao funcional como barreira.

Além disso, os meios de barreira apropriados incluem materiais que são substancialmente não molhá veis pelo metal da matriz fundido que migra, nas condições do processo utilizadas. Uma barreira deste tipo aparenta ter substancialmente pouca ou nenhuma afinidade para o metal da matriz fundido, e o movimento para além do limite de superfí cie definido da massa de material de enchimento ou do pré-molde é impedido ou inibido pelos meios de barreira. A barreira reduz qualouer maquinagem ou rectificação finais que possam ser necessárias e define pelo menos uma porção da superfície do produto compósito com matriz de metal resultante. A barrei

da permeável, por exemplo pela abertura de furos ou perfuração da barreira, para permitir que o gás contacte com o metal da matriz fundida.

Carcaça ou carcaça de metal da matriz, como aqui é usado, refere-se a qualquer porção do corpo original de metal da matriz restante, que não foi consumido durante a formação do corpo compósito com matriz de metal e, tipicamente, se deixado arrefecer, fica em contacto pelo menos parcial com o corpo compósito com matriz de metal que foi formado. Deve entender-se que a carcaça pode também incluir em si um segundo metal ou metal estranho.

Material de enchimento, como aqui é usa do, pretende-se que inclua quer constituintes individuais, quer misturas de constituintes substancialmente não reactivos, com o metal da matriz e/ou com solubilidade reduzida no mesmo, podendo—ser de fase única ou com várias fases. Os materi ais de enchimento podem ser proporcionados com uma ampla vari edade de formas, tais como pós, flocos, plaquetas, microesfe ras, filamentos emaranhados, pérolas, etc e podem ser densos ou oorosos.

Material de enchimento podem também incluir materiais de enchimento cerâmicos, tais como, a alumina ou o carboneto de silício sob a forma de fibras, fibras cortadas, materiais em partículas, filamentos emaranhados,pé rolas, esferas, mantos de fibras ou similares, e materiais de enchimento revestidos de cerâmica, tais como fibras de car

bono revestidas com alumina ou carboneto de silício para proteger o carbono do ataque, por exemplo, por um metal original de alumínio fundido. Os materiais de enchimento também podem incluir metais.

Atmosfera inf iltrante¹¹ , como aqui é usadq, significa a atmosfera que está presente, que integre com metal da matriz e/ou o pré-molde (ou o material de enchimento) e/ou o precursor de intensificador de infiltração e/ou o intensificador de infiltração e permite ou intensifica a ocorrência da infiltração espontânea do metal da matriz ocorra.

'' Intensificador de infiltração,c orno aqui é usado, significa um material que promove ou auxilia a infij. tração espontânea do metal da matriz num material de enchimen to ou pré-molde. Um intensificador de infiltração pode ser formado, por exemplo, a partir de uma reacção de um precursor de intensificador de infiltração com uma atmosfera infiltrante para formar (1) uma espécie gasosa e/ou (2) um produto da reacção do precursor de intensificador de infiltração com a atmosfera infiltrante e/ou (3) um produto da reacção do precursor de intensificador de infiltração com o material de enchimento ou pré-molde. Além disso, o intensificador de infiltração pode ser fornecido directamente ao pré-molde e/ou ao metal da matriz e/ou à atmosfera infiltrante e funciona de uma maneira substancialmente análoga à de um intensificador de infiltração que foi formado como uma reacção entre o precursor de intensificador de infiltração e outras espécies. Fj. nalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea, o intensificador de infiltração deve estar localizado em ou sobre

- 23 pelo menos uma porção do material de enchimento ou pré-molde para obter a infiltração espontânea.

Precursor de intensificador de infiltração ou Precursor para o intensificador de infiltracão,como aqui é usado, significa um material que, quando usado em combinação com o metal da matriz, o pré-molde e/ou a atmosfera infiltrante, forma um intensificador de infiltração que induz ou auxilia o metal da matriz a infiltrar-se espontaneamente no material de enchimento ou pré-molde. Sem desejar ficar limitado por qualquer teoria ou explicação particular, parece contudo que pode ser necessário que o precursor do intensificador de infiltração possa ser posicionado, localizado ou transportável para um local que permita que o precursor de in tensificador de infiltração interaja com a atmosfera infiltran te e/ou o pré-molde ou material de enchimento e/ou metal da matriz. Por exemplo, em certos sistemas de metal da matriz/pre cursor de intensificador de infiltração/atmosfera infiltrante é desejável que o precursor de intensificador de infiltração se volatilize, na vizinhança da ou, em alguns casos, um pouco acima da, temperatura a que o metal da matriz funde. Essa volatilização pode levar a :(1): uma reacção do precursor de in tensificador de infiltração com a atmosfera infiltrante para formar uma espécie gasosa que intensifica o molhamento do material de enchimento ou o pré-molde pelo metal da matriz; e/ou (2) uma reacção do precursor de intensificador de infiltração com a atmosfera infiltrante para formar um intensificador de infiltração sólido, liquido ou gasoso em pelo menos uma porção do material de enchimento ou do pré-molde o que intensifica o molhamento, e/ou (3) uma reacção do precursor de intensificador de infiltração no interior do material de enchimento ou do pré-molde que forma um intensificador de infiltração sólido, líquido ou gasoso em pelo menos uma porção do material de enchimento ou do pré-molde, o que intensifica o molhamento.

Ketal da Matriz ou liga de metal da Matriz , como aqui é usado, significa o metal que é utilizado para formar um compósito com matriz de metal (por exemplo, an tes da infiltração) e/ou o metal que é misturado com um material de enchimento para formar um corpo compósito com matriz de metal (por exemplo, depois da infiltração). Quando um metal especificado é designado como metal da matriz, deve enten der-rse que esse metal da matriz inclui esse metal como um metal essencialmente puro, um metal comercialmente disponível com impurezas e/ou elementos de liga, um composto intermetálico ou uma liga em que aquele metal é o constituinte principal ou predominante.

Sistema de metal d a matriz/precursor de in tensificador da infiltraçao/atmosfera infiitrante ou Sistema espontâneo, como aqui é usado, refere-se à combinação de materiais que apresente infiltração espontânea num pré-molde ou material de enchimento. Deve entender-se que quando aparecer um / entre um metal da matriz exemplificativo, um precursor de intensificador de infiltração e uma atmosfera infil trante, / é utilizado para designar um sistema ou combinação de materiais que, quando combinados de uma maneira oarticular apresentam a infiltração espontânea num pré-molde ou material de enchimento.

Compósito com matriz de metal ou MMC, como aqui é usado, significa um material que compreende uma liga ou matriz de metal interligada bi-ou tridimensionalmente, que embebeu um pré-molde ou material de encimento. 0 metal da matriz pode incluir vários elementos de liga para proporcionar propriedades mecânicas e físicas especificamente desejadas no compósito resultante.

Um metal diferente do metal da matriz significa um metal que não contém, como constituinte principal, o metal igual ao da matriz (por exemplo, se o constituinte principal do metal da matriz for o alumínio, o metal diferen te pode ter um constituinte principal de, por exemplo, níquel!

Vaso não reactivo para alojar o metal da matriz, significa qualquer vaso que possa alojar ou conter um material de enchimento (ou pré-molde) e/ou metal da matriz fundido nas condições do processo e que não reage com a matriz e/ou a atmosfera infiltrante e/ou o precursor do intensificador da infiltração e/ou um material de enchimento ou pré-molde de uma maneira que seria significativamente prejudicial ao mecanismo de infiltração.

Pré-molde ou Pré-molde permeável como aqui é usado, significa uma massa porosa de material de enchimento ou um material de enchimento que é preparada com pelo menos um limite de superfície que define substancialmente um limite para infiltração do metal da matriz, mantendo essa massa uma integridade de forma e uma resistência em verde suficientes para proporcionar uma fidelidade dimensional antes de ser infiltrada pelo metal da matriz. A massa deve ser suficien

temente porosa para se adaptar à infiltração espontânea do me tal da matriz no seu interior. Uma pré-molde compreende tipicamente um agregado ou disposição ligados de material de enchimento, homogéneo ou heterogéneo, e pode ser constituido por qualquer material adequado (por exemplo, um material em partículas de pó, fibras, filamentos emaranhados, etc, de cerâmica e/ou metal, e qualquer combinação dos mesmos). Um pré-molde pode existir individualmente ou como um conjunto.

Reservatório, como aqui é usado, significa um corpo separado de metal da matriz posicionado em· relação a uma massa de material de enchimento ou pré-molde, de mo do que, quando o metal estiver fundido, pode fluir para reabastecer, ou em alguns casos, proporcionar inicialmente e depois reabastecer a porção, segmento ou fonte de metal da matriz: que está em contacto com o material de enchimento ou pré -molde.

Infiltração espontânea,como aqui é usado, significa a infiltração do metal da matriz na massa permeável de material de enchimento ou pré-molde, que se verifica sem exigir a aplicação de pressão ou vácuo (quer aplicados externamente quer criados internamente).

Breve descrição da figura

A figura seguinte é proporcionada para ajudar a compreender a presente invenção, mas não se destina, a limitar o escopo da presente invenção. Sempre que possível usa rarn-se na figura os mesmos números de referência para designar componentes semelhantes, sendo a figura 1 uma vista em alçado lateral esquemático, em corte terial de enchimento cerâmico ensanduichada entre eles uma c tudo contido num recipiente re de acordo com os procedimentos

e uma liga de alumínio tendo amada de espiras de magnésio, fractário para ser processado indicados no Exemplo 1.

DescriçSo pormenorizada da invenção e da forma de realização preferida

A presente invenção refere-se à formação de um corpo compósito com matriz de metal por infiltração espontânea de uma massa solta de material de enchimento ou de um pré-molde com metal da matriz fundido. Em particular, um intensificador de infiltraçSo e/ou um precursor de intensificador de infiltração podem ser aplicados numa interface entre o metal da matriz e o material de enchimento ou o pré-molde antes de se verificar a infiltraçSo espontânea, ou podem ser aplicados substancialmente contíguos ao material da matriz fundido em contacto com o material de enchimento ou pré-molde. Finalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea, o in tensificador de infiltração deve ser colocado pelo menos na interface entre o material de enchimento ou o pré-molde e o metal da matriz e/ou pelo menos numa porção do material de enchimento ou pré-molde.

Especificamente, o precursor de intensifica dor de infiltração pode, pelo menos parcialmente, fazer-se reagir com a atmosfera de infiltraçSo, de modo que o intensificador de infiltraçSo pode ser formado em pelo menos uma por ção do material de enchimento ou pré-molde antes ou substanci almente contíguo com o estabelecimento do contacto do metal da matriz fundido com o material de enchimento ou pré-molde (por exemplo, se for o magnésio o precursor de intensificador de infiltração e o azoto a atmosfera de infiltração , o inten sificador de infiltraçSo poderia ser nitreto de magnésio, que poderia ser colocado numa superfície, ou em pelo menos uma porção do pré-molde ou do material de enchimento.

Um Exemplo do sistema de metal da matriz/ /precursor de intensificador de infiltração/atmosfera de infiltração é o sistema de alumínio/magnésio/azoto. Especificamente, um metal da matriz de alumínio pode estar contido num vaso refractário adequado que, nas condições do processo, não reaja com metal da matriz de alumínio e/ou com o material de enchimento ou pré-molde quando o alumínio funde. Um material de enchimento ou um pré-molde pode conter na sua superfície magnésio e pode ser exposto, pelo menos em certo instante durante o processamento, a uma atmosfera de azoto. Quando o metal da matriz de alumínio fundido for posto em contacto com o pré-molde ou material de enchimento contendo magnésio numa sua superfície, o metal da matriz infiltrar-se-á espontaneamente no material de enchimento ou pré-molde.

Além disso, em vez de proporcionar um precursor de intensificador de infiltração, pode proporcionar-se um intensificador de infiltração directamente ao pré-molde e/ou ao metal da matriz, na interface entre eles.

Nas condições usadas no processo segundo a presente invenção, no caso de um sistema de infiltração espon tânea de alumínio/magnésio/azoto,o material de enchimento ou o pré-molde deve ser suficientemente permeável para permitir ι

que ο gás contendo azoto penetre ou atravesse os poros do material de enchimento ou pré-molde num dado instante durante o processo e/ou entre em contacto com o metal da matriz fundido.Além disso, o material de enchimento ou o pré-molde permeáveis podem adaptar-se à infiltração do metal da matriz fun dido, fazendo assim com que o material de enchimento ou pré-molde impregnado com azoto seja infiltrado espontaneamente com metal da matriz fundido para formar um corpo compósito com matriz de metal e/ou fazer com que azoto reaja com um pre cursor do intensificador da infiltração para formar o intensificador de infiltração numa superfície do material de enchi, mento ou do pré-molde e/ou pelo menos parcialmente no interior do material de enchimento ou do pré-molde, dando assim ori gem à infiltração espontânea. A extensão ou a velocidade da infiltração espontânea e a formação do compósito com matriz de metal variarão com um dado conjunto de condições do proces so incluindo a quantidade de magnésio colocado numa superfície do material de enchimento ou do pré-molde, a quantidade de nitreto de magnésio colocado ou formado sobre uma superfície de ou pelo menos parcialmente no interior do material de enchimento ou do pré-molde, a presença de elementos de liga adicionais (por exemplo, silício, ferro, cobre, manganês, cró mio, zinco e similares), as dimensões médias do material de enchimento (por exemplo, o diâmetro das partículas), a condição da superfície e o tipo de material de enchimento, a concentração de azoto da atmosfera de infiltração, o tempo permi tido para a infiltração e a temperatura a que ocorre a infiltração .

Como comparação: por exemplo, para que a infiltração de metal da matriz de alumínio fundido ocorra espontaneamente, o alumínio pode formar.uma liga com pelo menos cerca de 1%, em peso e, de preferência, pelo menos cerca de 3% em peso, de magnésio (que funciona como precursor de inten sificador de infiltração),com base no peso da liga. Podem tam bém incluir-se elementos de liga adicionais, como atrás se discutia, no metal da matriz para pré-determinar propriedades específicas do mesmo. (Adicionalmente, os elementos de liga auxiliares podem afectar a quantidade mínima de magnésio necessária para que o metal da matriz de alumínio se infiltre espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde).

A perda de magnésio do sistema espontâneo devida, por exemplo, à volatilização, não ocorrerá até um ponto tal que nenhum magnésio fioue presente para formar intensificador de infiltração. Assim, é desejável utilizar uma quantidade suficiente de elementos de liga adicionais iniciais para assegurar que a infiltração espontânea não será afectada adversamente pela vola tilização. Contudo, a presença de magnésio numa superfície do material de enchimento no pré-molde e/ou numa superfície do metal da matriz, pode ter como consequência uma redução na quantidade de magnésio necessária para se obter a infiltração espontânea (discutida com mais pormenor mais adiante).

teor mínimo de magnésio necessário para ser colocado numa interface entre o metal da matriz e um material de enchimento ou pré-molde para se obter um compósito de matriz de metal com material de enchimento de cerâmica depende uma ou mais variáveis, tais como, a temperatura de pro!

cessamento, o tempo, a presença de elementos de liga auxiliares, tais como silício ou zinco, a natureza do material de enchimento, o teor de azoto da atmosfera e a velocidade com gue a atmosfera de azoto flui. Podem usar-se temperaturas mais baixas ou tempos de aquecimento mais curtos para se obter infiltração completa quando se aumentar o teor de magnésio. Também, para um dado teor de magnésio, a adição de certos ele mentos de liga auxiliares, tais como zinco, permite o uso de temperaturas mais baixas.

Como comparação: por exemplo, pode usar-se um teor de magnésio do metal da matriz no extremo inferior da faixa operável, por exemplo, de cerca de 1 a 3 por cento, em peso, em conjunto com: uma temperatura de processamento acima da mínima e/ou uma concentração de azoto maior e/ou um ou mais elementos de liga auxiliares. Além disso, quando não se adicio nar qualquer magnésio ao material de enchimento ou ao pré-molde , preferem-se ligas contendo de cerca de 3 a 5 por cento, em peso, de magnésio, com base na sua utilidade geral numa ampla variedade de condições de processo, preferindo-se pelo menos cerca de 5 por cento, guando se utilizarem temperaturas mais baixas e tempos menores. Podem usar-se teores de magnésio acima de cerca de 10 por cento, em peso, da liga de alumínio para moderar as condições de temperatura necessárias para a infiltração. 0 teorj.de magnésio pode ser reduzido quando usado juntamente com um elemento de liga auxiliar, mas esses elementos apenas desempenham uma função auxiliar e são usados juntamente com pelo menos a quantidade mínima de magnésio atrás especificada. Por exemplo, não houve substancialmente qualquer infiltração de alumínio nominalmente puro formando liga com 10 por cento de silício a 1000° C num leito de 39 Crystolon de 500 mesh ( carboneto de silício puro a 99% da Norton Co.). Contudo, na presença de magnésio, verificou-se que o silício promove o processo de infiltração.

Contudo, a quantidade de magnésio varia se for fornecido exclusivamente ao pré-molde ou ao material de enchimento. Descobriu-se gue a infiltração espontânea pode ocorrer com uma percentagem em peso, menor de magnésio fornecido ao sistema quando magnésio for colocado numa interface entre o metal da matriz e o pré-molde ou o material de enchimento ser desejável proporcionar uma quantidade menor de magnésio, a fim de impedir a formação de compostos intermetálicos indesejáveis no corpo compósito com matriz de metal.

Nota-se que, no caso de um pré-molde de carboneto de silício, quando o pré-molde é posto em contacto com um metal da matriz de alumínio, o pré-molde contendo pelo menos cerca de 1%, em peso, de magnésio e estando na presença de uma atmosfera de azoto substancialmente puro, o metal da matriz se infiltra espontaneamente no pré-molde. No caso de um pré-molde de alumínio, a quantidade de magnésio necessário para se obter infiltração espontânea aceitável é ligeiramente maior. Especificamente, verificou-se que, quando um pré-molde de alumina é posto em contacto com um metal de matriz de alumínio similar, aproximadamente à mesma temperatura que a do alumínio que se infiltrou no pré-molde de carboneto de silício, e na presença da mesma atmosfera de azoto puro, podem ser ne33 cessários pelo menos cerca de 3%, em peso, de magnésio para se obter infiltração espontânea análoga à obtida no pré-molde de carboneto de silício, discutida imediatamente atrás. Contudo, fornecendo ao sistema espontâneo precursor de intensif^ cador de infiltração e/ou intensificador de infiltração numa superfície da liga e/ou numa superfície do pré-molde ou do ma terial de enchimento, antes da infiltração do metal da matriz no material de enchimento ou no pré-molde, pode reduzir-se a quantidade de magnésio necessário para se obter infiltração espontânea. Se magnésio foi aplicado a uma superfície do metal da matriz, pode ser preferido que a superfície seja a superfície que está mais perto ou, de preferência, em contacto com a massa.permeável de material de enchimento, ou viceversa.

Ainda, é possível que possa ser usada uma certa combinação da aplicação em superfície, da liga e da colocação de magnésio em pelo menos uma porção do pré-molde.

Essa combinação de aplicação do ou dos intensificadores de infiltração e/ou precursores de intensificadores de infiltração poderia dar como resultado uma diminuição da percentagem, em peso, total do magnésio necessário para promover a infiltração do metal de alumínio da matriz no pré-molde, bem como a obtenção de temperaturas mais baixas a que a infiltração pode ocorrer. Além disso, poderia ser minimizada a quantidade de compostos intermetálicos indesejáveis formados devido à pre sença de magnésio.

C uso de um ou mais elementos de liga auxiliares e da concentração de azoto no gás circundante também afecta a extensão de nitretação do metal da matriz a uma dada •34

temperatura. Por exemplo, podem usar-se elementos de liga auxiliares, tais como o zinco ou o ferro incluídos na liga ou colocados numa superfície da liga, para baixar a temperatura de infiltração e, diminuir assim a quantidade da formação de nitreto, ao passo que pode usar-se o aumento da concentração de azoto para promover a formação de nitreto.

A concentração de magnésio colocado em pelo menos uma superfície da liga e/ou do material de enchimento ou pré-molde tende a afectar a extensão de infiltração a uma dada temperatura. Consequentemente, em alguns casos em que pouco ou nenhum magnésio é posto diretamente em contacto com o pré-molde ou material de enchimento, pode ser preferido incluir na liga pelo menos cerca de 3 por cento, em peso, de magnésio, para se obter infiltração espontânea. Teores de liga inferiores a essa quantidade, tais como 1 por cento, em peso, de magnésio, podem requerer temperaturas do processo mais elevadas ou um elemento de liga auxiliar para a infiltra ção. A temperatura necessária para efectuar o processo de infiltração espontânea segundo a presente invenção pode ser mais baixa:(1) quando se aumentar apenas o teor de magnésio da liga, por exemplo para pelo menos cerca de 5 por cento, em peso; e/ou (2) quando se-misturarem componentes de liga com a massa permeável do material de enchimento ou pré-molde; e/ou (3) quando estiver presente na liga de alumínio outro elemento, tal como zinco ou ferro. A temperatura também pode variar com diferentes materiais de enchimento. Em geral, verificar-se-á a infiltração espontânea progressiva a uma temperatura do pro cesso de pelo menos cerca de 675° C e, de preferência, a uma

- 35 VÍ temperatura do processo de pelo menos cerca de 75(j C-800° C.

Temperaturas geralmente acima de 1200° C parece não beneficiarem o processo, tendo-se verificado ser particularmente útil uma gama de temperaturas de cerca de 675° C a cerca de 1200° C. Contudo, como,regra geral, a temperatura de infiltração espon tânea é uma temperatura superior ao ponto de fusão do metal da matriz, mas abaixo da temperatura de volatilização do metal da matriz. Além disso, a temperatura de infiltração espontânea deve ser inferior ao ponto de fusão do material de enchimento. Além disso, ainda à medida que se aumenta a temperatura, aumenta a tendência para formar um produto de reacção entre o metal da matriz e a atmosfera infiltrante (por exemplo, no caso do metal da matriz de alumínio e uma atmosfera infiltrante de azoto, pode formar-se nitreto). Um tal produto da reacção pode ser desejável ou indesejável conforme a aplicação pretendida do corpo compósito com matriz de metal. Adicionalmente, utiliza-se tipicamente o aquecimento por resistência elétrica para obter as temperaturas de infiltração. Contu do, qualquer meio de aquecimento que possa fazer com que o me tal da matriz funda e não afecte adversamente a infiltração espontânea é aceitável para utilizar na presente invenção.

No presente processo, por exemplo, uma massa de material de enchimento ou um pré-molde entra em contacto com alumínio fundido na presença de pelo menos um gás contendo azoto, em algum momento durante o processo. O gás contendo azoto pode ser fornecido mantendo um fluxo contínuo de gás em contacto com o material de enchimento ou o pré-molde e/ou o metal da matriz de alumínio fundido. Embora o caudal de gás

este caudal azoto da de liga, e que pode ter contendo azoto não seja crítica, é preferido que seja suficiente para compensar qualquer perda de atmosfera devido à formação de nitreto na matriz também para impedir ou inibir a incursão de ar, uma acção oxidante no metal fundido.

O processo para a modelação de um compósito com matriz de metal é aplicável a uma ampla variedade de mate riais de enchimento, dependendo 3 escolha do material de enchimento de factores tais como a liga da matriz, as condições do processo, a reactividade da liga da matriz fundida com o material de enchimento e as propriedades pretendidas para o produto compósito final. Por exemplo, quando o alumínio for o metal da matriz, os materiais de enchimento adequados incluem (a) óxidos, por exemplo alumina;(b) carbonetos, por exem pio, carboneto de silício;(c) boretos, por exemplo, dodecarboreto de alumíno e (d) nitretos, por exemplo, nitreto de alu mínio. Se houver uma tendência para o material de enchimento reagir com o metal da matriz de alumínio fundido, isso poderia ser compensado minimizando o tempo de infiltração e a tem peratura ou proporcionando um revestimento não reactivo no material de enchimento. 0 material de enchimento pode compreender um substrato, tal como carbono ou outro material não ce râmico, levando um revestimento cerâmico para proteger o subs trato do ataque ou da degradação. Os revestimentos cerâmicos adequados incluem óxidos, carbonetos, boretos e nitretos. As cerâmicas preferidas para utilizar no presente processo incluem a alumina e o carboneto de silício sob a forma de parti, cuias, plaquetas, filamentos emaranhados e fibras. As fibras

podem ser descontinuas (sob a forma cortada) ou sob a forma de filamento contínuo, tais como estopas de muitifilamentos. Além disso, o material de enchimento ou o pré-molde podem ser homogéneos ou heterogéneos.

Descobriu-se também que certos materiais de enchimento apresentam uma melhor infiltração em relação aos materiais de enchimento tendo uma composição química semelhan te. Por exemplo, corpos de alumina triturada feitos pelo processo descrito na patente americana N5 4.713.360, intitulada Novel Ceramic Materials and Methods of Making Same publicada em 15 de Dezembro de 1987, em nome de Marc S. Newkirk et al, apresentam propriedades de infiltração desejáveis em rela ção aos produtos de alumina comercialmente disponíveis. Além disso, os corpos de alumina triturada feitos pelo processo de.s crito no pedido de patente copendente, do mesmo proprietário N? 819 397, intitulado Composite Ceramic Articles and Methods of Making Same em nome de Marc S. Newkirk et al, também apre sentam propriedades de infiltração desejáveis em relação aos produtos de alumina comercialmente disponíveis. Os objectos do pedido de patente publicado e do pedido de patente copendente são aqui expressamente incorporados por referência. Especificamente, descobriu-se que a infiltração completa de uma massa permeável de material cerâmico pode ocorrer a temperatu ras de infiltração mais baixas e/ou em tempos de infiltração menores utilizando um corpo triturado ou reduzido a partículas produzido pelo processo do pedido de patente e da patente americanos atrás mencionados.

As dimensões e a forma do material de enchi- 38 quaisquer necessárias para mento ou do pré-molde podem ser quaisquer necessárias para obter as propriedades desejadas no compósito. Assim, o material pode estar sob a forma de partículas, filamentos emaranhados, plaquetas ou fibras, visto.que a infiltração não é limitada pela forma do material de enchimento. Outras formas, tais como, esferas, túbulos, peletes, tecido de fibras refráctárias e similares podem ser usadas. Além disso, as dimensões do material não limitam a infiltração, embora possam ser necessários uma temperatura mais alta ou um período de tempo maior para a infiltração completa de uma massa de partículas mais pequenas do ciue para partículas maiores. Além disso, a massa de material de enchimento (que pode ser moldada para formar um pré-molde) a infiltração deve ser permeável (isto é, permeável ao metal da matriz fundido e à atmosfera infiltrante).

processo de formação de compósitos com matriz de metal segundo a presente invenção por não ser dependente do uso de pressão para forçar ou comprimir metal da matriz fundido para o interior de um pré-molde ou uma massa de material de enchimento, permite a produção de compósitos com matriz de metal substancialmente uniforme com uma elevada percentagem, em volume, de material de enchimento e uma baixa porosidade. Podem conseguir-se maiores percentagens, em volume, de material de enchimento utilizando uma massa inicial de material de enchimento com menor porosidade. Maiores percentagens, em volume, podem também ser obtidas, se a massa de material de enchimento for compactada ou tornada mais densa de outro modo, desde que a massa não seja convertida nem numa massa compacta com poros fechados, nem numa estrutura completa39

mente densa, que impediria a infiltração pela liga fundida.

Foi observado que, para a infiltração de alumínio e a formação de uma matriz em torno de um material de enchimento cerâmico, o molhamento do material de enchimento cerâmico pelo metal da matriz de alumínio pode ser uma par te importante do mecanismo de infiltração. Além disso, a temperaturas de processamento, baixas, verifica-se uma nitretação desprezável ou mínima do metal, resultando dai uma fase descontínua mínima de nitreto de alumínio disperso na matriz de metal. Contudo, quando nos aproximamos do extremo superior da faixa de temperatura, torna-se mais provável a nitretação do metal. Pode assim controlar-se a quantidade da fase de nitreto na matriz de metal fazendo variar a temperatura de processamento à qual se verifica a infiltração. A temperatura de processamento específica à qual se torna mais pronunciada de nitreto varia também com factores tais como a liga de metal da matriz usada e a sua quantidade relativamente ao volume de material de enchimento ou do pré-molde, o material de enchimento a infiltrar e a concentração de azoto da atmosfera infiltrante, Por exemplo, crê-se que a extensão da formação de nitreto de alumínio a uma dada temperatura aumenta quando diminui a capacidade da liga para molhar o material de enchimen to e guando aumenta a concentração de azoto da atmosfera.

£ pois possível, pré-determinar a constitui ção da matriz de metal durante a formação do compósito para conferir certas características ao produto resultante. Para um dado sistema, podem escolher-se as condições do processo oara controlar a formação de nitreto. Um produto compósito contendo uma fase de nitreto de alumínio apresentará certas propriedades que podem ser favoráveis para ou melhorar a eficácia do produto. Além disso, a gama de temperaturas para a infiltração espontânea com uma liga de alumínio pode variar com o material cerâmico usado. No caso de alumina como material de enchimento, a temperatura para a infiltração não deve de preferência exceder cerca de 1000° C, se se desejar que a ductilidade da matriz não seja reduzida pela formação signifi. cativa de nitreto. Contudo, podem usar-se, temperaturas superiores a 1000° C, se se desejar produzir um compósito com uma matriz menos dúctil e mais rígida. Para infiltrar carboneto de sílicio, podem usar-se temperaturas mais elevadas, de cerca de 1200° C, visto que a liga de alumínio se nitrifica em menor grau, relativamente ao uso de alumina como material de enchimento, quando se usar o carboneto de sílicio como material de enchimento.

Além disso, é possível usar um reservatório de metal da matriz para assegurar a infiltração completa do material de enchimento e/ou fornecer um segundo metal, que tem uma composição diferente da primeira fonte de metal da matriz. Especificamente, em alguns casos pode ser desejável utilizar um metal da matriz no reservatório, com uma composição diferente da da primeira fonte de metal da matriz. Por exemplo, se se usar uma liga de alumínio como primeira fonte de metal da matriz, pode então, usar-se substancialmente qual quer outro metal ou liga de metal gue fundiu à temperatura de processamento, como metal do reservatório. Os metais fundidos

são frequentemente muito miscíveis uns com os outros, donde resultaria a mistura do metal do reservatório com a primeira fonte de metal da matriz, desde que desse um tempo apropriado para que se verificasse a mistura. Assim, utilizando um metal do reservatório com composição diferente da da primeira fonte de metal da matriz, é possível pré-determinar as proprie dades da matriz de metal para satisfazer os vários requesitos operacionais e , desse modo, pré-determinar as propriedades do compósito com matriz de metal.

Pode utilizar-se também um meio de barreira em combinação com a presente invenção. Ξspecificamente, o meio de barreira a utilizar com a presente invenção pode ser qualquer meio adequado que interfira, iniba, impeça ou interrompa a migração, o movimento ou similar, da liga de matriz fundida (por exemplo, uma liga de alumínio) para além do limite de superfície definido do material de enchimento. Os meios de barreira apropriados podem ser quaisquer material, composto, elemento, composição ou similar que, nas condições do processo segundo a presente invenção, mantém uma certa integridade, não é volátil e, de preferência, é permeável ao gás usado com o processo, bem como possa localmente inibir, interromper com, impedir ou similar, a infiltração contínua ou qualquer outra espécie de movimento para além do limite de superfície definido do material de enchimento cerâmico.

Os meios de barreira apropriados incluem materiais que são substancialmente não molháveis pela liga de metal da matriz fundida que migra, nas condições do processo usadas. Uma barreira desse tipo parece mostrar pouca ou.nenhu ma afinidade para a liga de matriz fundida, impedindo-se ou inibindo-se o movimento para além do limite de superfície definido do material de enchimento ou pré-molde por meio da bar reira. A barreira reduz qualquer maquinagem ou rectificação finais que possam ser necessários do produto compósito com matriz de metal. Como atrás se mencionou, a barreira deve de preferência ser permeável ou porosa, ou tornada permeável por meio de furos, para permitir que o gás contacte com a liga da matriz fundida.

Barreiras adequadas particularmente utilizáveis para as ligas da matriz de alumínio sao as que contêm carbono, especialmente a forma alotrópica cristalina de carbono conhecida como grafite. A grafite é essencialmente não molhável pela liga de alumínio fundida, nas condições de processo descritas. Uma grafite particularmente preferida é um produto de fita de grafite que é vendido sob a marca comercial Grafoil , registada pela Union Carbide. Esta fita de grafite apresenta características de vedação que impedem a migração de liga de aluminio fundido para além do limite de superfície definido do material de enchimento. Esta fita de grafite também resistente ao calor e quimicamente inerte. 0 material de grafite Grafoil*⁷ é flexível, compatível, moldável e elástica. Pode ser feito em várias formas para se adaptar a qualquer aplicação da barreira. Contudo, o meio de barreira de grafite pode ser empregado como uma pasta ou suspensão ou mesmo como uma película de tinta em torno de e no limite do material de p

enchimento ou pré-molde. Grafoil' é particularmente preferido /

grafite flexível implesmente modepré-molde.

porque se encontra na forma de uma folha de Em uso, essa grafite semelhante a papel é s lada em torno do material de enchimento ou

Outro ou outros meios de barreira para ligas da matriz de metal de alumínio em azoto são os boretos de um metal de transição (por exemplo, diboreto de titânio (TiB₂), que são em geral não molháveis pela liga de metal de alumínio fundido em cretas condições do processo empregadas usando esse material. Com uma barreira deste tipo, a temperatura do processo não deve exceder cerca de 875° C, pois, de outro modo, o material de barreira torna-se menos eficaz, verificando-se de fato, com o aumento da temperatura a infiltração na barrei ra. Os boretos de um metal de transição encontram-se tipicamente numa forma de partículas (1-30 micrómetros). Os materiais de barreira podem ser aplicados como uma suspensão ou pas ta nos limites da massa permeável de material de enchimento cerâmico que, de preferência, é moldado como um pré-molde.

Outras barreiras utilizáveis para ligas da matriz de metal de alumínio em azoto incluem compostos orgânicos de pequena volatibilidade aplicados como uma película ou camada na superfície externa do material de enchimento ou pré-molde. Mediante a cozedura em azoto, especiaimente nas condições de processo da presente invenção, o composto orgânico decompõe-se, deixando uma película de fuligem de carbono. 0 composto orgânico pode ser aplicado por meios convencio nais, tais como, pintura, pulverização, imersão, etc.

Além disso, materiais em partículas finamen

re triturados, podem funcionar como barreira, desde que a infiltração do material em partículas se verifique com uma velo cidade menor que a taxa de infiltração do material de enchimento .

Assim, o meio de barreira pode ser aplicado por qualquer meio adequado, por exemplo cobrindo o limite de superfície definido com uma camada do meio de barreira. Essa camada de meio de barreira pode ser aplicada por pintura, imer são, serigrafia, evaporação ou aplicando de outro modo o meio de barreira sob a forma de liquido, suspensão ou pasta, ou por deposição de um meio de barreira vaporizável, ou simplesmente pela deposição de uma camada de meio de barreira sólido, em partículas, ou pela aplicação de uma folha fina sólida ou película de meio de barreira no limite de superfície definido. Com o meio de barreira no seu lugar, a infiltração espontânea termina substancialmente quando a infiltração do metal da matriz atingir o limite de superfície definido e entrar em contacto com o meio de barreira.

Nos Exemplos que se seguem imediatamente estão incluídas várias demonstrações da presente invenção. Contudo, esses Exemplos devem ser considerados como sendo ilus trativos e não como limitativos do escopo da presente invenção, como é definido nas reivindicações anexas.

Exemplo 1

A fig.l mostra um conjunto, em corte transversal, que pode ser usado para formar um corpo compósito com matriz de metal. Em particular, introduziu-se um material de

tínchimento (3), compreendendo partículas de alumina de 220 grit, fornecido pela Norton Co. e vendido com a designação comercial 38 Alundum, num vaso refractário (1). 0 vaso refrac tário (1) media cerca de 100 milímetros por 45 milímetros por 19 milímetros e era constituido por um material de alumina de grande pureza (BTC-AL-99,7%, 3olt Technical Ceramics, Inc., Conroe, TX). Colocou-se uma camada de espiras de magnésio (4), oesando aproximadamente 2,7 gramas e obtida na Aesar, uma Divisão da Johnson Mathey, numa superfície superior do material de enchimento de alumina (3). Colocou-se uma liga de metal da

II matriz (2), medindo cerca 5,08 x 3,81 cm (2 χ 1 1/2 ) e pesando cerca de 41,9 gramas, sobre a camada de espiras de magnésio (4). A liga (2) foi uma liga de alumínio, existente no mercado, conhecida como alumínio 1100 e continha cerca de 99 por cento, em peso, de Al e pequenas quantidades de impurezas, incluindo Zn, Cu, Fe, Si e Mn. Colocou-se o vaso refractário (1) com o seu conteúdo num forno tubular, de resistência elétrica, com atmosfera controlada, que foi, depois, vedado e _2 evacuado até cerca de 1 x 10 torr, enchendo-se de novo com gás de formação, compreendendo cerca de 96% em volume de azoto e cerca de 4% em volume de hidrogénio, com um caudal conti nuo de cerca de 25o cc/min. 0 forno foi elevado gradualmente até uma temperatura de cerca de 875° C durante 5 horas, baixando-se depois para a temperatura ambiente, com uma velocidade de cerca de 200 ° C/hora. Retirou-se a barquinha (1) e o seu conteúdo do forno, tendo sido observado que a liga (2) se tinha infiltrado de maneira substancialmente completa no material de enchimento (3).

- *46 Exemplo 2 a excepção de ras de Mg (4)

Repetiu-se o procedimento do Exemplo 1, com que se colocou uma camada de 1,3 grama de espientre o material de enchimento (3) e a liga(2) de metal da matriz e de que a liga (2) pesava cerca de 41,1 gramas. Mais uma vez se verificou a infiltração substancialmente completa do material de enchimento (3).

Claims

reivindicações

1. - Processo para a fabricação de.um compósito com matriz de metal, caracterizado pelo facto de compreender as fases de:

proporcionar uma fonte de metal da matriz;

proporcionar um material rie enchimento substancialmente não reactivo próximo da fonte de metal da matriz;

fornecer pelo menos urr. intensificador da infiltração e/ou um precursor de intensificador da infiltração a pelo menos uma porção de uma interface entre a referida fonte de metal da matriz e o material de enchimento; e infiltrar espontaneamente pelo menos uma porção do matéria] de enchimento com o metal da matriz fundido.

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte-48rizado pelo facto de compreender ainda a fase de proporcionar uma atmosfera infiitrante em comunicação com pelo menos o material de enchimento e/ou o metal da matriz durante pelo menos uma parte do período de infiltração.
3. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de compreender ainda a fase de fornecer um precursor de intensificador da infiltração e/ou um precursor da infiltração ao metal da matriz e/ou ao material de enchimento e/ou à atmosfera infiitrante.
4. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de compreender ainda a fase de fornecer além disso um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador da infiltração a pelo menos o metal da matriz e/ou o material de enchimento.
5. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração e/ou o intensificador da infiltração fornecidos adicionalmente serem fornecidos por uma fonte externa.
6, - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o intensificador da infiltração ser formado pela reacção de um precursor de intensificador da infiltração e

9pelo menos uma espécie escolhida do grupo formado pela atmosfera infiltrante, o material de enchimento e o metal da matriz.

_ .
7. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, durante a infiltração, o precursor do intensificador da infiltração se volatilizar.
8. - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltraçSo volatilizado reagir para formar um produto da reacção em pelo menos uma porçSo do material de enchimento.
9. - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo facto de o referido produto da reacção ser, pelo menos parcialmente redutível pelo metal da matriz fundido.
10. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo facto de o produto da reacção revestir pelo menos uma porção do material de enchimento.
11. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material de enchimento ser constituído por um pré-molde.
12.

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracte-50/ rizado pelo facto de compreender ainda a fase de definir um limite de superfície do material de enchimento com uma barreira, infiltrando-se o metal da matriz espontaneamente até à barreira.
13. - Processo de acordo com a reivindicação 12, cara£ terizado pelo facto de a barreira compreender um material escolhido do grupo formado pelo carbono, a grafite e o diboreto de titânio .
14. - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo facto de a barreira ser substancialmente não molhável pelo metal da matriz.
15. - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo facto de a barreira compreender pelo menos um material que permite a comunicação entre uma atmosfera infiltrante e o metal da matriz e/ou o material de enchimento, e/ou intensificador da infiltração e/ou o precursor de intensificador da infiltração.
16. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de 0 material de enchimento compreender pelo menos um material escolhido do grupo formado por pés, flocos, plaquetas, microesferas, filamentos emaranhados, pérolas, fibras, partículas, mantos de fibras, fibras cortadas, esferas, grânulos, tubulos e tecidos refractarios.
17. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material de enchimento ter uma solubilidade limitada no metal da matriz fundido.
18. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material de enchimento compreender pelo menos um material cerâmico.
19. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o metal da matriz compreender alumínio, o precursor de intensificador da infiltração compreender pelo menos um material escolhido do grupo formado pelo magnésio, o estrôncio e o cálcio, e a atmosfera infiltrante compreender azoto.
20. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o meta] da matriz compreender alumínio, o precursor de intensificador da infiltração compreender zinco e a atmo_s fera infiltrante compreender oxigénio.
21. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de, além de um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador ria infiltração na referida interface, formar liga com o metal da matriz também um precursor de intensificador da infiltração.
22. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o metal da matriz compreender alumínio e pelo menos um elemento de liga escolhido do grupo formado pelo silício, o ferro, o cobre, o manganês, o crómio, o zinco, o cálcio, o magnésio e o estrôncio.
23. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de, além de um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador da infiltração na referida inter face, se proporcionarem pelo menos um precursor de intensificador da infiltração e/ou intensificador da infiltração no metal da matriz e no material de enchimento.
24. — Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de além de pelo menos um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador da infiltração na inter face, se proporcionarem um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador da infiltração em mais de urn dos componentes do metal da matriz do material de enchimento e da atmosfera infiltran te.
25. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a temperatura durante a infiltração espontânea ser mais elevada do que o ponto de fusão do metal da matriz, mas mais baixa do que temperatura de volatilização do metal da matriz e que o ponto de fusão do material de enchimento.
26. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto rie a atmosfera infiltrante compreender uma atmosfera escolhida no grupo formado pelo oxigénio e o azoto.
27. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração compreender um material escolhido no grupo formado pelo magnésio, o estrôncio, e o cálcio.
28. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o metal da matriz compreender alumínio e o material de enchimento compreender um material escolhido no grupo formado por óxidos, carbonetos, boretos e nitretos.
29. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração e/ou o intensificador da infiltração serem aplicados soltos como um material sólido na referiria interface entre a fonte de metal da matriz e o material de enchimento.
30. - Processo de acordo com a reivindicação 1, carac-54- cterizado pelo facto de a fonte de metal da matriz compreender um lingote maciço de metal da matriz e pelo menos o precursor de intensificador da infiltração e/ou o intensificador da infiltração serem aplicados sob a forma de uma pasta fluida a pelo menos uma porção do lingote.
31. - Processo de acordo com a reivindicação 1, carac terizado pelo facto de o material de enchimento compreender um pré-molde e pelo menos 0 precursor de intensificador da infiltração e/ou o intensificador da infiltração serem aplicados sob a forma de uma pasta fluida a pelo menos uma porção do pré-molde.