PT92261B

PT92261B - Processo para a modelacao de corpos macrocompositos e corpos macrocompositos produzidos por esse processo

Info

Publication number: PT92261B
Application number: PT92261A
Authority: PT
Inventors: Marc Stevens Newkirk; Danny Ray White; Michael Kevork Aghajanian; Christopher Robin Kennedy; Alan Scott Nagelberg; Robert James Wiener
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1995-09-12
Also published as: ATE114735T1; CN1064289C; KR0148341B1; AU2353792A; NO893994L; RO108339B1; FI894941A0; DK559789D0; JPH02240229A; NZ231079A; AU624418B2; ZA898538B; NO177583C; AU649561B2; CN1042497A; BR8905761A; NO893994D0; US5040588A; JP2905525B2; NO177583B

Description

DESCRIÇÃO

DA

PATENTE DE INVENÇÃO

N.° 92.261

REQUERENTE: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP, norte-ameri cana, com sede em Tralee Industrial Park, Newark, Delaware 19711, Estados Unidos da América,

EPÍGRAFE: Processo para a modelação de corpos macrocompósitos e corpos macrocompósitos produzidos por esse processo

INVENTORES: Michael Kevork Aghajanian,

Christopher Robin Kennedy,

Alan Scott Nagelberg,

Robert James Wiener,

Marc Stevens Newkirk,

Danny Ray White,

Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883.

U.S.A., 10.11.1988, sob o Nô 269,464,

INPI. WCD 113 RF 16732

LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP

PROCESSO PARA A MODELAÇÃO DE CORPOS MACROCOMPÓSITOS E CORPOS

MACROCOMPÓSITOS PRODUZIDOS POR ESSE PROCESSO

A presente invenção refere-se à formação de um corpo macrocompósito infiltrando espontaneamente uma massa permeável de material de enchimento ou um pré-molde com metal da matriz fundido e ligando o material infiltrado espontaneamente a pelo menos um segundo material, tal como, cerâmica e/ou um metal. Em particular, um intensificador da infiltração e/ou um precursor do intensificador da infiltração e/ou uma atmosfera infiltrante estão em comunicação com um material de enchimento ou um pré-molde, pelo menos em algum instante durante o processo, o que permite que se infiltre metal da matriz fundido espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde. Além disso, antes da infiltração, o material de enchimento ou o pré-molde é colocado em contacto com pelo menos uma porção de um segundo material, de modo que, após a infiltração do material de enchimento ou do pré-molde, o material infiltrado é ligado ao segundo material, formando assim um corpo macrocompósito.

Os produtos compósitos que compreendem uma matriz de metal e uma fase de fortalecimento ou reforço, tal como partículas, filamentos emaranhados, fibras ou similares, mos2 -ί

tram-se muito prometedores para uma certa variedade de aplicações porque eles combinam um pouco da firmeza e da resistência ao desgaste da fase de reforço com a ductilidade e a tenacidade da matriz de metal. Em geral,um compósito com matriz de metal apresentará uma melhoria em propriedades, tais como, a firmeza, a resistência ao desgaste devido ao contacto e a retenção da resistência às temperaturas 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 como eles são processados na modelação do compósito. Em alguns casos, o compósito pode também ser mais leve 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 exemplo, têm interesse devido a suas maiores firmeza, resistência ao desgaste e resistência a temperaturas elevadas, em comparação com o alumínio .

Têm sido descritos vários processos metalúrgicos 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, fibras corta-

das, 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 carboneto 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 matérias em partículas.

A produção de compósitos com matriz de metal pelas técnicas da metalurgia dos pós utilizando os processos 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, moldação ou maquinagem) ou sem recorrer a prensas complexas. Também pode verificar-se a concentração 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 Ns 3.970.136, concedida em 20 de Julho de 1976, a J.C. Canneil 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 alumina com um padrão pré-determinado da orientação das fibras. 0 compósito é feito colocando mantos ou feltros paralelos de fibras

complanares num molde com um reservatório de metal da matriz fundido, 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. 0 metal fundido pode ser vazado na pilha de mantos enquanto é forçado sob pressão a circular entre os mantos. Tem 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 uniformidade das propriedades é possível embora o metal fundido possa ser introduzido numa multiplicidade de locais no interior do agregado fibroso. Consequentemente, é necessário proporcionar agregados de mantos/reservatório e trajectos do fluxo complicados 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 relativamente baixo da percentagem, em volume, da matriz devido à dificuldade inerente à infiltração de um grande volume de mantos. Mais ainda, são necessários moldes para o metal fundido sob pressão, o que aumenta o custo do processo. Finalmente, o processo atrás citado, limitado à infiltração de partículas 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 alumínio forma uma liga com lítio e a alumina pode ser revestida com sílica. Contudo, esses compósitos apresentam variações nas propriedades, ou os revestimentos podem degradar o material de enchiemnto, ou a matriz contém lítio, que pode afectar as propriedades da matriz.

A Patente norte-americana Ns 4.232.091 concedida 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 pressões de 75-375 kg/cm para forçar alumínio fundido (ou a liga de alumínio fundida) num manto de fibras ou de filamentos emaranhados de alumínoo que foi pré-aquecido de 700 a 1050°C.

A relação máxima entre os valores de alumina e de metal na peça moldada sólida resultante foi 0,25/1. Devido à sua dependência da força externa para realizar a infiltração, este processo está sujeito a muitas das mesmas deficiências que o de Cannell e outros.

χ

/ *3

A publicação do pedido de patente europeu Ns 115.742 descreve a fabricação de compósitos de alumina-alumínio, especialmente utilizáveis como componentes de pilhas electrolíticas, pelo preenchimento dos vazios de uma matriz de alumina pré-moldada com alumínio fundido. 0 pedido de patente faz realçar a não molhabilidade da alumina pelo alumínio e, portanto, são usadas várias técnicas para molhar a alumina em todo o 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 evaquando 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 alumínio fundido. Para assegurar a retenção do alumínio nos poros do pré-molde, é necessário um tratamento térmico, por exemplo o , a 1400 a 1800 C, no vacuo ou em argon. Caso contrario, 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 Ns 49353. 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. Afim de proteger este substracto da criolite fundida aplica-se um revestimento fino de uma mistura de um agente molhante e um precursor de solubilidade ao substracto 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 crómio, o nióbio ou o cálcio, sendo o titânio mencionado como 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 Ns 3718441, 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

-6 . -2 -6 10 torr. Um vacuo 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 da cerâmica. Contudo, referiu-se que o molhamento melhorou quando se reduziu o vácuo para menos de 10 θ torr. A patente americana Ns 3.864.154, concedida em 4 de Fevereiro de 1975, a G.E. Gazza e outros, também 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 A1B^2 num leito de pó de alumínio prensado a frio. Colocou-se depois alumínio adicional no topo do pó de AlB^. Colocou-se o cadinho carregado com compacto de A1B^₂ ensanduichado entre as camadas de pó de alumínio, num forno no vácuo. O forno foi evacuado até aproximadamente 10 torr, para permitir a saída dos gases. Elevou-se depois a temperatura 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 Ns 3.364.976, concedida em 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 exteriormente i

através de pelo menos um orifício no molde. Quando se mergulha o molde na massa em fusão, verifica-se o enchimento da cavidade à medida que se produz o vácuo auto-gerado a partir da reacção 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 lhes 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 das superfície do molde ou o seu descarte se não 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 poroso pode ser imerso directamente num metal fundido sem a necessidade de um molde, o material refractário teria 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 tipicamente o material em partículas se desinte- 10

-τ' graria 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 infiltrante não desloque pelo menos porções do material em partículas ou do pré-molde, dando origem a uma microestrutura não homogénea.

Consequentemente, tem havido uma necessidade há muito sentida de um processo simples e 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 molhantes 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 produzir 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, e/ou dotado de uma barreira, 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 pelo menos em certo instante durante o processo.

2Ê£££.Í£ão_dos_£edido£_de_£ate nte_amer ic anos_do__Ε££Π1£_Ε££Ε£Ϊ£Ξ tár io assunto do presente psdido 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 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, N? 049.171, depositado 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 de 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 contando 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 espontâneamente 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 o menos cerca de 675 C, na presença de um gas compreendendo de cerca de 10 a 100 por cento e, de preferencia, 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). Quando 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 enchimento 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 enchiemnto 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 a 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 compósito.

Para algumas aplicações de utilização final, pode no entanto ser desejável que o compósito contenha pouco ou substancialmente 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 Ns 141642, 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 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 barreira. O 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.

processo do pedido de patente americano Na

049171 foi aperfeiçoado pelo pedido de patente americano copendente e do mesmo proprietário Ns 168284, depositado em 15 /

- 14 τ

X.___ /' 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 apresentados 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 que 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 infiltração 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 que 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 suficiente 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 possa ser pelo menos suficiente para permitir que a infiltração espontânea se processe substancialmente até os limites (por exemplo, as barreiras) da massa permeável de material de enchimento, a quantidade de liga presente no reservatório podia exceder essa quantidade suficiente de modo que não só 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 matriz 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 directamente ao metal em excesso que fica no reservatório.

Todos os pedidos de patente de matriz de metal do mesmo proprietário atrás examinados descrevem processos 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 matriz de metal do mesmo proprietário anteriores são aqui expressamente incorporados por referência.

Sumário da Invenção

Um corpo compósito complexo é produzido formando primeiro um corpo compósito com matriz de de metal, que é posto em contacto com um segundo material e ligado ao mesmo. Um corpo compósito com matriz de metal é produzido infiltrando espontaneamente uma massa de material de enchimento ou um pré-molde permeáveis com metal da matriz fundido. Especificamente, um intensificador da infiltração e/ou um precursor da infiltração e/ou uma atmosfera infiltrante estão em comunicação com o material de enchimento ou com o pré-molde, pelo menos em algum instante durante o processo, o que permite que se infiltre metal da matriz fundido espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde.

Numa forma de realização preferida da presente invenção, pode fornecer-se um intensificador de infiltração directamente ao pré-molde (ou ao material de enchimento) e/ou ao metal da matriz, e/ou à atmosfera infiltrante. Finalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea, o intensificador de infiltração deve estar localizado em pelo menos uma porção do material de enchimento ou do pré-molde.

Numa primeira forma de realização preferida, para formar um corpo macrocompósito, fornece-se a quantidade de metal da matriz para infiltrar espontaneamente o material de enchimento ou o pré-molde em excesso em relação à que é necessária para se obter a infiltração completa do material permeável. Assim, fica metal da matriz residual ou em excesso (por exemplo, o metal da matriz que não foi utilizado para infiltrar o material de enchimento ou o pré-molde) em contacto com a massa infiltrada o qual se torna intimamente ligado à massa infiltrada. A quantidade, as dimensões, a forma e/ou a composição do metal da matriz residual podem ser controlados para produzir um número substancialmente ilimitado de combinações. Além disso, as dimensões relativas do compósito com matriz de metal em relação às do da matriz residual podem ser controladas desde um extremo da formação de uma película compósita de matriz de metal sobre uma superfície de metal da matriz residual (por exemplo, verificou-se apenas uma pequena quantidade de infiltração espontânea) até outro extremo da formação de metal da matriz residual sob a forma de uma película sobre uma superfície de um compósito com matriz de metal (por exemplo, proporcionou-se apenas uma pequena quantidade em excesso de metal da matriz) .

Numa segunda forma de realização preferida, põe-se um material de enchimento ou um pré-molde em contacto com pelo menos uma porção de um outro corpo ou segundo corpo (por exemplo, um corpo cerâmico ou um corpo de metal), infiltrando-se metal da matriz fundido espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde pelo menos até uma superfície do segundo corpo, fazendo com que o compósito com matriz de metal se ligue intimamente ao segundo corpo. A ligação do com-

posito com matriz de metal ao segundo corpo pode ser devido ao facto de o metal da matriz e/ou o material de enchimento ou pré-molde reagirem com o segundo corpo. Além disso, se o segundo corpo circundar pelo menos parcialmente, ou de maneira substancialmente completa, o compósito com matriz de metal formado ou fôr por este circundado pode verificar um ajuste apertado ou de compressão. Esse ajuste apertado pode ser o único meio de ligação do compósito com matriz de metal ao segundo corpo ou ele pode existir em combinação com outro mecanismo de ligação entre o compósito com matriz de metal e o segundo corpo. Além disso, pode controlar-se o grau de ajuste apertado escolhendo combinções apropriadas de metais da matriz, materiais de enchimento ou pré-moldes e/ou segundos corpos, para obter uma adaptação ou selecção desejável dos coeficientes de dilatação térmica. Assim, por exemplo, poderia produzir um compósito com matriz de metal de modo que ele tenha um coeficiente de dilatação térmica maior do que o de um segundo corpo e que o compósito com matriz de metal circunde, pelo menos parcialmente, um segundo corpo. Neste exemplo, o compósito com matriz de metal seria ligado ao segundo menos por um ajuste com aperto. Pode assim formar-se um largo espectro de corpos macrocompósitos compreendendo um compósito com matriz de metal ligado a um segundo corpo, tal como, outra cerâmica ou um metal.

Numa outra forma de realização preferida, fornece-se metal da matriz em excesso ou residual à segunda forma de realização preferida atrás discutida (por exemplo, a

-/

combinação de um composto com matriz de metal e um segundo do corpo). Nesta forma de realização, análoga à primeira forma de realização preferida atrás discutida, proporciona-se uma quantidade de metal da matriz para infiltrar espontaneamente o material de enchimento ou o pré-molde maior que a necessária para se obter a infiltração completa do material permeável. Além disso, de maneira análoga à segunda forma de realização preferida atrás discutida, põe-se um material de enchiemnto ou pré-molde em contacto com pelo menos uma porção de um outro corpo ou segundo corpo (por exemplo, um corpo cerâmico ou um corpo de metal), infiltrando-se metal da matriz fundido espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde pelo menos até uma superfície do segundo corpo, fazendo com que o compósito com matriz de metal se ligue ao segundo corpo. Pode assim obter-se um corpo macrocompósito muito mais complexo que o macrocompósito descrito nas duas primeiras formas de realização preferidas. Especificamente, pelo facto de ser possível escolher um compósito com matriz de metal e combinálo com um segundo corpo (por exemplo, uma cerâmica e/ou um metal) e com metal da matriz em excesso ou residual, pode obter-se um número virtualmente ilimitado de permutações ou combinações. Por exemplo, se se desejar produzir um eixo ou uma haste de um macrocompósito, uma parte interior do eixo poderia ser um segundo corpo (por exemplo, uma cerâmica ou um metal). 0 segundo corpo poderia ser pelo menos parcialmente envolvido por um compósito com matriz de metal. 0 compósito com matriz de metal poderia, então, ser pelo menos parcial-

mente envolvido por um segundo corpo ou metal da matriz residual. Se o composto com matriz de metal fosse envolvido por metal da matriz residual, um outro compósito com matriz de metal poderia, pelo menos parcialmente, envolver o metal da matriz residual (por exemplo, o metal da matriz residual poderia ser fornecido numa quantidade suficiente para que ele se infiltre quer para dentro no sentido de um material de enchimento (ou de um pré-molde), que contacta com uma porção interior de um metal da matriz, quer para fora, no sentido de um material de enchimento (ou de um pré-molde), que contacta com uma porção exterior do metal da matriz). Consequentemente, são proporcionadas oportunidades tecnológicas, significativas por esta terceira forma de realização da invenção.

Em todas as formas de realização preferidas atrás discutidas, pode formar-se um corpo compósito com matriz de metal como uma superfície quer exterior quer interior, ou ambas as coisas, num substrato de metal da matriz. Além disso, a superfície do compósito com matriz de metal pode ter uma espessura escolhida ou pré-determinada relativamente às dimensões do substrato de metal da matriz. As técnicas de infiltração espontânea segundo a presente invenção permitem a preparação de estruturas de compósito com matriz de metal de parede espessa ou de parede fina, nas quais o volume relativo de metal da matriz que proporciona a superfície de compósito com matriz de metal é substancialmente maior do que ou menor do que o volume de substrato de metal. Além disso, o corpo compósito com matriz de metal, que pode ser uma superfície <3>

·?

exterior ou interior, ou ambas, pode também ser ligado a um segundo material , tal como uma cerâmica ou metal , proporcionando assim um número significativo de combinações de ligação entre um compósito com matriz de metal e/ou da matriz em excesso e/ou um segundo corpo, tal como um corpo de cerâmica ou metal .

Relativamente à formação do compósito com matriz de metal, deve notar-se que o presente pedido de patente discute primariamente metais da matriz de alumínio que, em algum instante durante a formação do corpo compósito com matriz de metal, estão em contacto com magnésio, que funciona como precursor do intensificador da infiltração, na presença de azoto, que funciona como atmosfera infiltrante. Assim, o sistema de metal da matriz/precursor de intensificador da infi 1tração/atmosfera infiltrante de alumínio/magnésio/azoto apresenta a infiltração espontânea. Contudo, outros sistemas de metal da matriz/precursor do intensificador da infiltração/atmosfera infiltrante podem também comportar-se de maneira análoga ao sistema a 1umínio/magnésio/azoto. Por exemplo, verificou-se um comportamento de infiltração espontânea análogo no sistema de alumínio/estrôncio/azoto, no sistema alumínio/cálcio/azoto. Consequentemente, embora o sistema alumínio/magnésio/azoto seja aqui discutido primáriamente, deve entender-se que outros sistemas de metal da matriz/precursor do intensificador da inf i 1 tr a ção/a tinos f er a infiltrante podem comportar-se de maneira análoga.

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Quando o metal da matriz incluir uma liga de alumínio, a liga de alumínio é posta em contacto com um prémolde compreendendo uma material de enchimento (por exemplo, alumina ou carboneto de silício) ou com um material de enchimento, tendo o material de enchimento ou o pré-molde magnésio com eles misturado, e/ou tendo estado em algum instante durante o processo exposto ao mesmo. Além disso, numa forma de realização preferida, a liga de alumínio e/ou o pré-molde ou o material de enchimento estão contidos numa atmosfera de azoto pelo menos durante uma porção do processo. 0 pré-molde será infiltrado espontaneamente, variando a extensão ou a velocidade de infiltração espontânea e a formação de compósito com matriz de metal com um dado conjunto de condições do processo, incluindo, por exemplo, a concentração de magnésio proporcionado ao sistema (por exemplo, na liga de alumínio e/ou no material de enchimento ou no pré-molde e/ou na atmosfera infiltrante), as dimensões e/ou a composição das partículas no pré-molde ou no material de enchimento, a concentração de azoto na atmosfera infiltrante, o tempo permitindo para a infiltração e/ou a temperatura a que se verifica a infiltração. A infiltração espontânea tipicamente ocorre até um grau suficiente para embeber de maneira substancialmente completa o pré-molde ou o material de enchimento.

A^umínyo, 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, etc. Uma liga de alumínio para fins da presente definição é uma liga ou composto intermetálico em que o alumínio é o constituinte principal.

Ças_restante_não_oxidante, como aqui é usado, significa que qualquer gás presente, além do gás principal que constitui a atmosfera infiltrante, é ou um gás inerte ou um gás redutor substancialmente não reactivo com o metal da matriz nas condições do processo. Qualquer gás oxidante 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 superfície de uma massa permeável do material de enchimento ou do pré-molde, sendo esse limite de superfície definido pelos meios de barreira. São meios de barreira apropriados qualquer material, composto, 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 volatiliza até um ponto tal que se torne não funcional como barreira .

4

Além disso, os meios de barreira apropriados incluem materiais que são substancialmente não molháveis 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 superfície definido da massa de material de enchimento ou do pré-molde é impedido ou inibido pelos meios de barreira. A barreira reduz qualquer 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 barreira pode, em certos casos, ser permeável ou porosa, ou tornada permeável, por exemplo pela abertura de furos ou perfuração da barreira, para permitir que o gás contacte com o metal da matriz fundido.

Carcaça ou carcaça_de_metalj3a_matr.iz , 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 se deixar arrefecer, fica em contacto com 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.

'/etal_da_matriz_em_excesso ou me t a l_d a _ma triz residual, como aqui é usado, significa a quantidade de metal da matriz que fica depois de se ter conseguido uma certa infiltração espontânea desejada num material de enchimento /-,

- 25 -ou num pré-molde e que se liga intimamente ao compósito com matriz de metal formado. 0 metal da matriz residual ou em excesso pode ter uma composição igual ou diferente da do metal da matriz que se infiltrou espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde.

“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, pérolas, esferas, mantos de fibras ou similares, e materiais de enchimento revestidos de cerâmica, tais como fibras de carbono revestidas com alumina ou carboneto de silício para proteger o carbono do ataque, por exemplo, por um metal original de alumínio fundido. Os materais de enchimento também podem incluir metais .

Atmosfera_infiltrante, como aqui é usado, significa a atmosfera que está presente, que interage 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.

^n t e n s i^f ;L££È££_É£_í £ί.ί/£££££ £ > ^como aqui é usado, significa um material que promove ou auxilia a infiltração espontânea do metal da matriz num material 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 infiitrante para for26 ·/ /

mar (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. Alé 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. Finalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea, o intensificador de infiltração deve estar localizado em pelo menos uma porção do material de enchimento ou pré-molde para obeer a infiltração espontânea.

5.££££££££_É.£_i£££££ií.Á££É.££_É£_i£^iÀ£.L££££ ou gre c u r s_o r _ga r a_o_ji n t e n s i f i c a d o r _d e_/n £ J£lt r agã o , 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 intensificador de infiltração interaja com a atmosfera infiltrante e/ou o pré-molde ou material de enchimento e/ou metal da matriz. Por exemplo, em certos sistemas de metal da matriz/ precursor de intensificador de infi1tração/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 se funde. Essa volatilização pode levar a: (1) uma reacção no precursor de intensificador 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, líquido 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.

''Macrocompósito, como aqui é usado, significa qualquer combinação de dois ou mais materiais em qualquer configuração, infimamente ligados por, por exemplo, uma reacção química e/ou um ajuste de aperto ou de contracção, compreendendo, pelo menos um dos materiais um compósito com matriz de metal formado pela infiltração espontânea de metal da matriz fundido numa massa de material de enchimento ou num pré-molde permeáveis ou num corpo acabado de cerâmica ou metal, contendo pelo menos alguma porosidade. 0 compósito com matriz de metal pode ester presente como uma superfície exte28 /

λ rior e/ou como uma superfície interior. Deve entender-se que a ordem, o número e/ou a localização de um ou mais corpos compósitos com matriz de metal relativamente ao metal da matriz residual e/ou aos segundos corpos podem ser manipulados ou controlados de um modo limitado.

Metal 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, antes da infiltração) e/ou o metal que é misturado com o material de enchiemtno 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 entender-se 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.

Sis tema_de_metal_da_matr .i^/precur sor_de_ing tensificador_da_infiltrajão/atmosfera_infiltrante ou Sis^ neo , como aqui é usado, refere-se à combinação de materiais que apresente infiltração espontânea num prémolde ou material de enchiemtno. Deve entender-se que quando aparecer um / entre um metal da matriz exemplificativo, um precursor de intensificador de infiltração e uma atmosfera infiltrante, / é utilizado para designar um sistema ou combinação de materiais que, quando combinados de uma maneira particular, apresentam a infiltração espontânea num pré-molde

-X.

ou material de enchiemnto.

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 tridimencionalmente, que embebeu um pré-molde ou material de enchiemtno. 0 metal da matriz pode incluir vários elementos de liga para proporcionar propriedades mecânicas e físicas especificamente desejadas no compósito resultante.

Um metal diferente ou 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 diferente pode ter um constituinte principal de, por exemplo, níquel) .

^Vazo não reactivo para alojar o metal da matriz, significa qualquer vazo 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 da intensificador da infiltração e/ou um material de enchimento ou pré-molde de uma maneira que seria significativamente prejudicial ao mecanismo de infiltração.

Pré^mo^de ou P£θ£ΐηοl^d e_£ermeáve 1 como aqui é usado, significa uma massa porosa de material de enchimento ou um material de enchimento que é acabada (isto é, corpos cerâmicos e de matai completamente sinterizados ou moldados)

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 dimencional antes de ser infiltrada pelo metal da matriz. A massa deve ser suficientemente porosa para se adaptar à infiltração espontânea do metal da matriz no seu interior. Um pré-molde compreende tipicamente um agragado ou disposição ligados de material de enchimento, homogéneo ou heterogéneo, e pode ser constituido por qualquer material adequado (por exemplo, um material em partículas em 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 modo 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 com o pré-molde.

§.222£É£_2£££2 ^ou £2£E2_£ÈÍ£Í2£2.À > como aqui é usado, significa um outro corpo susceptível de ser ligado a um corpo compósito com matriz de metal por uma reacção química e/ou por um ajuste mecânico ou de aperto. Esse corpo inclui as cerâmicas tradicionais, tais como, cerâmicas sinterizadas, cerâmicas prensadas a quente, cerâmicas extruj •x didas, etc., tais como os produzidos pelos processos descritos na patente americana do mesmo proprietário N? 4713360, publicada em 15 de Dezembro de 1987, em nome de Marc S. Newkirk et al, no pedido de patente americano do mesmo proprietário Comumente 819397, depositado em 17 de Janeiro de 1986, em nome de Marc S. Newkirk et al e intitulado Composites Ceramic Articles and Methods of Making Same, agora concedido, o pedido de patente americano do mesmo proprietário e copendente Ns 861025, depositado em 8 de Maio de 1986, em nome de

Marc S. Newkirk et al e intitulado Shaped Ceramic Composites and Methods of Making the Same, no pedido de patente americano do mesmo proprietário Ns 152518, depositado em 5 de Fevereiro de 1988, em nome de Robert C. Kantner et al e intitulado Method for in situ Tailoring the Metallic Component of Ceramic Articles and Articles Made Thereby, agora concedida no pedido de patente americano do mesmo proprietário e copendente Ns 137044, depositado em 23 de Dezembro de 1987, em nome de T. Dennis Claar et al e intitulado Process Preparing Self-Supporting Bodies and Products Made Thereby e veriantes e aperfeiçoamentos destes processos contidos em outros pedidos de patente americanos do mesmo proprietário e copendentes. Com a finalidade de ensinar o processo de produção e as características dos corpos cerâmicos e compósitos cerâmicos divulgados e reivindicados nesses pedidos de patente do mesmo proprietário, as descrições completas dos pedidos de patente atrás mencionados são aqui incorporados por referência. Além disso, o segundo corpo ou corpo adicional

segundo a presente invenção inclui também compósitos com matriz de metal e corpos estruturais de metal, como metais resistentes às temperaturas elevadas, metais resistentes à corrosão, metais resistentes à erosão, etc. Consequentemente, um segundo corpo ou corpo adicional inclui um número virtualmente ilimitado de corpos.

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_des^cr_££ão_das_ figuras:

As figuras seguintes são proporcionadas para auxiliar a compreensão da invenção, mas não se destinam a limitar o escopo da presente invenção. Utilizaram-se números de referência iguais, sempre que possível, em todas as figuras, para indicar componentes semelhantes, representando:

A fig. 1, uma vista em corte transversal do conjunto utilizado para criar o macrocompósito produzido no Exemplo 1;

A fig. 2, uma fotografia de um corte transversal do macrocompósito produzido no Exemplo 1;

A fig. 3, uma vista em corte transversal do conjunto utilizado para produzir o macrocompósito do Exemplo 2 ;

A fig. 5, uma microfotografia tomada com uma maior ampliação da microestrutura do compósito com matriz de metal formado no Exemplo 2;

A fig. 6, uma vista em corte transversal do conjunto utilizado para produzir o macrocompósito do Exemplo 3 ;

A fig. 7, uma fotografia que mostra um corte transversal do macrocompósito produzido no Exemplo 3;

A fig. 8, uma vista em corte transversal do conjunto utilizado para produzir o macrocompósito do Exemplo ;

A fig. 9, uma fotografia mostrando um corte transversal do macrocompósito produzido no Exemplo 4;

A fig. 10, uma vista em corte transversal do conjunto utilizado para produzir o macrocompósito do Exemplo 5 ;

A fig. 11, uma microfotografia de um corte transversal do macrocompósito formado no Exemplo 5;

A fig. 12, uma vista em corte transversal do conjunto utilizada para produzir o macrocompósito do Exemplo 6 ; e

A fig. 13, uma fotografia de um corte transversal do macrocompósito formado no Exemplo 6.

Descrição pormenorizada da invenção e formas de_rea 1.i.zação preferidas

A presente invenção refere-se à formação de

- 34 r *>

um macrocompósito, do qual uma parte compreende um corpo compósito com matriz de metal que foi formado infiltrando espontaneamente um material de enchimento ou pré-molde com metal da matriz fundido.

Um corpo compósito complexo segundo a presente invenção é produzido formando um compósito com matriz de metal em contacto com pelo menos um segundo corpo ou corpo adicional. Especificamente , um corpo compósito com matriz de metal é produzido infiltrando espontaneamente uma massa de material de enchimento ou um pré-molde permeáveis com metal da matriz fundido. Especificamente, um intensificador da infiltração e/ou um precursor do intensificador da infiltração e/ou a atmosfera da infiltração estão em comunicação com o material de enchimento ou com o pré-molde pelo menos em algum instante durante o processo, o que permite que o metal da matriz fundido se infiltre espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde.

Numa forma de realização preferida da presente invenção, pode fornecer-se um intensificador da infiltração directamente ao pré-molde (ou ao material de enchimento) e/ou ao metal da matriz e/ou à atmosfera infiltrante. Finalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea, o intensificador da infiltração deve estar localizado pelo menos numa porção do material de enchimento ou do pré-molde .

Numa primeira forma de realização preferida para a formação de um corpo macrocompósito, a quantidade de metal da matriz fornecida para infiltrar é superior à neces/ /

- 35 / sária para a infiltração. Por outras palavras, proporciona-se metal da matriz numa quantidade maior que a necessária para infiltrar completamente o material de enchimento ou o prémolde, de modo que se liga metal da matriz residual ou em excesso (por exemplo, o metal da matriz que não foi utilizado para infiltrar o material de enchimento ou o pré-molde) infimamente ao material de enchimento ou ao pré-molde que foi inf iltrado.

Numa outra forma de realização preferida, coloca-se um material de enchimento ou um pré-molde em contacto com um outro corpo, tal como uma cerâmica ou um metal, sendo o metal da matriz fundido induzido a infiltrar-se espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde até ao segundo corpo, por exemplo, de cerâmica ou metal, e a ligar-se infimamente ao segundo corpo, formando assim um macrocompósito compreendendo um corpo compósito com matriz de metal ligado a um segundo corpo, tal como uma outra cerâmica ou outro metal .

Numa outra forma de realização preferida, coloca-se um material de enchimento ou um pré-molde em contacto com um segundo corpo, tal como outro corpo cerâmico ou metal da matriz fundido a infiltrar-se espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde até um ponto de contacto entre o material de enchiemtno ou o pré-molde e o segundo corpo. O corpo compósito com matriz de metal formado será infimamente ligado ao segundo corpo. Além disso, pode fornecer-se metal da matriz adicional de modo que ele esteja presente numa quan- 36 tidade maior que a necessária para infiltrar espontaneamente o material de enchiemnto ou o pré-molde. Consequentemente, forma-se um corpo macrocompósito formado, que compreende metal da matriz em excesso, intimamente ligado a um corpo compósito com matriz de metal, que está intimamente ligado a um segundo corpo, tal como uma cerâmica ou um corpo compósito cerâmico.

Nas formas de realização preferidas atrás descritas, um corpo compósito com matriz de metal pode ser formado como uma superfície exterior ou interior, ou ambas, sobre um substrato de metal da matriz. Além disso, a superfície compósita da matriz de metal pode ter uma espessura seleccionada ou pré-determinada relativamente às dimensões do substrato de metal da matriz. As técnicas da presente invenção permitem a preparação de estruturas compósitas com matriz de metal de parede espessa ou de parede fina, nas quais o volume relativo de metal da matriz que proporciona a superfície do compósito com matriz de metal é substanciamente maior do que ou menor do que o volume do substrato de metal. Além disso, o corpo compósito com matriz de metal que pode ser uma superfície exterior ou interior, ou ambas, pode também estar ligado a um segundo material, tal como cerâmica ou metal, proporcionando assim um número significativo de combinações de ligação entre o compósito com matriz de metal e/ou o metal da matriz em excesso e/ou um segundo corpo, tal como um corpo cerâmico ou de metal .

Consequentemente, a presente invenção pode ser /

- -— ζ

utilizada para satisfazer um grande número de solicitações industriais, provando assim a eficácia da presente invenção

Para formar os macrocompósitos segundo a presente invenção, tem de formar-se um corpo compósito com matriz de metal pela infiltração espontânea de um metal da matriz numa massa de material de enchimento ou de um pré-molde. Para efectuar a infiltração espontânea do metal da matriz no material de enchimento ou no pré-molde, pode proporcionar-se um intensificador da infiltração ao sistema espontâneo. Um intensificador de infiltração pode ser formado a partir de um precursor do intensificador da infiltração, que poderia ser proporcionado (1) no metal da matriz; e/ou (2) no material de enchimento ou no pré-molde; e/ou (3) a partir da atmosfera infiltrante; e/ou (4) a partir de uma fonte externa para o interior do sistema espontâneo. Além disso, em vez de fornecer um precursor do intensificador da infiltração, pode fornecer-se um intensificador da infiltração directamente ao material de enchimento ou ao pré-molde e/ou ao metal da matriz e/ou à atmosfera infiltrante. Finalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea, o intensificador da infiltração deve estar localizado pelo menos numa porção do material de enchimento ou do pré-molde.

Numa forma de realização preferida, é possível que o precursor de intensificador de infiltração possa reagir pelo menos parcialmente com a atmosfera infiltrante de modo que o intensificador da infiltração pode ser formado em pelo menos uma porção do material de enchimento ou pré-molde, an-/ i

/ ___ tes ou substancialmente ao mesmo tempo que o contacto do pré-molde (por exemplo, se foi o magnésio o precursor de intensificador de infiltração e o azoto foi a atmosfera infiltrante , o intensificador de infiltração poderia ser o nitreto de magnésio, que estaria localizado pelo menos numa porção do material de enchimento ou do pré-molde.

Um exemplo de um sistema de metal da matriz/ /precursor de intensificador de infiltraçâo/atmosfera infiltrante é o sistema de alumínio/magnésio/azoto. Especificamente , um metal da matriz de alumínio pode estar contido dentro de um vaso refractário adequado que, nas condições do processo, não reage com o metal da matriz de alumínio quando o alumínio fundir. Um material de enchimento contendo magnésio ou estando exposto ao mesmo, e estando exposto pelo menos em algum instante durante o processo, a uma atmosfera de azoto, pode então ser posto em contacto com o metal da matriz de alumínio fundido. 0 metal da matriz infiltrar-se-á então espontaneamente no material de enchimento ou no pré-molde.

Alem disso, em vez de fornecer um precursor de intensificador de infiltração, pode fornecer-se um intensificador da infiltração directamente ao pré-molde e/ou ao metal da matriz e/ou à atmosfera infiltrante. Finalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea, o intensificador de infiltração deve estar localizado em pelo menos uma porção do material de enchimento ou pré-molde.

Nas condições usadas no processo segundo a presente invenção, no caso de um sistema de infiltração es39 / ·ν pontânea de alumínio/magnésio/azoto, o material de enchimento ou o pré-molde devem ser suficientemente permeáveis para permitir que o 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 fundido, fazendo assim com que o material de enchimento ou o pré-molde impregnados com azoto seja infiltrada espontaneamente com metal da matriz fundido para formar um corpo compósito com matriz de metal e/ou fazer com que o azoto reaja com um precursor do intensificador da infiltração para formar o intensificador da infiltração no material de enchimento ou pré-molde, dando assim origem 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 processo, incluindo o teor de magnésio da liga de alumínio, o teor de magnésio do material de enchimento ou do pré-molde, a quantidade de nitreto de magnésio no material de nechimento ou no pré-molde, a presença de elementos de liga adicionais (por exemplo silício, ferro, cobre, manganês, crómio, zinco e semelhantes), 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 infiltrante, o tempo permitido para a infiltração e a temperatura a que se verifica a infiltração. POr exemplo, para que a infiltração de metal da matriz de alumínio fundido se verifique es40

pontaneamente o alumínio pode formar uma liga com pelo menos cerca de 1 por cento, em peso, e de preferência pelo menos cerca de 3 por cento, em peso, de magnésio (que funciona como precursor do intensificador de infiltração) com base no peso de liga. Elementos de liga auxiliares, como atrás se mencionou, também podem estar incluidos no metal da matriz para nela obter propriedades específicas pré-determinadas.

Adicionalmente, os elementos de liga auxiliares podem influenciar a quantidade mínima de magnésio requerida no metal de alumínio da matriz para conduzir à infiltração espontânea do material de enchimento ou pré-molde. A perda de magnésio a partir do sistema espontâneo devido por exemplo, à volatilização, não ocorrerá em grau tal que não haja nenhum magnésio para formar intensificador de infiltração. Assim, é desejável utilizar uma quantidade suficiente de elementos de liga iniciais para assegurar que a infiltração espontânea não será afectada de maneira adversa pela voiatilização.

Além disso, a presença de magnésio no material de enchimento ou no pré-molde e no metal da matriz ou apenas no material de enchimento ou no pré-molde pode ter como consequência uma redução na quantidade de magnésio necessária para se obter a infiltração espontânea (examinado com mais pormenor mais adiante) .

A percentagem, em volume, de azoto na atmosfera de azoto também afecta as taxas de formação do corpo compósito com matriz de metal. Especificamente, se estiverem presentes menos de cerca de 10 por cento, em volume, de azoto na atmosfera, verificar-se-á uma infiltração espontânea muito lenta ou reduzida. Verificou-se que é preferível que estejam presentes pelo menos cerca de 50 por cento, em volume, de azoto na atmosfera, de modo que resultam, por exemplo, menores tempos de infiltração devido a uma velocidade de infiltração muito maior. A atmosfera infiltrante (por exemplo, um gás contendo azoto) pode ser fornecida directamente ao material de enchimento ou pré-molde e/ou ao metal da matriz, ou pode ser produzida por ou resultar de uma decomposição de um material .

teor mínimo de magnésio requerido para que o metal da matriz fundido se infiltre num material de enchimento ou pré-molde depende de uma ou mais variáveis, tais como a temperatura de processamento, o tempo, a presença de elementos de liga auxiliares, tais como silício ou zinco, a natureza do material de enchimento, a localização do magnésio em um ou mais dos componentes do sistema espontâneo, o teor de azoto da atmosfera e a velocidade com que a atmosfera de azoto flui. Podem usar-se temperaturas mais baixas ou tempos de aquecimento menores para se obter uma infiltração completa quando se aumentar o teor de magnésio de liga e/ou do pre-molde. Também, para um dado teor de magnésio, a adição de certos elementos de liga auxiliares tais como o zinco, permite o uso de temperaturas mais baixas. Por exemplo, um teor de magnésio no metal da matriz no extremo inferior da faixa operável , por exemplo, de cerca de 1 a 3 por cento, em peso pode ser usado em conjunto com pelo menos uma das seguintes condições: uma

temperatura de processamento acima da mínima, uma elevada concentração de azoto, ou um ou mais elementos de liga. Se não se adicionar nenhum magnésio ao material de enchimento ou ao prémolde são preferidas as ligas contendo cerca de 3 a 5 por cento, em peso, de magnésio, com base na sua utilidade geral, numa ampla variedade de condições do processo, preferindo-se pelo menos cerca de 5 por cento quando se utilizam temperaturas mais baixas e tempos mais curtos. 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 requeridas para a inf iltração.

		0 teor	de magnésio	pode	ser reduzido	quando	usa-
do em	conjunto	com um	elemento de	liga	auxiliar, mas	esses	ele-
mentos	apenas	desempenham uma função auxiliar e são	usados	j un-

tamente com pelo menos a quantidade mínima de magnésio atrás especifiçada . Por exemplo, não havia substancialmente qualquer infiltração de alumínio nominalmente puro formando liga com apenas 10 por cento de silício a 1000°C num leito de 39 Crystolon (carboneto de silício puro a 99%, da Morton Co.) com granulometria de 500 mesh. Mas na presença de magnésio, verificou-se que o silício promove o processo de infiltração. Como outro exemplo, a quantidade de magnésio varia se ele for fornecido exclusivamente ao pré-molde ou ao material de enchimento.

Verificou-se que a infiltração espontânea ocorrerá com uma percentagem, em peso, menor de magnésio fornecido ao sistema espontâneo, quando pelo menos uma parte da quantidade total de magnésio fornecido for colocada no pré-molde ou /

'0 material de enchimento. Pode ser desejável proporcionar uma quantidade menor de magnésio afim de impedir a formação de compostos intermetálicos indesejáveis no corpo compósito com matriz de metal. No caso de um pré-molde de carboneto de silício, descobriu-se que, quando se põe o pré-molde em contacto com um metal da matriz de alumínio, contendo o pré-molde pelo menos cerca de 1%, em peso, de magnésio e estando na presença de uma atmosfera de azoto, substancialmente puro, se infiltra espontaneamente metal da matriz no pré-molde. No caso de um pré-molde de alumina, a quantidade de magnésio necessária 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 da matriz de alumínio similar, aproximadamente à mesma temperatura que a alumina que se infiltrou num pré-molde de carboneto de silício, e na presença da mesma atmosfera de azoto, podem ser necessários pelo menos cerca de 3%, em peso, de magnésio para se obter infiltração espontânea semelhante à obtida no pré-molde de carboneto de silício que se acabace de examinar .

Faz-se também notar que é possível fornecer ao sistema espontâneo precursor de intensificador de infiltração e/ou intensificador de infiltração numa superfície de liga e/ou numa superfície do pré-molde ou material de enchimento e/ou no interior do pré-molde ou material de enchimento antes da infiltração do metal da matriz no material de enchimento ou pré-ipolde (isto é, pode não ser necessário que o intensi44 ficador de infiltração ou o precursor de intensificador de infiltração fornecido forme uma liga com o metal da matriz mas pelo contrário, simplesmente fornecido ao sistema espontâneo) . Se se tiver aplicado o magnésio a uma superfície do metal da matriz, pode ser preferido que a referida superfície seja a superfície que está mais perto ou, de preferência, em contacto com a massa permeável de material de enchimento ou vice-versa, ou esse magnésio poderia ser misturado a pelo menos uma porção do pré-molde ou material de enchimento. Além disso, é ainda possível que se utilize uma certa combinação da aplicação na superfície, da formação da liga e da colocação do magnésio em pelo menos uma porção do prémolde. Essa combinação da aplicação de intensificador (es) de infiltração e/ou precursor (es) de intensificador de infiltração poderia ter como resultado uma diminuição da percentagem total, em peso, de magnésio necessário para promover a infiltração do metal alumínio da matriz no pré-molde, bem como a obtenção de temperaturas mais baixas a que se verifique a infiltração. Além disso, poderia também minimizar-se a quantidade de compostos intermetálicos indesejáveis formados devido à presença de magnésio.

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 temperatura. Por exemplo, podem usar-se elementos de liga auxiliares, como o zinco ou o ferro incluídos na liga, ou colocados numa superfície de 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 na liga e/ou colocado numa superfície de liga e/ou combinado no material de enchiemnto ou pré-molde também tende a afectar a extensão de infiltração a uma dada temperatura. Consequentemente, em alguns casos em que pouco ou nenhum magnésio é posto directamente 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. 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 infiltração. 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 processo de pelo menos cerca de 675°C e, de preferência a uma temperatura do processo de pelo menos cerca de 7 5 0°C-800 °C . Temperaturas geraimente acima de 1200°C parece não benefi/ ciarem 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 tempertaura de infiltração espontânea é uma temperatura superior ao ponto de fusão do metal da matriz, mas abeixo 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 enchiemnto ou do pré-molde, a menos que o material de enchimento ou o pré-molde seja dotado com um meio de suporte que mantenha a geometria porosa do material de enchimento ou do pré-molde durante a fase de infiltração. Esse meio de suporte poderia compreender um revestimento nas passagens das partículas do material de enchimento ou do prémolde, ou então certos constituintes da massa do material de enchimento ou do pré-molde poderiam não fundir à temperatura da infiltração, enquanto outros constituintes fundiriam. Nesta última forma de realização, os constituintes não fundidos poderiam suportar os constituintes fundidos e manter a porosidade adequada para a infiltração espontânea do material de enchimento ou do pré-molde. 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 de alumínio). Um tal produto da reacção pode ser desejável ou indesejável conforme a aplicação pretendida do corpo compósito com matriz de metal. Adicionalmente, utili- 47 /' za-se tipicamente o aquecimento por resistência electrica para obter as temperaturas de infiltração. Contudo, qualquer meio de aquecimento que possa fazer com que o metal 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. 0 gás contendo azoto pode ser fornecido mantendo um fluxo contínuo de gás em contacto com o material de enchimento ou o pré-molde da matriz de alumínio fundido. Embora o caudal de gás contendo azoto não seja crítica, é preferido que esse caudal seja suficiente para compensar qualquer perda de azoto da atmosfera devido à formação de nitreto na matriz de liga, e também para impedir ou inibir a incursão de ar, que pode ter uma acção oxidante no metal fundido.

processo para a modelação de um compósito com matriz de metal é aplicável a uma ampla variedade de materiais de enchimento, dependendo a escolha do material de enchiemnto 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 exemplo, carboneto de silício; (c) boretos, por ζ

/

5* exemplo, dodecarboreto de alumínio e (d) nitretos, por exemplo, nitreto de alumínio. Se houver uma tendência para o material de enchiemnto reagir com o metal da matriz de alumínio fundido, isso poderia ser compensado minimizando o tempo de infiltração e a temperatura ou proporcionando um revestimento não reactivo no material de enchimento. O material de enchimento pode compreender um substrato, tal como carbono ou outro material não cerâmico, levando um revestimento cerâmico para proteger o substrato 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 partículas, plaquetas, filamentos emaranhados e fibras. As fibras podem ser descontínuas (sob a forma cortada) ou sob a forma de filamento contínuo, tais como estopas de multifilamentos. Além disso, o material de enchiemnto 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 semelhante. Por exemplo, corpos de alumina triturada feitos pelo processo descrito na patente americana N? 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 relação aos produtos de alumina comercialmente disponíveis.

Além disso, os corpos de alumínio triturado feitos pelo pro49 cesso descrito no pedido de patente Ns 819397, intitulado

Composites Ceramic Articies and Methods os Making Same em nome de Marc S. Newkirk et al, também apresentam 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 temperaturas 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 enchimento 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, peietes tecido de fibras refractárias 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 que para partículas maiores. Além disso, a massa de material de enchimento (moldada para formar um pré-molde) a infiltrar deve ser permeável (isto é, permeável ao metal da matriz fundido e à atmosfera infiltrante). No caso de ligas de alumínio, ζ

a atmosfera infiltrante pode compreender um gás contendo azoto .

processo de formação de compósitos com matriz de metal segundo a presente invenção, pode 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 substancialemnte uniforme com uma elevada percentagem, em volume, de material de enchiemtno e uma baixa porosidade. Podem conseguir-se maiores percentagens, em volume, de material de enchimento utilizando uma massa inicial de material de enchimento com menos porosidade. Maiores percentagens, em volume, podem 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 completamente densa, que impediria a infiltração pela liga fundida, (isto é, uma estrutura com porosidade insuficiente para que se verifique a infiltração espontânea) .

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 enchiemnto cerâmico pelo metal da matriz de alumínio pode ser uma parte importante do mecanismo de infiltração. Além disso, a temperaturas de processamento baixas, verifica-se nitretação desprezível ou mínima do metal resultante daí uma fase descontínua mínima de nitreto de alumínio disperso na matriz de

51metal. 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 processarnento específica à qual se torna mais pronunciada a formação de nitreto varia também com factores tais como a liga de alumínio 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 enchimento e quando aumenta a concentração de azoto da atmosfera.

É pois possível, pré-determinar a constituição 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 para 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 enchiemnto, a temperatura para a infiltração não deve de preferência exceder cerca de 1000°C, se se desejar que a ducti- 52 lidade da matriz não seja reduzida pela forma significativa 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 silício, podem usar-se tempertauras mais elevadas, de cerca de 1200°C, visto a liga de alumínio se nitrificar em menor grau, relativamente ao uso de alumina como material de enchiemnto, quando se usar o carboneto de silício 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 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 qualquer outro metal ou liga de metal que 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 se 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 propriedades da matriz de metal para satisfazer os vá-

3 rios requisitos 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. Especificamente, o meio de barreira a utilizar com a presnete 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 enchiemnto. 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 preferencia, é permeável ao gás usado com o processo, bem como possa localmente inibir, interromper, interferir com, impedir ou similar a infiltração contínua ou qualquer outra espécie de movimento para além do limite de superfície do material de enchiemnto cerâmico.

Os meios de barreira apropriados incluem materiais que são substancialemnte não molháveis pela liga de metal de matriz fundida que migra, nas condições do processo usadas. Uma barreira desse tipo parece mostrar pouca ou nenhuma 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 barreira. 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 λ

•X 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 são 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

X (R) fita de grafite que e vendido sob a marca comercial Grafoil, registada pela Union Carbide. Esta fita de grafite apresenta caracteristicas de vedação que impedem a migração de liga de alumínio fundido para além do limite de superfície definido do material de enchiemtno. Esta fita de grafite é também resistente ao calor e quimicamente inerte. 0 material de grafite (R) .

Grafoil e flexivel, compatível, moldavel e elastica. Pode ser feito em várias formas para se adaptar a qualquer aplicação da barreira. Contudo, o meio de barreira de grafite pode ser empregue como uma pasta ou suspensão ou mesmo como uma película de tinta em torno de e no limite do material de enchimento ou pré-molde. Grafoil^ é particularmente preferido porque se encontra na forma de uma folha de grafite flexível. Em uso, essa grafite semelhante a papel é simplesmente modelada em torno do material de enchiemnto ou pré-molde.

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 (T1B2)), /

5 que são em geral não molháveis pela liga de metal de alumínio fundido em certas condições do processo empregues 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, e verificando-se de facto com o aumento da temperatura a infiltração na barreira. 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 pasta 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 enchiemnto ou prémolde. Mediante a cozedura em azoto, especificamente nas condições do processo da presente invenção, o composto orgânico decompõe-se deixando uma película de fuligem de carbono. 0 composto orgânico pode ser aplicado por meios convencionais, tais como, pintura, pulverização, imersão, etc.

Além disso, materiais em partículas finamente triturados, podem funcionar como barreira, desde que a infiltração do material em partículas se verifique com uma velocidade 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 su/ perfície definido com uma camada do meio de barreira. Essa camada de meio de barreira pode ser aplicada por pintura, imersão, serigrafia, evaporação ou aplicando de outro modo o meio de barreira sob a forma de líquido, 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 substancialemnte quando a infiltração do metal da matriz atingir o limite de superfície definido e entrar em contacto com o meio de barreira.

Através do uso das técnicas atrás descritas , a presente invenção proporciona uma técnica pela qual um compósito com matriz de metal moldado pode ser ligado ou fixado integralmente a pelo menos um segundo corpo ou corpo adicional. Esse corpo pode compreender: um corpo de matriz cerâmica, um corpo compósito com matriz cerâmica, isto é, uma matriz cerâmica que embebida no material de enchiemnto, um corpo de metal, um compósito com matriz de metal e/ou qualquer combinação dos materiais atrás referidos. 0 produto final produzido pela presente invenção é um macrocompósito que compreende pelo menos um compósito com matriz de metal formado pela infiltração espontânea de uma massa de material de enchimento ou de um pré-molde com um metal da matriz, que é ligado ou fixado integralmente a pelo menos um corpo constituido por pelo menos um dos materiais atrás referidos. Assim,

7 . / ο produto final segundo a presente invenção pode compreender um número substancialmente ilimitado de permutações e combinações de compósitos com matriz de metal infiltrados espontaneamente, que são ligados em uma ou mais superfícies a pelo menos um corpo constituido por pelo menos um dos materiais atrás referidos.

Como se demonstra nos Exemplos 2, 3 e 5, a presente invenção permite a formação de macrocompósitos de camadas múltiplas numa única fase de infiltração espontânea. Especificamente, um metal da matriz fundido pode ser infiltrado espontaneamente numa massa de material de enchimento ou de um pré-molde, que está em contacto com um segundo corpo ou corpo adicional, tal como um corpo cerâmico. Com a infiltração do material de enchimento ou do pré-molde na interface do material de enchimento ou do pré-molde com o segundo corpo ou corpo adicional, o metal da matriz fundido, sozinho ou em combinação com o material de enchimento ou o pré-molde, interage com o segundo corpo ou corpo adicional de modo tal que permite a ligação ou uma fixação integral do corpo compósito com matriz de metal no segundo corpo ou corpo adicional depois do arrefecimento do sistema. Assim, pela utilização das técnicas descritas nos Exemplos 2, 3 e 5, poderia colocar-se qualquer número de segundos corpos ou corpos adicionais no interior ou em torno de uma massa de material de enchimento ou de um pré-molde, de modo que, quando o metal da matriz fundido se infiltra na massa de material de enchimento ou no pré-molde na interface do material de enchimento ou do /

__ s

f pré-molde com o segundo corpo ou corpo adicional, se verifica uma fixação ou ligação integral entre o compósito com matriz de metal e os outros corpos, após o arrefecimento do sistema até uma temperatura que está abaixo do ponto de fusão do metal da matriz e do ponto de fusão de todos os outros corpos do sistema .

Além de formar uma forte ligação ou fixação integral entre o compósito com matriz de metal infiltrado espontaneamente e o segundo ou segundos corpo ou corpos adicionais, a presente invenção também proporciona uma técnica pela qual o segundo ou segundos corpo ou corpos adicionais podem ser colocados em compressão pelo compósito com matriz de metal.

Em alternância, poderia colocar-se o compósito com matriz de metal em compressão pelo segundo ou segundos corpo ou corpos adicionais. Assim, o compósito com matriz de metal pode, pelo menos parcialmente, conter o outro corpo e, se o coeficiente de dilatação térmica do compósito com matriz de metal for maior do que o coeficiente de dilatação térmica do segundo ou segundos corpo ou corpos adicionais assim contidos, o compósito com matriz de metal colocará o corpo contido sob compressão pelo arrefecimento a partir da temperatura de infiltração.

Em alternativa, o corpo compósito com matriz de metal poderia ser formado, pelo menos parcialmente, no interior de um segundo corpo ou cropo adicional, com um maior coeficiente de dilatação térmica maior do que o do corpo composto com matriz de metal. Assim, com o arrefecimento, a parte do compósito com matriz de metal que está contida no interior do segundo corpo

ou corpo adicional será colocada sob compressão pelo segundo corpo ou corpo adicional .

A técnica segundo a presente invenção pode ser adaptada para produzir uma cadeia contínua de macrocompósitos, substancialmente com qualquer comprimento. Especificamente, o processo segundo a presente invenção poderia ser adaptado a um processo de produção contínua no qual, por exemplo, poderia fazer-se passar uma corrente contínua de matérias primas através de um forno que aquece o metal da matriz até uma temperatura acima do seu ponto de fusão, estando o metal da matriz no estado de fusão durante um tempo suficiente para que o metal da matriz fundido se infiltre num volume pré-determinado de material de enchimento ou do pré-molde e, em seguida, à medida que o material de enchiemnto infiltrado arrefece (por exemplo, removido no forno) o metal da matriz arrefece até à temperatura de solidificação, obtendo-se assim um compósito com matriz de metal. Pela utilização deste processo contínuo, um compósito com matriz de metal, poderia ser ligado a um segundo material que seria ligado a outro compósito com matriz de metal, que seria ligado a um outro segundo material e assim por diante. 0 metal da matriz fundido poderia ser fornecido in_situ ou poderia ser fornecido continuamente ao forno, através de uma segunda corrente fornecida, por exemplo, a partir de um reservatório de metal da matriz, além disso, poderia interpor-se uma camada de material de barreira, tal como GrafoiG (aqui descrito) entre segmentos pré-determinados na cadeia de macrocompósitos, terminando assim a cadeia na camada de barreira.

A fixação ou ligação integral do compósito com matriz de metal ao segundo corpo ou corpo adicional poderia ser reforçada pelo uso de técnicas de ligação mecânica. Especificamente, a superfície dos compósitos com matriz de metal ou do segundo corpo ou corpo adicional ou de ambos pode ter recortes, orifícios, ranhuras ou quaisquer outras irregularidades na superfície que se adaptam à forma inversa correspondente na superfície do corpo à qual a ligação ou fixação deve ser feita. Essas irregularidaes adaptadas inversamente podem criar uma ligação mecânica, adicionalmente a qualquer ligação química que possa ser produzida entre o compósito com matriz de metal e o segundo corpo ou corpo adicional . A combinação dessas ligações ou mecanismos de fixação pode produzir uma ligação ou fixação muito mais forte do que o mecanismo de ligação ou fixação separadamente.

Os produtos produzidos pela técnica da presente invenção serão utilizáveis em aplicações industriais que requerem superfícies que devem resistir a temperaturas elevadas, à abrasão, à corrosão, à erosão, às tensões térmicas, ao atrito e/ou a muitas outras tensões. Assim, o processo divulgado e reivindicado no presente pedido de patente poderá utilizar-se na produção de virtualmente qualquer produto industrial cuja eficácia possa ser melhorada pelo uso de superfícies constituídas por compósitos com matriz de metal, compósitos com matriz cerâmica, metais ou combinações dos anteriores. Proporcionando técnicas para criar macrocompositos com camadas de materiais que diferem nas propriedades e características, pode agora possibi1itar-se um grande número de aplicações industriais que até agora eram consideradas impraticáveis ou impossíveis com a utilização de materais convencionais , mediante o processamento tecnológico adequado dos macrocompósitos produzidos pelo processo segundo a presente invenção. Em particular, podem agora viabi1izar-se aplicações industriais que requerem que uma parte de um corpo resista a um certo conjunto de condições e outra parte do corpo resista a uma série diferente de condições pelo uso de dois macrocompósitos com a forma da peça industrial desejada. Além disso, pelo uso das técnicas do pré-molde e da barreira aqui descritas, podem formar-se macrocompósitos de forma precisa ou quase precisa, os quais requerem pouca ou nenhuma maquinagem final depois da fase de infiltração espontânea.

Assim, os produtos produzidos pelo processo da presente invenção têm um potencial industrial substancialmente ilimitado e podem ajudar a satisfazer muitas das exigências de engenharia, que representam os maiores desafios existentes nos materiais actuais .

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

Este exemplo demonstra que é possível utilizar

2 a infiltração espontânea de um metal da matriz fundido num pré-molde modelado para obter um corpo compósito com matriz de metal modelado que fica fixado ou ligado integralmente a um pedaço sólido de metal da matriz.

Fazendo referência à fig. 1, colocou-se um lingote (2) de metal da matriz, medindo aproximadamente 5 , 08x5 , 08x1,27 cm (2x2x^) e composto, em peso, por aproximadamente 5% de silício, 5% de Mg e o restante de alumínio, no topo de um pré-molde (4) com as dimensões aproximadas de 5 , 08x5 , 08xl,27 cm (2x2x1/2) . 0 pré-molde (4) foi produzido misturando alumina calcificada não moída C-75 da Alcan e Elmer's Wood Glue (da Bordon Co). 0 peso de Elmer's Wood Glue utilizado foi aproximadamente 10% do peso de alumina calcificada não moída C-75. Adicionou-se a esta mistura de Elmer¹s

Wood Glue e alumina, água suficiente para criar uma pasta.

Misturou-se bem a pasta e vazou-se num molde de borracha. Colocaram-se então o molde de borracha e o seu conteúdo num congelador até que o conteúdo do molde de borracha ficou completamente congelado. Nessa altura, retirou-se o pré-molde congelado do molde de borracha e deixou-se secar.

Como se mostra na fig. 1, o conjunto do prémolde (4) e do lingote de metal da matriz (2) foi colocado no topo de uma camada com a espessura de aproximadamente l,27cm (^) de diboreto de titânio de Grau HTC da Union Carbide, contida no inetrior de uma barquinha refractária de alumina (6) obtido na Bolt Technical Ceramics. Adicionou-se depois diboreto de Grau HTC adcional a barquinha

3 /

(6) até a superfície do leito de diboreto de titânio (8) estar aproximadamente nivelada com a superfície superior do lingote (2) de metal da matriz.

Colocou-se o conjunto constituindo pela barquinha refractária (6) o seu conteúdo dentro de um forno de vácuo aquecido por resistência eléctrica, com atmosfera controlada, á temperatura ambiente. Criou-se um vácuo elevado (aproximadamente 1 x 10 torr) no interior do forno e manteve-se enquanto se elevou a temperatura desde a temperatura ambiente até cerca de 200°C. Mantiveram-se o forno e o seu conteúdo a cerca de 200°C durante aproximadamente duas horas, antes de se reencher o forno com gás de formação (aproximadamente 96%, em volume, de azoto, 4% , em volume, de hidrogénio), até aproximadamente uma atmosfera e estabeleceu-se um caudal de gás de formação contínuo de aproximadamente 1000 cm^/min. Elevou-se depois a temperatura do forno para 87 5°C durante cerca de 10 horas, manteve-se a cerca de 875 C durante cerca de 15 horas e diminuiu-se progressivamente até à temperatura ambiente em cerca de 5 horas . Ao atingir a temperatura ambiente, retirou-se o conjunto do forno e desmontou-se. Recuperou-se um compósito com matriz de metal, compreendendo o pré-molde de alumina infiltrado pelo metal da matriz. Como se mostra na fig. 2, o compósito com matriz de metal (10) estava integralmente ligado com metal da matriz residual em excesso (12) .

Assim, este Exemplo demonstrou que pelo uso da infiltração espontânea é possível criar um corpo compó-

sito com matriz de metal integralmente ligado a um pedaço sólido de metal da matriz em excesso.

Exemplo 2

Exemplo seguinte demonstra que é possível infiltrar espontaneamente um leito de material de enchimento com metal da matriz, para produzir um macrocompósito que compreende metal da matriz em excesso, que está fixado ou ligado integralmente a um compósito com matriz de metal que está por sua vez fixado ou ligado integralmente a um corpo cerâmico.

Como se mostra na fig. 3, colocaram-se quatro lingotes (14) de metal da matriz, cada um medindo aproximadamente 5 , 08x2 , 54x1 , 27cm (2xlX2) e constituidos, em peso, por aproximadamente 3% de silício, 3% de Mg e o restante de alumínio, no topo de um leito (16) de um material de uma alumina de 90 grit, conhecido pelo nome comercial 38 Alundum e produzido pela Norton Co . O leito (16) de 38 Alundum, 90 grit, estava contido no interior de uma barquinha refractária de alumina (18) , produzido pela Bolt Technical Ceramics.

Os lingotes (14) de metal da matriz foram dispostos como se mostra na f ig. 3.

O conjunto constituído pela barquinha refractária de alumina (18) e o seu conteúdo foi colocado dentro de um forno tubular e fez passar gás de formação aproximadamente 96%, em volume, de azoto, 4% em volume de hidrogénio através do forno com um caudal de gás de cerca

5 /

.. * de 300 cm /min. Elevou-se depois a temperatura do forno desde a temperatura ambiente até cerca de 100°C, durante cerca de 10 horas, manteve-se a cerca de 1000°C durante cerca de 10 horas e diminuiu-se depois progressivamente até à temperatura ambiente durante cerca de 6 horas.

Depois de atingir a temperatura ambiente retirou-se o conjunto do forno e desmontou-se. Recuperou-se um compósito com matriz de metal, compreendendo 38 Alundum, 90 grit, infiltrado pelo metal da matriz. 0 compósito com matriz de metal estava fixado ou ligado integralmente com a barquinha refractária de alumina (18) e um corpo de metal da matriz em excesso. A fig.4 é uma microfotografia que mostra a interface (20) entre a barquinha refractária de alumina (22) e o compósito com matriz de metal (24). Esta figura demonstra que se obtém uma boa ligação ou fixação na interface entre a barquinha refractária de alumina e o compósito com matriz de metal. Embora não se mostre na fig. 4, havia também uma forte ligação ou uma boa fixação na interface entre o metal da matriz em excesso e o compósito com matriz de metal. Essa ligação é evidenciada pelo facto de o metal da matriz em excesso não poder ser removido sem maquinagem.

A fig. 5 é uma microfotografia tirada com uma grande ampliação da microestrutura do compósito com matriz de metal formado no presente exemplo. Como está indicado pelas linhas com a referência (26) , formaram-se quantidades significativas de nitreto de alumínio no interior do compósito com matriz de metal. 0 nitreto de alumínio (26) aparece como a

r fase cinzenta escura na fig. 5, enquanto que o metal da matriz (28) aparece como a fase cinzenta clara e o 38 Alundum, 90 grit, aparece como partículas com coloração escura (30) .. Assim, este exemplo ainda demonstra que é possível pré-determinar a microestrutura do compósito com matriz de metal para conter produtos da reacção entre o metal da matriz de infiltração e a atmosfera infiltrante.

Assim, este Exemplo demonstra que é possível utilizar a infiltração espontânea para criar um ntacrocompósito compreendendo metal da matriz em excesso que está fixado ou ligado num corpo compósito com matriz de metal que, por sua vez, está fixado ou ligado integralmente a um corpo cerâmico. Além disso, este exemplo demonstra que a microestrutura do compósito com matriz de metal pode ser modificada permitindo que se formem produtos da reacção entre o metal da matriz e a atmosfera infiltrante.

Exem£lo_3

O Exemplo seguinte demonstra que é possível criar um macrocompósito que compreende metal da matriz em excesso que está fixado ou ligado integralmente no compósito com matriz de metal que por sua vez, está fixado ou ligado integralmente num corpo cerâmico.

Como se mostra na fig. 6, colocou-se uma placa de alumina (32), existente no mercado (AD85, fabricada pela COORS), com as dimensões aproximadas de 7,62xl0,16x xl,27cm (3x4x|) dentro de uma barquinha refractária de f

ι

/ alumina (34) no topo de uma camada de aproximadamente l,27cm

() de espessura de um material de alumina de 90 grit, conhecido pelo nome comercial 38 Alundum e produzido pela Norton Co. Adicionou-se depois mais 38 Alundum à barquinha refractária (34) até a placa de alumina ficar coberta com uma camada de aproximadamente 2,54 cm (1) de espessura de 38 Alundum. Colocaram-se duas barras (36) de um metal da matriz, constituído, em peso, por aproximadamente 5% de silício, 3% de Mg, 6% de zinco e o restante de alumínio, no topo do 38

Alundum, de modo que elas ficaram directamente por cima da placa de alumina. Cada barra (36) de metal da matriz tinha as dimensões aproximadas de 11 , 4 3x5 , 08χ1,27 cm (4 |x2xl/2) e empilharam-se as duas barras de metal da matriz (36) uma em cima da outra, como se mostra na fig. 6. Nessa altura juntou-se 38 Alundum adicional à barquinha refractária (34) até a superfície do leito (38) Alundum estar aproximadamente nivelada com a superfície da barra de metal da matriz superior ( 36 ) .

Colocou-se o conjunto constituído pela barquinha refractária de alumina (34) e o seu conteúdo dentro de um frono tubular de mufla, aquecido por resistência eléctrica, à temperatura ambiente e estabeleceu-se um caudal contínuo de gás de formação (aproximadamente 96%, em volume, de azoto e hidrogénio) . Elevou-se progressivamente a temperatura do forno desde a temperatura ambiente até cerca de o

1000 C, durante cerca de 12 horas, manteve-se a cerca de 1000°C durante aproximadamente 18 horas e baixou-se progressivamente até á temperatura ambiente durante cerca de 5 horas.

Depois de atingir a temperatura ambiente, retirou-se o conjunto do forno e desmontou-se. A fig. 7 é uma fotografia que mostra um corte transversal do macrocompósito (40) que foi recuperado do conjunto. Especificamente, um corpo de metal da matriz em excesso (42) está fixado ou ligado integralmente a um compósito com matriz de metal (44), que compreende 38 Alundum, 90 grit, embebido pela liga da matriz, que por sua vez está fixado ou ligado integralmente a uma placa cerâmica (46). Assim, este Exemplo demonstra que é possível formar um macrocompósito com camadas múltiplas que compreende um compósito com matriz de metal que está ligado a um corpo cerâmico e a um corpo de metal sólido, que estão em lados opostos do compósito com matriz de metal. Ainda, o presente Exemplo demonstra que é possível formar este macrocompósito com camadas múltiplas numa fase de infiltração espontânea .

Exemplo_£

O Exemplo seguinte demonstra que é possível formar um corpo compósito com matriz de metal, o qual está fixado integralmente preso a um corpo de um metal da matriz sólido.

Como se mostra na fig. 8, produziu-se uma caixa (48), com as dimensões aproximadas de 16 , 51xl6,5lx6,35 cm (61x6 |x2,5) formada a partir da camada dupla de um produto de fita de grafite Grau GTB de 0,381mm (0,015) de espessura, produzido pela Union Carbide e vendido sob a marca industrial e comercial GrafoiP⁷, ligando entre si por agrafa-

mento secções de dimensões apropriadas da Grafoil^⁷ e vedação das juntas com uma pasta feita misturando pó de grafite (Grau KS-44 da Lonza Inc.) e sílica coloidal (Ludox HS da du Pont.) . A relação em peso entre a grafite e a sílica coloidal era cerca de 1/3.

Juntou-se depois um material de enchimento de alumina não moida, conhecido como alumina não moida C-75, da

Alcan, à caixa de Grafoil até o leito (50) de material de alumina ter aproximadamente 3,175cm (1,25) de espessura.

Colocou-se um lingote (52) de aproximadamente 16,51x16,51x x2,54cm (6 |x6 |xl) de um metal de matriz, constituído, em peso, por aproximadamente 5% de silício, 5% de Mg, 5% de zinco e o restante de alumínio, no topo do leito (50) de material de enchimento de alumina no interior da caixa de Grafoil (48) . Colocaram-se depois a caixa de Grafoil (48) e o seu conteúdo no interior de uma barquinha refractária de grafite (54) no topo de uma camada de aproximadamente 2,54cm (1) de espessura de um material de alumina de 24 grit, conhecido como 38 Alundum e produzido pela Norton Co. Juntou-se 38 alundum de 24 grit adicional à barquinha de grafite até a superfície do leito (56) do 38 Alundum de 24 grit estar ligeiramente abaixo do topo da caixa de Grafoil (48) .

Colocou-se o conjunto constituído pela barquinha refractária de grafite (54) e o seu conteúdo de um forno de vácuo, aquecido por resistência eléctrica, com atmosfera controlada, à temperatura ambiente. Criou-se depois -4 um vácuo elevado (aproximadamente 1 x 10 torr) no interior /

V, do forno e elevou-se a temperatura do forno para cerca de o

200 C em aproximadamente 45 minutos. Manteve-se a temperatura do forno a cerca de 200°C nas condições de vácuo, durante aproximadamente 2 horas, antes de reencher o frono com gás azoto até aproximadamente 1 atmosfera. Estabeleceu-se um caudal contínuo de cerca de 1,5 litros/min. de gás azoto dentro do forno e elevou-se progressivamente a temperatura do forno durante cerca de 5 horas, para cerca de 86 5°C , manteve-se a cerca de 865°C durante cerca de 24 horas e baixou-se progressivamente até à temperatura ambiente em cerca de 3 horas.

Depois de atingir a temperatura ambiente, retirou-se o conjunto do forno e desmontou-se. A fig. 9 é uma fotografia que mostra um corte transversal do macrocompósito recuperado do conjunto. Especificamente , a fig. 9 mostra um compósito com matriz de metal (58) , compreendendo alumina não triturada C-75, embebida pelo metal da matriz, a qual está fixada integralemnte a um corpo (60) de metal da matriz residual .

Assim, este exemplo demonstra que é possível obter um macrocompósito constituido por um compósito com matriz de metal, ligado integralemnte a um corpo de metal da matriz residual.

Este Exemplo demonstra que é possível produzir um macrocompósito que compreende um corpo de metal da matriz em excesso que está fixado ou ligado integralmente com um // compósito com matriz de metal que, por sua vez, está fixado ou ligado integralmente com um corpo cerâmico. Especificamente, o corpo cerâmico e o corpo de metal da matriz em excesso estão fixados ou ligados integralmente com um compósito com matriz de metal que compreende uma estrutura cerâmica interligada tridimencionalmente embebida no interior de um metal da matriz.

Como se mostra na fig. 10, obteve-se um filtro cerâmico (62) com aproximadamente 2,54 x 3,81 x l,27cm (1 x 1,5 x 0,5), constituido por aproximadamente 99,5% de óxido de alumínio puro e contendo cerca de 17,7 poros por cm (45 poros por polegada) na High Tech Ceramics de Alfred, New

Tork. Colocou-se o filtro cerâmico (62) no fundo de uma barquinha de alumina (64) e colocou-se um lingote (66) de um metal da matriz, com as dimensões aproximadas de 2,54 x 2,54 x x 7 ,27cm (1 x 1 x |) constituido, em peso, por cerca de 5% de silício, cerca de 6% de zinco, cerca de 10% de magnésio e o restante de alumínio, no topo do filtro cerâmico (62). A barquinha de alumina (64) foi uma barquinha Sagger de 99,7% de alumina, obtida na Bolt Technical Ceramics (BTC AL-99,7%) e tinha as dimensões aproximadas de 100 mm de comprimento por mm de largura por 19 mm de altura por 3 mm de espessura da base. Colocou-se o conjunto constituido pela barquinha refractária de alumina e o seu conteúdo num forno tubular, à temperatura ambiente. Fechou-se depois a do forno e forneceu-se gás de formação (aproximadamente 96%, em volume, de azoto,

4%, em volume, de hidrogénio) ao forno com um caudal de cerca de 250 c /minuto. Elevou-se pcogressivamente a temperatura o , o do forno a cerca de 150 C/hora ate cerca de 775 C, manteveo

-se a cerca de 775 C durante cerac de 7 horas e baixou-se deo , pois progressivamente a cerca de 200 C/hora ate a temperatura ambiente. Após a remoção do forno, recuperou-se do conjunto um macrocompósito. Cortou-se a camada de compósito com matriz de metal do macrocompósito e obteve-se uma microfotografia de microestrutura. Essa microestrutura está representada na fig. 11.

Como se mostra na fig. 11, obteve-se uma infiltração efectiva de metal da matriz (68) nos poros do filtro cerâmico (70) . Além disso, como se indica pelas linhas com a referência (72) na fig. 11, a infiltração de metal da matriz foi tão complata que o metal da matriz se infiltrou nos poros contidos no interior do componente de alumina do filtro cerâmico (70) . A fig. 11 também mostra a interface (75) entre o fundo da barquinha de alumina (76) e o compósito com matriz de metal (78). Além disso, embora não se mostre na fotografia, havia metal da matriz em excesso fixado ou ligado integralmente na extremidade do compósito com matriz de metal oposta ao corpo cerâmico, isto é, oposta ao fundo da barquinha de alumina .

Assim, este exemplo demonstra que é possível formar um macrocompósito de camadas múltiplas, que compreende um corpo de metal da matriz em excesso, o qual está fixado ou ligado ao compósito com matriz de metal que por sua vez, está ligado ou fixado integralmente a um corpo cerâmico.

Exem£]_Lo_6_

Exemplo seguinte demonstra que é possível infiltrar espontaneamente uma série de pré-moldes numa fase, para produzir um macrocompósito compreendendo dois compósitos com matriz de metal, ligados em lados opostos de uma fina camada de metal da matriz.

Moldaram-se, por sedimentação, dois pré-moldes, cada um com as medidas aproximadas de 17,78 x 17,78 x l,27cm (7 x 7 x 0,5) a partir de uma mistura de material de alumina de 220 grit, conhecido pelo nome comercial 38 Alundun/ e produzido pela Norton Co., e alumina coloidal (Nyacol AL-20) .

A proporção, em peso, aproximada da alumina coloidal para 38

Alundum, 220 grit, era 30/70.

Depois de os pré-moldes terem secado e solidificado, pintou-se com uma fina camada (aproximadamente 0,39mm (1/64) de espessura) de pasta de alumina coloidal (Nyacol AL-20) uma superfície de cada um dos dois pré-moldes. Colocaram-se depois as duas superfícies pintadas em contacto de modo a intercalar a alumina coloidal entre os dois pré-moldes. Como se mostra na fig. 12, colocou-se depois este conjunto de pré-moldes (80) , incluindo a camada interfacial (81) de alumina coloidal, no interior de uma barquinha refractária (82) , no topo de uma camada de aproximadamente l,27cm (1/2) de espessura de diboreto de titânio do Grau HCT, produzido pela

Union Carbide. Colocou-se um lingote (84) de metal da matriz, com as dimensões aproximadas de 17 , 78 x 17 , 7 8 χ 1 ,27 cm (7 x x 7 x 0,5) e constituido, em peso, por aproximadamente 5%

4

de silício, 5% de zinco, 7% de Mg, 2% de cobre e o restante de alumínio, no topo do conjunto de pré-moldes (80). Juntou-se depois diboreto de titânio do Grau HTC adicional à bar-, quinha refractária (82) até a superfície do leito (86) de diboreto de titânio estar aproximadamente nivelada com a superfície do lingote (84) de metal da matriz.

Colocou-se depois o conjunto constituído pela barquinha refractária (82) e o seu conteúdo no interior de um forno de vácuo, aquecido por resistência eléctrica, com atmosfera controlada, à temperatura ambiente. Obteve-se de- 4 pois um vácuo elevado (aproximadamente 1 x 10 torr) no

interior do forno	e	elevou-se	a	temperatura do forno	para
cerca de	de	2 0 0 °C	em	cerca de	45	minutos. Manteve-se	a tem-
peratura	do	forno	a	cerca de	200	°C , nas condições de	vácuo,

durante aproximadamente 2 horas. Após esse periodo inicial de aquecimento de duas horas, encheu-se o forno novamente com gás azoto até aproximadamente 1 atmosfera e elevou-se a χ o temperatura ate cerca de 865 C em aproximadamente 5 horas, manteve-se a cerca de 8 6 5°C durante cerca de 18 horas e, baixou-se depois até à temperatura ambiente em cerca de 5 horas .

Após alcançar a temperatura ambiente, removeu-se o conjunto do forno e desmontou - se. A fig. 13 é uma fotografia de um corte transversal do macrocompósito recuperado do conjunto. Especificamente , uma camada de metal da matriz (88) está intercalada entre os dois compósitos com matriz de metal (90), compreendendo cada um 38 Alundum 220 /

grit (e resíduos da alumina coloidal Nyacol) embebidos pelo metal da matriz. A camada de metal da matriz (88) está fixada ou ligada integralmente a cada um dos compósitos com matriz de metal (90) , formando assim um macrocompósito.

Assim, este Exemplo demonstra que é possível formar, numa única fase de infiltração espontânea, um macrocompósito compreendendo dois compósitos com matriz de metal, que estão fixados ou ligados integralmente por uma fina camada de metal da matriz .

Claims

REIVINDICAÇÕES

1,- Processo pars ε modelaçao ae um corpo macrocompósito, caracterizado pelo facto de compreender as fases de:

proporcionar pelo menos um corpo cue se pretende infiltrar, compreendendo esse corpo pelo menos um material escolhido no grupo formado por uma massa solta de um material de enchimento substancialmente não reactivo e um pré-molde que compreende um material de enchimento modelado substancialmente não reactivo;

justapor pelo menos um segundo corpo ou corpo adicional adjacente ou em contacto com o primeiro corpo; e infiltrar espontaneamente pelo menos uma porção do primeiro corpo com metal de matriz fundido, para formar pelo menos um corpo compósito com matriz de metal, fixado integralmente ou ligado ao segundo corpo ou corpo adicional,
2, - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de pelo menos um segundo corpo ou corpo adicional compreender metal da matriz oue é proporcionado numa quantidade tal que, depois de se verificar a infiltração espontânea desse corpo, o corpo macrocompósito compreende metal da matriz residual fixado integralmente pelo menos ao corpo compósito com matriz de metal.
3. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de uma atmosfera infiltrante comunicar com o metal da matriz e/ou o material de enchimento e/ou o pré-molde durante pelo menos uma parte do período de infiltração.
4.- Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de compreender ainda a fase de fornecer um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensifice dor da infiltração ao metal de matriz, e/ou ao material de enchimento e/ou ao pré-mclde e/ου à atmosfera infiltrante .
5,- Processo de acordo com uma qualquer das rei/ -78vindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de compreender ainda a fase de fornecer um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador da infiltração ao metal da matriz e/ou ao material de enchimento e/ou ao pré-molde.
6. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração e/ou o intensificador da infiltração serem proporcionados por uma fonte externa.
7. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador da infiltração estar em contacto com pelo menos uma porção do material de enchimento ou do pré-molde, durante pelo menos uma parte do período de infiltreção.
8. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o intensificador da infiltração ser formado pela reacção de um precursor de intensificador da infiltração e pelo menos uma espécie escolhida no grupo formado pela atmosfera infiltrante, o material de enchimento ou o pré-molde e o metal da matriz.
9.- Processo de acordo com a reivindicação 8, /

/ caracterizado pelo facto de, durante a infiltração, o precursor de intensificador da infiltração se volatilizar.
10. - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração volatilizado reagir para formar um produto da reacçSo pelo menos numa porção do material de enchimento ou no pré-molde.
11. - Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo facto de o produto da reacção ser pelo menos parcialmente redutível pelo metal da matriz fundido.
12. - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo facto de o produto da reacção ser formado como um revestimento sobre pelo menos uma porção do material de enchimento.
13. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a infiltração se verificar para o interior de meios de barreira definidos.
14. - Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de a barreira compreender um material escolhido no grupo formado pelo carbono, a grafite e o dibo-80- reto de titânio.
15, - Processo de acordo com a reivindicação 13» caracterizado pelo facto de o meio de barreira ser substancialmente não molhável pelo metal da matriz.
16, - Processo de acordo com a reivindicação 13» caracterizado pelo facto de o meio de barreira compreender pelo menos um material que permite a comunicação entre uma atmosfera infiltrante e o metal da matriz, e/ou o referido corpo, e/ou um intensificador da infiltração e/ou um precursor de intensificador da infiltração.
17. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fecto de o material de enchimento compreender pelo menos um material escolhido no grupo formado por pós, flocos, plaquetas, microesferas, filamentos, emaranhados, pérolas, fibras, partículas, mantos de fibras, fibras cortadas, esferas, grânulos, túbulos e tecidos refractários.
18. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de o material de enchimento ter uma solubilidade limitada no metal da matriz fundido.

·. ..
19·- Processo de acordo com uma qualçuer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de o material de enchimento compreender pelo menos um material cerâmico.
20. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de o metal da matriz compreender alumínio, o precursor de intensificador da infiltração compreender pelo menos um material escolhido no grupo formado pelo magnésio, 0 estrôncio e o cálcio e a atmosfera infiltrante compreender azoto.
21. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de 0 metal da matriz compreender alumínio, o precursor de intensificador da infiltração compreender zinco e a atmosfera infiltrante compreender oxigénio.
22. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de 0 intensificador da infiltração e/ou 0 precursor de intensificador da infiltração serem proporcionados num limite entre 0 material de enchimento ou 0 pré-molde e 0 metal da matriz.
23. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de um precursor de intensificador

-82da infiltração formar uma liga com o metal da matriz.
24. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de o metal da matriz compreender alumínio e o metal da matriz conter pelo menos um elemento de liga escolhido no grupo formado pelo silício, o ferro, o cobre, o manganês, o crómio, o zinco, o cálcio, o magnésio e o estrôncio.
25. - Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração e/ou o intensificador da infiltração serem proporcionados quer no metal da matriz quer no material de enchimento ou no pré-molde.
26. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração e/ou o intensificador da infiltração serem proporcionados em mais de um entre o metal da matriz, o material de enchimento ou o pré-molde e a atmosfera infiltrante.
27. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a temperatura durante a infiltração espontânea ser superior ao ponto de fusão do metal da matriz, mas inferior à temperatura de vola-83tilização do metal da matriz e ao ponto de fusão do material de enchimento.
28,- Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de a atmosfera infiltrante compreender uma'atmosfera escolhida no grupo formado pelo oxigénio e o azoto.
29. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração compreender um material escolhido no gmpo formado pelo magnésio, o estrôncio e o cálcio.
30. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de o metal da matriz compreender alumínio e o material de enchimento compreender um material escolhido no grupo formado pelos óxidos, os carbonetos, os boretos e os nitretos.
31. - Processo para a formação de um corpo macrocompósito, caracterizado pelo facto de compreender as fases de:

proporcionar pelo menos um corpo cue se pretende infiltrar, compreendendo esse corpo pelo menos um material escolhido no grupo formado por uma massa solta de um material

-84de enchimento substancialmente nao reactivo e um pré-molde constituído por um material de enchimento modelado substancialmente não reactivo;

justapor pelo menos um segundo corpo ou corpo adicional adjacente ou em contacto com o referido corpo; e infiltrar espontaneamente pelo menos uma porção do referido corpo com metal da matriz fundido, estando pelo menos o metal da matriz e/ou o corpo na presença de um precursor de intensificador da infiltração e/ou de um intensificador da infiltração, durante pelo menos uma porção do período de infiltração, para formar pelo menos um corpo compósito com matriz de metal, cue é fixado integralmente ou ligado a pelo menos um segundo corpo ou corpo adicional.
32.- Processo para a formação de um corpo macrocompósito, caracterizado pelo facto de compreender as fases de:

proporcionar pelo menos um corpo cue se pretende infiltrar, compreendendo esse corpo pelo menos um material escolhido no grupo formado por una massa solta de material de enchimento substancialmente não reactivo e um pré-molae que compreende um material de enchimento modelado substancialmente não reactivo;

justapor o segundo corpo ou corpo adicional adjacente ou em contacto com o primeiro corpo; e /-85r infiltrar espontaneamente sem a aplicação de pressão ou vácuo pelo menos uma porção do primeiro corpo com um metal da matriz fundido, estando o metal da matriz e/ou o primeiro corpo na presença de um auxiliar de infiltração durante pelo menos uma porção do período de infiltração, para formar pelo menos um corpo compósito com matriz de metal, que é fixado integralmente ou ligado a pelo menos um segundo corpo ou corpo adicional.
33. - Processo de modelação de um compósito com matriz de metal por infiltração espontânea de um corpo de material de encnimento substancialmente não reactivo com um metal da matriz, caracterizado pelo facto de o corpo de material de enchimento estar localizado adjacente ou em contacto com pelo menos um segundo corpo ou corpo adicional, para formar um compósito com matriz de metal, que é fixado integralmente ou ligado ao segundo corpo ou corpo adicional.
34. - Corpo macrocompósito, caracterizado pelo facto de compreender um compósito com matriz de metal cue é fixado integralmente ou ligado pelo menos a um segundo corpo ou corpo adicional.
35·- Corpo macrocompósito, caracterizado pelo facto de compreender um compósito com matriz de metal rue /

-86é fixado integralmente ou ligado pelo menos a um segundo · corpo ou corpo adicional, sendo o compósito com matriz de metal formado pelo contacto de um metal da matriz fundido · com um material de enchimento ou um pré-molde, na presença de um intensificador da infiltração.
36, - Corpo macrocompôsito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o referido segundo corpo ou corpo adicional compreender um corpo compósito com matriz cerâmica.
37. - Corpo macrocompôsito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o referido segundo corpo ou corpo adicional compreender um corpo de metal.

3G.- Corpo macrocompôsito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o referido segundo corpo ou corpo adicional compreender um corpo compósito com matriz de metal.
39.- Corpo macrocompôsito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o referido segundo corpo ou corpo adicional compreender un: corpo compósito com matriz cerâmica e um corpo de metal.

• ♦ ·

-8740. - Corpo macrocompósito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o referido segundo corpo ou corpo adicional compreender um corpo compósito com matriz de cerâmica e um corpo compósito com matriz de metal.
41. - Corpo macrocompósito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o referido segundo corpo ou corpo adicional compreender um corpo de metal e um corpo compósito com matriz de metal.
42. - Corpo macrocompósito de acordo com ε reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o compósito com. matriz de metal compreender um material de enchimento de alumina infiltrado no interior de um metal da matriz de liga de alumínio e o segundo corpo ou corpo adicional compreender uma estrutura de alumina auto-suportada e metal da matriz residual de liga de alumínio.
43. - Corpo macrocompósito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o compósito com matriz de metal compreender um material de enchimento de alumina infiltrado no interior de um metal da matriz de liga de alumínio e o segundo corpo ou corpo adicional compreender um corpo de metal da matriz residual.

• · «
44. - Corpo macrocompósito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o compósito com matriz de metal compreender uma estrutura de alumina interligada tridimensionalmente no interior de um metal da matriz de liga de alumínio e o referido segundo corpo ou corpo adicional compreender um corpo de metal da matriz residual e uma estrutura de alumina auto-suportada.
45. - Corpo macrocompósito, caracterizado pelo facto de compreender dois corpos compósitos com matriz de metal fixados um no outro por uma camada de ligação que compreende uma liga de alumínio, compreendendo cads um dos corpos compósitos ccm matriz de metal um material de enchimento de alumina infiltrado no interior de um metal da matriz de liga de alumínio.

4ó.- Corpo macrocompósito de acordo com, a reivindicação 45, caracterizado pelo facto de a camada de ligação compreender uma liga de alumínio que tem substancialmente a mesma composição que o metal da matriz.
47.- Corpo macrocompósito caracterizado pelo facto de compreender um recipiente de material compósito com matriz de metal, com uma extremidade aberta, sendo a extremidade aberta do recipiente definida por uma borda, / -89- estando a borda fixada integrãlmente ou ligada a uma camada de metal.
48. - Corpo macrocompósito de acordo com a reivindicação 47, caracterizado pelo facto de o recipiente de material compósito com matriz de metal compreender um material de enchimento de carboneto de silício embebido no interior de um metal da matriz de liga de alumínio e a camada de metal compreender alumínio ou uma liga de alumínio.
49. - Corpo macrocompósito de acordo com as reivindicações 47 ou 48, caracterizado pelo facto de o recipiente de material compósito com matriz de metal compreender uma caixa de forma rectangular.
50. - Corpo macrocompósito, caracterizado pelo facto de compreender um compósito com matriz de metal çue compreende material de enchimento de carboneto de silício embebido no interior de um metal da matriz de liga de alumínio, estando o compósito com matriz de metal fixado integralmente ou ligado a pelo menos um tubo de mullite (silicato natural de alumínio).
51. - Corpo macrocompósito, caracterizado pelo facto de compreender um compósito de matriz de metal que

-90/ /

compreende material de enchimento de carboneto de silício embebido no interior de um metal da matriz de liga de alumínio, estando o compósito com matriz de metal fixado integralmente ou ligado a pelo menos um tubo de alumina.
52,- Corpo macrocompósito de acordo com as reivindicações 50 ou 51, caracterizado pelo facto de pelo menos uma porção do tubo de ”mullite” ou do tubo de alumina estar completamente encerrada no interior do compósito con. matriz de metal.
53. - Corpo mecrocompósito de acordo com uma qualquer das reivindicações 37, 39 ou 41, caracterizado pelo facto de o corpo de metal compreender um metal escolhido no grupo formado por uma liga de metal resistente a temperaturas elevadas, uma liga de metal resistente à corrosão e uma liga de metal resistente à erosão.
54. - Corpo macrocompósito caracterizado pelo facto de compreender um compósito com matriz de metal que está pelo menos parcialmente encerrado no interior de um segundo corpo ou corpo adicional, que está fixado integralmente ou ligado ao compósito com matriz de metal sendo o segundo corpo ou corpo adicional escolhido no grupo formado per um corpo compósito com matriz de metal, um corpo compó-91- sito com matriz cerâmica, um corpo cerâmico e um corpo de metal.
55·- Corpo macrocompósito, caracterizado pelo facto de compreender um compósito com matriz de metal cue, pelo menos parcialmente, encerra ou envolve um segundo corpo ou corpo adicional, sendo o segundo corpo ou corpo adicional escolhido no grupo formado por um corpo compósito com matriz de metal, um corpo compósito com matriz cerâmica, um corpo cerâmico e um corpo de metal.
56. - Corpo macrocompósito de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pelo facto de o compósito com matriz de metal ter um coeficiente de dilatação térmica maior que o do segundo corpo ou corpo adicional e por o segundo corpo ou corpo adicional ser mantido sob um esforço de compressão pelo compósito com matriz de metal.
57. - Corpo macrocompósito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o compósito com matriz de metal e/ou o segundo corpo ou corpo adicional terem uma forma pré-determinada definida.
58. - Corpo macrocompósito de acordo com a reivindicação 34, caracterizado pelo facto de o corpo macrocompósi-92to ter uma forma pré-determinada definida.
59.- Corpo macrocompósito caracterizado pelo facto de compreender um certo número de corpos compósitos com matriz de metal e os segundos corpos ou corpos adicionais, que estão fixados integraimente ou ligados um ao outro, para formar uma estrutura.

Lisboa, 9 de Novembro de 1989

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