PT92254B

PT92254B - Peocesso para a modelacao de corpos compositos com matriz de metal contendo co-matrizes interligadas tridimensionalmente e produtos produzidos por este processo

Info

Publication number: PT92254B
Application number: PT92254A
Authority: PT
Inventors: Michael Kevork Aghajanian; Christopher Robin Kennedy; Alan Scott Nagelberg
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1988-11-10
Filing date: 1989-11-09
Publication date: 1995-07-18
Also published as: CA2000779A1; EP0368781B1; FI894926A0; IL91726A; JP2905513B2; ATE96468T1; DK460489A; BR8905618A; FI91831C; DE68910272T2; AU625090B2; DE68910272D1; MX172497B; NZ231069A; IL91726A0; CN1082567C; KR970005879B1; TW246649B; NO893979D0; PH26037A

Description

MEMÓRIA DESCRITIVA

DA

PATENTE DE INVENÇÃO

N2 92.254 i

NOME: Lanxide Technology Company, LP., norte-americana, com sede em Tralee Industrial Park, Newark, Delaware, Estados Unidos da América,

EPÍGRAFE: Processo para a modelação de corpos compósitos com matriz de metal contendo co-matrizes inter ligadas tridimensionalmente e produtos produtos produzidos por este processo v

VINVENTORES: Michael Kevork Aghajanian, Christopher Robin Kennedy, Alan Scott Nagelberg,

Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 42 da Convenção da União de Paris de 20 de Karço de 1883. Prioridade:- U.S.A., 10.11.1988, sob ο N9 269,369,

LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP

PROCESSO PARA A MODELAÇÃO DE CORPOS COMPÓSITOS COM MATRIZ

DE METAL CONTENDO CO-MATRIZES INTERLIGADAS TRIDIMENCIONALMENTE E PRODUTOS PRODUZIDOS POR

ESTE PROCESSO

Campo da invenção

A presente invenção refere-se à formação de um corpo compósito com matriz de metal pela infiltração espontânea de um metal da matriz fundido num material interligado tridimensionalmente. Além disso, o material interligado tridimensionalmente pode incluir um material de enchimento. Em particular, um intensificador de infiltração e/ou um pre cursor de intensificador de infiltração e/ou uma atmosfera infiltrante estão em comunicação com um material de enchimento e/ou com um material interligado tridimensionalmente e/ou com um metal da matriz pelo menos em algum instante du rante o processo, o que permite que o metal da matriz fundido se infiltre espontaneamente no material interligado trj. dimensionalmente e em qualquer material de enchimento que possa estar presente.

Fundamento da invenção:

Os produtos compósitos que compreendem uma matriz de metal e uma fase de fortalecimento ou reforço, tal

como, partículas, filamentos emaranhados, fibras ou similares, mostram-se muito prometedores para uma certa variedade de aplicações porque eles combinam um pouco da firmeza e da 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 resistência, 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 les ve 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 à sua maior 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 agitíi ção 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”7 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 proces so tem sido indicada como sendo cerca de 25 por cento, em vo lume, no caso dos filamentos emaranhados e cerca de 40 por cento, em volume, no caso das dos materiais em partículas.

A produção de compósitos com matriz de metal p£ las técnicas da metalurgia dos pós utilizando os processos convencionais impgecertas limitações relativamente às características dos produtos que pode 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 relati vamente simples são possíveis sem um processamento subsequen te (por exemplo, modelação ou maquinagem) ou sem recorrer a prensas complexas. Também pode verificar-se a contracção 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 No. 3.970.136, conce dida em 20 de Julho de 1976, a J.C. Cannell e outros, descre ve 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

Ί complanares num molde com um reservatório de metal da matriz por exemplo, alumínio fundido entre pelo menos alguns dos man tos 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 pre^ são a circular entre os mantos. Têm sido referidas cargas até cerca de 5θ %, volume, de fibras de reforço no compósito.

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 pro priedades é possível embora o metal fundido possa ser introdu zido numa multiplicidade de locais no interior do agregado fjl broso. 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 dificulda^ de inerente à infiltração de um grande volume de mantos.

Mais ainda, sâo necessários moldes para manter 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 compósi^ tos com matriz de alumínio reforçados com materiais sob a for ma de partículas, filamentos ou fibras, orientados aleatoriamente ou para materiais com porosidade orientada aleatória5 f'~.· mente.

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 alu mínio forma uma ligação 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 enchimento, ou a matriz contém lítio, que pode afectar as propriedades da matriz.

A patente norte-americana No. 4.232.091 concedida a R. W. Grimshaw e outros, vence certas dificuldades téc^ nicas encontradas na produção de compósitos com matriz de alu mínio e alumina. Essa patente descreve a aplicação de pres— sões de 75-375 kg/cm para forçar alumínio fundido (ou a liga de alumínio fundida) num manto de filtros ou de filamentos emaranhados de alumina que foi pré-aquecido a uma temperatura de 700 a 1050°C. A relação máxima entre os volume de alumina e de metal na peça moldada sólida resultante foi O,25/l. Devi do à sua dependência da força externa para realizar a infiltração, este processo está sujeito a muitas das mesmas defic£ ências que o de Cannell e outros.

A publicação do pedido de patente europeia No.

115.742 de screve a fabricação de compósitos de alumina-alumínio, especialmente utilizáveis como componentes de pilhas ele£ trolíticas, pelo preenchimento dos vazios de uma matriz de alumina pré-moldada com alumínio fundido. 0 pedido de paten te 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 zir cónio, de háfnio ou de nióbio ou com um metal, isto é, lítio, magnésio, cálcio, titânio, crómio, ferro, cobalto, níquel,zir cónio ou háfnio. Utilizam-se atmosferas inertes, tais como de árgon, para facilitar o molhante. Esta referência mostra também a aplicação de pressão para fazer com que o alumínio fundido penetre numa matriz não revestida. Nesse aspecto, a infiltração e realizada evacuando os poros e aplicando depois pressão ao alumínio fundido numa atmosfera inerte, por exemplo de árgon. Em alternativa pode infiltrar-se o pré-molde por deposição de alumínio em fase de vapor, para molhar a superfície antes de preencher os vazios por infiltração com alu mínio fundido. Para assegurar a retenção do alumínio nos poros do pré-molde, é necessário um tratamento térmico, por exemplo a 1400 a l800°C no vácuo ou em árgon. Caso contrário, quer a exposição do material infiltrado sob pressão dos 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 No. 9^353. Esta publicação descreve a produção de alumínio por extracção electrolítica com uma célula tendo

- ί um alimentador de corrente catódico que forma um revestimento ou substrato da célula. A fim de proteger este substrato da criolite fundida aplica-se um revestimento fino de uma mistura de um agente molhante e um supressor de solubilidade ao substrato de aiumina antes do arranque da célula ou enquanto mergulha no alumínio fundido produzido pelo processo electro— lítico. Os agentes molhantes indicados são o titânio, o zircó^ nio, o háfnio, o silício, o magnésio, o vanádio, o crómio, o nióbio ou o cálcio, sendo o titânio mencionado como o agente preferido. Os compostos de boro, carbono e azoto são descritos como sendo utilizáveis para suprimir a solubilidade dos agentes molhantes no alumínio fundido. A referência, porém, não sugere a produção de compostos com matriz de metal nem sugere a formação de um tal compósito numa atmosfera por exem pio de azoto.

Além da aplicação de pressão e agentes molhantes, foi indicado que um vácuo aplicado auxiliará a penetração de alumínio fundido num composto cerâmico poroso. Por exem pio, a patente americana No. 3 71θ 44l, concedida em 27 de Fevereiro de 1973 a R.L. Landingham, relata a infiltração de um compacto cerâmico (por exemplo, carboneto de boro, aiumina e óxido de berílio) com alumínio fundido, berílio, magnésio, titânio, venádio, níquel ou crómio sob um vácuo de 10 torr. Um

6 vácuo de 10” a 10 torr teve como resultado um molhante insuficiente da cerâmica pelo metal fundido até ao ponto de o metal não fluir livremente para o interior dos espaços vazios de cerârai ca. Contudo, referiu-se que o molhante melhorou quando se reduziu o vácuo para menos de 10 torr

A patente americana No. 3.864.154, concedida em 4 de Fevereiro de 1975» a G.E. Gazza e outros, também mos tra a utilização do vácuo para se obter a infiltração. Esta patente descreve o processo de carregar um compacto prensado a frio de pó de AlB^. num leito de pó de alumínio prensado a frio. Colocou-se depois alumínio adicional no topo do pó de

A1B^2» Colocou-se o cadinho, carregado com compacto de AlB^ ensanduichado entre as camadas de pó de alumínio, num forno c no vácuo. 0 forno foi evacuado até aproximadamente 10^-J torr, para permitir a saída dos gases. Elevou-se depois a tempera tura 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 No. 3.364.976, concedida em 23 de Janeiro de 1968, a John N. Reding e outros, apresenta o conceito de criação de um vácuo autogerado num corpo para intensificar a penetração de um metal fundido no corpo. Especificamente, descreve-se que um corpo, por exemplo, um molde de grafite, um molde de aço ou um material refractário poroso é inteiramente submerso no metal fundido. No caso de um molde, a cavidade do molde que é preenchida com um gás reactivo com o metal, comunica com o metal fundido situado exteriormente através de pelo menos um orifício no molde. Quando se mergulha o molde na massa em fusão, verifica-se o enchimento da ca vidade à medida que se produz o vácuo auto-gerado a partir da reacção entre o gás na cavidade e o metal fundido. Em particu lar, 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 inde^ sejável por causa das limitações inerentes associadas com a utilização de um molde. Os moldes têm de ser primeiro maquinados para lhe dar uma forma particular e depois acabados, maqui nados 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 tnes mo seguindo-se depois a recuperação do molde, o que, mais provavelmente, incluirá a rectificação das superfícies do molde ou o seu descarte já aceitável para ser utilizado. A maquinagem de um molde para obter uma forma complexa pode ser muito cara e demorada. Além disso, pode ser muito difícil a remoção de uma peça moldada de um molde de forma complexa (isto é, as peças moldadas com uma forma complexa podem partir-se quando se retiram do molde). Mais ainda, embora haja uma sugestão de que um material refractário poroso pode ser imerso directamen te num metal fundido sem a necessidade de um molde, o material refractário teria que ser uma peça inteira porque não se t<3 mam 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 desintegraria ou se separaria por flutuação, quando colocado num metal fundido). Mais ainda, se se desejasse infiltrar um material em partículas ou um pré-molde formado solto, seria necessário tomar precauções para que o metal infiltrante não desloque pelo menos;>porções de 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 fiável para produzir compósitos com matriz de metal modelados que não dependem da utilização de pressão ou vácuo aplicado (quer aplicado externamente, quer criado internamente), ou agentes molhantes prejudiciais para criar uma matriz de metal embebida noutro material, tal como um material cerâmico. Além disso, ten havi do 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 in filtração espontânea para infiltrar um material interligado tridimensionalmente que, optativamente pode conter material de enchimento com metal da matriz fundido (por exemplo, alumí nio) na presença de uma atmosfera infiltrante (por exemplo de azoto) e à pressão atmosférica normal desde que esteja presen te um intensificador de infiltração pelo menos em certos instantes durante o processo.

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

Um processo novo para a fabricação de um material compósito com matriz de metal é apresentado no pedido de patente americano do mesmo proprietário, 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 da invenção de White et al, um compósito com matriz de metal é produzido pela infiltração de uma massa permeável de material de enchimento (por exemplo, uma cerâmica ou um material de revestimento com cerâmica) com alumínio fundido contendo pelo menos cerca de 1 por cento, em peso, de magnésio e de preferência pelo menos cerca de 3 por cento, em peso, de magnésio. A infiltração ocorre espontaneamente sem aplicação de pressão ou vácuo exte riores. Um suprimento de liga de metal fundido é posto em con tacto com a massa de material de enchimento a uma temperatura de pelo menos cerca de Ó75°C, na presença de um gás compreendendo de cerca de 10 a 100 por cento e, de preferência, cerca de 50 por cento de azoto, em volume, sendo o restante do gás, se houver, um gás não oxidante, por exemplo árgon. Nestas con dições, 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 re forço. Usualmente e de preferência, o suprimento de liga fundida fornecido será suficiente para permitir que a infiltra12

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ção se processe substancialmente até aos limites da massa de material de enchimento. A quantidade de material de enchimen to nos compósitos com matriz de alumínio produzidos de acordo com a invenção de White et al pode ser extraordinariamente alta. A este respeito, podem atingir-se relações volumétricas entre o material de enchimento e a liga maiores que ljl.

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 de 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 um pouco ou substancialmente nenhum nitreto de alumínio.

Tem sido observado que temperaturas mais elevadas favorecem a infiltração, mas tornam o processo mais condu cente à formação de nitretos. A invenção de White et al permite a escolha de um equilíbrio entre a cinética da infiltração 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 No l4l 642, depositado em 7 de Janeiro de 1988, em nome de Michael K. Aghajanian et al, e intitulado Method of Moking Metal Matrix Composite white the use of a Barrier.

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De acordo com o processo da invenção de Aghajanian et al, coloca-se um dispositivo de barreira (por exemplo, diboreto de titânio em particular ou um material de grafite, tal como produto de fita de grafite flexível vendida pela Union Carbide com a designação comercial Grafolil ) num limite de superfície definido do material de enchimento, e a liga da matriz infiltra-se até ao limite definido pelo meio de barreira. 0 meio de barreira é usado para inibir, impedir ou terminar a infiltração da liga fundida, proporcionando assim formas reticulares ou quase reticulares no compósito com matriz de metal resultante. Consequentemente, os corpos compósitos com matriz de metal formados têm uma forma exterior que corresponde substancialmente â forma interior do meio de barreira.

processo do pedido de patente americano No.

049 171 foi aperfeiçoado pelo pedido de patente americano copendente e do mesmo proprietário No. l68 284, depositado em 15 de Março de 19θ8, 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 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 infil tração espontânea continua. Quando se tiver infiltrado espon taneamente 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 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 inven ção descrita nesse pedido de patente e não é necessário combinar a forma de realização do reservatório com todas as for mas de realização alternativas da invenção nele descrita, al_ gumas 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 fornecida possa ser pelo menos suficiente para permitir a infiltração espontânea se processe substancialmente até os limites (por exemplo, as barreiras) da massa permeá vel 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 ma triz de metal. Assim, quando estiver presente liga fundida em excesso, o corpo resultante será um corpo compósito complexo (por exemplo, um macrocompósito), no qual um corpo cerâmico infiltrado, com uma matriz de metal, estará ligado directamen te ao metal em excesso que fica no reservatório.

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

Sumário da invenção

Um corpo compósito com matriz de metal é produzido por infiltração espontânea de um material interligado trjí dimensionalmente, tal como uma cerâmica e/ou um metal interli^ gados tridimensionalmente.

Além disso, um corpo compósito com matriz de me tal pode ser produzido por infiltração espontânea de um material interligado tridimensionalmente, tendo incluída uma massa permeável de material de enchimento.

Em ambos os casos anteriores, produz-se um corpo compósito com co—matrizes. Especificamente está presente x-^7 uma primeira matriz de cerâmica, de metal, ou de ambos, devi da ao material interligado tridimensionalmente, que é infiltrado pelo metal da matriz fundido e uma segunda matriz é criada pela infiltração espontânea do metal da matriz nos poros da primeira matriz e algum material de enchimento que possa estar presente.

Para se obter a infiltração espontânea, um intensificador de infiltração e/ou precursor de intensificador de infiltração è/ou a atmosfera infiltrante estão em comunicação com o material interligado tridimensionalmente e/ou com material de enchimento optativo, pelo menos em certo ins tante durante o processo, o que permite que o metal da matriz fundido se infiltre espontaneamente nos materiais.

Numa forma de realização preferida da presente invenção, em vez de fornecer um precursor de intensificador de infiltração, pode fornecer-se um intensificador de infiltração directamente ao material interligado tridimensionalmente e/ou ao metal da matriz e/ou à atmosfera infiltrante e/ou ao material de enchimento optativo. Finalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea,^ intensificador de infiltração deve estar localizado pelo menos numa porção do material a ser infiltrado.

O material das co-matrizes interligadas tridimencionalmente têm características específicas vantajosas pelo facto de comunicar certas propriedades desejáveis ao compósito com matriz de metal produzido, que normalmente não poderiam obter-se pelo uso de um material análogo numa forma não inter

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Ζ ligada (por exemplo, como partículas). Especificamente, quando o material das co-matrizes interligadas tridimensionalmente for uma ceramica, o compósito com matriz de metal final pode apresentar uma maior rigidez e uma resistência à temperatura em relação ao compósito com matriz de metal contendo o mesmo material cerâmico, mas apenas sob a forma de partículas. Além disso, quando o material das co-matrizes interligadas tridimencionalmente for um metal, o compósito com matriz de metal final pode apresentar uma maior dureza devido às áreas de me tal maciço, isto é, as áreas contendo pouco ou nenhum material em partículas, representadas pela co-matriz, podem actu ar como neutralizadores de fendas que impedem a propagação de fendas durante a aplicação de tensão.

Além disso, numa forma de realização preferida enche-se um material interligado tridimensionalmente com um material de enchimento e, em seguida, o metal de matriz fundido é induzido a infiltrar-se espontaneamente quer no material de enchimento contido no interior do material interligai do tridimensionalmente. Um tal corpo da co-matriz pode apresentar outras propriedades mecânicas vantajosas.

Faz—se notar que o presente pedido de patente examina principalmente metais da matriz de alumínio que, em qualquer instante durante a formação do corpo compósito com matriz de metal, são postos em contacto com magnésio, que fun ciona como precursor de intensificador de infiltração, na pre sença de azoto, que funciona como atmosfera infiltrante. Assim, o sistema metal da matriz/precursor de intensificador de infiltração/atmosfera infiltrante de alumínio/magnésio/azoto apresenta a infiltração espontânea. Contudo, outros sistemas de metal da matriz/precursor de intensificador de infiltração/atmosfera infiltrante podem também comportar-se de manei ra análoga à do sistema de alumínio/magnésio/azoto. Por exemplo, observou-se um comportamento de infiltração espontânea semelhante no sistema de alumínio/estréncio/azoto, no sistema de alumínio/zinco/oxigénio e no sistema de alumínio/ /cálcio/azoto. Consequentemente, embora aqui se examine primei ramente o sistema de alumínio/magnésio/azoto, deve entender-se que outros sistemas de metal da matriz/precursor de intensificador de infiltração/atmosfera infiltrante podem comportar-se de maneira análoga.

Quando o metal da matriz compreender uma liga de alumínio, a liga de alumínio é posta em contacto com um material interligado tridimensionalmente e/ou com um pré-molde que compreende um material de enchimento (por exemplo, alumina ou carboneto de silício) e/ou uma massa solta de material de enchimento, tendo o material interligado tridimensionalmente, o pré-molde e/ou o material de enchimento com eles misturado, e/ou estando em qualquer instante durante o processo expostos a, magnésio. Além disso, numa forma de realização preferida, a liga de alumínio e/ou o material interligado tridimensionalmente, o molde ou o material de enchimento estão contidos numa atmosfera de azoto durante pelo menos uma porção do processo.

material interligado tridimensionalmente, o pré-molde (ou o material de enchimento) serão infiltrados espontaneamente e a extensão ou velocidade de infiltração espontânea e da formação da matriz de metal variarão com um dado conjunto de condições

A?.· do processo, incluindo, por exemplo, a concentração de magnésio proporcionada ao sistema (por exemplo, a liga de alumínio e/ou ao material interligado tridimensionalmente ao material de enchimento (ao pré—molde) e/ou à atmosfera infiltrante), as dimensões e/ou a composição das partículas no pré-molde ou no material de enchimento, as dimensões e a extensão dos poros do material interligado tridimensionalmente, a concentração de azoto, na atmosfera infiltrante, o tempo permitido para a infiltração e/ou a temperatura a que a infiltração ocorre. A infiltração espontânea ocorre tipicamente até um grau suficiente para infiltrar substancial e com pletamente o material interligado tridimensionalmente, o pré-molde ou o material de enchimento.

Quando um material interligado tridimensionalmente deve ser espontaneamente infiltrado com um metal da matriz, o intensificador de infiltração ou precursor do intensif ficador de infiltração podem ser colocados no interior dos po^ ros do material ou na superfície do material. Além disso, se se usar um material de enchimento em conjunto com o material interligado tridimensionalmente, (por exemplo, colocado no in terior de pelo menos uma porção dos poros do material interljL gado), o intensificador de infiltração ou o precursor do intensificador de infiltração podem adiçionalmente ser colocados no interior do material de enchimento (por exemplo, no in terior dos poros do leito de material de enchimento ou sob a forma de um revestimento sobre ou no interior das partículas individuais do material de enchimento).

VDefinições:

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

Gás restante não oxidante, como aqui é usado, significa que qualquer gás presente, além do gás principal que constitui a atmosfera infiitrante, 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 do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente, sendo esse li^ mite da superfície definido pelos meios de barreira. São meios de barreira apropriados qualquer material, composto, elemento, composição ou similar que, nas condições do processo, mantém uma certa integridade e que-não é substancialmente volá

til (isto é, o material de barreira não se volatiza até um ponto tal que se torne não funcional como barreira.

Além disso, os meios de barreira apropriados incluem materiais que são substancialmente não molháveis pelo metal da matriz fundido que migra, nas condiçães do processo utilizadas. Uma barreira deste tipo aparenta ter substancialmente pouca ou nenhuma afinidade para o metal da matriz fun dido, e o movimento para além do limite de superfície definido da massa de material de enchimento do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente é impedido ou inibido pelos meios de barreira. A barreira reduz qualquer maquinagem ou rectificação finais que possam ser necessários 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 fundida.

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

Material de enchimento, como aqui é usado, pre tende-se que inclua quer constituintes individuais, quer misturas de constituintes substancialmente não reactivos com o _

metal da matriz e/ou com solubilidade reduzida no mesmo, poden do ser de fase única ou com várias fases. Os materiais de enchimento podem ser proporcionados com uma ampla variedade de formas, tais como pós, flocos, plaquetas, microesferas, filamentos emaranhados, pérolas,- etc. e podem ser densos ou poro sos.

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 car bono do ataque, por exemplo, por metal original de alumínio fundido. Os materiais de enchimento também podem incluir metais .

Atmosfera infiltrante, como aqui é usado, si£ nifica a atmosfera que está presente, que interage com metal da matriz e/ou com o pré-molde (material de enchimento) ou o material interligado tri-dimensionalmente e/ou o precursor de intensificador de infiltração e/ou o intensificador de infiltração e permite ou intensifica a ocorrência da infiltração espontânea do metal da matriz ocorra.

Intensificador de infiltração, como aqui é usado, significa um material que promove ou auxilia a infiltração espontânea do metal da matriz num material de enchimento ou num pré-molde ou num material interligado tridimensionalmente. Um intensificador de infiltração pode ser for23 L mado, por exemplo, a partir de uma reacção de um precursor de intensificador de infiltração com uma atmosfera infiltrante para formar (l) 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 o pré-molde ou o material interligado tridimenci^ nalmente. Além disso, o intensificador de infiltração pode ser fornecido directamente ao material interligado tridimensionalmente, ao material de enchimento ou 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 do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente oara obter a infiltração espontânea.

Precursor de intensificador de infiltração ou precursor para o intensificador de infiltração”, como aqui é usado, significa um material que, quando usado em combinação com o metal da matriz, o pré-molde, o material de enchimento ou o material interligado tridimensionalmente e/ou a atmosfera, forma um intensificador de infiltração que induz ou auxilia o metal da matriz a infiltrar-se espontaneamente no material de enchimento, no pré-molde ou no material interligado tridimensionalmente. 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 com o material de enchimento, ou com o material interligado tr_i dimensionalmente e/ou metal. Por exemplo, em certos sistemas de metal da raatriz/precursor de intensificador de infiltração/atmosfera infiltrante é desejável que o precursor de intensificador de infiltração se volatilize na vizinhança da ou, em alguns casos, um pouco acima da temperatura a que o metal de matriz se funde. Essa volatilização pode levar a: (l) uma reacção do precursor de intensificador de infiltração com a atmosfera infiltrante para formar uma espécie ga sosa que intensifica o molhamento do material de enchimento do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente pelo metal de matriz e/ou (2) uma reacção do precursor de in tensificador 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, do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente o que intensifica o molhamento; e/ou (3) uma reacção do pre cursor de intensificador de infiltração no interior do material de enchimento do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente que forma um intensificador de infiltração sólido,líquido ou gasoso em pelo menos uma porção do material de enchimento, ou do pré-molde ou do material interli. gado tridimensionalmente, o que intensifica o molhamento.

2-5 X ί·^/VMetal da matriz ou liga de metal da matriz. como aqui é usado, significa o metal que é utilizado para for mar um compósito com matriz de metal (por exemplo, antes da infiltração) e/ou o metal que é misturado com um material de enchimento ou com um material interligado tridimensionalmente para formar um corpo compósito com matriz de metal (por exemplo, depois da infiltração). Quando um metal especificado 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.

Sistema de metal da matriz/precursor de intensificador da infiltração/atmosfera infiltrante ou sistema espontâneo, como aqui é usado, refere-se à combinação de materiais que apresente infiltração espontânea num pré-molde, no material de enchimento ou no material interligado tridimen cionalmente. 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 materi ais que, quando combinados de uma maneira particular, apresentam a infiltração espontânea num pré-molde, no material de enchimento ou no material interligado tridimensionalmente.

Compósito com matriz de metal ou MMC, como aqui é usado, significa um material que compreende uma liga ou matriz de metal interligado bi- ou tridimensionalmente, que embebeu um pré-molde, o material de enchimento ou o mat_e

- 26 _ /¹ rial interligado tridimensionalmente. 0 metal da matriz pode incluir vários elementos de liga para proporcionar propriedades mecânicas e físicas especificamente desejadas no compósito resultante.

Um metal diferente do metal da matriz significa um metal que não contém, como constituinte principal, o metal igual ao da matriz (por exemplo, se o constituinte prin cipal do metal da matriz for o alumínio, o metal diferente tepode ter um constituinte principal de, por exemplo, níquel).

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

Pré-molde ou pré-molde permeável como aqui é usado, significa uma massa porosa de material de enchimento ou um material de enchimento que é preparado com pelo menos um limite de superfície que define substancialmente um limite para infiltração do metal da matriz, mantendo essa massa uma integridade de forma e uma resistência em verde suficientes para proporcionar uma fidelidade dimensional antes de ser infiltrada pelo metal da matriz. A massa deve ser suficiente mente porosa para se adaptar à infiltração espontânea do metal da matriz no seu interior. Um pré-molde compreende tipi, camente um agregado ou disposição ligados de material de enchimento, homogéneo ou heterogéneo, e pode ser constituído

por qualquer material adequado (por exemplo, um material em partículas, 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, a um pré-molde ou a um material interligado tridimensionalmente de modo que, quando o metal estiver fundido, pode fluir para reabastecer, ou em ._v., 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 com o pré-molde ou com o material interligado tridimensionalmente.

Infiltração espontânea, como aqui é usado, significa a infiltração do metal da matriz na massa permeável de material de enchimento, no pré-molde ou no material infiltrado tridimensionalmente se verifica sem exigir a aplicação de pressão ou vácuo (quer aplicados externamente quer criados i··' internamente).

Material interligado tridimensionalmente¹¹ , como aqui é usado, significa qualquer material interligado tridimen sionalmente suficientemente poroso para permitir a infiltração espontânea de metal da matriz fundido e que apresente um grau de ligação entre partículas individuais maior do que o que seria obtido por calcinação parcial ou pelo uso de um aglutinante. Um tal material interligado tridimensionalmente pode ter uma porosidade suficiente para que um material de enchimento, também ser nele incluído. Além disso, o material interligado /

tridimensionalmente poderia ter uma composição semelhante ou bastante diferente da do metal da matriz utilizado.

Breve descrição das figuras

As figuras seguintes são proporcionadas para auxiliar a compreensão da invenção, mas não se destinam a l_i mitar 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 de montagem usado no Exemplo 1 para infiltrar metal da matriz num material de enchimento cerâmico interligado tridimensionalmente.

A fig. 2,uma microfotografia da microestrútura do compósito com matriz de metal produzido de acordo com o Exemplo 1.

A fig. 3, uma vista em corte transversal do con junto de montagem usado no Exemplo 2, antes de se vazar uma pasta fluida de alumina e carboneto de silício na estrutura em ninho de abelha.

A fig. 4, uma vista em corte transversal do con junto usado no Exemplo 2 para produzir um compósito com matriz de metal no qual está embebida uma estrutura de metal ir: terligada tridimensionalmente.

A fig. 5, uma fotografia em perspectiva (isto é, vista de cima e de lado) de um compósito com matriz de metal produzido de acordo com o Exemplo 2.

A fig. 6, uma fotografia da parte inferior do

- 2₉ compósito com matriz de metal produzido de acordo com o Exem pio 2.

A presente invenção refere-se à formação de um compósito com matriz de metal pela infiltração espontânea de um material infiltrado tridimensionalmente, que optativamente contém um material de enchimento, com metal da matriz fun dido. Em particular, um intensificador de infiltração e/ou precursor de intensificador de infiltração e/ou uma atmosfera infiltrante estão em comunicação com o material interligado tridimensionalmente, e/ou com o material de enchimento optativo e/ou com o metal da matriz, pelo menos em determinado instante durante o processo, o que permite que o metal da ma triz fundido se infiltre espontaneamente no material.

Quando um material interligado tridimensionalmente é infiltrado, produz—se um corpo compósito com co-matri zes. Especificamente, o compósito com matriz de metal contém uma primeira matriz de cerâmica, metal, ou de ambos, que é in filtrada pelo metal da matriz fundido, criando assim uma segunda matriz (isto é, uma co—matriz) pela infiltração espontânea do metal da matriz nos poros da primeira matriz, que pode, optativamente, incluir também material de enchimento.

material da co-matriz interligado tridimensio nalmente tem caracteristicas vantajosas específicas pelo facto de poder comunicar certas propriedades desejáveis ao corpo compósito com matriz de metal produzido que não seriam conseguidas com o uso de um material análogo na forma não interligada (por exemplo, sob a forma de partículas). Especificamente, quando o material da co-matriz interligado tridi-

_ 30 mencionalmente compreende uma cerâmica, o compósito com matriz de metal produzido pode apresentar uma maior rigidez e maior resistência à alta temperatura em relação a um compósito com matriz de metal contendo o mesmo material cerâmico, mas apenas sob a forma de partículas. Além disso, quan do o material da co-matriz interligado tridimensionalmente compreende um metal, o compósito com matriz de metal produzido pode apresentar uma maior resistência à fractura devido a que as áreas de metal maciço (isto é, áreas contendo pouco í—ó ou nenhum material em partículas), representadas pela co-matriz, podem actuar como neutralizadoras de fendas que impedem a propagação de fendas durante a aplicação de tensão.

Além disso, quando se preenche um material interligado tridimensionalmente com um material de enchimento e, em seguida, se induz a infiltração espontânea de metal da matriz fundido no material de enchimento contido no interior do material interligado tridimensionalmente e no próprio mate rial interligado tridimensionalmente, o corpo da co-matriz / . .

resultante pode apresentar ainda outras propriedades mecânicas vantajosas.

A fim de efectuar a infiltração espontânea do metal da matriz no material de enchimento (ou no pré-molde) e/ou no material interligado tridimencionalmente, deve propor cionar-se um intensificador de infiltração no sistema espontâneo. Um intensificador de infiltração pode ser formado a partir de um precursor de intensificador de infiltração que poderia ser proporcionado (l) no metal da matriz e/ou (2) no material de enchimento, no pré-molde ou no material inter

ligado tridimencionalmente e/ou (3) a partir da atmosfera infiltrante e/ou (4) a partir de uma fonte externa, no sistema espontâneo. Além disso, em vez de fornecer um precursor de intensificador de infiltração, pode fornecer-se directamente um intensificador de infiltração ao material de enchimento e/ou ao pré-molde e/ou ao material interligado tridimencionalmente e/ou ao metal da matriz e/ou à atmosfera infiltrante. Finalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea, pode colocar-se o intensificador de infiltração pelo menos numa porção do material de enchimento, do pré-mol^ de e/ou do material interligado tridimensionalmente.

Numa forma de realização preferida é possível que o precursor de intensificador de infiltração possa, pelo menos parcialmente, reagir com a atmosfera infiltrante de modo que possa formar-se o intensificador de infiltração pelo menos numa porção do material de enchimento do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente antes de ou substancialmente ao mesmo tempo que o contacto do material de enchimento do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente com o metal da matriz fundido (por exemplo, se fosse o magnésio o precursor de intensificador de infiltração e o azoto a atmosfera infiltrante, o intensificador de infiltração poderia ser nitreto de magnésio, que seria colocado pelo menos numa porção do material de enchimento do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente).

Um exemplo de um sistema de metal da matriz/ /precursor de intensificador de infiltraçâo/atmosfera infiltrante é o sistema de alumínio/magnés io/a zoto. Especificamente,

2 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 e/ou com o material de enchimento ou com o pré-molde e/ou o material interligado tridimensionalmente, quando o alumínio funde. Pode então pôr-se um material de enchimento ou um material interligado tridimensionalmente contendo, ou sendo exposto ao mag nésio e sendo exposto, pelo menos em determinado instante du rante o processamento, a uma atmosfera de azoto, em contacto com o metal da matriz de alumínio fundido. 0 metal da matriz infiltrar-se-á então espontaneamente no material de enchimen to, no pré-molde ou material interligado tridimensionalmente. Além disso, em vez de fornecer um precursor de intensificador de infiltração, pode fornecer-se directamente um intensi. ficador de infiltração ao material de enchimento, e/ou ao pré-molde e/ou ao material interligado tridimensionalmente e/ou à matriz de metal e/ou à atmosfera infiltrante. Finalmente, pelo menos durante a infiltração espontânea, o intensificador de infiltração deve ser colocado pelo menos numa porção do material de enchimento do pré-molde ou material interligado tridimensionalmente.

Nas condições usadas no processo segundo a pre sente invenção, no caso de um sistema de infiltração esponta nea de alumínio/magnésio/azoto, o material de enchimento, o pré-molde ou o material interligado tridimensionalmente devem ser suficientemente permeáveis para permitir que o gás contendo azoto penetre através dos poros do material de enchimento, do pré-molde ou do material interligado tridimensional

mente em determinado instante durante o processo e/ou contacte com o metal da matriz. Além disso, o material de enchimento, o pré-molde ou o material interligado tridimensionalmente per meáveis para permitir a infiltração de metal da matriz fundido, fazendo assim com que o material de enchimento, o pré-mol de ou o material interligado tridimensionalmente cujos poros foram atravessados por azoto sejam infiltrados espontaneamente com o metal da matriz fundido, para formar um corpo compósito com matriz de metal e/ou fazendo com que o azoto reaja com um precursor de intensificador de infiltração para formar intensificador de infiltração no material de enchimento, no pré-molde ou no material interligado tridimensionalmente, dando assim, como resultado a infiltração espontânea. A extensão ou taxa de 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, do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente, a quantidade de nitreto de magnésio no material de enchimento, no pré-molde ou no material interligado tridimensionamente, a presença de elementos de liga adicionais (por exemplo, silício, ferro, cobre, manganês, crómio, zinco e análogos), 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 na atmosfera infiltrante, o tempo permitido para a infiltração e a temperatura a que a infiltração ocorre. Por exemplo, para que a infiltr^ ção do metal da matriz de alumínio fundido ocorra espontânea

- 34 mente, o alumínio pode formar ligas com, pelo menos, cerca de 1 %, em peso e, de preferência, pelo menos cerca de 3 $ em peso, de magnésio (que funciona como precursor de intensificador de infiltração), com base no peso da liga. Podem também incluir-se elementos de liga auxiliares, como atrás se discutiu, no metal da matriz, para pré-determinar as suas características específicas. Adicionalmente, os componentes de liga auxiliares pode afectar a quantidade mínima de magnésio requerida rio metal de alumínio da matriz para obter a infiltração espontânea do material de enchimento, do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente. A perda de magnésio do sistema espontâneo, devida, por exemplo, a volatilização, não deve verificar-se numa extensão tal que não esteja presente nenhum magnésio para formar o intensificador de infiltração. É desejável utilizar uma quantidade suficiente de componentes de liga iniciais para assegurar que a infiltração espontânea não será afectada adversamente pela volatilização. Além disso, a presença de magnésio no ma terial de enchimento, no pré-molde ou no material interligado tridimensionalmente e o metal da matriz ou o material de enchimento, ou o pré-molde ou o material interligado tridimen sionalmente sós, podem ter como consequência uma redução na quantidade de magnésio necessária para se obter a infiltração espontânea (discutido 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 meiios de cerca de 10 por cento, em volume, de azoto na

atmosfera infiltrante, 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 da liga e/ou do material de enchimento, do pré-molde, ou do material interligado tridimensionaJL mente. Também, para um dado teor de magnésio, a adição de cer tos 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:

- 36 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,ao pré -molde ou ao material interligado tridimensionalmente, 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 me nos 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 in filtração.

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 jun tamente com pelo menos a quantidade mínima de magnésio atrás especificada. 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 gra. nulometria de 5θ0 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 material de enchimento ou ao material interligado tridimensionalmente.

Verificou-se que a infiltração espontânea ocorrerá com uma percentagem, em peso, menor de magnésio fornicido ao sistema espontâneo, quando pelo menos uma parte da quanti- 37 -

dade de total de magnésio fornecido for colocada no pré-molde ou material de enchimento ou no material interligado tridimen cionalmente. Pode ser desejável proporcionar uma quantidade menor de magnésio a fim de impedir a formação de compostos intermetálicos indesejáveis no corpo compósito com matriz de metal. No caso de um pré-molde de carboneto de silício, desco briu-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 ligeiraraente 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 ne neesários pelo menos cerca de 3 %, em peso, de magnésio para se obter infiltração espontânea semelhante a obtida no pré-molde de carboneto de silício que se acabou 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 da liga e/ou numa superfície do pré-molde, no material de enchi mento ou no material interligado tridimensionalmente e/ou no interior do pré-molde, do material de enchimento ou do material interligado tridimensionalmente antes de infiltrar o me

tal da matriz no material de enchimento, no pré-molde ou no material interligado tridimensionalmente (isto é, pode não ser necessário que o intensificador de infiltração ou o precursor de intensificador de infiltração fornecido formem liga com o metal da matriz, mas pelo contrário, que seja simplesmente fornecido ao sistema espontâneo). Se magnésio for aplicado a uma superfície do metal da matriz, pode ser preferido que a referida superfície seja a superfície mais próxima da, ou preferivelmente em contacto com a massa permeável de materal de enchimento ou vice-versa; ou esse magnésio poderia ser misturado pelo menos numa porção do pré-molde, do material de enchimento ou do material interligado tri dimensionalmente. Ê ainda possível utilizar qualquer combinação da aplicação na superfície, da formação de uma liga e da colocação de magnésio pelo menos numa porção do material de enchimento do pré-molde ou do material interligado tridimencionalmente. Uma tal combinação da aplicação do intensi ficador(es) de infiltração e/ou precursor(es) de ou dos intensif icadores de infiltração poderia conduzir a uma diminui, ção da percentagem,em peso, do total de magnésio necessário para promover a infiltração do metal de alumínio da matriz no material de enchimento, no pré-molde ou material interligado tridimensionalmente, bem como obtenção de temperaturas mais baixas a que a infiltração pode ocorrer. Além disso, p<) deria também minimizar-se a quantidade de compostos intermetálicos indesejáveis formados devido à presença de magnésio.

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

A concentração de magnésio na liga e/ou colocado numa superfície da liga e/ou combinado no material de enchi mento ou pre-molde ou no material interligado tridimensionalmente 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 com o material de enchimento ou com o material interligado tridimensionalmente pode ser preferível 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: (l) quando se aumentar apenas o teor de magnjé sio 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 ou do material interligado tridimensionalmente e/ou (3) quando estiver presente na liga de alumínio outro elemento, tal como zinco ou ferro. A temperatura também pode variar

- 4θ 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 75O°C -800°C. Temperaturas geralmente acima de 1200°C parece não beneficiarem o processo, tendo-se verificado ser particularmente útil, uma gama de temperaturas de cerca de 675°C a cer ca de 1200°C. Contudo, como regra geral, a temperatura de infiltração espontânea é uma temperatura superior ao ponto de fusão do metal da matriz,mas abaixo da temperatura de voV % '-P ' latilização do metal da matriz. Além disso, a temperatura de infiltração espontânea deve ser inferior ao ponto de fusão do material de enchimento- ou do pré-molde, mas não necessariamente inferior à temperatura de fusão do material interligado tridimensionalmente (por exemplo, como se demonstra no Exemplo 2, o material interligado tridimensionalmente poderia ser constituído por metal com um meio de suporte, de modo a poder manter a sua geometria interligada tridimensionalmen í ι te acima do seu ponto de fusão. Além disso, ainda φ medida v-· -' 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, utiliza^ -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 de um pré-molde ou de material interligado tridimensionalmente 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 e/ou com o pré-molde, e/ou com o material interligado tridimensionalmente e/ou o metal da matriz de alumínio fundido. Embora o caudal de gás contendo azoto não seja crítico, 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 enchimento de factores tais como a liga da matriz, as condições do processo, a reactividade da liga da matriz fundida com o material de enchimento e as propriedades pretendidas para o produto compósito final. Por exemplo, quando o alumínio for o metal da matriz, os materiais de enchimento adequados incluem (a) óxidos, por exemplo aiumina; (b) carbonetos, por exemplo, carboneto de silício; (c) boretos, por exemplo, d(3 decarboreto de alumínio. Se houver uma tendência para o mate rial de enchimento reagir com o metal da matriz de alumínio

fundido, isso poderia ser compensado minimizando o tempo de infiltração e a temperatura ou proporcionando um revestimen to não reactivo no material de enchimento. 0 material de en chimento 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 referidas para utilizar na 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 enchimento ou o pré-molde podem ser homogéneos ou heterogéneos .

Descobriu-se também qúe certos materiais de enchi mento apresentam uma melhor infiltração em relação aos mate riais de enchimento tendo uma composição química semelhante. Por exemplo, corpos de alumina triturada feitos pelo proces^ so descrito na patente americana No. 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 alumina triturada feitos pelo processo descrito no pedido de patente co-pendente, do mesmo proprietário No. 819 397, intitulado Composite Ceramic Articles and Methods of Making Same em nome de Mack S.

- 43 l

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 incorpora dos por referência. Especif icamente, descobriu-se que a infi.1 tração completa de uma massa permeável de material cerâmico pode ocorrer a temperaturas de infiltração mais baixas e/ou em tempos de infiltração menores utilizando um corpo triturado ou reduzido a partículas produzido pelo processo do pedido de patente e da patente americanas atrás.

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 ma terial de enchimento. Outras formas, tais como esferas,túbulos, paletes, 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 com pleta de uma massa de partículas mais pequenas do que para partículas maiores. Além disso, a massa de material de enchimento, o pré-molde ou o material interligado tridimensionalmente a infiltrar deve ser permeável (isto é, permeável ao mje tal da matriz fundido e â atmosfera infiltrante.

processo de formação de compósitos com matriz de metal segundo a presente invenção, não sendo dependente do uso de pressão para forçar ou comprimir metal da matriz fun- 44 dido para o interior de um pré-molde, da massa de material de enchimento ou do material interligado tridimensionalmente permite a produção de compósitos com matriz de metal substân cialmente uniformes, com uma percentagem, em volume, elevada de material de enchimento e uma baixa porosidade. Podem obter-se percentagens, em volume maiores de material de enchimento utilizando uma massa de material de enchimento inicial com uma porosidade mais baixa. Podem obter-se percentagens, em volume, maiores também, se a massa de material de enchimento for compactada ou tornada mais densa de outro modo, desde que não se converta a massa numa estrutura compacta com porosidade com células fechadas ou numa estrutura completamente densa, que impedirá a infiltração pela liga fundida.

Foi observado que para a infiltração de alumínio e a formação de uma matriz em termo de um material de en óhimento cerâmico, o molhamento do material de enchimento ce râmico 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 resultando daí uma fase descontjí nua mínima de nitreto de alumínio disperso na matriz de metal. C_ontudo, 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 do processamento à qual se verifica a infiltração. A temperatura de processamento específica à qual se torna mais pronunciada a formação de nitreto varia também com factores tais como a

- V'

(.V liga de alumínio da matriz usada e a sua quantidade relativa mente ao volume de material de enchimento, ao pré-molde ou ao material interligado tridimensionalmente ao material a in filtrar e à concentração de azoto na 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 ou o material interligado tridimensionalmente 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 proprije dades 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 a infiltrar. No caso de alumina com material de enchimento, a temperatura para a infiltração não deve de preferência exceder cerca de 1000°C, se se desejar que a ductilidade da matriz não seja reduzida pela formação significativa de nitreto. Contudo, podem usar-se, temperaturas superiores a 1000°C se se desejar reduzir um compósito com uma matriz menos dúctil e mais rígida. Para infiltrar carboneto de siljí cio, podem usar-se temperaturas mais elevadas, de cerca de 1200°C, visto que a liga de alumínio se nitrifica em menor grau, relativamente ao uso de alumina como material de enchi

- 4₆ mento, 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 do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente e/ou fornecer um segundo metal, que tem uma composição diferente da da primeira fonte de me tal da matriz. Especificamente, em alguns casos pode ser de sejável 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 substancialmeri te 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 vários 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 pode ser qualquer meio ad quado 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 da superfície

4>7 definido de material de enchimento. Os meios de barreira apropriados podem ser quaisquer material, composto elemento, composição ou similar que, nas condições do processo segundo a presente invenção, mantém uma certa integridade, não é volátil e, de preferência, é permeável ao gás usado com o processo, bem como possa localmente inibir, interromper, interferir com, impedir ou similar, a infiltração contínua ou qual quer outra espécie de movimento para além do limite de super fície difinido do material de enchimento.

Os meios de barreira apropriados incluem materiais que são substancialmente não molháveis pela liga de me tal da 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 do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente 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 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 aíotrópica cristalina de car bono conhecida como grafite. A grafite é essencialmente não molhável pela liga de alumínio fundida nas condições de pro

- 48 cesso descritas. Uma grafite particularmente preferida é um produto de fita de grafite que é vendido sob a marca comer ciai Grafoil^--^, registada pela Union Carbide. Esta fita de grafite apresenta características de vedação que impedem a migração de liga de alumínio fundido para além do limite de superfície definido do material de enchimento. Esta fita de grafiteétambém resistente ao calor e quimicamente inerte. 0 fR) , , material de grafite Grafoil<_> é flexível, compatível, moldá vel e elástica. Pode ser feito em várias formas para se adap tar a qualquer aplicação da barreira. Contudo, o meio de bar reira de grafite pode ser empregado como uma pasta ou suspen são ou mesmo como uma película de tinta em torno de e no limite do material de enchimento, do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente. Grafoil^-/ é particularmente preferido porque se encontra na forma de uma folha de gra fite flexível. Em uso, essa grafite semelhante a papel é sim plesmente modelada em torno do material de enchimento do pr^á -molde ou do material interligado tridimensionalmente.

Outro(s) meio(s) 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 (TiB^)), que são em geral não molháveis pela liga de metal de alumínio fundido em certas condições do processo empregadas usando esse material. Com uma barreira deste tipo, a temperatura do processo não deve exceder cerca de 875°C, pois de outro modo, o material de barreira torna-se menos eficaz, verificando-se de facto, com o aumento da temperatura a infiltração na barreira. Os boretos de um metal de transição encon—

- 49 tram-se tipicamente numa forma de partículas (l-30 micrómetros). Os materiais de barreira podem ser aplicados como uma suspensão ou pasta nos limites do material interligado tridimencionalmente ou da massa permeável de material de enchimento cerâmico que, de preferência, é moldado como um pré-molde.

Outras barreiras utilizáveis para ligas da ma triz de metal de alumínio em azoto incluem compostos orgânicos de pequena volatibilidade aplicados como uma película ou camada na superfície externa do material de enchimento do pré-molde

Vi ou do material interligado tridimensionalmente. Mediante a coze dura em azoto especialmente nas condições de processo da presente invenção, o composto orgânico decompõe-se, deixando uma película de fuligem de carbono. 0 composto orgânico pode ser aplicado por meios convencionais tais como, pintura, pulveriza ção, 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, ví·.-·..

do pré-molde ou do material interligado tridimensionalmente.

Assim, o meio de barreira pode ser aplicado por qualquer meio adequado, por exemplo, cobrindo o limite de super fície 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 d£ posição de um meio de barreira vaporizável, ou simplesmente pela deposição de uma camada de meio partículas, ou pela aplicação de uma lícula de meio de barreira no limite Com o meio de barreira no seu lugar, nea termina substancialmente quando a matriz atingir o limite de superfície contacto com o meio de barreira.

folha fina sólida ou pe de superfície definido, a infiltração espontâinfiltração do metal da definido e entrar em h·;

VÁ'

Assim, mediante o uso de materiais de barreira atrás descritos em combinação com o presente processo para in filtrar espontaneamente um material interligado tridimensionalmente, contendo optativamente um material de enchimento, é possível criar corpos compósitos com matriz de metal moldados contendo co-matrizes de metal-metal ou de metal-cerâmica.

Quando se forma um compósito com matriz de metal, o metal interligado tridimensionalmente original pode ser substancialmente qualquer metal, incluindo metais com pontos de fusão que podem ser mais baixos que o do metal de matriz infiltrante. Contudo, quando o ponto de fusão do material in terligado tridimensionalmente for menor que o ponto de fusão do metal da matriz infiltrante, tem de fornecer-se ou formar-se um meio adequado para suporte no metal interligado tridimencionalmente, para permitir que esse material mantenha sua geometria interligada tridimensionalmente durante a fase de infiltração. Por exemplo, o material interligado tridimencionalmente poderia ser revestido com uma substância com um ponto de fusão mais elevado que o do metal da matriz de infiltrante e com resistência suficiente para conter o metal inter ligado tridimensionalmente enquanto está fundido. Outra técnica

5^fl para proporcionar um meio de suporte para o metal interligado tridimensionalmente está descrita no Exemplo 2, no qual se preencheram os poros do material interligado tridimensionalmente com uma pasta fluida contendo materiais com um ponto de fusão mais alto que o do metal da matriz infiltrante. Por secagem, esta pasta fluída proporcionou um suporte suficiente para o metal interligado tridimensionalmente, que estava fundido às temperaturas de infiltração, para permitir que o íefe rido material mantenha a sua geometria interligada tridimensionalmente durante a fase de infiltração.

Em alternativa, o material interligado tridimensionalmente poderia compreender um metal e/ou uma cerâmica com um ponto de fusão mais alto que o do metal da matriz infiltrante. Tais materiais tipicamente não precisariam de um meio de suporte para manter a sua geometria interligada tridi mencionalmente durante a fase de infiltração. Assim, por exem pio, uma matriz de ferro interligada tridimensionalmente pode ria ser infiltrada por um metal da matriz com um ponto de fusão mais baixo que o ponto de fusão de ferro. Analogamente, o material interligado tridimensionalmente poderia compreender uma cerâmica, tal como alumina ou carboneto de silício, poden do esse material cerâmico ser infiltrado por um metal da matriz com um ponto de fusão mais baixo que o do material cerâmico .

Embora a presente invenção tenha sido descrita em termos de infiltração de um metal da matriz no interior de um único material interligado tridimensionalmente contendo optativamente material de enchimento, deve compreender-se que poderiam ser utilizados materiais interligados tridimensional

mente adicionais durante a fase de infiltração. Assim, por exemplo, poderia interpor-se um material cerâmico interligado tridimensionalmente no interior de um material interligado tridimensionalmente, podendo esse sistema duplo ser infiltrado por um metal da matriz fundido para formar um corpo compósito com matriz de metal contendo três matrizes (por exemplo, cerâmica interligada tridimensionalmente, metal interligado tridimensionalmente e matriz de metal infiltrado). Adicionalmente, poderiam empilhar-se ou justapor-se de qualquer modo um ou mais materiais interligados tridimensionalmente de metal e/ou de cerâmica, de modo tal que pelo menos um bordo de um dos materiais interligados tridimensionalmente fique em contacto com outro bordo de um material interligado tridimensionalmente e assim sucessivamente. Este sistema poderia então ser infiltrado com metal da matriz fundido para formar um cor po compósito com matriz de metal compreendendo co-matrizes d_i ferentes em secções diferentes do compósito com matriz de metal. Deve notar-se que as secções diferentes do compósito com matriz de metal estariam ligadas integralmente pelo metal da matriz. Além disso, em qualquer dos sistemas atrás descritos, poderia fornecer-se um material de enchimento no interior de pelo menos uma porção dos poros dos materiais interligados tridimensionalmente e o material de enchimento poderia ser in filtrado simultaneamente com a infiltração dos materiais interligados tridimeneionalmente pelo metal da matriz.

A presente invenção foi descrita em termos tri dimensionais com porosidade substancialmente aleatória, isto é, não alinhada. Por razões que são claras para os especialis tas da matéria, é muito mais difícil infiltrar a porosidade substancialmente aleatória com um metal da matriz fundido do que a porosidade substancialmente alinhada, isto é, a porosidade paralela. Oontudo, a presente invenção se limita à infil^ tração de porosidade aleatória. Especificamente, para certas aplicações do produto, pode ser desejável ter uma co-matriz de metal ou cerâmica com porosidade substancialmente alinhada ou paralela. Por exemplo, uma estopa de fibras de metal, sendo cada fibra substancialmente paralela às fibras que a circundam e estando interligadas em certa medida com essas fibras circundantes, poderia ser infiltrada espontaneamente com um metal da matriz fundido para formar um corpo compósito com matriz de metal contendo uma co-matriz interligado tridimensionalmente, de fibras de metal interligadas tridimensionalmente, mas paralelas. Em alternativa, poderia dispor-se uma série de ninhos de abelha de alumina de modo que os poros do ninho de abelha de cada camada de ninhos de abelha fiquem subs tancialmente alinhados. Os ninhos de abelha poderiam então ser preenchidos com material de enchimento e todo o sistema infil^ trado com um metal da matriz fundido para formar um compósito com matriz de metal contendo uma matriz de cerâmica interligada tridimensionalmente ou uma série de matrizes cerâmicas interligadas tridimensionalmente embebidas num compósito com matriz de metal interligado.

Como se mostra na fig. 2, o metal da matriz pode apresentar uma infiltração substancialmente completa de todos os poros disponíveis no interior do material interligado tridimensionalmente. Assim, o metal da matriz pode infiltrar

- 54 não só a porosidade contida no interior da estrutura interligada tridimensionalmente, como também a porosidade contida no interior do material que compreende a estrutura interliga da tridimensionalmente. Por exemplo, se se usar uma estrutura de alumina interligada tridimensionalmente como material interligado tridimensionalmente, o metal da matriz poderia infiltrar tanto na macroporosidade contida no interior da própria estrutura da alumina como a microporosidade contida

ZA do próprio estrutura como a microporosidade contida do pró. .prio material de alumínio. Essa infiltração substancialmente completa conduz a uma ligação excelente entre a matriz de m<5 tal e a estrutura interligada tridimensionalmente. Além disso, quando se utilizar uma estrutura de metal interligada tridimensionalmente, o metal da matriz pode formar ligas ou compostos intermetáiicos com o metal interligado tridimensiçj nalmente, criando assim uma ligação entre o metal da matriz e a estrutura de metal interligado tridimensionalmente.

Além de utilizar materiais cerâmicos e metáli_ cos interligados tridimensionalmente, o processo segundo a presente invenção poderia ser utilizado em combinação com ma. teriais interligados tridimensionalmente formados pelas técnicas descritas e reivindicadas na patente americana No. 4.713.360, do mesmo proprietário, publicado em 15 de Dezembro de 1987; no pedido de patente americano No. 819.397 do mesmo proprietário, depositado em 17 de Janeiro de 1986, em nome de Marc S. Newkirk et al e intitulado Composite Ceramic

Articles and Methods of Making Same, agora concedido; no pedido de patente americano No. 86l 025, do mesmo proprietá55 rio, depositado em 8 de Maio de 1986, em nome de Marc S. New kirk et al e intitulado Shaped Ceramic Composites and Methods of Making the Same; no pedido de patente americano No. 823 5^2, do mesmo proprietário, depositado em 27 de Janeiro de 1986, em nome de Marc S. Newkirk et al e intitulado Inverse Shape Replication Method of Making Ceramic Composi^ tes Articles Obtained Thereby , agora concedido; no pedido de patente americano do mesmo proprietátio No. 907 924, dep<> sitado em 16 de Setembro de 1986 em nome de Danny R. White et al e intitulado Method of Making Ceramic Articles Channels Therein and Articles Made Thereby, agora concedido; e no pedido de Patente americano, do mesmo proprietário No.

O89 376, depositado em 26 de Agosto de 1987, em nome de Euge ne Sangmoo Park et al e intitulado Ceramic Foams, agota concedido. Para mostrar os processo de produção de tais corpos e as suas propriedades, incorporam-se aqio por referência, as descrições completas de todos os pedidos de patente e patentes do mesmo proprietário, atrás indicados.

Em particular, os corpos cerâmicos e os compostos cerâmicos produzidos pelos processos destes pedidos de patente e desta patente poderiam ser utilizados como material interligado tridimensionalmente a infiltrar pelo metal da matriz. Assim, o corpo compósito com matriz de metal resultante compreenderia uma matriz de metal embebendo um material cerâmico ou um compósito cerâmico únicos interli. gados tridimensionalmente. Se se formar uma quantidade suficiente de matriz de metal no interior dos corpos cerâmicos ou dos compósitos cerâmicos, poderia esperar-se que esse cor

- 56 po tivesse maior resistência à fractura que o corpo cerâmico ou o compósito cerâmico sozinho e, em geral, poderiam melhorar-se muitas propriedades pela combinação das propriedades benéficas da matriz cerâmica ou do compósito cerâmico únicas e das propriedades benéficas da matriz de metal.

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

Exemplo 1

Este Exemplo demonstra que é possível infiltrar espontaneamente uma matriz cerâmica tridimensional com um metal da matriz, para formar um compósito com matriz de me tal, que inclui uma cerâmica interligada tridimensionalmente.

Obteve-se na High Tech Ceramic de Alfred, New York ym filtro cerâmico de aproximadamente um 2,54 x 3,81 x x 1,27 cm (l x 1,5 x 0,5)constituído por aproximadamente 99,5 % de óxido de alumínio puro e contendo cerca de 177 poros por polegada). Como se mostra na fig. 1, colocou—se o filtro cerâmico (2) no fundo de uma barquinha de alumina (4) e colocou-se um lingote (5) de uma liga de alumínio, com as dimensões aproximadas de 2,54 x 2,54 x 1,27 cm (l*'xlxO, 5) e composto,em peso, por 5 % de silício, 6% de zinco, 10% de magnésio e o restante de alumínio, na parte superior do filtro (2) de alumina. Colocou-se o conjunto formado pela barquinha de alumina refractária (4) e o seu conteúdo num forno tubular, à temperatura ambiente. Fechou-se depois a porta do forno e forneceu-se gás de formação (96 por cento, em volume, de azoto, 4 por cento, em volume, de hidrogénio) ao forno com um caudal de gás de cerca de 250 cc/minuto. Elevou-se a temperatura do forno progressivamente a cerca de 150°C/hora, até cerca de 775°C, manteve-se a cerca de 775°C durante cerca de 7 horas e diminuiu-se depois progressivamente a cerca de 200°C/hora até à temperatura ambiente. Depois da remoção do forno, recuperou-se um compósito com matriz de metal do conjunto. Cortou—se o compósito com matriz de metal e obteve—se uma microfotografia da microestrutura. Essa microfotografia está representada na fig. 2.

Como se mostra na fig. 2 obteve-se a infiltra, ção completa do metal da matriz (6) nos poros do filtro mecji nico (8). Além disso, como indicado pelas linhas (lO) na fig. 2, a infiltração do metal da matriz (6) foi tão completa que ele se infiltrou nos poros contidos no interior do componente de alumina do filtro cerâmico (8).

Exemplo 2

Este Exemplo demonstra que é possível incorpo rar uma estrutura de metal interligado trldimensionalmente, préviamente modelada no interior de um compósito com matriz de metal formado pela infiltração espontânea. Além disso, este Exemplo demonstra que é possível infiltrar espontaneamente um material interligado tridimensionalmente fundido à temperatura de infiltração, desde que haja um meio de suporte que mantenha a geometria interligada tridimensionalmente

5Έ -

e vendido sob a marca comercial Grafo:

do material durante a fase de infiltração (por exemplo, o meio de suporte neste Exemplo foi uma pasta fluida seca de aiumina e carboneto de silício).

Colocou-se uma peça de material em ninho de abelha de alumínio, feita de liga 5θ52 da American Cyanamid

Γκύ

Company e vendida com a designação comercial Dura-Core<>, com as dimensões aproximadas de 9,525 x 2,858 x 2,54 cm /3” 1/ , (377 x 1 ^8 x 1) ⁿ° interior de uma caixa com as dimensões aproximadas de 9,525 x 2,858 x 5,08 cm (3 x 1 | x 2) e feita de um produto de fita de grafite de grau GTB, com 0,381 mm 0,015) de espessura, produzido pela Union Carbide ,11®.

A caixa foi produzida unindo por agrafamento secções de dimensões apropriadas de Grafoil e vedando as juntas da caixa de Grafoilu/ com uma pasta fluída feita misturando pó de grafite (grau KS-44 da Lonza, Inc.) e sílica coloidal (Ludox HS DuPont).

A relação dos pesos de grafite e de sílica C£ loidal era cerca de ¹/3· Fazendo referência à fig. 3, colocou-se a caixa (l2) contendo o material em ninho de abelha de alumínio (l4), no topo de uma placa de aço (l6), contida no interior de uma barquinha refractária de grafite (l8). A pla^ ca de aço (l6), que tinha as dimensões aproximadas de 12,7 x x 7,62 x 0,254 cm (5 x 3 x 0,1) assentava no topo de uma camada (25) com a espessura de 1,27 cm (¹/2) de um material de aiumina, de 24 grit, vendido com a designação comercial Alundum®, Depois de colocar a caixa (l2) de Grafoilcontendo o material em ninho de abelha de alumínio (l4), no topo da placa de aço (l6), moldou—se por sedimentação uma pasta fluida de carboneto de silício verde, de 90 grit, da

Norton Co., e alumina coloidal (Nyacol Al-20) na caixa (l2) de Grafoilv—’ até o material em ninho de abelha de alumínio (14) ser preenchido com a mistura da pasta fluida. A relação aproximada dos poros de alumina coloidal e de carboneto de silício de 90 grit era 70/30. Como se mostra na fig. 4, colocou-se um lingote (22) de liga de alumínio 4, com dimensões aproximadas de 9,62 x 3,81 x 1,27 cm (3 x 1 — x -5- ) , e constituído por 12 % de silício, 5 $ de zinco, 6£ de magnésio e o restante sendo alumínio, em peso no topo de estrutura (24) em ninho de abelha de alumínio preenchida com a pasta fluida, depois de a pasta fluída ter secado no interior da estrutura em ninho de abelha. Adicionou-se depois mais Aluri dum de 24 grit a barquinha de grafite (l8) até o nível do leito de Alundum (26) estar aproximadamente alinhado com o topo da caixa de Grafoil (12).

/Colocou-se o conjunto constituído pel barquinha de grafite e o seu conteúdo num forno de resistência eléjc trica com atmosfera controlada (por exemplo, um forno de vácuo) à temperatura ambiente. Evacuou-se depois o forno à temperatura ambiente até obter um vácuo elevado (1 x 10 torr). Elevou-se depois progressivamente a temperatura do forno, durante um período de 45 minutos, até cerca de 200°C e manteve— -se a cerca de 200°C durante aproximadamente duas horas. Nes ta altura reencheu-se o forno com gás azoto até aproximadamen te 1 atmosfera e estabeleceu—se um caudal contínuo de azoto de cerca de 2 litros/rainuto. Elevou-se depois progressivamente a temperatura no forno durante cerca de 5 horas, até aproximadamente 850°C e manteve-se a cerca de 85O°C durante

6ο aproximadamente 25 horas. Após o período de aquecimento de 25 horas, desligou-se o forno e deixou-se arrefecer naturalmente ate a temperatura ambiente. Retirou-se o conjunto do forno a temperatura ambiente e desmontou—se. Obteve—se um compósito com matriz de metal contendo uma co-matriz interli^ gada de metal em ninho de abelha. Sujeitando o compósito com matriz de metal às operações de acabamento, ficou exposta a co-matriz interligada tridimensionalmente de metal em ninho de abelha. A fig. 5 ® uma fotografia em perspectiva (isto é, vista de cima e de lado) do compósito com matriz de metal acabado, onde a matriz em ninho de abelha de alumínio exposta tem a referência (30) e o material de pasta fluida infiltrado espontaneamente tem a referência (32). A fig. 6 é uma fotografia vista de baixo do compósito com matriz de metal acabado, com a matriz em ninho de abelha de alumínio (3θ) e a pasta fluida infiltrada (32). É evidente, das figuras 5 e 6, que a matriz em ninho de abelha de alumínio interligada tridimensionalmente no compósito final com matriz de metal apresenta uma reprodução de forma quase reticular. Além disso, o material da matriz de metal formado pela infiltração espon tânea do metal da matriz no material de pasta fluída está ligado integrãlmente com a matriz em ninho de abelha de alu mínio tridimensional. Assim, o metal no ninho de abelha de alumínio e o metal no material de pasta fluida ilustrado for mam uma matriz de metal contínua e interligada em todo o com pósito com matriz de metal. Além dissç,o ninho de abelha de alumínio actua como co-matriz de metal sólido que não contém, ou contém muito pouco material em partículas. Isto é importan te para a resistência do compósito com matriz de metal final à fractura, porque as áreas de metal maciço pode actuar como neutralizadores de fendas, que impedem a propagação das fendas durante a tensão. Assim, crê-se que este compósito com matriz de metal apresentará uma maior resistência à fractura devido ao reforço do compósito com matriz de metal pela co—matriz em ninho de abelha de alumínio interligada tridimencionalmente.

Claims

REIVINDICAÇOES

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

proporcionar um material interligado tridimensionalmente; e infiltrar espontaneamente rial interligado tridimensionalmente substancialmente nSo reactivo, pelo menos uma porção de raatecom metal da matriz fundido.
2. - Processo de acordo com rizado pelo facto de compreender ainda material de enchimento dentro de pelo a reivindi a fase de menos uma cação 1, caracteproporcionar um porção do material interligado tridimensionalmente, sendo quer o material de enchi-63- mento, quer o material interligado tridimensionalmente pelo menos parcial e espontaneamente infiltrados pelo metal da matriz.
3.-Processo çle acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo facto de’ compreender ainda a fase de proporcionar uma atmosfera infiltrante em comunicação com o material interligado tridimensionalmente e/ou o metal da matriz durante pelo menos uma porção do período de infiltração.
4. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de compreender ainda a fase de proporcionar uma atmosfera infiltrante em comunicação com o material interligado tridimensionalmente e/ou o material de enchimento e/ou o metal da matriz durante pelo menos uma porção do período de infiltração .
5. - 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 intensificador da infiltração a pelo menos o metal da matriz, e/ou o material interligado tridimensionalmente e/oua atmosfera infiltrante.
6,- Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de compreender ainda a fase de fornecer um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador da

-64infiltração a pelo menos o metal da matriz e/ou o material de enchimento e/ou o material interligado tridimensionalmente e/ou a atmosfera infiltrante.
7. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de compreender ainda a fase de fornecer um precurq. .·. sor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador da infiltração a pelo menos o metal da matriz e/ou o material interligado tridimensionalmente.
8. - Processo de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração e/ou o intensificador da infiltração serem fornecidos por uma fonte externa.

_r
9. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri> zado pelo facto de compreender ainda a fase de estabelecer o contacto de pelo menos uma porção do material interligado tridimensi£ nalmente com pelo menos um precursor de intensificador da infiltração e/ou um intensificador da infiltração durante pelo menos uma porção do período de infiltração.
10. - Processo de acordo com a reivindicação 5, 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 interligado tridimensionalmente e o metal da matriz.
11. - Processo de acordo com a reivindicação 6, 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 interligado tridimensionalmente, o material de enchimento e o metal da matriz.
12. - Processo de acordo com as reivindicações 10 ou 11, caracterizado pelo facto de, durante a infiltração, o precursor de intensificador da infiltração se volatilizar.
13. - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração volatimizado reagir para formar um produto da reacção.
14. — Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de o produto da reacção ser pelo menos parcialmente redutível pelo metal da matriz fundido.
15. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de compreender ainda a fase de definição de pelo menos um limite da superfície do material interligado trirliinencio-66- nalmente com uma barreira, infiltrando-se o metal da matriz espontaneamente até à barreira.
16. - Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo facto de a barreira compreender um material escolhido no grupo formado pelo carbono, a grafite e o diboreto de titânio.

V
17. - Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo facto de a barreira ser substancialmente não molhável pelo metal da matriz.
18. - Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo facto de a barreira compreender pelo menos um material que permite a comunicação entre uma atmosfera infiltrante e o metal da matriz, e/ou o material de enchimento, e/ou o material interligado tridimensionalmente, e/ou o intensificador da infiltração e/ou o precursor de intensificador da infiltração.
19. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o material de enchimento compreender pelo menos um material escolhido no grupo formado por pós, flocos, plaquetas, microesferas, filamentos emaranhados, pérolas, fibras, paiç tículas, mantos de fibras, fibras cortadas, esferas, grânulos, túbu.los e tecidos refractários.
20. — Processo de acordo com a reivindicação 2 terizado pelo facto de o material de enchimento ter uma dade limitada no metal da matriz fundido.

caracsolubili- . ·?
21. - Processo de acordo terizado pelo facto de o material menos um material cerâmico.

com a reivindicaçSo 2, caracde enchimento compreender pelo
22. - Processo de acordo com as reivindicações 5 ou 6, 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, o estrôncio e o cálcio e a atmosfera infiltrante compreender azoto
23. - Processo de acordo com as reivindicações 5 °u 6, caracterizado pelo facto de o metal da matriz compreender alumínio, o precursor de intensificador da infiltração compreender zinco e a atmosfera infiltrante compreender oxigénio.
24. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de um precursor de intensificador da infiltração formar uma liga com o metal da matriz.
25. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material da matriz compreender alumínio e pelo menos um elemento de liga escolhido no grupo formado silício, o ferro, o cobre, o manganês, o crómio, o zinco, o cio, o magnésio e o estrôncio.

pelo cal
26. - Processo de acordo com a reivindicação 7, 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 interligado tridimensionalmente.

rizado e/ou o de um nalmen
27. - Processo de acordo com a reivindicação pelo facto de o precursor de intensificador da intensificador da infiltração serem proporciona entre o metal da matriz, o material interligado te, e a atmosfera infiltrante.

5, caracteinfiltração dos em mais tridimensio
28. - Processo de acordo com a reivindicação 1, 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 volatilização do metal da matriz e ao ponto de fusão do material de enchimento.
29. - Processo de acordo com as reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo facto de a atmosfera infiltrante compreender uma atmosfera escolhida no grupo formado pelo oxigénio e o azoto.
30. - Processo de acordo com as reivindicações 5 ou 6, caracterizado pelo facto de o precursor de intensificador da infiltração compreender um material escolhido no grupo formado pelo magnésio, o estrôncio e o cálcio.
31· - Processo de acordo com a reivindicação 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.
32. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material interligado tridimensionalmente compreender uma cerâmica.
33« - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material interligado tridimensionalmente compreender um metal.
34. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o compósito com matriz de metal compreender um compósito com co-matrizes.
35· - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material interligado tridimeneionalmente compreender um metal com um ponto de fusão inferior ao ponto de fu-70- sâo do metal da matriz e meios para manter a geometria interligada tridimensionalmente, quando se atingirem temperaturas acima do ponto de fusão durante a infiltração espontânea.
36. - Processo rizado pelo facto de o compreender um material alumina, o alumínio e o de acordo com a reivindicação 1, caractematerial interligado tridimensionalmente escolhido no grupo formado pelo ferro, a carboneto de silício.
37. - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de o material interligado tridimensionalmente ter macroporos e microporos e a infiltração espontânea ocorrer substancialmente apenas nos macroporos.
38. - Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de o material interligado tridimensionalmente ter macroporos e microporos e a infiltração espontânea ocorrer, pelo menos em parte, quer nos macroporos, quer nos microporos.
39« - Processo de acordo com rizado pelo facto de o material interl compreender um material com macroporos ros serem preenchidos substancialmente a reivindicação 1, caracteigado tridimencionalmente e microporos e os macropocom o material de enchimento de modo que o metal da matriz infiltra-se espontaneamente

-71no material de enchimento nos macroporos e forma uma liga com o metal do material interligado tridimensionalmente.
40. — Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de o material interligado tridimensionalmente compreender um corpo compósito cerâmico.
41. - Corpo compósito com matriz de metal, caracterizado pelo facto de compreender:

pelo menos um material de enchimento contido dentro dos limites da superfície de um material interligado tridimensionalmente; e um metal da matriz que impregna pelo menos parcialmente o material interligado tridimensionalmente e/ou o material de enchimento.

acordo com a reivindica material de enchimento lhido no grupo formado filamentos emaranhados, fibras, fibras cortadas refrac tári os.

. - Corpo compósito com matriz de metal de ção 4l, caracterizado pelo facto de o compreender pelo menos um material escopor pós, flocos, plaquetas, microesferas, pérolas, fibras, partículas, mantos de , esferas, grânulos, túbulos e tecidos
43. - Corpo compósito com matriz de metal de acordo com a reivindicação 42, caracterizado pelo facto de o material de enchimento ter uma solubilidade limitada no metal da matriz fundido .
44. - Corpo compósito com matriz de metal de acordo com a reivindicação 4l, caracterizado pelo facto de o material de enchimento compreender pelo menos um material cerâmico.
45. — Corpo compósito com matriz a reivindicação 43, caracterizado pelo fact ligado tridimensionalmente compreender pelo escolhido no grupo formado por uma cerâmica de metal de acordo com o de o material intermenos um material e um metal.