KR19980026984A - Synthetic Method - Google Patents
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
본 발명은 압력용기의 다이에서 분리기 판의 어레이를 가진 다공성 강화물질의 프리폼(preform)을 조립하고, 용융된 금속 매트릭스 물질을 분출함으로써 제조되는 금속 매트릭스 합성물에 관한 것이다. 용융된 금속 매트릭스 물질이 상기 다이내로 도입될 때 가압에 의하여 따라 이미 진공이 된 것은 상기 분출을 돕는다. 용융이전에 초기가열시 가스의 재도입은 가열상승 방법을 높힌다.The present invention relates to a metal matrix composite prepared by assembling a preform of porous reinforcement material having an array of separator plates in a die of a pressure vessel and ejecting the molten metal matrix material. When the molten metal matrix material is introduced into the die and already evacuated by pressure, the ejection is assisted. Reintroduction of the gas during initial heating prior to melting enhances the method of heating up.
Description
본 발명은 합성물질 제조장치에 관한 것으로서, 특히 다공성의 프리폼(pre-form)이 분출방법에 의하여 매트릭스 물질(matrix material)과 혼합되는 물질을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for producing a synthetic material, and more particularly, to a method for producing a material in which a porous pre-form is mixed with a matrix material by a spraying method.
영국 특허출원 제2 247 636호는 금속 매트릭스 합성물 재료를 제조하는 데에 사용되는 다수의 방법과, 상기 프리폼을 분출하기 위하여 용융 금속을 가압하는데 적용되는 압력을 견디기 위하여 매우 큰 다이블록을 사용하는 방법의 장점을 기재하고 있다.British Patent Application No. 2 247 636 describes a number of methods used to make metal matrix composite materials and the use of very large dieblocks to withstand the pressure applied to pressurize molten metal to eject the preform. Its advantages are described.
영국 특허출원 제2 247 636호는 매트릭스 물질과 강화물질의 다공성 프리폼을 포함하는 다이가 압력용기내에 위치되는 방법을 설명한다. 상기 매트릭스 물질과 다이가 매트릭스 물질의 용융점 이상의 온도까지 가열된 동안에 압력용기는 진공으로 된다. 그다음, 용융된 매트릭스 물질이 프리폼을 배출할 수 있도록 상기 용융된 매트릭스 물질은 가압된다.British Patent Application No. 2 247 636 describes how a die comprising a porous preform of matrix material and reinforcing material is placed in a pressure vessel. The pressure vessel is vacuumed while the matrix material and the die are heated to a temperature above the melting point of the matrix material. The molten matrix material is then pressurized to allow the molten matrix material to exit the preform.
본 출원인은 상술된 방법을 향상시키고 발전시키는 다수의 방법을 가지고 있다.Applicants have a number of ways to improve and develop the methods described above.
본 발명에 따라 강화물질의 다공성 프리폼내로 용융된 매트릭스 물질을 배출하고, 다이내에서 마지막 제품치수를 형성하는 다수의 캐비티를 형성하도록 다수의 분리기 요소를 위치시키는 작동을 포함하며, 다공성 강화물질을 캐비티를 충진하는 방법이 제공되는데, 상기 다공성 강화물질은 입자의 대부분이 2개의 서로다른 크기중 하나의 크기 또는 그 크기에 근접될 수 있도록 입자크기 분포가 선택되어 제어되는 입자물질을 포함하고, 2개의 각 크기에서 입자의 상대적인 비율이 결정되어, 매트릭스 물질의 양과 함께 압력용기내에 다이를 위치시키며, 상기 다공성 강화물질과 접촉하거나 접촉될 수 있도록 위치되는 매트릭스 물질의 용융점 이상의 온도로 상기 매트릭스 물질과 다이를 가열하며, 상기 용융된 매트릭스 물질이 다이내에서 다공성 강화물질을 분출하도록 하기 위하여 압력용기를 가압하며, 상기 매트릭스 물질을 고형화시킨다.Venting the molten matrix material into the porous preform of the reinforcing material in accordance with the present invention, and positioning the plurality of separator elements to form a plurality of cavities that form the final product dimension in the die; Provided is a method for filling a porous reinforcing material comprising a particle material whose particle size distribution is selected and controlled such that a majority of the particles can be close to or at one of two different sizes. The relative proportions of particles at each size are determined to position the die in the pressure vessel along with the amount of matrix material, and to bring the matrix material and die at a temperature above the melting point of the matrix material positioned to or in contact with the porous reinforcement material. Heating, and the molten matrix material And pressurizing the pressure vessel, thereby solidifying the matrix materials to the material to be ejected.
종래에는, 상기 매트릭스 물질이 초기에는 압력용기내에 위치된 도가니에 위치되어, 상기 도가니와, 다이 및 다이의 성분은 용융이 도가니로부터 다이로 이송될 때 매트릭스 물질의 용융점 이상의 온도로 함께 가열된다.Conventionally, the matrix material is initially located in a crucible located in a pressure vessel such that the crucible and the die and its components are heated together to a temperature above the melting point of the matrix material when melting is transferred from the crucible to the die.
양호하게는 상기 매트릭스 물질이 초기에 다이내에 있게 되지만 다공성 강화물질로부터 분리됨으로써, 다이를 가열하고 상기 다공성 강화물질과 매트릭스 물질은 다공성 물질을 분출하는 매트릭스 물질의 용융점 이상의 온도로 가열된다.Preferably the matrix material is initially in the die but separates from the porous reinforcement material, thereby heating the die and the porous reinforcement material and the matrix material are heated to a temperature above the melting point of the matrix material ejecting the porous material.
본 발명에 따른 장치에서, 상기 분리기 요소는 다공성 강화물질로 충진된 다수의 디스크형 캐비티 사이에 형성된 얇은 판으로 형성된다.In the device according to the invention, the separator element is formed of a thin plate formed between a plurality of disc shaped cavities filled with a porous reinforcing material.
본 발명에 따른 또다른 형상에서, 상기 분리기 요소는 쌍으로 정렬되는데, 각 쌍의 한 요소는 다공성 강화물질로 충진된 캐비티를 포함하고 모든 것을 바람직한 형상으로 형성하지만 상기 제품의 한측부가 매트릭스 물질로써 다공성 강화물질 분출시 형성되며, 상기 각쌍의 제2요소는 형성된 제품의 한측부를 형성하는 상기 하나의 요소에 인접하게 위치되는 얇은 판을 포함한다.In another form according to the invention, the separator elements are arranged in pairs, one element of each pair comprising a cavity filled with a porous reinforcing material and forming all of the desired shapes, while one side of the article is porous with matrix material. Formed upon ejection of the reinforcing material, each pair of second elements includes a thin plate positioned adjacent to the one element forming one side of the formed article.
상기 분리기 요소는 흑연, 세라믹(즉 알루미나) 또는 금속을 포함할 수 있고, 다이가 노출되는 온도를 견딜 수 있는 것과 같은 금속이 제공된다. 본 출원인은 스테인레스강의 얇은 분리기판이 강화물질을 포함하는 캐비티의 내부영역내로 용융된 알루미늄의 공급을 매우 양호하게 한다는 것을 알았다. 상기 분리기 요소는 액체의 매트릭스 물질에 대한 노출을 견딜 수 있어야만 한다. 액체 금속에 대한 상기 분리기 요소의 저항은 코팅을 함으로써 향상될 수 있다. 상기 코팅은 예를 들면 질화붕소 또는 산화층에 의하여 공급되는 바와 같은 성형해제 성질을 가진다.The separator element may comprise graphite, ceramic (ie alumina) or metal, provided that the metal is capable of withstanding the temperature at which the die is exposed. Applicants have found that a thin separator substrate of stainless steel makes very good supply of molten aluminum into the interior region of the cavity containing the reinforcing material. The separator element must be able to withstand the exposure of the liquid to the matrix material. The resistance of the separator element to liquid metal can be improved by coating. The coating has deforming properties, for example as supplied by boron nitride or oxide layers.
또한 본 출원인은 상기 형태의 장치를 사용하기 위하여 매우 얇은 벽을 가진 스테인레스강과 같은 금속으로부터 다이를 제조하는 것이 가능하다는 것을 알았다. 그다음, 상기 매트릭스를 고형화하기 위한 냉각과 분출이 완성된 다음에, 다이가 상기 내용물로부터 쉽게 벗겨질 수 있다. 낮은 가격과 높은 열전도성 때문에 스테인레스강 보다 연한 강을 사용하는 것이 실질적인 곳에서 양호하다. 수소를 포함하지 않는 질소 또는 다른 가스의 공기(대기압일 수 있는)를 압력용기내로 도입함으로써, 상기 프리폼의 열확산은 가열시간에서 연속적인 감소로 증가된다. 가열은 저항요소를 사용함으로써 실행될 수 있다. 그러나, 고주파 가열을 사용하는 것이 양호하다. 상기점은 고주파가 열전열을 바이패스할 수 있으므로, 상기 다이는 냉각단계시 매트릭스 물질의 방향적인 고형화를 촉진시키기 위하여 벽주위에 선택적인 열전열을 구비할 수 있다는 장점이 있다. 고주파 가열의 부가의 장점은 등온상태가 분출시 제어가능하게 유지될 수 있다는 것이다. 또한 압력용기 외측에서 상기 프리폼을 프리히트할 수 있는 것이 가능하고, 압력용기내로 이들을 이송할 수 있다.Applicants have also found that it is possible to manufacture dies from metals such as stainless steel with very thin walls in order to use the device of this type. Then, after the cooling and ejection to solidify the matrix is completed, the die can be easily peeled off from the contents. Due to the low cost and high thermal conductivity, the use of softer steel than stainless steel is preferred in practical places. By introducing air (which may be atmospheric pressure) of nitrogen or other gas which does not contain hydrogen into the pressure vessel, the thermal diffusion of the preform is increased with a continuous decrease in the heating time. Heating can be performed by using a resistive element. However, it is preferable to use high frequency heating. The above point is that since the high frequency can bypass the heat transfer, the die has the advantage of having an optional heat transfer around the wall to promote directional solidification of the matrix material during the cooling step. An additional advantage of the high frequency heating is that the isothermal state can be kept controllable during ejection. It is also possible to preheat the preform outside of the pressure vessel and to transfer them into the pressure vessel.
상기 분리기 요소가 금속으로 제조되고 적절한 주파수의 고주파 가열이 사용된다면, 분리기 요소는 프리폼의 중심으로 열전달을 고양시키며 가열시간은 감소될 수 있다. 상기 분리기 요소가 코어 즉 다이의 내부의 보다 바른 가열을 발생시키는 프리폼보다 높은 열확산성을 갖는 것이 양호하다. 매우 높은 열전도성의 얇은판 형태의 분리기 요소는 다이벽으로부터 다음의 인접된 분리기판까지 열전달 경로를 고양시키기 위하여 모서리에서 플랜지된 부분을 구비하는 것이 양호하다.If the separator element is made of metal and high frequency heating at an appropriate frequency is used, the separator element enhances heat transfer to the center of the preform and the heating time can be reduced. It is preferred that the separator element have a higher thermal diffusivity than the preform which produces a better heating of the core, ie the interior of the die. Separator elements in the form of very high thermal conductivity thin plates preferably have flanged portions at the edges to enhance the heat transfer path from the die wall to the next adjacent separator.
마이크로파가 사용될 때, 다이의 금속물 존재와 이것의 내용물이 피할 수 있고, 물론 마이크로파 가열은 분출시 어떠한 연속적인 가열 또는 금속 매트릭스 물질의 용융에 적용되지 않을 수 있다. 그러나 마이크로파를 사용하는 향상된 내부가열은 산화지르코늄 또는 산화지르코늄 코팅된 세라믹과 같은 적절한 세라믹의 분리기판을 사용함으로써 성취될 수 있다.When microwaves are used, the metal presence of the die and its contents can be avoided, and of course microwave heating may not be applied to any continuous heating or melting of the metal matrix material upon ejection. However, enhanced internal heating using microwaves can be achieved by using a suitable ceramic separator, such as zirconium oxide or zirconium oxide coated ceramic.
본 발명의 양호한 특징에 따라, 입자크기가 제어되므로,According to a preferred feature of the invention, the particle size is controlled,
(가) 상기 강화물질의 제품에서 부피 마찰은 특히, 열팽창의 특정계수과 매칭하기 위하여 특정 요건을 만족하고,(A) The volumetric friction in the product of the reinforcing material meets certain requirements, in particular to match the specific coefficient of thermal expansion,
(나) 프리폼내에서 입자사이의 간극내의 모세관 크기는 적절한 압력과 시간에서 분출을 허용하며,(B) the capillary size in the gap between the particles in the preform allows for ejection at an appropriate pressure and time;
(다) 최소 입자크기는 카피즈 반경(Kapitze radius)보다 더 크고,(C) the minimum particle size is larger than the Kapitze radius,
(라) 최대입자 크기는 전체 입자가 결점(즉 크랙이 발생하는)을 나타내기 때문에 전체 입자를 피하기 위하여 임계값보다 작게 된다. 상기 결점은 제품의 기계적인 성질을 보수할 수 있고, 금속층의 역영향을 미친다. 전체입자가 존재하는 것은 얇은 섹션에서 합성제품의 물리적인 성질이 너무 균일하는 바람직하게 못하게 될 수 있다.(D) The maximum particle size is smaller than the threshold in order to avoid the whole particle since the whole particle exhibits a defect (ie cracking occurs). This drawback can repair the mechanical properties of the product and adversely affect the metal layer. The presence of total particles may be undesirable in thin sections where the physical properties of the synthetic article are too uniform.
본 발명은 용융된 매트릭스 물질을 강화물질의 다공성 프리폼내로 분출하고, 다이에 프리폼을 위치시키는 것을 포함하며, 다이내에 견고하게 고정된 천공리드와 프리폼 사이에서 유지되는 메시를 가진 프리폼을 덮으며, 다이의 상부내에서 천공된 리드의 상부위에 고체금속 매트릭스 물질을 위치시키고, 상기 금속 매트릭스 물질이 용융되어 메시에 의하여 분포된 천공리드를 관통하며 상기 프리폼을 분출시키기 위하여 다이를 가열함으로써 합성물질을 제조하는 다른 특징의 방법을 제공한다.The present invention includes ejecting a molten matrix material into a porous preform of a reinforcing material, positioning the preform on a die, covering the preform with a mesh held between the perforated lead and the preform firmly fixed in the die, Placing a solid metal matrix material on top of the perforated leads in the top of the, and heating the die to melt the metal matrix material through the perforated leads distributed by the mesh and eject the preform. It provides a method of another feature.
먼저 진공화가 되고 상기 금속 매트릭스 물질이 용융된 다음 연속적으로 가압되는 압력용기에서 가열되기전에 상기 다이가 위치되는 것이 양호하다.It is preferred that the die be positioned before vacuuming first and the metal matrix material is melted and then heated in a continuously pressurized pressure vessel.
도 1은 본 발명에 따른 개략적인 단면도.1 is a schematic cross-sectional view according to the present invention.
도 2는 수정된 장치의 개략적인 단면도.2 is a schematic cross-sectional view of a modified device.
도 3은 도 2에 도시된 장치 부분의 개략적인 확대 단면도.3 is a schematic enlarged cross sectional view of the device portion shown in FIG. 2;
도 4는 도 3의 4-4선을 따라 취한 단면도.4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1:압력용기2:베이스판1: pressure vessel 2: base plate
3:포트5:챔버3: Port 5: Chamber
8:밸브9:다이8: Valve 9: Die
10:히터13:구멍10: heater 13: hole
17:용융된 금속 매트릭스 물질22,23:분리기 요소17: molten metal matrix material 22, 23: separator element
다음은 본 발명을 실시하는 장치와 방법의 특정구조가 첨부된 도면과 실시예에 따라 설명된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following is described in accordance with the accompanying drawings and embodiments of specific structures of apparatus and methods for practicing the invention.
도 1에서, 금속 매트릭스의 강화된 합성물질의 제조장치는 베이스판(2)을 구비하는 압력용기(1)를 포함한다. 포트(3)는 2방향 밸브(4)를 거쳐서 도시하지 않은 축압기 또는 진공펌프(도시않음)에 압력용기(1)를 연결한다. 압력용기(1)내에 챔버(5)가 장착된다. 압력용기(1)의 내부와 소통되는 포트(6)는 챔버(5)의 베이스에 있다. 상기 챔버(5)의 상부근처에는 압력용기(1)의 베이스(2)를 통과하고 밸브(8)를 포함하는 벤트(7)가 있다. 챔버(5)의 내부에는 히터(10)에 의하여 둘러싸인 다이(9)가 있다. 또한 히터(12)에 의하여 둘러싸인 개방 도가니(11)가 다이(9)위에 있다. 상기 도가니(11)의 저부에 있는 구멍(13)은 챔버(5)의 상부의 작은구멍(14)과 소통된다. 상기 도가니(11)의 구멍(13)은 적절한 매카니즘(도시않음)에 의하여 요구될 때 회수될 수 있는 플러그(15)에 의하여 폐쇄된다.In FIG. 1, the apparatus for producing a reinforced composite of a metal matrix comprises a pressure vessel 1 having a base plate 2. The port 3 connects the pressure vessel 1 to a pressure accumulator or a vacuum pump (not shown) via a two-way valve 4. The chamber 5 is mounted in the pressure vessel 1. The port 6 in communication with the interior of the pressure vessel 1 is at the base of the chamber 5. Near the top of the chamber 5 there is a vent 7 which passes through the base 2 of the pressure vessel 1 and comprises a valve 8. Inside the chamber 5 is a die 9 surrounded by a heater 10. Also on the die 9 is an open crucible 11 surrounded by a heater 12. A hole 13 at the bottom of the crucible 11 is in communication with a small hole 14 at the top of the chamber 5. The hole 13 of the crucible 11 is closed by a plug 15 which can be withdrawn when required by a suitable mechanism (not shown).
도 1에 도시된 장치에서, 상기 다이(9)는 다이(9)의 원통형 내부에서 억지끼움으로 되고 개방된 메시부재의 상부에 위치되는 천공리드(21)를 가진 얇은 벽의 원통형의 강 도관을 포함한다. 그래서 상기 리드(21)와 개방된 메시부재는 아래위로 가압되는데 사용되고 다이(9)의 내용물을 조밀하게 하며, 또한 다이로의 침투를 허용하며, 금속 매트릭스 물질(17)이 도가니(11)로부터 운반될 때 용융된 금속 매트릭스 물질(17)을 분포한다. 또한 상기 리드(21)는 용융된 금속 매트릭스 물질이 다이(9)내로 도입될 때 다이(9)의 내용물이 상부로 뜨는 것을 방지한다.In the device shown in FIG. 1, the die 9 has a thin-walled cylindrical steel conduit with a perforated lead 21 positioned on top of an open mesh member which is press fit inside the cylindrical part of the die 9. Include. The lid 21 and the open mesh member are thus used to press up and down to densify the contents of the die 9 and also to allow penetration into the die, where the metal matrix material 17 is carried from the crucible 11. When the molten metal matrix material 17 is distributed. The lid 21 also prevents the contents of the die 9 from floating upward when molten metal matrix material is introduced into the die 9.
다이(9)내에는 도면부호 22와 23으로 도시된 분리기 요소의 적층된 어레이가 있다. 상기 어레이는 다이(9)의 저부로부터 리드(21)까지 연속적으로 연장되지만, 간략하게 도시하고자 분리기 요소의 3쌍만이 도시된다.Within die 9 is a stacked array of separator elements, shown at 22 and 23. The array extends continuously from the bottom of the die 9 to the lid 21, but only three pairs of separator elements are shown for simplicity.
각각의 분리기 요소(22)는 스테인레스강의 얇은 판 형태이다. 이것은 이중측부 형상의 분리기 요소(23)과 공동으로 협력하며, 스테인레스강으로 제조되어 다수의 디스크형 캐비티(24)를 형성한닫. 분리기 요소(23)의 적절한 형상에 의하여 다른형상이 쉽게 제공될 수 있다.Each separator element 22 is in the form of a thin plate of stainless steel. It cooperates with the double side shaped separator element 23 and is made of stainless steel to form a plurality of disc shaped cavities 24. Other shapes can easily be provided by the appropriate shape of separator element 23.
상기 캐비티(24)는 예를 들면 컴팩트한 탄화규소 입자인 강화물질의 프리폼으로 충진된다.The cavity 24 is filled with a preform of reinforcing material, for example compact silicon carbide particles.
상기 프리폼은 높은 순도의(그린(Green)) 240 그레이드(grade)와 600 그레이드 탄화규소의 혼합물로부터 제조된다. 미세물의 존재를 최소화하는 2개의 평균크기값에 대하여 입자크기 분포를 성취하고 상술된 바와 같이 카피즈 반경보다 작은 크기를 가진 다수의 입자를 최소하하는 것이 중요하다. 또한 전체크기로된 입자의 존재를 피하는 것이 중요하다. 60 내지 70 부피 퍼센트의 240 그레이드 입자와 40 내지 30 부피 퍼센트의 600 그레이드 입자를 포함하는 혼합물은 실질적으로 70 퍼센트에 근접하는 탄화규소의 최대로 팩화된 부피 마찰을 제공한다. 상기 최대값이 제품에서 요구된다면, 보다 거칠은 마찰을 향하여 편향되는 혼합물 즉, 30 부피 퍼센트의 600 그레이드를 가진 70 퍼센트 240 그레이드를 선택하는 것이 가능하다. 이러한 점은 팩킹밀도가 상술된 제1범위의 최대값 근처에 있으므로, 입자마찰의 변화와 함께 단지 매우 느리게 변화된다. 이와는 대조적으로, 혼합물의 침투성은 상기 범위에 걸쳐서 빠른 비로 변경되고, 침투성의 근본적인 증가는 부피마찰의 중요한 손실없이 절대적인 최대 부피마찰로부터 이격된 팩킹마찰을 규정함으로써 해제될 수 있다.The preform is prepared from a mixture of high purity (Green) 240 grade and 600 grade silicon carbide. It is important to achieve particle size distribution for two average size values that minimize the presence of fines and to minimize the number of particles having a size smaller than the copy radius as described above. It is also important to avoid the presence of full sized particles. The mixture comprising 60 to 70 volume percent 240 grade particles and 40 to 30 volume percent 600 grade particles provides a maximum packed volume friction of silicon carbide substantially close to 70 percent. If the maximum value is required in the product, it is possible to choose a mixture that is biased towards coarser friction, ie 70 percent 240 grade with 600 volume of 30 volume percent. This point changes only very slowly with the change in particle friction since the packing density is near the maximum value of the first range described above. In contrast, the permeability of the mixture is altered at a rapid ratio over this range, and the fundamental increase in permeability can be released by defining packing friction spaced from the absolute maximum volume friction without significant loss of volume friction.
보다 낮은 부피마찰이 허용되는 합성물을 제조하기 위하여, 입자크기 분포 특히 미세물의 존재를 피하기 위한 상술된 요건이 해제 가능하다. 상기 적용을 위하여, 연한 재료와 같은 재료의 분류되지 않은 그레이드를 사용하는 것이 적절할 수 있다.In order to produce composites that allow lower volume friction, the above-mentioned requirements for avoiding particle size distribution, in particular the presence of fines, are relievable. For this application, it may be appropriate to use an unclassified grade of material, such as a soft material.
프리폼의 부가적인 치밀화가 바람직하며, 예를 들면 냉각 등압성형을 사용하는 부가의 프리-프레싱(pre-pressing)에 의하여 성취된다. 상기 프리폼의 몇몇 부식강도는 결합체(즉, 시톤 콜로이드질 실리카 결합제) 또는 부분적인 프리-신터링(pre-sintering)을 사용함으로써 향상될 수 있다. 프리-신터링은 침투성을 유지하면서 부피마찰을 증가시키기 위하여 유용하다. 그러나, 적절한 다공성의 손실을 피하기 위하여 어떠한 프리-신터링이 신중하게 제어되는 것이 중요하다. 이상적으로는 프리-신터링의 영향은 남아 있는 입자와 접근가능하게 남아 있는 사이의 존재하는 모든 미세한 구멍이지만 감소되는 크기인 것이다. 이러한 이상적인 점은 상기 프리-신터링 단계의 주위깊게 제어되는 마이크로파를 사용함으로써 접근될 수 있다.Additional densification of the preforms is preferred, for example achieved by additional pre-pressing using cold isoformation. Some of the corrosion strength of the preforms can be improved by using binders (ie, cytonic colloidal silica binders) or partial pre-sintering. Pre-sintering is useful for increasing volume friction while maintaining permeability. However, it is important that any pre-sintering be carefully controlled to avoid loss of proper porosity. Ideally the effect of pre-sintering is all the fine pores that exist between the remaining particles and those that remain accessible but of a reduced size. This ideal point can be approached by using a deeply controlled microwave of the pre-sintering step.
바람직한 팩킹밀도는 탄화규소 혼합물의 슬립 주입과, 동결주입 또는 유체의 침강에 의하여 성취될 수 있으며, 탄화규소를 가진 화합물의 웜 성형(warm moulding)이 사용될 수 있다. 진동의 적용(즉, 초음파 진동)은 팩킹밀도를 향상시킬 수 있다. 실질적으로, 초음파 진동은 분출방법을 지원하기 위하여 분출동안에 양호하게 적용될 수 있다.Preferred packing densities can be achieved by slip injection of the silicon carbide mixture, by freeze injection or by sedimentation of the fluid, and warm molding of the compound with silicon carbide can be used. Application of vibrations (ie, ultrasonic vibrations) can improve packing density. In practice, ultrasonic vibrations can be applied well during ejection to support the ejection method.
준비된 다이(9)와 이것의 내용물이 예를 들면, 도가니(11)로부터 용융된 알루미늄 매트릭스 물질(17)을 가지고 분출을 위하여 챔버(5)내에 위치될 때, 벤트(7)의 벤트밸브(8)는 폐쇄되고 진공펌프 압력용기(1)를 연결하기 위하여 설정된다. 상기 압력용기(1)와 챔버(5)가 진공으로 될 때, 상기 포트(6)은 폐쇄된다. 히터(10 및 12)가 켜지고 상기 프리폼(24)과 도가니(11)와 함께 다이는 도가니(11)의 매트릭스 물질(17)의 용융이상의 온도로 상승된다. 알루미늄의 경우에, 다이(9)와 이것의 내용물은 약 700℃로 예열되고, 알루미늄 매트릭스 물질(17)은 약 730℃으로 예열된다. 상기 용융된 매트릭스 물질(17)이 단지 중력의 영향하에서 상기 다이(9)내로 통과할 수 있도록 상기 플러그(15)는 저항한다. 그다음, 압력용기(1)를 가압하기 위하여 밸브(4)는 역전되고, 매트릭스 물질(17)이 프리폼(24)을 분출하도록 한다. 마지막으로, 밸브(8)와 포트(6)는 개방되므로, 가스는 압력용기(1)를 냉각하고 그 내부에서 혼합물질을 고형화하기 위하여 다이(9)를 지나서 압력용기(1)의 내부로부터 흐르게 된다. 고형화 동안에 분출된 프리폼(24)의 수축에 영향을 주는 냉각형상은 공급으로부터 남아 있는 액체에 의하여 공급된다. 이러한 영향은 다이(9)의 측벽주위의 절연부(도시않음)를 제공함으로써 향상된다.When the prepared die 9 and its contents are located in the chamber 5 for ejection, for example with molten aluminum matrix material 17 from the crucible 11, the vent valve 8 of the vent 7. ) Is closed and set to connect the vacuum pump pressure vessel (1). When the pressure vessel 1 and the chamber 5 are vacuumed, the port 6 is closed. The heaters 10 and 12 are turned on and the die together with the preform 24 and the crucible 11 are raised to a temperature above the melting of the matrix material 17 of the crucible 11. In the case of aluminum, the die 9 and its contents are preheated to about 700 ° C. and the aluminum matrix material 17 is preheated to about 730 ° C. The plug 15 resists so that the molten matrix material 17 can only pass into the die 9 under the influence of gravity. Then, the valve 4 is reversed to pressurize the pressure vessel 1, causing the matrix material 17 to eject the preform 24. Finally, the valve 8 and the port 6 are open so that gas flows from the interior of the pressure vessel 1 past the die 9 to cool the pressure vessel 1 and solidify the mixture therein. do. The cooling geometry which affects the shrinkage of the preform 24 ejected during solidification is supplied by the liquid remaining from the supply. This effect is enhanced by providing insulation (not shown) around the sidewalls of the die 9.
상기 분출은 요구되는한 길게 등온적으로 연속될 수 있다. 탄화규소/알루미늄 시스템의 특별한 장점은 탄화규소/액체 알루미늄의 습식각도가 분단위 시간으로 감소되는 것이 상기 시스템의 특징이라는 것이다. 상기 적용되는 압력하에서 초기에 연속적으로 분출되지 않는 가장 작은 구멍은 상기 시간단위의 크기에 걸쳐서 압력과 온도를 유지하면서 연속적으로 분출된다. 분리기 요소와 프리폼(24)의 어레이를 포함하는 상술된 상기 실시예에서, 5분의 냉각이전에 허용되는 분출시간이 적절한 것으로 된다.The ejection can be continued isothermally as long as required. A particular advantage of the silicon carbide / aluminum system is that it is a feature of the system that the wet angle of the silicon carbide / liquid aluminum is reduced in minutes. The smallest holes that do not initially eject continuously under the applied pressure are ejected continuously while maintaining pressure and temperature over the size of the time unit. In the above-described embodiment including the separator element and the array of preforms 24, the ejection time allowed before cooling of 5 minutes becomes appropriate.
도 2는 도 1의 장치의 변경예를 도시하고, 이것은 다수의 장점을 제공하는 변경된 장치이다. 도 1에 도시된 것과 유사한 작용을 수행하는 구성품은 첨자 a를 구별되는 동일한 도면부호로 지시된다.2 shows a modification of the device of FIG. 1, which is a modified device that provides a number of advantages. Components which perform an action similar to that shown in FIG. 1 are indicated by the same reference numerals to distinguish the subscript a.
다이(9a)는 직사각의 박스형을 가진 얇은벽의 용기를 포함한다. 상기 다이(9a)의 측벽은 열적으로 절연된 부분(31)이다. 고주파 가열은 빠른 가열상승을 제공하기 위하여 상기 다이(9a)의 스테인레스강과 잘 연결되는 코일(10a)을 거쳐서 제공된다.The die 9a includes a thin walled container having a rectangular box shape. The side wall of the die 9a is a thermally insulated portion 31. High frequency heating is provided via a coil 10a that is well connected with the stainless steel of the die 9a to provide fast heating rise.
포트(3a)와 밸브(4a)는 도 1의 장치와 같이 진공과 가압을 위하여 제공된다. 분리된 파이프라인(32)과 밸브(33)은 냉각가스의 공급을 위하여 제공된다. 밸브(8a)에 의하여 제어되는 벤트 파이프(7a)는 천공된 수집 링 파이프(34)로부터 제공된다. 상기 냉각가스 파이프라인(32)과 집적 링 파이프(34)는 상기 다이(9a)의 절연되지 않은 저부벽에 걸쳐서 냉각가스의 흐름을 안내하기 위하여 위치된다.The port 3a and the valve 4a are provided for vacuum and pressurization as in the apparatus of FIG. 1. Separate pipeline 32 and valve 33 are provided for the supply of cooling gas. The vent pipe 7a controlled by the valve 8a is provided from the perforated collection ring pipe 34. The cooling gas pipeline 32 and the integrated ring pipe 34 are positioned to guide the flow of the cooling gas over the non-insulated bottom wall of the die 9a.
다공성 강화물질의 프리폼(35)은 다이(9a)내에 억지끼움되는 천공 리드(21a)에 의하여 다이(9a)내에 위치되어 유지된다. 상기 리드(21a)의 천공부를 통하여 침출될 때 용융된 금속 매트릭스 물질(37)을 분포하기 위하여 개방된 메시부재(36)가 리드(21)와 프리폼(35) 사이에 위치된다. 또한 상기 메시부재는 다이(9a)내에 위치되는 탄화규소 분말을 부착한다. 상기 리드(21)와 메시부재(36)의 작용은 단일 구성품 즉, 탄화규소 분말을 부착하기에 충분히 미세한 구멍을 구비하는 리드 형태로서 결합될 수 있다.The preform 35 of the porous reinforcing material is positioned and held in the die 9a by means of a perforated lead 21a that fits within the die 9a. An open mesh member 36 is positioned between the lid 21 and the preform 35 to distribute the molten metal matrix material 37 when leached through the perforations of the lid 21a. The mesh member also attaches silicon carbide powder located in the die 9a. The action of the lid 21 and the mesh member 36 may be combined in the form of a lead having a hole fine enough to attach a single component, ie, silicon carbide powder.
다이(9a)내의 고체 블록 그 자체가 천공된 리드(21a)의 상부에 있게될 때 상기 금속 매트릭스 물질(37)이 도시된 바와 같이 초기에 위치된다. 매트릭스 물질(37)의 블록과 다이의 벽사이의 간극은 진공시에 상기 프리폼으로부터 가스의 배출을 허용하기 위하여 필요한 것이다.The metal matrix material 37 is initially positioned as shown when the solid block itself in the die 9a is on top of the perforated lid 21a. The gap between the block of matrix material 37 and the wall of the die is necessary to allow the release of gas from the preform during vacuum.
상기 준비된 다이(9a)와 그 내용물이 압력용기(1a)내에 위치될 때, 상기 압력용기(1a)는 먼저 진공으로 되며 상기 히터(10a)가 켜지게 된다. 상기 금속 매트릭스 물질(37)이 용융될 때, 압력은 밸브(42a)을 거쳐서 적용된다. 분출이 거의 완료된 다음에, 상기 히터(10a)는 꺼지게 되고 냉각가스는 밸브(33)와 파이프라인(32)을 거쳐서 압력하에서 공급된다. 동시에 상기 벤트(73a)는 밸브(8a)를 거쳐서 대기로 개방된다. 냉각가스의 제어된 흐름은 다이에 발생되는 방향적인 고형화를 잘 제어한다.When the prepared die 9a and its contents are placed in the pressure vessel 1a, the pressure vessel 1a is first vacuumed and the heater 10a is turned on. When the metal matrix material 37 is melted, pressure is applied via the valve 42a. After the ejection is almost completed, the heater 10a is turned off and the cooling gas is supplied under pressure via the valve 33 and the pipeline 32. At the same time, the vent 73a is opened to the atmosphere via the valve 8a. The controlled flow of cooling gas provides good control of the directional solidification that occurs in the die.
장치가 보다 간단하고, 특히 단지 간단한 RF 히터만이 요구되고 용융된 금속 매트릭스 물질의 흐름의 고온에서 제어될 필요가 없다는 점에서 도 2의 형상은 도 1에 비하여 장점을 가진다. 각 구동용으로 사용되는 도 1 장치의 용량은 실행될 수 있는 가열과 냉각에서 매우 근접하게 제어될 수 있고 온도에 비하여 보다 잘 제어된다.The shape of FIG. 2 has an advantage over FIG. 1 in that the device is simpler, in particular only a simple RF heater is required and does not need to be controlled at high temperatures of the flow of molten metal matrix material. The capacity of the FIG. 1 device used for each drive can be controlled very close to the heating and cooling that can be performed and better controlled relative to temperature.
도 1과 도 2의 장치는 가스가 배출되어 진공으로 될 때 열적인 확산과 비교되는 프리폼 물질의 열적인 확산을 증가시키기 위하여 선택되는 가스압력과 함께 압력용기(1,1a)의 프리폼을 초기에 가열하는 향상된 형태로 작동된다. 상기 작동모드에서, 압력용기(1,1a)는 원치않는 잔류 산소 또는 수증기를 제거하기 전에 진공으로 된다. 일단 진공으로 되면, 가스는 용기(1,1a)로 들어간다. 이러한 점은 비반응성 또는 산화성으로 선택되고 충분히 낮은 습기성분을 가져야만 할 때 선택된다. 상기 가스는 용기(1,1a)를 가압하는데 사용되는 가스와 동일할 수 있고, 이 경우에 밸브(4)가 사용되고 이것은 축압기에 용기(1,1a)를 연결한다. 또한 다른 가스가 사용될 수 있다.The apparatus of FIGS. 1 and 2 initially preforms the preforms of the pressure vessels 1, 1a with a gas pressure selected to increase the thermal diffusion of the preform material compared to thermal diffusion when the gas is evacuated and vacuumed. It operates in an improved form of heating. In this mode of operation, the pressure vessels 1, 1a are vacuumed before removing unwanted residual oxygen or water vapor. Once in vacuum, the gas enters the containers 1, 1a. This point is chosen when it is chosen to be non-reactive or oxidative and must have a sufficiently low moisture content. The gas may be the same as the gas used to pressurize the vessels 1, 1a, in which case a valve 4 is used which connects the vessels 1, 1a to the accumulator. Other gases may also be used.
상기 압력용기(1,1a)가 요구되는 압력(항상 주위 대기압)으로 가스를 충진될 때, 히터가 켜지게 된다. 일단 프리폼 코어의 온도가 충분하다면, 이전과 같이 가스는 진공펌프에 압력용기(1,1a)를 연결함으로써 배출되어 진공으로 된다. 그다음 상기 방법의 나머지는 상술된 바와 같이 실행된다.When the pressure vessels 1, 1a are filled with gas at the required pressure (always ambient atmospheric pressure), the heater is turned on. Once the temperature of the preform core is sufficient, the gas is discharged and vacuumed by connecting the pressure vessels 1, 1a to the vacuum pump as before. The remainder of the method is then executed as described above.
도 3과 도 4는 상기 다이(9a)를 보다 상세하게 도시한 것으로서, 특히 다수의 직사각형 제품을 형성하기 위한 양호한 장치를 도시한 것이다.3 and 4 show the die 9a in more detail, in particular a preferred apparatus for forming a number of rectangular articles.
직사각형 시트형의 탄화규소의 프리폼이 형성되어 분리기판(41)의 어레이에 의하여 위치된다. 상기 분리기 기판(41)의 2개의 측부는 판(41)의 바람직한 분리를 유지하고 상기 다이(9a)의 벽으로부터 코어를 형성하는 가장안쪽의 내용물내로 열전달을 하는 플랜지(42; 도 4 참고)를 구비한다.A rectangular sheet-shaped silicon carbide preform is formed and positioned by an array of separator substrates 41. The two sides of the separator substrate 41 have flanges 42 (see FIG. 4) that maintain the desired separation of the plate 41 and transfer heat from the walls of the die 9a into the innermost contents forming the core. Equipped.
상기 다이(9a)의 내용물은 리드(21a)에 의하여 위치유지되고, 중간의 개방메시(36)는 천공된 리드(21a)를 경유하여 상기 프리폼내로 여과될 때 상기 용융금속 매트릭스(37)를 분포한다.The contents of the die 9a are held by the lid 21a, and the intermediate open mesh 36 distributes the molten metal matrix 37 when filtered into the preform via the perforated lid 21a. do.
상기 다이(9a)벽의 내부면과 분리기 판(41)의 플랜지(42)사이의 갭은 열전달을 높이기 위하여 가능한 작게 되고, 이것은 다이(9a)의 분출 및 제거이후에 판(41)을 서로 분리할 것이다.The gap between the inner surface of the wall of the die 9a and the flange 42 of the separator plate 41 is made as small as possible to increase heat transfer, which separates the plates 41 from each other after ejection and removal of the die 9a. something to do.
탄화규소 프리폼은 도 1에 대하여 상술된 방법중 어느 하나에 의하여 판(41)사이의 공간내로 도입될 수 있다. 그러나, 도시된 특정형상은 결합물질에 의하여 함께 가압되는 탄화규소 분말로부터 성형된 플라스틱의 미리 준비된 시트를 사용하여 쉽게 안착된다. 결합제는 분출방법 이전에 가열함으로써 쉽게 제거될 수 있다.Silicon carbide preforms may be introduced into the spaces between the plates 41 by any of the methods described above with respect to FIG. 1. However, the particular shapes shown are easily seated using pre-prepared sheets of plastic molded from silicon carbide powder pressed together by the binder. The binder can be easily removed by heating before the blowing method.
도 3 및 도 4의 장치에서 분리기 판(41)은 도 1의 수평형상으로부터 명확하게 도시된 만큼 수직으로 있다. 상기 수직 적층부는 방향적인 고형화가 발생될 때 분출시에 용융된 금속 매트릭스 물질의 분출을 위한 보다 양호한 설치를 제공하는데에 양호하다.In the device of FIGS. 3 and 4, the separator plate 41 is vertical as clearly shown from the horizontal shape of FIG. 1. The vertical stack is preferred to provide a better installation for the ejection of the molten metal matrix material upon ejection when directional solidification occurs.
흑연 또는 세라믹 분리기 판(41)이 금속으로 제조되는 것이 가능할지라도, 이들이 회복되어 재사용하기가 보다 양호하기 때문에, 보다 양호한 열전도성을 제공할 수 있다. 금속 분리기판(41)은 용융된 금속물질의 향상된 분출경로를 제공하는데 효과적인 것으로 나타난다.Although it is possible for the graphite or ceramic separator plate 41 to be made of metal, they can provide better thermal conductivity because they are better to recover and reuse. The metal separator 41 appears to be effective in providing an improved jet path for the molten metal material.
그러나, 신중하게 선택된 열팽창이 좋은 합금의 사용은 양호하게 될 수 있고, 이 경우에 열전도성은 그렇게 양호하지 않을 수 있다. 예를 들면, 합금의 분리기판(41)의 혼합물을 따르는 것이 특히 양호하므로, 이들의 열팽창계수는 금속 매트릭스 물질의 용융점위의 금속 매트릭스 혼합물의 열팽창계수보다 작지만, 금속 매트릭스 물질의 용융점 이하보다는 더 높다. 그다음, 상기 영향은 연속적인 분리를 용이하게 하기 위한 고형화 이후에 분출과 수축시 상기 혼합물을 가압하기 위하여 상기 분리기 판(41)용으로 작용한다.However, the use of carefully selected thermally good alloys can be good, in which case the thermal conductivity may not be so good. For example, since it is particularly preferable to follow the mixture of the separator substrate 41 of the alloy, their coefficient of thermal expansion is smaller than the coefficient of thermal expansion of the metal matrix mixture above the melting point of the metal matrix material, but higher than below the melting point of the metal matrix material. . The effect then acts for the separator plate 41 to pressurize the mixture upon ejection and deflation after solidification to facilitate continuous separation.
다른 방법에 있어서, 지르코늄의 간단한 평판은 흑연시트로부터 절단된 형상으로 부착된 콜로이드성 흑연으로 피복된다. 상기 절단부분은 바람직한 제품의 뒤로 접히는 형상을 형성하고, 세라믹 강화입자의 슬러리로서 충진(즉, 닥터-블레이딩(doctor-blading))된다. 건조된 다음, 상기 방법으로 제조된 다수의 프리폼이 적층된 다음 상술된 바와 같이 분출된다. 구멍은 건조된 슬러리로 제조되는 것이 양호하다. 이들은 분출시 금속으로 충진될 것이지만, 상기 금속은 세라믹 강화물질을 관통하는 것보다 보다 쉽게 후방으로 구멍이 뚫릴 수가 있다.In another method, a simple plate of zirconium is coated with colloidal graphite attached in a shape cut from the graphite sheet. The cuts form a folding back shape of the desired product and are filled (ie, doctor-blading) as a slurry of ceramic reinforcement particles. After drying, a number of preforms produced by the method are laminated and then ejected as described above. The holes are preferably made of dried slurry. They will be filled with metal upon ejection, but the metal can be drilled back more easily than through the ceramic reinforcement.
흑연 또는 세라믹 분리기판(41)이 사용된다면, 용융된 금속 매트릭스 물질이 흑연 또는 세라믹 분리기판내로 보다 쉽게 분출되는 어떠한 경향도 쉽게 방지하는 방출제로써 표면이 코팅되는 것이 양호하다.If graphite or ceramic separator 41 is used, it is preferred that the surface be coated with a release agent that readily prevents any tendency that the molten metal matrix material is more readily ejected into the graphite or ceramic separator.
본 발명은 상술된 실시예에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 다이(9 또는 9a)내의 프리폼 형상은 복합제품 형상이 요구되는 곳에서 상기 외피물질에 의하여 지지될 수 있다. 물론 상기 외피물질은 거의 분출되지 않는다. 미세한 탄화규소 입자가 상기 목적을 위하여 적절하고 염을 사용하여 형성된다. 수용성인 염 결합제는 제품의 분출과 고형화가 완성된 이후에 외피물질을 쉽게 제거할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the preform shape in die 9 or 9a may be supported by the sheath material where a composite product shape is desired. Of course, the envelope material is hardly ejected. Fine silicon carbide particles are suitable for this purpose and are formed using salts. Water-soluble salt binders will readily remove the shell material after the product has been ejected and solidified.
다이(9a)의 지지 마운트는 다수의 스테이션사이에서 트랙위로 이동가능하다. 하나 이상의 스테이션에서, 후드내의 고주파 가열코일은 다이와 이것의 내용물을 미리 가열하기 위하여 상기 지지된 다이(9a)위로 하강(및 상승)될 수 있다. 다른 스테이션에서 진공챔버와 도 2를 참고로 하여 설명된 관련장치는 지지 마운트로써 진공밀봉장치내로 클램프하기 위하여 하강(상승)될 수 있다. 예를 들면 3개의 스테이션을 포함하는 상기 장치에서, 플랜트작동을 효과적으로 조작하는 것이 가능하다. 그래서, 안착된 다이가 중앙(진공챔버) 스테이션에서 분출할 동안에, 안착된 다이는 선행된 배치(batch)의 분출이 완성되자마자 중앙 스테이션으로 이송을 준비하기 위하여 외부 스테이션에서 준비되어 예열된다.The support mount of the die 9a is movable over the track among the multiple stations. At one or more stations, the high frequency heating coil in the hood can be lowered (and raised) onto the supported die 9a to preheat the die and its contents. At the other station the vacuum chamber and the associated device described with reference to FIG. 2 can be lowered (raised) to clamp into the vacuum sealing device as a support mount. In the apparatus comprising, for example, three stations, it is possible to effectively operate the plant operation. Thus, while the seated die is ejected at the central (vacuum chamber) station, the seated die is prepared and preheated at the external station to prepare for transfer to the center station as soon as the ejection of the preceding batch is completed.
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 19961009 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
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