ES2410904A1 - Dispositivo y procedimiento de utilización del mismo para la infiltración de preformas porosas con metales líquidos de alta presión de vapor. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo y procedimiento de utilización del mismo para la infiltración de preformas porosas con metales líquidos de alta presión de vapor, siendo ésta superior a 10-3 mm Hg, que se monta en el interior de una cámara de infiltración convencional y comprende una preforma porosa, un crisol de infiltración que alberga a su vez dicha preforma porosa y el metal que será infiltrado en la misma mediante presurización por gas, un crisol de saturación dispuesto de tal forma que queda invertido respecto al crisol de infiltración cubriéndolo y formando así una cámara de saturación cerrada, sencillo de montar, adaptable a cualquier dispositivo de infiltración convencional y que evita pérdidas apreciables de metal, posibilitando así el proceso de infiltración del metal en el espacio poroso de la preforma.
Description
DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO DE UTILIZACIÓN DEL MISMO
PARA LA INFILTRACIÓN DE PREFORMAS POROSAS CON METALES
LÍQUIDOS DE ALTA PRESIÓN DE VAPOR
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se engloba en el campo de los materiales compuestos de matriz metálica.
Dicha invención es un dispositivo y el procedimiento de utilización del mismo para la infiltración de preformas porosas con metales líquidos de alta presión de vapor, siendo ésta superior a 10-3 mm Hg, que se monta en el interior de una cámara de infiltración convencional y comprende una preforma porosa, un crisol de infiltración que alberga a su vez dicha preforma porosa y el metal que será infi·ltrado en la misma mediante presurización por gas, un crisol de saturación dispuesto de tal forma que queda invertido respecto al crisol de infiltración cubriéndolo y formando así una cámara de saturación cerrada, sencillo de montar, adaptable a cualquier dispositivo de infiltración convencional y que evita pérdidas apreciables de metal, posibilitando así el proceso de infiltración del metal en el espacio poroso de la preforma.
Los materiales compuestos de matriz metálica se conocen desde hace más de 4 O años. Desde entonces han sido muchos los materiales fabricados, así como también han ido en creciente desarrollo las tecnologías para fabricarlos.
Las tecnologías que se han desarrollado se han adaptado a las características del material que se pretendía fabricar, en función del tipo de matriz y refuerzo, fracción y morfología del refuerzo, compatibilidad físico-química de los componentes, etc.
En la patente US3547180 se expone un dispositivo para fabricar materiales compuestos por infiltración de gas. Otras descripciones generales de distintos dispositivos se pueden encontrar en la siguiente documentación:
D. Hull, T.W. Clyne, "An Introduction to Composite Materials" Cambridge Universty Press, segunda edición, 280 (1996); K.K. Chawla, "Composite Materials" Springer, segunda edición, 168 (1998); R. Asthana, "Solidification Processing of Reinforced Metals" Trans. Tech. Publications, 6 (1998).
La gran variedad de tecnologías desarrolladas se basa en los distintos métodos en los que un refuerzo discreto, por ej emplo partículas, fibras, etc., puede combinarse con un metal para consolidar un material con propiedades finales modificadas.
Así, las diferentes tecnologías hacen uso de las
- técnicas
- de infiltración, "compo-casting", "spray depo
- sition",
- etc. De todas las tecnologías desarrolladas,
- sólo
- la infiltración ha adquirido importancia indus
- trial.
Las técnicas para la infiltración son también muy variadas: infiltración por presión de gas, infiltración por presión mecánica, la técnica conocida como "drain casting", etc.
En particular, la infiltración a baja presión o presión de gas presenta muchas ventajas con respecto al
- resto y es por ello que ha sido objeto, con mucha dife
- rencia, de un desarrollo extraordinario en los últimos
- años.
- 5
- La mayoría de las diversas tecnologías desarro
- lladas y patentadas por empresas y laboratorios durante
- los 25 últimos años se han basado en la técnica de
- infiltración por gas a baja presión.
- 10
- En todas ellas participan los siguientes elemen
- tos comunes:
- a) preforma porosa que será infiltrada por el
- metal y que puede fabricarse de muy distintas maneras;
- b) contenedor con el metal líquido;
- 15
- c) recipiente a presión donde se colocan la pre
- forma porosa y el metal líquido, produciéndose la infil
- tración por entrada de gas presurizado.
- La disposición de los componentes y la realiza
- 2 O
- ción del proceso de infiltración han sido y son obj eto
- de distintas patentes.
- El método más habitual de realizar el proceso de
- infiltración es el siguiente:
- 25
- a) se hace vacío a la preforma; en algunos casos
- cuando se hace vacío a la preforma también se realiza en
- todo el conjunto;
- b) se calienta tanto la preforma corno el metal;
- en algunos casos ambas se encuentran a la misma tempera
- 30
- tura y en otros la preforma se encuentra a una tempera
- tura inferior a la del metal;
- c) se funde el metal y se pone en contacto con
- la preforma; en algunos dispositivos el metal fluye por
- sí solo hasta hacer contacto con la preforma y en otros
- 35
- dispositivos el metal necesita de un esfuerzo mecánico o
- hidráulico hasta llegar al receptáculo donde se encuen
- tra la preforma;
- d) se aplica presión al metal líquido para que
- éste penetre en la estructura porosa de la preforma y
- 5
- luego se enfría de manera direccional o multidireccional
- el crisol que contiene el material compuesto así fabri
- cado.
- Las distintas patentes que protegen estos desa
- lO
- rrollos tecnológicos cubren diferentes dispositivos
- experimentales y métodos para la fabricación de materia
- les compuestos de matriz metálica en los que el metal se
- ha elegido de entre los más comúnmente utilizados en
- industria para fines diversos.
- 15
- Así, por ejemplo, se tiene que la patente de
- US3547180 cubre exclusivamente el metal aluminio (Al).
- Sin embargo, debido al creciente número de apli
- 20
- caciones que se han derivado de los materiales compues
- tos se ha visto la necesidad de proteger metales como
- plata (Ag) , cobre (Cu) o magnesio (Mg), como se cita en
- las patentes PCT/ES2008/000146, US20080050589,
- US6355340, US5511603, US6599466 y US5672433.
- 25
- En particular el Mg ha adquirido una gran rele
- vancia debido a su baj a densidad y a sus propiedades
- mecánicas y termomecánicas. En todas estas patentes la
- variedad de refuerzos protegidos es notable; si bien en
- 30
- todos los casos citados se utiliza el Mg y la técnica de
- infiltración son muy pocos los casos en los que se
- aporta un ejemplo de fabricación de un material compues
- to con este metal.
- 35
- Esto es debido a que los dispositivos protegidos
están adaptados a la fabricación de materiales compuestos con Al pero no tienen en cuenta las particularidades del Mg que hacen que su fabricación mediante la técnica de infiltración con estos dispositivos sea impracticable.
El Mg, así como otros muchos metales, tiene la peculiaridad de tener una elevada presión de vapor. Además, en estado líquido adquiere una elevada reactividad, pudiendo reaccionar violentamente con el oxígeno y el vapor de agua del ambiente. Estas características hacen que el Mg y los metales con propiedades similares no puedan ser procesados en atmósferas oxidantes o de vacío y necesitan tecnologías específicamente adaptadas.
Estas consideraciones han sido en muchos casos directamente obviadas, pudiéndose demostrar que experimentalmente es imposible la fabricación de materiales compuestos de matriz de Mg (y por extensión, de metales con elevada presión de vapor y/o con elevada afinidad por el oxígeno en estado líquido) con las tecnologías patentadas.
Por ejemplo, el dispositivo de molde abierto que se propone en U85672433 para el trabajo con Mg resulta inviable tal y como está protegido, ya que no evita que el Mg en estado líquido esté en contacto con el aire. En otros casos, estos problemas han sido minimizados al proponerse la manipulación de la atmósfera de infiltración en dos etapas:
i) en una primera etapa se hace vacío y se mantiene hasta la fusión del metal;
ii) en una segunda etapa se aplica una presión determinada con un gas inerte o protector, cuyo uso en muchos casos está regulado debido a que están clasifica
dos como gases de efecto invernadero.
El problema que presenta este método es que es imposible evitar una evaporación considerable de los metales de elevada presión de vapor durante el tiempo que transcurre entre su fusión y la aplicación del gas
- inerte.
- Una consecuencia de esto es la pérdida de un
- volumen
- importante de metal (lo cual imposibilita su
- infiltración)
- y los graves deterioros que ocasiona su
deposición en las partes más frías del equipo de infiltración.
El uso de los dispositivos anteriores para la infiltración de aleaciones que contienen elementos aleantes de elevada presión de vapor presenta los mismos problemas. En estos casos son las especies más volátiles las que más rápidamente se vaporizan y depositan en los componentes de los dispositivos que trabaj an a menor temperatura. Por poner un ej emplo, es común cuando se trabaja con aleaciones de Al-Mg encontrar depósitos metálicos ricos en Mg en las paredes de la cámara de infiltración, tubos de aplicación de vacío y terminales eléctricos.
En el caso de aleaciones de cobre y cromo (Cu-Cr) se suele añadir una cantidad en exceso de aleante para cubrir las pérdidas que se ocasionan durante el proceso de infiltración debido a que gran parte de los elementos altamente oxidables (en este caso, Cr) se transforman en sus respectivos óxidos.
Es por tanto necesaria una nueva tecnología para la fabricación de materiales compuestos por infiltración en medios porosos de metales líquidos con elevada presión de vapor.
Esta patente expone la invención de un dispositivo y el procedimiento de utilización del mismo para la infiltración de preformas porosas con metales líquidos de alta presión de vapor, siendo ésta superior a 10-3 mm Hg, que se monta en el interior de una cámara de presión y comprende una preforma porosa, un crisol de infiltración que alberga a su vez dicha preforma porosa y el metal que será infiltrado en la misma mediante presurización por gas, un crisol de saturación dispuesto de tal forma que queda invertido respecto al crisol de infiltración cubriéndolo y formando así una cámara de saturacióncerrada, sencillo de montar, adaptable a cualquier dispositivo de infiltración convencional y que evita pérdidas apreciables de metal, posibilitando así el proceso de infiltración del metal en el espacio poroso de la preforma.
La presente invención queda establecida y caracterizada en las reivindicaciones independientes, mientras que las reivindicaciones dependientes describen otras características de la misma.
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un dispositivo para la infiltración de preformas porosas con metales líquidos de alta presión de vapor, siendo ésta superior a 10-3 mm
Hg.
Dicho dispositivo comprende distintos elementos: una preforma porosa, un crisol de infiltración que
alberga a su vez dicha preforma porosa y el metal líquido que será infiltrado en la misma, produciéndose la infiltración mediante gas presurizado.
El dispositivo comprende además un crisol de saturación dispuesto de tal forma que queda invertido respecto al crisol de infiltración cubriéndolo y formando así una cámara de saturación cerrada.
Una ventaja del dispositivo es el fácil montaje y desmontaje pues no consiste más que en el deslizamiento de dos crisoles.
Otra ventaja es que la saturación de la cámara en vapor metálico impide pérdidas volumétricas importantes del metal por evaporación.
Además, debido a su sencillez se puede adaptar en cualquier dispositivo o máquina de infiltración convencional sin más que cubrir el crisol de infiltración con otro crisol de saturación.
Asimismo, la invención se refiere a un procedimiento de utilización del dispositivo descrito anteriormente y que comprende las siguientes etapas:
a.disposición de la preforma porosa en el interior del crisol de infiltración, y del metal infiltrante en su parte superior por encima de dicha preforma porosa,
b.disposición del crisol de saturación invertido
- cubriendo
- el crisol de infiltración con la función de
- crear
- una cámara de saturación cerrada para lograr la
- saturación del
- vapor metálico,
c. aplicación de vacío a dicho dispositivo hasta
un valor por debajo de 50 mbar, d.aumento de la temperatura del dispositivo hasta al menos la temperatura de fusión del metal,
e. aumento de la presión interior de la cámara del dispositivo mediante la aplicación de gas presurizado a la máquina de infiltración donde esté instalado el dispositivo para forzar al metal líquido a infiltrar en el interior de la preforma porosa,
f.solidificación del metal líquido.
Una ventaja de dicho procedimiento es que debido a que el espacio libre en la cámara cerrada es controlable y limitado la saturación en vapor metálico se alcanzará antes de que las pérdidas de metal sean significativas.
Otra ventaj a es que al funcionar en vacío se puede trabaj ar con metales con elevada afinidad por el oxígeno en estado líquido, pues la oxidación deja de ser un problema ya que el vacío actúa como si fuese una atmósfera reductora.
Otra ventaja es que evita la deposición del metal en los componentes del dispositivo pues la cámara cerrada de saturación actúa de trampa caliente para el vapor metálico impidiendo su deposición y posterior evaporación.
Se complementa la presente memoria descriptiva con un juego de figuras, ilustrativas del ejemplo preferente, y nunca limitativas de la invención.
La figura 1 representa una vista en corte del
dispositivo.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un dispositivo para la infiltración de preformas porosas con metales líquidos de alta presión de vapor y en un procedimiento de utilización del mismo.
Con alta presión de vapor se específica la superior a 10-3 mm Hg.
Dicho dispositivo (1) comprende distintos elementos: una preforma porosa (2), un crisol de infiltración (3) que alberga a su vez dicha preforma porosa (2) y el metal líquido (4) que será infiltrado en la miema, produciéndose la infiltración mediante gas presurizado y un crisol de saturación (5) dispuesto de tal forma que queda invertido respecto al crisol de infiltración (3) cubriéndolo y formando así una cámara de saturación cerrada (6).
En definitiva, el dispositivo introduce una cámara de saturación cerrada (6), que es el espacio encerrado entre el crisol de infiltración (3) y el crisol de saturación (5) fácilmente desmontable, que puede entenderse como una trampa caliente para el vapor metálico generado en su interior. Esta cámara de saturación cerrada (6) impide que el metal se evapore por medio de la saturación del medio en vapor metálico, de manera que evita pérdidas volumétricas apreciables del metal.
Debido a su sencillez, se puede adaptar en cual
quier máquina de infiltración convencional. Dicha adaptación resulta de cubrir el crisol de infiltración (3) que contiene la preforma porosa (2) a infiltrar y el metal infiltrante con otro crisol de saturación (5) invertido que se aj uste lo más posible al anterior. De esta forma la preforma porosa (2) y el metal quedan encerrados en la cámara de saturación cerrada (6) cuyo montaje y desmontaje solamente implica el deslizamiento de ambos crisoles, crisol de infiltración (3) Y crisol de saturación (5) entre sí.
Adicionalmente, para asegurar la funcionalidad de la cámara de saturación cerrada (6), se puede colocar una pieza mecanizada de material aislante térmico que actúe de capucha, no mostrada en las figuras, sobre el crisol de saturación (5) invertido en la parte superior del dispositivo, con objeto de mantener dicho crisol siempre a temperatura más elevada que el resto.
El dispositivo resultante puede ser introducido en el interior de cualquier cámara de infiltración convencional a la que se le puede aplicar vacío, elevar la temperatura y aplicar presión por medio de un gas.
El material del que está hecho el crisol de infiltración (3) se selecciona de manera preferente del siguiente grupo: acero comercial, grafito, cerámica de alta densidad del tipo A1203 o Si02. Además, dicho material puede estar modificado superficialmente para evitar cualquier reacción química con el metal infiltrante.
El material del que está hecho el crisol de saturación (5) se selecciona de manera preferente del siguiente grupo: acero comercial , grafito, cerámica de alta densidad del tipo A1203 o Si02. Además, dicho material puede estar modificado superficialmente para evitar cualquier reacción química con el metal infiltrante.
El material del que está hecha la capucha de aislamiento térmico, en caso de utilizarse cubriendo al crisol de saturación (5), se selecciona de manera preferente del siguiente grupo: cerámica de alta o baja densidad del tipo A1203 o Si02, cerámica de base A1203 o Si02 de textura porosa y de alta capacidad de mecanizado.
Los metales líquidos de alta presión de vapor
(Pv ), siendo ésta superior a 10-3 mm Hg se seleccionan de manera preferente del siguiente grupo de metales puros o aleaciones que los pueden contener: Sr, Ca, Pb, Zn, Mg, Mn y Cr.
El crisol de infiltración (3) es, en una realización, de base preferentemente plana. El crisol de saturación (5) es, en la misma u otra realización, de base preferentemente plana o semiesférica. Asimismo, este crisol de saturación (5) tiene un contorno preferentemente adaptable en ±O.lmm al crisol de infiltración
(3) .
El procedimiento de utilización del dispositivo
- (1)
- comprende las siguientes etapas:
- a. disposición
- de la preforma porosa (2) en el
- interior
- del crisol de infiltración (3), y del metal
- líquido
- infiltrante en su parte superior por encima de
- dicha preforma porosa
- (2),
b. disposición del crisol de saturación (5) invertido cubriendo el crisol de infiltración (3) con la función de crear una cámara de saturación cerrada (6)
- para lograr la saturación del
- vapor metálico,
- c. aplicación
- de vacío a dicho dispositivo (1)
- hasta
- un valor por debajo de 50 mbar,
- d. aumento
- de la temperatura del dispositivo (1)
- hasta al
- menos la temperatura de fusión del metal,
e.aumento de la presión interior de la cámara de saturación cerrada (6) del dispositivo (1) mediante la aplicación de gas presurizado a la máquina de infiltración donde esté instalado el dispositivo (1) para forzar al metal líquido a infiltrar en el interior de la preforma porosa (2),
f.solidificación del metal líquido.
Entre las etapas c y d se añade otra etapa que consiste en la aplicación de un gas inerte en la cámara de saturación cerrada (6) hasta una presión inferior a la de infiltración del medio poroso con objeto de evitar la posterior evaporación del metal por efecto del vacío.
En el procedimiento descrito, el calentamiento a vacío logra la evaporación de los metales altamente volátiles. Puesto que el metal se encuentra en el interior de la cámara de saturación cerrada (6) generada por ambos crisoles, crisol de infiltración (3) Y crisol de saturación (5), la atmósfera del medio se enriquecerá rápidamente en vapor del metal hasta que se alcance un equilibrio, deteniéndose de este modo la evaporación del metal. Dado que el espacio libre en la cámara de saturación cerrada (6) es controlable y generalmente muy limitado, la saturación en vapor metálico se alcanzará antes de que las pérdidas de metal sean significativas.
El hecho de que el dispositivo permita trabajar en vacío aporta múltiples ventajas en el caso de que se trabaje con metales con elevada afinidad por el oxígeno
en estado líquido, ya que la presión parcial de oxígeno en la cámara de saturación cerrada (6) de infiltración se reduce tanto que la oxidación deja de ser un problema para muchos metales.
Estos óxidos suelen ser compuestos de elevado punto de fusión. En estos casos, la presencia de una cámara de saturación cerrada (6) es de gran ayuda porque así como para el vapor metálico ésta actúa de trampa
10 caliente impidiendo su deposición y posterior evaporación, para estos óxidos, con alto punto de fusión, actúa de trampa fría, depositándose consecuentemente en las paredes interiores del crisol de saturación (5) invertido.
15 Una consecuencia sumamente positiva es que, en cualquier caso, el dispositivo permite la obtención de un material compuesto libre de óxidos.
20 Finalmente, un efecto práctico de gran relevancia es que este dispositivo evita por completo que el metal se deposite en las diferentes partes de la máquina de infiltración donde esté instalado.
Claims (11)
- REIVINDICACIONES
- l.-Dispositivo
- (1) para la infiltración de pre
- formas
- porosas con metales líquidos de alta presión de
- vapor,
- siendo ésta superior a 10-3 mm Hg, que comprende
distintos elementos: una preforma porosa (2), un crisol de infiltración (3) que alberga a su vez dicha preforma porosa (2) y el metal líquido (4) que será infiltrado en la misma produciéndose la infiltración mediante gas presurizado caracterizado porque comprende un crisol de saturación (5) dispuesto de tal forma que queda invertido respecto al crisol de infiltración (3) cubriéndolo y formando así una cámara de saturación cerrada (6). -
- 2.
- -Dispositivo según la reivindicación 1 en el que cubriendo al crisol de saturación (5) se dispone una capucha de aislamiento térmico.
-
- 3.
- -Dispositivo según las reivindicaciones anteriores en el que el material del que está hecho el crisol de infiltración (3) está seleccionado del siguiente grupo: acero comercial, grafito, cerámica de alta densidad del tipo A1203 o Si02.
-
- 4.
- -Dispositivo según las reivindicaciones anteriores en el que el material del que está hecho el crisol de saturación (5) está seleccionado del siguiente grupo: acero comercial, grafito, cerámica de alta densidad del tipo A1203 o Si02.
-
- 5.
- -Dispositivo según las reivindicaciones anteriores en el que el material de que está hecha la capucha de aislamiento térmico está seleccionado del siguiente grupo: cerámica de alta o baja densidad del tipo A1203 o Si02, cerámica de base A1203 o Si02 de textu
ra porosa y de alta capacidad de mecanizado. -
- 6.
- -Dispositivo según las reivindicaciones anteriores en el que los metales líquidos de alta presión de
-
- 7.
- -Dispositivo según las reivindicaciones anteriores en el que el crisol de infiltración (3) es de base plana.
-
- 8.
- -Dispositivo según las reivindicaciones anteriores en el que el crisol de saturación (5) es de base plana o semiesférica.
-
- 9.
- -Dispositivo según las reivindicaciones anteriores en el que el crisol de saturación (5) tiene un contorno preferentemente adaptable en ±O. 1mm al crisol de infiltración (3).
- vapor
- se seleccionan del siguiente grupo de metales
- puros
- o aleaciones que los pueden contener: Sr, Ca, Pb,
- Zn,
- Mg, Mn y Cr.
- 10.-Procedimiento de utilización del dispositivo(1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende las siguientes etapas:
- a.
- disposición de la preforma porosa (2) en el interior del crisol de infiltración (3), y del metal líquido infiltrante (4) en su parte superior por encima de dicha preforma porosa
(2) ,- b.
- disposición del crisol de saturación (5) invertido cubriendo el crisol de infiltración
(3) con la función de crear una cámara de saturación cerrada (6) para lograr la saturación del vapor metálico,- c.
- aplicación de vacío a dicho dispositivo (1)
hasta un valor por debajo de 50 mbar,d. aumento de la temperatura del dispositivo (1) hasta al menos la temperatura de fusión del metal,5 e. aumento de la presión interior de la cámara de saturación cerrada (6) del dispositivo (1) mediante la aplicación de gas presurizado a la máquina de infiltración donde esté instalado el dispositivo (1) para forzar al metal líqui10 do a infiltrar en el interior de la preforma porosa (2),f. solidificación del metal líquido. - 11.-Procedimiento, según la reivindicación 10 en15 el que entre las etapas c y d se añade otra etapa que consiste en la aplicación de un gas inerte en la cámara de saturación cerrada (6) hasta una presión inferior a la de infiltración del medio poroso con objeto de evitar la posterior evaporación del metal por efecto del vacío.1~ 3Fig.1
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|---|---|---|---|
| ES201132061A ES2410904B1 (es) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | Dispositivo y procedimiento de utilización del mismo para la infiltración de preformas porosas con metales líquidos de alta presión de vapor. |
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|---|---|
| ES2410904A1 true ES2410904A1 (es) | 2013-07-03 |
| ES2410904B1 ES2410904B1 (es) | 2014-05-07 |
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| ES201132061A Active ES2410904B1 (es) | 2011-12-21 | 2011-12-21 | Dispositivo y procedimiento de utilización del mismo para la infiltración de preformas porosas con metales líquidos de alta presión de vapor. |
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|---|---|
| ES (1) | ES2410904B1 (es) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4988645A (en) * | 1988-12-12 | 1991-01-29 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Cermet materials prepared by combustion synthesis and metal infiltration |
| US5275226A (en) * | 1989-03-17 | 1994-01-04 | Arnold J. Cook | Method and apparatus for casting |
| EP0636700A2 (en) * | 1993-07-29 | 1995-02-01 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Methods and apparatus for preparing metal-ceramic composite bodies |
| US6451385B1 (en) * | 1999-05-04 | 2002-09-17 | Purdue Research Foundation | pressure infiltration for production of composites |
-
2011
- 2011-12-21 ES ES201132061A patent/ES2410904B1/es active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4988645A (en) * | 1988-12-12 | 1991-01-29 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Cermet materials prepared by combustion synthesis and metal infiltration |
| US5275226A (en) * | 1989-03-17 | 1994-01-04 | Arnold J. Cook | Method and apparatus for casting |
| EP0636700A2 (en) * | 1993-07-29 | 1995-02-01 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Methods and apparatus for preparing metal-ceramic composite bodies |
| US6451385B1 (en) * | 1999-05-04 | 2002-09-17 | Purdue Research Foundation | pressure infiltration for production of composites |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| GUL et al. Effect of the reinforcement volumne fraction on the dry sliding wear behaviour of Al-10Si/SiCp composites produced by vacuum infiltration technique. Composites Science and Technology, 2004, Vol 64, páginas 1959 a 1970, apartados 2.1 y 2.2 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2410904B1 (es) | 2014-05-07 |
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