An Analysis of Geometric Conditions in the Process of Infiltrating the Reinforcement of Cast Metal Matrix Composites

Análisis de las condiciones geométricas en el proceso de infiltración del refuerzo de compuestos de matriz metálica fundida

Se ha realizado un análisis de la primera etapa de producción de coladas a partir de materiales compuestos metálicos saturados, que consiste en la penetración de metal líquido en las profundidades del refuerzo. Para la mayoría de los materiales aplicados, tanto la matriz como los refuerzos de los compuestos, este proceso es difícil debido a la escasa humectabilidad del refuerzo cerámico por el metal líquido. La presión es el factor determinante. Es fácil seleccionar esta presión cuando la forma y las dimensiones del espacio entre las fibras de refuerzo pueden describirse geométricamente; esto ocurre cuando las fibras de refuerzo están ordenadas. Para los compuestos de fibras desordenadas es prácticamente imposible describir la geometría del espacio entre fibras. Se ha demostrado que la etapa de llenado con metal de los espacios capilares cerrados formados por fibras que se tocan entre sí es decisiva en el proceso de saturación. También se ha demostrado que el proceso de saturación del refuerzo con fibras desordenadas debe examinarse a escala macroscópica.

INTRODUCCIÓN

En el proceso de refuerzo de materiales compuestos de matriz metálica fundida, los espacios entre los elementos que componen la armadura se rellenan con una matriz metálica líquida [1-4]. La pobre humectabilidad del refuerzo cerámico que ocurre en la mayoría de los casos excluye la espontaneidad del proceso de infiltración, por lo que debe ser reforzado por un factor externo: la presión. Un refuerzo destinado a la producción de materiales compuestos infiltrados puede ser de diferente estructura y, en consecuencia, diferente forma y tamaño del espacio relleno con metal (Figura 1.). Los espacios rellenos de metal, en el caso de armaduras en forma de haz de fibras paralelas, son capilares de formas y tamaños repetibles. Para un refuerzo hecho de fibras cortas y desordenadas, este espacio está creado por una disposición caótica de capilares, imposible o difícil de describir matemáticamente. El propósito de este informe es analizar el efecto de la geometría de los espacios llenos de metal líquido sobre el valor de la presión de infiltración que garantiza un grado definido de llenado de estos espacios, teniendo en cuenta además las propiedades físicas y químicas del sistema metal líquido. - cuerpo sólido (refuerzo) - gas.

INFILTRACIÓN DEL REFUERZO DE FIBRAS ORDENADAS LARGAS

​La presión externa p, también llamada presión de infiltración, que provoca la infiltración del sistema capilar, está determinada por la dependencia [5]:

​$p = p_{kap} + p_g + ∆p$​