Search

Raportissa esitellään FG materiaalit ja kirjallisuuteen pohjautuen niitten tutkimuksen, tuotekehityksen ja valmistuksen taso maailmalla sekä valmistusmenetelmät. Lisäksi on esitetty FG materiaalien käyttökohteita suomalaisessa teollisuudessa. FG materiaalilla tarkoitetaan komposiittimateriaalia, jossa aine muuttuu toiseksi ilman terävää rajapintaa. FG materiaali voi olla erillinen kappale tai FG materiaalikerroksen avulla voidaan parantaa pinnoitteitten ja liitosten kiinnipysyvyyttä. Sopivat metallin ja keraamisen materiaalin yhdistelmät kestävät valtavia lämpötilaeroja. Kulumis- ja korroosiokestävyys ovat yhtä hyvät kuin materiaaliparin kestävämmän osapuolen. Erikoissovelluksia odotetaan löytyvän myös elektroniikan ja biotekniikan alueelta. FG materiaaleja on kehitetty järjestelmällisesti Japanissa vuodesta 1984 lähtien. Japanilaisen tutkimus- ja kehitystyön tavoitteena ovat olleet avaruuslentokoneisiin, fuusio reaktoreihin ja lentokonemoottoreihin tarvittavat suuria lämpötilaeroja kestävät materiaalit, mutta järjestelmällisen etsinnän tuloksena on löydetty myös suuri joukko tavanomaisempia sovelluskohteita. Euroopassa ja USA:ssa on niin yliopistojen, tutkimuslaitosten kuin teollisuudenkin mielenkiinto FG materiaaleja kohtaan lisääntynyt merkittävästi viime vuosina.

Julkaisussa käsitellään teräs- ja alumiinimatriisikomposiittien valmistusta ruiskupuristamalla. Ruiskupuristettavia massoja on valmistettu erilaisista jauheista ja jauheitten seoksista ja massoista on puristettu kappaleita. Sideaineenpoistoja on tehty sekä alipaineessa että typpivirtauksessa ja kappaleita on sintrattu eri lämpötiloissa. Metallimatliisikomposiitteja valmistettaessa sideaineenpoistovaiheessa tai viimeistään sintrauksessa kohdattiin vaikeuksia. Alumiini- ja alumiinimatriisikomposiittikappaleet kuplivat sideaineenpoistossa ja sintrattuihin kappaleisiin jäi alkuperäisten partikkelien pintaan oksidikerros. Teräsmatriisikomposiittikappaleista sideaine poistui, kun uunissa oli typpivirtaus. Sintratut kappaleet olivat huokoisia, tai jos ne saatiin tiiviiksi, kappale osittain suli sintrattaessa. Kappaleitten Amborakennekuvista voitiin päätellä, että ruiskupuristusprosessissa lujite saadaan tasaisesti matriisimateriaalin sekaan.

Tutkimuksessa on käsitelty joidenkin metallijauheiden ruiskupuristuksessa käytettyjen kestomuovipohjaisten sideainoseosten komponenttien rakennetta ja rakenteen vaikutusta ominaisuuksiin sekä sideaineenpoistoon vaikuttavia uuniteknisiä ja fysikaalis-kemiallisia tekijöitä. Näiden avulla on yritetty selittää havaittuja sideameenpoiston vaikeuksia ja eri massojen käyttäytymistä sideaineenpoistossa. Kaikista kokeilluista seoksista saadaan virheettömän näköisiä puristettuja testisauvoja, mutta joistakin löydetään röntgenläpivalaisumenetelmällä sisäisiä virheitä. Puristettavuus ja puristuslämpötila voidaan luotettavasti ennustaa sulaindeksimittauksella. Prosessia tutkittaessa suuritöisin vaihe on sideaineenpoisto. Täysin onnistuneeseen, toistettavaan sideaineenpoistoon ei ole päästy vielä millään sideaineseoksella. Syyksi epäillään käytettävissä olevan alipaineuunin rakennetta: uuniin ei saada tarvittavaa kaasuvirtausta. On selviä viitteitä siitä, että massoja olisi kahta täysin eri lailla sideaineenpoistossa käyttäytyvää tyyppiä, mutta täyttä varmuutta ei ole saatu, koska tehdyissä parafiinipohjaisissa kappaleissa on ollut vikoja jo puristusvaiheessa. Näiden massojen kiehumistaipumus alipaineessa ei ole yhtä suuri kuin muitten tutkittujen massojen. Useimmista tutkituista massoista sideaine poistuu paremmin suojakaasuatmosfäärissä. Fysikaaliskemiallisen tarkastelun perusteella tärkeimpiä sideaineenpoistumiseen vaikuttavia tekijöitä ovat lämpötila, paine, komponenttien höyrynpaineet, kaasuvirtaus uunissa ja sideaineseoksen viskositeetti.