CN1035832C - 容器喂料法制造陶瓷复合结构及其制品 - Google Patents

Abstract

一种生产自支承陶瓷复合结构的方法，包括使一种母金属氧化形成长入一种填料的该母金属的氧化反应产物。该方法包括加热母金属以提供熔融金属第一源和熔融金属储存器，并使熔融金属第一源与可渗透的填料床接触。熔融金属第一源与氧化剂反应形成氧化反应产物，并且当反应继续进行时，该第一源由上述储存器再充满。并且，至少一部分填料床埋置在氧化反应产物内。填料床可以是任何适当形状，包括空心体形状。

Description

容器喂料法制造陶瓷复合结构及其制品

从广义上来说，本发明涉及陶瓷复合结构的制造方法。特别是，本发明涉及制造包括嵌有填充料的多晶陶瓷基体的陶瓷复合结构的容器喂料法。

本申请的主题与1986年1月17日申请的共同所有在美国专利申请系列号819,397有关，而上述申请是1985，2月4日申请的系列号为697,878的部分继续申请，这两个专利申请都是以Marc S.Newkirk等人名义，题目为“复合陶瓷制品及其制造方法。”此申请披露了生产自支承陶瓷复合材料的新方法，此法是从母金属向可渗透的填充料层中生长氧化反应产物而得。然而，此方法并未给所得的复合材料提供预先选择形状或几何形状。

生长陶瓷氧化反应产物的方法，从种属上说，披露于1986年1月15日申请的共同所有的美国专利申请系列号818,943。这个专利是作为1985年9月17日申请的系列号为776,964的部分继续申请，后者为1985年2月26日申请的系列号为705,787的部分继续申请。而后者又是1984年3月16日申请的系列号为591,392的部分继续申请。所有这些专利申请都是以Marc S.Newkirk等人名义，题目为“新型陶瓷材料及其制造方法”。发现氧化现象由于在母金属中采用合金掺杂剂而得到增强，该发现提供了母金属前体的氧化反应产物形式生长成的有预期尺寸的自支承陶瓷体。

上述方法由于采用了外部掺杂剂施加到母金属前体的表面上而得到改进，如在1986年1月27日提出的共同所有室美国专利申请系列号为822,999中公开的，该申请为1985年6月25日申请的系列号为747,788的部分继续申请，后者为1984年6月25日申请的系列号为632,636的部分继续申请。所有这些专利申请都是以Marc S.Newkirk等人名义，题目都是“自支承陶瓷材料的制造方法”。

上述几种方法的进一步发展使陶瓷复合结构的形成成为可能，该复合结构(1)含有一个或多个的空腔，该空腔能反形复制母金属前体的几何形状，(2)具有它反形复制母金属前体的阳模的阴模。这些方法分别叙述于(1)1986年1月27日申请的共同所有美国专利申请系列号为832,542的申请中，申请人为Marc S.Newkirk等人，题目是“反形复制陶瓷复合材料制品的方法以其由此得到的制品”，(2)1986年8月13日申请的共同所有美国专利申请系列号为896,147的申请中，申请人为Marc S.Newkirk，题目为“制造具有反形复制表面的陶瓷复合材料制品的方法以其用此制得的制品”。

此外发展了制造具有预先选择形状或几何形状的陶瓷复合结构的方法。这些方法包括采用一定形状的可渗透的填充料的预成型体，然后用母金属前体的氧化方法使陶瓷基体生长到填充料中去，正如在1986年5月8日申请的共同所有美国专利申请系列号为861,025中所描述的，该申请是以Marc S.Newkirk等人名义，题目为”异型陶瓷复合体及其制造方法”。制造这种异型陶瓷复合材料的另一种方法，包括采用阻挡装置来阻止或抑制在所选边界处的氧化反应产物的生长，以确定陶瓷复合结构的形状或几何形状。这种工艺技术在1986年5月8日申请的共同所有的美国专利申请系列号861,025中有所描述，该申请是以Marc.S.Newkirk等人名义，题目为“用阻挡装置制造异型陶瓷复合体的方法”。

所有上述各个共同所有的美国专利申请的公开内容，结合在此以供参考。

近年来，将陶瓷用于历来用金属的结构应用中日益受到关注。上面提到的共同所有的美国专利申请，在工艺技术上提供显著的进步，特别是在高强度、高断裂韧性的陶瓷复合体的成本一效果(cost-effective)生产方面。共同所有美国专利申请的工艺方法使得通过利用特殊的氧化现象包括异型陶瓷复合结构及大型陶瓷结构的陶瓷复合结构的生产成为可能，使有可能避免采用粉料烧结和热压技术以及受到它们特有的限制。例如，在这种常规的粉料工艺中，通过捣实或压实法使粉体密实化的必要性，与大型、成块的陶瓷结构的制造是不相容的。而且，这种粉料工艺技术要适合于陶瓷复合结构制备的并不是一件容易的事。陶瓷复合结构包括由两种或多种的不同材料制成的非均质材料、块体或物品，其中不同材料紧密地联结在一起，以获得复合材料所要求的性能。典型的复合材料是由其中嵌入一种或多种不同的填充材料的陶瓷基体组成，其中填充材料可以是粒状、杆状、纤维状以及类似的形状。

本发明是根据采用一种或多种共同所有的美国专利申请的工艺方法，并通过提供母金属容器装置加以进一步改进，如下进一步阐述。这些工艺方法克服了上述困难，以生产高强度、高断裂韧性的陶瓷显微结构，从机理上说，它比常用的方法更直接，成本更低。本发明提供了进一步的改进方法和手段，以更可靠地生产陶瓷复合结构，这是基于氧化反应产物的大小及厚度用以前的工艺技术很难甚至不可能复制的。本发明还能生产具有陶瓷表面的金属结构部件，在某些情况下，它比全陶瓷体更轻一些，更廉价一些。

本发明的一个方面提供了生产自支承陶瓷复合结构的方法，该结构包括通过母金属和氧化剂继续氧化反应形成多晶材料而得的陶瓷基体。在该方法的实施中，使母金属体和可渗透的填充料相对彼此定位，以使所形成的氧化反应产物发生在朝向填充料的方向，并进入填充料之中该母金属提供了熔融母金属的第一源和通过重力流动与第一源连通的熔融母金属储存器(reservoir)。熔融母金属的第一源与氧化剂反应形成氧化反应产物，并且使至少一部分氧化反应产物保持与熔融母金属的第一源和氧化剂相接触处于它们之间，并逐渐地通过氧化反应产物把熔融母金属引向氧化剂，进入填充料之中，使得氧化反应产物连续地在填充料中的氧化剂与先前形成的氧化反应产物之间的界面上形成。熔融母金属的第一源再从熔融母金属储存器得到填满，最好以连续的方式，随着反应的继续进行足以形成渗透至少一部分填料的氧化反应产物的时间后，而形成陶瓷复合结构。

本发明的另一个方面提供了具有自支承陶瓷表面的金属结构，该结构由包括金属前体的基层和叠加在基层上的填充体，以及与基层形成整体的陶瓷基体组成，其中的陶瓷基体通过金属前体与氧化剂的氧化反应而嵌有填充料。

一般来说，本发明不仅提供生产自支承陶瓷复合结构的显著的工艺优点，并且能够生产新型陶瓷表面的金属结构，其中陶瓷表面是从母金属形成的。也就是说，母金属是陶瓷基体的前体，因为它与金属是整体形成，最终的复合产物包括金属基层上的一层陶瓷面层。陶瓷面层嵌入了填充料，陶瓷面层可以在金属的基层外部的表面上形成或者在内部表面上形成或在两者上都形成，陶瓷面层可能是根据每一相对于金属基层的体积的总体积的选定的或预定的厚度。本发明的再充满母金属的这些种方法能够制备厚壁或薄壁陶瓷结构，其中提供陶瓷表面的陶瓷基体的相对体积，事实上比金属前体基层的体积更大或更小。如果要求成品的话，则母金属基层可以完全地或部分地除去，或者是原封不动地留下来。

本发明的方法还能从普通的母金属来源来生产系列化的陶瓷复合结构，因此显著地提高了操作的效率。

在本发明的另一方面，提供一种陶瓷表面金属基层部件，其中所说的基层是粘结到该表面的陶瓷基体上。

本发明的另一方面，提供了陶瓷表面金属基层的部件，其中在陶瓷与金属二者的界面上，陶瓷表面处于受压状态而金属基层则处于受拉状态。

正如在本说明书中及附加属权利要求中所用的，下述的专业术语定义如下：

“陶瓷”一词并不是不适当地局限于传统意义上的陶瓷体，也就是说，它完全由非金属和无机材料组成，而在此必须理解，正如本处所用的，这个词被认为是一种坯体，根据组成或者是主要的性能来看陶瓷是占优势的，虽然这种坯体可能含有较少的或相当数量的一种或多种的由母金属、氧化剂或掺杂剂得来的金属成份，最典型含量范围约在1-40％(体积)之间，但是也可含更多的金属。

“氧化反应产物”通常是指在任何氧化状态的原子或多种的金属，其中金属给出电子或与另一种元素共用电子、化合物或其混合物中。因此，在这个定义下，“氧化反应产物”包含一种或多种金属与氧化剂反应的产物，正如在本申请中所描述的那样。

“氧化剂”是指一种或多种适当的电子受主或电子的共有者，在工艺条件下可能是固体、液体或气体(蒸汽)，或由三种状态构成的某些组合体(例如，固体和气体)。这种定义意味着包括在本发明工艺过程条件下，可被母金属还原的化合物。

“母金属”就是指这样的金属，例如铝，它是多晶氧化反应产物的前体，这种金属包括相当纯的金属，含具有杂质和/或合金成份的市售金属，或者是一种合金，其中金属前体为其主要成份；当指定金属做为母金属时，例如铝，所指定的金属必须按照这个定义来理解，除非上下文另有指明。

本发明的其它优点及能力将从随后的描述中阐明。

图1是一示意图，立面的部分剖面视图，表明母金属储存器和母金属第一源的装置图安放于惰性材料及填充料块体之内；

图1A是图1中用虚线截出的区域A的放大视图；

图2是按照本发明中图1的装置所做出的自支承陶瓷复合结构的立面部分剖面视图；

图3是一装置的纵剖视示意图，包括一陶瓷金属储存器以及装在阻挡装置中的预成型体，装在一阻挡装置内并安放在包含在耐火容器内的保持床内；

图4是一立视图，部分剖掉的自支承陶瓷复合结构，它是按照本发明，采用图3的装置制成的；

图5是对应于图3的视图，但表示的是另外一种熔融母金属储存器与一预成型体相接触的容器装置，安放在包含在耐火容器内的保持床内，从而提供一适于实施本发明的装置；

图6是一剖视图，表明另一种装置，包括一母金属储存器，通过一导管与厚壁预成型体相连，安置在容纳于耐火容器中的惰性材料床中；

图7是按照本发明用图6的装置制成的自支承陶瓷复合结构；

图8是一剖视图，表明另一种母金属的母金属第一源的组装，它安置与预成型体相接触，而母金属储存器则处于以重力流动与母金属第一源相连通；

图9是按照本发明采用图8的装置制造的自支承陶瓷复合结构的顶视图；

图10是另一个组装的纵剖面视图，包括以重力流动与多个预成型体连通的母金属储存器，图中靠右部分的母金属省略未画，以改进表达的清晰度；

图11是图10组装的顶视图，有部分断开，这一部分为了表达清晰而未画，其外廊以虚线表示；

图12是局部纵视图，表明一开口模型，用于空心预成型体的注浆，并表示浇注好的从模型中取出的预成型体；

图13是按照本发明中图10、11所示的组装制作的自支承陶瓷复合结构的部分剖面视图；

图14是用注浆法生产空心成型体的分体模型的剖面视图；

图15是用图14所示的模型，用注浆法制成的空心成型体的平面视图；

图15A是图15中沿A-A线所取的剖视图；

图16是一剖面视图，表明母金属的第一源安置于图15A所示的空心成型体之中的组装，一母金属储存器按重力流动与第一源连通，该组装安置在容纳于耐火容器中的由惰性材料组成的床内；

图17是按照图15A所画的剖面视图，表明一自支承金属充填陶瓷表面的复合结构，该结构是按照本发明所示的图16装置制成；

图18是一立面剖视图，表明另一种母金属容器的组装，带有阻挡装置的成型体，以及通入熔融母金属的导管，此组装安置在容纳于耐火容器中的床之内；

图18A是沿图18中A-A线所取的成型体的剖视图；

图19是用按照本发明图16的装置制造的自支承陶瓷复合结构的透视图；

图20为一成型体的部分剖视立面图，成型体有一中心膛孔，并衬以阻挡装置；

图20A是从图20中沿A-A线所取的端视图；

图21是一剖视立面图，表明图20中的成型体浸入盛在耐火容器中的熔融金属之中的组装；

图21A是图21组装的顶视图；

图22是用按照本发明所列的图21的装置制造的自支承陶瓷表面的金属结构的透视图；

图23在本发明中可使用的另一种成型体的部分剖视立面图；

图24是图23所示成型体的顶视图；

在本发明实践中，母金属储存器相对来说位于填充料块之上，以便当金属熔化时，可以流入填充块体并使之填满，在某些情况下，开始时提供熔化金属，然后填满，与填充体相接触母金属的那一部分、那一段、或来源。

有时可以放置阻挡装置来限定或与至少一个填料体表面相吻合。并将该组装置于氧化环境中(或者说，如果氧化剂是包含在成型体内时，该组装可置于惰性环境中)，然后加热到高于母金属的熔点，但低于母金属的氧化反应产物的熔点的温度范围内。该填充料块体对新生成的氧化反应产物是可渗透的，以致使它渗透进去，如果氧化剂中含有气相氧化剂，例如，空气，则填充料块体对氧化剂也是可渗透的。当与氧化剂接触时，熔融母金属发生氧化形成氧化反应产物而渗入填充料块体内，从而，填充料组分开始嵌入由母金属的氧化而得的多晶材料组成的陶瓷基体中。使至少一部分氧化反应产物保持与熔融母金属和氧化剂接触，以及延伸在二者之间，这样，由于继续暴露于氧化剂，熔融母金属逐渐地被抽引穿过氧化反应产物而移向氧化剂。熔融母金属与氧化剂接触形成附加的氧化反应产物，因而导致在填充料块体中多晶氧化反应产物材料的继续生长。在某些情况下，代表母金属的非氧化的组分，或者氧化剂的还原的组分的金属组分，和/或空隙可能剩下分散在多晶材料之中。一般氧化反应产物主要由互相连接的晶粒，最好成为三维的连接，和未氧化的金属组分组成，当存在金属组分时，它可能至少部分连接，也可能包括不连续的非连接的金属组分的“孤岛”。在共同所有的美国专利申请中详细描述了包括氧化反应产物向填充体的渗透的这种氧化反应。

这个过程一直继续到多晶基体材料已经渗入并嵌入进填充材料到所需的程度，例如，至少要到附加的阻挡装置所确定的填充料体的一个边界面为止。阻挡装置是用来制止、避免或终止氧化反应产物的生长用的，因而提供制成陶瓷复合材料的网格或接近于网格外形。

按照本发明，母金属按这种方式分配以便能提供母金属的第一源，它是反应源，其中第一反应源体，与填充料接触，并为氧化反应产物的前体。另外，还有母金属的第二部分，它是母金属的非反应源，作为第一源的储存器。此储存器与第一源相连接，由于重力母金属从储存器流向第一源以充满母金属源，然后经受氧化反应，因而保证充分的母金属用来继续此处工艺过程，直到多晶材料已生长到所需的程度，例如，直到填充料的基床边界面为止。在某些情况下，阻挡装置包围在或封闭在填充料基床的外表面上，即填充料基床的边界面上，以使多晶材料的生长范围，受到了阻挡装置的限定。在这种情况下，陶瓷体的外形基本上是与阻挡装置的内表面一致。多晶基体材料的形成范围还受除阻挡装置以外的限制，例如，通过把一种或多种掺杂剂和/或氧化剂，只施加到要求形成多晶体材料的填充料基体的那些部分上。一般来说，保持在填充料块内部的氧化动力学比保持在填充料块体外面的更有利于生长。

陶瓷复合结构可能具有反型复制了母金属源的外形的阴模，或者是含有一个或多个空腔，例如它包含空心体。本发明的母金属填满工艺方法能够使阴模或空腔来容纳或完全充满了母金属，在工艺过程完成，冷却之后，母金属固化成结构。固化的母金属可以随意地从含有它的阴模或空腔中移出，如下所述。当应用预成型体时，也就是说被适当的粘结剂粘接起来的有一定形状的填充料体，它具有适应搬运和加工所需的足够的生坯强度，当按照上述各工艺过程步骤，所得陶瓷复合体的形状实质上与预成型体的形状相同，方法是或者采用阻挡装置，或者使氧化反应动力学维持在预成型体之内，后者比那些在预成型体的外面的更为有利。

虽然下面详细描述的本发明中专门涉及铝作为优选的母金属，其它能满足本发明要求的适用的母金属包括，但不限于此，硅、钛、锡、锆和铪。例如本发明的具体方案，当母金属用铝时，包括α-氧化铝，氮化铝或硼化铝作为氧化反应产物；母金属用钛时，氮化钛或硼化钛作为氧化反应产物；母用硅时，碳化硅，氮化硅或硼化硅作为氧化反应产物。

正如在上述共同所有美国专利申请系列号818,943及822,999以及它们各自先前的申请中所详细描述的，可将一种或多种掺杂剂与母金属一起使用。在此和权利要求中所用的一种或多种掺杂剂连同母金属在一起意味着包括下列步骤：(1)将一种或多种掺杂剂熔合到母金属中，(2)将一种或多种掺杂剂外部施用到母金属体表面的至少一部分上，(3)将一种或多种掺杂剂放置在邻近母金属体处，例如，将一种或多种掺杂剂放入填充料块体内，母金属的多晶氧化反应产物生长或形成进入填充料块体内，以及(4)任何上述步骤的结合。

可以使用固体的、液体的或气相的氧化剂，或者上述氧化剂的组合物。例如，典型的氧化剂包括，但不限于此，氧、氮、囱素、硫、磷、砷、碳、硼、硒、碲以及它们化合物，和混合物，例如，二氧化硅(作为氧的来源)，甲烷、乙烷、丙烷、乙炔、乙烯和丙烯(作为碳的来源)，以及混合物，例如，空气，H₂/H₂O及CO/CO₂，后二者(即H₂/H₂O及CO/CO₂)用于降低周围环境的氧活性。因此，本发明的陶瓷结构可能包括，例如包括一种或多种氧化物、氮化物、碳化物和硼化物的氧化反应产物。更具体地说，氧化反应产物可能是氧化铝、氮化铝、碳化硅、硼化硅、硼化铝、氮化钛、氮化锆、硼化钛、硼化锆、碳化锆、氮化硅、碳化钛、碳化铪、硼化铪和氧化锡中的一种或多种。

虽然任何合适的氧化剂都可以使用，本发明具体方案是采用气相氧化剂，描述如下。如果采用气体或蒸气氧化剂，则填充料体对气相氧化剂是可渗透的，以使氧化剂能渗入填充料内并与熔融母金属接触，而熔融母金属经过正在形成的氧化反应产物而被输送。氧气或含氧气体混合物(包括空气)是优选的气相氧化剂，在采用铝作为母金属的情况下，空气通常是最好的氧化剂，这是明显地从经济角度来看是这样。当一种氧化剂被指定的气体或蒸汽在所用氧化气氛下获得的条件是唯一、占优势的，或至少是这种母金属的显著的氧化剂。例如，虽然空气的主要成份是氮，但空气中的氧含量对母金属说是唯一的氧化剂，因为氧与氮相比是更有效的强氧化剂。所以空气符合“含氧气体”氧化剂的定义，而不符合“含氮气体”氧化剂的定义。在这里和权利要求中所用的“含氮气体”氧化剂一个例子是“混合气体”它一般含有96％(体积)氮和4％(体积)氢。

当采用固体氧化剂时，通常把它完全地分散到整个填充料块体之中，或者分散到一部分靠近母金属的填充料之中，固体氧化剂呈粒状与填充料混合在一起，或者也许是作为在填充料颗粒上的涂层。可以使用任何合适的固体氧化剂，包括元素，象硼或碳，或者可还原的化合物，象二氧化硅或某些比母金属的硼化反应产物的热力学稳定性更低的硼化物。例如，对于母金属为铝，采用硼或可还原的硼化物为固体氧化剂时，最终的氧化反应产物是硼化铝。

在某些情况下，使用固体氧化剂的氧化反应可能进行得十分迅速，以致氧化反应产物由于工艺过程的放热性质而趋于熔化。发生这种现象会降低陶瓷体显微结构的均匀性。这种快速的放热反应可被避免或使之缓和，办法是在成份中混入相对惰性的填充料，它显示出低的反应活性。适用的惰性填充料的一个例子是一种本质上与所要求的氧化反应产物相同的惰性填充料。

如果采用液体氧化剂，将全部的填充料块体或其邻近熔融金属的一部分，用氧化剂涂覆或浸湿填充料使之浸透。关于液体氧化剂意思是指在氧化反应条件下它是液体，因而液体氧化剂可能具有固体前体，例如一种盐；它在氧化反应条件下呈熔化状态。另一方面，液体氧化剂可能有一种液体前体，例如一种材料的溶液，它用来浸渍部分的或全部填充料，在氧化反应条件下它熔化或分解之后，提供合适的氧化剂的一部分。在此定义下液体氧化剂的例子包括低熔玻璃。

在本发明的实践中所用的填充料可以是适合于此目的的一种或多种广泛种类的材料。填充料块体应该是“适合的”填充料，这一术语使用在这个地方意味着填充料是一种可以放置在容器之中，或者有一定形状的母金属埋在其中，或放置在与有一定形状的母金属相配合的状态下，填充料会符合容器的轮廓或有一定形状的母金属的轮廓。适合的填充料的采用使有符合容器的轮廓或有一定形状的母金属的轮廓。适合的填充料的采用使有可能利用在共同所有美国专利申请“用定型的复制的表面制作陶瓷复合制品的方法及由此法制得的制品”中所描述的工艺方法。适合的填充料可包括粒状材料，像耐火金属氧化物的细颗粒，纤维，像切的短纤维或羊毛状纤维材料，例如钢丝绒状材料，或者两种或多种这些物理外形的组合，例如，细颗粒和纤维的组合。在上述的共同所有的专利申请中描述的任一种有用的填充料和其组合均可选用。具有要生产的陶瓷复合结构所需的外形的预成型体，也可以用为填充料块体。

母金属的第一源，即用来与填充料接触的固体它可以成型为预定的形状或样式。将具有一定形状的母金属埋入或放置在与之配合的填充料块之中，以便反型复制母金属体的形状或样式。根据陶瓷复合结构的形成过程，复合材料所形成的样式是反型复制下来的。如果这种反型复制法并不是要求的或必须的，可以用预成型体来获得预定形状的复合体，而母金属的第一源就可以是任意形状的，像铸锭、坯段、棒状等。母金属储存器可以是任一方便的形状和大小，可放置在能以重力流动的方式与母金属第一源连通，以便使熔融的母金属由于重力而从母金属储存器中流到氧化反应产物的形成位置。

母金属储存器可以很方便地装在粒状惰性材料床内，这些惰性材料不会遭受或促进熔融母金属的氧化反应。熔融母金属通过位于容器底部的孔口传递到或喂进到母金属第一源。换句话说，母金属储存器可能含在适用的耐火材料容器内。

现在参照附图：图1表明一组装10具有一储存室12和阻挡装置14，14位于储存室12之下并通过12的底板28上的开孔(未标编号)与12相连。阻挡装置容器14实质上呈圆筒状外形，其内表面受一筛网16(图1及1A)的限定，筛网16包含于一打眼的圆筒18内并被18所加强，圆筒18作为外部的刚性组件起加强圆筒筛网16的作用。也可用一打眼的金属薄板，例如不锈钢，来代替筛网。在圆筒18的全部表面上均打了眼20花样(图1A)，并具有足够的刚性以保持在加工过程中适合的填充料块的形状，而填充料块是被由母金属生长成的陶瓷材料基体所埋置。筛网16可以是一耐火织物或耐火金属，例如不锈钢筛网。在任何情况下，在插图说明的方案中它是一编织的开孔筛网，许多开孔与圆筒18上的孔眼20相对，以便阻挡容器14对其中周围的氧化气氛的进入完全敞开。采用多根不锈钢角铁支撑22设置于圆筒18的外表面，等间距设置，并由环箍32使之定位，以加强整个结构。一底板24，或是整体的或是带有多孔的结构，用以封闭阻挡装置容器14的底部。

储存室12也是圆筒形外形，其直径比阻挡容器14大些，它是由无孔材料构成的储存室壁26与底板28围成。在图解说明的方案中，母金属一部分分配到供给母金属容器34中，此容器是支撑在储存室12中所含的惰性材料床30上，另一部分提供一定形状的伸长的母金属第一源36中，36支撑在适合的填充料块体38之中，38填充于阻挡容器14之中。储存器34有一个向内成锥形的部分，从这里接着是一截圆柱形部分向下延伸到与毗连的第一源36相接触之处，就是容器12与阻挡装置容器14的结合点处。在图解说明的方案中，伸长的圆柱形母金属36上有一系列(一般是三个)盘状凸出物36a 36b，和36c沿纵向彼此间隔开，延伸成母金属的内核，并位于适合的填充体38之内并与之相接触。采用一种或多种促进氧化反应掺杂剂，可以熔合到母金属(包括容器33)中，和/或从外部加到第一源36上，或者是它的一部分，和/或施加到填充料38上，即至少在第一源36的附近。

容器室12由粒状惰性材料30的支承床填充，该惰性材料

并不被熔融金属所润湿，因而在这里多晶材料的形成和生长可以排除或受到大大地制止。因此，可得到由熔化而提供给储存器34中的熔融母金属体，通过重力流动，从支承床30处流至第一源36，来补充在氧化反应中消耗了的母金属。在采用铝作为母金属时，材料30中可以包括Norton公司出产的粒状E1氧化铝。如果需要或要求时，使用一容器盖板以盖严容器12的上开口，以隔绝周围的气氛，同样地，在容器12和阻挡装置14之间设有密封板，而让熔融母金属从容器34流过，通向第一源36的开口除外。

在阻挡装置容器14内的适合的填充料38，与由筛网16限定的阻挡装置容器14内表面相符合，因此，作为阻止氧化反应产物生长的边界，阻挡装置容器14的内部形状限定了填充料块体38的外部边界或外形。所以，这个边界限定了陶瓷复合结构将在阻挡装置容器14内生长的外部形状。再者，这装填方式也使填充料符合第一源36的外形或几何形状，以便第一源30也限定并填充在适合填充料块体38之内有一定形状的空腔。

将该填充料床组装10置于一炉内，炉内含有或者往炉中通入适当的气相氧化剂。另一方面或此外，固体氧化剂或液体氧化剂，或其二者，也可以在填充体38中提供。当采用气相氧化剂时，例如说它可能包含大气，在这种情况下，在炉中采用适当地通风孔，简单地把空气引进炉子内部以供给气相氧化剂的来源。全部组装10以朝上的位置(示于图1)以任意适当的支承方法(未示出)支承在炉中。气相氧化剂通过圆筒18上的孔眼20以及筛网16的孔口进入适合的填充料块体38内，氧化了熔融母金属。正如前面所说的，多晶氧化反应产物的最后生长继续进行，随着熔融母金属从第一源36中被拉出，通过氧化反应产物在其表面上氧化并形成附加的氧化反应产物。熔融母金属的供给是通过从储存器34流入第一源36而得到补充。当多晶材料生长到筛网16处时，由筛网16提供的阻止生长的阻挡的作用，停止了进一步的生长，阻挡装置由圆筒18支承。照这样，氧化反应产物的生长限制在与所提供的阻挡装置基本上形状一致，在图解说明的方案中，是指阻挡容器14的筛网16的内表面。必须理解，阻挡容器14的内部要做成任意多种形状，以提供最后陶瓷复合体所需的表面几何形状。

储存器34中母金属的数量是相对于第一源36所需来预先决定的，以供给充分的母金属来维持第一源36充满金属，至少要到填充料38的全部体积被多晶氧化反应产物所渗透或嵌入为止。当这一点达到时，炉温即可下降而使组装冷却，母金属的第一源36凝成固体，并紧密地与陶瓷基体相配合。最终的陶瓷复合结构因而包括一陶瓷表面的金属基质，在这个实施方案中，陶瓷基质是在外部配置，部分地包围着金属基质。

为了容易拆卸，如果需要，多孔的圆筒18可以由两块半圆筒构成，用任意适当的方法也就是说，用角铁支承22及环箍32将其定位，这些配件要能拆掉，以便拆出两块纵向分开的多孔圆筒18。在拆掉多孔圆筒18之后，筛网16就可以拆开或切开或切掉。陶瓷复合结构可在阻挡容器14的上顶部(见图1)或接近于上顶部横向切下，以提供基体上呈圆柱形的陶瓷复合材料40，如图2所示。陶瓷复合材料40有一内腔42，它是母金属构件的第一源36的形状的反型复制，包括成串的三个涨大的空腔42a，42b及42c。如果需要，就可以用任一适当的方法把内腔42中的再凝固的母金属除去。例如，内腔42以钻出，所余金属大部分是在42a-42c的腔室之内，可用化学溶解法去掉，亦在使用铝为母金属时用盐酸溶解。盐酸能溶解金属，而对陶瓷复合材料并无有害作用。在某些情况下，要求遗留全部或部分的母金属核在内腔中，以产生含有母金属内核或衬底的，或用其它材料，如另一种金属，或合金，或一些其它材料如有机合成聚合物材料(塑料)取代的最终产品。

陶瓷复合材料40的外表面可能由于复制了筛网的编织花纹而显得粗造，因此需要对外表面进行机加工使其光滑，既使在有些情况下，筛网16的粗造结构(或其它选用的花纹)恰是所需的。

对于有些阻挡装置容器14的形状，需要或要求提供用弯管连接的一个或多个附加的金属储存器，以便使熔融金属沿第一源36的几个点上引入并且使之填满。

现在参照图3，这是一个预成型体44的组装，在其顶部紧接着一母金属储存器46。储存器46及预成型体44的外表面包在阻挡层之内，它是由一层熟石膏层48所组成，通过向熟石膏层48内混入可燃材料而使其透气。阻挡层包围住预成型体44，因而至少确定了44的一个表面的边界。在图解说明的方案中，阻挡层所包裹的表面是预成型体44的全部表面，与母金属储存器46相互接触的那一部分除外。因此，在此处及权项中所用的，填充料块体至少有一个表面或至少有一个表面的边界是由阻挡层所限定，这是由于部分填充料块体被阻挡层所遮盖或与之啮合。

熟石膏包围的储存器46和预成型体44支承在位于耐火容器52之中的惰性材料50做成的支座床之上，例如，使用氧化铝耐火材料容器52。预成型体44具有内燃机活塞的形状，包括头部44a环形槽44b，和空心部分44c，其中制成一对径向相对的连接孔44d和44e，母金属的第一源54被配置在空心部分44c内，并与其内表面相接触。熟石膏层48包围了预成型体44，提供一限制生长的阻挡层，它与预成型体44的外表面紧贴，有助于保证陶瓷复合体表面的光滑，这是由于它能避免在预成型体以外多晶材料的生长。熟石膏层48围绕在储存器46之外，使组装简化，并提供一容纳由加热此组装所得到熔融母金属的容器。然而，不为熔融母金属所润滑的惰性材料床50，如熔融母金属没有熟石膏所包围它也能令人满意地容纳熔融母金属。惰性材料床50也能透过气相氧化剂，也就是空气。当加热到适当的工艺温度时，正如前面所述，气相氧化剂(即空气)氧化了被输送到氧化反应产物表面的熔融母金属，而形成多晶基体材料，已如前述。随着来自第一源54的熔融母金属被消耗，就有熔融母金属从储存器46补充其来源54，反应继续进行一直到多晶陶瓷基体到阻挡层为止，阻挡层是由熟石膏层48围绕在预成型体44外而成。在这个地方反应停止，随着炉温降低之后，组装即可从惰性材料床50中取出，用喷砂法去掉储存器石膏层。熔融的母金属可以从空心部分44c倒出来，既使有残余，即未反应的母金属，呈固态在里面，可以通过机加工或化学方法除掉。

图4表明从图3的组装得到的陶瓷复合结构。一个陶瓷复合材料活塞44′是由被陶瓷基体渗透预成型体44组成，而陶瓷基体中包括氧化反应产物以及随意地金属成份，例如母金属中的未氧化的组分，或掺杂剂、填充料或氧化剂的还原组分，(在使用金属的可还原的化合物作为氧化剂的情况下)。因为陶瓷基体的生长，停止在由预成型体44的外表面构成的边界上，制成的活塞44′形状很精确，有一头部44a′，环形槽44b′，空腔部分44c′以及一对径向相对的十字销孔44d′和44e′。

图5表明另一种组装，其中填充料预成型体56具有45°弯管接头的形状，在它相应的相对的两端带有法兰56a及56b。一耐火容器58，其底部有一孔60，置于倾斜位置以便于倾倒余料，孔口与预成型体56的法兰56a紧密接触。法兰56b用一适当材料例如熟石膏制成的塞子62塞紧。该组装容纳于惰性材料床64之中，而后者依次也容纳在耐火容器66之内。图5表明装于耐火容器58中的熔融母金属储存器68，熔融母金属流入预成型体56以填满容纳母金属于其中的熔融第一源70。

在图3及图5的实施方案中，作为第一源的固体母金属(在图3中是54，在图5中是70)必须事先安置就位，并在原处熔化以提供熔融母金属的第一源。换句话说，仅仅在母金属储存器(在图3中是46，在图5中是68)中一开始就要准备好料，当其熔化时，熔融母金属从容器中流下，与此预成型体接触(具体见图3方案中的44，以及图5方案中的56)形成母金属的第一源，并与填充料接触。这个母金属第一源因而不但一开始就从母金属容器流出而且以后还从母金属容器流出得到补充。

为补充包括在空腔部件44c内部的母金属第一源，母金属储存器的供给有助于保证陶瓷基体往预成型体44内有效并均匀地生长，方法是通过不论何时总是提供所储的母金属来完全充满部件44c。这样就能避免一部分预成型体44中未充满陶瓷基体的可能性，这是因为随着金属的消耗用光空腔部件44c内的熔融母金属的液面，使缺乏熔融母金属向预成型体44的供应(见图3)。

在图5方案中的情况下，对母金属的第一源70的供给，或者在加热之前，往预成型体56中预先填入熔融金属的固体块，或者使熔融母金属从母金属容器58中流入并充满预成型体56内。显然，图中所示的预成型体56的相对壁厚，与其内部空腔的尺寸相比，必须使腔中容纳的熔融母金属的量得以使由氧化反应得来的陶瓷基体完全充满预成型体填充料是绰绰有余。上述图3所示的方案中，这种情况下，制成这样的熔融母容器的优点是它能保持熔融母金属有足够的液面高度，以保证预成型体56充满母金属一直到顶面，因而有助于保证多晶基体材料经过预成型体56的整个体积中均匀地生长，而不会在陶瓷基体中产生断续之处。

在图5的实施方案中，预成型体56装填在粒状惰性材料床之中，陶瓷基体不会向惰性材料之内显著生长，因此陶瓷基体只能生长到由预成型体56的表面所限定的边界上。熟石膏塞子62的作用是保持粒状惰性材料64在预成型体56之外。如果需要或者要求，也可以用熟石膏或其它类似材料，作为对于耐火材料容器58和预成型体56的法兰56a之间的填充密封之用。有时，预成型体56的全部外表面可以用一层透气的熟石膏包裹，它将从作好的陶瓷复合体上除去。

现在参照图6，示出另一种组装，其中一个一般的圆柱形预成型体72，它具有基部74和窄颈部76，其尽头是一端部78。一空腔80延伸在预成型体72之中并与预成型体的纵向同轴。空腔80一端的开口是在端部78的表面上，将该开口用像熟石膏这样一类的合适材料制成的塞子82封闭。空腔80的另一端的开口是在基部74的尽头处，正对着适当材料制成的导管84，互能流通，导管也可用熟石膏制成。导管84因而是一短段熟石膏管子或管材，一端紧接着基部74的一端，相对另一端紧靠着母金属储存器86。导管84与储存器86一般沿着同一纵轴放置。预成型体72的放置稍有倾斜，使其纵轴L与水平线H-H呈a角。这样放置就会使预成型体72连同其端部78稍有倾斜，一般说a角在水平线以下5～10°之间，熔融母金属从储存器86流过导管84，因而进入空腔80之中。预成型体72、导管84和母金属储存器86的均支承在粒状惰性材料床88之内，；粒状材料容纳在耐火容器90之内。在工艺过程进行中，母金属在容器86中熔化，流过导管84而进入空80之中，以熔融母金属填满空腔80。设置在导管84及空腔80中的孔口可以视为起浇口的作用，通过它熔融母金属供给预成型体72。塞子82保持惰性材料88不进入空腔80。气相氧化剂，如空气，透过惰性材料床88及预成型体72使熔融母金属进行氧化。随着装在空腔80中的熔融母金属的消耗，熔融金属从储存器86中流出而补足母金属，因而空腔80在整个工艺过程中保持以熔融母金属完全填满状态。

正如图6中图解清晰说明的，空腔80内能够容纳的熔融金属的数量，不补足消耗掉的金属时，则不足以用多晶材料来全部填满预成型体72，该多晶材料是由透过预成型体72提供陶瓷基体的母金属的氧化反应得到的。(这一组装可与图5的排列对比，在图5中熔融母金属是在预成型体56当中提供，因而用陶瓷基体来填充相对薄预成型体56显然更充分些)。在图6方案的情况下，容器86除保证均匀地供应熔融金属外，还提供一连续充分地供给熔融母金属经过相对较小体积的内腔80以完成多晶氧化反应产物充填预成型体72的方法。本发明的补满工艺因而使从一较小体积的熔融母金属的第一源区来形成多晶材料，以及从这个区中用多晶基体材料渗透进入较大体积的填充料之中。事实上，通过不断地在此区内补充熔融母金属，差不多任何所需尺寸的填充料的体积都可被多晶基体材料渗进，该多晶基体材料是从这个区引进进行氧化反应的母金属构成的。

陶瓷基体的形成过程停止在由预成型体72的外表面所限定的边界上。正如上述，如果需要时，预成型体72可以包裹在适当的阻挡层之内。剩在空腔80内的母金属的凝固芯子可以留在制完的结构之中的原处不动，或把它完全地或部分地除去，或如果需要也可用其它适当材料来置换。制完的陶瓷复合结构示于图7中，包括一陶瓷复合体72′，72′具有基部74′带有凹进表面的颈部76′和端部78′，具有空腔80′，沿纵轴穿透。

图8示出另一种组装，其中一预成型体92，具有通常的圆盘形飞轮部件94，从其一边伸出中心的空心轴98以及同心的圆形凸缘96。轴98有一空腔100贯穿到头，它的下端有一个向外张开的端部100a，它开口于飞轮部件94的面上，并与有凸缘96和轴98的一面相对。空腔100的上端(见图8)被由熟石膏等适当材料作成的塞子102盖严。靠近预成型体92(见图8)并之紧贴处设置一母金属源体104。

一直角弯管106，一开口端与母金属源体104紧密接触，与之相对，其上开口端(见图8)与母金属储存器108紧密接触。在图8中只示出一个这样的母金属储存器108及与之相连的导管106，但必须理解，也可以放置两个或更多的母金属储存器及其所接的导管，它们是围着母金属第一源104的圆周等分放置，最好第一源104也呈圆盘状，基本上应与预成型体92的飞轮部分94直径相同。预成型体92、两个母金属体104及108以及导管106均埋入由散粒状惰性材料床110内，而惰性材料则装在耐火容器112之内。

装置在炉中，且在大气气氛之中加热到适当的反应温度时，母金属熔化，提供母金属的第一源104，使之与预成型体92接触，母金属容器108中的母金属熔化并通过导管106向下流淌，从而形成一母金属流的压头，压头强迫使熔融母金属向上通过端部100a空腔100到空腔100的顶部，在顶部受到塞子102的阻挡。由于采用这种装置，母金属储存器108不仅填满第一源104以保证母金属的充分供应足以使多晶基体材料完全填充预成型体92，而且还要用熔融母金属填满空腔100的整个长度内并保持填满状态(只要在储存器108中熔融金属的液面高度保持至少与空腔100顶部的高度相同即可)。这样就可有助于保证陶瓷基体在整个预成型体92之内均匀地生长。如果省略了容器108及与其相连的导管106，既使母金属源104制得足够地大，足以保证充分地供给陶瓷基体去填充预成型体92，在熔融母金属流过时也会遭遇困难，特别是在形成于轴98的底部，与飞轮部件94连接的阻塞点处。虽然熔融母金属在穿过可渗透的预成型体92时，显示出很好的毛细作用(Wicking action)，随着由第一源104提供的熔融母金属的供应已经耗尽，如果没有容器108在静压头之下来提供熔融母金属的补充对于构件非常大的情况，毛细作用很可能充分地保证完全和均匀地生长，特别在远离飞轮部件94的整个轴98部位。本发明的工艺方法在这图解说明的方案内成功地克服了这个问题，方法是在或多或少静压头的压力下，提供熔融金属一直充填到空腔100的顶面，以及保持熔融母金属源104中同样的充填。储存器108本身如果需要时，会时时得到补充。

图9所示是陶瓷复合体92′它由图8所示的组装获得的，有一中心轴98′，其中形成一空腔100′，此外还包括一飞轮部件94′，有一环状凸缘96′是从其同一个面延伸出来的，由此延伸出轴98′。如上所述的其它方案中，含在空腔100及端部100a中的再凝结的熔融金属能够从制完的陶瓷复合材料产品上除去。换句话说，空腔100及端部100a中的再凝结母金属可以全部地或其一部分留在腔中，或者也可以部分地或全部地用另外合适的材料填充。无论在那种情况，填充空腔100及端部100a的材料，举例来说，可以钻一直径较小的孔，一直延伸到整个长度。

现在参照图10，图中示出一组装的剖面正面视图，包括一耐火容器114，其中盛装母金属储存器116，图中表明基本上盛装着熔融母金属。容器114的底部形成一孔口118，通过孔口，熔融母金属由于重力流进一窄的中间沟120，此沟是在用支承材料制成的基体或地板122上形成。支承材料可用任一合适的材料形成像熟石膏，整个支承材料安置在耐火舟124之中。例如，一耐火舟124能够部分地充填，比如说，像图11所示大约为其深度的一半，用可流动的熟石膏，使它有充分时间来凝结和硬化。一窄的中间沟120可从硬化的熟石膏中切出，或用一适当的模子埋入还未凝结的熟石膏，在那里塑造成沟。

若干个同样的可渗透的预成型体126，可以是通常的杯形或玻璃杯形，开口朝下地安置在成串地骑在中间沟120之上，彼此边靠边。跨在中间沟120之上，相邻的两个空心预成型体126之间的空挡可用由适当材料例如熟石膏制成的塞子28封闭。首先，可将作为第一源的母金属事先置于每个预成型体126的空腔之内，母金属的储存器位于容器114之中。另一方面，也可以更方便地把熔融母金属倒入容器114中(或者往容器114中放入固体的母金属，然后加热此组装来熔化母金属)，母金属从容器114中经过沟120流入每个预成型体126之中。任何情况下，熔融母金属的补充是从容器114的底孔118(在图10中可见)，利用重力流动经过沟120，直到每个预成型体126的空腔之中。图10的左半部分表明在容器114中的熔融母金属，沟120以及填充到预成型体126内腔的情况。图10的右半部分，是指在穿过一个预成型体126中间的纵向不规则的波折线之右的部分，图中省略了熔融母金属以便更清晰地表明空心预成型体126在沟之上并沿沟安置的情况。同样地，图11右半部分省略了中间一个预成型体的一部分和其右边的两个，以及与它们相连的塞子128，更明显地显示出沟120的形状和预成型体的关系。在图11中被省略的部件用虚线表示，一部分容器114的一部分也省略了。在容器114中的熔融母金属的静压头保证每个预成型体均以熔融母金属充满，随着多晶陶瓷基体的形成过程，消耗的母金属不断得到补充，多晶基体埋入填充料已在前面其它方案中描述。当反应已达到完成的程度时，全部预成型体中均被陶瓷基体完全渗满，把组装置从炉中取出，多余的熔融金属从陶瓷复合体中倒出。如果需要，容器114本身时可用母金属填满。然而最好是容器114中应有足够数量的母金属以完成整个工艺过程而不要中间添加母金属。

在图10和图11的组装中所用的空心预成型体可用任意适当方法制造。一种方便地制造这种形状预成型体的方法是石膏注浆法，此法可用示于图12的剖视图中图解说明的类型的开口模型130来进行。模型130制成有一杯形凹陷132于其中的形状，模型130可用任意适当的材料制成，例如可用熟石膏注成。将含有细粒状填充料颗粒的料浆混合物浇注到凹陷132中并充满其中，料浆混合物在模中静置一段时间。一些料浆的液态载体，典型的是水，被吸入多孔的熟石膏之中，在适当时期之后，倒出多余液体，留下一层填充料材料贴在杯形凹陷132的内壁上。此厚层经干燥并煅烧后，使之具有充分的机械强度(“生坯强度”)，从而使空心预成型体126得以从模型130中脱出，正如图12中未标号码的箭头所示。杯状凹陷132可重复用石膏注浆混合物浇注两次或多次，当倾倒出多余的料浆以后在模内就形成所需厚度的填充料材料。

图13示出用图10和图11的组装制成的典型的陶瓷复合体126′。陶瓷复合体126′是由陶瓷基体渗入空心预成型体中而成。可能遗留在陶瓷复合体126′之中的多余母金属通过机械加工或化学方法除去，以形成空心的杯状的陶瓷复合体。当然，复合体126′中也可以遗留部分的或全部填满的再次凝固的熔融金属或其它材料。

图14示出一组合模用以形成(用与图12所述同样的石膏注浆方法)具有图15和15A所示的水泵叶轮形状的空心预成型体。参照图14，组合模134有一上部分136和一下部分138，每一部分的外形均应如此要求：以上部分136正确地放置在下部分138之上，它们之间所形成的空腔，其形状即是一水泵叶轮形状的预成型体140(图15和15 A)是由一盘形体142，上有四个弯曲的叶片144a、144b、144c和144d，它们从空心的中间轴146往外径向延伸，中间轴上端是一法兰146a，下面直到盘形体142的圆周边缘148。轴146是空心的，有一空膛150穿透全轴，盘形体142也是空心的，在其中形成空腔152。

叶轮空心预成型体140的制造是在铸模134(图14)中用适当的注浆料浆经过其开口150′浇注而得。上述的石膏注浆法实现后，将可制成要求层厚的一层粒状填充料材料在铸模134的内部空腔中。在倒出多余的液体之后，经过干燥和煅烧，铸模中含有注浆成份的涂层，结果是示于图15和15A的空心预成型体140。

现在参照图16，预成型体140置于容纳在一耐火容器156中的惰性材料床154之中。一个用适当材料例如熟石膏制成的导管158安装在顶部法兰146a之上，内部含有母金属容器160。母金属体作为第一源162填充在预成型体140内部。正如上述其它方案那样，母金属源162可以放置在预成型体140之中，例如，用粒状母金属填充在其空心内部，或者当组装已就位后，预成型体140的内部可用熔融母金属来填充，母金属可由铸筒中供给。同样地，母金属储存器一开始可作为固体母金属储存器放入在组装中或将充足的熔融母金属不仅倒入并填满空心预成型体140的内部，而且还要填满导管158，提供不但第一源而且熔融状态的母金属储存器。在任何情况下，例如，都将组装放入敞开于大气中的炉内，加热到所需的温度区域以形成氧化反应产物，从而将陶瓷基体渗入预成型体140中。

当反应完成之后，可使填充陶瓷基体渗入的预成型体140的未反应母金属再凝固在里面。另一方面，当其熔化时，可从陶瓷体中倒出。无论那种情况都可制成图17所示的最终陶瓷复合体140′，包括一盘状体142′和一轴146′，终止在一法兰146a′上，从轴上径向延伸出叶片，在图17中只能看到叶片144a′和144b′。陶瓷复合体140′的内部可由材料164充填，此材料可能是再凝固的母金属或其它材料，例如各种金属或合金，或其它材料例如塑料。在图17中的图解说明的方案，在材料164中钻出空腔166，即在轴146′内的再凝固的母金属，随同空腔166形成一键槽168，便利于用键把叶轮140′装到轴上。在空腔166的表面上可制成带螺旋线的内腔或其它适当外形，提供一合适的把叶轮140′安装到轮上的方案，或诸如此类。

现在参照图18和18A，图中示出一预成型体170，它涂了一层阻挡层172，是由一层透气的熟石膏制成。一带弯头的导管174提供了在耐火器176与此靠近预成型体170的空膛178之间的流动通道，空膛178是由熟石膏制成的阻挡层172壳体来确定并封闭之。耐火容器176具有一层熟石膏内衬180，内部盛有母金属储存器182，其顶部由一层粒状惰性材料184所覆盖。图18示出母金属182熔化之前的组装。在另一种方案中，空膛178中要以母金属源填充。然而在图解说明的方案中，当母金属182熔化时，熔融母金属流经导管174，进入空膛178，以提供与预成型体170相接触的熔融母金属的第一源。

预成型体170具有三条平行的空腔，横穿整个长度，在预成型体两头开口。图18中的组装支承在粒状惰性材料床188之内，而惰性材料床188又盛在耐火容器190之内。当加热时，熔融母金属流经导管道174，进入空膛178而填充之，熔融母金属渗入预成型体170之中，经过在该处的氧化，最后埋置在多晶陶瓷材料基体中的预成型体170的填充料成份。母金属容器182的位置可保持熔融金属的静压头，以保持在全部  氧化过程中，空膛178中永远被母金属第一源充满，从而有助于保证预成型体170完全并均匀地被最终的陶瓷基体所充满。正如上面有关其它方案的说明，也可以采用超过一个母金属储存器182使熔融母金属流入空膛178之中。

当反应完成之后，使组装冷却，最终的陶瓷复合结构可从惰性材料床188中取出，打掉熟石膏阻挡层172，露出带有三个平行穿透空腔186的陶瓷复合结构170′(图19)。在预成型体170中维持氧化反应条件是比在预成型体的外面氧化更好一些，空腔186可保持基本上没有多晶基体材料。由于这个原因，由空腔186组成的空间是在由预成型体170制成的材料的“外面”。

在本发明的任一实施方案中，预成型体(或其它形式的填充料)的材料组成可能包括一种或多种合适的掺杂剂或氧化剂，或者用其它方法提供条件，在这种条件下母金属氧化动力学比它们在没有填充料材料时更为有利。因此，取决于特定的掺杂料、氧化剂、母金属和温度的条件，由氧化反应产物组成的多晶材料即可发生，在这种环境下，可生长到填充料的外面。因此，在图18和图18A所图解说明的方案中，多晶材料并不能形成或者生长到填充空腔186。另一方面，在空腔186的内部提供一阻挡层以防止多晶基体材料在其中生长，图20-21中的方案图解说明了这种方法。

现在参照图20-21A，图中示出预成型体192，它具有圆筒形外形(在图20A中更清晰)，并具有一中间空腔194直穿全长，两端各有一开口。中间空腔194中由阻挡层196衬里。它是由一层熟石膏涂敷在中间空腔194的内表面而成，止于空腔的两端。中间空腔194也可以用一阻挡材料做成的塞子全部填充。

图21示出一预成型体192的组装，预成型体置于圆筒状耐火容器200之内所盛的熔融母金属体198之中，并与之纵向同心。预成型体192的形状与容器200的内部形状相同，但其直径较小。预成型体192的一端置于容器200的底部，如图所示，或也可支承于垫片之上以提供一小的间隙以容纳多余的熔融母金属与预成型体192的底部相接触。耐火容器200的尺寸应能容纳预成型体192于其中，并在预成型体192与容器200的内表面之间，有充分的环形间隙以允许均匀的环形厚度的熔融母金属与预成型体192的外表面有一完全的接触。为了维持预成型体192在全部时间内都淹没在熔融母金属体198之中，熔融母金属体从一储存器(在图21或21A中均未示出)供给到在图21箭头R所指的连续的或间歇的基线上。于是，容器200可从翻斗铸桶或从一容器通过管道或其它适当的方法把熔融母金属引入耐火容器200中。另一方面，如果需要，也可填加固体母金属，即呈现散粒状母金属，到熔融母金属体198中，就地熔化来添补母金属的供应。在这个方案中，可以看到，多晶陶瓷基体材料以基体渗入预成型体192的生长，是由基体从预成型192的全部外表面，朝向其中的中间空腔194。在中间空腔中使用阻挡层196可保证中间空腔194内表面的光滑。正像先前的方案中所述，在从熔融母金属储存器中补充母金属时，要保证预成型体192的整体全要维持淹没在熔融母金属之中，以提供从中穿入的多晶基体材料的均匀生长。

耐火容器200的尺寸应与预成型体192尺寸有关，从而使母金属储存器的熔融母金属保持在预成型体192以上有足够的深度，当工艺过程完成时，预成型体192仍然全部地淹没于熔融母金属之中。因而，母金属的储存器和第一源就会包括在单一的熔融母金属198体内，它有足够大的容积以维持在全部氧化反应过程中，预成型体全部地淹没在熔融金属之中。

当工艺过完成时，陶瓷产品即可从熔融母金属池中取出，多余的熔融母金属可从中排出。作为阻挡层196的内核除去后，最终是包含一陶瓷内衬192′的圆形陶瓷复合结构193，其中有一中间空腔194沿其纵轴延伸，并与一母金属垫层198′构成一整体。

按照本发明中所图解说明的那些结构，例如，在图6(如果再凝聚固体的母金属还包含在空腔80之中)中，图17和图22中有一陶瓷面层，它整体地形成在，特别是粘结到一金属体上。陶瓷的面层包括一个由母金属氧化反应而成的多晶材料基体以及埋入的填充料。像这种整体的陶瓷表面的金属结构，提供的优点显著超过传统的陶瓷结构，包括增加对灾难性断裂的阻力，以及在某些情况下，重量更轻。例如，图17的水泵叶轮的外部的陶瓷面层可使其用于要求陶瓷面层的用途中(例如抽取腐蚀性和磨蚀性流体)，由于金属内核与陶瓷面层结合在一起，金属内核或垫层提供叶轮阻止灾难性断裂的能力。而常规的陶瓷结构对此是缺乏的。因此，一个应力裂纹或受力撞击可导致常规的陶瓷结构的断裂，这是由此部件的灾难性破坏所致，但本发明的结构能够维持它的完整性。例如，既使图17中的叶轮受力撞击而使叶轮的陶瓷面层140′足以损坏或开裂，但金属体仍维持这部分结构的完整性。本发明的结构还能克服把一陶瓷部件例如一水泵叶轮固有的长时期地附着到一像钢制驱动轴这样一类的高强金属部件之上的困难。对先前的陶瓷来源，产生在脆性材料与一延展性部件的任一介面上的局部分机械应力常常造成易碎陶瓷材料的破碎。本发明的陶瓷面层的金属基层析的结构可提供使一金属与金属连接(亦即，在图17中的金属轴键连到空腔166上)到一陶瓷部件上。在设计转动、往复的、以及受有压力的零件时，避免发生灾难性破坏的能力是一个特别重要的问题。

本发明的另一特点是，在选择合适的母金属、填充料和氧化剂时，最终的陶瓷面层的金属零件可制造成具有有利的预加应力，存在于陶瓷面层与金属的界面上，导致陶瓷复合产品呈现优良的表观强度和损伤阻力。要达到这个目的必须选择各种材料和工艺条件，从而产生陶瓷面层与金属基层之间发生可控的有差别的收缩。通过陶瓷面层和金属基层特别好的粘着力，就可能产生预加应力。

现在参照图23及图24，图中示出一预成型体202它包括一外部的圆柱形壳体204和一内部的圆柱形壳体206，其直径要比壳体204小些，但它们的长度相等。外部壳体与内部壳体之间用三个腹板208a、208b和208c相连，腹板的长度均与壳体204和206等长。因而预成型体202构成一整体结构。腹板208a、208b和208c对围绕壳体204和206的圆周，是等角度地隔开，亦即这三个腹板角度隔开120度，如图24所示。在图24中能更好地看到，此结构把预成型体202的内部分为纵向延伸的中间空腔210和三个纵向延伸的环形舱室212a、212b和212c。

在预成型体202内可渗入多晶材料，它是由通入空腔210和舱室212a、212b和212c中的熔融母金属的氧化而得。此外，外部壳体204的外表面也可以淹没在熔融母金属之中，至少与预成型体202的接合处，可与图21所示的对于预成型体192进行相似的处理而得。再者如果需要也可以遗留再凝固的母金属于一个或多个空腔210舱室212a、212b和212c之中，从而得到陶瓷贴面金属衬底的结构。另一方面，或除此以外，一由凝固的母金属做成的基底(相当于图22中的金属基底198′)能遗留在外部圆柱体204的外表面周围。

本发明所提供的陶瓷复合结构包括，如上所述，埋有填充料的陶瓷基体，其中填充料可以作为相合的填充料床，或者作为一定形状的预成形体来提供。适用的填充剂包括这些化学物质，它们在工艺的温度与氧化条件下，不会挥发，呈热动力学稳定，并不与熔融母金属反应，或过度地溶解在其中。许多材料为精通该工艺技术的人们所通晓可满足这些准则，这是在采用铝母金属和空气或氧气作为氧化剂的场合。这样的材料包括金属的氧化物、硼化物、或碳化物、这些金属例如铝、硅、铪和锆，并可呈任意需要的形状和尺寸。

连同母金属一起用的掺杂剂或多种掺杂剂(1)可以母金属的合金成份的形式来提供，(2)可以施加到至少一部分母金属源体的表面上，或(3)可以施加到或混合进一部分或全部填充料材料或预成形体之中，还可以使用上述(1)、(2)和(3)的两种或多种技术方法的组合。例如，一合金掺杂剂可单独使用或与第二种外部施加的掺杂剂联合使用。在方法(3)的情况下，另外的一种掺杂剂或多种掺杂剂施加到填充料材料上的场合，这种施加工艺正像在共同所有的专利申请中所解释的，可以任一适当的方法完成。

对铝母金属，特别用空气为氧化剂时，有用的掺杂剂包括镁、锌和硅，它可以与其它掺杂剂组合使用，详见下述。这些金属或适当的金属源，可以熔合到铝基母金属中，每种掺杂剂的浓度约在最终掺杂的金属的总量重量的0.1-10％范围内。这些掺杂剂材料或其适当的来源，例如MgO、ZnO或SiO₂，可以外部应用到母金属上。例如氧化铝陶瓷结构可以在下列情况下获得，对于用铝硅合金作为母金属的情况，用空气作为氧化剂则用MgO作为表面掺杂剂，用量超过每克待氧化的母金属重量约占0.0008克，以及在MgO施加上去的每平方厘米母金属表面面积上，所加入的掺合剂要超过约0.003克。

对用空气氧化的铝母金属有效的掺杂剂材料的另外的例子，包括钠、锗、锡、铅、锂、钙、硼、磷、和钇。可以单独的使用或用一种或多种掺杂剂组合使用，这取决于氧化剂和工艺条件。像铈、镧、镨、钕和钐这样一类的稀土元素也是有用的掺杂剂，同样地也可与其它掺杂剂组合作用。所有这些掺杂材料，正像共同所有美国专利申请中说明的，对于铝基母金属系统来说，都可有效地促进多晶氧化反应产物的生长。

实施本发明所获得的陶瓷复合结构通常是致密的，凝聚的块体，其中含有占复合结构总体积的大约5％到85％的体积，是由埋在多晶基体材料中的一种或多种填充料成份所组成。当母金属是铝时，多晶基体材料通常由大约60％到99％(重量)(占多晶材料重量的)的相互连接的α型氧化铝，和大约1％到40％(重量)(同样基数)的母金属的未氧化组分组成。

用本发明的工艺过程在合理地选择的母金属和陶瓷面层之间产生一种紧密的结合，一般发生于冷却过程中，这就使得把一种耐磨耗材料加在延展性构件之上成为可能，例如，陶瓷面层加到有延展性的受压力壳体之上。在本发明中，陶瓷面层与金属衬底之间的高强度结合力看来是归功于母金属对其氧化反应产物之间有强度烈的和润湿特性，这种良好特性还使母金属穿过这种反应产物进行输送，生长出本发明的陶瓷基体。

本发明的产品，因为它的价廉、重量轻、预加应力条件、陶瓷面层与金属衬底的粘结力、形状上及尺寸上的多方适应性、抵抗灾难性断裂的能力、抗磨耗性、强度、耐高温性、或抗腐蚀性，所以是一种理想的适合用于热机零件、阀门零件以及泵零件上的材料。

金属上的陶瓷涂层不是一个新的想法。然而从概念上说，一个非常有吸引力的概念是，得到这样的构件的先前的方法，在生存性上是极端有限的，这是因为如果不产生剥落，保持与金属衬底有充分的附着力，分布在全部复合表面上以及在合理的成本的情况下，生产这样的陶瓷面层到足够的深度是不可能的。本发明在其制造陶瓷复合面层的能力上是十分独特的，其制造的陶瓷复合面层几乎可以有任何外形及厚度，并使形成的面层整体地粘结到商品纯的结构用的母金属上，造价低廉，温度中等，工艺过程不需加压。

发明进一步用下列非限制的实例加以说明。

                            实例1

为了制备一陶瓷复合结构，使用一长15.24cm的Schedule 40(外径是4.92cm)，所用材料是601号耐热合金((国际镍公司)(相应于图1中的18)轧出若干直径为1.21cm的孔眼。在管子整个圆柱体上都钻有孔眼，各眼的中心间距为0.95cm，各行错开排列。一个304合金不锈钢制多孔片，大约0.020cm厚，孔眼直径为0.041cm，用作带孔耐热金属管的内部衬里相当图1中的16。在本实例中，选用多孔不锈钢作为对基本体生长起阻挡作用。

由含有10％的硅和3％的镁的铝合金组成的母金属部件，包括一母金属源体和母金属储存器与图1所示的外形相似。然而，在这个情况下，储存器(相当于图1中的34)是不带锥形的，而是圆柱形的，直径6.35cm，5.08cm高。母金属源体(相当于图1中的36)直径为1.91cm，长15.24cm，其上部与储存器部分相接。源体上有螺旋线外形，整个埋在填充料之中(相当于图1和1A中的与之适合的填充料38)，填充料由重量计为5％的商品砂(二氧化硅)和重量计为95％的90目(175μm，38刚玉(粒状氧化铝是由Norton公司供给的)所组成的混合物。填充料混合物约在1250℃加热24小时，然后使其冷却至室温。冷却后的混合物经磨细，装入不锈钢制的上有成排钻孔的Schedule4OInconel管。母金属源体上涂了一层木胶(Bordon公司出售的，商标为ELMER′S)和砂。在储存器中埋入由90目(175μm)的38刚玉构成的床，床内含有一304合金不锈钢室(容器相当于图1中的12)，其底板上有一直径为5.08cm的孔(示于图1中，未标号)。Inconel管的顶部与这个5.08cm孔的周边焊在一起。

为了支承此合成组装在直立的位置，它的Inconel管部件(相当于图1中的14)放在一多孔的304合金不锈钢制成的支承圆筒之内，圆筒的内直径为8.89Cm，打眼直径为0.09cm以提供占支承圆筒面积40％的开孔面积。支承圆筒的长度可使其顶部正好支承容器(相当于图1中的12)。这样的安排可以保持母金属和填充料组装在同一个垂直位置上，储存器直接垂直位于源体的上面。合成的支承好的组装放在一开口的耐火容器之上，在空气气氛的炉中加热，在10小时内温度升至1245℃，在1245℃下保持100小时，然后在不小于30小时内冷却到125℃，最后使其冷却到室温。陶瓷复合体即在埋有填充料的Schedule 40 Inconel不锈钢圆筒)的外套中生长。冷却之后，发现耐热外套与陶瓷复合体紧密接触。在用钻孔或化学(盐酸)处理法从陶瓷结构的内腔中除掉再凝固的母金属之后，直通全长的内孔暴露出与开头源体上的螺旋线反型复制的螺旋线。陶瓷体的壁厚约为1.27cm，这一厚度比没有连接母金属储存器，仅用源体生产的壁厚要厚得多。

下列诸表涉及本发明实例的描述。

                       表A

(A)用熟石膏模的石膏注入浆的混合物，如下所述，可用下列指定比例的配料，经混料而成：

重量份

47.6                     150μm，E67氧化铝(Norton公司)

23.6                     EPK高岭土

28.5                     水

0.1                      Vee-Gum Cer

0.2                      Dawan-7

Vee-Gum Cer和Dawan-7是高岭土的分散剂。

(B)沉淀法注浆混合物，可用下法制备，包括10体积份的水和1体积份的胶乳基粘合剂(木工用胶)(此剂是由Bordon公司出售的，商标是ELMER′S)混合而成含水粘结剂。然后将该含水粘结剂与选用的填充料颗粒按比例混合使所得料浆具有所需稠度。

(C)RTV硅橡胶模型的制备是通过在部件上涂布一层液态橡胶混合物，使橡胶凝结，然后从该部件上取下橡胶模。

                   表  B

 铝母金属合金的组成

5％        硅

4％        铜

1％        镁

4％        锌

1％        铁

其余       铝

                  表  C

铝基母金属合金组成(标称的)

3.7％      铜

3.9％      铁

1.1％      硅

8.3％      镁

0.19％     镍

0.04％     锡

0.02％     铬

0.04％     锰

0.20％     钛

0.08％     铝

                    实例2

一个与图3中预成形体44形状一样的预成形体，是在一橡胶模具中沉淀注浆法注成，该橡胶模具从一小型活塞制得。所使用的沉淀注浆法混合物包括表A，步骤(B)所述的含水粘结剂，和下列填充料：

重量份

93               38刚玉(70重量份220目(67μm)的，

                 30重量份500目(20μm)的)

7                硅金属(50重量份220目(67μm)的，

                 50重量份500目(20μm)的)多余的粘结剂从模中轻轻倒出，冻结模子即可将铸得的填充体取出，然后令其干燥。干燥的填充体在1300℃下于空气中预烧3小时。最终的可渗透预成形体在其空腔部分(在图3中的44c)的表面上涂一层镍粉料浆。预成形体的外面涂了一层透气的熟石膏。铝母金属体的组成基本上如表B所列，与预成形体的结合处见图3，在空气气氛中在1000℃煅烧40小时。多余的熔融铝从所得的陶瓷复合结构中倒出，所得陶瓷复合结构即为尺寸精确的陶瓷复合材料小型活塞。

                        实例3

一可渗透的预成形体，形状如图5中预成形体56所示，采用表A，步骤(B)和(C)的方法制成，采用同样的沉淀注浆法的混合物，除了只采用5重量份的金属硅粉末。在预成形体的外表面涂上两薄层透气体的石膏阻挡材料，在容器(图5中的58)中，采用与表C相同的铝合金属作为母金属。装置在空气气氛中，在1000℃温度下加热68小时，所得的陶瓷复合结构表明尺寸精确而且陶瓷基体完全地渗透了预成形体。

                       实例4

用表A的沉淀注浆方法来制备五个可渗透的预成形体，其形状相当于图10，11和12中的预成形体126。

制备在图11和12中示出的装置。将熟石膏塞子128施加在预成形体126之间的空隙内横跨沟槽120的硬纸桥之上。每个预成形体126的外表面上均涂了一层熟石膏阻挡层。在容器114之内放上按照表C的铝合金组成体，将整个装置在空气中加热到1000℃。当铝合金熔化时，它通过沟槽120向上流入每个预成形体126内，随着空气通过多孔预成形体排出，熔融铝合金慢慢填充到预成形体顶部。保持温度经50小时，然后拆开这套装置，将熔融母金属铝从最终的陶瓷复合坩锅中倒出，可用酸和/或喷砂法从陶瓷复合坩锅的内部除去凝固的多余铝合金。

                       表5

在图14所示的同样形状的熟石膏模子中，用表A，步骤(A)的石膏注浆方法制备一可渗透的预成形体，正如在图15和15A中所示。石膏注浆预成形体经过干燥并在700℃下预烧30分钟。预成形体的外表面用一混合物(按干重计)，70％(重量)熟石膏，30％(重量)SiO₂涂布，作为阻挡材料。预成形体的内部用硅金属粉末料浆进行冷却，然后将此预成形体内填充熔融铝合金，合金组成见表C。整个装置加热到900℃，经96小时，连续地补充熔融铝合金保持预成形体完全用熔融铝合金充满。在从炉中取出并冷却之后，就可获得一尺寸精确的金属填充的陶瓷复合内衬的水泵叶轮。

实例5中的水泵叶轮在金属衬底上的陶瓷面层，是按照本发明生产的典型的陶瓷面层金属衬底，其中在凝固的母金属与整体形成的陶瓷面层之间，显示出有紧密而整体的粘着。在上述实例中这样生产的部件具有坚韧的陶瓷基体表面，该陶瓷基体内嵌有与铝合金衬底紧密粘在一起的填充料。因此，这种部件具有机械韧性和铝合金的弹性，以及坚硬的陶瓷面层的表面或内核。

虽然仅在上面详细描述了少数本发明的示范方案，那些通晓该工艺技巧的人们将会容易地理解本发明还包括了许多除这些示范性方案外的组合和演变。

Claims (32)

1.一种制造自支承陶瓷复合结构的方法，其中的陶瓷复合结构包括由母金属与氧化剂发生氧化反应形成多晶体材料而得陶瓷基体，所说的母金属包括选自Al，Si，Ti、Sn、Zr和Hf的金属，所说的氧化剂选自氧，氮，卤素，硫，磷，砷，碳，硼，硒，碲，以及它们的化合物和混合物，其中的多晶体材料包括氧化反应产物和被所说的基体渗透的填充料，该填充料包括选自金属氧化物，金属硼化物和金属碳化物的材料，该方法包括：

(a)安置彼此相关的所说的母金属体和所说的可渗透的填充料，以使所说的氧化反应产物的形成朝向所说的填充料块体方向并进入填充料块体之中；

(b)由母金属提供(i)熔融母金属第一源和(ii)与所说的第一源连通的熔融母金属储存器；

(c)所说的熔融母金属的第一源与氧化剂形成所说的氧化反应产物，至少维持一部分所说的氧化反应产物在上述熔融母金属第一源与所说的氧化剂之间相互接触并延伸，并逐渐地把熔融母金属，穿过氧化反应产物，抽向氧化剂，并抽引进所说的填充料块体内，因而氧化反应产物连续在所说的填充料块体内在所说的氧化剂与先前形成的氧化反应产物之间的界面上形成；和

(d)随着所说的反应的继续，从上述储存器补充了熔融母金属第一源，形成上述氧化反应产物，该氧化反应产物至少渗入一部分上述填充料块体，形成上述陶瓷复合结构。

2.权利要求1的方法，包括借助于重力流动从所说储存器输送到第一源实现流动的熔融母金属的再充满。

3.权利要求1的方法，包括提供母金属储存器和起始的熔融母金属流，由那里流向填充体并与之接触，以提供该熔融母金属的第一源，然后，从该储存器流出的熔融母金属流实现上述再填满过程.

4.权利要求1的方法，包括以下列形式提供所说的母金属，(1)一固体母金属放置在与该填充料块体相接触之处，固体母金属在熔化时提供上述熔融母金属的第一源，以及(2)一母金属储存器，它提供上述熔融母金属的储存器，熔融母金属从该储存器流向上述熔融母金属第一源以实现再填满。

5.权利要求3或4的方法，包括使熔融母金属流借助于重力流动来传递。

6.权利要求1或2的方法，其中上述母金属第一源是以具有在其上形成的模样的固体母金属来提供，以及上述填充料块体包括与所说的模样相啮合的填充料，该模样从而反型复制了所说的陶瓷复合结构的几何形状。

7.权利要求1或2的方法，其中所说的填充料块体是有一定形状的预成型体。

8.权利要求7的方法，其中所说的预成型体至少有一部分表面由阻挡装置限定，所说阻挡装置包括不锈钢和熟石膏中的至少一种。

9.权利要求1或2的方法，进一步包括一阻挡装置，所说阻挡装置包括不锈钢和熟石膏中的至少一种，至少部分地隔开上述母金属第一源，以建立至少一个填充料块体的表面，继续上述的反应，形成上述氧化反应产物到所说的阻挡装置为止，产生所说的陶瓷复合结构，此结构具有由所说的阻挡装置确定的上述表面。

10.权利要求1或2的方法，其中所说的填充料块体包括一空腔，所说的定向就位要使所说的空腔至少有一个壁与所说的熔融母金属第一源接触，从而上述的氧化反应产物的所说的渗透从或沿所说的空腔体壁进行。

11.权利要求1或2的方法，包括维持所说的熔融母金属储存器的高度要等于或高于所说的熔融母金属第一源的最高点高度，从而维持所说的熔融金属预成型体的静压头。

12.权利要求1或2的方法，包括多个填充料块体以及从一公共的储存器中使熔融母金属流入所说的多个填充料块体中的熔融金属。

13.权利要求1或2的方法，包括维持熔融母金属与所说的填充料块体接触，在所说的反应完成以后，使未反应的金属凝固并与上述陶瓷复合结构接触，以便提供由此整体地形成一金属衬底。

14.权利要求13的方法，其中所说的填充料块体具有一个或多个空腔，并包括维持上述未反应的熔融母金属与所说的一个或多个空腔内部接触，以提供所说的金属衬底作为具有陶瓷复合材料外部基质内部衬底。

15.权利要求13的方法，包括维持上述未反应的熔融母金属至少与所说的填充料块体的一部分外表面相接触，以提供一陶瓷复合结构，它具有一层凝固的母金属面层从外面配置到所说的陶瓷复合结构上。

16.权利要求13的方法，包括形成体积比所说的金属衬底的体积小的所说的陶瓷复合结构。

17.权利要求13的方法，包括形成体积比所说的金属衬底的体积大的所说的陶瓷复合结构。

18.权利要求1或2的方法，其中在步骤(c)中保持与所说的氧化反应产物相接触的所说的熔融母体金属的第一源的体积是以小于待被所说第一源形成的氧化反应产物渗透的所说填料的气孔体积，从上述储存器的第一源的再充满是用来形成遍及整个所说填料体的所说氧化反应产物。

19.权利要求1或2的方法，其中所说的母金属是铝母金属。

20.权利要求19的方法，其中所说的氧化剂是空气，所说的温度范围是从大约850℃到大约1450℃，所说的氧化反应产物包括氧化铝。

21.权利要求20的方法，包括限定至少上述具有阻挡装置的填充料块体的第一边界，所说的阻挡装置包括不锈钢和熟石膏中的至少一种。

22.权利要求1或2的方法，包括将上述母金属加热到高于其熔点，但低于所说的氧化反应产物的熔点的温度范围。

23.权利要求22的方法，包括使用至少一种适当的掺杂剂材料连同上述母金属一起使用，其中的掺杂剂材料包括选自由镁、锌、硅，钠，锗，锡，铅，锂，钙，硼，磷，钇，铈，镧，镨，钕和钐组成的一组材料中的一种或多种材料。

24.权利要求1或2的方法，包括使用至少一种适当的掺杂剂材料连同上述母金属一起使用，其中的掺杂剂材料包括选自由镁、锌、硅，钠，锗，锡，铅，锂，钙，硼，磷，钇，铈，镧，镨，钕和钐组成的一组材料中的一种或多种材料。

25.权利要求7的方法，包括使用一组预成型体并从一公共的储存器中把熔融母金属流入上述一组预成型体。

26.权利要求7的方法，其中所说的母金属是铝母金属。

27.权利要求7的方法，其中所说的母金属选自由钛、硅、锆、铪和锡组成的一组金属中。

28.权利要求1或2的方法，其中所说的母金属选自由钛、硅、锆、铪和锡组成的一组金属中。

29.权利要求21的方法，其中所说的母金属是铝，所说的氧化剂包括氧，所说的阻挡装置包括不锈钢和熟石膏中的至少一种。

30.权利要求22的方法，其中，所说的填充料块体也加热到所说的温度区域。

31.权利要求22的方法，其中所说的母金属是铝，所说的氧化剂包括氧，所说的阻挡装置包括不锈钢和熟石膏中的至少一种。

32.权利要求23的方法，其中将所说的基质紧密地粘结到所说的陶瓷复合结构上。

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