CS275839B6 - Process for producing ceramic profiled composite body with a cavity - Google Patents

Description

(57) Anotace :

Zpěnitelný nebo pěnový model se obklopí výplňovým materiálem, čímž vznikne ve výplni dutina vyplněná modelem. Model se pak chemicky nebo fyzikálně odstraní z výplně a do dutiny se vnese základní kov. Základní kov se zahřeje na teplotu nad svou teplotou tavení a začne oxidační reakce, při které produkt oxidační reakce infiltruje do okolní výplně a uzavírá ji. Přebytečná výplň a/nebo přebytečný základní kov se odstraní a vznikne samonosné keramické kompozitní těleso, které má dutinu ve tvaru původního modelu.

275 83£ Βδ

CS 275 839 B6

Vynález se týká způsobu výroby keramického tvarového kompozitního tělesa s dutinou, při kterém se těleso ze základního kovu uložené ve výplňovém materiálu zahřívá a okysličuje na polykrystalický materiál, obsahující produkt oxidační reakce základního kovu a případně kovovou složku a uzavírající výplň.

V poslední době se zvětšuje zájem o nahrazení kovu keramikou, která má určité lepší vlastnosti než kovy. Při takovém nahrazování však existuje řada problémů nebo obtíží, např. rozměrová přizpůsobivost, možnost vyrábět složité tvary, vytvořit tělesa s vlastnostmi vhodnými pro konečné použití a cena. Tento problém obecně řeší výroba kompozitních těles oxidační reakcí roztaveného základního kovu, jak ji popisuje US patentový spis č.

85¹ 375; vyrobená tělesa však nemají požadovaný ani předem stanovený tvar. V US patentovém spise č. 4713 36Ο se popisuje použití dotovací příměsi ve formě legovací složky v základním kovu a v US patentovém spise č. 4 853 352 se uvádí použití vnější dotovací přímíš si, nanesené na povrch základního kovu.

US patentový spis č. 4 828 785 popisuje výrobu samonosných keramických kompozitních těles, opatřených alespoň jednou dutinou, která negativně kopíruje tvar základního kovového prekursoru jako pozitivního modelu. Výsledný kompozitní produkt má tedy dutinu předem stanoveného tvaru. Dutina v kompozitním tělese může mít prakticky libovolný tvar, např. tvar rozšiřující se směrem dovnitř. Běžné známé způsoby výroby keramických produktů s takovými tvary, které spočívají v lisování a slinování prášků, nejsou k takovému účelu použitelné, protože vnitřní model, potřebný k vytvoření požadované geometrie, by se nedal vyjmout z dutiny hotového tělesa. Třebaže součásti takového tvaru lze někdy vyrobit strojním opracováním nebo obroušením do požadovaného tvaru, a to bučí syrového předlisku nebo hotového keramického polotovaru, je takový postup nežádoucí, protože strojní opracování a broušení jsou drahé operace, zejména v použití na keramických materiálech. V určitých případech se tělesa s takovým tvarem nedají vůbec vyrobit ani strojním obráběním ani broušením.

Způsob navršený v uvedeném patentovém spise, sloužící k výiObě keramických těles s vysokou pevností a houževnatostí při lomu, umožňuje vyrobit tělesa s tvarovanou dutinou levnějším, snadnějším a přímějším postupem. Mimoto mohou být tělesa takového rozměru a tloušťky, jaký se nedá dosáhnout dosud obvyklou technologií. Způsob výroby takových těles spočívá v tom, že tvarový kovový prekursor se vloží do přizpůsobivé výplně, do které · infiltruje keramická matrice vznikající oxidací základního kovu na polykrystalický materiál. Tento materiál sestává především z produktu oxidační reakce základního kovu s okysličovadlem a případně z jedné nebo několika kovových složek. Základní kov se vytvaruje do tvaru modelu a přizpůsobivá výplň negativně kopíruje tvar modelu. Výplň je propustná pro okysličovadlo, pokud je okysličovadlo v plynné fázi, a v každém případě umožňuje infiltraci vznikajícího produktu oxidační reakce. Mimoto má výplň dostatečnou přizpůsobivost v teplotním intervalu reakční teploty, takže snáší odlišné součinitele tepelné roztažnosti mezi sebou a základním kovem včetně objemových změn základního kovu při tavení. Výplň je alespoň v tom pásmu, které obklopuje model, samovazná a má tedy dostatečnou soudržnost, aby si při migraci základního kovu zachovala geometrii podle vloženého modelu. Tvarový základní kov obklopený výplní se zahřívá na teplotu ležící nad jeho teplotou tavení, avšak pod teplotou tavení produktu oxidační reakce. V uvedeném teplotním rozmezí se roztavený základní kov nechá reagovat s okysličovadlem na produkt oxidační reakce. Alespoň část produktu oxidační reakce se udržuje na uvedené teplotě a ve styku s roztaveným kovem a s okysličovadlem a mezi nimi, takže roztavený kov je postupně protlačován produktem oxidační reakce. Tím současně vzniká dutina, protože produkt oxidační reakce se neustále dál tvoří uvnitř lože výplně na styčné ploše mezi okysličovadlem a dříve vytvořeným produktem oxidační reakce, takže základní roztavený kov se odčerpá z modelu. Reakce pokračuje v uvedeném teplotním rozmezí po tak dlouhou dobu, až rostoucí produkt oxidační reakce uzavře alespoň část výplně, čímž vznikne kompozitní těleso, které má dutinu odpovídající původnímu modelu. Nakonec se vzniklé samonosné kompozitní těleso oddělí od případného zbytku výplně.

Předmětem vynálezu je odlišný způsob výroby tvarových keramických těles obsahujících

CS 275 839 B6 dutiny. Jeho podstata spočívá v tom, že se vytvoří zpěnitelný nebo jednorázově použitelný model, který v podstatě odpovídá dutině vyráběného kompozitního tělesa, vloží se do lože Výplňového materiálu, poté se model odstraní a nahradí základním kovem a nechá se probíhat oxidační reakce.

Tvarový model může být s výhodou z polystyrenu, polyurethanu, polyethylenu, zpěnitelného vosku a jejich směsí. Model se uloží do lože přizpůsobivé výplně, která negativně okopíruje jeho tvar. Model se pak odstraní, např. odpařením, spálením, roztavením a vylitím nebo působením chemického činidla, a vzniklý prostor ve výplni se naplní základním kovem v pevném nebo roztaveném stavu. Alternativně se k odstranění modelu a jeho náhradě na model naleje roztavený základní kov. Lože výplně a roztavený kov uvnitř výplně se pak zahřívají na reakčni teplotu nad teplotou taveni základního kovu, avšak pod teplotou tavení produktu oxidační reakce. V tomto teplotním rozmezí reaguje základní kov s okysličovadlem, např. v plynné fázi, na produkt oxidační reakce. Alespoň část tohoto produktu se udržuje ve styku s roztaveným kovem a okysličovadlem a mezi nimi, takže roztavený kov je postupně protlačován od tělesa roztaveného kovu oxidačním produktem směrem k výplni a současně vytváří ve výplni dutinu, protože produkt oxidační reakce neustále vzniká na rozhraní mezi okysličovadlem a dříve vzniklým produktem oxidační reakce směrem do výplně. Oxidační reakce se udržuje tak dlouho, až její produkt alespoň částečně infiltruje nebo uzavře výplň, čímž vznikne kompozitní těleso s dutinou. Když je to zapotřebí, mohou být meze lože výplně opatřeny bariérou, která inhibuje nebo brání růstu produktu za sebe, čímž se usnadní vznik přesného tvaru i na vnější ploše keramického tělesa. Vzniklé samonosné kompozitní těleso se pak oddělí od přebytečné výplně a/nebo přebytečného základního kovu, pokud nějaké zbudou.

Lože výplňového materiálu je propustné pro okysličovadlo, pokud je okysličovadlo v plynné fázi, a pro infiltrující produkt oxidační reakce. Aby mělo lože výplně jistou dočasnou soudržnost a udrželo požadovaný tvář dutiny, smíchá se výplň alespoň v oblasti obklopující model s pojivém nebo slinovacím činidlem.

Obecně je jednoduché vytvarovat materiál modelu. Zpěnitelné materiály modelu, např. zpěněný polystyren, se dají vytlačovat, lisovat nebo stříkat poměrně jednoduše, takže způsobem podle vynálezu lze vyrobit keramické kompozity s dutinami složitého tvaru.

Způsobem podle vynálezu se vyrábějí samonosná keramická kompozitní tělesa s dutinou, která negativně kopíruje tvar modelu, a sestávající z keramické matrice, uzavírající výplň. Matrice sestává v podstatě z polykrystalického produktu oxidační reakce, jehož propojené krystaly vznikají při oxidaci základního kovového prekursoru, a případně z kovových složek a/nebo pórů.

Materiály podle vynálezu mohou růst při stejných vlastnostech v celém průřezu do tloušíky, které se dosud dalo dosáhnout běžnými postupy výroby hutné keramiky pouze s velkými obtížemi. Způsob podle vynálezu není spojen s vysokými náklady, které jsou inherentní běžným způsobům výroby keramiky, protože tyto způsoby zahrnují přípravu jemných, velice čistých prášků, vytvarování syrového tělesa, vypálení pojivá, slinování, lisování za horka a/nebo isostatické lisování za horka. Produkty podle vynálezu jsou použitelné nebo přímo vyrobené jako komerční předměty a zahrnují bez jakéhokoliv omezení průmyslová, konstrukční a technická keramická tělesa pro takové účely použití, kde jsou důležité nebo výhodné určité vlastnosti jako elektrické vlastnosti, nízká opotřebitelnost, tepelné, konstrukční a jiné vlastnosti, avšak tato tělesa nezahrnují recyklované nebo odpadní materiály, jaké mohou například vznikat jako nežádoucí vedlejší produkty při zpracování roztavených kovů.

V textu mají dále uvedené termíny tento význam:

- keramika není omezena na keramické těleso v klasickém smyslu, tedy na těleso sestávající výlučně z nekovových a anorganických materiálů, nýbrž se týká tělesa, které je převážně keramické buď co do složení nebo hlavních vlastností, třebaže může obsahovat menší nebo větší množství jedné nebo několika kovových složek odvozených ze základního kovu nebo vyredukovaných z okysličovadla nebo příměsi. Jejich množství leží v rozmezí 1 až 40 %

CS 275 839 B6 objemu, může však být ještě větší;

- produkt oxidační reakce obecně znamená jeden nebo několik kovů v oxidovaném stavu, kde kov odevzdal elektrony nebo sdílí elektrony s jiným prvkem, sloučeninou nebo její kombinací. Podle této definice zahrnuje produkt oxidační reakce produkt reakce jednoho nebo několika kovů s okysličovádiem;

- okysličovadlo znamená jeden nebo několik akceptorů elektronů nebo látek sdílejících elektrony. Okysličovadlo může být v pevném, kapalném nebo plynném skupenství, nebo může být i jejich kombinací, například může být v pevném a plynném skupenství v reakčních podmínkách;

- materiál modelu značí zpěnitelné materiály jako jsou plasty, pěny a vosky, které se dají vytlačovat, lisovat, odlévat, strojně obrábět nebo jinak tvarovat za účelem určení tvaru dutiny, a které se dají chemicky nebo fyzikálně odstranit z lože výplně tak, aby vzniklá dutina zůstala v nezměněném tvaru;

- základní kov znamená ten kov, například hliník, který je prekursorem produktu oxidační reakce, a zahrnuje tento kov jako poměrně čistý kov, jako komerční kov s nečistotami a/nebo legovacími složkami nebo jako slitinu, kde je kovový prekursor hlavní složkou. Kdekoliv je určitý kov uveden jako základní kov, například hliník, je třeba této definici rozumět v uvedeném smyslu;

- dutina znamená nevyplněný prázdný prostor uvnitř hmoty výplně nebo tělesa a není omezena na jakýkoliv specifický tvar tohoto prázdného prostoru.

K vysvětlení vynálezu slouží výkresy, kde značí obr. 1 schematický příčný řez modelem, který je obklopen ložem zrnité výplně uložené v řáruvzdorné nádobě, obr. 2 analogický řez jako na obr. 1, znázorňující ukládání základního kovu do dutiny a obr. 3 řez keramickým kompozitním tělesem, vyrobeným způsobem podle vynálezu.

Při provádění způsobu podle vynálezu se určité množství materiálu modelu vytvaruje do požadovaného tvaru, který se má negativně kopírovat jako dutina uvnitř hotového keramického kompozitu. Způsobem podle vynálezu lze uvnitř keramického kompozitu během růstu keramiky negativně kopírovat složité tvary, místo aby se tvarovalo nebo obrábělo keramické těleso. Pojem negativní kopírování znamená, že dutina v keramickém kompozitu, vyrobeném způsobem podle vynálezu, je omezena vnitřními plochami kompozitu, které odpovídají tvaru modelu. Materiál modelu lze vhodně tvarovat jakýmkoliv způsobem: zvolené množství materiálu se dá například lisovat, vytlačovat, odlévat, strojně obrábět nebo jinak tvářet. Model může mít drážky, otvory, dutinky, plošky, výstupky, příruby, kolíky, šroubové závity apod. stejně jako objímky, pouzdra, kotouče, tyčky nebo pod., takže lze vyrobit model prakticky jakéhokoliv požadovaného tvaru. Model může být dutý nebo může sestávat ze dvou nebo více jednotlivých kusů takového tvaru, že po uložení do přizpůsobivého lože výplně tvoří tyto kusy celistvý model a tedy tvarovanou dutinu, kterou přechodně model zaujímá.

Když se materiál modelu potom nahradí základním kovem, který se taví v podmínkách oxidační reakce, vznikne ve výsledném keramickém kompozitním tělese tvarová dutina. Vynález tedy umožňuje vytvořit dutinu lisováním, vytlačováním, odléváním nebo strojním obráběním materiálu modelu, například pěnového plastu, místo tvarováním, broušením nebo obráběním keramiky nebo místo obráběním a tvarováním základního kovového prekursoru.

Materiály modelu, použitelné podle vynálezu, zahrnují ty materiály, kterých se používá při běžném odlévání s vytavitelným modelem. Třebaže pro určitá provedení jsou vhodné zpěňovatelné vosky nebo směsi vosků, pěnitelné plasty a pěny jsou výhodnější. Jako materiálu modelu se s výhodou využívá polystyrenů, polyethylenů a polyurethanů.

Materiál modelu se dá tvářet běžnými způsoby včetně vstřikování, vyfukování, vytlačování, odlévání, strojního obrábění apod. Vstřikování je výhodné pro výrobu velkého počtu modelů. V jiných případech je výhodné vyfukování, kterým je možno vyrobit duté modely. Vyfukování je obzvláště výhodné i proto, že snižuje na minimum množství pěnitelného materiálu, takže usnadňuje co nejrychlejší uvolnění dutiny.

CS 275 839 B6

Zpěnitelný materiál se může odstranit nebo vyjmout z dutiny různými způsoby. Materiál lze například odpařit vypařováním nebo spalováním před vložením základního kovového prekursoru. Alternativně lze materiál modelu odstranit roztavením a jeho vylitím z dutiny. Jakýkoliv zbytek se může spálit, například jako předběžné vypalování. Materiál modelu lze rovněž chemicky rozpustit a případný zbytek vymýt z dutiny vhodným rozpouštědlem.

Podle dalšího provedení vynálezu se materiál modelu nechá v loži výplně a zvolené množství roztaveného základního kovu se vlévá přímo do dutiny. Když roztavený kov přijde do styku s modelem, materiál modelu se vypaří a tedy odstraní z dutiny. Tímto způsobem nahradí roztavený základní kov přímo materiál modelu, takže se sníží nebezpečí porušení tvaru dutiny ve výplni. Materiál výplně si pak spíš udrží původní tvar dutiny.

Podle způsobu výměny základního kovu za materiál modelu se může základní kov přidávat bud v roztavené nebo v pevné formě, například jako prášek, zrnité granule nebo kousky. Použití roztaveného základního kovu je výhodnější, protože úplně vyplní dutinu při teplotě nebo v blízkosti teploty panující při oxidační reakci. Když je mimoto základní kov v roztavené fázi, je pro oxidační reakci k dispozici čerstvá plocha základního kovu, tedy plocha prostá povrchových oxidů a podobných látek. Podle potřeby, se může lože výplně a model vložit do pece a zahřát na pracovní teplotu nebo do její blízkosti, takže základní roztavený kov vypudí materiál modelu. Když se přidává základní kov a nahrazuje model, který se odpařuje, začně probíhat oxidační reakce a infiltrace jejího produktu do lože výplně. Alternativní provedení spočívá v tom, že se nejprve odstraní model a pak se základní kov naleje do dutiny. V jistých případech může být výhodný práškový nebo granulovaný základní kov, protože mezery mezi jeho částicemi kompenzují tepelnou roztažnost kovu. Základní kov v práškové nebo granulované formě se po vložení do dutiny okamžitě přizpůsobí jejímu tvaru v loži výplně.

Třebaže vynález bude v následujícím popsán podrobně se specifickým odkazem na hliník jako výhodný základní kov, hlediskům vynálezu vyhovují i jiné základní kovy, například bez omezení křemík, titan, cín, zirkonium a hafnium.

Při postupu podle vynálezu lze použít okysličovadlo v pevné, kapalné nebo plynné fázi nebo kombinace takových okysličovadel. Mezi typická okysličovadla patří bez omezení kyslík, dusík, halogeny, síra, fosfor, arsen, uhlík, bor, selen, tellur a jejich sloučeniny nebo kombinace, například oxid křemičitý jako zdroj kyslíku, methan, ethan, propan, acetylen, ethylen a propylen jako zdroj uhlíku a směsi jako vzduch, Hg/HgO a CO/CO₂, kde tyto poslední směsi regulují aktivitu kyslíku v prostředí.

Třebaže lze použít jakéhokoliv vhodného okysličovadla, je vynález v dalším popsán v souvislosti s plynnými okysličovadly. Použije-li se okysličovadla ve formě plynů nebo par, to znamená okysličovadla v plynné fázi, musí být výplň propustná pro toto okysličovadlo, takže při styku lože s okysličovadlem prochází okysličovadlo ložem výplně a přichází do styku s roztaveným základním kovem. Pojem okysličovadlo v plynné fázi znamená normálně plynný materiál nebo materiál ve formě par, který tvoří oxidační atmosféru. Výhodnými plynnými okysličovadly jsou například kyslík a plynné směsi obsahující kyslík včetně vzduchu, zejména v případě hliníku jako základního kovu a oxidu hlinitého jako produktu oxidační reakce. Vzduch bývá zpravidla nejvýhodnější z ekonomických důvodů. Uvádť-li se okysličovadlo jako látka obsahující nebo sestávající z určitého plynu nebo par, znamená to, že v okysličovadle je tento plyn nebo pára jediným, hlavním nebo alespoň významným oxidantem základního kovu v podmínkách oxidační reakce. Třebaže tedy hlavní složkou vzduchu je dusík, je kyslík obsažený ve vzduchu jediným okysličovadlem, protože kyslík je podstatně silnějším oxidantem než dusík. Vzduch tedy spadá pod definici plynu obsahujícího kyslík, nikoliv však pod definici plynu obsahujícího dusík. Příkladem okysličovadla tvořeného plynem s obsahem dusíku je například formovací plyn, který obsahuje 96 % objemu dusíku a 4 % objemu vodíku.

Použité pevné okysličovadlo se zpravidla disperguje celým ložem výplně ve formě částic smíchaných s výplní nebo případně jako povlak těchto částic. K tomuto účelu lze použít

CS 275 839 B6 jakéhokoliv vhodného pevného okysličovadla, například prvků, jako je hor nebo uhlík, nebo redukovatelných sloučenin, jako je oxid křemičitý nebo některé boridy s nižší termodynamickou stabilitou než má borid jako reakční produkt základního kovu. Když se například použije boru nebo redukovatelného boridu jako pevného okysličovadla pro hliník jako základní kov, je výsledným produktem oxidační reakce borid hliníku.

V některých případech může oxidační reakce probíhat tak rychle, že produkt oxidační reakce základního kovu s pevným okysličovadlem se taví v důsledku exothermické povahy pochodu. Tím by se mohla snížit stejnoměrná mikrostruktura keramického tělesa. Takovou rychlou exothermickou reakci lze znemožnit přidáním poměrně netečných výplní s nízkou reaktivitou do směsi. Takové výplně absorbují reakční teplo a znemožňují tedy jeho přenos do produktu oxidační reakce. Příkladem takového vhodného materiálu netečné výplně je materiál identický se zamýšleným produktem oxidační reakce.

Při použití kapalného okysličovadla se celé lože výplně nebo alespoň část přiléhající k roztavenému kovu povleče nebo nasytí, například ponořením do okysličovadla, takže výplň se impregnuje. Kapalné okysličovadlo znamená takovou látku, která je kapalná v reakčních podmínkách, takže kapalné okysličovadlo může mít pevný prekursor, například sůl, která se taví v podmínkách oxidační reakce. Alternativně může mít kapalné okysličovadlo kapalný prekursor, například roztok, kterým se impregnuje veškerá výplň nebo její část a která se rozkládá nebo taví v podmínkách oxidační reakce a zanechává po sobě vhodný oxidační zbytek. Příkladem takových kapalných okysličovadel jsou nízkotavná skla.

Materiálem výplně při provádění způsobu podle vynálezu může být jeden nebo několik z nejrůznějšího okruhu materiálů vhodných k tomuto účelu. Když se uvádí, že model je obklopen materiálem výplně, znamená to, že materiál výplně je uložen kolem modelu nebo přitisknut na plochu modelu. Materiál výplně se musí v podstatě přizpůsobit geometrii modelu. Když je například výplň ve formě částic jako jsou jemná zrna nebo prášky žárovzdorného oxidu kovu, je model obklopen výplní tak, že vyplňuje a tedy definuje dutinu. Není však nezbytné, aby výplň byla ve formě jemných částic, nýbrž může obsahovat dráty, vlákna, dutá tělíska, kuličky, bublinky, peletky, destičky nebo agregát nebo tenké drátky, nebo konečně takové materiály, jako je kovová vlna, drátky nebo žárovzdorná tkanina. Výplň může rovněž sestávat z heterogenní nebo homogenní kombinace dvou nebo několika takových složek nebo geometrických tvarů, například z kombinace malých zrnek nebo drátků. Je pouze nezbytné, aby fyzická skladba výplně byla taková, aby model mohl být obklopen hmotou výplně, která se přesně přizpůsobí jeho povrchu. Dutina, která se pak vytvoří v keramickém kompozitu, je negativním obrazem tvaru materiálu modelu. Tento materiál nejprve vytvoří v loži přizpůsobivé výplně dutinu, kterou vyplní a které dá tvar.

Výplňový materiál, vhodný pro způsob podle vynálezu, je takový, který v reakčních podmínkách vynálezu propouští plynné okysličovadlo. V každém případě musí být výplň propustná pro růst nebo vznik produktu oxidační reakce. Když je to žádoucí, může mít výplň při teplotě, při které probíhá oxidační reakce, dostatečnou soudržnost, takže udržuje negativní obraz modelu vzniklý tím, že se výplň přizpůsobila modelu, během náhrady modelu základním kovem.

Způsob podle vynálezu se má provádět tak, aby doba mezi vynětím modelu z dutiny a okamžikem, kdy začne vznikat reakční produkt z materiálu výplně, byla co nekratší, přičemž při tomto začátku růstu reakčního produktu vznikne slupka dostatečné pevnosti, aby udržela tvar dutiny. Nicméně existuje přechodová doba, třebaže krátká, kdy tvar dutiny není udržován ani materiálem modelu ani reakčnim produktem. Materiál výplně má proto mít alespoň jistou schopnost samočinného spojování, aby udržel tvar dutiny. Jinak by mohlo vlastní tíží výplně nebo rozdílem tlaku mezi vznikající dutinou a pracovní atmosférou dojít ke zhroucení dutiny směrem dovnitř v postupu odebírání základního kovu.

Jednou z možností, jak udržet tvar dutiny, je použití samopojicí výplně, která při vhodné teplotě buň sama sebou slinuje nebo se spojuje nebo může být přinucena ke slinování nebo jinému vzájemnému propojení pomocí vhodných přísad nebo pomocí povrchové úpravy

CS 275 839 B6 výplně. Vhodnou výplní pro použití s hliníkem jako základním kovem a vzduchem jako okysličovadlem je například práškový oxid hlinitý s přídavkem pojivá tvořeného oxidem křemičitým ve formě jemných Částic nebo povlaku na zrnech oxidu hlinitého. Taková směs materiálů částečně slinuje nebo se spojuje při teplotě nebo pod teplotou oxidační reakce, při níž vzniká keramická matrice. Bez přísady oxidu křemičitého potřebují Částice oxidu hlinitého ke vzájemnému slepení podstatně vyšší teplotu.

Druhým vhodným typem výplní jsou částice nebo vlákna, která v podmínkách oxidační reakce tvoří na svém povrchu kůru reakčního produktu, jež spojí částice výplně v požadovaném teplotním rozmezí reakce. Pro hliník jako základní kov a vzduch jako okysličovadlo je příkladem této výplně karbid křemíku ve formě jemných částic, například 500 mesh a menších, na kterých vzniká povlak z oxidu křemičitého. Tento povlak spojí zrna karbidu křemičitého v teplotním rozmezí, při němž probíhá oxidační reakce hliníku.

V alternativních provedeních se tvar dutiny může udržovat během přechodového období pomocí organického pojivá, které se odstraní z výplně při teplotě nebo pod teplotou oxidační reakce.

Není nezbytně nutné, aby celá hmota nebo lože výplně byla ze slinovatelného nebo samovazného materiálu nebo obsahovala slinovací nebo spojovací činidlo, třebaže takové uspořádání je v rámci vynálezu. Samovazná výplň, spojovací činidlo nebo slinovací činidlo mohou být dispergovány pouze v té části lože výplně, která sousedí s modelem nebo obklopuje model, a to do takové hloubky, aby při slinování nebo spojování vznikla hranice dutiny, která má dostatečnou tloušťku a mechanickou pevnost a zabrání tedy zhroucení dutiny dřív, než produkt oxidační reakce vyroste do dostatečné tloušťky. Stačí tedy, když nosné pásmo výplně, obklopující model, obsahuje výplňový materiál, jenž sám o sobě slinuje nebo se samočinně slinuje v teplotním rozmezí reakce nebo obsahuje slinovací nebo spojovací činidlo, které je 'účinné v tomto teplotním rozmezí.

Bod pojmem nosné pásmo se rozumí ta tloušťka výplně obklopující model, která má při vzájemném spojení nebo slinování dostatečnou konstrukční pevnost, aby udržela tvar modelu tak dlouho, dokud rostoucí produkt oxidační reakce není samonosný a nezabrání tedy sám zhroucení dutiny. Rozměr nosného pásma výplně závisí na rozměrech a tvaru modelu na mechanické pevnosti, které dosáhne slinovatelná nebo samovazná výplň v tomto nosném pásmu. Nosné pásmo může sahat od povrchu modelu do lože výplně do menší vzdálenosti, než do jaké doroste produkt oxidační reakce, nebo do celé tloušťky tohoto produktu. V jistých případech může být nosné pásmo zcela tenké. Třebaže nosné pásmo výplně může být tvořeno celým ložem výplně, která uzavírá model a je sama uzavřena ve větším loži výplně, která ani neslinuje ani se sama nespojuje, může být nosné pásmo v některých případech tvořeno pouze povlakem ze samovazných nebo slinovatelných částic, které ulpívají na modelu pomocí vhodného lepidla nebo povlaku.

V žádném případě nemá výplň slinovat, tavit se nebo reagovat tak, aby vznikla nepropustná hmota, která by bránila v případě použití plynného okysličovadla jeho průchodu. Pokud se slinovaná hmota vytvoří, nesmí vznikat při tak nízkých teplotách, při kterých by se rozlámala v důsledku různé teplotní roztažnosti mezi materiálem modelu a materiálem výplně dřív, než se dosáhne teploty nezbytné k odpaření.

Jak bylo uvedeno, lze spojovací nebo slinovací činidlo vnést jako složku do výplně v těch případech, kde by výplň neměla sama dostatečné schopnosti spojování nebo slinování, aby zabránila zhroucení vznikající dutiny. Spojovací činidlo může být dispergováno celou výplní nebo pouze v nosném pásmu. Vhodnými látkami k tomuto účelu jsou organokovové materiály, které se v oxidačních podmínkách, nezbytných pro vznik produktu oxidační reakce, alespoň částečně rozkládají a spojují výplň na dostatečnou mechanickou pevnost. Pojivo nesmí rušivě působit na proces oxidační reakce ani nesmí zanechávat v keramickém kompozitu nežádoucí vedlejší produkty. Příkladem vhodného organokovového pojivá je tetraethylorthosilikát, který zanechává při teplotě oxidační reakce jako zbytek oxid křemičitý, jenž účinně váže výplň na požadovanou soudržnost.

CS 275 839 B6

Je výhodné, aby se lože výplně předehřálo dřív, než se do něho vloží základní kov.

Tím způsobem totiž lze zabránit tepelnému šoku výplně. Nejúčinnější je zahřát lože výplně na stejnou nebo na vyšší teplotu než má roztavený základní kov, kterým se nalévá do dutiny. Po nahrazení materiálu modelu v dutině základním kovem se soustava sestávající ze základního kovu a lože výplně v oxidačním prostředí udržuje na teplotě oxidační reakce, která leží nad teplotou tavení kovu avšak pod teplotou tavení produktu oxidační reakce.

Jak bylo uvedeno, lze základní kov vložit do dutiny ve formě prášků, částic nebo kousků.

V tomto případě se soustava zahřívá nad teplotu tavení kovu, čímž vznikne těleso nebo lázeň roztaveného kovu.

Ve styku s okysličovadlem reaguje základní roztavený kov a vzniká vrstva produktu oxidační reakce. Při pokračujícím působení oxidačního prostředí ve vhodném teplotním rozmezí je roztavený kov postupně vtahován do produktu oxidační reakce a tímto produktem směrem k okysličovadlu a do lože výplně, kde ve styku s okysličovadlem neustále tvoří další produkt oxidační reakce. Alespoň část tohoto produktu se udržuje ve styku s roztaveným základním kovem a okysličovadlem a mezi nimi, takže růst polykrystalického produktu oxidační reakce do loze výplně pokračuje, čimž se výplň uzavře v tomto polykrystalickém produktu. Polykrystalický matricový matei^iál roste tak dlouho, jak se udržují vhodné reakční podmínky.

Postup se provádí tak dlouho, až produkt oxidační reakce infiltruje nebo uzavře požadované množství výplně. Vzniklý keramický kompozitní produkt sestává z výplně, uzavřené v keramické matrici, která je z polykrystalického produktu oxidační reakce a obsahuje případně jednu nebo několik nezoxidovaných složek základního kovu a/nebo dutinky. V takových polykrystalických keramických.produktech jsou krystaly produktu oxidační reakce zpravidla propojené ve více než jednom rozměru, s výhodou ve třech rozměrech, přičemž kovové inkluze nebo dutinky mohou být propojeny alespoň částečně. Když se proces nevede až za vyčerpání základního kovu, je vzniklý keramický kompozit hutný a v podstatě prostý dutinek.

Když se proces úplně dokončí, to znamená když se zoxiduje co největší množství kovu, oxidovatelné v reakčnich podmínkách, vzniknou v keramickém kompozitu místo propojeného kovu póry. Vzniklý keramický kompozitní produkt má tedy dutinu v podstatě stejných rozměrů a geometrického tvaru, jako měl model.

Obr. 1 znázorňuje žárovzdornou nádobu 2, například z oxidu hlinitého, obsahující lože výplně 4, která obklopuje model 6 z jakéhokoliv vhodného materiálu, například z polystyrenu. Jak ukazuje obr. 1 a 2, má model 6 středovou sekci 8, která je obecně válcová a na kterou navazuje koncová sekce 8a, jež je osově kratší, avšak má větší průměr než středová sekce 8. Ve znázorněném provedení je výplň udržována ve správné poloze bariérou 1.0, například nerezovým ocelovým sítem nebo perforovaným ocelovým válcem, které tedy určují hranice keramického tělesa. Alternativně může být bariéra z formy z pálené sádry nebo z křemičitanu vápenatého, které se nanášejí ve formě kaše na substrát, například na lepenku, a nechají se ztvrdnout. Bariéra 1.0 tedy vymezuje hranice nebo obvod keramického tělesa, protože brání dalšímu růstu produktu oxidační reakce.

Pokud je materiál modelu 6 tvořen pěnou, může být nahrazen základním kovem tak, že se roztavený základní kov 1.2 vlije přímo na model 6 v dutině. Tím se materiál výplně 6 vypaří a unikne z dutiny bučí ložem výplně nebo stejným otvorem, kterým se přidává základní kov, nebo odděleným neznázorněným vypouštěcím otvorem, když je otvor pro vlití základního kovu poměrně malý.

V alternativním provedení lze model odstranit z lože dřív, než se do něj zavede roztavený základní kov. Lze to provést tak, že se model roztaví, roztavený materiál se vylije z dutiny nebo tak, že se celá soustava vloží do pece, která je zahřáta na teplotu, při které pěnový materiál shoří nebo se vypaří. Materiál modelu lze ovšem odstranit i jinými způsoby, například rozpuštěním, mechanickým odstraněním apod.

Jakmile je základní kov uvnitř dutiny, zahřívá se celá soustava na teplotu vhodnou k roztavení kovu, pokud nebyl kov vložen v již roztaveném stavu. Potom se udržuje tak vysoká

CS 275 839 B6 teplota, aby plynné okysličovadlo, které prochází ložem výplně 4 a je ve styku s roztaveným kovem, oxidovalo roztavený kov, přičemž rostoucí produkt oxidační reakce infiltruje lože výplně 4.

Když je například základním kovem hliník a vzduch okysličovadlem, leží oxidační teplota v rozmezí 850 až asi 1450 °C, s výhodou mezi 900 °C až 1350 °C, přičemž produktem oxidační reakce je typicky <£-oxid hlinitý. Roztavený kov putuje vznikající kůrou z produktu oxidační reakce z prostoru, který předtím zaujímal model 6, takže vzniká kompozit, jehož dutina negativně kopíruje tvar modelu.

V určitých případech může být vhodné vložit určité množství výplňového materiálu na otvor poté, co byl do dutiny zaveden základní kov. Tím vznikne uzavřená dutina. V takových případech nebo i bez výplňového materiálu na tomto otvoru může migrace základního kovu vyvolat v dutině pokles tlaku, zejména v uzavřené dutině, protože rostoucí vrstva produktu oxidační reakce nepropouští okolní atmosféru a na povrchu lázně roztaveného kovu vzniká kůra z produktu oxidační reakce. Následkem toho působí na kůru z produktu oxidační reakce, která tvoří jakoby nádobu, vnější tlak. Podle výhodného provedení vynálezu je však lože výplně 4 nebo alespoň jeho nosné pásmo obklopující model 6 samovazné nad teplotou, která leží 3 výhodou těsně u teploty oxidační reakce, avšak nepatrně pod ní. Při zahřívání na teplotu, při které se výplň sama spojuje, se materiál výplně nebo nosného pásma slinuje nebo jinak spojuje a upíná se na rostoucí produkt oxidační reakce dostatečnou silou, takže propůjčuje výplni obklopující vznikající dutinu dostatečnou pevnost, aby odolala tlakovému rozdílu a zachovala si geometrii, která vznikla původně podle modelu 6. Na obr. 1 je znázorněno provedení, kde pouze nosné pásmo výplně 4 obsahuje nebo je ze slinovatelné nebo samovazné výplně nebo obsahuje slinovací nebo spojovací činidlo, přičemž přerušovaná čára H znázorňuje hranice nosného pásma v loži výplně 4. Při postupující reakci se dutina uvnitř lože 4 částečně nebo v podstatě úplně vyprázdní migrací roztaveného základního kovu produktem oxidační reakce na jeho vnější plochu, kde přichází do styku s plynným okysličovadlem a je okysličován na další produkt oxidační reakce. Produkt oxidační reakce tedy obsahuje polykrystalický keramický materiál, který může obsahovat vměstky nezoxidovaných složek roztaveného základního kovu. Při dokončení reakce se může případný zbylý roztavený kov uvnitř dutiny odstranit vylitím, pokud se předem zabránilo růstu silné vrstvy reakčního produktu kolem vstupního otvoru, například pomocí bariéry nebo inhibitoru. Alternativně lze soustavu nechat ochladit a zbývající ztuhlý kov odstranit v následujícím dalším postupu, například vyloužením kyselinou. Vzniklý keramický kompozit, jehož rozměry jsou dány bariérou £0 podle obr. 1, se oddělí od přebytečné výplně, pokud vůbec zbyla v nádobě ?. Přebytečná výplň nebo její část může tvořit soudržné těleso, protože se mohla spojit nebo slinovat, a takové soudržné těleso se může odstranit z keramického kompozitu otryskáváním, broušením nebo pod. Ekonomickou techniku představuje otryskávání zrny, použije-li se zrn takového materiálu, který je vhodný jako výplň nebo jako složka výplně, takže odstraněná výplň a částice použité k otryskávání lze v následující operaci znova použít jako výplně.

Je třeba si uvědomit, že pevnost samovazné výplně, která brání zhroucení dutiny během oxidace, je typicky podstatně menší než pevnost výsledného kompozitu. Je tedy poměrně snadné odstranit přebytečnou spojenou výplň rychlým otryskáváním, aniž by bylo nebezpečí poškození vzniklého kompozitu. Každopádně lze keramickou kompozitní strukturu, která má v sobě dutinu, dále tvarovat strojním obrobením, broušením nebo jiným způsobem na požadovaný vnější tvar. V příkladě znázorněném na obr. 3 má keramický kompozit 18 tvar kruhového válce s vnější plochou 20, dnem 22 a dutinou 24, která je omezena plochami kongruentními k plochám modelu 6. Tvar dutiny 24 je tedy negativní kopií tvaru modelu 6. Pro řadu aplikací lze keramického tělesa použít přímo v té formě, jak bylo vyrobeno, po odstranění přebytečné výplně, aniž by bylo třeba je brousit nebo strojně obrábět.

Vhodnou volbou výplně a udržováním podmínek oxidační reakce po dostatečně dlouhou dobu k odstranění v podstatě veškerého roztaveného základního kovu z dutiny, kterou původně z aujímal model 6, vznikne dutina 1_6 tvořící věrnou negativní kopii modelu 6. Třebaže znázorněný tvar modelu 6 a tedy i dutiny _j_6 je poměrně jednoduchý, lze uvnitř keramických

CS 275 839 B6 kompozitů vytvořit dutiny, které negativně kopírují s naprostou věrností podstatně složitější tvary než má model 6 znázorněný na výkrese. Vnější plochy keramického kompozitu lze uvést do požadovaného tvaru pomocí bariéry, která se vloží do požadované formy a brání dalšímu růstu produktu oxidační reakce. Mimoto lze plochy obrousit, strojně obrobit nebo jinak tvarovat do požadovaného rozměru nebo tvaru, vhodného nebo souvisejícího s tvarem dutiny [6.

Je třeba poznamenat, že vlastnosti výplně, totiž propustnost, přizpůsobitelnost a samovaznost, jsou vlastnosti celkového složení výplně, takže jednotlivé složky výplně nemusejí mít vůbec žádné nebo alespoň ne všechny tyto vlastnosti. Výplň může obsahovat jediný materiál, směs částic stejného materiálu, avšak s různou zrnitostí nebo směs dvou nebo většího počtu materiálu. V posledním případě nemusejí být některé složky výplně dostatečně samovazné nebo slinovatelné při teplotě oxidační reakce, avšak výplň, jejíž jsou součástí, má jako celek samovazné nebo slinovací vlastnosti v důsledku přítomnosti jiných materiálů. Velký počet materiálů, které jsou vhodnými výplněmi v keramickém kompozitu podle vynálezu a dodávají mu požadované vlastnosti, má současně shora uvedené vlastnosti spočívající v propustnosti, přizpůsobítelnosti a schopnosti se vázat. Takové materiály zůstanou neslinované nebo nespojené při teplotách pod teplotou oxidační reakce, takže výplň obklopující model kompenzuje tepelnou roztažnost a změny objemu modelu v důsledku odlišných teplot tavení, a slinují nebo jinak se spojí pouze při dosažení příslušné teploty, která s výhodou leží těsně pod teplotou oxidační reakce. Jejich spojení potom dodává požadovanou mechanickou pevnost, která brání zhroucení vznikající dutiny počáteční fáze růstu nebo vzniku produktu oxidační reakce. Vhodné výplně zahrnují například oxid křemičitý, karbid křemíku, oxid hlinitý, oxid zirkoničitý a jejich kombinace.

Jál.c bylo popsáno, může přísada dotovadnh příměsí do kovu příznivě ovlivnit postup oxidační .reakce. Funkce příměsí závisí na řadě faktorů kromě vlastního příměsového materiálu·. Mezi tyto faktory patří například určitý základní kov, požadovaný konečný produkt, kombinace příměsí, pokud se jich použije víc než dvě, koncentrace příměsi, oxidační prostředí a reakčni podmínky.

Příměs nebo příměsi lze přidávat jako legovací složky do základního kovu nebo se mohou vnášet do výplně nebo do Části lože výplně, například do nosného pásma výplně, nebo oboje.

V případě tohoto druhého způsobu, při kterém se příměs, nebo příměsi aplikují do výplně, to lze provádět jakýmkoliv způsobem, například dispergováním příměsí do části nebo do celé hmoty výplně ve formě povlaku nebo částic, přičemž s výhodou se tak postupuje zejména v té části lože, která leží u základního kovu. Přidávání příměsí do výplně se může provádět také tak, že vrstva jednoho nebo několika příměsových materiálů se vloží do lože, a to do jeho vnitřních otvorů, mezer, kanálků, mezilehlých prostorů apod., které propůjčují výplni propustnost. Vhodný způsob přidávání dotovacího materiálu spočívá v ponoření celého lože do kapalného zdroje, například do roztoku dotovací příměsi. Zdroj dotovací příměsi lze rovněž položit ve formě tuhého tělesa z příměsi alespoň na část povrchu modelu a výplně.

Na plochu modelu lze například položit tenkou tabuli křemičitého skla, které je vhodné jako příměs pro oxidaci hliníku jako základního kovu. Když je model nahrazován jistým množstvím roztaveného hliníku, který může být rovněž vnitřně dotován, a když se vzniklá soustava zahřeje v oxidačním prostředí, například na teplotu mezi 850 až 1450 °C, s výhodou na 900 až 1350 °C, dochází k růstu polykrystalického keramického materiálu do propustného lože. V případě, kdy příměs leží mezi základním kovem a ložem výplně, vrůstá polykrystalický produkt oxidační reakce do propustného lože výplně daleko za vrstvu výplně, to znamená za hloubku nanesené vrstvy dotovací příměsi. Ve všech případech lze na povrch modelu a/nebo propustného lože z vnějšku nanést jednu nebo několik příměsí. Příměsi, legované do základního kovu, lze co do množství zvětšit příměsí nebo příměsemi aplikovanými na lože výplně. Příliš malá koncentrace legovacích příměsí v základním kovu se dá tedy kompenzovat příměsí nebo příměsemi aplikovanými na lože výplně a naopak.

Vhodnými dotujícími příměsemi pro hliník jako základní kov, zejména ve spojení se vzduchem jako okysličovadlem, jsou hořčík a zinek, zejména v kombinaci s jinými, dále popsa

CS 275 839 B6 nými příměsemi. Tyto kovy nebo jejich vhodné zdroje lze legovat do základního kovu na bázi hliníku v jednotlivé koncentraci asi 0,1 až 10 %, vztaženo na celkovou hmotnost dotovaného kovu. Koncentrace každé příměsi závisí na kombinaci příměsí a na reakční teplotě. Koncentrace příměsí ve vhodném množství je pravděpodobně iniciátorem keramického růstu, podporuje transport kovu a příznivě ovlivňuje morfologii růstu vznikajícího produktu oxidační reakce.

Mezi dalěi příměsi, které podporují růst polykrystalického produktu oxidační reakce, zejména v soustavách s hliníkem jako základním kovem, patří například křemík, germanium, cín a olovo, zejména v kombinaci s hořčíkem nebo zinkem. Jednou nebo několika těmito příměsemi nebo jejich vhodným zdrojem se leguje základní kov na bázi hliníku v jednotlivé koncentraci asi 0,5 až 15 % hmotnosti celkové slitiny. Nejpříznivější kinetiky růstu a morfologie produktu se dosáhne při koncentraci příměsi v rozmezí asi 1 až 10 % hmotnosti celkové kovové slitiny. Olovo jako příměs se obecně zavádí do. základního kovu na bázi hliníku při teplotě asi 1000 °G, protože se špatně rozpouští v hliníku. Přísada jiných legovacích složek, například cínu, však obecně zvyšuje rozpustnost olova a umožňuje jeho přidávání při nižších teplotách.

Dalšími příklady příměsí, které jsou vhodné pro hliník jako základní kov, je sodík, lithium, vápník, bor, fosfor a yttrium, kterých lze použít jednotlivě nebo v kombinaci s jednou nebo několika jinými příměsemi, což závisí na okysličovadle a na pracovních podmínkách. Sodík a lithium se přidávají v nepatrných množstvích řádu ppm, typicky v množství 100 až 200 ppm, a každého z nich lze užít jednotlivě, ve vzájemné kombinaci nebo v kombinaci s jinou příměsí nebo příměsemi. Mezi vhodné příměsi patří i prvky vzácných zemin, jako cer, lanthan, praseodyra, neodym a samarium, i v tomto případě v kombinaci s jinými příměsemi.

Jak bylo uvedeno, není nezbytné legovat příměsí základní kov. Například selektivní nanesení jedné nebo několika příměsí v tenké vrstvě buá na celou plochu nebo část plochy modelu umožňuje místní keramický růst ze základního kovu nebo z jeho částí, takže polykrystalický keramický materiál vrůstá do propustné výplně ve zvolených místech. Růst polykrystalického keramického materiálu do propustného lože lze tedy regulovat lokalizovaným umístěním příměsi na plochu modelu. Nanesený povlak, nebo vrstva příměsi je tenká ve srovnání se zamýšlenou tloušťkou keramického kompozitu, a růst nebo tvorba produktu oxidační reakce do propustného lože sahá daleko za vrstvu příměsi, což znamená za hloubku nanesené vrstvy příměsi. Vrstvu příměsi lze vytvořit natřením, ponořením, sítotiskem, napařováním apod., při kterém se materiál příměsi nanáší v kapalné nebo pastovíté formě, naprašováním nebo jednoduchým uložením vrstvy pevné zrnité příměsi nebo tenkého listu nebo filmu příměsi na povrch modelu. Materiál příměsi může, avšak nemusí, obsahovat organická nebo anorganická pojivá, nosiče, rozpouštědla a/nebo zahušťovadla. Účelně se příměsové materiály nanášejí na povrch modelu ve formě prášků nebo se rozptýlí alespoň do části výplně. Obzvláště vhodným způsobem nanášení příměsí na povrch základního kovu je použití kapalné suspenze příměsí ve směsi vody a organického pojivá. Tato suspenze se nastříká na povrch modelu, čímž vznikne ulpívající povlak, který usnadňuje manipulaci s modelem před vlastním oxidačním pochodem.

Když se dotovací příměsi používají z vnějšku, nanášejí se zpravidla alespoň na část plochy modelu ve formě tenkého povisitu·. Množství příměsi je účinné v širokém rozmezí, vztaženo na množství základního kovu, a v případě hliníku neukázaly pokusy ani dolní ani horní hranici. Když se například použije křemíku ve formě oxidu křemičitého jako vnější příměsi na základní kov z hliníku a hořčíku při vzduchu nebo kyslíku jako okysličovadle, stačí tak malá množství jako 0,00003 g křemíku na 1 g základního kovu, nebo asi 0,0001 g křemíku na p

cm plochy základního kovu, na který je příměs nanesena. Rovněž bylo zjištěno, že keramickou strukturu lze vyrobit ze základního kovu z hliníku a křemíku pro použití vzduchu nebo kyslíku jako okysličovadla, použije-li se jako příměsi oxidu hořečnatého v množství větším než asi 0,0008 g hořčíku na 1 g základního kovu, a větší než asi 0,003 g hořčíku na o cm'’ plochy základního kovu, na kterou se oxid horečnatý nanáší.

1

CS 275 839 B6

Ve spojení s výplňovým materiálem lze použít bariéry, která brání růstu nebo vývinu produktu oxidační reakce za sebe, zejména použije-li se při tvorbě keramického tělesa plynných okyslicovadel. Vhodnou bariérou může být materiál, sloučenina, prvek, směs nebo pod., který při provozních podmínkách podle vynálezu si udržuje jistou soudržnost, nevypařuje se a s výhodou propouští plynné okysličovadlo, a přitom je schopný inhibovat, bránit, zastavovat nebo znemožňovat další růst produktu oxidační reakce. Pro hliník jako základní kov je vhodnou bariérou síran vápenatý neboli pálená sádra, křemičitan vápenatý a portlandský cement, které se nanášejí ve formě kaše nebo pasty na povrch výplně. Tyto bariéry mohou rovněž obsahovat hořlavý nebo těkavý materiál, který uniká při zahřívání, nebo látku rozkládající se při zahřívání, aby se zvýšila pórovitost a propustnost bariéry. Bariéra rovněž může obsahovat vhodné žárovzdorné částice, aby se zmenšilo nebezpečí smršťování a tvorby trhlinek, k čemuž by mohlo dojít během oxidace. Obzvláště žádoucí jsou. zrnité látky, které mají v podstatě stejný součinitel teplotní roztažnosti jako lože výplně. Když například předlisek obsahuje oxid hlinitý a výsledný keramický produkt obsahuje rovněž oxid hlinitý, lze bariéru smíchat se zrnitým oxidem zrnitým, s výhodou o zrnitosti 20 až 1000 mesh, případně i jemnější. Mezi další vhodné materiály bariéry patří síto z nerezavějící oceli, žárovzdorné keramické materiály nebo kovové plechy, které jsou otevřené alespoň na jednom konci nebo mají perforované stěny, aby jimi mohlo procházet plynné okysličovadlo, postupovat do lože výplně a přijít do styku se základním kovem.

Keramické kompozitní struktury, vyrobené způsobem podle vynálezu, jsou tvořeny poměrně hutnou soudržnou hmotou, kde mezi 5 % a 98 % celkového objemu kompozitu sestává z jednénebo několika složek výplně, jež jsou uzavřeny v polykrystalické keramické matrici. Když je základním kovem hliník a okysličovadlem vzduch nebo kyslík, sestává polykrystalická keramická matrice zpravidla z 60 % až 99 % své hmotností z propojeného «£~oxidu hlinitého a z 1 až 40 % neoxidovaných kovových složek, například ze základního kovu.

Vynález bude doložen následujícími příklady:

Příklad 1

Kalich ze styrenové pěny o délce asi 7,5 cm a průměru základny asi 4,5 cm a tlouštky stěny 0,3 cm byl povlečen směsí sestávající z 95 % oxidu křemičitého a 5 % jílu. Povlak byl nanesen jako vodná kaše oxidu a jílu na kalich až skoro k hornímu otevřenému okraji a zahřátím do sucha. Tloušťka povlaku byla asi stejná jako tloušťka stěny poháru. Povlečený pohár byl uložen do lože volných wtílastonitových zrn tak, že konec povlaku ležel v podstatě v rovině s horní plochou lože.

Kalich byl naplněn roztavenou hliníkovou slitinou, která odpařila pěnu, a soustava sestávající z kovu a lože byla vložena do vyhřáté pece, v níž byla zahřívána na 1 000 °C po dobu 48 hodin.

Vzniklé keramické těleso bylo vyňato z woTastonitového lože, zbylá roztavená slitina byla dekantována a produkt se nechal ochladit, čímž vznikl keramický kalich, jehož vnitřní plocha kopírovala podrobně vnější plochu pěnového kalichu. Vnější plocha keramiky byla omezena wollastonitovou bariérou, která obklopovala původní povlečený model. Stěna keramického kalichu sestávala z aluminové keramiky, která prorostla tloušťkou povlaku z oxidu křemičitého a jílu.

Příklad 2

Opakoval se postup z příkladu 1 pouze s^- tím rozdílem, že wollastonit byl nahrazen částicemi oxidu hlinitého, kde 70 % mělo velikost 220 a 30 % velikost 500 mesh. Soustava byla zahřívána během 72 hodin. V tomto případě prorostla aluminová matrice tloušťkou povlaku z oxidu křemičitého a jílu do okolních aluminových částic a vytvořila tak stěnu, která měla tloušťku asi 0,6 cm. Vnitřní povrch keramického kompozitu věrně kopíroval vnější povrch pěnového modelu.

Vynález není omezen na popsaná provedení, nýbrž zahrnuje nejrůznější kombinace a obměny.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby keramického tvarového kompozitního tělesa s dutinou, při kterém se těleso ze základního kovu uložené ve výplňovém materiálu zahřívá a okysličuje na polykrystalický materiál, obsahující produkt oxidační reakce základního kovu a případně kovovou složku a uzavírající výplň, vyznačující se tím, že se vytvoří zpěnitelný nebo jednorázově použitelný model, který v podstatě odpovídá dutině vyráběného kompozitního tělesa, vloží se do lože výplňového materiálu, poté se model odstraní a nahradí základnim kovem a nechá se probíhat oxidační reakce.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že model je z nejméně jednoho materiálu ze skupiny zahrnující polystyrén, pěnový polyurethan, polyethylen, zpěnitelný vosk nebo jejich směsi.
3. 3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že k odstranění modelu a jeho náhradě se na model naleje roztavený základní kov.
4. 4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že model se odstraní z výplně odpařením, spálením, roztavením a vylitím nebo působením chemického činidla, a vzniklý prostor ve Výplni se naplní základním kovem v pevném nebo roztaveném stavu.
5. 5. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že výplň se alespoň v oblasti obklopující model smíchá s pojivém nebo slinovacím činidlem.
6. 6. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že oxidační reakce se provádí nejméně jedním okysličovadlem ze skupiny zahrnující plyn s obsahem kyslíku, plyn s obsahem dusíku, halogen, síni, fosfor, arsen, uhlík, bor, selen, tellur, jejich sloučeniny a směsi, ethan, methan, propan, acetylen, ethylen, propylen, směs CO/CO^, směs H^/H^O, vzduch nebo jejich směsi.

   .
7. 7· Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že výplní je nejméně jeden materiál ze skupiny zahrnující dutá tělíska, zrna, prášek, vlákna, drátky, kuličky, bublinky, ocelovou vlnu, agregáty, dráty, destičky, peletky, žárovzdornou tkaninu nebo jejich směsi, oxid křemičitý, karbid křemíku, oxid hlinitý, oxid zirkoničitý a jejich směsi.
8. 8. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že základní kov obsahuje nejméně jeden materiál ze skupiny zahrnující hliník, křemík, titan, cín, zirconium a hafnium.

   1 výkres