CS276180B6 - Process for producing profiled ceramic composite body - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby tvarových samonosných keramických kompozitu.

V čsl. put. spisu č. 271 322 se popisuje způsob výroby samonosných keramických kompozitu vrůstáním produktu oxidační reakce základního kovu a okysličovadla do propustné hmoty výplně. Vznikající kompozit však nemá definovanou ani předem stanovenou geometrii, tvar něho konfiguraci.

V US pat. spise č. 4 353 352 se také popisuje způsob výroby keramických kompozitů, při kterém se používá při oxidaci příměsi pro základní kov, která podporuje oxidační jev a umožňuje výrobu samonosných keramických těles rostoucích jako produkt oxidační reakce z kovového prekursoru. Tento způsob využívá příměsí, které se ukládají na povrch kovového prekursoru nebo do lože výplně. ’

V posledních letech se projevuje vzrůstající zájem o použití keramických materiálů pro konstrukční účely, kde až dosud se vždycky užívalo kovů. Důvodem tohoto zájmu jsou určité lepší vlastnosti keramiky ve srovnání s kovy, například odolnost proti korozi, tvr- ' dost, modul pružnosti a žárovzdornost.

Současné pokusy o výrobu pevnějších, splehlivějších a houževnatějších keramických předmětů se soustřeďují převážně na vývoj zlepšených pracovních způsobů pro výrobu monolitických keramických dílů a na vývoj složení nových materiálů, zejména keramickcýh matricových kompozitů. Kompozitní struktura je taková, která obsahuje heterogenní materiál, těleso nebo předmět vyrobený ze dvou nebo většího počtu odlišných látek, které jsou intenzivně spojeny k dosažení požadovaných vlastností kompozitu. Dva odlišné materiály lze například důkladně zkombinovat tím, že jeden se uloží v matrici ze druhého. Keramické matricové kompozitní struktury obsahují keramickou matrici, která uzavírá jeden nebo několik různých druhů výplňových látek, jako jsou zrna, vlákna, tyčinky a podobně.

Tradiční způsoby výroby keramických předmětů zahrnují obecně následující pochody:

přípravu keramického materiálu v práškové formě, drcení nebo mletí prášků na velice jemné částice, vytvarování prášků v těleso s požadovaným tvarem s přídavkem na smrštění během následujícího zpracování, například jednoosé lisování, isostatické lisování, vstřikování, nanášení břečky, lití břečky nebo kteroukoliv jinou známou techniku, zhuštění tohoto tělesa zahřátim na zvýšenou teplotu tak, aby se jednotlivé částice prášku spolu spojily v souvislou strukturu, přičemž toto zahřívání se s výhodou provádí bez působení tlaku, například beztlakovým slinováním, avšak v některých případech je potřebí přídavná síla k takovému formování, kterou může vytvářet vnější tlak buď jednoosý, například při horkém lisování, nebo isostatický, to znamená při isostatickém lisování za horka, a konečnou úpravu, zpravidla broušení diamantem. ,

Když sc těchto tradičních způsobů použije pro výrobu keramických matricových kompozitu, vznikají různé obtíže, přičemž nejvážnější problémy se týkají zhušťování předlisku.

Normální obvyklý způsob, totiž beztlakové slinování, může být obtížný nebo přímo nemožný » při přípravě zrnitých kompozitů, nejsou-li jejich materiály vysoce slučitelné. Navíc je běžné slinování nemožné ve většině případů, kdy se zpracovávají vláknité kompozity, i když materiály jsou vzájemně slučitelné, protože spojování zrn brání právě vlákna, která znemožňují nezbytný pohyb částic prášků, které se mají zhustit. Tyto obtíže lze v určitých případech částečně překonat tím, že postup zhušťování se podporuje působením vnějšího tlaku při vyšších teplotách. Takové postupy však mohou vyvolat další problém, například rozlámání nebo poškození vyztužovacích vláken vlivem vnějších sil, dále omezenou možnost vytváření složitých tvarů, zejména jednoosým lisováním za horka, a obecně vysoké náklady, které jsou důsledkem nízké produktivity způsobu a rozsáhlých operací při jejich dokončování.

Další obtíže mohou vznikat při smxchávání prášků s drátky nebo vlákny a při vytváření tělesa v případě, kdy je důležité udržet stejnoměrné rozloženi druhé fáze kompozitu uvnitř matrice. Při přípravě keramického kompozitu vyztuženého drátky docházi při smxchávání obou složek k jejich proudění a při tváření tělesu to může mít za následek nestejnoměrnosti a

CS 276180 8 6 nežádoucí orientaci vyztužúvacích drátků, takže výsledná keramická struktura nemá požadované provozní vlastností.

Způsob výroby žárovzdorných hmot z oxidů kovů oxidační-redukční reakcí kovu s oxidem křemičitým je popsán v americkém pat. spise 2 702 750, podle kterého se těleso z oxidu křemičitého buď ponoří do roztavené lázně kovu, například hliníku, nebo se kovový prášek disperguje uvnitř tělesa z oxidu křemičitého a potom se zahřívá. Do tělesa lze podle potřeby přidávat netečný materiál, například oxid hlinitý. Žárovzdorný produkt vzniká oxidací kovu na jeho oxid při redukci oxidu křemičitého, který uvolňuje křemík. Americký pat. spis č.

973 977 popisuje způsob výroby cermetu, sestávajícího především z hlinitanu horečnatého spinelového typu, při kterém se aglomerát několika oxidů ponoří do lázně z roztaveného hliníku. Žádný z těchto pat. spisů však nepopisuje směrový růst produktu oxidační reakce, vznikajícího oxidací kovového prekursoru s okysličovadlem v plynné fázi ani růst a infiltraci takového produktu do předběžně vytvarovaného předlísku.

V úvodu citované patentové spisy popisují nové způsoby, které řeší určité problémy, spojené s tradiční keramickou technologií, ncodstraňují však další omezení obvyklé v technologii keramiky, totiž tvorbu složitých struktur přesného nebo přibližně přesného tvaru.

Vynález řeší tento problém a jeho předmětem je způsob výroby tvarového keramického kompozitního tělesa oxidací základního kovu a prorůstáním produktu oxidační reakce do výplně. Podstata vynálezu spočívá v tom, že z materiálu výplně se vytvaruje nejméně jeden propustný předlisek, který se společně s tělesem ze základního kovu uloží ve vzájemném styku do netečného lože v žárovzdorné nádobě, základní kov se zahřívá na teplotu nad jeho teplotou tavení, ale pod teplotou tavení produktu oxidační reakce, a reakce se udržuje po dobu dostatečnou l< infiltraci keramické matrice, tvořené produktem oxidační reakce a obsahující popřípadě nezoxidované kovové složky základního kovu, do celého předlísku.

Podle vynálezu se předlisek může vytvořit ze dvou nebo několika dílů, které se položí svými odpovídajícími plochami na sebe. K vytvoření dutého keramického kompozitního tělesa se díly předlísku opatří na svých styčných plochách vybráními. Na stěny vybrání předlísku a popřípadě na volné plochy předlísku a tělesa základního kovu se s výhodou nanese bariéra, která brání dalšímu růstu produktu oxidační reakce.

Vynález umožňuje tvorbu kompozitních tvarových těles, která mají poměrně složitou geometrii nebo uspořádání, například zaoblené tvarové plochy s otvory nebo dírami. Mimoto vynález umožňuje výrobu keramických kompozitů s předem stanoveným tvarem pomocí oxidačního jevu, což odstraňuje obtíže a omezení spojená se známými postupy. Způsobem podle vynálezu lze vyrábět keramická tělesa s vysokou pevností a houževnatostí mechanismem, který je přímější, adaptabilnější a levnější než běžné způsoby. Vynález dále umožňuje spolehlivě vyrábět keramické předměty jako celistvá tělesa předem stanoveného tvaru a tělesa s rozměrem a tlouštkou, které bylo dosud nemožné vyrobit dosavadní technologií.

Při způsobu podle vynálezu vzniká keramická matrice oxidační reakcí základního kovového prekursu a okysličovadla v plynné fázi na polykrystalický materiál, který prostupuje predliskem a sestává převážně ze vznikajícího produktu oxidační reakce a popřípadě jedné nebo několika kovových složek. Okysličovadla v plynné fázi se může použít spolu s pevným nebo s kapalným okysličovadlem a v takovém případě může polykrystalická matrice zahrnovat reakční produkt kovového prekursoru s tímto přídavným okysličovadlem a oxidované nebo redukované složky takových okysličovadel.

Při zahřívání základního kovu nemusí pracovní rozsah nebo výhodné teploty sahat přes celý uvedený teplotní interval. Roztavený kov se uvede do styku s propustným predliskem, například tím, že se umístí vedle předlísku, přičemž tvorba nebo růst produktu oxidační reakce probíhá do předlísku a ve směru k mezní ploše. Roztavený kov reaguje s okysličovadlem a vytváří vrstvu produktu oxidační reakce a postupně proniká produktem oxidační reakce směrem k okysličovadlu. V důsledku toho se produkt oxidační reakce neustále tvoří dál a vytváří na stykové ploše mezi okysličovadlem a dříve vytvořenou vrstvou produktu oxidační

CS 276100 D 6 reakce neustále další produkt, který prorůstá předliskeni. Reakce se udržuje tak dlouho, až polykrystalický produkt oxidační reakce proroste předliskem až k mezní ploše, takže vzniklá matrice uzavírá předlisek a vytváří keramický kompozit, který má tvar nebo geometrii předlisku.

Materiály se stejnoměrnými vlastnostmi v celém průřezu mohou růst způsobem podle vynálezu do tlouštky, kterou bylo až dosud prakticky nemožné dosáhnout běžnými způsuby výroby hutných keramických struktur. Přitom způsob odstraňuje dosavadní nevýhody, mezi které patří vysoké náklady, zejména na přípravu jemných, velice čistých prášků, tváření syrového tělesa, vypalování pojivá a zhutňování slinováním, lisování za horka a/nebo isostatické lisování za horka.

Produkty jsou použitelné nebo přímo vyrobeny jako komerční předměty, které zahrnují bez jakéhokoliv omezeni průmyslová, konstrukční a technická keramická tělesa pro účely, kde jsou důležité nebo výhodné jisté vlastnosti, například elektrické, otěruvzdornost, tepelné vlastnosti nebo vlastnosti konstrukční. Vynález však nezahrnuje recyklované nebo odpadnís· materiály, například takové, které mohou vznikat jako nežádoucí vedlejší produkty při zpracování roztavených kovů.

V rámci vynálezu lze specifikovat následující termíny takto:

Keramikí neznamená pouze keramické těleso v klasickém smyslu, to znamená těleso sestávající výlučně z nekovových a anorganických materiálů, ale zahrnuje těleso, které je převážně keramické buď co do složení, nebo hlavních vlastností, třebaže těleso může obsahovat menší nebo větší množství jedné nebo několika kovových složek, odvozených ze základního kovu nebo vzniklých z okysličovadla nebo příměsi, typicky v rozmezí od 1 do 40 ⁵í objemu, může však obsahovat i větší podíl kovu.

Produkt oxidační reakce obecně znamená jeden nebo několik kovů v oxidovaném stavu, kde kov odevzdal elektrony nebo sdílí elektrony s jiným prvkem, sloučeninou nebo jejich kombinací. Produkt oxidační reakce znamená tedy produkt reakce jednoho nebo několika kovů s okysli^ííá/adlem.

Okysličovadlo znamená jeden nebo několik akceptorů elektronů nebo látek sdílejících elektrony a může značit prvek, kombinaci prvků, sloučenin nebo kombinaci sloučenin včetně redukovatelných sloučenin, přičemž toto okysličovadlo je v podmínkách postupu v plynné, pevné nebo kapalné fázi.

Základní kov znamená ten kov, například hliník, který je prekursorem produktu oxidační reakce a zahrnuje takový kov jako poměrně čistý kov, jako komerční kov s nečistotami a/nclin lepováními složkami nobo slitiny, ve které tento kovový prekursor tvoří lilavní složku. Kdekoliv se tedy uvádí nějaký kov, například hliník, jako základní kov, je třeba do tohoto termínu zahrnout uvedené významy, pokud není uvedeno výslovně jinak.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady provedení a s připojenými výkresy, kde na obr. 1 je příčný řez, znázorňující ingot ze základního kovu, na kterém je uspořádána soustava dvou předlisků s obdélníkovou dutinou, přičemž předlisky a kov jsou umístěny v netečném loži výplně v žárovzdorné nádobě za účelem výroby složitějšího kompozitu způsobem podle vynálezu, na obr. 2a je půdorys předlisku, vytvarovaného jako ozubené kolečko, pro výrobu kompozitu podle vynálezu, na obr. 2b je řez vedený rovinou 2b-2b na obr. 2a, na obr. 3 je řez znázorňující soustavu předlisku z obr. 2a, ležící nad základním kovem, na obr. 4 je soustava z obr. 3, vložená v netečném loži uvnitř kelímku, na obr. 5 je fotografie vyrobeného kompozitu, na obr. 6a, 6b je fotografie příčných řezů kompozitu, vyrobených způsobem podle příkladu 2, na obr. 7a, 7b je bokorys a půdorys přdlisktj, použitého při výrobě kompozitu podle příkladu 3 a na obr. 7c je fotografie kompozitu, vyrobeného podle příkladu 3.

Podle vynálezu se základní kov, který může být dotován příměsí nebo příměsemi a je prekursorem produktu oxidační reakce, vytvoří ve formě ingotu, hranty, tyče, desky a podobně a vloží do netečného lože výplně, kelímku nebo jiné žárovzdorné nádoby. Současně se

CS 276180 B 6 vyrobí propustný, předběžně tvarovaný predlisek tak, aby měl alespoň jednu definovanou mezní plochu a propouštěl okysličovadlo v plynné fázi a infiltrující produkt oxidační reakce. Predlisek se umísti vedle základního kovu a s výhodou do styku s jednou nebo několika plochami a částmi plochy základního kovu tak, aby alespoň část definované mezní plochy předlisku ležela vně nebo mimo nebo v jisté vzdálenosti od povrchu základního kovu. Předlisek se s výhodou dotýká povrchové plochy základního kovu. Podle potřeby může být předlisek částečně, nikoliv však úplně ponořen do roztaveného kovu, protože úplným ponořením by se zabránilo přístupu okysličovadla v plynné fázi do předlisku a tedy tvorbě polykrystalické matrice. Produkt oxidační reakce se tvoří ve směru k definované mezní ploše předlisku. Tato soustava základního kovu a propustného předlisku, vložená ve vhodné nádobě, se umístí do pece a do této pece se přivádí plynné okysličovadlo při současném zahřívání na pracovní teplotu.

Předlisek, vhodný k prováděni způsobu podle vynálezu, musí být dostatečně pórovitý nebo propustný, aby umožňoval prostup okysličovadla v plynné fázi a jeho styk s roztaveným kovem. Současně musí být předlisek dostatečně propustný, aby dovoloval vznik nebo prorůstání produktu oxidační reakce jako matrice předliskem, aniž by docházelo k porušení nebo změně tvaru předlisku.

Okysličovadlo v plynné fázi je normálně plynné nebo se vypařuje při provozních podmínkách, takže vzniká oxidační atmosféra. Vhodným okysličovadlem je vzduch. Typické druhy okysličovadel v plynné fázi zahrnují například prvky nebo sloučeniny, kombinace prvků nebo sloučenin následujících látek, včetně těkavých nebo odpařitelných prvků sloučenin nebo složek: kyslík, dusík, halogen, síra, fosfor, arsen, uhlík, bor, selen, tellur, methan, ethan, propan, acetylen, ethylen, propylen (uhlovodíky jako zdroje uhlíku) a směsi, jako je vzduch, Τ^/Τ^Ο a CO/CO^, přičemž poslední dvě směsi jsou vhodné tím, že redukují aktivitu kyslíku k oxidovatelným složkám předlisku. Vhodnými okysličovadly v plynné fázi jsou kyslík a směsi obsahující kyslík, včetně vzduchu, přičemž vzduchu se obvykle dává přednost ze zřejmých ekonomických důvodů. Když se v textu uvádí, že okysličovadlo v plynné fázi obsahuje nebo zahrnuje určitý plyn nebo páry, znamená to okysličovadlo, kde uvedený plyn nebo pára je jediným hlavním nebo alespoň podstatným oxidačním činidlem pro základní kov v podmínkách způsobu podle, vynálezu. Třebaže například hlavní složkou vzduchu je dusík, je kyslík obsažený ve vzduchu normálně jediným okysličovadlem základního kovu v podmínkách způsobu podle vynálezu. Vzduch tedy spadá do definice plynu obsahujícího kyslík, nepatří však mezi oxidační činidla obsahující dusík. Příkladem plynného oxidačního činidla obsahujícího dusík je například formovací plyn, který typicky obsahuje asi 96 % objemu dusíku a 4 % objemu vodíku.

Ve spojení s okysličovadlem v plynné fázi lze použít okysličovadla, které je v provozních podmínkách podle vynálezu kapalné nebo pevné. Taková přídavná okysličovadla jsou obzvláště vhodná tím, že podporují oxidaci základního kovu uvnitř předlisku a ne za jeho mezními plochami. To znamená, že použití takových přídavných okysličovadel může v předlisku vytvořit takové podmínky, které jsou pro kinetiku oxidace základního kovu příznivější než podmínky mimo předlisek. Takové podpůrné působení je výhodné tím, že podporuje vznik matrice uvnitř předlisku směrem k mezní ploše a snižuje její přerůstání přes mezní plochu na minimum. V případě použití okysličovadla v pevné fázi může být tato látka dispergována v celém předlisku nebo v části předlisku sousedící se základním kovem, například ve formě zrn smíchaných s předliskem, nebo může tvořit povlak na částicích předlisku. Přitom lze použít jakéhokoliv vhodného pevného okysličovadla, což závisí na jeho slučitelnosti s okysličovadlem v plynné fázi. Pevná okysličovadla mohou zahrnovat vhodné prvky, například bor nebo uhlík, nebo vhodné redukovatelné sloučeniny, jako je oxid křemičitý, tvořící zdroj kyslíku, nebo některé boridy s nižší termodynamickou stabilitou než má borid tvořící produkt oxidační reakce základního kovu.

CS 276180 8 6

Když se použije okysličovadla v kapalné fázi, může být dispergováno v celém předlisku nebo v části předlisku sousedící s roztaveným kovem, ovšem za předpokladu, že nebrání přístupu plynného okysličovadla k roztavenému základnímu kovu. Název kapalné okysličovadlo znamená takovou látku, která je kapalná v podmínkách oxidační reakce, takže kapalné okysličovadlo může mít pevný prekursor, například sůl, která se taví nebo je kapalná v podmínkách oxidační reakce. Alternativně může mít kapalné okysličovadlo kapalný prekursor, například roztok, který slouží k povlečení celé plochy předlisku nebo jeho části a taví se nebo rozkládá při provozních podmínkách, přičemž vzniká oxidační zbytek. Příklady takových kapalných okysličovadel jsou například nízkotavná skla.

Soubor sestávající ze základního kovu a propustného předlisku se vloží do pece, do které se přivádí okysličovadlo v plynné fázi, a soubor se zahřívá na teplotu nebo do teplotního rozmezí nad teplotou tavení základního kovu, avšak pod teplotou tavení produktu oxidační reakce. V případě hliníku jako základního kovu a vzduchu jako plynného okysličovadla leží teplota obecně v rozmezí 850 až 1 450 °C a s výhodou asi mezi 900 a 1 300 °C.

V tomto pracovním teplotním rozmezí vzniká lázeň roztaveného kovu, která při styku s okysličovadlem nebo okysličovadly reaguje na produkt oxidační reakce. Při neustálém působení oxidačního prostředí a při vhodném teplotním rozmezí je zbývající roztavený kov postupně vtahován do vznikajícího produktu oxidační reakce ve směru k okysličovadlu. Ve styku s okysličovadlem vytváří roztavený kov další produkt oxidační reakce. Alespoň část produktu oxidační reakce se udržuje ve styku s roztaveným kovem a s plynným okysličovadlem mezi nimi tak, že produkt oxidační reakce neustále roste a prorůstá předlisek. Produkt oxidační reakce neustále roste a vzniká uvnitř předlisku a uzavírá jeho složky, pokud dochází neustále ke styku s plynným okysličovadlem a v přítomnosti dalšího základního kovu. Když je plynným okysličovadlem vzduch, přívod okysličovadla so nejvýhodněji realizuje tím, že uvnitř pece jsou upravena přívodní ústrojí pro vzduch.

Proces pokračuje tak dlouho, až produkt oxidační reakce v sobě uzavře složky předlisku až k definované mezní ploše, výhodně však nikoliv za ní, což by znamenalo přerůstání polykrystalického materiálu matrice. Vznikající keramický kompozitní produkt zahrnuje tedy předlisek, infiltrovaný až k mezním plochám keramickou matricí z polykrystalického materiálu, která sestává v podstatě z produktu oxidační reakce základního kovu a plynného okysličovadla a popřípadě z jedné nebo několika kovových složek, například neoxidovaných složek základního kovu nebo kovových složek redukovatelného okysličovadla. Zpravidla mezní plochy předlisku a polykrystalické matrice spolu splývají, avšak jednotlivé složky na povrchu předlisku mohou být obnažené nebo mohou vyčnívat z matrice, takže předlisek není úplně obklopen nebo uzavřen matrici. Dále je třeba uvést, že vzniklá polykrystalické matrice může obsahovat póry, které mohou částečně nebo téměř úplně nahrazovat kovovou fázi, přičemž však objem dutin závisí hlavně na podmínkách jako je teplota, doba, typ základního kovu a koncentrace příměsi. Typické pro polykrystalické keramické struktury je to, že krystaly produktu oxidační reakce jsou spolu propojeny ve více než jednom rozměru, s výhodou ve třech rozměrech, a kovová fáze nebo póry mohou být alespoň částečně propojeny. Keramický kompozitní produkt podle vynálezu má obecně dobře definované hranice a má rozměry a geometrický tvar původního předlisku.

Třebaže vynález byl popsán se speciálním přihlédnutím k hliníku jako základnímu kovu, jde pouze o příklad, přičemž je třeba rozumět, že s úspěchem lze použít i jiných kovů, například křemíku, titanu, cínu, zirkonia a podobně, které vyhovují kritériím vynálezu nebo mohou být dotovány tak, aby jim vyhovovaly. Materiály vhodné pro výrobu předlisku' k vytvoření samonosného polykrystalického tělesa podle vynálezu zahrnují v závislosti na zvoleném základním kovu a oxidační soustavě jednu nebo několik sloučenin ze skupiny, do které patří oxid hlinitý, karbid křemíku, oxynitrid hlinito-křemičitý, oxid zirkoničitý, borid zirkonu, nitrid titanu, bariumtitanát, nitrid boru, nitrid křemíku, různé slitiny železa, například slitina železo-chrom-hliník, uhlík, hliník, různé jíly a jejich směsi. Pro vytvoření předlisku lze však použít jakéhokoliv vhodného materiálu. Když je například základním kovem hliník a žádoucím produktem oxidační reakce nitrid hliníku,

CS 276180 Β 6 jsou vhodným materiálem pro výrobu předlisku zrna nitridu hliníku a/nebo oxidu hlinitého. Když jc základním kovem zirkonium a žádoucím produktem oxidační reakce nitrid zirkonia, tvoří vhodnou smě:; pro výrobu předlisku zrna diboridu zirkonia. Je-li základním kovem titan a žádoucím produktem oxidační reakce nitrid titanu, vhodným předliskem je těleso obsahující částice oxidu hlinitého a/nebo diboridu titanu. Když je základním kovem cín a žádoucím produktem oxidační reakce oxid cínu, je vhodným předliskem těleso ze zrn oxidu hlinitého. 3e-li základním kovem křemík a žádoucím produktem oxidační reakce nitrid křemíku, je vhodný předlisek ze zrn nitridu titanu.

Propustný předlisek podle vynálezu lze vytvořit nebo vyrobit do jakéhokoliv předem stanoveného nebo požadovaného rozměru a tvaru jakýmkoliv způsobem, například litím břečky, vstřikováním, přetlačováním, vakuovým tvářením nebo jinak, tedy zpracováním jakýchkoliv vhodných materiálů, které budou ještě podrobně popsány. Pod pojem předlisek ve smyslu popisu spadají tedy všechny přeritvárené předměty, vyrobené kterýmkoliv z těchto způsobů, nikoliv pouze lisováním. Propustný předlisek může, jak již bylo uvedeno, obsahovat pevné okysličovadlo a/nebo kapalné okysličovadlo, kterých lze použit ve spojení s okysličovadlem v plynné fázi. Předlisek má být vyroben alespoň s jednou mezní plochou a má si zachovávat dostatečnou tvarovou soudržnosti i pevnost za mokra, aby po infiltraci keramickou matricí vzniklo těleso s dostatečnou rozměrovou věrností. Propustný předlisek ovšem musí být dostatečně propustný k tomu, aby jím mohla prorůstat polykrystalické matrice. Předlisky podle vynálezu mají s výhodou pórovitost mezi 5 a 90 4 objemu a s výhodou mezi 25 a 50 4 objemu. Pórovitý předlisek má být účelně smáčitelný roztaveným kovem v provozních podmínkách, čímž se podporuje vznik polykrystalické matrice uvnitř předlisku a vytvoření celistvého keramického kompozitu s dobře definovanými hranami a stranami.

Předlisek jakéhokoliv tvaru a rozměru má nejméně jednu mezní plochu, která v podstatě tvoří hranici pro prorůstající polykrystalickou matrici. Například lze uvést, že předlisek může mít půlkulový tvar a jeho plochá strana se může dotýkat povrchu základního kovu, zatímco vypouklá plocha tvoří mezní plochu, ke které má prorůst polykrystalická matrice. Oako jiný příklad lze uvést předlisek krychlového tvaru, jehož jedna čtvercová stěna se dotýká povrchu základního kovu,zatímco ostatních pět stran tvoří mezní plochy, k nimž prorůstá polykrystalická matrice. Matrice z polykrystalického materiálu, vznikající oxidační reakcí, vrůstá do propustného předlisku, infiltruje a uzavírá jeho složky a jde až k jeho mezní ploše, aniž by v podstatě porušila nebo přemístila tuto plochu. Při způsobu podle vynálezu tedy nepůsobí vnější síly, které by mohly uškodit nebo deformovat předlisek, nedochází ke smrštění, které by mohlo vyvolat trhliny v předlisku a způsobit tak ztrátu věrnosti oproti původnímu tvaru, a není potřebí vysokých teplot, vysokého tlaku a speciálních zařízení k tomu, aby se vyrobil kompozitní keramický produkt. Kromě toho vynález obchází jinak nezbytné požadavky na chemickou a fyzikální slučitelnost materiálů, která je předpokladem při beztlakovém slinování zrnitých materiálů.

Propustný předlisek podle vynálezu může být složen z jakéhokoliv materiálu, jako jsou keramické a/nebo kovové částice, prášky, vlákna, drátky, dráty, zrna, dutá tělesa nebo kuličky, drátěné nebo žárovzdorné tkaniny, plné kuličky a jejich kombinace. Materiály předlisku typicky tvoří spojenou soustavu, která má mezery, otvory, mezilehlé prostory a podobně, aby předlisek propouštěl okysličovadlo a umožňoval infiltraci rostoucího produktu oxidační reakce, aniž by se změnil jeho tvar. Předlisek může obsahovat mřížku z vyztužovacích tyčí, tyčinek, trubiček, trubek, destiček, drátů, kuliček nebo jiných materiálů, dále drátěné tkaniny, keramické žárovzdorné tkaniny nebo podobně, nebo kombinaci kterýchkoliv z těchto uvedených materiálů, uspořádanou do požadovaného tvaru. Materiály předlisku mohou být homogenní nebo heterogenní. Materiály předlisku, například keramické prášky nebo zrna, mohou být spolu spojeny jakýmkoliv vhodným pojivém, například polyvinylalkoholem a podobně, které nebráni reakci podle vynálezu ani nezanechává nežádoucí zbytkové vedlejší produkty uvnitř keramického kompozitu. Vhodná zrna, například karbidu křemíku nebo oxidu hlinitého, mají zrnitost nebo velikost mesh od 10 do 1 000 nebo i jemnější, přičemž lze použít i směsi těchto zrnitostí a typů částic. Zrna mohou být uvedena do vhodného tvaru jakou7

CS 276100 Β 6 koliv běžnou technikou, například vytvořením kaše zrn v organickém pojivu, nalitím této kaše do formy a jejím ztuhnutím, například vysušením při zvýšené teplotě.

Pokud jde o vhodné materiály pro výrobu propustného předlisku podle vynálezu, lze uvést v podstatě tri vhodné druhy.

První druh materiálů pro předlisek zahrnuje ta chemická individua, která se při teplotách a oxidačních podmínkách podle vynálezu nevypařují, jsou termodynamicky stabilní a nereagují s roztaveným kovem ani se v něm nadměrně nerozpouštějí. Pro odborníka je známa řada takových materiálů, které vyhovují těmto podmínkám, když je základním kovem hliník a okysličovadlem vzduch nebo kyslík. Tyto materiály zahrnují oxidy jednoho kovu jako je oxid hlinitý Ai^Oj, oxid siřičitý Cr0₂, oxid hafničitý HfD₂, oxid lanthanitý l.a₂0j, oxid neodymitý NdjOj, různé oxidy praseodymu, oxid samaritý SnijO^, oxid skanditý Sc₂0₃, oxid thoričitý ThO₂, oxid uraničitý U0₂, oxid yttritý Y₂0₃ ^{a ox}^ zirkoničitý ZrO₂. Kromě toho patří ’ do této třídy velký počet binárních, ternárních a vyšších kovových sloučenin, například hlinitan hořečnatý MgO.A^O-j.

Druhým druhem vhodných materiálů jsou ty látky, které nejsou samy o sobě stabilní v oxidačním horkém prostředí, které však mohou v důsledku poměrně malé kinetiky rozkladných reakcí fungovat jako fáze předlisku, když jimi infiltruje polykrystalická keramická matrice, Obzvláště vhodným materiálem pro způsob podle vynálezu je karbid křemíku. Tato látka by v podmínkách nezbytných k oxidaci hliníku kyslíkem nebo vzduchem úplně oxidovala, kdyby neexistovala ochranná vrstva oxidu křemičitého, která vzniká a pokrývá částice karbidu křemíku a tedy omezuje jejich další oxidaci.

Třetí třídou materiálů vhodných pro výrobu předlisku jsou ty látky, o nichž se z termodynamických nebo kinetických důvodů nepředpokládá, že by přežily působení oxidačního prostředí a roztaveného kovu. Takový předlisek lze učinit slučitelným pro postup podle vynálezu, a to buď tím, že se sníží aktivita prostředí, například použitím směsi H₂/H₂O nebo C0/C0₂ jako oxidačního plynu, nebo nanesením povlaku na tyto látky, například oxidu hlinitého, což desaktivuje tento materiál v provozních podmínkách. Příkladem takové látky jsou uhlíková vlákna, používaná při hliníku jako základním kovu. Když se má hliník oxidovat vzduchem nebo kyslíkem při teplotě například 1 250 °C na matrici, obsahující předlisek s uhlíkovými vlákny, má uhlík snahu reagovat jak s hliníkem na karbid hliníku, tak s oxidačním prostředím na oxid uhelnatý nebo uhličitý. Těmto nežádoucím reakcím lze zabránit povlečením vláken uhlíku, například oxidem hlinitým, aby se zabránilo reakci uhlíku se základním kovem i ukysličuvadlem, a popřípadě použitím směsi uxidu uhličitého a oxidu uhelnatého jako okysličovadla, které okysličuje hliník, nikoliv však hliníková vlákna.

Předlisek pudle vynálezu lze použil ve formě jediného tělesa nebo jako soustavu několika těles, čímž vzniknou složitější tvary. Bylo zjištěno, že polykrystalická matrice může prorůstat sousedními, vzájemně se dotýkajícími stěnami takové soustavy předlisku a spojit tedy tato tělesa na jejich styčných plochách v jediný, integrální keramický kompozit.

Soustava těles tvořících dílčí predlisky je přitom umístěna tak, aby růst produktu oxidační reakce směřoval do vnitřku soustavy tak, aby reakční produkt infiltroval a uzavřel celou soustavu uvnitř mezních ploch, tvořících stěny jednotlivých předlisků. Tímto způsobem lze vyrábět složité keramické kompozitní tvary jako celistvé těleso, což je dosavadní technologií v keramické výrobě nemožné. Poznamenává se, že všude tam, kde se v textu uvádí termín předlisek, znamená to jeden předlisek nebo soustavu předlisků, pokud není uvedenu jinak.

Jaku příklad takové soustavy předlisků ukazuje obr. 1 svislý příčný řez kelímkem 10, který obsahuje netečné lože 12 se základním kovem 14, na kterém je uložena soustava sestávající / předlisku 16 s vybráním 1II a z předlisku 2_0, klerý má horní mezní plochu 2 I a vyhrání 22. Předlislek 20 je položen na předlisku 16 lak, že okraje obou vyhrání III, 22

CS 276180 Β 6 leží na sobě, takže obě vybrání 18, 22 se doplňuji a tvoří spolu obdélníkovou dutinu 24. Plochy obou vybrání 18, 22 mohou být opatřeny bariérou, například pálenou sádrou, jak je popsáno v americkém pat. spise 4 923 832. Taková bariéra brání přerůstání produktu oxidační reakce za povrchy dutiny 24 do jejího vnitřku. Polykrystalické matrice prorůstá oběma předlisky 16, 20 až k horní mezní ploše 21 horního předlisku 20, takže spojí oba předlisky 16, 20 v jediné těleso a vytvoří keramický kompozit, který má obdélníkovou dutinu 24.

Aby keramické kompozitní těleso mělo přesný noho alespoň téměř přesný tvar, který si zachovává původní tvar a rozměry předlisku, má růst keramické matrice probíhat alespoň k jedné definované mezní ploše předlisku. Růst za mezní plochy loz zabránit, inhibovat nebo regulovat kombinací těchto opatření:

- vytvořením takových podmínek uvnitř předlisku, například vnesením pevného ho okysličovadla, aby preferenčně nastal vnitřní růst matrice míuto růstu chy předl i sku , něho kapalnéza mezní plo- použitím v podstatě přesného, předem stanoveného množství základního kovu tak, aby byl úplně vypotřebován nebo přeměněn na polykrystalickou strukturu, takže produkt oxidační reakce leží na hranici propustného předlisku,

- regulací nebo omezením množství okysličovadla, které je zpočátku k dispozici,

- vytvořením bariéry na ploše nebo plochách předlisku, a

- zastavením celého postupu ve vhodnou dobu, například vypuštěním nebo odstraněním oxidační atmosféry nebo změnou reakění teploty z pracovního teplotního rozsahu, například jejím snížením pod teplotu tavení základního kovu. Zpravidla se teplota snižuje snížením teploty v peci a potom se materiál z pece vyjnte. Toto poslední opatření vyžaduje velkou pozornost, aby matrice neprorostla žádnou mezní plochou.

Keramický kompozit, vyrobený způsobem podle vynálezu, je tvořen hutným soudržným produktem, kde mezi 5 a 90 % objemu z celkového objemu kompozitu je tvořeno jedním nebo několika materiály předlisku, uzavřenými do polykrystalické keramické matrice. Když je základním kovem hliník a okysličovadlem vzduch nebo kyslík, sestává polykrystalická matrice zpravidla asi ze 60 % až 99 % hmot., vztaženo na hmotnost polykrystalické matrice, z propojeného pC-oxidu hlinitého a asi z 1 až 40 % hmot. nezoxidovaných kovových složek.

Dotovací příměsi ve spojení se základním kovem příznivě ovlivňují oxidační reakci. Funkce příměsí závisí i na řadě jiných faktorů než je samotný materiál příměsi. Tyto faktory zahrnují například zvolený ?ákladní kov, požadovaný konečný produkt, určitou kombinaci příměsí, pokud se jich použije víc než jedné, použití vnější příměsi v kombinaci s legující příměsí, koncentraci příměsí, oxidační prostředí a pracovní podmínky.

Příměs nebo příměsi ve spojení se základním kovem mohou tvořit legovací složky základního kovu, mohu být naneseny alespoň na část povrchu základního kovu nebo mohou být naneseny alespoň na část povrchu základního kovu nebo mohou být naneseny nebo vneseny do předlisku nebo do části předlisku, nebo lze použít kombinace těchto opatření. Legující příměsi lze například použít v kombinaci s příměsí nanášenou z vnějšku. V případě nanášeni nebo vnášení příměsi do předlisku lze její aplikaci provést jakýmkoliv běžným způsobem, například dispergováním příměsí v celém předlisku nebo v jeho části, jako povlak nebo ve formě zrn, přičemž s výhodou se příměs zavádí do předlisku nobo na předlisek tam, kde předlisek sousedí se základním kovem. Aplikaci příměsi do předlisku nebo na předlisek lze také provést tím, že se do předlisku nebo na předlisek nanese vrstva jedné-nebo několika příměsí, o to i do jeho vnitřních otvorů, mezer, kanálků, mezilehlých prostorů a podobně, které zajištují jeho propustnost. Vhodným způsobem aplikace příměsi je namočení celého lože výplně v roztoku příměsi nebo jejího prekursoru. Zdroj příměsi lze také umístit ve formě pevného tělesa do kontaktu alespoň s částí základního kovu a předlisku. Například lze na povrch základního kovu položit tenkou tabuli z křemíkového skla, které jc vhodné jako příměs pro oxidaci hliníku jako základního kovu. Když se hliník jako základní kov, legovaný popřípadě vnitřně hořčíkem a překrytý materiálem s obsahem křemíku, taví

CS 276180 8 6 v oxidačním prostředí, například ve vzduchu při teplotě asi 850 °C až 1 450 °C, s výhodou mezi 900 °C a 1 350 °C, dochází k růstu polykrystalické keramické níatrice do propustného předmětu. V případě, že se příměs nanáší z vnějšku alespoň na část povrchu základního kovu, vyrůstá oxidová struktura zpravidla v předlisku značně za vrstvu příměsi, to znamená přes hloubku nanesené vrstvy příměsi. Ve všech případech lze na povrch základního kovu a/nebo propustného předlisku nanášet z vnějšku jednu nebo několik příměsí. Kromě toho lze příměsi, tvořící legovací složky základního kovu a/nebo nanesené z vnějšku na Základní kov, doplňovat a tedy zvětšovat jejich množství příměsí nebo příměsemi nanášenými na předlisek. Příliš malou koncentraci příměsí, legovaných se základním kovem a/nebo nanesených na základní kov z vnějšku, lze tedy zvětšit příslušnou koncentrací příměsí vnášených do předlisku nebo nanášených na předlisek a naopak.

Vhodné příměsi pro hliník jako základní kov, zejména ve spojení se vzduchem jako okysličovadlem, zahrnují kovový hořčík a kovový zinek, a to ve vzájemné kombinaci nebo v kombinaci s jinými příměsemi. Těmito kovy nebo jejich vhodnými zdroji lze legovat základní kov na bázi hliníku, a to v koncentraci pro každý z nich v rozmezí 0,1 až 10 % hmot., vztaženo k celkové hmotnosti dotovaného kovu. Zdá se, že koncentrace v tomto rozmezí zahajují růst keramiky, podporují pohyb kovu a příznivě ovlivňují morfologii růstu vznikájícího.produktu oxidační reakce.

Další příměsi, které účinně podporují růst produktu oxidační reakce v soustavě se základním kovem na bázi hliníku zahrnují například křemík, germanium, cín a olovo, zejména ve spojení s hořčíkem nebo zinkem. Jednou nebo několika těmito příměsemi nebo jejich zdrojem se leguje hliník jako základní kov při koncentraci pro každý z nich v rozmezí asi od 0,5 do 15 % hmot. celkové slitiny. Lepší kinetiku růstu a lepší morfologii vznikajícího produktu lze dosáhnout při koncentracích příměsí v rozmezí asi 1 až 10 % hmot., vztaženo ke hmotnosti celkové dotované základní slitiny. Olovem jako příměsí se leguje základní kov na bázi hliníku při teplotě nejméně 1 000 °C, protože olovo se v hliníku špatně rozpouští. Přísada jiných legovacích příměsí, například cínu, však zlepšuje rozpustnost olova a umožňuje tedy jeho přidávání při nižších teplotách.

V závislosti na okolnostech lze použít jedné nebo několika příměsí, jak již bylo uvedeno. Například v případě hliníku jako základního kovu a vzduchu jako oxidačního činidla jsou obzvláště vhodnými kombinacemi příměsí kombinace hořčíku a křemíku a kombinace zinku a křemíku. V těchto případech spadá výhodná koncentrace hořčíku do rozmezí asi 0,1 až 3 % hmot., koncentrace zinku v rozmezí asi 1 až 6 % hmot. a koncentrace křemíku v rozmezí asi 1 až 10 % hmot.

Další příklady příměsí, vhodných při zpracování hliníku jako základního kovu okysličovadlem tvořeným vzduchem zahrnují sodík, lithium, vápník, bor, fosfor a yttrium, kterých lze použít jednotlivě nebo v kombinaci s jednou nebo několika příměsemi, což závisí na okysličovadle a pracovních podmínkách. Sodíku a lithia lze použít ve velmi malém množství řádově ppm, typicky asi 100 až 200 ppm, přičemž každého z nich lze použít jednotlivě nebo ve vzájemné kombinaci nebo v kombinaci s jinými příměsemi. Vhodné příměsi tvoří také prvky vzácných zemin, jako je cer, lanthan, praseodym, neodym, a samarium, zejména v kombinaci s jinými příměsemi.

Jak bylo uvedeno, není nezbytné legovat základní kov příměsí. Tak například selektivní nanesení jedné nebo několika příměsí ve formě tenké vrstvy na celou plochu základního kovu nebo na její část umožňuje nebo zlepšuje místní růst keramiky z povrchu základního kovu nebo jeho částí, takže je vhodné k zajištění místního růstu polykrystalické matrice do propustného předlisku. Růst polykrystalické keramické matrice lze tedy příznivě ovlivňovat lokalizovaným uložením materiálu příměsi na povrch základního kovu. Nanesený povlak nebo vrstva příměsi je tenká ve srovnání s tlouštkou tělesa základního kovu a růst nebo tvorba produktu oxidační reakce do propustného předlisku sahá daleko za vrstvu příměsi, to znamená za hloubku nanesené vrstvy příměsi. Vrstvu příměsi lze nanášet natíráním, ponořením, sítotiskem, napařováním, nebo jiným způsobem nanášení příměsi ve formě kapaliny

CS 276180 B 6 nebo pasty, nebo napalováním nebo jednoduchým uložením vrstvy pevných zrn příměsi nebo tenkého listu nebo filmu příměsi na povrch základního kovu. Materiál příměsi může, avšak nemusí obsahovat organické nebo anorganické pojivo, nosič, rozpouštědlo a/nebo zahuštovadlo. Velice výhodně se materiály produktu příměsi nanášejí ve formě prášků na povrch základního kovu nebo dispergují alespoň v části výplně. Jeden z obzvláště výhodných způsobů spočívá v tom, že kapalná suspenze příměsi ve směsi vody a organického pojivá se nastříká na povrch základního kovu, čímž vznikne přilnavý povlak, který usnadňuje! manipulaci s dotovaným základním kovem před vlastním zpracováním.

Z vnějšku nanášené příměsi se obvykle ukládají na část povrchu základního kovu jako stejnoměrný povlak. Množství příměsi je účinné v širokém rozmezí vzhledem k množství základního kovu, na který je příměs nanesena, a v případě hliníku jako základního kovu neukázaly pokusy ani horní ani dolní hranici. Když se například použije jako vnější příměsi křemíku ve formě oxidu křemičitého pro základní kov na„bázi hliníku a vzduch nebo kyslík jeko okysličovadlo, stačí k vyvolání růstu polykrystalické keramické matrice tak malá množství jako 0,00003 g křemíku a 1 g základního kovu, nebo asi 0,0001 g křemíku na 1 cm povrchu základního kovu, společně-se druhou příměsí, která tvoří zdroj hořčíku a/nebo zinku. Také bylo zjištěno, že keramickou strukturu lze vyvolat tím, když se pro základní kov na bázi hliníku a se vzduchem nebo kyslíkem jako okysličovadlem použije oxidu hořečnatého jako příměsi v množství větším než 0,0008 g příměsi na 1 g základního kovu a v množství větším než 0,003 g příměsi na 1 cm základního kovu, na který je oxid hořečnatý nanesen. Zdá se, že do jisté míry zvýšení množství materiálu zkracuje reakčni dobu potřebnou k výtvoření keramického kompozitu, ale závisí to i na typu příměsi, základního kovu a na reakěních podmínkách.

Když je hliník jako základní kov vnitřně dotován hořčíkem a oxidačním prostředím je vzduch nebo kyslík, bylo pozorováno, že hořčík se alespoň částečně oxiduje ze slitin při teplotách od 820 do 950 °C. V takových případech soustav dotovaných hořčíkem tvoří hořčík oxid hořečnatý a/nebo hlinitan hořečnatý na povrchu roztavené základní slitiny a během růstu keramické matrice zastávají sloučeniny hořčíku na iniciační, to znamená původní oxidové ploše základní kovové slitiny v rostoucí keramické struktuře. V takové soustavě dotované hořčíkem vzniká tedy struktura na bázi oxidu hlinitého a mimoto poměrně tenká vrstva hlinitanu hořečnatého na iniciační ploše. Kde je to žádoucí, lze tuto iniciační plochu odstranit, například obroušením, obrobením .leštěním nebo otryskáváním zrny.

Vynález bude vysvětlen na několika příkladech, které jej však pouze ilustrují a neomezují.

Příklad 1

Podle obr. 2 až 5, kde stejné vztahové značky označují stejné součástky, bylo vyrobeno keramické ozubené kolečko 38 z předlisku 30. jehož tvar je zobrazen na obr. 2a, 2b. Předlisek 30 měl vnější průměr 76,2 mm a tlouštku 4,76 mm a měl středový otvor 31. Předlisek 30 byl vyroben běžným způsobem ze zrn karbidu křemíku. Dobře promíchaná směs, která obsahovala 80 % hmot. zrn karbidu křemíku, což byla směs sestávající ze 70 % hmot. zrnitosti 500 a 30 % hmot. zrnitosti 220, a 20 % hmot. roztoku organického pojivá, což bylo tvořeno roztokem klihu ve vodě v poměru 4:1, byla nalita do formy ze silikonového kaučuku a nechala se ztuhnout. Tuhý předlisek 30 byl potom z formy vyjmut.

Na plochu 33 předlisku 30 byla položena válcová destička 32 o průměru 76,2 mm z hliníkové slitiny 380.1, která měla jmenovité hmotnostní složení 8 až 8,5 % Si, 2 až 3 % Zn a 0,1 ’-i Mg jako aktivních příměsí, dále 3,5 % Cu a dále obsahovala Fe, Mn a Ni, přičemž obsah hořčíku byl o něco vyšší, asi v rozmezí 0,17 až 0,18 %. Tato slitina byla legována olovem v množství 6 % hmot. Ingot 34 ze stejné slitiny byl položen na plochu 28 destičky

32, aby bylo dostatečné množství slitiny k úplné infiltraci předlisku 30. Soustava sestávající z válcové destičky 32 a ingotu 34 měla hmotnost 100 g. Tato soustava, sestávající tedy z předlisku 30., destičky 32 a ingotu 34, sestavená podle obr. 3, byla povlečena na

CS 276180 B 6 všech obnažených plochách vodnou kaší pálené sádry, která obsahovala asi 35 % hmot. uhličitanu vápenatého. Tento povlak sloužil ke znemožnění prorůstání keramické matrice pres mezní plochy předlisku. Sádrový povlak 35 se nechal ztuhnout a celá povlečená soustava potom byla uložena úplně do vnitřku lože 36 ze zrn oxidu hlinitého o velikosti 90. Toto lože bylo v žárovzdorném kelímku 37 jak ukazuje obr. 4.

Soubor znázorněný na obr. 4 byl zahříván ve vzduchu z počáteční teploty 200 °C rychlostí 250 °C/h na konečnou teplotu 1 000 °C, na které byl udržován po dobu 66 h ve vzduchu.

Pec potom byla ochlazena stejnou rychlostí a vzorek z ní byl vyjmut při teplotě přibližně 600 °C. Popsaným postupem vznikl keramický kompozit, sestávající z matrice z o^-oxidu hlinitého, jak ukázala rentgenografická analýza, který úplně uzavíral zrna karbidu křemíku předlisku 30 až k mezním plochám pokrytým sádrou. Přebytečný hliník, který ulpíval na ploše 33 ozubeného kotouče, a dehydrovaná vrstva sádry, byly mechanicky odstraněny z kompozitu. Vzniklé keramické ozubené kolečko 38 přesně reprodukovalo předlisek 30, jak ukazuje obr. 5, a mělo průměrnou.tvrdost podle Rockwella rovnou 79,8.

Příklad 2

Byly připraveny dva předlisky, které měly rozměr 14,5 cm a tlouštku 6,35 až 9,52 mm a obsahovaly 95 % hmot. zrn oxidu hlinitého o velikosti 90 mesh a 5 % hmot. oxidu křemičitého. Oba předlisky byly vytvořeny tak, že se oxid hlinitý nejprve smíchal s organickým pojivém, potom byla směs slisována do uvedeného tvaru pod tlakem 55,3 MPa a nakonec byly předlisky předběžně vypalovány při teplotě 13 až 75 °C po dobu 24 h. Každý z obou předlisků byl položen na povrch lože ze zrn oxidu hlinitého o velikosti 24 mesh, umístěného v žárovzdorné nádobě. Jako základního kovu bylo použito dvou bloků z hliníku různého slože2 ní, přičemž každý z bloků měl rozměr 12,9 cm a tlouštku 12,7 mm. Každý z obou bloků byl položen na jeden předlisek. První blok byl z čistého hliníku 99 % a druhý byl ze slitiny 380.1, která měla složení podle příkladu 1, avšak bez přídavných 6 % olova.

Uvedené obě soustavy byly zahřívány na teplotu 900 °C ve vzduchu po dobu 36 h, což je doba potřebná k úplné infiltraci předlisku keramickou matricí z cO-oxidu hlinitého až k protilehlé mezní ploše. Vznik keramické matrice z «6-oxidu hlinitého byl potvrzen rentgenograficky. Obr. 6a, 6b ukazují řezy vzniklých keramických produktů. Při zkoumání tělesa 45, vyrobeného z hliníku o čistotě 99 %, a tělesa 47 vyrobeného ze slitiny 380.1 bylo zjištěno, že keramická matrice z «(/-oxidu hlinitého pronikla úplně do vnitřku předlisku. Přerůstání keramické matrice přes mezní plochy předlisků bylo omezeno na tu plochu předlisku, která byla přivrácena k loži ze zrn oxidu hlinitého, a bylo různé v obou soustavách. Vzorek, který vznikl z čistého hliníku o čistotě 99 % ukazoval jenom nepatrné přerůstání mezní plochy keramickou matricí, přičemž se přerostlý materiál dal snadno odstranit lehkým osoustružením nebo obroušením. Obr. 6a ukazuje velice tenkou přerostlou vrstvu materiálu 46 na tomto tělese £5, Protože keramická matrice, vzniklá oxidací slitiny 380.1, vyžadovala zřejmě menší dobu k proniknutí předliskem, přičemž reakčni doba u obou vzorků trvala stejně dlouho, mělo keramické těleso 47 podstatně víc přerostlého materiálu 46. Věrnosti lze tedy dusálmuut regulací a sledováním reakce, Lak aby se nedovolilo přerůstání keramické matrice za mezní plochu předlisku.

Příklad 3

Podle obr. 7a, 7b, 7c byl vyroben předlisek £0, který měl v bokoryse lichoběžníkový tvar, měl tlouštku 44,45 mm, menší obdélníkovou plochu 214,31 x 63,5 mm a větší obdélníkovou plochu 52 s rozměrem 219,07 x 69,85 mm. Předlisek 50 byl vyroben ze směsi obsahující 32 % hmot. zrn oxidu hlinitého o velikosti 1 000 mesh, 35 % hmot. oxidu křemičitého s velikostí 500 mesh, 0,5 % hmot. křemíku, 0,5 % hmot křemičitanu sodného, který byl obsažen ve vodě, která sloužila k vytvoření pasty ze směsi, a 32 % hmot. pojivá o velikosti zrn 100 mesh a menší. Uvedená směs byla rozmíchána ve vodě, která obsahovala shora uvedené množství rozpuštěného křemičitanu sodného, a nalita do formy popsaných rozměrů. Směs se nechala uschnout na vzduchu a byla vyňata z formy jako tuhé lichoběžníkové těleso ve formě

CS 276180 B 6 předlisku 50. Na obdélníkovou plochu 52 předlísku 50 bylo vyryto slovo Lanxide, jak ukazuje obr. 7b, a předlisek byl vypalován ve vzduchové atmosféře při teplotě 1 000 °C po dobu 1 h.

Obě tyčky z komerční slitiny 50, 52; která má jmenovité hmotnostní složení 2,5 % mg a přibližně 1 % dalších prvků jako je Fe, Cr, Si, Cu, a jedna tyčka z hliníku o čistotě 99 %, byly uloženy na sebe tak, že tyčka z čistého hliníku ležela mezi tyčkami ze slitiny 50, 52. Všechny tyčky měly délku 215,9 mm, šířku 63,5 mm a tlouštku 12,7 mm. Soustava potom byla položena na povrch tenké vrstvy ze zrn karbidu křemíku o velikosti 24 mesh, umístěné v žárovzdorné nádobě. Lichoběžníkový předlisek byl uložen nahoru na hliníkové tyčky tak, že menší obdélníková plocha 51 se úplně dotýkala obdélníkové plochy o rozměrech 215,9 x 63,5 mm hliníkových tyček, takže celá hmotnost předlísku spočívala na kovových tyčkách. Žárovzdorná nádoba potom byla naplněna zrny karbidu křemíku s velikostí 14 mesh, která úplně pokryla hliníkové tyčky, avšak nechávala pět ploch předlisku, které se nedotýkaly kovového hliníku, volných a tedy vystavených působení atmosféry.

Soubor byl vložen do pece, která měla otvory pro proudění vzduchu, a zahříván během 5 h na reakční teplotu 1 000 °C. Teplota v peci byla udržována na této teplotě po dobu 144 h, potom byla pec ochlazena na okolní teplotu a znova zahřáta na 1 000 °C během dalších 6 h, aby keramická matrice úplně infiltrovala predliskem.

Roztavený kovový hliník reagoval s oxidačními činidly, to znamená s plynným okysličovadlem a plynnými okysličovadly, jako je oxid křemičitý, a vznikla přitom keramická matrice z o^-oxidu hlinitého, která infiltrovala předlisek a uzavřela tedy v sobě částice směsi předlisku. Tvorba keramické matrice pokračovala až k mezním plochám předlisku a matrice byla v podstatě obsažena uvnitř těchto mezních ploch. Kompozitní produkt 53 byl velice věrný tvaru předlisku, jak ukazuje jasný otisk podle obr. 7c, a keramická matrice přerostla pouze nepatrně.

Tento příklad ukazuje provedení vynálezu, kde složení předliskupodporu je oxidaci roztaveného základního kovu přednostně uvnitř mezních ploch předlisku. Taková přednostní oxidace přispívá k regulaci přerůstání mezních ploch předlisku keramickou matricí. Kompozitní produkt 53 představuje tedy tvarový keramický předmět, který si zachovává tvar lichoběžníkového předlisku 50.

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby tvarového keramického kompozitního tělesa oxidací základního kovu a prorůstáním produktu oxidační reakce do výplně, vyznačující se tím, že z materiálu výplně se vytvaruje nejméně jeden předlisek, který se společně s tělesem ze základního kovu uloží ve vzájemném styku do netečného lože v žárovzdorné nádobě, základní kov se zahřívá na teplotu nad jeho teplotou tavení, ale pod teplotou tavení produktu oxidační reakce, a reakce se udržuje po dobu dostatečnou k infiltraci keramické matrice, tvořené produktem oxidační reakce a obsahující popřípadě nezoxidované kovové složky základního kovu, do celého předlisku.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že předlisek se vytvoří nejméně ze dvou dílů, které se položí svými odpovídajícími plochami na sebe.
3. 3. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že díly předlisku se na styčných plochách opatří vybráními k vytvoření dutého keramického kompozitního tělesa.
4. 4. Způsob podle bodu 3, vyznačující se tím, že na stěny vybrání předlisků se nanese bariéra.

   13 CS 276180 B 6
5. 5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že na volné plochy předlisku a tělesa základního kovu se nanese bariéra.