CS277421B6 - Process for producing shaped self-supporting ceramic body - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby tvarovaných keramických těles růstem produktu oxidační reakce ve formě. Zejména se vynález týká způsobu výroby takových těles, která mají předem stanovený tvar nebo geometrické uspořádání.

Dosavadní stav techniky

V patentové literatuře byl popsán způsob výroby keramických těles s využitím oxidačního jevu k růstu polykrystalického produktu oxidační reakce základního kovu o okysličovadla při zvýšených teplotách, přičemž tento růst může být podpořen použitím příměsi nebo příměsí, kterými je legován základní kov. Tímto způsobem lze vyrobit samonosné keramická tělesa. Růst keramické matrice lze dále vylepšit použitím vnějších příměsí.

Podstata vynálezu

Způsob výroby tvarovaných keramických samonosných těles se podle vynálezu provádí tak, že se nejprve povleče těleso ze základního kovu, které odpovídá svým tvarem vyráběnému keramickému tělesu, propustným materiálem propouštějícím oxidační činidlo a tento plášť se nechá ztuhnout, potom se povlečené těleso umístí na dutou nádobu, jejíž objem je alespoň rovný objemu základního kovu a zahřátím na reakčni teplotu se základní kov roztaví, vyteče ze ztuhlého propustného povlaku, který tím vytvoří formu, a steče do dutiny nádoby. Při dalším zahřívání roste produkt oxidační reakce z povrchu roztaveného kovu do formy, kterou vyplní.

Výhodně se během stékání znemožní přívod plynného okysličovadla k povlaku. Jako základní kov se výhodně volí hliník, křemík, titan, cín, zirkonium nebo hafnium.

Podle výhodného význaku způsobu podle vynálezu se použije takového propustného materiálu, který obsahuje bariérový materiál alespoň v té části, sloužící k vytvoření tvarové plochy, čímž se zabrání růstu produktu oxidační reakce na této tvarové ploše. Základní kov je uložen nad nádobou a může do ní vtékat, například vlastní tíží. Lze to realizovat tak, že se tvarovaný základní kov položí na vhodnou podložku. Obzvláště vhodná je podložka, která se uloží do nádoby a je jednou použitelná. Během zahřívání, když roztavený základní kov přijde do styku s podložkou, se tato podložka vypaří, takže umožní vnikání roztaveného kovu do nádoby, kde základní kov nahradí tuto podložku. Alternativně může být podložka tvořena žárovzdornou podložkou, která je dimenzována a uspořádána tak, aby umožnila průtok roztaveného základního kovu z formy do nádoby a růst produktu oxidační reakce z nádoby do dutiny formy.

V rámci vynálezu neznamená keramika pouze keramické těleso v klasickém smyslu, to znamená takové, které sestává výlučně z nekovových a anorganických materiálů, nýbrž značí těleso, které je převážně keramické bud co do složení, nebo co do hlavních vlastností, třebaže toto těleso může obsahovat menší nebo značná množství jedné nebo několika kovových složek, odvozených ze základního kovu nebo redukovaných z okysličovadla nebo příměsi. ToCS 277421 B6 to množství leží typicky v rozmezí 1 až 40 % objemu, avšak keramika může obsahovat i větší množství· 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 tedy je produkt reakce jednoho nebo několika kovů s okysličovadlem.

Plynné okysličovadlo znamená jednu nebo několik látek, které tvoří akceptory elektronů nebo sdílejí elektrony a jsou v pracovních podmínkách ve formě plynu nebo par.

Základní kov znamená ten kov, například hliník, který je prekursorem polykrystalického produktu oxidační reakce, a zahrnuje tento kov jako poměrně čistý kov, jako komerční kov s nečistotami a/nebo legujícími složkami nebo jako slitinu, v níž je tento kov hlavní složkou. Všude tam, kde se jako základní kov uvádí určitý kov, například hliník, je třeba tento název chápat v uvedeném smyslu, pokud není výslovně uvedeno jinak.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s připojenými výkresy, kde na obr. 1 je axonometrický pohled, ukazující mezilehlé stadium při aplikaci propustného materiálu na tvarový základní kov, což je jedna z pracovních fází způsobu podle vynálezu, ná obr. 2 je svislý řez soustavou podle vynálezu, která sestává z tvarového základního kovu, pokrytého propustnými materiálem a uloženého nad nádobou, na obr. 2A je řez vedený rovinou A-A na obr. 2, na obr. 3 je další fáze způsobu podle vynálezu ve znázornění odpovídajícím obr. 2, na obr. 4 je dílčí řez, odpovídající obr. 2, znázorňující však jiné provedení vynálezu a na obr. 5 je svislý řez tvarovým keramickým tělesem, vyrobeným při použití soustavy z obr. 4, které sestává z vnitřního segmentu a vnějšího kompozitního segmentu, který je tvořen matricí uzavírající výplň.

Na obr. 1 je znázorněn tvarovaný základní kov 10., který má v podstatě tvar kruhového válce a je opatřen prstencovou přírubou

12. která je uspořádána kolem jeho obvodu blíže u horní plochy 14 než u dolní plochy 16.. Základní kov 10 má válcový plášt 18. Koncová plocha 14, válcový plášt 18 a plochy příruby 12 tvoří modelový úsek základního kovu 10. Dolní plocha 16 tvoří nemodelový úsek základního kovu 10.

Podle obr. 1 je alespoň polovina délky modelového úseku základního kovu 10 pokryta propustným přizpůsobivým materiálem 20. Materiál 20, který je charakterizován jako propustný, propouští plynné okysličovadlo, například vzduch, právě tak jako obal 20', který z něj vznikne. Nanášení propustného materiálu 20 se provádí tak dlouho, až celý modelový úsek základního kovu 10 je pokryt propustným materiálem do požadované tlouštky, takže pouze dolní plocha 16 zůstává nepokryta. Propustný materiál 20 se nanáší na modelový úsek základního kovu 10 tak, aby v materiálu 20 vznikla tvarová plocha 20a, která po odstranění základního kovu 10 vytvoří v propustném materiálu 20 formu 20.' . Tato forma 20.' , která vznikne ztuhnutím nebo vytvrzením propustného materiálu 20. vymezuje formu 22., jejíž dutina kopíruje modelový úsek. Když je celý modelový úsek, to znamená horní plocha 14, plášt 18 a plochy pří3 ruby 12 pokryt propustným materiálem 20./ nechá se tento materiál ztuhnout nebo se jinak vytvrdi, například zahříváním nebo vypalováním, aby se propustný materiál 20 buď slinoval, nebo jinak spojil. Propustný materiál může například obsahovat bariérový materiál, například pálenou sádru s obsahem hořlavých organických látek nebo směs pálené sádry a křemičitanu vápenatého, což po ztuhnutí a následujícím zahřátí propouští vzduch nebo jiné plynné okysličovadlo. Propustný materiál 20 může také obsahovat zrnitý výplňový materiál, smíchaný se vhodným pojivém, aby měla vrstva dostatečnou pevnost za syrová, ' potom se nechá ztuhnout nebo vytvrdit na formu 20,', jak ukazuje obr. 2 a 3. Propustný materiál 20 nebo alespoň ta jeho část, která tvoří opěrnou zónu, ohraničenou přerušovanou čarou 24 na obr. 2, je tvořen samopojivým materiálem. Když se tedy roztaví tvarový základní kov 10 a vyteče z formy 20' , forma nebo alespoň opěrná zóna 24, která vymezuje tvarovou plochu 20a, si zachová svou soudržnost a integritu. Celá forma 20.' může být vyrobena z takového samovazného materiálu nebo podle potřeby lze z něj vyrobit pouze vnitřní pásmo. Tak například první vrstva propustného materiálu, která tvoří vnitřek formy, je ze samovazného materiálu a za ní následuje druhá nebo vnější vrstva propustného materiálu, která nemusí být inherentně samovazná. Samovazný materiál'' znamená, že si tento materiál zachovává dostatečnou strukturní integritu, když se podle vynálezu základní kov 10 zahřívá a vypouští z formy 20' a když se oxiduje na produkt oxidační reakce ve formě 22· Tvarová plocha 20a si tedy zachovává svůj tvar a nezhroutí se při provádění jednotlivých pochodů podle vynálezu.

V určitých provedeních podle vynálezu je propustný materiál 20 jako výplň aglomerován nebo tvarován s vhodným nosičem nebo vhodným pojivém, které se při zahřátí za účelem roztavení základního kovu 10 vypaří. Výplň, která zůstane po tomto vypaření, a to alespoň v opěrné zóně 24 podle obr. 2, volně slinuje nebo se spojí, aby forma 20.' měla dostatečnou soudržnost a její tvarová plocha 20a zůstala celistvá.

Vhodná nádoba, kontejner nebo kelímek 26 je tvořen žárovzdornou nebo kovovou nádobou 28., v níž je uloženo lože 30.· Lože 30 má válcovou dutinu 32, která je dostatečně velká, aby pojala veškerý roztavený kov, vzniklý tavením tvarového základního kovu

10. Lože 30 může sestávat se zrnitého materiálu, který je netečný při oxidační reakci roztaveného základního kovu. Například při provozní teplotě 1 250 °C v případě, když se jako základního kovu používá hliníkové slitiny a jako okysličovadla vzduchu, tvoří vhodné lože zrna Alundum El. To znamená, že produkt oxidační reakce, vznikající reakcí základního kovu, nevniká do lože 30 a oxidační reakce nepostupuje do lože 30. Dutina 32 pro roztavený základní kov může být vytvořena v loži 30 aglomerací částic nebo zrn lože 30 nebo podle obr. 2 pomocí žárovzdorného obalu 34 ze vhodného materiálu, například trubky ze stabilizovaného oxidu zirkoničitého, oxidu hlinitého a podobně. Obal 34 může být děrovaný, jak bude ještě vysvětleno.

Do obalu 34 je vložena opěrná vložka 36, která sahá od dna až k horní části dutiny 32, jak ukazuje obr. 2. Podle obr. 2A má vložka 36, jež může být z lisovaného organického materiálu, který se vypaří při roztavení základního kovu 10, v průřezu tvar kříže.

Vložka 36 může mít jakýkoliv vhodný tvar nebo může být tvořena plným blokem. Vložka 36 slouží k tomu, aby nesla hmotnost tvarového základního kovu 10, když se kov 10 a forma 20' položí na horní plochu lože £0, přičemž tvarovaný základní kov 10 je souosý s válcovou dutinou 32. Je zřejmé, že pro tvarovaný základní kov 10 je nezbytná určitá podpěra, která zabraňuje, aby se oddělil od formy 20' působením své vlastní hmotnosti, čímž by zničil nebo alespoň poškodil plochu 20a a spadl do dutiny 32. Toto nebezpečí je reálné zejména v tom případě, když je forma 20' vyrobena, z materiálu s nízkou pevností^- za syrová, který ztvrdne teprve při zahřátí na zvýšenou teplotu. Ve znázorněném provedení se tvarovaný základní kov s obalem 26 umístí proto na opěrnou vložku 36.

Je samozřejmé, že k podepření tvarovaného základního kovu 10 lze použít i jiných opatření. Například obal 34 může být z pevného žárovzdorného materiálu, to znamená, že má dostatečnou tloušťku stěny, aby unesl hmotnost tvarovaného základního kovu 10 a formy £0'. Obal 34 má nepatrně menší vnitřní průměr, než je průměr tvarovaného základního kovu 10, který se tedy opírá o jeho okraj, takže není třeba vkládat do obalu 34 vložku £6. Válcový obal 34 ze žárovzdorného materiálu tvoří tedy přímo opěru.

Soustava podle obr. 2 se zahřívá, například v peci, kterou prochází a cirkuluje vzduch tvořící okysličovadlo.

Při Zahřívání soustavy na teplotní rozmezí nad teplotu tavení základního kovu, avšak pod teplotu tavení produktu oxidační reakce, který má vznikat, se tvarovaný základní kov 10 taví a stéká do dutiny ££, čímž se vyprázdní forma 20' a vznikne tvarová dutina 22 formy. Opěrná vložka 36 přitom shoří nebo se vypaří, s výhodou v okamžiku, kdy přijde do styku s roztaveným kovem, a páry unikají obalem 34 do lože 30 a odtud do atmosféry. Tímto způsobem nahradí roztavený základní kov materiál opěrné vložky 36. Všechny materiály použitelné podle vynálezu jsou takové, kterých se běžně používá v technice lití se ztratným modelem. Třebaže pro určitá provedení jsou výhodné vosky nebo směsi vosků, dává se podle vynálezu přednost pěnovým plastům a pěnám. Jako materiály, ze kterých se vyrábějí opěrné vložky £6, jsou nejvýhodnější polystyreny, polyethyleny a polyurethany.

Vložku lze vytvořit do požadovaného tvaru jakýmkoliv obvyklým způsobem, například vstřikováním, vyfukováním, vytlačováním, litím, soustružením a podobně. Vstřikování je zpravidla nejvýhodnější při výrobě velkého počtu vložek. V některých případech je výhodnější vyfukování, protože jím lze vyrobit dutá tělesa. Vyfukování je velice žádoucí proto, že snižuje na minimum množství materiálu, který je potřebí pro výrobu dané vložky a tedy usnadňuje vyprázdnění dutiny 32.

Těleso roztaveného kovu, které vznikne roztavením tvarovaného základního kovu 10, vyplní úplně nebo částečně dutinu 32. Během tohoto tavení je žádoucí zabránit oxidaci roztaveného základního kovu uvnitř formy 20'. V tom případě může být pec opatřena netečnou nebo neoxidační atmosférou, například argonovou nebo dusíkovou. Alternativně lze formu 20 ¹ dočasně uzavřít do odnímatelné nepropustné nádoby, například do nádoby z nerezavějící oceli, která je volně přesunuta přes vnějšek formy £0'. Když je roztavený základní kov v dutině 32. dochází k jeho oxidaci, jakmile začne působit oxidační atmosféra, a začne probíhat růst produktu oxidační reakce od tělesa roztaveného kovu uvnitř dutiny 32 směrem nahoru do dutiny 22 formy 20'. Při zahřívání základního kovu, například hliníku, v přítomnosti plynného okysličovadla, například vzduchu, do teplotního rozmezí nad teplotou tavení základního kovu, avšak pod teplotou tavení produktu oxidační reakce, reaguje roztavený základní kov s okysličovadlem na produkt oxidační reakce. Tvorba tohoto produktu probíhá na horní části tělesa roztaveného kovu v nádobě 28.· V důsledku toho je produkt oxidační reakce udržován ve styku jak s tělesem roztaveného kovu, které leží pod ním, tak s plynným okysličovadlem nacházejícím se nad ním. V důsledku toho prostupuje roztavený základní kov z tělesa roztaveného kovu produktem oxidační reakce do dutiny 22 formy 20'. Produkt oxidační reakce se přitom neustále tvoří na styčné ploše mezi plynným okysličovadlem a dříve vzniklým produktem oxidační reakce. Obr. 3 znázorňuje šipkami vnikání plynného okysličovadla propustnou formou 20' do styku s horní plochou rostoucího produktu 38 oxidační reakce. Tím probíhá spojitá tvorba dalšího a dalšího produktu oxidační reakce na styčné ploše 40d mezi plynným okysličovadlem a dříve vzniklým produktem 38 oxidační reakce. Mezilehlé stupně růstu produktu 38 oxidační reakce jsou znázorněny vytečkovanými čarami 40a, 40b a 40c. Těleso 10' roztaveného základního kovu se tvorbou produktu 38 oxidační reakce ochuzuje a je ve střední části duté, jak ukazuje přerušovaná čára 42 na obr. 3. Roztavený kov je neustále vtahován směrem nahoru po stěnách dutiny 32 a protlačován produktem 38 oxidační reakce ke styčné ploše 40d, dokud se udržují reakční podmínky, až se celá produktem oxidační reakce. Forma 20' může být z bariérového materiálu 20., takže tvarová plocha 20a zabrání dalšímu růstu produktu oxidační reakce. V důsledku toho je tvar vznikajícího keramického tělesa určen tvarem tvarové plochy 20a.

a to tak dlouho, dutina 22 vyplní

Jako propustného materiálu lze použít bariéry, která zabrání růstu produktu oxidační reakce za tvarovou plochu, vymezující dutinu formy. Bariéra usnadňuje tvorbu keramického tělesa, jehož tvar je dán tvarem dutiny formy, vhodnou bariérou může být jakýkoliv materiál, sloučenina, prvek, směs a podobně, který si v pracovních podmínkách podle vynálezu udržuje svou celistvost, je netěkavý a propustný pro plynné okysličovadlo, přičemž je současně schopný místně zabraňovat, zastavovat nebo znemožňovat pokračující růst produktu oxidační reakce. Když se používá jako základního kovu hliníku a jako okysličovadla vzduchu, je vhodnou bariérou síran vápenatý neboli pálená sádra, křemičitan vápenatý, portlandský cement a jejich směsi. Bariérové materiály mohou také obsahovat hořlavý nebo těkavý materiál, který při zahřátí uniká nebo shoří nebo materiál, který se při ohřátí rozkládá, aby se zvýšila porovitost a propustnost bariéry pro plynné okysličovadlo. Kromě toho může bariéra obsahovat žárovzdorné částice, které snižují nebezpečí případného smršťování nebo tvorby trhlin, které by mohlo nastat při zahřívání.

Podle výhodného provedení vynálezu obsahuje bariéra směs síranu vápenatého, tedy pálené sádry, a portlandského cementu nebo křemičitanu vápenatého. Portlandský cement nebo křemičitan vápenatý lze smíchat s pálenou sádrou v poměru 10 : 1 až 1 : 10, přiCS 277421 B6 čemž výhodný poměr portlandského cementu k pálené sádře je asi 1:3a výhodný poměr křemičitanu vápenatého k pálené sádře -asi 1:1. Popřípadě lze použít jako bariéry samotného portlandského cementu.

Podle jiného výhodného provedení vynálezu obsahuje při zpracování hliníkových základních kovů bariéra pálenou sádru smíchanou s oxidem křemičitým, s výhodou ve stechiometrickém množství, třebaže může být pálená sádra v přebytku. Během zpracování reaguje pálená sádra a oxid křemičitý na křemičitan vápenatý, který vytvoří obzvláště vhodnou bariéru, protože je v podstatě prostý trhlin. Podle ještě dalšího provedení se pálená sádra může smíchat asi s 25 až 40 % hmot. uhličitanu vápenatého. Při zahřívání se uhličitan vápenatý rozkládá a uvolňuje oxid uhličitý, což zvyšuje pórovitost a tedy propustnost bariéry.

Podle potřeby lze množství roztaveného základního kovu v dutině 32 doplňovat ze zásobníku roztaveného základního kovu, například trubkou, která prochází ložem 30 a je připojena k otvoru v obalu 34, takže do dutiny 32 vtéká další roztavený kov. Takové doplňování roztaveného základního kovu do dutiny 32 může v některých případech podporovat růst produktu oxidační reakce a současně podpírat produkt 38 oxidační reakce uvnitř dutiny 22. I když se však nepoužije takového doplňování, produkt 38 oxidační reakce se udržuje uvnitř dutiny 22 formy 20', protože jeho růst do styku s tvarovanou plochou 20a zajišťuje dostatečné uchycení na této ploše, i když je tvarovaná plocha 20a z bariérového materiálu. Mimoto tvar dutiny 22 formy 20', zejména vytvoření kruhové komory, která odpovídá přírubě 12 tvarovaného základního kovu ,10 podle obr. 1, mechanicky udržuje produkt 38. oxidační reakce uvnitř dutiny 22.

Když rostoucí produkt 38 oxidační reakce v podstatě úplně vyplnil dutinu 22., nechá se soustava zchladnout a vzniklé keramické těleso, které má tvar daný tvarovou plochou 20a dutiny 22, se odebere z formy 20' tím, že se tato forma 20' rozbije. Výsledná keramické těleso má tvar, který je v podstatě identický s tva\ rovaným základním kovem 10 podle obr. 1. Keramické těleso lze obrousit nebo osoustružit na ploše, která odpovídá dolní ploše 16 tvarovaného základního kovu 10., aby se odstranil popřípadě znovu ztuhlý základní kov a jakékoliv vyčnívající nebo nerovné výstupky produktu oxidační reakce.

Vzniklé keramické těleso .sestává z polykrystalického produktu oxidační reakce a může obsahovat propojené nebo izolované kovové složky, například složky nezoxidovaného základního kovu. Těleso může také obsahovat dutiny nebo póry.

Je zřejmé, že podstatná výhoda způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že lze snadno vytvořit tvarované těleso základního kovu jakéhokoliv libovolného tvaru jakýmkoliv vhodným způsobem. Kus základního kovu, například tyč, špalík nebo ingot ze základního kovu, lze strojně obrobit nebo lze kov odlévat, lisovat, vytlačovat nebo jinak tvářet, aby vzniklo tvarované těleso ze základního kovu. Na tomto tělese lze vytvořit drážky, otvory, výstupky, dutiny, příruby, kolíky, šroubové závity a podobně stejně jako lze spojit pouzdra, objímky, kotouče, tyčky a podobně, aby vznikl poCS 277421 B6 žadovaný tvar tohoto tělesa. Je zřejmé, že takovýto způsob je podstatně jednodušší, zejména pokud jde o spojování kovových složek, než by bylo strojní opracování keramického tělesa do požadovaného tvaru, zejména když je tento tvar složitý.

Obr. 4 znázorňuje alternativní provedení vynálezu s nádobou 26¹, která je identická s nádobou 26 z obr. 2. Forma 44 obsahuje vnitřní sekci 46 a vnější sekci 48.. Vnitřní sekce 46 je tvořena prvním propustným přizpůsobivým materiálem, který je nanesen na tvarovaný základní kov 10,' a tvoří tvarovanou plochu 44a formy 44. Vnitřní sekce 46 je z výplně smíchané se vhodným nosičem nebo pojivém, aby bylo možno nanést aglomerovanou výplň na tvarovaný základní kov 10.'. Když vnitřní sekce 46 ztuhne nebo ztvrdne, nanese se na ni druhá vrstva propustného přizpůsobivého materiálu, která vytvoří vnější sekci 48, jež může být například z pálené sádry a křemičitanu vápenatého, takže slouží jako bariéra. Výplň tvořící vnitřní sekci 46 a bariéra tvořící vnější sekci 48 jsou propustné, takže jimi může procházet plynné okysličovadlo. Výplň vnitřní sekce 46 nebo alespoň její nosné pásmo, odpovídající nosnému pásmu označenému přerušovanou čarou 24 na obr. 2, je inherentně samovazná, takže při zahřátí a vypaření rozpouštědla se částice výplně vzájemně spojí, takže mají dostatečnou soudržnost a udržují integritu tvarované plochy 44a při roztavení základního kovu 10' a jeho vtékání do nádoby 26'.

Při růstu produktu oxidační reakce, který probíhá způsobem popsaným v souvislosti s obr. 3, infiltruje tento produkt do výplně vnitřní sekce 46 a roste až k vnitřní ploše 48a vnější sekce 48. Je známé, že růst polykrystalického materiálu, vznikajícího oxidací základního kovu, lze směrovat k propustné výplni a do této propustné výplně, takže rostoucí polykrystalický materiál infiltruje a uzavře tuto·výplň a vytvoří tak kompozitní keramickou strukturu. Výplň může obsahovat různé žárovzdorné a/nebo nežárovzdorné zrnité částice, vlákna nebo jiné materiály včetně keramických plniv. Výsledný kompozitní materiál sestává z hutné matrice z polykrystalického produktu oxidační reakce, v níž je uza- vřena výplň. Výplň sestává z volného nebo propojeného uspořádání materiálu, které má dutinky, otvůrky, mezilehlé prostory a podobně, aby byl propustný jak pro plynné okysličovadlo tak pro prorůstání produktu oxidační reakce. Vnitřní plocha 48a bariéry, která tvoří vnější sekci 48., zabrání dalšímu růstu produktu oxidační reakce. Po skončeném růstu produktu a ochlazení celé soustavy se keramické těleso odebere, přičemž se zničí vnější sekce 48 formy.

Vzniklé keramické těleso 50, znázorněné na obr. 5, sestává z vnitřního segmentu 52 a vnějšího segmentu 54. Vnitřní segment 52 je tvořen tzv. keramikou rostoucí do vzduchu, to znamená keramikou, která nevrůstala do výplně, ale do prostoru vyplněného pouze vzduchem nebo jiným plynným okysličovadlem. V důsledku toho neobsahuje vnitřní segment 52 uzavřenou výplň. Vnější segment 54 sestává z keramického kompozitu, kde keramický materiál uzavírá výplň, jež může sestávat například z keramických částic, drátků a podobně. Podle potřeby lze uspořádání vytvořit tak, aby vnější plocha prstencové příruby byla v rovině nebo vyčnívala nepatrně z vnější plochy vnitřní sekce 46. V konečném produktu je tato obCS 277421 B6 vodová plocha volná, takže má jiné charakteristiky týkající se otěru než mají ostatní vnější plochy keramického tělesa.

Jak bylo popsáno v literatuře, může přídavek dotovacích materiálů do základního kovu příznivě ovlivnit nebo podporovat proces oxidační reakce. Funkce příměsí závisí na řadě faktorů odlišných od vlastního materiálu, mezi které patří zejména použitý základní kov, požadovaný konečný produkt, určitá kombinace příměsí v případě použití dvou nebo většího počtu příměsí, dále koncentrace příměsí, oxidační atmosféra a pracovní podmínky. Některé příměsi například vyžadují přítomnost jiných příměsí, aby měly požadovaný účinek.

Příměs lze vnášet jako legovací složku do základního kovu nebo ji lze nanášet na vnější plochu tvarovaného základního kovu, s výhodou ve formě zrn nebo prášků. Použije-li se výplňového materiálu, jak bylo popsáno v souvislosti s obr. 4, lze příměsi vnášet nebo smíchat: s výplní nebo s částí výplně nebo výplň může přímo obsahovat příměs. V případě nanášení příměsi nebo příměsí do výplně lze toto nanášení provádět jakýmkoliv vhodným způsobem, například rozptýlením příměsí do celé výplně nebo do její části jako povlaku ve formě zrn, přičemž příměs má být alespoň v té části výplně, která sousedí se základním kovem. Vrstvu jednoho nebo několika příměsových materiálů lze nanášet také na lože nebo do lože tak, aby výplň se dostala i do vnitřních otvůrků, mezer, kanálků a dutinek, které zajišťují propustnost lože. Velice vhodným způsobem nanášení příměsi je nasycení výplně kapalinou, například roztokem příměsového materiálu.

Zdroj příměsi lze také vytvořit tak, že se tuhé těleso z příměsi umísti do styku s výplňovým materiálem a tvarovaným základním kovem a mezi ně tak, aby se dotýkalo alespoň části výplně. Například na povrch tvarovaného základního kovu a na plyn propouštějící přizpůsobivý materiál, kterým je základní kov povlečen, lze položit tenkou tabuli křemičitého skla, které je vhodnou příměsí při oxidaci hliníku jako základního kovu. Přídavně nebo alternativně lze na povrch tvarovaného základního kovu nanést z vnějšku jednu nebo několik příměsí. Příměsi, které tvoří legovací složku základního kovu, lze co do množství doplnit příměsemi nanesenými jednou z uvedených technik nanášení. Nedostatečnou koncentrací příměsí, tvořících legovací složky základního kovu, lze tedy vyvážit přidáním příměsí nanášených z vnějšku a naopak.

Vhodnými příměsemi pro hliník jako základní kov, zejména ve spojení se vzduchem jako s okysličovadlem, je hořčík a zinek, zejména v kombinaci s jinými příměsemi. Těmito kovy nebo s jejich vhodným zdrojem lze legovat základní kov na bázi hliníku v jednotlivé koncentraci asi 0,1 až 10 %, vztaženo k celkové hmotnosti dotovaného kovu. Koncentrace každé z příměsí závisí na kombinaci příměsí a na pracovní teplotě. Předpokládá se, že koncentrace příměsí ve vhodném rozmezí vyvolávají růst keramiky, podporují dopravu kovu a příznivě ovlivňují morfologii růstu vznikajícího produktu oxidační reakce.

Pro základní kov na bázi hliníku patří mezi další příměsi, které podporují růst polykrystalického produktu oxidační reakce, například křemík, germanium, cín a olovo, zejména v kombinaci s hořčíkem nebo zinkem. Základní kov na bázi hliníku se leguje jednou nebo několika z těchto příměsí v jednotlivé koncentraci asi od 0,5 až 15 %, vztaženo ke hmotnosti celé slitiny. Velice účinné kinetiky růstu a morfologie růstu se dosáhne při koncentraci příměsí v rozmezí asi od 1 do 10 %, vztaženo ke hmotnosti celé slitiny, olovem jako příměsí se obecně leguje základní kov na bázi hliníku při teplotách alespoň 1 000 °C, protože se obtížně rozpouští v hliníku. Přísada dalších legovacích příměsí, například cínu, však zvyšuje obecně rozpustnost olova, takže se tento legovací materiál může přidávat při nižší teplotě.

Dalším příkladem dotovací příměsi 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 provozních podmínkách. Sodíku a lithia se používá v nepatrných množstvích řádu ppm, typicky v množství 100 až 200 ppm, přičemž každý z nich je použitelný sám, společně nebo v kombinaci s jinými příměsemi. Vhodnými příměsemi, zejména v kombinaci s jinými příměsovými materiály, jsou prvky vzácných zemin, jako je cer, lanthan, praseodym, neodym a samarium.

Jak bylo poznamenáno, není třeba legovat základní kov dotovací příměsí. Jeden nebo několik dotovacích materiálů lze nanášet ve formě tenké vrstvy na celý povrch nebo na část povrchu základního kovu nebo na odpovídající plochu opěrného tělesa. Takovou vrstvu příměsi lze nanášet natíráním, ponořením, sítotiskem, napařováním nebo jiným způsobem v kapalné nebo těstovité formě, nebo naprašováním nebo jednoduchým položením vrstvy pevné zrnité příměsi nebo fólie příměsi na povrch základního kovu nebo nosného tělesa. Materiál příměsi může, avšak nemusí obsahovat organická nebo anorganická pojivá, nosiče, rozpouštědla a/nebo zahušťovadla. S výhodou se materiál příměsi nanáší jako prášek na povrch nosného tělesa nebo základního kovu spolu s lepidlem nebo pojivém, které se odstraní během zpracování společně s opěrou. Jeden ze zvláště výhodných způsobů nanášení příměsí spočívá v tom, že se tekutá suspenze příměsí ve směsi vody a organického pojivá nastříká na povrch, čímž vznikne soudržný povlak, který usnadňuje manipulaci s tvarovaným kovem nebo opěrným tělesem před vlastním zpracováním.

Vnější příměsové materiály se zpravidla nanášejí alespoň na část příslušné plochy nosného tělesa nebo základního kovu jako stejnosměrný povlak. Množství příměsi působí v širokém rozmezí, vztaženo k množství reagujícího základního kovu, a v případě hliníku neprokázaly pokusy ani horní ani dolní pracovní mez. Když se například používá křemíku ve formě oxidu křemičitého, který se nanáší jako vnější příměs na základní kov na bázi hliníku a hořčíku při oxidaci vzduchem nebo kyslíkem, účinkují nepatrná množství 0,0003 g křemíku na 1 g základního kovu nebo 0,0001 g křemíku na 1 cm² povrchu základního kovu, na který se oxid křemičitý nanáší. Také bylo zjištěno, že lze vyrobit keramickou strukturu ze základního kovu na bázi hliníku a křemíku při oxidaci vzduchem nebo kyslíkem, 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 0,0003 g hořčíku na 1 cm² základního kovu, na který se oxid hořečnatý nanáší.

Způsob podle vynálezu je doložen následujícím příkladem:

Bylo použito válcového tělesa z hliníkové slitiny, která měla jmenovité hmot. složení 8 až 8,5 % křemíku, 2 až 3 % zinku a 0,1 % hořčíku jako aktivních příměsí a dále obsahovala 3,5 % mědi, železo, mangan a nikl, avšak skutečný obsah hořčíku byl zpravidla v rozmezí od 0,17 do 0,18 %. Válcové těleso mělo průměr

67,2 mm, tloušťku 12,7 mm a vnitřní otvor o průměru 25,4 mm. Těleso bylo položeno na válcové nosné těleso, které s.estávalo z pěnového polystyrenu, mělo průměr 88,9 mm a tloušťku 11,1 mm a bylo povlečeno tenkým povlakem z příměsového materiálu z oxidu křemičitého, který tedy ležel mezi kovem a nosným tělesem. Na modelový úsek kovu byl nanesen přizpůsobivý materiál propouštějící plyn, který sestával ze 30 % hmot. pálené sádry, 70 % hmot. wollastonitu a vody, takže byl ve formě pasty, a mimoto byla tato směs nanesena na všechny obnažené části nosného tělesa kromě jeho dolní plochy. Modelový úsek základního kovu sestával tedy z horní části, stran a otvoru. Nanesený povlak se nechal ztuhnout, tak aby pálená sádra hydrolýzovala, čímž vytvořil nosnou zónu přiléhající k modelovému úseku kovu. Celá soustava základního kovu, nosného tělesa a materiálu propouštějícího plyn byla uložena do lože z wollastonitu v žárovzdorné nádobě.

Žárovzdorné nádoba s obsahem byla vložena do pece, do které byl přiváděn vzduch, a která byla zahřívána po dobu 5 hodin na 1 000 °C. Teplota 1 000 °C byla udržována 100 hodin, potom se pec nechala zchladnout během 5 hodin na normální teplotu.

Tvarové keramické těleso bylo vyjmuto ze žárovzdorné nádoby a přizpůsobivý materiál propouštějící plyn z něj byl odstraněn lehkým opískováním. Vzniklé keramické těleso kopírovalo modelový úsek základního kovu včetně otvoru.

Claims (7)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1.. Způsob výroby tvarovaného samonosného keramického tělesa vrůstáním produktu oxidační reakce roztaveného základního kovu s oxidačním činidlem do formy, vyznačující se tím, že těleso základního kovu, odpovídající tvarem vyráběnému keramickému tělesu, se povleče propustným materiálem propouštějícím oxidační činidlo, který se nechá ztuhnout, povlečené těleso se postaví na dutou nádobu, jejíž objem je alespoň rovný objemu základního kovu, zahřátím na reakční teplotu se základní kov roztaví, vyteče ze ztuhlého propustného povlaku, který tím vytvoří formu, a steče do dutiny duté nádoby, a při dalším zahřívání roste produkt oxidační reakce z povrchu roztaveného kovu v duté nádobě do formy, kterou úplně vyplní.
2. 2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že do duté nádoby se pod těleso ze základního kovu vloží opěrná vložka z materiálu, který se vypařuje nebo hoří při reakční teplotě, výhodně z pěnového plastu.
3. 3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že dutá nádoba se vloží do netečného lože.
4. 4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že propustný povlak se vytvoří z bariérového materiálu.
5. 5. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že propustný povlak se vytvoří z výplňového materiálu, na který se nanese bariérový materiál, ke vzniku samonosného keramického tělesa s povrchem z kompozitního materiálu.
6. 6. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že během tavení tělesa ze základního kovu a jeho stékání do duté nádoby se znemožní přívod plynného oxidačního činidla k povlaku.
7. 7. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se základní kov zvolí ze skupiny zahrnující hliník, křemík, titan, cín, zirkonium a hafnium.