CS8703236A3 - Process for producing self-supporting shaped ceramic body - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu výroby tvarových samonosných keramických těles. V posledních létech se proj evuj e vzrůstaj ící < zájem o použití keramiky ke konstrukčním účelům, které byly dosud vyhrazeny kovům. Popudem tohoto zájmu jsou lepší vlastnosti keramiky, například odolnost proti korozi, tvrdost, modul pružnosti a žárovzdornos t , oproti kovům, současně se skutečností, že provozuschopnost velkého počtu moderních komponentů a soustav je omezena právě těmito vlastnostmi běžně používaných materiálů. Příkladem takových možných použití keramiky jsou strojní součástky, výměníky tepla, řezné nástroje, ložiskové a opotřebovatelné plochy, čerpadla a lodní součástky,

Současné snahy o výrobu pevnějších, spolehlivějších a houževnatějších keramických předmětů se soustředují hlavně na vyvinutí zdokonalených pracovních postupů pro výrobu monolitické keramiky a na vývoj kompozitních materiálů s keramickou matricí. Kompozitní struktura je taková, která sestává z heterogenního materiálu, tělesa nebo předmětu, vyrobeného ze dvou nebo několika různých látek, které jsou dokonale sdruženy, aby kompozit měl požadované vlastnosti. Dva různé materiály lze například dokonale sdružit tím, že se jeden uloží v matrici druhého materiálu. Keramická matricová kompozitní struktura typicky obsahuje keramickou matrici, která zahrnuje jeden nebo několik různých druhů výplně, jako jsou zrna, vlákna, tyčinky apod. Při náhradě ková keramikou existuje řada nejrůznějších obtíží a omezení, například možnost výroby předmětů různých rozměrů, schopnost vyrábět složité tvary a vyhovět vlastnostem, které musí mít předmět pro úspěšné konečné použití, a cena. Byla popsána řada způsobů, které odstraňují tyto problémy a umožňují vyrobit spolehlivé keramické materiály včetně kompozitních materiálů. Jeden z takových způsobů spočívá ve výrobě samonosných keramických těles,, která se pěstují růstem produktu oxidační reakce ze základního kovového prekursoru. Roztavený kov se uvede do reakce s okyslič ovad lem v plynné fázi a vytváří produkt oxidační reakce, přičemž kov proniká tímto produktem směrem k okysličovadlu a dále se okysličuje, takže spojitě vzniká keramické polykrystalické těleso. Postup lze podpořit použitím legovací příměsi, například při oxidaci hliníku ve vzduchu za účelem výroby keramických struktur z cýs-oxidu hlinitého. Tento způsob byl ještě zlepšen tím, že se na povrch kovového prekursoru nanáší příměs.

Jev oxidace byl využit při výrobě kompozitních keramických těles, která je popsána v čs^” patentu č.

Zyl.322.

Popisují se v něm způsoby výroby samonosných keramických kompozitu růstem produktu oxidační reakce základního kovového prekursoru do propustné hmoty výplně, čímž se výplň obklopí keramickou matricí. Vzniklý kompozit však nemá definovanou a předem stanovenou geometrii, ani tvar nebo konfiguraci. ‘ Ί__

Byl navržen způsob výroby keramických kompozitních těles s předem stanoveným tvarem, při kterém vznikající produkt oxiJační reakce infiltruje do propustného předem vytvarovaného předlisku ve směru k definované mezní ploše. Keramické kompozity a dutinou, jejíž i vnitřek negativně kopíruje tvar tělesa ze základního kovu, jsou popsány v americkém pat. spise 4 828 785. Základním problémem při výrobě keramických těles přesného nebo přibližně přesného tvaru, včetně kompozitních těles, která sí zachovávaj í v podstate původní iva.r a rozměry výplně nebo předem vytvarovaného předlisku, je zabránit nebo zmenšit přerůstání keramické matrice přes definovanou mezní plochu. Přerůstání přes mezní plochu lze v podstatě zabránit regulací vnikání polykrystalické keramické matrice do jakémkoliv mezní plochy, což lze realizovat například použitím předem stanoveného množství základního kovu, vytvořením příznivých kinetických podmínek při oxidaci uvnitř před— tvarovaného tělesa, odčerpáním oxidační atmosféry nebo snížením reakční teploty. Každý z těchto úroků všatz vyžaduje přesnou regulaci a pozornost, aby nedošlo r přerůstaní polykrystalického produktu přes mezní plochu, přičemž není zaručen vznik přesného nebo téměř přesného tvaru, tauže je zpravidla třeba přídavné opracování. Předmětem vynálezu je způsob, který spolehlivě umožňuje zaoránit pre- růstání produktu oxidační reakce přes mezní plochu, což je velice žádoucí pro výrobu předmětů s přesným tvarem, zejména velkých jednodílných předmětů nebo předmětů složitého tvaru.

Způsobem podle vynálezu se vyrábí samonosná keramická tělesa oxidací základního kovu na polykrys talickou matrici; podstata vynálezu spočívá v tom, že těleso ze základního kovu ze skupiny zahrnující hliník, cín, křemík, titan, hafnium a zirkonium se před zahříváním obklopí alespoň z části bariérou proti růstu produktu oxidační reakce, která definuje mezní plochu keramického tělesa. Při výrobě kompozitu se podle vynálezu postupuje tak. že se těleso ze základního kovu uvede do styku s výplňovým materiálem, např. ve tvaru předlisku a spolu s ním se obklopí bariérou. láezi vhodné bariéry pro výrobu samonosných keramických těles podle vynálezu patří síran vápenatý, kremičitan vápenatý, portlandský cement, normální forforečnan vápenatý, oxid křemičitý, uhličitan vápenatý a jejich směsi.

Aby byl zajištěn přístup plynného okysličovadla k roztavenému základnímu kovu, může se podle vynóAezu přidat do materiálu bariéry těkavá sloučenina, která se při procesní teplotě vypařuje. S bariérou se může rovněž smíchat plnivo, které má stejný součinitel teplotní roztažnosti jako výplňový materiál.

Ke znemožnění nebo zastavení růstu produktu oxidační reakce může rovněž sloužit bariéra z nerezavějící ocelí nebo kutné keramiky. Předměty vyrobené způsobem vynálezu mají v podstatě stejné vlastnosti v celém průřezu do tlouštky, která byla prakticky nedosažitelná běžnými způsoby výroby způsob hutných keramických struktur. Přitom'podle vynálezu nevyžaduje vysoké náklady, spojené s většinou běžných způsobů výroby keramiky, například na výrobu velice jemných a velice čistých stejnoměrných prášků, na lisování za horka a na isostatické lisování za horka. Produkty podle vynálezu jsou použitelné nebo vyrobeny jako obchodní předměty a zahrnují bez omezení průmyslová, konstrukční a technická keramické tělesa pro takové obory použití, kde jsou důležité nebo vhodné^ elektrické, pevnostní, tepelné, konstrukční a jiné vlastnosti. Vynález nezahrnuje recyklované nebo odpadní materiály, které mohou být vyrobeny jako nežádoucí vedlejší produkty při zpracování roztavených kovů. V rámci vynálezu mají následující termíny tento význam:

Pod pojmem keramika se nerozumí pouze keramická tělesa v klasickém smyslu slova, to znamená tělesa sestávající výlučně z nekovových anorganických materiálů, nýbrž naopak jde o těleso, které je převážně keramické pokud jde buď o složení nebo hlavní vlastnosti, třebaže toto těleso může obsahovat menší nebo větší množství jedné nebo několika kovových složek, odvozené ze základního kovu nebo vyrobené z okysličovadla nebo příměsi, přičemž tento obsah leží typicky v rozmezí jedno až čtyřicet procent objemu, avšak těleso může obsahovat ještě větší množství kovu.

Produkt oxidační reakce obecně znamená jeden nebo několik kovů v oxidovaném stavu, kdy kov odevzdal elektrony nebo sdílí elektrony s jiným prvkem, sloučeninou nebo jejich kombinací. Produkt oxidační reakce zahrnuje podle této definice reakční produkt jednoho nebo několika kovů s okysličovadlem.

Okysličovadlo znamená jednu nebo několik látek, které přijímají elektrony nebo sdílejí elektrony a může být tvořencprvkem, kombinací prvků, sloučeninou nebo kombinací sloučenin včetně redukovatelných sloučenin, přičemž toto oxidační činidlo je v provozních podmínkách v plynné fázi, pevné nebo kapalné. Základní kov znamená ten kov, například hliník, který je prekursorem polykrystalického produktu oxidační reakce, a zahrnuje tento kov ve formě poměrně čistého kovu, komerčně prodávaného kovu s nečistotami a/nebo slitinovými složkami, nebo slitinu, ve které je kovový prekursor hlavní složkou. Tam, kde se uvádí určitý kov jako základní kov, například hliník, znamená tento termín pojem uvedený v této definici, pokud není výslovně uvedeno jinak.

Vynález bode vysvětlen v souvislosti s výkresy, kde značí obr. 1 rozloženy axonometrický pohled na předtvářené těleso, vyrobené podle příkladu 1, obr. 2 příčný řez tělesem z obr. 1, obr. 3 půdorys předtvořeného tělesa 2 obr. 2 a desky ze základního kovu před je jita stykem s předliskem, obr. 4 půdorys soustavy předlisku a základního kovu podle příkladu 1, obr. 5 příčný řez vedený rovinou 5 - 5 na obr. 4, přičemž předlisek je povlečen bariérou podle příkladu 1, obr. 6 příčný řez povlečeným předliskem podle obr. 5, uloženým v netečném loži výplně v žárovzdorné nádobě, obr. 7a, 7b fotografie nárysu a půdorysu kompozitu, vyrobeného podle příkladu 1, obr. 8 fotografie průřezu kompozitového kelímku, vyrobeného podle příkladu 2, znázorňující vnitřní povrch kelímku, obr. 9 fotografie vnějšího povrchu kompozitového tělesa podle příkladu 3, obr. 10 fotografii výsledného kompozitu, vyrobeného podle příkladu 4, obr. 11 fotografii kompozitu, vyrobeného postupem podle příkladu 5, obr. 12 rozložený axo-nometrický pohled na bariérovou soustavu z nerezavějící oceli, použitou v příkladě 8, obr. lja axonometrický pohled na bariéru z nerezavějící oceli podle příkladu 8, obr. 13b příčný řez znázorňující bariéru z obr. 13a, překrývající základní kov uložený v netečném loži v žárovzdorné nádobě podle příkladu 8, a obr. 14 fotografii dvou kompozitních těles, vyrobených podle příkladu 8.

Způsobem podle vynálezu se základní kov, který může být dotován a je prekursorem produktu oxidační reakce, uloží ve formě ingotu, sochoru, tyče, desky apod. do netečného lože v kelímku nebo jiné žárovzdorné nádobě. Základní kov se pak překryje bariérou, která alespoň částečně leží v odstupu od základního kovu. Bariéra vytvoří povrch, obvod nebo hranice keramického tělesa tím, že brání nebo zakončí růst nebo vznik produktu oxidační reakce. Nádoba, její obsah a bariéra se pak vloží do pece, do které se zavádí okysličovadlo včetně okysličovadla v plynné fázi. Soustava se pak zahřívá na teplotu pod teplotou tavení produktu oxidační reakce, avšak nad teplotu tavení základního kovu, která n^pří^lad při použití hliníku jako základního kovu a vzduchu jako okysličovadla leží obecně v rozmezí 850 a 1450 °C a s výhodou mezi 900 a 1350 °C. V tomto pracovním teplotním rozmezí vznikne těleso z roztaveného kovu a roztavený kov ve styku s okysličovadlem reaguje tvorbou vrstvy produktu oxidační reakce. Při dalším působení^ oxidační atmosféry je roztavený kov postupně vtahován do dříve vytvořeného produktu oxidační reakce a tímto produktem ve směruj4 k okysličovadlu a k bariéře. Při styku s okysličovadlem roztavený kov dále reaguje a tvoří neustále další produkt oxidační reakce, čímž vzniká postupně silnější produkt oxidační reakce, přičemž v polykrystalickém materiálu mohou zůstávat dispergované kovové složky. Reakce roztaveného kovu s okysličovadlem se udržuje tak dlouho, až produkt této reakce vyroste k bariéře, která zabrání nebo znemožní další růst produktu a tím vytvoří přesný nebo přibližně přesný tvar keramického tělesa. Bariéra podle vynálezu tedy brání nebo zakončí růst polykrystalického materiálu a pomáhá při vzniku přesně definovaného keramického tělesa s čistým nebo přibližně čistým tvarem.

Je pochopitelné, že výsledný polykrystalický materiél může mít póry, které mohou být částečnou nebo téměř úplnou náhradou kovové fáze nebo kovových fází, avšak objemové procento dutin závisí převážně na teplotě, době, druhu základního kovu a koncentrací příměsí;v poly-krystalických keramických strukturách tohoto typu jsou produkty oxidační reakce vzájemně propojeny ve více než jednom rozměru, s výhodou ve třech rozměrech, a koř může být také alespoň částečně propojen. V důsledku bariéry má keramický produkt dobře definované hranice nezávisle na objemu kovu a na pórovitosti.

Bariéra podle vynálezu může být tvořena ja-kýmikoliv vhodnými prostředky, které brání, inhibují nebo zakončí růst nebo vznik produktu oxidační reakce. Vhodnou bariérou může byt jakýkoliv materiál, sloučenina, prvek, směs apod., která si při provozních podmínkách podle vynálezu udržuje jistou soudržnost, nevy pářuje se a je s výhodou pnopustná pro okysličovadlo v plynné fázi, přičemž je schopná místně inhibovat, zastavit nebo zabránit pokračujícímu růstu produktu oxidační reakce.

Jednou kategorií bariér je ta třída materiálů, které nejsou v podstatě smáčeny dopravovaným roztaveným základním koem. Bariéra tohoto typu nemá v podstatě žádnou nebo jen nepatrnou afinitu k roztavenému kovu. Jiné bariéry reagují s dopravovaným roztaveným kovem a inhibují v další růst produktu oxidační reakce bud tím, že se rozpouštějí v dopravovaném kovu a nadměrně jej zřeďují, nebo tím, že s ním vytvářejí pevné reakční produkty, například intermetalické, které brání pohybu roztaveného kovu. Bariérou tohoto t ypu může být kov nebo kovová slitina včetně jakéhokoliv vhodného prekursoru tohoto kovu nebo slitiny, například oxid nebo redukovatelná sloučenina kovu, nebo hustá keramika. V důsledku povahy inhibice růstu reakční-ho produktu pomocí této bariéry může růst sahat do bariéry nebo poněkud za bariéru, dřív než skončí. Nicméně bariéra snižuje nezbytné výsledné opracování nebo obrušovéní, kterému se produkt může podrobit. Bariéra má být s výhodou propustná nebo pórovitá, takže když se použije pevné nepropustné stěny, má být bariéra otevřená alespoň v jednom pásmu nebo alespoň na jednom konci, aby okysličovadlo v pevné fázi mohlo přijít do styku s roztaveným kovem.

Vhodnými bariérami, které jsou obzvláště uži tečné v případě hliníku jako základního kovu, jsou síran vápenatý, kremičitan vápenatý a normální fosforečnan vápenatý, které dopravovaný roztavený základní kov v podstatě nesmáčí. Takové bariéry lze nanášet jako kaši nebo pastu na povrch lože výplně, která je s výhodou předběžně tvarovaná jako předlisek. Bariéra může rovněž obsahovat vhodný hořlavý nebo těkavý materiál, který uniká při zahřátí, nebo materiál, který se při zahřátí rozkládá, aby se zvýšila pórovitost a propustnost bariéry. Mimoto může bariéra obsahovat vhodný žárovzdorný materiál, což omezuje případné smrštováná a tvorbu trhlin, ke které může během zahřívání dojít. Obzvlášt žádoucí je zrnitý materiál, který má v podstatě stejný součinitel teplotní roztažnosti jako lože výplně. Když například výplň obsahuje oxid hlinitý a výsledné keramické těleso rovněž obsahuje oxid hlinitý, může být bariéra smíchána se zrny oxidu hlinitého, s výhodou o zrnitosti 20 až 1000 mesh. Zrna oxidu hlinitého mohou být smíchána se síranem vápenatým, například v poměru od 10 : 1 do 1 : 10, přičemž výhodný poměr je asi 1:1. Podle výhodného význaku vynálezu obsahuje 'ariéra přísadu síranu vápenatého, to znamená pálené sádry, a portlantského cementu. Portlantský cement může být smí-* chán s pálenou sádrou v poměru 10 : 1 až 1 : 10, přičemž nejvýhodnější poměr portlantského cementu k pálené sádře je asi 1:3. Podle potřeby lze portlantského cementu použít samotného jako bariéry.

Podle jiného výhodného provedení při použití hliníkových základníh kovů obsahuje bariéra pálenou sádru smíchanou s oxidem křemičitým ve stechiometrickém poměru, avšak pálená sádra může být v přebytku. Během výroby keramického tělesa reaguje pálená sádra s oxidem křemičitým na kremičitan vápenatý, čímž vzniká obzvláště účinná ba-riéra, protože/v podstatě prostá, trhlinek. Podle ještě další možnosti je pálená sádra smíchána s asi 25 až 40 % hmotnosti uhličitanu vápenatého. Při zahřívání se uhličitan vápenatý rozkládá a uvolňuje oxid uhličitý, který podporuje púrovitost bariéry.

Jiné výhodné bariéry pro základní kov na bázi hliníku zahrnují železné kovy a jsou tvořeny například nádobou z nerezové oceli, oxidem chromítým nebo jinými žáro-, « vzdornými oxidy, kterých lze použít jako superponované stěny nebo nádoby pro lože výplně nebo jako vrstvy na po--vrchu tohoto lože. Další účinné bariéry zahrnují husté, slinované nebo spékané keramické předměty, například z oxidu hlinitého. Tyto bariéry jsou zpravidla nepropustné ' a jsou proto bud speciálně vyrobené, aby měly póry, nebo musejí mít otevřenou sekci, například otevřený konec. Bariéry mohou tvořit v reakčních podmínkách drobivý produkt, který lze odstranit z keramického tělesa obroušením. tr

Bariéru lze vyrobit nebo vytvořit jakémkoliv tvaru, rozměru a formě, přičemž bariéra je s výhodou propustná pro okysličovadlo v plynné fázi. Bariéru lze nanášet nebo použít ve formě filmu, pasty, kaše, propustného nebo nepropustného listu nebo desky, nebo sítovaného nebo děrovaného listu, jako je kovové nebo keramické síto nebo tkanina, nebo jako jejich kombinaci. Bariéra může rovněž obsahovat plnivo a/nebo pojivo.

Velikost a tvar bariéry závisí na požadovaném tvaru keramického produktu. Když je například bariéra umístěna v předem stanovené vzdálenosti od základního kovu, je růst keramické matrice místně skončen v okamžiku, kdy dojde k bariéře. Obecně je tvar keramického produktu negativní kopií tvaru bariéry. Když je například konkávni bariéra alespoň částečně oddálena od základního kovu, dochází k polykrystalickému růstu v prostoru, omezeném plochou konkávni bariéry a povrchovou plochou základního kovu. Růst přitom skončí v podstatě na konkávni bariéře. Po odstranění bariéry má keramické těleso konvexní část, která je dána konkávností bariéry. Bři použití porézní bariéry může docházet k určitému prorůstání polykrystalického materiálu dutinkami v bariéře, avšak takové přerůstaní je silně omezeno nebo úplně znemožněno účinnějšími materiály bariéry. V takovém případě se po odstranění bariéry z polykrystalického keramického tělesa přerostlá polykrystalické hmota odstraní z keramického tělesa obroušením, otryskaním nebo pod., takže keramická část neobsahuje přerostlý keramický materiál. Bariéra, umístěná v předem stanovené vzdálenosti od základního kovu a opatřená válcovým výčnělkem sněrem ke kovu dá vznik keramickému tělesu s válcovou dutinou, která negativně kopíruje průměrem i hloubkou válcový výčnělek.

Aby nedocházelo k žádnému nebo jen minimálnímu přerůstání krystalického materiálu při výrobě keramických kompozitů, bariéra může být umístěna přímo na definované^ mezní ploše nebo v bezprostřední blízkosti mezní plochy lože výplně. Uspořádání bariéry na definované mezní ploše lože výplně se dá realizovat jakýmkoliv vhodným způsobem, například vytvořením vrstvy bariéry na mezní ploše. Vrstvu bariéry lze nanášet natíráním, ponořením, sítotiskem, vypařováním nebo jiným způsobem nanášení ba- . riéry v kapalné, kašovité nebo těstovité formě, dále rozprašováním odpařitelného materiálu, jednoduchým uložením vrstvy tuhých částic bariéry nebo položením pevného tenkého listu nebo filmu vhodného materiálu na definovanou mezní plochu. Když je bariéra umístěna v této poloze, skončí růst polykrystalického produktu oxidační reakce, jakmile dojde k definované mezní ploše a dotkne se bariéry.

Podle výhodného provedení vynálezu se vytvoří propustný tvarovaný předlisek, jak bude v dalším popsáno podrobně, který má alespoň jednu definovanou mezní plochu, a alespoň část této definované mezní plochy je opatřena nebo superponována bariérou. Je samozřejmé, že termín "předlisek" nebo"předtvarovaný"předmět může zahrnovat soustavu jednotlivých předlisků, které jsou potom spojeny v jediný kompozit, jak bude ještě vysvětleno. Předli-sek se umíttí vedle a do styku s jedním nebo několika povrchy nebo částí povrchu základního kovu tak, aby alespoň část definované mezní plochy, opatřená nebo superponovaná bariérou, ležela s mezerou od základního kovu nebo mimo jeho plohhu, přičemž tvorba produktu oxidační reakce probíhá do předlisků a ve směru k definované mezní ploše, opatřené bariérou. Propustný předlisek je součástí celého systému a při zahřívání v peci působí na základní kov a na předlisek okysličovadlo v plynné fázi, kterého může být použito v kombinaci s pevným nebo fepalným okysliČo-vadlem. Reakce pokračuje tak dlouho, až produkt oxidační reakce projde předliskem a přijde do styku s definovanou mezní plochou, která je opatřena bariérou nebo na které je bariéra superponována. Typicky koincidují hranice před-lisku a polykrystalické matrice. Avšak jednotlivé složky na povrchu předlisku mohou být obnažené nebo mohou vyčnívat z matrice, takže infiltrace a uzavření nemusí být úplné v tom smyslu, že matrice neuzavírá dokonale předli-sek. Bariéra brání, inhibuje nebo zakončuje růst polykrystalického produktu, takže nedochází k přerůstání polykrysta-lického materiálu. Výsledný keramický kompozitní produkt obsahuje předlisek, infiltrovaný nebo uzavřený ve svých hranicích keramickou matricí z polykrystalického materiálu, která sestává v podstatě z produktu oxidační reakce základního kovu s okysličovadlem a případně z jedné nebo několika kovových složek, jako jsou neoxidované složky základního kovu nebo redukované složky okysličovadla. Výhodné provedení s využitím bariéry předlisku je znázorněno na obr. 1 až 7 a podrobně popsáno v příkladě 1 Předlisek může s výhodou obsahovat karbid křemíku s velikostí zrn 500 mesh. Definovaná mezní plocha je povlečena propustnou vrstvou pálené sádry Ca 30^, která působí jako bariéra. Tato vrstva se nanáší jako thixotropní kase nebo pasta, která pak ztuhne hydrolýzou, což usnadňuje manipulaci s oředliskem. Po zahřátí v oeci na pracovní teploty roste produkt oxidační reakce a infiltruje předlisek až k definované mezní ploše. Pálená sádra brání přerůstání polykrystalického materiálu za mezní plochu infiltrovaného předlisku. Při zahřátí během oxidačního procesu pálená sádra dehydrolyžuje, což usnadňuje její odstranění z povrchu předlisku lehkým otryskaním, oškrábáním nebo převalováním v brusném prášku nebo brusných zrnech.

Podle ještě dalšího provedení při výrobě kompozitu s negativní dutinou, která negativně kopíruje pozitivní vzor v základním kovovém prekursoru, se bariéra volí tak, aby měla dostatečnou strukturní pevnost, aby udržela celou sestavu. Zrnitý výplňový materiál se natlačí alespoň kolem části tvarovaného základního kovového prekursoru, avšak nemá docházet k unikání zrn pórovitou bariérou. Aby nenastávalo unikání výplně, sestává bariéra z děrované nebo sítované nádoby, například z listu nebo rukávu, například z kovového síta, které obklopuje zrnitou výplň. Když není takový list dostatečně pevný za provozních podmínek, může být vyztužen druhým, silnějším rukávem, například keramickým, ocelovým nebo slitinovým válcem, který je uložen soustředně se sítovaným listem. Válec má soustavu otvorů, které umožňují průchod okysličovadla v plynné fázi do rukávu a do listu a do kontaktu s roztaveným kovem, přičemž však kombinace válce a listu zabraňuje vysýpání zrnité výplně z bariéry. Tvarpovrchu výplně je kongruent-ní s vnitřní plochou nádoby, která je pak kopírována vznikajícím kompozitním produktem. Obr. 12 a příklad 6 popisují toto provedení bariéry ve tvaru kovové nádoby, uložené svisle.

Je samozřejmé, že některé bariéry mohou v provozních podmínkách procházet chemickými změnami co do složení a druhu. V případě bariéry, která sestává se směsi pálené sádry a zrn oxidu hlinitého může směs vytvořit oxysulfát vápníku a hliníku. Bariéra sestávající z nerezové oceli AI3I 304 může při provozních podmínkách oxidovat na oxidy kovů, které tvoří složku matrice. Nežádoucí materiály bariéry lze však z keramického tělesa snadno odstranit.

Keramický kompozit, vyrobený způsobem podle vynálezu, je obvykle soudržný produkt, kde asi 5 až 9S % objemu celkového kompozitu sestává z jednoho nebo několika materiálů předlisku, uzavřených v definované mezní ' ploše předlisku v polykrystalické matrici. Polykrystalické matrice zpravidla sestává při použití hliníku jako základního kovu asi ze 60 až S9 % objemu polykrystalického materiálu ze vzájemně propojeného α-oxidu hliníku a asi z 1 až 40 % objemu neoxidovaných složek základního kovu. Třebaže vynález bude v následujícím popsán speciálně s přihlédnutím k soustavám, kde se jako základ- ního kovu používá hliníku nebo slitiny hliníku a žádoucím produktem oxidační reakce je oxid hlinitý, představuje to pouze příklad a je samozřejmá, že vynález je použitelný i na jiné soustavy, kde se jako základního kovu používá jiných kovů, například eínu, křemíku, titanu, sirkonia apod., přičemž žádoucím produktem oxidační reakce je oxid, nitrid, borid, karbid a podobná sloučenina tohoto kovu. Volba bariéry může záviset na takových faktorech, jako je základní kov, příměsi, keramická matrice, sběení výplně a pracovní podmínky. V takových dalších uvedených soustavách může byt vhodnou bariérou síran vápenatý, když jsou podmínky podobné s oxidem hlinitým, například v případě cínu jako základního kovu a vzduchu jako okysličovadle. Naproti tomu by síran vápenatý nebyl vhodnou bariérou pro způsob prováděný v teplotním rozsahu nebo za reakčních podmínek, kde síran vápenatý není stabilní, například při použití titanu v atmosféře dusíku, kdy oxidační reakce probíhá při teplotě nad 2000 ^C. Pro takové teplotní podmínky lze použít husté keramiky z oxidu hlinitého nebo z oxidu zirkoničitého, které jinak vyhovují kritériím kladeným na bariéru a ktoré mohou vydržet vysoké teploty vyskytující se během postupu a udržují si přitom charakteristiky nezbytné pro bariéru. Při způsobu podle vynálezu jo okysličovadlo v plynné fázi při provoaních podmínkách normálně v plynném stž-vu nebo ve formě nsr, abv vznikla oxidační a trne sf ra, například vzduchová. Typická okysličovadla v plynné fázi zahrnují například prvky nebo sloučeniny nebo kombinace prvků z. "ioučenin následujících nrvků, sloučenin, složek nnbc směsí: kyslík, dusík, halogen, síra, fosfor, arsen, nh^ík, rr, solen, íelu-^ a. sloučeniny nebo k-mobi-ns.ee těchto látek, nspříklad methan, ethan, propan, acetylén, ethylen, propylen (uhlovodíky jeko zdroje uhlíku) ε. ,ς.ηίρ-· --0-,- -·« V^d^O1^ Th /ΤΤΛ ' ^U/U"· tc + n n.-. e_ ---- w v Vw-v-.u-x, --o, 9 - -. - - 9 , - '· v — lední směs, to sum;°n- ľ a VľýCC- j-uuj výhodné tím, že ^nižují aktivitu kyblíku v atmosféře. Vhodnými oky'fkče-vadly v plynné fázi jsou kyslík a plynné směsi obsahující kyslík veetn" vzduchu, přičemž kyslíku se dává z ekonomických důvodů přednost. Když se uvádí, že okysličovadlo v plynné fázi obsahuje nebo zahrnuje speciální plyn nebo páru, znamená to, že jde o okysličovadlo v plynné fázi, kde tento plyn nebo pára je jediným, hlavním nebo alespoň důležitým oxidačním činidlem základního kovu v pcdcíny kách vznikajících oři oxidaci. Třebaže tedv hlavní s^u-částí vzduchu je dusík, je kyslík obsažený ve vzduchu normálně jediným oxidačním činidleftj .základního kovu v podmínkách •'x: d-črík·' r ůsobz ní, TTzduch tedy patří mezi kate^yrii Vtek cznačcvcuích jeho jbyu obsahující kyslík, ·.ip—r-1, ' ' v'k'k ""«s' n 'ty*', **' ir :’-r"r’· v an '. " ak “ľ.··n sbsahu— jící čurík. l'říll:.c'r. il ímíní'.u, činidla, wvedeního jako plvr: obsahující dusík, ja icr^ovací plyn, kteří typicky obsahuje asi 96 % objemu dusíku a asi 4 % objemu vodíku.

Okysličovadlo rovněž může obsahovat pevné oxidační -činidlo neb·' k ρ-Ίη·'' d~cuí čini42ť>, které jo oevaé nebo kapalné v pracovnách 7--1. .ínkéok. Pevného A/rv’)c palného oky^ i'-'vor'· --•učí vz v ’-o-binaei S okysličo vadlom v plvané fázi. Při pažití pevného okysličovadla se toto okysličovadlá ^rov- dis disperguje nebo smíchav á s celým ložem výoln-' nebo předlisku nebo s tou částí lože nebo předlisku, jfeasa^ kt-.-r V-ží v-d" - V^Vdního ^vu, a to ve řepy* čťstiG nebo pří—sůn.- j~k-> o-τΊ?.'·’’ na loží v^rln^· nebe předli~'~u. Přitom lze použít jakéhokoliv vhodného pevného okysličovadla, což zahrnuje prvky, například bor nebo uhlík, nebo ^redukovatelné sloučeniny, například oxidy nebo boridy s nízkou termodynamickou stabilitou ve srovnání s reakčním produktem oxidu nebo boridu a základního kovu.

Používá-li se kapalného okysličovadla ve spojení s plynným okysličovadlem, může týt dispergováno ka v celém loži výplně nebo v celém předlisku nebo v té jeho části, která leží vedle základního kovu, ovšem za předpokladu, že kapalné Okysličovadlo neblokuje|přístup roztaveného kovu k okysličovadlu v plynné fázi. Kapalné okysličovadlo znamená takové, které je v kapalné fázi v podmínkách oxidační reakce, takže kapalné okysličovadlo může dít pevný prekursor, napríklad sůl, která se roztaví nebo je kapalná v podmínkách oxidační reakce. Alternativně může mít kapalné okysličovadlo kapalný prekursor, například roztok materiálu, kterého se používá k povlečení části nebo veškerých pórovitých ploch výplně nebo předlisku a který se taví nebo rozkládá v provozních podmínkách a vytváří oxidační zbytek. Příklady kapalných oxidačních činidel tohoto typu zahrnují skla s nízkou teplotou tavení. Třebaže vynález bude popsán speciálně s přihlédnutím k předlisku pro výrobu kompozitových teíes, je samozřejmé, že při provádění způsobu podle vynálezu lze rovněž použít lože výplně" s volnými nestlačenými zrny. Předlisek má být dostatečně pórovitý nebo propustný, aby jím mohlo procházet okysličovadlo v plynné fázi a přijít do styku se základním kovem. Předlisek musí ' být rovněž dostatečně propustný, aby umožňoval růst produk- * tu oxidační reakce υ.νηί+* svého objemu, aniž by se porušila nebo jinak'změnila konfigurace nebo tvar předlisku. V případě; že předlisek obsahuje pevné a/nebo kapalné okysličovadlo, které může doprovázet okysličovadlo v plynné fázi, musí být dostatečně pórovitý aebo propustný, aby umožňoval růst produktu oxidační reakce, tvořenému stykem základního kovu s pevným a/nebo kapalným okysličovadlem. Pokud se v textu uvádí pojem "předlisek" nebo "propustný předlisek", znamená to předlisek, který má uvedenou pórovítost a/nebo propustnost, pokud není výslovně uvedeno jinak.

Propustné předlisky se mohou vytvořit nebo vytvarovat do jakéhokoliv požadovaného tvaru a rozměru libovolným způsobem, například litím břečky, vstřikováním, přetlačováním, tvářením ve vakuu nebo jiným způsobem, ze vhodných materiálů. Propustný předlisek může obsahovat pevné a/nebo kapalné okysličovadlo, použité společně s plynným okysličo-vadlem jako oxidační činidlo. Propustný předlisek má být vyroben nejméně s jednou mezní plochou a tak, aby si zachoval daný tvar a pevnost za syrová jakož i rozměrovou věrnost potéjco je infiltrován a uzavřen keramickou matricí. Nicméně musí být propustný předlisek dostatečně propustný, aby do něj mohl vnikat rostoucí produkt oxidační reakce. Propustný předlisek musí být rovněž smáčitelný základním kovem, musí mít takové složení, aby produkt oxidační reakce se mohl vázat a ulpívat na předlisku a uvnitř předlisku k vytvoření keramického kompozitního produktu s vysokou hustotou a přesnými hranicemi. Předlisek může být jakéhokoliv tvaru a rozměru, pokud se dotýká nebo leží u kovové plochy základního kovu s a má alespoň jednu mezní plochu, na které je superponována bariéra, jež vymezuje hranice rostoucí polykrystalické-matrice» Předlisek může být například půlkulového tvaru a jeho rovná plocha se může dotýkat povrchu základního kovu, zatímco vypouklá mezní plocha představuje definovanou mezní plochu, ke které má polykrystalické matrice prorůst. Alternativně může být předlisek krychlového tvaru, a jeho jedna strana se může dotýkat povrchu základního kovu, zatímco ostatních pět stran tvoří hranice pro rostoucí poly-krystalickou matrici. Matrice z polykrystalického materiálu, která vzniká růstem produktu oxidační reakce, jednoduše vrůstá do propustného předlisku, prorůstá jím a uzavírá jej uvnitř mezních ploch, vymezených bariérou, aniž by tento předlisek deformovala nebo přemístila.

Propustný předlisek podle vynálezu může sestávat z jakéhokoliv vhodného materiálu, například z keramických a/nebo kovových zrn, prášků, vláken, drátků, drátů, částic, dutých tělísek nebo kuliček, z drátěné tkaniny, plných kuliček apod. a z jejich kombinací. Materiály předlisku mohou být buď volné nebo sestaveny ze spojené řady, přičemž toto uspořádání má mezery, otvory, mezilehlé prostory apód., aby předlisek propouštěl okysličovadlo a roztavený kov, aby tedy mohl produkt oxidační reakce růst beze změny tvaru předlisku. Předlisek může zahrnovat mřížku z vyztužova-cích tyček, tyčinek, trubek, trubiček, destiček, drátků, kuliček nebo jiných zrnitých látek, drátěnou tkaninu, keramickou žárovzdornou tkaninu apod., nebo jejich kombinaci, uspořádanou předem do požadovaného tvaru. Materiály předlis-ku mohou být homogenní nebo heterogenní. Vhodné materiály předlisku, například keramické prášky nebo zrna, mohou být vzájemně spojeny jakýmkoliv pevným pojivém, které nebrání reakci podle vynálezu ani nenechává nežádoucí zbytkové vedlejší produkty v keramickém kompozitním produktu. Vhodné zrnité látky, například karbid křemíku nebo oxid hlinitý, mohou mít velikost zrn od 10 do 1000 nebo menší, přičemž lze použít i směsi zrn různé velikosti a různých druhů. Zrnité látky mohou být vytvářeny do požadovaného tvaru jakoukoliv vhodnou technikou, například vytvořením kaše zrn v organickém pojivu, nalitím kaše do formy a potom ztuhnutím předlisku buá vysušením nebo vytvrzením při zvýšené teplotě.

Pokud jde speciálně o vhodné materiály, kterých lze použít při tváření a výrobě propustného předlisku nebo lože výplně podle vynálezu, lze tyto materiály rozdělit v podstatě do tří tříd.

První třída zahrnuje ty chemické látky, které jsou při teplotách a oxidačních podmínkách postupu netěkavé, jsou termodynamicky stabilní a nereagují ani se nadměrně nerozpouštějí v roztaveném základním kovu. Pro odborníka jsou známé četné materiály, které splňují tyto požadavky v případě, kdy základním kovem je hliník a okysličovadlem vzduch nebo kyslík. Tyto materiály zahrnují oxidy těchto kovů: oxid hlinitý Á12O^, oxid ceru CeO2, oxid hafnia HfO2, oxid lanthanu La2O^, oxid neodymu Νά2θ3> různé oxidy praseo-dymu, oxid samaria Sm2O^, oxid skandia Sc2O^, oxid thoria ThO2, oxid uranu U02, oxid yttria Y2Oj a O3ci-á zirkoničitý ZrO2. Kromě toho patří do této třídy stabilních žárovzdor-ných sloučenin velký počet binárních, ternárních a vyšších kovových sloučenin, například MgO.AlgOj.

Druhou třídou vhodných materiálů pro předlisek jsou ty látky, které nejsou vlastní povahou stabilní v oxidačním a teplotním okolí při provádění způsobu podle vynálezu, jsou však použitelné v důsledku poměrně pomalé kinetiky rozkladných reakcí. Příkladem v případě hliníku jako základního kovu a kyslíku nebo vzduchu jako okysličovadla je karbid křemíku. Tento materiál by úplně oxidoval v podmínkách nezbytných k oxidaci hliníku, kdyby nebylo ochranné vrstvy oxidu křemičitého, který p#krývá částice karbidu křemíku a zabraňuje jejich další oxidaci. Třetí třídou vhodných materiálů pro předlisek jsou látky, u kterých se neočekává, ěe by mohly v důsledku termodynamického průběhu reakce a její kinetiky přežít oxidační podmínky a působení roztaveného kovu. Tyto materiály lze přeměnit na slučitelné s postupem podle vynálezu tím, že se sníží aktivita okolí, například použitím HgO nebo směsi CO/COg jako oxidačního plynu, nebo povlečením těchto materiálů například oxidem hlinitým, který způsobí, že látka je kineticky nereaktivní v oxidačním prostředí. Příkladem látek této třídy je vláknitý uhlík, používaný ve spojení s roztaveným hliníkem jako základním kovem. Má-li se hliník okysličovat vzduchem nebo kyslíkem při teplotě například 1250 °C na matrici, které obsahuje předlisek z těchto vláken, uhlíková vlákna se snaží reagovat jak s hliníkem na karbid hliníku tak s oxidační atmosférou na oxid uhelnatý nebo oxid uhličitý. Těmto nežádoucím reakcím lze zabránit tím, že se uhlíková vlákna povlečou například oxidem hlinitým, který zabrání reakci jak se základním kovem tak s okysličovadlem. Alternativně lze nebezpečí reakce uhlíkové výplně s okysličovadlem regulovat použitím směsi oxidu uhelnatého a oxidu uhličitého jako okysličovadla, které má snahu oxidovat hliník, nikoliv však uhlíková vlákna. Předlisek, používaný při provádění způsobu podle vynálezu, může být tvořen jediným předmětem nebo soustavou předmětů, aby bylo možno vytvořit složitější tvar. Bylo zjištěno, že materiál polykrystalické matrice může prorůstat sousedními, vzájemně se dotýkajícími plochami složeného předlisku, které tím spojí do jediného integrálního keramického kompozitu. Bylo rovněž zjištěno, že soustava.* předlisků se musí uspořádat tak, aby směr růstu produktu oxidační reakce byl do vnitřku soustavy, aby produkt infiltroval všechny předlisky a uzavřel je v sobě až k bariéře, čímž je spojí všechny dohromady. Tímto způsobem lze vytvářet složitá keramická kompozitní tělesa, která jinak známými způsoby nelze vyrobit. Pokud se v textu uvádí pojem "předlisek", znamená to samotný předlisek nebo soustavu předlisků, pokud není důsledně uvedeno jinak.

Podle výhodného provedení vynálezu může přidání přísad příznivě ovlivnit oxidační reakci. Funkce přísad záleží na řadě faktorů, nejenom na sajimotném materiálu přísady. Tyto faktory zahrnují například určitý základní kov, požadovaný konečný produkt, určitou kombinaci přísad, pokud se použije víc než jedné přísady, použití přísady nanášené zvnějšku v kombinaci se slitinovou přísadou, koncentraci přísady, oxidační prostředí a provozní podmínky. Přísada nebo přísady, použité ve spojení se základním kovem, mohou tvořit legovací složky základního kovu, mohou být naneseny alespoň na část povrchu základního kovu nebo mohou být vneseny do lože výplně nebo do předlisků nebo jeho části, například do nosné zóny předlisků, nebo lze použít jakékoliv kombinace těchto opatření. Tak například legoaací příměs lze použít v kombinaci s příměsí na- néšenou zevně. V případě, že se příměs nebo příměsi vnášejí do lože výplně nebo do předlisku, lze to provádět jakýmkoliv vhodným způsobem, například dispergováním přísad v části nebo v celé hmotě předlisku jako povlak nebo ve formě zrn, s výhodou alespoň v části předlisku, která sousedí se základním kovem, Vnesení příměsí do předlisku lze například provádět nanesením vrstvy jedné nebo několika příměsí na předlisek nebo do vnitřku předlisku, například do jeho vnitřních otvorů, mezer, kanálků, mezilehlých prostorů a pod,, které zaručují jeho propustnost. Velmi vhodným způsobem aplikace příměsi je ponoření celého lože výplně do roztoku příměsi. Zdroj příměsi lze rovněž vytvořit tak, že pevné těleso z příměsi se uvede do styku alespoň s částí povrchu základního kovu a předlisku, s výhodou mezi ně. Například lze umístit tenkou tabuli křemičitého skla, vhodného jako příměs při oxidaci hliníku jako základního kovu, na povrch základního kovu. Když se hliník tvořící základní kov a případně vnitřně dotovaný hořčíkem, překrytý materiálem s obsahem křemíku, taví v oxidační atmosféře, například ve vzduchu při teplotě od asi 850 °C do asi 1450 °C, s výhodou mezi 900 °C a 1350 °C, dochází k růstu polykrystalického keramického materiálu do propustného předlisku. V případě, kdy je příměs nanesena zvnějšku alespoň na část povrchu základního kovu, struktura z poly- krystalického oxidu zpravidla roste uvnitř propustného předlisku značně za vrstvu příměsi, to znamená za hloubku nanesené vrstvy příměsi. Ve všech případech lze na povrch základního kovu a/nebo propustného předlisku nanést jednu nebo několik příměsí zvnějšku. Kromě toho příměsi, které tvoří se základním kovem slitinu anebo jsou naneseny zvnějšku na základní kov, lze co do množství a účinku zvětšit příměsemi nanesenými na předlisek. Nedostatečná koncentrace příměsí, tvořících se základním kovem slitinu a/nebo nanesených na základní kov zvnějšku, se tedy může zvětšit přidáním příslušné příměsi nebo příměsí, nanesených na předlisek nebo vnesených do předlisku, a naopak.

Vhodné příměsi pro hliník jako základní kov, zejména ve spojení se vzduchem jako okysličovadlem, zahrnují například kovový hořčík a kovový zinek, a to ve vzájemné kombinaci nebo v kombinaci s jinými příměsemi. Tyto kovy nebo vhodné zdroje těchto kovů lze přidávat jako legovací příměsi k základnímu kovu na bázi hliníku v koncentraci pro každý z nich v rozmezí od 0,1 do 10 % hmotnosti, vztaženo na celkovou hmotnost dotovaného kovu. Koncentrace v tomto rozmezí podporují keramický růst, grychlují pohyb kovu a příznivě ovlivňují morfologii růstu vznikajícího oxidačního produktu. Koncentrace kterékoliv příměsi závisí na takových činitelích jako je kombinace příměsí a pracovní teplota.

Další příměsi, které podporují růst produktu oxidační reakce v systému s hliníkem jako základním kovem, jsou například křemík, germanium, cín a olovo, zejména v kombinaci s hořčíkem nebo zinkem. Jedna nebo několik těchto příměsí nebo jejich vhodných zdrojů se přidává jako

příměs do hliníku jako základního kovu v koncentraci pro každou z nich v rozmezí od 0,5 asi do 15 % hmotnosti celkové slitiny. Lepší kinetiky růstu a morfologie produktu oxidační reakce lze dosáhnout při koncentraci příměsí v rozmezí asi 1 až 10 % hmotnosti, vztaženo na celkovou hmotnost slitiny. Olovo jako příměs se přidává k základnímu kovu na bázi hliníku při teplotě nejméně 1000 °C, protože se poměrně špatně rozpouští v hliníku. Přísada jiných legovacích složek, například cínu, však zvyšuje rozpustnost olova a umožňuje

do základního

nižší teplotě.

uvedeno, lze podle okolností použít jedné nebo několika příměsí.

hliníku jako základního kovu a vzduchu jako okysličovadla jsou velice účinné kombinace příměsí, sestávající z hořčíku a křemíku nebo z hořčíku, zinku a křemíku. V těchto případech leží vhodná koncentrace hořčíku v rozmezí od 0,1 asi do 3 % hmotnosti, koncentrace zinku v rozmezí od 1 do 6 % hmotnosti a koncentrace křemíku v rozmezí asi 1 až 10 % hmotnosti.

Další vhodnou příměsí při tavení hliníku jako základního kovu je

lithium, vápník, bor, fosfor a yttrium, kterých lze použít jednotlivě nebo v kombinaci s jednou nebo několika příměsemi podle okysličovadla a provozních podmínek. Sodíku a lythia lze použít ve velmi nepatrných množstvích řádu ppm, typicky v množství 100 až 200 ppm, přičemž každého z nich lze použít samostatně nebo v kombinaci nebo ve spojení s jinou příměsí nebo s jinými příměsemi. Vhodnými příměsemi jsou rovněž prvky vzácných zemin, jako je cer, lanthan, praseodym, neodym a samarium, zejména v kombinaci s jinými příměsemi.

Jak bylo uvedeno, není třeba vnášet příměs do základního kovu. Když se například selektivně nanese jedna nebo několik příměsí v tenké vrstvě na celý povrch nebo na část povrchu základního kovu, dochází k místnímu růstu keramiky podle vynálezu od povrchu základního kovu nebo jeho částí, takže polykrystalický keramický materiál vrůstá do propustného předlitku ve zvolených místech. Růst poly-krystalického keramického materiálu do propustného předlis-ku lze tedy regulovat lokalizovaným umístěním materiálu příměsi na povrch základního kovu. Nanesený povlak nebo vrstva příměsi je tenká ve srovnání s tlouštkou tělesa základního kovu, přičemž růst nebo tvorba produktu oxidační reakce do vnitřku propustného předlitku probíhá áaleko, za vrstvu příměsi, to znamená až za vrstvu nanesené příměsi. Vrstvu příměsi lze nanášet natíráním, ponořením, sítotiskem, naparováním nebo jiným způsobem nanášení příměsi ve formě kapaliny nebo pasty, nebo naprašováním nebo jednoduchým položením vrstvy pevného zrnitého materiálu nebo tenkého filmu příměsi na povrch základního kovu. Materiál příměsi může, ale nemusí obsahovat organické nebo anorganické pojivo, nosič, rozpouštědlo a/nebo zahuštovadlo. S výhodou se materiály tvořící příměs nanášejí ve forme prášku na povrch základního kovu nebo se dispergují alespoň v části výplně. Obzvláště výhodný způsob nanášení příměsí na základní kov spočívá v tom, že kapalná suspenze příměsí 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. Příměsi používané zvnějšku se obvykle nanášejí na část povrchu základního kovu jako stejnoměrný povlak. Množství příměsi je účinné v širokém rozmezí, pokud jde o poměr příměsi k množství základního kovu, na který je nanesen; v případě hliníku neukázaly pokusy ani horní ani dolní hranici množství příměsi. Když se například použije křemíku ve formě oxidu křemičitého, naneseného zvnějšku na základní kov na bázi hliníku při použití vzduchu nebo kyslíku jako okysličovadla, dochází k růstu polykrystalické keramické matrice i při tak malém množství jako je 0,00003 g křemíku na 1 g základního kovu, nebo 0,0001 g křemíku na 1 cm obnažené plochy základního kovu, spolu s druhou příměsí, která obsahuje zdroj hořčíku a/nebo zinku. Bovněž bylo zjištěno, že lze vytvořit keramickou strukturu ze základního kovu na bázi hliníku při vzduchu nebo kyslíku jako oxidačním činidle tehdy, když se použije oxidu hořečnatého jaho příměsi v množství vyšším než 0,0008g příměsi na 1 g základního kovu, a v množství větším než o 0,0003 g příměsi na 1 cm povrchu základního kovu, na který je nanesen oxid horečnatý. Zdá se, že do jisté míry se zvýšením množství příměsí zkracuje reakční doba, potřebná k vytvoření keramického kompozitu, ovšem závisí to i na ostatních faktorech, jako je typ příměsi, základního kovu a na reakčních podmínkách.

Když je základním kovem hliník dotovaný hořčíkem a oxidačním mediem je vzduch nebo kyslík, bylo zjištěno, že hořčík alespoň částečně oxiduje ze slitiny při teplotách mezi asi 820 °C až 950 °C. V takových případech soustavy dotované hořčíkem tvoří hořčík na povrchu roztavené hliníkové slitiny oxid horečnatý nebo hlinitan horečnatý spinelového typu MgOA^Oj, a během růstu zůstávají tyto sloučeniny hořčíku primárně na počáteční oxidové ploše slitiny základního kovu, to znamená na in^iačním povrchu v rostoucí keramické struktuře. V takových systémech dotovaných hořčíkem vzniká tedy struktura na bázi oxidu hlinitého kromě poměrně tenk^ vrstvy hlinitanu horečnatého spinelového typu na iniciačním povrchu. Když je to žádoucí, lze tuto iniciační plochu snadno odstranit obroušením, strojním obrobením, leštěním nebo otryskáním.

Vynález bude vysvětlen v několika následujících příkladech, kterými však není nijak omezen. 1 S odvoláním na obr. 1 až 7, kde stejné vztahové značky označují stejné nebo podobné součásti, bylo vyrobeno složité keramické těleso infiltrací keramické matrice do předlisku. Jak ukazuje obr. 1 a 2, sestává předlisek ze soustavy tří odděleně vyrobených komponentů 10, 12, 14, které byly spolu spojeny organickým pojivém (Blmerovým lepidlem na dřevo). Každá ze tří komponent byla vyrobena stejnou obvyklou technikou, při které se částice karbidu křemíku stejnoměrně smíchaly s roztokem organického pojivá (uvedené lepidlo a voda v poměru 4:1). Směs byla vlita do formy ze silikonového kaučuku a nechala ztuhnout ve vzduchu. Komponenty 10 a 12 obsahovaly částice karbidu křemíku s velikostí 500. Komponenta 14 obsahovala částice karbidu křemíku s velikostí 220 a byla vyrobena stejným způsobem j^co komponenty 10 a .12, ovšem s roždí Iným tvarem ' použité formy. Komponenty obsahovaly každá dvě ozubená kolečka JO, ,12, z nichž každé bylo silné 4,76 mm, mělo průměr 76,2 mm a uprostřed mělo otvor 16 ve tvaru otvoru pro klíč. Prostřední komponenta 14 válcového tvaru měla vnější průměr 40,71 mm a vnitřní průměr 28,01 mm a výšku 8,38 mm. Všechny tři ztuhlé komponenty předlisku byly sestaveny kolem osy a-b, jak ukazuje rozložený pohled na obr. 1, takže plocha 2 komponenty 10 se dotýkala plochy 15 komponenty 14. a plocha 11 komponenty 12 se dotýkala plochy 14 komponenty 15. Celkový tvar spojeného předlisku 18 ukazuje obr. 2.

Jako základní kov sloužila obdélníková destička lg. z komerční hliníkové slitiny 380.1, která měla jmenovité hmotnostní složení 8-8,5 % Si , 2-3 % Zn a 0,1 % Mg jako aktivní příměsi a dále obsahovala 3,5 % hmotnosti mědi, mimoto železo, mangan a nikl, avšak skutečný obsah hořčíku byl o něco vyšší, konkrétně v rozmezí 0,17 až 0,18 % hmotnosti. Destička 19 měřila přibližně 127 mm x 101,6 mm a měla tlouštku 7,62 mm a měla středový otvor, umístěný přibližně v jejím geometrickém středu. Destička 19 byla rozříznuta na polovinu uprostřed středového otvoru, takže vznikla dvě půlkruhová vybrání 20, 21. Rozříznutá destička 1£ byla znovu spojena tak, že obě poloviny byly posunuty k předlisku 18 podél osy C-D a do vzájemného styku, takže celá vnější plocha komponenty 14 předlisku 18 byla obklopena půlkruhovými vybráními 20, 21 destičky 19. Tento středový otvor byl o něco větší v průměru než vnější průměr komponenty 14. aby se respektovala tepelná roztažnost slitiny běhám postupu. Celá soustava je znázorněna na obr. 4.

Na všechny plochy soustavy podle obr. 4, vystavené působení atmosféry, byla nanesena vrstva bariéry 22 tloušt-ky přibližně 0,76 až 1,52 mm, která sestávala z kaše z pálené sádry, jež obsahovala asi 36 % hmotnosti uhličitanu vápenatého. Prostor 24 mezi destičkou 19 a komponentami 10. 12 však nebyl vyplněn bariérou 22. aby se umožnilo roztažení zahřáté slitiny. Bariéra 22 byla nanesena natřením obnažených ploch uvedenou kaší, načež se bariéra 22 nechala ztuhnout a pak vysušila při teplotě místnosti, aby se odstranila přebytečná vlhkost. Obr. 5 ukazuje celou soustavu s nanesenou bariérou 22.

Soustava podle obr. 5 byla vložena do lože části® oxidu hlinitého, které bylo umístěno v žárovzdorné nádobě 26. přičemž velikost částic byla 90. Tento soubor, znázorněný na obr. 6, byl vložen do pece, která měla otvory k umožnění proudění vzduchu a byla vyhřátá na 250 °C. Soubor se pak zahříval v peci rychlostí 300 °C/hod. na 1000 °C.

Soustava byla udržována na teplotě 1000 °C po dobu 96 hod a pak byla za horka vyjmuta z pece, tak aby přebytečná hliníková slitina mohla být v roztaveném stavu vypuštěna, což bylo provedeno tak, že část bariéry 22, pokrývající slitinu, byla rozbita a roztavená slitina byla vypuštěna.

Bariéra 22 z pálené sádry, dehydrovaná při pracovní teplotě, se dala snadno odstranit z povrchu soustavy lehkým opískováním, aniž by se poškodil povrch kompozitu. Přezkoumání celé soustavy ukázalo, že keramická matrice z α-oxidu hlinitého, identifikovaného rentgenograficky, infiltrovala předlisek 18 až k plochám pokrytým bariérou 22, avšak tyto plochy nepřerostla. Mimoto vytvořila roztavená slitina oxidový povlak pod bariérou 22. Za tuto oxidovou vrstvu v plochách, které se nedotýkaly předlisku, nedošlo k růstu oxidu. Oxidová vrstva byla snadno odstraněna lehkým opískováním. Fotografie vzniklého keramického předmětu jsou na obr. 7a, 7b. Tento příklad vysvětluje příznivý účinek bariéry z pálené sádry s uhličitanem vápenatým, která brání přerůstán^í keramické matrice přes předlitek, takže vznikne přesný tvar produktu. Mimoto příklad ukazuje, že bariéra z pálené sádry může snadno udržet roztavené těleso z hliníku, čímž lze zmenšit ztrátu prekursoru slitiny při oxidaci před infiltrací do předlisku, a tím snížit množství prekursoru slitiny, potřebného k úplnému infiltrování tělesa předlisku.

Byl vyroben válcový kompozit s hladkou vnitřní plochou ve tvaru kelímku, uzavřeného na jednom konci, který měl délku 76,2 mm, vnš$^í průměr 25,4 mm a tloušt-ku stěny 3 mm· Tento kompozit byl vyroben 5ň?ůstey keramické matrice do předlisku kelímku, povlečeného na vnitřnícla plochách materiálem bariéry. Předlisek byl vyroben obvyklou technikou vlití břečky. Kaše obsahující 47,6 % hmotnosti zrn oxidu hlinitého o velikosti 1000 mesh, 23,7 % hmotnosti kaolinu, kde 98 % mělo menší velikost než 20 yum, a 28,5 % hmotnosti vody, byla důkladně promíchána a nalita do formy z pálené sádry, která měla požadovaný tvar předlisku. Předlisek kelímku byl odlévání přibližně 20 minut, vysušen při 90 °C a potom předběžně vypalován při teplotě 700 °C po dobu 30 min vve vzduchu. Předlisek byl na vnitřních plochách opatřen povlakem fmesné kaše, která obsahovala 70 % hmotnosti pálené sádry a 30 % hmotnosti částic oxidu křemičitého o velikosti 500 mesh, načež se vrstva bariéry nechala ztuhnout a vysušit, aby se odstranila přebytečná vlhkost. Žárovzdorná nádoba byla částečně naplněna hliníkovou slitinou 380.1, která měla stejné jmenovité složeni jako v příkladu 1, a zahřívána do roztavení slitiny. Před-lisek byl vyplněn kuličkami oxidu zirkoničitéh^ s průměrem 9,52 avLožen do žárovzdorné nádoby, naplněně roztaveným hliníkem, tak aby hladina roztaveného kovu obklopovala předlisek po celé vnější ploše, ale nestříkala do vnitřku kelímku. Kuliček z oxidu zirkoničitého bylo použito k tomu, aby kelímek měl dostatečnou hmotnost, aby se nevznášel v roztaveném hliníku a aby tedy celé vnější plocha před-lisku byla ve styku s roztavenou slitinou. Na povrch roztavené slitiny byla uložena vrstva suché práškové pálené sádry a na ní vrstva oxidu křemičitého, aby se zmenšila oxidace roztavené slitiny na obnažené ploše. Celá souprava byla vložena do pece, opatřené otvory za účelem proudění vzduchu a vyhřáté na 1000 °C, a udržována v peci po dobu 96 hod.

Soubor pak byl vyjmut z pece a po ochlazení byl keramický kelímek, a přebytečná slitina z žérovzdorné nádoby odstraněna, kuličky oxidu křemičitého vysypány a celý kus rozříznut nahoře a dole, aby se obnažil vzniklý kompozit. Vrstva bariéry dehydrovaná reakčními podmínkami byla snadno odstraněna lehkým opískováním vnitřku rozříznutého předmětu. Zkoumání rozříznutých ploch ukázalo, že celý předlitek byl dokonale infiltrován matricí z α-oxidu hlinitého, což se prokázalo rentgenografickými zkouškami materiálu, přičemž matrice prorostla až k vrstvě bariery uvnitř předlisku, neprorostla však za tuto vrstvu. Podle obr. 8 obklopuje přebytečný nezreagovaný hliník 30 vněj-šek keramického kompozitu 32. Vnitřní plochý kompozitu, která byla povlečena vrstvou bariéry, je úplně hladká a neprorostla, takže je naprosto přesným obrazem vnitřní stěny. Přebytečnou slitinu lze odstranit roztavením a oddělením keramiky, aniž by se poškodil kompozit.

Rentgenografická analýza odstraněného materiálu bariéry ukázala, že složení bariéry po vzniku polykrysta-lické matrice sestává převážně z kremičitanu vápenatého s malým množstvím nezreagováného síranu vápenatého a oxidu křemičitého ve formě a-křemene.

Infiltrací keramické matrice v předlisku byla vyrobena keramická zahnutá trubka, která měla jeden otevřený a jeden uzavřený konec a hladký vnější povrch. Předlisek bvl vyroben běžnou technikou lití a šedi-mentace. Byla k tomu účíu připravena směs obsahující 65 % hmotnosti částio oxidu hlinitého s velikostí 500 mesh, 30 % hmotnosti částic oxidu hlinitého s velikostí 200 mesh a 5 % hmotnosti částic kovového křemíku o velikosti 500 mesh. Směs těchto složek byla smíchána na kaši s roztokem organického pojivá podle příkladu 1, vlita do formy ze silikonového kaučuku a nechala se ztuhnout. Pak byl před- . lišek vyjmut z formy, vysušen k odstranění zbytkové vlh-kosti a předběžně vypalován po dobu dvou hodin ve vzduchu při teplotě 1300 °C.

Na vnější plochu předlisku byl nanesen materiál bariéry tím způsobem, že byla plocha povlečena vrstvou o tlouštce asi 0,2 mm z kaše, obsahující 50 % hmotnosti pálené sádry a 50 % hmotnosti částic oxidu hlinitého s velikostí 500 mesh. Bariéra se nechala ztuhnout a vysušit k odstranění přebytečné vlhkosti a povlečený předli-sek byl vložen do žárovzdorné nádoby a podepřen žárovzdor-nými kuličkami z oxidu hlinitého s průměrem 12,7 až 19,05 mm, takže otevřený konec předlisku lež^J. v rovině s horní vrstvou kuliček.

Soubor pak byl vložen do pece při teplotě 1000 °C k zahřátí předlisku na reakční teplotu. Pak byla pec otevřena a do otevřeného konce předlisku až k okraji byla vlita roztavená hliníková slitina 380.1 stejného složení jako v příkladu 1. Celý vnitřní tvar předlisku byl tedy ve styku s roztavenou hliníkovou slitinou.

v O

Soubor byl udržován v peci na teplota 1000 C po dobu 96 hod., pak vyjmut za horka z pece a přebytečná nezreagovaná slitina byla vj'lita z keramické trubky ještě za horka.

Po ochlazení keramické trubky byla z jejího vnějšího povrchu odstraněna lehkým opískováním vrstva bariéry. Keramická trubka pak byla napříč přeříznuta ve vzdálenosti asi 6,3 mm od otevřeného konce. Přezkoumání rozříznutého kompozitu ukázalo, že matrice z ot-oxidu hlinitého, dokázaného rentgenograficky, úplně infiltrovala do předlisku až k vnější bariérové vrstvě. Vnější povrch keramického tělesa, znázorněný na obr. 9, který byl povešen bariérou, měl hladký tvar bez prorůstání.

Analýza bariéry odstraněné z hotového výrobku ukázala, že její složení sestává především z oxysulfátu vá-penato-hlinit^ho (Ca^AlgO?2SO^) s menším množstvím a-oxidu KLinitého a nezreagovaného síranu vápenatého, což dokazuje přeměnu materiálů bariéry v pracovních podmínkách. Příklad 4 __*_____Λ'

Infiltrací keramické matrice do předlisku byľb vyrobeno keramická ozubené kolečko, přičemž bylo použito bariéry k regulaci geometrie povrchu kolečka. Předlisek, který měl stejné rozměry a tvar jako komponenty 10 a 12 v příkladu 1, byl vyroben odlitím a sedimentací. Částice karbidu křemíku s velikostí 500 byly stejnoměrně smíchány s roztokem organického pojivá, popsaným v příkladu 1, a kase byla nalita do formy ze silikonového kaučuku, kde tuhla 6 hodin. Z povrchu usazeniny byla slita přebytečná voda a předlitek byl vysušen. Ka povrch kotouče z hliníkové slitiny 380.1, která měla stejné jmenovité složení jako v příkladu 1, přičemž kotouček měl průměr 88,9 mm a tlouštku 12,7 mm, byly stejnoměrně nasypány 2 až 3 g kovového křemíku s velikostí částic 2 mesh. Ztuhlý předlisek byl vyjmut z formy a uložen na destičku z hliníkové slitiny na tu stranu, která byla posypána křemíkem, takže dolní plocha předlisku ozubeného kolečka, analogická s plochou 2, komponentu 10 z obr. 1, se dotýkala kruhové plochy slitiny. «

Soustava sestávající z předlisku a slitiny byla povlečena na všech volných plochách materiálem bariéry. Tento materiál byl tvořen vodným kašovitým roztokem, který obsahoval 25 % hmotnosti pálené sádry, 25 % hmotnosti portlantského cementů, 25 % hmotnosti oxidu křemičitého s velikostí částic 200 mesh a 25 % částic oxidu hlinitého s velikostí částic 36. Kaše byla nanesena na soustavu na všechny volné plochy ve vrstvě tlouštky 1,58 až 3,17 mm, pak se nechala ztuhnout a vysušit k odstranění přebytečné vlhkosti. Soubor povlečený bariérou byl položen na povrch lože částic z karbidu křemíku s velikostí částic 24, umístěného v Žárovzdorné nádobě.

Celý soubor pak byl vložen do pece, která měla otvory pro proudění vzduchu, a zahříván po dobu 5 hod na 500 °C. Pec byla udržována na této teplotě po dobu 8D hod. a pak ochlazována během 5 hod. Soubor byl vyňat z pece a soustava vyjmuta z lože výplně. Z povrchu soustavy byla lehkým opískováním odstraněna vrstva bariéry a přebytečná slitina byla oddělena od keramického ozubeného kolečka. Keramické ozubené kolečko, znázorněné na obr. 10, neukazovalo prorůstaní matrice z a-oxidu hlinitého z povrchu, který byl pokryt materiálem bariéry. Kěkolik izolovaných míst, kde došlo k přerůstání povrchu ozubeného kolečka, bylo vyvoláno nedokonalostí povlaku bariéry, tc znamená trhlinami nebo vzduchovými bublinkami, ale nebylo výsledkem prorůstání keramické matrice přes bariéru. 5

Infiltrací předlisku, povlečeného materiálem bariéry, bylo vyrobeno keramické ozubené kolečko stejným způsobem jako v příkladu 4 pouze s tím rozdílem, že materiálem bariéry byl pouze portlantský cement.

Vodná kase portlantského cementu byla nanesena ve vrstvě o tloučtce 1,58 až 3,17 mm na soustavu, sestávající z předlisku ozubeného kolečka a z kotoučku hliníkové slitiny 380.1, analogicky s příkladem 4, včetně popsané křemíkové vrstvy. Vrstva bariéry se nechala ztuhnout a byla vysušena k odstranění přebytečná vlhkosti. Povlečená soustava byla uložena Jo lože ze zrn karbidu křemíku o veli- * kosti 24, která bylo v šárovzdorné nádobě jako v příkladu 4. Soubor pak byl vložen do pece a zahříván během IQ hod. na 900 °C, kde pak byl udržován po dobu 80 hod. Pak byla pec chlazena během 5 hod. a soubor byl z ní vyjmut. Povlečená soustava byla odstraněna z lože výplně, vrstva bariery byla snadno odstraněna z povrchu keramického kompozitu lehkým opískováním a přebytečná slitina byla oddělena od keramického - zubeného kolečka. Přezkoumáním vzniklého keramického kompozitu bylo zjištěno, že keramická matrice z c-oxidu hlinitého úplně infiltrovala předlisek ?ž k vrstve bsriéry. Bariér"! z nort-lantského cementu tedy účinně zabránila prorůstání povrchu předlisku keramickou matricí. Vzniklé ozubené kolečko z keramického materiálu je zobrazeno na obr.11. Stejně jako v příkladu 4 byla izolovaná místa prorůstání ns povrchu kolečka způsobena chybami povlaku bariéry a nikoliv jejím prorůstáním.

Byla vyrobena keramická kompositová struktura válcového tvaru, která měla průměr přibližně. 82,5 3 délku 860 mm, přičemž bylo použito válcové bariéry, aby vznikl přesný válcový tvar předmětu. Bariera je znázorněna v rozlo- ženám stavu na obr. 12 a sestává ze tri kusů z nerezová oceli δ. 304, která měla jmenovitá složení v procentech hmotnosti 0,08 % C, 2 % Μη, 1 % Si, 0,045 % P, 0,03 % S, 18 až 20 % Cr, 8 až 12 % Ni, zbytek Fe. Bariéra byla tvořena perforovaným válcem ,5,0. sítovým vnitřním pláštěm 52 a dnem 54. Perforovaný válec 50 měl vnitřní průměr 82,5 mm a byl vyroben z nerezové oceli, děrovaná stejnoměrně po celé ploše otvory o průměru 1,5 mm, takže 40 % plochy válce bylo otevřeno pro difúzi vzduchu. Sítový plášt 52 měl přibližně vnější průměr 82,5 mm a tlouštku 2,03 mm, a jeho síto mělo otvory o průměru 0,4 mm, takže 30 % jeho plochy bylo otevřené pro difúzi vzduchu. Víko 54 bylo rovněž vyrobeno z nerezová oceli tlouštky 22. Sítový plášt 52 zabraňoval vypadávání částic výplně většími otvory ve vnějším válci 52.

Bariéra z nerezová oceli byla sestavena podle osy e-f na obr. 12. Hliníková tyčka, kde hliník obsahoval 10 % hmotnosti křemíku a 3 % htootnosti hošíku, která měla délku 660 mm a průměr 27 mm a byla ve středních dvou třetinách dálky opatřena šestnácti výstupky, byla povlečena stejnoměrně po celá ploše vrstvou částic z oxidu křemičitého, převážně o velikosti 100 mesh a větší, která tvořila materiálů příměsi a byla nanesena společně s organickým pojivém. Tyčka byla uložena podélně do prostředku bariéry. Bariéra pak byla vyplněna stejnoměrně promíchaným materiálem výplně, který sestával z 95 % hmotnosti zrn oxidu hlinitého a 5 % hmotnosti oxidu křemičitého převážně o velikosti 100 mesh > nebo větší, takže materiál obklopil a podpíral hliníkovou tyčku.

Popsaný systém byl vložen do žárovzdorné nádoby stál na dolním víku. Vzniklý soubor byl vložen do pece s otvory pro průchod vzduchu a zahříván po dobu 10 hod. na 1250 °C. Teplota v peci byla udržována na této hodnotě po dobu 225 hod., potom ochlazována během 30-ti hodinového cyklu a soubor pak byl vyjmut.

Zkouška vzniklého kompozitního materiálu ukázala, že vzniklý keramický .válec, sestávající z matrice z a-oxidu hlinitého, uzavřel výplň z oxidu hlinitého a měl vaější rozměry odpovídající ocelové bariéře a vnitřní dutinu, která negativně kopírovala základní kov. Protože při tvarování válcového keramického tělesa bylo použito bariéry, bylo nutné provádět broušení pouze k vyhlazení plochy keramic-kého válce. V nepřítomnosti bariéry měl keramický produkt nepravidelný tvar a vyžadoval by rozsáhlé obrábění a broušení.

Byl vyroben keramicky kompozitní blok infiltrací keramické matrice do tvarovaného předlisku, který byl póvle-

Sen barierou, aby se růst keramické matrice udržel v mezích objemu předlisku. Předlisek, měřící 12,9 mm a s tlouštkou 12,7 mm, byl vyroben běžným litím a sedimentací, při kterém vodná kaše, obsahující 98 % hmotnosti zrn karbidu křemíku, což byla homogenní směs, obsahující 70 hmot. % zrn o velikosti 500 a 30 % hmot. o velikosti 20, dále 1,75 % hmot. běžného komerčního latexu a 0,25 % hmotnosti polyvinylalkoholu, byla nalita do formy ze silikonového kaučuku, kde se nechala ztuhnout. Přebytečná voda byla slita z vršku usazeniny a předlisek byl vysušen ve vzduchu. Pak byl vypálen při teplotě 1250 °C po dobu 24 hod. ve vzduchu.

Na kruhový kotouč z hliníkové slitiny 380.1, kjterá měla stejné složeni jako v příkladu 1 s průměrem 76,2 mm a tlouštkou 12,7 mm, byla nanesena vrstva sestávající ze 2 g kovového křemíku s velikostí zrn -20 mesh, a předlisek byl uložen na tuto posypanou stranu. Popsaná soustava předlisku a povlečeného slitinového kotouče byla potlečena na obvodu, to znamená na všech plochách předlisku a kotouče kromě těch ploch, které se vzájemně dotýkaly, vodnou kaší obsahující kremičitan vápenatý tak, že povlak úplně uzavíral celou soustavu. Povlak tvořící bariéru byl vysušen a celý soubor byl vložen do lože zrn karbidu křemíku s velikostí 24, uloženém v žárovzdorné nádobě. Horní čvercová plocha předlisku byla přitom vystavena působení atmosféry a ležela v podstatě v rovině s horní plochou lože.

Celek pak byl vložen do pece a zahříván po dobu 5 hod. na 908 °C. Tato teplota byla pak udržována v peci po dobu 100 hod., načež se pec postupně ochlazovala během 5 hod., a po uplynutí této doby byl soubor vyjmut z pece.

Soustava pokrytá bariérou byla vyjmuta z lože a bariéra byla odstraněna lehkým opískováním. Zkouška ukázala, že keramická matrice sestávající z a-oxkdu hlinitého a vzniklá oxidací hliníkového kotouče infiltrov/ala před-lisek až k jeho obvodu, definovanému bariérou. Izolované náhodné prorůstání bylo důsledkem nedokonalosti bariéry a nikoliv prorůstáním matrice bariérou. WLUM 8

Bylo vyrobeno keramické těleso definovaných obdélníkových rozměrů, které byly vymezeny bariérou z nerezavé oceli, vytvarovanou z obdélníkové struktury. Podle obr. 13a a 13b, kde stejné vztahové značky označují stejné součástky, sestává bariéra 79. tvořená obdélníkovou krabicí s jednou otevřenou stranou, ze dvou obdélníkových postranních stran 80, 84 o délce 241,3 mm a šířce 63,5 mm,

Svou postranních stěn 82, 88 o délce 114,3 xnm a šířce 63,5 mm a z děrované horní strany 86 o délce 241,3 mm a šířce 114,3 mm, která byla opatřena stejnoměrně rozmístěnými otvory 87. Bariéra byla vložena do pece a zahřívána ve vzduchu po dobu 24 hod. na teplotu 1000 °C, načež byla z pece vySata. Následkem ohřevu byla na povrchu pokryta oxidovým povlakem. Dvě obdélníkové tyče z hliníkové slitiny 380.1 o složení podle příkladu 1, které měly délku 228,6 mm, šířku 101,6 mm a tlouštku 38,1 mm, byly každá uložena do odděleného lože 96 zrn oxidu hlinitého s velikostí 90 mesh. Každé lože 96 bylo umístěno v oddělené žárovzdorné nádobě 98, takže ta strana hliníkové slitinové tyče, která měřila 101,6 χ 228,6 mm, byla vystavena působení atmosféry a ležela v podstatě ve stejné rovině jako horní vrstva zrn oxidu hlinitého, zatímco ostatních 5 stran tyče bylo uvnitř lože. Na obnaženou stranu každé tyčky bylo stejnoměrně dispergováno množství 2 g oxidu křemičitého tvořícího příměs. Podle obr. 13b byla bariéra 32. umístěna nad jednu z obou zasypaných hliníkových tyčí 2θ» takže hrany 91 všech čtyř postranních stěn 82, 84i 86, 88 bariéry 79 byly vtisknuty do lože z oxidu hlinitého přibližně do hloubky hliníkové tyče. Hliníková tyč tedy byla obklopena bariérou5ale nedotýkala se jí. Bariéra pak byla obklopena přídavnými částicemi oxidu hlinitého stejného složení, takže její vnější strany byly v podstatě pokryty materiálem lože 96 v žárovzdorné nádobě 98. Mezi povrchem 90 hliníkové tyče 88 a vnitřní stranou horní plochy 86 bariéry 79 zůstal volný prostor 94.

Obě hliníkové tyče uložené v loži výplně, při- « čemž jedna z nich byla pokryta bariérou podle obr. 13b, zatímco druhá byla bez bariéry, byly vloženy do pece, kte- * rou proudil vzduch, a byly zahřívány po dobu 10 hod. na 1080 °C. Teplota v peci byla udržována na této hodnotě 55 hod. a potom ochlazena během 10 hod. Na konci této periody byly nádoby s hliníkovými tyčemi z pece vyjmuty.

Vzniklá keramická tělesa byla vyňata z loži výplně a bariéra zakrývající jedno keramické těleso byla sejmuta. Zkouška keramického tělesa 102. vyrobeného s bariérou, ukázala, že těleso vrostlo do prostoru 94 a bylo omezeno postranními stěnami bariéry, takže vzniklé keramické těleso mělo obdélníkový obvod, daný obvodem bariéry, jak ukazuje obr. 14. Růst keramického tělesa však neproběhl až úplně k horní ploše 86 bariéry, takže horní strana keramického tělesa nebyla úplně přesná. Obr. 14 znázorňuje současně druhé keramické těleso 100. vyacbené oxidací hliníkové slitiny se vzduchem bez bariéry. Toto těleso má nepravidelný povrch, způsobený neomezeným růstem.

Tento příklad ukazuje výhodnost bariéry pro definování rozměrů poměrně velkého keramického tělesa, vyrobeného oxidaci hliníku ve vzduchu, což tedy podstatně omezuje * nezbytné opracování na požadovaný tvar. Předtva^ovaný blok byl připraven z karbidu křemíku o velikosti zrn 500 a potom sestaven podle příkladu 7 s hliníkovou slitinou 380.1. Soustava byla povlečena na všech plochách s výjimkou vzájemně se dotýkajících ploch barierou z kostního popela (normální fosforečnan vápenatý). Bariera byla vysušena a soustava byla vložena do lože z částic karbidu křemíku o velikosti 24. Lože bylo umístěno v žáro-vzdorné nádobě, přičemž horní strana povlečeného předlisku byla volná. Soubor byl zahříván v peci ve vzduchové atmosféře po dobu 5 hod. na teplotu 900 °C, byl na ní udržován po dobu 100 hod} potom ochlazován během 5 hod. a potom vyňat z pece.

Soustava povlečená bariérou byla vyjmuta z lože a několik prorostlých útvarů, které vznikly na styčné ploše mezi slitinou a předliskem, bylo snadno odstraněno poklepem. Bariéra byla odstraněna z kompozitu otryskáním pískem. Zkoumáním produktu se ukázalo, že keramická matri- * ce prorostla předliskem až do obvodu daného bariérou a obsahovala α-oxid hlinitý.

Claims (2)

1. PATENTOVÉ NÁROKY - 1 . Způsob výroby samonosného tvarového keramického tělesa oxidaci základního kovu při zvýšené teplotě na polykrys talickou matrici, vyznačený tím, že těleso ze základního kovu ze skupiny zahrnující hliník, cín, křemík, titan, hafnium a zirkonium se před zahříváním obklopí alespoň z části bariérou proti růstu produktu oxidační reakce, která definuje mezní plochu keramického tělesa. /3—-—2. Způsob pod.le bodu l, vyznačený tím, že těleso ze základního kovu se uvede do styku s výplňovým materiálem a spolu s ním se obklopí bariérou k vytvoření tvarového keramického kompozitního tělesa. V-— 3. Způsob podle bodu. 2, vyznačený tím, že bariéra ze skupiny zahrnující síran vápenatý, kremičitan vápenatý, portlandský cement, normální fosforečnan vápenatý, oxid křemičitý, uhličitan vápenatý a jejich směsi, se před zahříváním nanese na těleso základního kovu na výplňový materiál vytvarovaný v předlisek. __.4. Způsob podle bodu j, vyznačený tím, že do materiálu bariéry se přidá těkavá sloučenina. ---5. Způsob podle bodu 3, vyznačený tím, že s materiálem bariéry se smíchá plnivo, které má stejný součinitel teplotní roztažnosti jako výplňový materiál.
2. 6. Způsob podle bodu 2, vyznačený tím, že kolem výplně a tělesa ze základního kovu se uspořádá bariéra z nerezavějící oceli nebo hutné keramiky..