CS8705980A3 - Process for producing self-supporting ceramic composite body - Google Patents

Description

Vynález se i á způsobu výroby samonosného keramického kompozitního tělesa. V patentové literatuře byl popsán způsob výroby samonosného keramického kompozitu růstem produktu oxidační reakce základního kovu a okysličovadla do propustné hmoty výplně. Vzniklý kompozit však nemá definovanou nebo předem stanovenou konfiguraci.

Prorůstání produktu oxidační reakce do výplně lze podpořit použitím legující příměsi a případně použitím vnějších příměsí, nanášených na povrch základního kovu nebo jeho prekursoru. V patentové literatuře byl rovněž navržen způsob výroby keramických těles, která mají uvnitř jednu nebo několik dutin. Dutina v keramickém tělese negativně kopíruje tvar pozitivního modelu ze základního kovu, který je uzavřen a úplně obklopen přizpůsobivou výplní; výplň je dostatečně přizpůsobivá k tomu, aby vydržela rozdílnou teplotní roztažnost mezi výplní a základním kovem a rozdíly v objemu při změně teploty kovu. Tato výplň se při zvole-r né teplotě samočinně spojuje nebo spéká, takže zajištuje, že se dutina, vzniklá migrací roztaveného kovu do výplně k vytvoření produktu oxidační reakce, nezhroutí působením tlakového rozdílu, který vzniká na stěnách dutiny právě v důsledku této migrace. V posledních létech se projevuje zvyšující se zájem o použití keramiky pro konstrukční účely, kde se až dosud vždycky používalo kovů, Popudem k tomuto zájmu jsou 777

4

A určité lepší vlastnosti keramiky oproti kovům, zejména pokud jde o odolnost proti korozi, tvrdost, modul pružnosti a žárovzdornost.

Současné snahy o výrobu keramických předmětu s vyšší pevností, spolehlivostí a houževnatostí se soustředuj í především na vývoj zlepšených pracovních postupů k výrobě monolitních keramických předmětů a na vývoj složení nových materiálů, zejména keramických matricových kompozitů. Jako kompozitní se označuje taková struktura, která

obsahuje heterogenní materiál, těleso nebo předmět, vyrobený ze dvou nebo několika různých materiálů, které jsou důkladně spojeny nebo kombinovány, aby kompozit měl požadované vlastnosti. Dva různé materiály lze například důkladně zkombinovat tlm, že se jeden uloží do matrice druhého. Keramická matricová kompozitní struktura typicky obsahuje keramickou matrici, která uzavírá jeden nebo několik různých Λ druhů výplňového materiálu, jako jsou částice, vlákna, tyčky apod.

Tradiční způsoby výroby keramických předmětů zahrnují obecně pět pracovních fázi. První fáze je příprava keramického materiálu v práškové formě, ve druhé fázi se prášky rozemílají nebo drtí na velice jemné částice ave třetí fázi se prášky formují v tělesa požadovaného tvaru s přídavkem na smrštění během následujícího zpracování, například jednoosým lisováním, isostatickým lisováním, vstřikováním, odléváním na pás, odléváním břečky nebo jinou technologií. Další fází je zhuštění tělesa zahřátím na takovou teplotu, že se jednotlivé částice spolu spojí a vytvoří souvislou strukturu. Účelně se takové zhušťování provádí bez použití, tlaku, například beztlakovým slinováním, třebaže v některých případech je potřebí a lze použít vnější síly aplikací vnějšího tlaku buá jednoosově, to znamená horkým lisováním, nebo isostaticky, to znamená isostatickým lisováním za horka. Pátou fází je dokončování, obvykle broušení diamantem. ^SW,šs»“£Wí; íčwWtií

IBS

Eozsáhlý výzkum směřuje ke zlepšení práškových technologií. Přitom se důraz na takový vývoj projevuje ve dvou směrech, a sice ve zlepšené výrobě velice jemných stejnoměrných práškových materiálů sol-gelovou, plasmovou a laserovou technikou, a zlepšení způsobu zhušťování a stlačování, zejména zlepšení techniky slinování, lisování za horka a isostatického lisování za horka. Cílem těchto snah je výroba hutných, jemnozmných bezvadných mikr o struktur, a skutečně bylo v některých oblastech dosaženo zlepšených provozních vlastností keramických materiálů. Veškerý tento vývoj byl však spojen s nesmírným vzrůstem výrobních nákladů na keramické struktury. Následkem toho představuje vysoká cena největší omezující faktor pro komerční využití keramických materiálů.

Dalším omezením při výrobě keramiky, které se projevuje obzvláště při moderních technologiích výroby, je rozměrová přizpůsobivost výrobků. Běžné způsoby zhušťování, to znamená odstraňování dutinek mezi částicemi prášků, jsou nepoužitelné pro výrobu velkých jednodílných keramických předmětů. Zvětšování rozměrů předmětů př^uáší řadu problémů, například zvýšenou dobu zpracování, přísné požadavky na stejnoměrné ^revezní| podmínky ve velkém objemu výrobku, praskání dílů v důsledku nestejnoměrného zhutnění .WčfcfcS88p&Wg$is r *- nebo teplotních pnutí, boulení nebo propadání dílů během slinování, nadměrné sily pro stlačováni a rozměry zápustek při použití lisování za horka a příliš vysoké cb v náklady na tlakové nájltoby v důsledku požadavků nayvnitřní objem a tlouštku těchto nádob v případě isostatického lisování za horka·

Když se těchto tradičních metod používá pro výrobu k^sramiekých matricových kompozitních materiálů, vznikají další problémy· Pravděpodobně nejvážnější obtíže jsou spojeny se zhuštovéním. Způsob, kterému se dává normálně přednost, totiž slinování bez tlaku, může být obtížný nebo přímo nemožný pro výrobu zrnitých kompozitů, pokud nejsou materiály vysoce vzájemně slučitelné· Mimoto je obvyklé slinování nemožné ve většině případů, kdy jde o vláknové kompozity, třebaže materiály mohou být slučitelné, protože vzájemné spojování částic matrice znemožňují vlákna, která brání nezbytnému přemistování částic zhuštovaného prášku· Tyto obtíže byly do jisté míry částečně odstraněný způsobem zhuštování, který používá vnějšího tlaku při vysokých teplotách· Takové postupy však mohou přinášet jiné problémy, například zlomení nebo poškozeni vyztužovacích vláken působícími vnějšími silami, omezenou možnost výroby složitých tvarů, zejména při jednoosém lisování za horka a obecně vysoké náklady, jež jsou důsledkem

nízké produktivity výroby a většinou nezbytných náročných dokončovacích operací.

Další obtíže mohou vznikat při smíchávání prášků s vlákny nebo drátky a při tváření tělesa, kdy je důležité udržet stejnoměrné rozložení druhé fáze kompozitu uvnitř matrice. Při výrobě kompozitní keramiky vyztužené drátky mohou při míchání a tváření tělesa vznikat nestejnoměrností a nežádoucí orientace vyztužovacích drátků, takže provozní charakteristiky vyrobeného předmětu jsou proti očekávání podstatně horší.

Patentová literatura popisuje řešení některých těchto problémů, včetně vytváření dutin, jež mohou být složitého tvaru, negativním kopírováním předběžně tvarovaného modelu ze základního kovového prekursoru.

Vynález vychází z uvedených způsobů a jeho předmětem jé způsob výroby samonosného keramického kompozitního tělesa s tvarovou sekcí, sestávajícího z keramické matrice obsahující případně kovovou složku a uzavírající výplň, při němž se základní kov při zahřívání okysličuje a produkt oxidační reakce prorůstá výplň. Podstata vynálezu spočívá v tom, že ze základního kovu ze skupiny zahrnující hliník, křemík, titan, cín, zirkonium a hafnium se připraví těleso s tvarovou sekcí, která je negativní kopií tvarové sekce vyráběného kompozitního tělesa, kovové těleso se uloží alespoň svou kopírující sekcí do lože přizpůsobivé výplně a v přítomnosti okysličovadla se zahřívá nad svou teplotu tavení, avšak pod teplotu tavení produktu oxidační reakce, který postupně prorůstá výplň a na styčné ploše kopírující sekce tělesa základního kovu a výplně vytvoří tvarovou sekci kompozitního tělesa, od kterého se případně oddělí přebytečná výplň a netreagovaný kov. Těleso ze základního kovu múze být uloženo celé v přizpůsobivé výplni nebo jsou jeho nekopírující sekce mimo styk s výplní. Na nekopírující sekce tělesa základního kovu se múze nanést bariéra k inhibici růstu produktu oxidační reakce. Na kopírující sekci, tělesa se naopak může nanést vnější příměs, podporující růst produktu oxidační reakce, a do té části výplně, která sousedí s kopírující sekcí, lze přidat pevné a/nebo kapalné okysličovadlo.

Vynález umožňuje vyrobit keramická tělesa se složitou strukturou v přesném nebo přibližně přesném tvaru technologií, která nevyžaduje použití samolepicích výplní, a přináší možnost pružné volby geometrických tvarů, které se mají kopírovat, včetně tvarů negativního průběhu, to znamená vybrání nebo dutin, jejichž ústí mají menší průměr nebo šířku než jejich vnitřek. To znamená, že způsob podle vynálezu není omezen na výrobu tvarových těles, která lze vyjmout ze zápustky nebo formy. Při výrobě keramických předmětů se Zužujícími se dutinami nejsou dosavadní technologie tváření prášků zpravidla použitelné, protože jádro nezbytné k vytvoření dutiny nelze vyjmout poté, co se kolem něj vytvoří keramické těleso. Způsob podle :ÍĚ vynálezu umožňuje vyrábět tvarová keramická tělesa s vysokou pevností a houževnatostí při lomu přímým, při- způsobivým a levným mechanismem ve srovnání s dosa- vadními způsoby. Způsobem podle vynálezu lze spolehlivě vyrobit keramická tělesa s tvarovou konfigurací as běžnými technologiemi takovým rozměrem a tlouštkou, které nelze/vyrobi t vůbec nebo jenom s velkými obtížemi.

Způsob vynálezu zahrnuje následující pochody: základní kovový prekursor, který má pozitivní kopírující sekci a nekopírující sekci, se vloží do lože přizpůsobivé výplně za takových podmínek regulace růstu, které podporují růst produktu oxidační reakce z kopírující sekce a brání tomuto růstu z nekopírující sekce. Podle potřeby je výplň propustná pro okysličovadlo. například v případě okysličovadla v plynné fázi, aby okysličovadlo mohlo přijít do styku s roztaveným kovem, a ve všech případech je propustná pro infiltraci rostoucíhp produktu oxidační reakce do výplně. Základní kov se zahřívá na teplotu v rozmezí ležícím nad jeho teplotou tavení, avšak pod teplotou tavení produktu oxidační reakce a roztavený kov se v tomto teplotním rozmezí uvede do reakce okysličovadlem. takže vzniká produkt oxidační reakce. Alespoň část tohoto produktu se udržuje na tomto teplotním rozmezí a ve styku s roztajeným kovem a okysličovadlem, čímž £4- roztavený kov postupně prostupuje produktem oxidační reakce do styku s okysličovadlem uvnitř lože výplně, takže neustále probíhá oxidační reakce. Současně s ní začíná vznikat negativní kopie

kopírující sekce základního kovového tělesa a nakonec se vytvoří v loži výplně úplná kopie, postupně jak pokračuje tvorba produktu oxidační reakce na rozhraní mezi okysličovadlem a dříve vytvořeným produktem oxidační reakce. Reakce se udržuje při uvedené teplotě tak dlouho, až se alespoň část výplně uzavře uvnitř produktu oxidační reakce při neustálém růstu, čímž vznikne kompozitní těleso, které má zmíněnou negativní tvarovou sekci. Nakonec se vzniklé samonosné keramické kompozitní těleso oddělí od přebytečné výplně a nezreagovaného základního kovu, pokud vůbec zbývají.

Podle výhodného význaku vynálezu je přizpůsobivá výplň samovazná nebo samočinně se spojující, alespoň v tom případě, kdy musí vydržet tlakové rozdíly vznikající v produktu oxidační reakce při jeho růstu.

Pod pojmem "keramika" se v rámci vynálezu nerozumí pouze keramické těleso v klasickém smyslu, to znamená těleso sestávající výlučně z nekovového anorganického materiálu, nýbrž pod něj spadají tělesa, která jsou převážně keramická pokud jde o složení nebo hlavní vlastnosti, třebaže těleso může obsahovat menší nebo větší množství jedné nebo několika kovových éložek, odvozených ze základního kovu nebo redukovaných z okysličovadla nebo příměsi, obvykle v rozmezí asi l až 40 % objemu,' přičemž však' může obsahová í ještě víc 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 tedy zahrnuje produkt reakce jednoho nebo několika kovů s okysličovadlem' jejich příklady budou popsány v dalším. "Okysličovadlo" znamená jednu nebo několik látek, které přijaly elektrony nebo sdílejí elektrony a mohou být v pevném, kapalném nebo plynném skupenství nebo v kombinaci těchto skupenství, například v pevné a plynné fázi při pracovních podmiňkách,

Pod pojmem "základní kov" se rozumí ten kov, například hliník, který je prekursorem polykrystalického produktu oxidační reakce a zahrnuje tento kov jako poměrně čistý kov.- jako běžný obchodní kov s neč isiotami. a/nebo legovacími. složkami nebo jako slitinu, v níž je tento kovový prekursor hlavní složkou. Pokud se v textu uvádí jako základní kov určitý kov, například hliník, je třeba tomuto údaji rozumět v rámci zmíněné definice, pokud není přímo uvedeno i inak, "Tvarová sekce" keramického kompozitního tělesa znamená tvar tělesa, který je negativní kopií tvarové sekce základního kovového tělesa. "Kopírující sekce" základního kovu znamená tvar základního kovu, kterým se vytvoří tvarová sekce keramického tělesa. Je důležité podotknout, že termíny "negativní" a "pozitivní" jsou pouze relativní a značí, že geometrie jednoho tvaru je kongruentní s geometrií druhého , tvaru. Jinak není typ tvarů nijak omezen na negativní a pozitivní geometrický tvar. "Negativní kopie" znamená, že keramické kompozitní těleso obsahuje plochy, které jsou kongruentní s kopírující sekcí základního kovového prekursoru.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s příklady provedení na základě výkresů, kde značí obr. t axonometrický pohled na základní kovový prekursor, jehož jedna strana má kopírující sekci a druhá strana nekopírující sekci, obr. lA axonometrický pohled na kovový prekursor z obr. 1 v poloze natočené oproti obr. 1 o 180° kolem podélné osy, obr. 2 schematický svislý řez, znázorňující v nepatrně menším měřítku soustavu obsahují cí tvarový kovový prekursor z obr. 1 a lA, uložený uvnitř žárovzdorné nádoby na rozhraní mezi vrstvou přizpůsobivé výplně a superponovanou vrstvou zrnitého netečného materiálu, obr. 3 axonometrický pohled na keramické kompozitní těleso po obroušení hrubých ploch, vyrobené způsobem podle vynálezu v zařízení podle obr. 2 přičemž rozhraní mezi vrstvou výplně a bariérou leželo v rovině X-X, obr. 4 axonometrický pohled na řez keramickým kompozitním tělesem vyrobeným v zařízení z obr. 2 před obroušením hrubých ploch, přičemž rozhraní mezi vrstvou výplně a bariérou leželo v rovině Y-Y, obr. 5 dílčí řez ve zvětšeném měřítku základním kovovým prekursorem z obr. I a lA, kde vrstva z vnější příměsi je nanesena na kopírující sekci prekursoru, obr. ó schematický příčný řez soustavou tvarového základního kovu, uloženého uvnitř bariéry a umístěného v žárovzdorné nádobě, přičemž kopírující sekce základního kovového prekursoru je ve styku s přizpůsobivou výplní, obr. 7 axonometrický pohled na kompozitní keramické těleso podle vynálezu, vyrobené v zařízení z obr. 6, obr. 8 axonometrický pohled na základní kovový prekursor, jehož vnější plochy tvoří kopírující sekce a plocha válcového otvoru, procházejícího prekursorem, tvoří nekopírující sekci, obr. 8A axonometrický pohled na prekursor z obr. 8 v poloze natočené o 180° kolem podélné osy, obr. 8B bokorys základního kovového prekursoru z obr. 8 a 8A, kde do válcového otvoru je vložena bariéra, vyčnívající z jeho obou konců, obr. 9 schematický řez sok, stavou obsahující tvarový základní kovový prekursor z obr. 8B, uloženy v žárovzdorné nádobě v přizpůsobivé výplni a v bariéře, obr, lo axonometrický pohled na základní kovový prekursor, tvarovaný podobně nebo identicky jako prekursor z obr. I a Ia

Κ..-/···

•:W a uzavřený v bariéře, a obr. ll schematický příčný řez znázorňující soustavu tvarovaného základního kovového prekursoru a bariéru z obr. lo, uloženou v žárovzdorné nádobě naplněné přizpůsobivou výplní a opatřené mimoto bariérou.

Podle vynálezu je základní kovový prekursor vytvořen ve tvaru tělesa s kopírující tvarovou sekcí, jejíž tvar nebo geometrie se má negativně okopírovat na tvarovou sekci hotového keramického kompozitu, a s nekopírující sekcí. Způsobem podle vynálezu lze kopírující sekci negativně .kopírovat v hotovém keramickém kompozitu během tvorby nebo růstu keramiky, místo aby se tvarovalo nebo obrábělo keramické těleso. Základní kovový prekursor lze uvést do požadovaného tvaru jakýmkoliv vhodným způsobem, například kus kovu jako tyč, brama nebo ingot se dá vhodně obrobit, odlít, vylisovat, vytlačovat nebo jinak vytvarovat tak, aby vznikl tvarovaný základní kovový prekursor. Prekursor může mít drážky, otvory, díry, vybrání, plosky, výstupky, příruby, sloupky, závity a^jpod. a může být opatřen objímkami, pouzdry, kotouči, tyčemi nebo pod., které jsou k němu přiloženy a tvoří spolu s ním kopírující sekci požadované konfigurace. Základní kovový prekursor může sestávat z jednoho nebo několika jednotlivých kusů kovu vytvarovaných tak, že když jsou uloženy svou kopírující sekcí do styku s přizpůsobivým ložem výplně, přičemž nekopírující sekce není ve styku s ložem výplně, vymezuje kopírující sekce

yý Μ - úsek lože výplně v bezprostřední blízkpsti základního kovového prekursoru. Když se prekursor roztaví a produkt oxidační reakce prostupuje lože výplně, vzniká tvarová sekce ve výsledném keramickém kompozitním tělese. Vynález má tedy tu výhodu, že tvarová sekce kompozitu se vytvoří obrobením nebo jiným tvářením kovu, místo aby se brousil nebo obráběl keramický předmět, což je mnohem dražší a obtížnější postup.

Podle vynálezu se základní kovový prekursor položí svou kopírující sekcí do styku s ložem přizpůsobivé výplně za takových podmínek růstu, které podporují růst produktu oxidační reakce primárně nebo výlučně z kopírující sekce do lože výplně a brzdí nebo znemožňují růst produktu oxidační reakce z nekopírující sekce.

Podmínky regulace růstu lze realizovat například tím, že v blízkosti nebo v sousedství kopírující sekce se vytvoří příznivější kinetika oxidační reakce než u nekopírující sekce. Důsledkem je přednostní růst produktu oxidační reakce uvnitř lože a do vnitřku lože výplně z kopírující sekce a naopak znemožnění takového růstu z nekopírující sekce. Například lze nanést na kopírující sekci nebo do ní vhodnou vnější příměs, což podporuje růst produktu oxidační reakce z těch částí základního kovového prekursoru, na kterých je příměs nanesena. Takovou příměs lze nanést z vnějšku na povrch kopírující sekce kovového tělesa nebo se může vnést/do výplně, ležící proti kopírující sekci, s výhodou ležící těsně u povrchu nebo dotýkající se povrchu kopírující sekce, Kromě toho lze vnést do lože výplně pevné okysličovadlo .é ϊ»7νΚ./ a/nebo kapalné okysličovadlo, a to do té části nebo zóny, která leží u kopírující sekce. Růst pak může pro- bíhat nebo je usnadněn ve směru k okysličovadlu.

Regulací růstu polykrystalického produktu oxidační reakce lze rovněž provádět vhodnou bariérou. Účinná bariéra zahrnuje materiály, které nejsou smáčeny dopravovaným roztaveným základním · kovem při pracovních podmínkách, protože v podstatě neexistuje afinita mezi roztaveným kovem a bariérou, takže nedochází k růstu. Rovněž lze použít takových bariér, které mají snahu reagovat s roztaveným kovem a tím brání dalšímu růstu produktu. Vhodné bariéry zahrnuji síran vápenatý, křemiČitan vápenatý, portlandský cement, slitiny kovů, jako je nerezavějící ocel a hutné nebo tavené keramiky, například aluminu, kterých lze použít s hliníkem jako základním kovem. Bariéra může rovněž obsahovat jako svou složku vhodný hořlavý nebo těkavý materiál, který se odstraňuje zahřátím, nebo materiál rozkládající se při zahřívání, aby bariéra byla propustná nebo se zvýšila její pórovitost. Bariéra leží na nekopírující sekci základního kovu nebo ji překrývá a je s výhodou z materiálu, který se přizpůsobí povrchu nebo tvaru této sekce, takže snižuje na minimum nežádoucí růst. Lze přitom použít kombinace technik, to znamená, že bariéru lze položit na nekopírující sekci základního kovového prekursoru a vnější příměs lze nanést na kopírující sekci a/nebo vnést do výplně, ležící proti kopírovací ι/,.γ '>:y,' ‘ί/'Ν/,,, A' - lé - sekci kovového tělesa. Nekopírující sekce základního kovového prekursoru múze být udržována mimo lože výplně, i když není překryta bariérou. To znamená, že může zůstat vystavena působení atmosféry, když jsou podmínky takové, že růst produktu oxidační reakce v okolní atmosféře je inhibován nebo znemožněn s výjimkou těch ploch prekursoru, které jsou k dispozic pro vnější příměs a kapalné nebo pevné okysličovadlo.

Třebaže vynález bude popsán podrobně v souvislosti s hliníkem jako výhodným základním kovem, není na tento kov omezen. V rámci vynálezu existují jiné základní kovy, které vyhovují kritériím podle vynálezu nebo které lze obměnit, tak by jim vyhovovalý. Tyto kovy zahrnují křemík, titan, cín, zirkonium a hafnium.

Jak již bylo uvedeno, lze použít pevného, kapalného nebo plynného okysličovadla nebo jejich kombinace. Mezi typická okysličovadla patří bez omezení kyslík, dusík, halogen, síra, fosfor, arsen, uhlík, bor, selen, tellur a jejich sloučeniny a kombinace, například methan, ethan, propan, acdylen, ethylen a projjjylen jako zdroj uhlíku, oxid křemičitý jako zdroj kyslíku a směsi jako je vzduch, H2/H2O a CO/CO2, přičemž poslední dvě směsi jsou užitečné tím, že snižují aktivitu kyíLíku v okolní atmosféře. Třebaže podle vynálezu lze použít jakéhokoliv vhodného okysličovadla, budou v dalším popsána specifická provedení podle vynálezu v souvislosti s použitím okysličovadel v plynné fázi. Použije-li se okysličovadla ve formě plynu nebo par, to znamená okysličovadla v plynné fázi, musí být výplň propustná pro okysličovadlo v plynné fázi tak, aby okysličovadlo mohlo procházet výplní a přijít do styku s roztaveným základním kovem. Pojem "okysličovadlo v plynné fázi" znamená plynný nebo odpařený materiál, jenž - 18 -

'AA ' V > í r> t i vytváří oxidační atmosféru. Tak například výhodnými okysličovadly v plynné fázi jsou kyslík nebo směsi plynů obsahující kyslík včetně vzduchu, zejména v případě hlkiíku jako základního kovu, přičemž vzduchu se dává zpravidla přednost ze zřejmých ekonomických důvodů. Když je okysličovadlo uvedeno jako látka, která obsahuje nebo sestává z určitého plynu nebo páry, znamená okysličovadlo, v němž je uvedená pára nebo plyn jediným, hlavním nebo alespoň podstatným okysličovadlem základního kovu v podmínkách použité oxidační atmosféry. Třebaže tedy hlavní složkou vzduchu je dusík, obsah kyslíku ve vzduchu je jediným nebo hlavním okysličovadlem základního kovu, protože kyslík je podstatně silnější oxidační činidlo než dusík. Vzduch proto spadá pod pojem“plyn obsahující kyslík” a nikoliv pod pojem "plyn obsahující dusík". Příkladem okysličovadla tvořeného plynem obsahujícím dusík je formovací plyn, který obsahuje asi 96 % objemu dusíku a 4 % objemu vodíku.

Použije-li se pevného okysličovadla, může být roz- s ptýleno v celém loži výplně nebo ve spojení okysličovadlem v plynné fázi pouze v části lože výplně přiléhající k základnímu kovu. Okysličovadlo může hýt použito ve formě částic smíchaných s výplní a/nebo jako povlak na částicích výplně. Lze použít jakéhokoliv vhodného okysličovadla včetně prvků, jako je bor nebo uhlík, nebo redukovatelných sloučenin, jako je oxid křemičitý jako zdroj kyslíku, nebo :t»t

WiWMS -)9- některých boridů s nižší termodynamickou stabilitou tvořící než má borid reakční produkt základního kovu. Použije-li se pevného okysličovadla ve spojení s okysličovadlem v plynné fázi, musejí se zvolit tak, aby byla pro účely vynálezu vzájemně slučitelná.

Použije-li se kapalného okysličovadla, celé lože výplně nebo jeho část přiléhající k roztavenému kovu se povleče, impregnuje například ponořením, naplní disperzí nebo jinak opatří okysličovadlem, tak aby byly impregnovány všechny částice lože nebo jeho část. Pojem "kapalné okysličovadlo" znamená látku, která je kapalná v podmínkách oxidační reakce, takže kapalné okysličovadlo může mít pevný prekursor, například sůl, která se taví v podmínkách oxidační reakce. Alternativně může být kapalné okysličovadlo kapalný prekursor, například roztok materiálu, kterým se povléké nebo impregnuje veškerá výplň nebo jeji část a který se taví nebo rozkládá v podmínkách oxidační reakce za tvorby oxidačního zbytku. Příklady kapalných okysličovadel tohoto typu zahrnují zejména nízkotavná skla. Použije-li se kapalného okysličovadla v kombinaci s plynným okysličovadlem, je třeba aplikovat kapalné okysličovadlo tak, aby nebránilo přístupu plynného okysličovadla k roztavenému kovu. 1/ jistých případech může být výhodné použít pevného a/nebo kapalného okysličovadla ve spojení i. ·? 2(! - s plynným okysličovadlem. Taková kombinace přídavných okysličovadel může být obzvlášt užitečná tím, že podporuje oxidaci základního kovu na produkt oxidační reakce preferenčně uvnitř lože výplně, zejména v sousedství 'kopírující sekce místo za' ní nebo v nekopírující sekci. To znamená, že takové přídavné okysličovadlo uvnitř lože výplně, přiléhající ke kopírující sekci, může vytvořit v této části nebo zóně lože prostředí, které je příznivější pro kinetiku oxidace základního kovu než prostředí mimo tuto zónu lože. Toto aktivní lože podporuje růst produktu oxidační reakce ve formě matrice uvnitř lože až k jeho hranicím a znemožňuje nebo snižuje na minimum přerůstání, to znamená růst matrice mimo hranice lože výplně. Přizpůsobivá výplň podle vynálezu může sestávat z jednoho nebo nejrůznějšího počtu četných materiálu, vhodných k tomuto účelu. Výraz "přizpůsobivý" v souvislosti s výplní znamená, že výplň je vytvořena tak, že se dá nasypat kolem, uložit kolem nebo ovinout kolem tvarového kovového prekursoru a přizpůsobí se tvaru té části nebo čáátí prokursorů, s nimiž je v záběru. Když například výplň sestává z částic jako jsou jemná zrna žárovzdorného oxidu kovu, uloží se kopírující sekce základního kovového prekursoru do styku s výplní tak,

že vymezuje ve výplni tvar kon- gruentní s kopírující . i sekcí, tedy její ne- gativ. Nicméně není nezbytné, aby výplň byla z jemných zrn. Výplň může například obsahovat drátky, vlákna nebo dráty, nebo takový materiál jako je kovová vlna. Výplň může rovněž obsahovat heterogenní nebo homogenní kombinaci dvou nebo většího poštu takových složek nebo geometrických tvarů, například kombinaci malých zrn a drátků. Je pouze nezbytné, aby výplň měla takový fýzický tvar, aby umožňovala uložení pozitivní tvarové sekce základního kovového prekursoru do přizpůsobeného záběru ve výplni tak, aby výplň se těsně přimykala k povrchu kopírující její sekce a tvořila negativní kopii.; Přizpůsobivá výplň použitelná podle vynálezu je takové, která v podmínkách oxidační reakce propouští okysličovadlo, pokud je okysličovadlo v plynné fázi. V každém případě výplň propouští rostoucí produkt oxidační reakce. Během oxidační reakce migruje pravděpodob- ně základní roztavený kov produktem oxidační reakce, který neustále vzniká, a tím reakce neustále pokračuje. Produkt oxidační reakce je obecně nepropustný pro okolní atmosfé- ru a pecní atmosféra, například vzduch, jím proto nemůže dlife mÉaií-sti' ®si w? -ůh' <y. XXAiXi 2l - - projít. Nepropustnost rostoucího produktu oxidační reakce pro pecní atmosféru má za následek, že vznikne -Šlakový rozdíl, když produkt oxidační reakce uzavře dutinu, která vzniká migrací roztaveného základního kovu. Tento problém lze odstranit použitím samomazného přizpůsobivého lože výplně, což je výplň, které při teplotě nad teplotou tavení základního kovu a v těsné blízkosti, nikoliv však pod teplotou oxidační reakce, částečně slinuje nebo se jinak spojuje sama a s rostoucí vrstvou produktu oxidační reakce, takže má dostatečnou konstrukční pevnost při namáhání z vnějšku rostoucí dutiny, aby udržela negativní tvar dutiny alespoň do té doby, než rostoucí produkt oxidační reakce dosáhne dostatečné tlouštky, aby sám snesl tlakový rozdíl, působící na stěnu z rostoucího produktu oxidační reakce, které omezuje vznikající dutinu. Samo vazná nebo samopojivá výplň nemá slinovat nebo se spojovat při příliš nízké teplotě, poněvadž kdyby se spojila, mohla by popraskat tepelným roztažením a změnou objemu při tavení roztaveného kovu během jeho zahřívání na provozní teplotu. Jinými slovy to znamená, že samovazná výplň si má udržet svou přizpůsobivost k rozdílům objemu mezi výplní a základním kovem během zahřívání a tavení kovu, a pak se má samočinně spojit, aby měla mechanickou pevnost, udržující vznikající dutinu při postupující oxidační reakci. Způsob podle

'.''-'i·?.'',?. V;:ϊϊίΐ'> :> λ·λ'<Χ· Z5 - H - vynálezu však v řadě případů odstraňuje problém vznikající tímto tlakovým rozdílem, protože základní kovový prekursor má nekopírující sekci, z níž neroste produkt oxidační reakce, takže nevznikne dutina, která by byla úplně uzavřena a obklopena rostoucím produktem oxidační reakce. Nicméně je možné použít bariéry, která nepropouští atmosféru, takže tato bariéra uzavírá přístup pecní atmosféry ke vznikající dutině, což má za následek vznik tlakového rozdílu na stěnách rostoucího produktu oxidační reakce. V takových případech se právě použije samovazné výplně, která dodává mechanickou pevnost alespoň během začátku růstové fáze. V rámci vynálezu znamená "samovazná' výplň takové výplně, které v těsném styku s kopírující sekcí základního kovu mají dostatečnou přizpůsobivost, aby snesly změny objemu při tavení základního kovu a různou tepelnou roztažnost mezi základním kovem a výplní, a které jsou alespoň v té zóně, jež přímo přiléhá ke kopírující sekci, samy o sobě samovazné pouze při teplotě nad teplotou tavení základního kovu, avšak pod teplotou oxidační reakce. Taková vlastnost výplně jí dodává dostatečnou kohesní pevnost, aby udržela negativně kopírovaný tvar kopírující sekce při tlakovém rozdílu, který vzniká pohybem základního kovu do výplně. Obecně může být výplň ve všech případech samo vazná, avšak nemusí být vždycky samo vazná.

/V

Není nezbytné, aby veškerá hmota nebo lože výplně sestávala z přizpůsobivé výplně nebo případně ze samovazné výplně, třebaže takové provedení patři do rámce vynálezu. Výplň musí být přizpůsobivá a/nebo samo vazná pouze v té části lože, která přiléhá k základnímu kovu a je tvarována kopírující sekcí prekursoru. To znamená, že stačí, aby výplň byla přizpůsobivá nebo samovazná pouze do dostatečné hloubky, aby se přizpůsobila tvaru kopírující sekce základního kovu prekursoru v případě přizpůsobivosti a v případě samovazné vlastnosti aby vytvořila dostatečnou mechanickou pevnost v tomto místě. Zbytek lože výplně nemusí být přizpůsobivý a/nebo samovazný.

Ve všech případech nemá výplň slinovat, tavit se nebo reagovat takovým způsobem, aby vytvořila nepropustnou hmotu, čímž by bránila infiltraci produktu oxidační reakce nebo v případě plynného okysličovadla průchodu tohoto okysličovadla k roztavenému kovu. Mimoto musí být výplň dostatečně přizpůsobivá, aby sledovala rozdíly tepelné roztažnosti mezi sebou a základním kovem při zahřívání a objemové změny základního kovu při jeho tavení a přitom si udržovala přesný tvar odpovídající kopírující sekci základního kovového prekursoru.

Podle vynálezu se soustava sestávající ze základ-

V/;/? ;

,'.’Α'·..'·:-,·, ..·,·'i'· v ·" ' A·:

ního kovu, lože výplně a případně bariéry nebo ústrojí zabraňujícího růstu zahřívá na teplotu nad teplotou taveni kovu, avšak pod teplotou tavení produktu oxidační reakce, čímž vznikne těleso nebo lázeňte roztaveného kovu v oxidačním prostředí. Při styku s okysličovadlem reaguje roztavený kov a vytváří vrstvu produktu oxidační reakce. Při dalším neustálém působení oxidačního jncaísddke prostředí ve vhodném teplotním rozmezí je zbývající roztavený kov postupně protlačován do produktu oxidační reakce a tímto produktem směrem k okysličovadlu a ve styku s okysličovadlem tvoří další produkt okidační reakce. Alespoň část produktu oxidační reakce se udržuje ve styku s roztaveným základním kovem a okysličovadlem a mezi nimi, takže polykrystalický produkt oxidační reakce neustále vrůstá do lože výplně a uzavře ji v sobě. Polykrystalický matricový materiál pokračuje v růstu tak dlouho, dokud se udržují vhodné podmínky pro oxidační reakci.

Postup se nechá probíhat tak dlouho, až produkt oxidační reakce prostoupí a uzavře požadované množství výplně. Výsledný keramický kompozitní produkt obsahuje výplň uzavřenou v keramické matrici z polykrystalického produktu oxidační reakce, jež případně obsahuje jednu nebo několik nezoxidovaných nebí^ovových složek základního

V kovu a/nebo dutinky, takových polykrystalických keramických v' f t3

Jí - H - matricích jsou krystaly produktu oxidační reakce propojeny v jednom nebo několika rozměrech, s výhodou ve třech” rozměrech, a kovové inkluze nebo dutinfcy mohou být rovněž částečně propojeny. Když postup nepokračuje až do vyčerpáni základního kovu, je vzniklý keramický kompozit hutný a v podstatě bez dutinek. Když proces pokračuje až do úplného dokončení, to znamená když se maximální množství materiálu zoxidovalo, vzniknou v keramickém kompozitu póry v místech propojeného kovu. Výsledný keramický kompozitní produkt podle vynálezu má v podstatě původní rozměry a tvarovou sekci tvořící negativní kopu sekce základní ho kovového prekursoru, s přihlédnutím k rozdílu teploty ta vení a tepelné roztažností a tedy ke změnám v objemu během zpracování mezi základním kovovým prekursorem a koneč- ným ochlazeným kompozitním tělesem. Přiložené výkresy neznázorňují všechny součásti v měřítku. Na obr. 9 až 11 je tlouštka znázorněných papírových nebo lepenkových součástí přehnaná, aby byly výkresy jasnější. Obr. 1 ukazuje základní kovový prekursor 2 vytvarovaný tak, aby měl kopírující sekci, která sestává z obdélníkové drážky £ a válcové dutiny j6, jež může být hladká nebo závitová a je vytvořena v ploše 8, a obdélníkový výstupek 2, který vyčnívá nahoru z plochy 8.

ň;!;: ·. · ' , ’ ι ,

Il· - Η

Drážka dutina j5 a výstupek 2 jsou vytvořeny na ploše 8 základního kovového prekursoru a spolu s ní tvoří kopírující sekci, která se má negativně kopírovat, jak bude popsáno v souvislosti s obr. 3. Základní kovový prekursor 2 má mimoto postranní přírubu 11. která vyčnívá z jeho strany 7a. přičemž jedna strana příruby 11 leží v rovině s plochou 8 a tvoří její pokračování. Zbytek základního kovového prekursoru 2 sestává z plochy JLO, které leží proti ploše 8, a ze čtyř bočních stran 7a. 7b (obr. 1) a 7c a 7d (obr. IA a 2). Plocha 10, boční strany 7a a 7b a ta Část příruby 11. která není součástí plochy 8, tvoří nekopírující sekci základního kovového prekursoru, když rozhraní mezi netečným částicovým materiálem 16 a výplní 14 leží v rovině X-X (obr. 2). Pod pojmem “netečný materiál" se rozumějí částicové materiály, které jsou v podstatě netečné a nejsou smáčeny základním roztaveným kovem při reakčních podmínkách, to znamená při tavení a oxidaci.

Obr. 2 ukazuje základní kovový prekursor 2 ulože2. ný v žárovzdorné nádobě 12. například oxidu hlinitého která obsahuje dvouvrstvové lože zrnitého materiá3,Xp: Dolní část nádoby 12 je vyplněna přizpůsobivou výplní 14 a horní . část, obecně nad rovinou X-X, je naplněna přizpůsobivým netečným materiálem 16. Nekopírující sekce základního kovového prekursoru 2 je ta., která je překryta netečným - 28 - materiálem 16 a není tedy ve styku s výplní 14. Základní kovový prekursor může sestávat z jakéhokoliv základního vhodného kovu, například z hliníku. Prekursor 2 je umístěn svou kopírující sekcí v přizpůsobivém záběru s vý- i plní 14, která tedy vyplňuje drážku £ a v<covou dutinu 6 a dotýká se plochy 8 a všech plošek výstupku přičemž se přizpůsobuje změnám této kopírující sekce během reakce. Přizpůsobivá výplň 14 sahá tedy nad rovinu X-X pouze uvnitř drážky £ a uvnitř válcové dutiny 6. Nekopírující sekce základního kovového prekursoru je tedy uzavřena uvnitř netečného materiálu 16. Přizpůsobivé výplň 14 nesahá za protilehlé otevřené konce drážky £, takže na protilehlých koncích drážky 4 vzniká rozhraní mezi výplní 14 a netečným materiálem 16. Když je to nezbytné, může být na oba protilehlé konce drážky £ uložena bariéra jako papír, lepenka, plastový film, kovová destička, s výhodou perforovaná nebo síto, aby nedocházelo k pronikání přizpůsobivé výplně 14 a/nebo k promíchání netečného materiálu 16 s výplni 14 během ukládání prekursoru 2 do nádoby 12. Při zahřívání soustavy z obr. 2 na teplotu nez- bytnou k roztavení základního kovu prekursoru 2* oxiduje okysličovadlo v plynné fázi, které prochází ložem bariéro- vého materiálu a výplně 14 a je tedy ve styku s roztaveným íiísl

z? - - kovem, oxiduje roztavený kov a dochází k růstu produktu oxidační reakce, který infiltruje lože přizpůsobivé výplně 14. Rostoucí produkt oxidační reakce nemůže projít netečným materiálem 16, který tedy brání účinně růstu produktu oxidační reakce tímto směrem· Když je například základním kovem hliník a vzduch okysličovadlem, oxidační teplota může ležet v rozmezí 850 až asi 1450 °C, s výhodou / mezi 900 a 1350 °C, je produktem oxidační reakce oxid hli- 6'V .... i

Bitý» typicky α-oxid hlinitý. Roztavený kov proniká vžni- v'' kající slupkou z produktu oxidační reakce z prostoru, který původně zaujímal, a při pokračování reakce se prostor uvnitř netečného materiálu 16, který dřív zaujímal základní kovový prekursor, částečně nebo prakticky úplně vyprázdní putováním roztaveného kovu produktem oxidační reakce na jeho vnější stranu, kde přichází do styku s plynným oxidačním činidlem uvnitř lože přizpůsobivé výplně 14 a okysličuje se neustále na další produkt oxidační reakce. Pohyb částic netečného materiálu 16 do prostoru, který dříve zaujímal roztavený základní kov, tedy do počáteční polohy základního kovového prekursoru 2, je přípustný, protože by neměl mít nepříznivý vliv na rostoucí keramické těleso. Když je to však Žádoucí nebo nezbytné v důsledku geometrie kopírující sekce, lze použít jakéhokoliv pevného zadržovacího ústrojí, aby se takovému pohybu částic zabránilo. Například ;í - 30 - iSSid lze vhodné tuhé zadržovací ústrojí položit na plochu 10 základního kovového prekursoru 2, aby se udržel netečný materiál 16 ve formě částic na původním místě, když roztavený základní kov infiltruje lože výplně 14. Výsledný produkt oxidační reakce obsahuje polykrystalický keramický materiál, kteiý může obsahovat inkluse nezoxidovaných složek roztaveného základního kovu. Po dokončení zvoleného stupně růstu keramické matrice se soustava nechá ochladit a výsledný keramický kompozit, jehož rozměry jsou znázorněny na obr. 2 přerušovanou čarou 18, se oddělí od netečného materiálu 16 a přebytečné výplně 14 a nezřeagováného základního kovu, který případně zůstane uvnitř nádoby. Případný nezreagovaný základní kov a tenká vrstva oxidu, vzniklá na rozhraní s netečným materiálem 16. se dají z keramického kompozitu snadno odstranit. Vzniklá keramická kompozitní struktura negativně kopíruje kopírující i sekci původního prekur- soru 2, zatímco zbytek keramického tělesa může být uveden do jakéhokoliv potřebného tvaru strojním obrobením, obroušením nebo jiným způsobem. Jak ukazuje obr. 3, má keramické kompozitní těleso 20 tvar, který je negativem kopírující sekce sestávající z drážky 2» dutiny 6t plochy 8 a výstupku 2 základního kovového prekursoru 2, Negativně

čili!*! ''':ΜΛνϊ7;9/ν/ΛγΐΙί(·.··:;%ϊ 5/ - Hi “ okopírovaný tvar keramického tělesa 20 sestává z výřezu 21. který je negativní kopií výjfcůfku £, a z válcového sloupku 22. který je negativní kopií válcové dutiny 6 . Rozměry výřezu 21 jsou kongruentní s rozměry výstupku 2 a rozměry sloupku 22 jsou kongruentní s rozměry dutiny j6. Analogicky je obdélníkový výstupek 24 kongruentní s drážkou £ a tvoří její negativní kopii. Plocha 26 kompozitního tělesa 20 je negativní kopií plochy 8 základního kovového prekursoru 2. Zbývající části kompozitního tělesa 20, to znamená strany 28a. 28b a dvě, na obr. 3 neviditelné-protilehlé strany jakož i plocha ležící proti ploše 26 a na obr. 3 neviditelná, jsou opracovány například strojem obráběním, broušením nebo jiným způsobem na protáhlý vnější tvar keramického tělesa pod rovinou X-X, jehož tvar je obecně naznačen na obr. 2 přerušovanou čarou 18. Protože příruba 11 byla uložena v netěšném materi- lezele álu 16, pokud rozhraní mezi netečným materiálem 16 a výplní 14 v rovině X-X a pouze ta část příruby 11. která tvoří pokračování plochy 8, se dotýkala výplně 14. není příruba 11 okopírována v keramickém tělese 20. Účelem příruby 11 v tomto provedení je zvětšit délku keramického tělesa 20 ve směru jeho podélné osy, protože plocha přizpůsobeného záběru výplně 14 s prekursorem 2 na ploše 8 je zvětšena o šířku příruby 11. Pomine-li se případné zkrácení vy-

- 3jz - volané broušením keramického tělesa 20 k vytvoření opracovaných ploch 28, 28a a dalších, délka keramického tělesa 20 mezi výstupkem 24 a postranní plochou 28a. označená na obr. 3 rozměrem L,z je v podstatě stejná jako rozměr L na obr. 1. Kdyby základní kovový prekursor 2 neměl přírubu 11, délka L' keramického tělesa 20 podle obr. 3 by byla stejná jako rozměr s, na obr. 1.

Volbou vhodného materiálu pro výplň a udržováním pdfimínek oxidační reakce po dostatečně dlouhou dobu, aby se vyčerpal veškerý roztavený kov od bariéry, tvořené netečným materiálem 16. lze vytvořit věrnou negativní kopii kopírující sekce základního kovového prekursoru 20. tvořenou plochou 26, výstupkem 24. sloupkem 22 a výřeaeffl21 v keramickémjtělese 20. Zůstane-li na keramickém tělese 20 určité množství nezreagovaného základního kovu, dá se snadno odstranit z keramického tělesa, aby se obnažila negativní kopie. Třebaže znázorněný tvar základního kovového prekursoru 2 a tedy i jeho negativní kopie je poměrně jednoduchý, lze vyrobit základní kovový prekursor 2 mnohem složitějšího geometrického tvaru a negativně jej okopírovat naprosto věrná- kompozitním keramickým tělesem podle vynálezu. V alternativním provedení by mohl být základní ko- vový prekursor 2 uložen do lože přizpůsobivé výplně 14 hlouběji nebo by mohla být výška výplně 14 zvýšena do

dl Η roviny Y-Y nebo do jakékoliv výše mezi rovinami X-X a Y-Y. Výplň 14 může dokonce sahat i nad rovina Y-Y a překrývat část plochy 10 základního kovového prekursoru 2 za toho předpokladu, že část plochy 10 zůstává volná, te- dy nestýká se s výplní 14. aby se nemohla vytvo· řit dutina úplně uzavřená produktem oxidační reakce· Roz- měr kopírující sekce se zvětšuje s výškou lože 14 výplně, protože pak zahrnuje ty části bočních stran 7a.

Ib, la, lá základního kovového prekursoru 20, které jsou uloženy uvnitř výplně 14. Růst produktu oxidační reakce by pak probíhal nejenom plochou 8 a plochami drážky 4, dutiny jS a výstupku 2, nýbrž i tou částí bočních stran 7a až 7d základního kovového prekursoru 2, které jsou obklopeny výplní 14 a dotýkají se jí. V takovém případě by nekopírující sekcí základního kovového prekursoru 2 byla ta část, která by se nedotýkala výplně JL4L, například pouze plocha 10 prekursoru 2, když výplň 14 sahá až k rovině Υ-Ϊ.

Obr. 4 ukazuje v axonometrickém pohledu keramické těleso 22» vzniklé způsobem podle vynálezu v zařízení podle obr. 2, kde rozhraní mezi výplní 14 a netečným materiálem 16 leží v rovině Y-Y, takže výplň 14 je v přímém styku se všemi plochami základního kovového prekursoru .2 kromě plochy 10. V tomto případě tvoří plocha 10 samotná nekopírující sekci základního kovového prekursoru 2, jehož ''••-i·- 'WllSSIlfe kopírující sekce zahrnuje plochu 8, boční strany

Ja až 7b a zahrnuje kromě drážky dutiny 6 a výstupku 2 i přírubu 11. Postupuje-li se podle vynálezu a výplň 14 sahá do roviny Y-Y, roste produkt oxidační reakce a vytváří keramické kompozitní těleso, znázorněné přerušovanou čarou 19 na obr. 2. Výsledné keramické těleso JO, oddělené od přebytečné výplně 14 a netečného materiálu 16. je nakresleno na obr. 4 před případným obroušením nebo strojním obrobením těch stran, které jsou analogické postranním plochám 28a. 28b a přilehlým postranním a dolním plochám keramického tělesa 20 z obr. 3. Keramické těleso je znázorněno na obr. 4 v takovém stavu, ve kterém bylo vyňato ze žárovzdorné nádoby 12 a má vnější boční plochu J2, dolní plochu 34 a vnitřní stěny 36a. 36b. 36c. které tvoří negativní kopii bočních stěn 7a. gb. 7c základního kovového prekursoru 2. Vnitřni stěna,která je negativní kopií postranní stěny Jd základního kovového prekursoru, není v řezu na obr. 4 znázorněna, protože.řez prochází rovinou sice rovnoběžnou, avšak posunutou směrem dovnitř od vynechané vnitřní stěny tvořící kopii boční strany Jd. Růst produktu oxidační reakce těmi částmi výplně 14, které se dotýkají bočních stran 7a až Jd na obr. 2,má za následek vznik vnitřních stěn 36a. 36b. 36c a čtvrté neznézorněné stěny, která negativně kopíruje boční stěnu Jd,

takže vznikne obecně obdélníková dutina 39. omezené vnitřními stěnami 36 a, 36b. 36c a plochou 26.' Plocha 26'tvoři negativní kopii plochy 8 prekursoru 2 a odpovídá ploše 26 z obr. 3. V ploše ,26'je výřez 21.' sloupek 22 'a výstupek 24.' které odpovídají výřezu ^1, výstupku 22 a sloupku 24 z obr. 3. Mimoto má keramické těleso 30 na dolním konci vnitřní stěny 36 zářez 39 , který negativně kopíruje přírubu 11 prekursoru 2· KeratíLcké těleso 30 lze obrobit dokončovacím obráběním, například obrousit nebo osoustružit, aby vznikly rovné plochy, jak obecně znázorňují přerušované čáry na obr. 4. Z předchozího popisu různých tvarů keramických těles, vzniklých změnou relativní polohy prekursoru 2 vůči styčné ploše mezi výplní 14 a netečným materiálem 16.^,^^/, ze roztavený základní kov z prekursoru 2 migruje a roste výplnX“ jako produkt oxidační reakce do loze/14 těmi plochami, které se dotýkají nebo jsou v záběru s povrchem prekursoru 2,

Za předpokladu, že přítomnost materiálů a podmínky jsou zvoleny tak, aby docházelo k růstu produktu oxidační reakce ze všech ploch prekursoru 2, které nejsou zablokovány dotekem bariéry, je zřejmé, že roztavený základní kov opustí prostor, který původně zaujímal prekursor, a roste jako produkt oxidační reakce do výplně 14. přičemž věrně negativně kopíruje ve výsledném samonosném keramickém kompozitním tělese tvar styčné plochy mezi kopírující <'ΖΛ;/ΛΛ.νΛ':;Κ.λ. /.a.:-^3^-í>>.5s.í , '' ^.Χ.·Λ<;. :;<.·/;/ ,· .·. ·> ·--.· sekcí základního kovového prekursoru 2 a propustnou výplní 141 které se jí dotýká. Kdyby například rozhraní mezi výplní 14 a netečným materiálem leželo v rovině mezi rovinami X-X a Y-Y, snížila by se výška vnitřních stěn 35a. 35b. 35c a vnitřní stěny kopírující stranu 7d a tedy i hloubka dutiny 38. Kdyby například rozhraní mezi výplní 14 a netečným materiálem 16 leželo v rovině Z-Z, byla by výška vnitřních stán 36a. 36b. 36c menší než výška sloupku 22' nebo výstupku 24'.

Je pochopitelné, že vlastnosti výplně spočívající v propustnosti a v přizpůsobivosti jsou vlastnostmi celkového složení výplně a že jednotlivé složky výplně nemusí mít žádné z těchto vlastností nebo alespoň všechny tyto vlastnosti. Výplň může obsahovat jediný materiál, směs částic stejného materiálu, avšak různé velikosti nebo směsi dvou nebo několika materiálů. V tomto posledním případě nemusejí být některé složky výplně dostatečně přizpůsobivé nebo propustné, avšak výplň, jejíž jsou součástí, musí mít požadovanou přizpůsobivost nebo propustnost v důsledku přítomnosti jiných materiálů. Velké množství materiálů, které jsou užitečnými výplňovými Materiály v keramickém kompozitu, protožeUdodávají požadovanou jakost, má rovněž požadovanou propustnost a přizpůsobivost.

Pokud jde o jednotlivé složky výplně, jeden vhodný druh výplňových složek zahrnuje ty chemické látky, které

jsou při teplotě a v oxidačních podmínkách podle vynálezu netěkavé, jsou termodynamicky stabilní a nereagují a nebo se nerozpouštějí nadměrně v roztaveném kovu. Existuje řada materiálů, které v případě použití hliníku jako základního kovu a vzduchu nebo kyslíku jako okysličovadla vyhovují těmto požadavkům. Tyto materiály zahrnují oxidy jediného kovu, například oxid hlinitý A12O^, oxid ceričitý CeO2, oxid hafničitý HfO2, oxid lanthanitý LagOp oxid neodymitý Nd2O^, různé oxidy praseodymu, oxid samaritý Sm2O-p oxid skanditý Sc2O^, oxid thoričitý ThO2, oxid uraničitý UO2, oxid yttritý Υ20^ a ox^ zirkoničitý ZrO2. Kromě toho do tohoto druhu stabilních žárovzdorných sloučenin patří velký počet binárních, ternárních a vyšších kovových sloučenin, jako je oxid hlinitohořečnatý MgAlgO^. Druhá tří da vhodných výplňových materiálů jsou takové látky, které nejsou samy o sobě stabilní v oxidačních podmínkách a při vysoké teplotě, které však v důsledku pomalé kinetiky degradačních reakcí lze vnést jako výplň do rostoucího keramického tělesa. Jejich příkladem je karbid křemíku. Tento materiál by v podmínkách nezbytných k oxidaci hliníku kysli kem nebo vzduchem úplně oxidoval, kdyby nebylo ochranné vrstvy oxidu křemičitého, která vzniká a pokrývá částice karbidu křemíku a tím brání jejich další oxidaci. Ochranná vrstva z oxidu křemičitého rovněž umožňuje lehké slinování nebo spojování částic karbidu křemíku jednak spolu a jednak 1 '', AAAAAuAÁÁn : -^'j';:-'·· Ά ΑΑ ΑΑΑ ,, ι/ s jinými složkami výplně při oxidační reakci hliníku jako základního kovu vzduchem ne&amp;o kyslíkem. Třetím typem vhodné výplně jsou takové látky, například uhlíková vlákna, u kterých se nepředpokládá, že by z termodynamických nebo kinetických důvodů přežily oxidační působení nebo působení roztaveného hliníku, které vSak lze učinit slučitelnými s postupem podle vynálezu, když se zvolí oxidační prostředí méně aktivní, například směs CO/CO2J nebo když se na ně nanese ochranný povlak, například oxid ELinitý, který z nich učiní kineticky nereaktivní látky v oxidačním prostředí a při působení roztaveného kovu.

Jak bylo popsáno, může přidávání příměsíjdo kovu příznivě ovlivnit proces oxidační reakce. Funkce příměsí může záviset na řadě faktorů jiných než je vlastní příměs. Mezi tyto faktory patří například určitý základní kov, požadovaný konečný produkt, určitá kombinace příměsí, použije-li se dvou nebo několika příměsí, použití vnějších příměsí v kombinaci s legující příměsí, koncentrace příměsi, oxidační prostředí a provozní podmínky. Příměs nebo příměsi mohou tvořit legovací složky základního kovu, mohou být naneseny alespoň na část plochy základního kovu nebo mohou být naneseny na výplň nebo na část výplně nebo do ní, například do takové hloubky výplně, která je nezbytná k přizpůsobení výplně kopírující sekci základního kovového prekursoru, nebo lze použít < ·<·, η.;·'

kombinace těchto technik. Legující příměs lze například použít v kombinaci s vnější příměsí. V případě nanášení nebo vnášení příměsi do výplně lze to provést jakýmkoliv vhodným způsobem, například rozptýlením příměsi části lože nebo celým ložem výplně jako povlaků nebo ve formě částic, s výhodou alespoň do té části lože výplně, která leží u základního kovu. Aplikovat příměsi do výplně lze rovněž tak, že se vrstva jednoho nebo několika příměsových materiálů nanese na lože nebo vnese do lože, ycetně všech vnitřních otvůrků, mezer, kanálků, mezilehlých prostorů apod., které činí lože propustným. Vhodným způsobem aplikace příměsových materiálů je napuštění celého lože kapalinou, například roztokem příměsového materiálu. Zdroj pří měsi lze rovněž uspořádat tak, že se tuhé těleso z příměsi uvede do styku alespoň s částí základního kovu a s částí výplně a vloží se mezi ně. Tak například tenkou tabulku skla obsahujícího křemík, které je vhodné jako příměs pro oxidaci hliníku jako základního kovu, lze položit na povrch základního kovu. Když se hliník jako základní kov, případně dotovaný hořčíkem, překryje materiálem s obsahem křemíku a zahřívá v oxidačním prostředí, například v případě hliníku ve vzduchu na teplotu mezi 850 °C a 1450 °C, s výhodou na 900 °C až asi 1350 °C, dochází k růstu pólykrystalického keramického materiálu do propustného lože - 45 - ř ϊ« ί ětfťfeŠÝ· Ϋ ·Π5 '/DttÍSí výplně. V případě vnější aplikace příměsi alespoň do části povrchu základního kovu roste polykrystalickó oxidová struktura v propustné výplni za vrstvu příměsi, to znamená za hloubku vrstvy, v níž je nanesena příměs. V každém případě lze jednu nebo několik příměsí nanášet z vnějšku na povrch základního kovu a/nebo propustné výplně. Kromě toho lze příměsi, tvořící legovací prvky základního kovu a/nebo nanesené z vnějšku na základní kov, zvýšit co do množství příměsemi aplikovanými na lože výplně. Nedostatečnou koncentraci příměsí legovaných do základního kovu a/nebo nanášených z vnějšku na základní kov lze tedy vyrovnat vyšší koncentrací příslušné příměsi nebo příslušných příměsí aplikovaných na lože nebo do lože výplně, a «^naopak.

Vhodné příměsi pro hliník jako základní kov, zejména se vzduchem jako okysličovadlem, zahrnují například kovový hořčík a kovový zinek, a to ve vzájemné kombinaci nebo v kombinaci s jinými příměsemi. Těmito kovy nebo zdroji těchto kovů lze legovat základní kov na bázi hliníku v jednotlivých koncentracích od 0,1 do 10 %, vztaženo na celkovou hmotnost dotovaného kovu. Koncentrace v tomto rozmezí pravděpodobně vyvolávají růst keramiky, podporují transport kovu a příznivě ovlivňují morfologii růstu vznikajícího produktu oxidační reakce. Koncetrace příměsí závisí především na kombinaci příměsí a na provozní teplotě.

Mezi ostatní příměsi, které podporují růst polykrystalického produktu oxidační reakce v systémech s hliníkem jako základním kovem, patří například křemík, geřma- nium, cín a olovo, zejména v kombinaci s hořčíkem nebo zinkem. Jedna nebo několik těchto příměsí nebo jejich vhodných zdrojů se přidává jako legovací přísada do základního kovu tvořeného hliníkem v jednotlivé koncentraci asi od 0,5 do asi 15 %, vztaženo ke hmotnosti celé slitiny. Olovo jako příměs se přidává jako legura do základního kovu na bázi hliníku při teplotě alespoň 1000 °C, protože se špatně rozpouští v hliníku. Přidání jiných legovacích příměsí, zejména cínu, však zvyšuje rozpustnost olova a umožňuje jeho přidávání při nižších teplotách.

Jak bylo vysvětleno, lze použít podle okolností jedné nebo několika příměsí. V případě hliníku jako základního kovu a vzduchu jako okysličovadla představuje obzvláště vhodné kombinace příměsí Hořčík a křemík nebo hořčík, zinek a křemík. V těchto případech spadá výhodná koncentrace hořčíku do rozmezí asi 0,1 až 3 % hmotnosti, zinku do rozmezí asi 1 až 6% hmotnosti a křemíku do rozmezí asi 1 až 10 % hmotnosti.

Když je základním kovem hliník, vnitřně dotovaný hořčíkem, a oxidačním mediem vzduch nebo kyslík, bylo po- zorováno, že hořčík se alespoň částečně vyoxiduje ze sliti- ny při teplotách asi 820 až 950 °C, V takových případech

KL vytváří hořčík oxid hořečnatý a/nebo oxid hlinitohořečnatý na povrchu roztavené hliníkové slitiny a během růstové fáze zůstávají tyto sloučeniny hořčíku na počáteční oxidové ploše základní kovové slitiny, to znamená na iniciační ploše rostoucí keramické struktury. V takových systémech dotovaných hořčíkem vzniká tedy struktura na bázi oxidu hlinitého a mimoto poměrně tenká vrstva oxidu hlinitohořečnatého na iniciačním povrchu. Podle potřeby lze tuto iniciační plochu odstranit obroušením, osoustružením, leštěním nebo otryskáváním. Kromě toho byla?pozorována velice tenká vrstvička, tenší než asi 2 / um oxidu hořečnatého, na vnějším po- vrchu. I tuto vrstvičku lze snadno odstranit podle potřeby otryskáním.

Další příklady příměsí, vhodných pro hliník jako tr základní kfv, zahrnují sodík, 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 lithia lze použít ve velmi malých množstvích řádově ppm, typicky asi 100 až 200 ppm, přičemž každý může být použit jednotlivě nebo ve vzájemné kombinaci nebo v kombinaci s jinými příměsemi. Mezi vhodné příměsi patří i prvky vzácných zemin, jako je cer, lanthan, praseodym, neodym a samarium, opět zejména v kombinaci s ji nými příměsemi. '•ϊ·/·:-bé /-2.:-...2-., .í

4S - H-

Jak bylo uvedeno, nemusí se příměsí legovat základní kov. Například selektivní nanesení jedné nebo několika příměsí ve formě tenké vrstvy na celou plochu nebo na část plochy základního kovu umožňuje místní růst keramického materiálu z povrchu základního kovu, na který byla příměs nanesena, a umožňuje vrůstání polykryštalického keramického materiálu do propustné výplně ve zvolených oblastech. Růst polykryštalického keramického materiálu do propustného lože výplně lze tedy regulovat lokalizovaným umístěním příměsi na povrch základního kovu. Nanesený povlak nebo vrstva příměsi je poměrně tenký oproti tlouětce základního kovového tělesa a růst produktu oxidační reakce do pro- pustného lože probíhá za vrstvu příměsi, tedy do větší hloubky než sahá příměs. Vrstvu příměsového materiálu lze aplikovat natíráním, ponořením, sítotiskem, napařováním nebo jiným způsobem nanášení příměsi ve formě kapaliny nebo pasty, d^le naprašováním nebo uložením vrstvy pevného zrnitého materiálu nebo tenké fólie nebo filmu příměsi na povrch základního kovu. Příměs může, avšak nemusí obsahovat organická nebo anorganická pojivá, nosiče, rozpouštědla a/nebo za- huš£ovadla. S výhodou se příměsi nanášejí ve formě prášku na povrch základního kovu nebo se rozptylují alespoň v části výplně. Jedna obzvláště výhodná metoda nanášení příměsí na povrch základního kovu spočívá v tom, že se kapalná suspenze příměsí ve směsi vody a organického pojivá nastříká

na povrch základního kovu, aby se vytvořil ulpívající povlak, který usnadňuje manipulaci s dotovaným základním kovem před vlastním zpracováním. Příměsi nanášené z vnějšku se obvykle aplikují na část povrchu základního kovu jako stejnoměrný povlaky Množství příměsi je účinné v Širokém rozmezí vzhledem k množství základního kovu, na který se nanáší, a v případě hliníku neukázaly pokusy ani horní ani dolní meze takového množství příměsi. Když se například používá křemíku ve formě oxidu křemičitého, nanášeného z vnějšku jako příměs na základní kov na bázi hliníku a vzduchu nebo kyslíku jako okysličovadla, lze použít k vyvolání růstu polykrystalického o produktu množství asi 0,0001 g křemíku na cm povrchu základního kovu nebo 0,00003 g křemíku na 1 g základního kovu. Lze použít jedné nebo několika dalších příměsí: například příměs obsahující křemík může být ještě zvýšena příměsí obsahující zdroj hořčíku a/nebo zinku. Rovněž bylo zjištěno, že lze vytvořit keramické struktury ze základního kovu na bázi hliníku při okysličování vzduchem nebo kyslíkem při použití oxidu hořečnatého a oxidu hlinitohořečnatého jako příměsi v množství větším než asi 0,003 g hořčíku na 2 1 cm povrchu základního kovu nebo v množství větším než asi 0,0008 g hořčíku na 1 g základního kovu, který se má oxidovat. sás&amp;-tó&amp;

Nanášet příměs z vnějšku alespoň na Sást povrchu základního kovu nebo na lože výplně nebo do Sásti lože výplně lze v případě provedení vynálezu, kde růst produktu oxidační reakce se reguluje právě tímto vnějším nanášením příměsi. Materiály a podmínky lze přitom zvolit tak, aby k většímu růstu produktu oxidační reakce nedocházelo z těch částí základního kovového prekursoru, které nejsou povlečeny vnější příměsí, a záklahí kovový prekursor není legován dostatečným množstvím příměsi, aby usnadnil oxidační reakci. Když se použije vnější příměsi ve spojení s kopírující sekcí základního kovové- ho prekursoru, nemusí mít nekopírující sekce prekursoru žádnou bariéru. Je ovšem samozřejmé, že vnější nanášení příměsi lze kombinovat s použitím bariérového materiálu.

Použití vnější příměsi je znázorněno na obr. 5, kde základní kovový prekursor 2 je uložen v loži přizpůsobivé výplně 14, přičemž všechny plochy základního kovového prekursoru včetně jeho nekopírující sekce jsou v přizpůsobivém styku s výplní 14. Takové uspořádání lze například vytvořit tím, že se nahradí netečný materiál 16 z obr. 2 přizpůsobivou výplní 14. takže žárovzdorná nádoba 12 je úplně vyplněna přizpůsobivou výplní 14, v níž je uložen základní kovový prekursor 2. Podle obr. 5 je 40 “ použito z vnějšku nanesené příměsi, čímž se dosáhne 777

'77777., stejného efektu, jako kdyby se v obr. 2 rozhraní mezi výplní 14 a ložem netečného materiálu 16 umístilo do roviny X-X. K dosažení tohoto efektu je vrstva příměsi 40 nanesena na celý povrch kopírující sekce tvořené plochou 8.

Tato plocha, jak bylo popsáno v souvislosti s obr. 1 až 4, má drážku dutinu 6 a výstupek 2, přičemž je prodloužena přírubou jLZL. Plochy J10, «jLíí az a plochy příruby 11, nepovlečené vrstvou příměsi 40, spolu tvoří nekopírující sekci základního kovového prekursoru podle obr. 5, přičemž plocha 7b není na obr. 5 viditelná. Oxidační reakční podmínky, použité v souvislosti s obr. 5, jsou takové, že vrstva příměsi 40 má vyvolat růst produktu oxidační reakce, zatímco v nepřítomnosti vrstvy příměsi 40 se má zabránit růstu produktu oxidační reakce do té míry, aby z těch ploch základního kovového prekursoru 2, které tvoří jeho nekopírující sekci, nevyrůstal produkt oxidační reakce. V tomto provedení tedy základní kovový prekursor 2 nebude obsahovat příměs nebo alespoň dostatečné množství příměsi k tomu, aby docházelo k růstu produktu oxidační reakce. Složení základního kovu, složení a množství okysličovadla a pracovní teplota určují, zda určitý základní kov vyžaduje přítomnost příměsi, aby vznikal produkt oxidační reakce. Při uspořádání podle obr. 5 a v těch podmínkách, kdy vrstva příměsi 40 je nezbytná k vyvolání růstu produktu oxidační reakce, nedochází k růstu . ' 7 'řjLiJ ••V;·’. ·. -·. .·,·. \. ···· ,·,.··· /-.v ·, 7? tohoto produktu z nekopírující sekce prekursoru 2t třebaže je ve styku s přizpůsobivou výplní ,14, která propouští růst produktu oxidační reakce. Místo vrstvy příměsi 40 nebo přídavně k ní lze použít vhodné příměsi v těch částech nebo oblastech lože výplně 14. které leží proti, vedle a/nebo se stýkají s kopírující sekcí základního ko- vového prekursoru 2· V těchto zónách lože výplně lze použít pevného nebo kapalného oxidačního činidla, aby se vytvořila příznivá kinetika růstu na pozitivní tvarové sekci. Produkt, který vznikne při uspořádání podle obr. 5, je podobný nebo identický s keramickým kompozitním tělese znázorněným na obr. 3.

Obr. 6 ukazuje další provedení vynálezu, kde základní kovový prekursoř 2' je uložen uvnitř lože výplně 14. které je umístěno v obalu 42 z materiálu, obsahujícího děrovanou bariéru. Obal 42 je v podstatě vypToěn výplní ,14 a základním kovovým prekursorem 2' který je v ní uložen. Děrovaný bariérový materiál obalu 42 může být například tvořen nerezovým ocelovým sítem. Obal 42 má na horní a dolní straně 42a. 42b (obr. 6) kruhový otvor. Těmito otvo- ry jsou prostrčeny dvě válcové trubky 44a, 44b. takže vyčnívají z protilehlých stran 46. 4Q základního kovového prekursoru 2.1 Obě trubky 44a. 44b jsou vyplněny netečným materiálem 16 a jsou samy z děrovaného bariérového materiálu i

nebo ze síta identického nebo podobného s obalem 42. Základní kovový prekursor má v tomto případě přírubu 50. která vyčnívá z jeho dolní plochy 48. Na obr. 6 jsou patrné boční strany 52a, 52c a přední strana 52d základního kovového prekursoru 2' přičemž toto označení platí pro pohled na obr. 6. Zadní strana základního kovového prekursoru 2' není na obr. 6 viditelná. Je samozřejmé, že všechny popsané plochy základního kovového prekursoru 2' se stýkají s výplní 14 uloženou v obalu 42 pouze s výjimkou kruhových plošek na protilehlých plochách 46, 48, které jsou překryty netečným materiálem 16 ve válcových trubkách 44a. 44b. , tedy

Celý povrch základního kovového prekursoru 2 vytvoří kopírující sekci s výjimkou uvedených dvou kruho- vých plošek, zakrytých netečným materiálem Γ6 a tvořících nekopírující sekci základního kovového prekursoru 2Í Protože obal 42 tvoří bariéru proti růstu produktu oxidační reakce, lože 15 zrnitého materiálu nemusí sestávat ani z přizpůsobivé výplně ani z netečného materiálu. Soustava sestávající z obalu 42 a trubek 44a, 44b může být podepřena v žárovzdorné nádobě 12 jakýmkoliv vhodným způsobem. Nicméně je vhodné podepřít tyto soustavu ložem 15. ze zrnitého materiálu, který může být netečný, avšak nemusí. Kdyby obal 42 netvořil sám bariéru růstu produktu oxidační reakce, pak by lože 15 nebo alespoň ta jeho část,

©Ss ΔΔΒβίβχΔ wSW. S

která obklopuje obal 42. musela být a netečného materiálu. Při zahřátí soustavy z obr. 6m dostatečné vysokou teplotu k roztaveni základního kovu a při styku roztaveného základního kovu s kapalným, pevným a/nebo plynným okysličovadlem dochází k oxidaci roztaveného kovu a růstu produktu oxidační reakce z j kopírující / sekce základního kovového prekursoru 2, Když se reakce udržuje tak dlouho, až se dosáhne požadovaného růstu keramického tělesa, případně až k vyčerpání základního kovu z objemu, který původ»ě/žaujímal základní kovový prekursor &amp; rošte produkt oxidační reakce, ke hranici omezené vnitřní plochou obalu 42. Objem obalu 42 vzhledem k objemu základního kovového prekursoru A se zvolí tak, aby vznikl produkt oxidační reakce vyplnil mezery v\obaefflu přizpůsobivé výplně 14 ležící uvnitř obalu 42.

Obr. 7 ukazuje výsledné keramické kompozitní těleso 54. vzniklé ze soustavy podle obr. 6. Keramické kompozitní těleso 54 má rovnou horní stranu 56 a vnější strany 60. viditelné na obr. 7· Tyto plochy odpovídají příslušným vnitřním plochám obalu 42. K horní straně 56 sahá válcový otvor 62a, který odpovídá objemu válcové trubky 44a. jež byla uložena v obalu 42. Analogický válcový otvor ,62b sahá k dolní ploše keramického kompozitního tělesa 5.4 a odpovídá objemu trubky 44b uvnitř ebalu 42. Prostor, ktorý původně zaujímal základní^kovový prekursor 2, se během - 50 - 'feiašví:' oxidace základního kovu vyprázdnil a na jeho místě vynikla dutina 64 obdélníkového tvaru, která je uvnitř keramického kompozitního tělesa 54 a je znázorněna na obr. přerušovanou čarou. Dolní plocha dutiny 64 má drážku 66, která je negativní kdpií plochy příruby 50 základního kovového prekursoru 2Í V soustavě podle obr. 6 jsou válcové trubky 44a, 44b vyplněny částicemi netečného materiálu 16. Protože netečný materiál je propustný, umožňuje průchod okolní atmosféry trubkami 44a, 44b do dutiny 64, která vzniká během reakce, takže dutina 64 není nikdy úplně uzavřena a utěsněná od okolní atmosféry rostoucím produktem oxidační reakce. Tím se odstraní problém tlakového rozdílu, který působí na rostoucí duté těleso produktu oxidační reakce v důsledku toho, že tento produkt nepropouští okolní vzduch ani atmosféru.

Na obr. 8, 8Á, 8B je znázorněno jiné provedení základního kovového prekursoru 68, například z hliníku, které má obecně obdélníkový tvar a je omezeno plochami 70, 14 a stranami 22a, 22í>> 22a, 2žž· Prekursor 68 má obdélníkový výstupek 76, který vyčnívá z jeho plochy 74 a je v podstatě rovnoběžný se stranami 72a, 72d. Prekursorem 68 prochází válcová dutina 78, která jde celou jeho výškou mezi oběma plochami 70 a ,74.

Obr. 9 ukazuje základní kovový prekursor 68, ležící uvnitř žárovzdorné nádoby 80 v soustavě, která obsahuje ./ . ''7;, . ,.ζ',’ůV:

;7;/ISÍ|ÍÍlS tento prekursor .68, přizpůsobivou výplň 84 a bariéru. V tomto provedení je válcová bariéra 82, která brání nebo znemožňuje růst, dimenzována a tvarována tak, že se dá zasunout do válcové dutiny 78, takže zabírá s celou válcovou stěnou. Jak ukazuje obr. 8B a 9, je válcové bariéra 82 delší než válcová dutina 78. takže kus jí vyčnívá z obou stran prekursoru 68. Éez na obr. 9 ukazuje konstrukci válcové bariéry 82, která sestává v tomto provedení z vnitřního jádra 82b, které může být z pálené sádry a je uloženo v těžké papírové nebo lehké lepenkové trubce 82a, která určuje tvar bariéry. Při zahřátí se papír nebo lepenka vypaří nebo spálí a dalšího procesu se nezúčastní. Na obr. 9 je znázorněna další obdélníkové bariéra 88, které je otevřené na dolním a horním konci a sestává ze čtyř stěn, jež jsou rovnoběžné se stranami 72a až 72d základního kovového prekursoru 68, leží však v jisté vzdálenosti od nich. Obdélníková bariéra 88 má tedy tvar krátkého úseku obdélníkového kanálu. Na obr. 9 jsou vidět pouze tři stěny obdélníkové bariéry 88 a to strana 88b a v řezu 88a. 88c. U těchto stran 88a« 88c je vnitřní plocha každé z nich tvořena vrstvou 88á. 88c z pálené sádry, zatímco papírová nebo lepenková vrstva 88aw a 88c" tvoři vnější vrstvu. Základní kovový prekursor 68 společně s válcovou bariérou ,82, která je vsunuta do válcové dutiny 78, je uložen uvnitř lože přizpůsobivé výplně 84. které je v obdélníkové bariéře 38» Obdélníková bariéra 38 a její obsah jsou uloženy v leží netečného materiálu 86. od něhož jsou odděleny právě obdélníkovou bariérou 88. V tomto provedení 3© nekopírující sekcí základního kovového prekursoru <8 válcová plocha válcové dutiny 78. která se dotýká válcové bariéry 82, Ostatní plochy základního kovového prekursoru 68 tvoří jeho kopírující sekci, takže růst produk- tu oxidační reakce ae základního kovového prekursoru 68 bude pokračovat od těchto ploch do lože výplně 84. Růst produktu oxidační reakce nucené ustane, jakmile přijde produkt do styku s válcovou bariérou 82 a obdélníkovou bariérou 88 a netečným materiálem 8á. 2 uspořádání podle obr. 9 vznikne keramické těleso, které má identický nebo v podstatě identický tvar s tělesem popsaným a znázorněným na obr. 7, vzniklým ze soustavy podle obr. 6.

Na obr. 10 a 11 je znázorněn další způsob výroby keramického kompozitního tělesa, identického nebo podobného a tělesem podle obr. 3, kde se použitím vhodné bariéry reguluje rozsah růstu produktu oxidační reakce, takže Se nemusí strojně obrábět nebo obručovát nepravidelný tvar keramického tělesa &amp;.· obr. 4 ná požadovaný tvar-. Ka obr. 10 je základní kovový prekursor 2 "podobný nebo idewtieSý a tvarem základního kovového prekursoru 2 podle obr. 1, 1A a 2. Základní kovový prekursor 2'má rovnoí/plochu 10.' 'Λ·.''

b«S tt protilehlou plochu 6,' ee které vyčnívá obdélníkový výstupek 2'a v níě 3· vytvořena dráčka jfc'a νάίβονά dutina 6. Příruba 11z probíhá po jedné atraně základního kovového prekursoru 2', uzavřeného v obdélníkové bariéře £0, která sestává v podstatě z obdélníkové krabice z tětkého papíru nebo tenké lepenky, otevřené aa obou stranách* Obdélníková bariéra $0 je z vnitřku opatřena vrstvou pálené sádry analogickým způsobem jako obdélníková bariéra 88 z obr. 9. Podle obr. 10 sestává obdélníková bariéra 90 ze stran 90a až 90d. přidemě větěí Část strany 90d Je odříznuta pro lepěí viditelnost. Každá strana 90a až 90d sá vnitří povlak ze ztvrdlé pálené sádry, jak je nejlépe patrné z proříznuté strany 9Qc. která sestává s lepenkovévnější stěny 90cz a z vnitřní vrstvy 90c*. Plocha 10* základního kovového prekursoru .2'má povlak 92 z pálené sádry* Pět ze Šesti hlavních ploch základního kovového prekursoru j2zje tedy pokryto bariérou, ve znázorněné» příkladě vrstvou pálené sádry* Stejně jakpzvo všech znázorněných bariéráeh sedávajících z pálené hari ary a lepenky slouSÍ lepenka nebo papír jako forma, na kterou lze nandat mokrou nebo plastickou sádru, která pak ztvrdne na tubou bariéru. Lepenka rovněž vystužuje sádrovou bariéru a brání jejímu popraskání nebo zlomení během manipulace a ukládání bariéry a základního kovového prekursoru do

žárovzdorná nádoby. Jak bylo uvedeno, lze papír nebo lepenku a pálenou sádru nahradit jiným vhodným materiálem.

Protože růst produktu oxidační reakce je znemožněn bariérou, tvoří plocha 8' drážka 4,' válcová dutina 6*'a výstupek kopírující sekci základního ko- vového prekursoru 2j zatímco zbývající části tvoří nekopírující sekci.

Obr. 11 ukazuje základní kovový prekursor 2'a jeho obdélníkovou bariéru 90 uložené uvnitř lože netečného materiálu 94. přičemž bariéra 90 obsahuje ve volném prostoru nad prekursorem J2'přizpůsobivou výplň 96. Horní část obdélníkové bariéry 90 přečnívá nad plochu 8'základního kovového prekursoru 2 a odděluje tedy lože přizpůsobivé výplně 96 od částic netečného materiálu 94. gložených v žárovzdorná nádobě 98. Zahřátím souboru z obr. 11 na vhodnou zvýšenou teplotu a jeho udržováním na této teplotě po dostatečnou dobu podle popsaných způsobů vznikne keramické kompozitní těleso, které je podobné nebo stejné jako těleso podle obr. 3, jak bude vysvětleno následujícím příkladem.

Keramické kompozitní struktury, vyrobené způsobem podle vynálezu, tvoří zpravidla hutnou soudržnou hmotu, kde asi 5 až 98 % , vztaženo k celkovému objemu kompozitní struktury, sestává z jedné nebo několika výplní, sr - tri - které jsou uzavřeny v polykrystalické keramické matrici. Když je základním kovem hliník a okysličovadlem vzduch nebo kyslík, sestává polykrystalické keramická matrice zpravidla asi ze 60 až 99 % , vztaženo ke hmotnosti polykrystalické matrice, z propojeného α-oxidu hlinitého a asi z 1 až 40 % hmotnosti neoxidovaných kovových složek, například ze základního kovu.

Vynález bude dále vysvětlen neomezujícími příklady. WOlAjl* i Základní kovový prekursor byl obroben na tvar podle obr. 1, 1A a 10. Prekursor byl vyroben z bloku hliníkové slitiny 380.1, která měla jmenovité složení 8 až 8,5 % hmotnosti křemíku, 2 až 3 % hmotnosti zinku, 0,1 % hořčíku, 3,5 % hmotnosti mědi a železa, manganu a niklu, třebaže obsah hořčíku byl o něco vyšší, zejména v rozsahu 0,17 až 0,18 % hmotnosti. Výsledný obrobený základní kovový prekursor byl opatřen bariérou podle obr. 10. Bariéra 90 podle obr. 10 sestávala z lepenkové formy, na níž byla nanesena pálená sádra ve vrstvě o tlouát*· ce asi 1,58 až 3,17 mm. Sádrový povlak 92. tvořící bariéru podle obr. 10, sestával z vrstvy pálené sádry rovněž o tlouštce 1,58 až 3,17 mm. Plochy odpovídající plochém 10.

ti a stranám 2a až 7d základního kovového prekursoru podle obr. 1, 1A a 10 byly povlečeny·bariérovým materiálem a tvořily tedy nekopírující sekci prekursoru. Plocha 8, drážka 4, dutina 6 a výstupek 2 byly prosté bariéry a tvořily tedy kopírující sekci prekursoru. Obdél· níková bariéra 22» odpovídající obr. 11, sahala přibližně 15,87 mm nad povrch 8 základního kovového prekursoru.

Do volného prostoru nad prekursorem, tvořeného obdélníkovou bariérou 90 podle obr. 10, byla vsypána výplň, sestávající z homogenní směsi částic oxidu hlinitého, kde 70 % hmotnosti byly částice se zrnitostí 220 a 30 % hmotnosti částice se zrnitostí 500, a z křemíkových částic v množství 7 % hmotnosti, vztaženo k celkové hmotnosti částic oxidu hliníku. Výplň byla tedy ve styku s pozitivní tvarovou sekcí, tvořenou plochou 8, drážkou 4» dutinou 4 a výstupkem 2· Soubor sestávající z bariéry, výplně a základního kovového prekursoru byl vložen a uzavřen do lože netečného materiálu, který sestával z částic oxidu hlinitého s velikostí 90 mesh, způsobem znázorněným na obr. 11. Lože netečného materiálu odpovídá netečnému materiálu 94 na obr. 11 a leželo v podstatě v jedné rovině s horní hranou obdélníkové bariéry 90 podle obr. 11. pHožesi

Celek pak byl do pece a zahříván ve vzduchu na teplotu 1000 °C po dobu 28 hodin. Pak se soustava nechala ochladit a keramické kompozitní těleso, vyrostlé ze základ- Á'.Ste:Erf’S«, 777 iioisssaiiei«ii

ního kovového prekursoru, bylo vyňato ze žárovzdorná nádoby a lehkým opískováním z něj byl odstraněn bariérový materiál a přebytečná výplň. Vzniklo keramické těleso obecně tvaru podle obr. 3, které velice věrně kopírovalo kopírující sekci základního kovového prekursoru. UJJCjJ 2 slitiny

Blok ze stejné hliníkové -skupiny jako v příkladě 1 byl obroben a provrtán, čímž vznikl základní kovový prekursor s tvarem podle obr. 8 a 8A, který měl délku 63,5 mm, šířku 31,75 mm a výšku 70,46 mm, přičemž válcový dutina odpovídající válcové dutině 78 z obr. 8 a 8A měla průměr 19,05 mm. Obdélníkový výstupek, odpovídající výstupku 76 z obr. 8 a 8A, měl výšku 1,58 mm nad plochou 74 a šířku 6,35 mm. Do válcové dutiny J8 byla vložena papírová trubice, naplněná pálenou sádrou, přičemž vnější průměr papírové trubice byl stejný a dotýkal se těsně plochy válcové dutiny. Papírová trubka vyčnívá z obou konců válcové dutiny 78 asi o 6,35 mm. Na těžký papír ve tvaru obdélníkové krabice otevřené na protilehlých stranách byla nanesena vrstva pálené ’ sádry. Rozměr papírové krabice byl asi 76,2 mm x 38,1 mm x x 31,75 mm. Tato krabice odpovídala obdélníkové bariéře 88 podle obr. 9. Do žárovzdorná nádoby byla vložena základní vrstva netečného materiálu, sestávajícího z oxidu hlinitého <O^WřK65'feW;;á

, !<\ iiii&amp;K 5/ -^9/- s velikostí částic 90 mesh. Jedna volná strana obdélníkové bariéry byla položena ná tuto vrstvu netečného materiálu a krabice byla naplněna výplní, odpovídající výplní 84 z obr. 9. Lo této výplně byl položen základní kovový prekursor, do jehož válcové dutiny byla vložena válcová bariéra tvořená papírovou trubkou naplněnou pálenou sádrou. Výplň byla stejná jako v příkladě 1 a v podstatě vyplňovala obdélníkovou bariéru. Stejný typ netečného materiálu, odpovídající netečnému materiálu 86 z obr. 9, jako podle příkladu 1, byl nasypán do stejné výšky jako výplň, takže vznikla soustava odpovídající obr. 9. Tato soustava byla vložena do pece a hahřívána ve vzduchu na 1000 °C po dobu 28 hod. Po této době se soustava nechala zchladnout a výsledné keramické kompozitní těleso bylo vyjmuto z žárovzdorné nádoby 80 a opískováno, takže se z něj odstranila přebytečná výplň a materiál bariéry. Výsledkem bylo keramické těleso odpovídající obr. 7, které věrně negativně kopírovalo kopírující sekci základního kovového prekursoru. V příkladě 1 i 2 je přizpůsobivá výplň, uložená do styku s kopírující sekcí základního kovového prekursoru,tvořena samovaznou přizpůsobivou výplní, takže proti tlakovému rozdílu, působícímu na vznikající produkt oxidační reakce, působí samo/aznost výplně.

To znamená, že kdyby na vznikající skořepinu z produktu oxidační reakce působil tlakový rozdíl, protože migrace roztaveného základního kovu zanechává za sebou dutinu, v níž panuje nižěí tlak, samovaznost výplně zajiš- tuje dostatečnou mechanickou pevnost, která odolává mechanickým silám, jež působí na skořepinu vlivem tlakového rozdílu. ^obou příkladech však byla tenká vrstva z pálené sádry, která tvořila bariéru, dostatečně propustná pro vzduch, takže vzduch jí mohl prostupovat a vyrovnávat tlak v dutině, vzniklé migrací základního kovu.

77^

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby samonosného keramického kompozitního tělesa s tvarovou sekcí, sestávajícího z kera.mické matrice obsahující případně kovovou vložku a uzavírající výplň, při němž se základní kov pří zahřívání okysličuje a produkt oxidační reakce prorůstá výplň, vyznačený tím, že ze základního kovu ze skupiny zahrnující hliník, křemík, titan, cín, zirkonium a hafnium se připraví těleso s tvarovou sekcí, která je negativní kopií tvarové sekce vyráběného kompozitního tělesa, kovové těleso se uloží alespoň svou kopírující sekcí do lože přizpůsobivé výplně a v přítomnosti okysličovadla se zahřívá nad svou teplotu tavení, avšak pod teplotu tavení produktu oxidační reakce, který postupně prorůstá výplň a na styčné ploše kopírující sekce tělesa základního kovu a výplně vytvoří tvarovou sekci kompozitního tělesa, od kterého se epřípadně oddělí přebytečná výplň a nezreagovaný kov,
2. 2. Způsob podle bodu i, vyznačený tím, že těleso ze základního kovu se uloží svými nekopírujícími sekcemi mimo styk s výplní.
3. 3. Způsob podle bodu i, vyznačený tím, že těleso základního kovu se alespoň na části svých nekopírujících sekcí překryje bariérou inhibuj ící růst produktu oxidační reckce, např. pálenou sádrou nebo netečným materiálem.
4. 4, Způsob podle bodu i, vyznačený tím, že na kopírující sekci tělesa, základního kav^íse^ nanese vmčíší příměs/ zle skiP-iny 50 1 Λ —*1 J ' >7 O 5 C' sp3·

   cř o. o AA AAA&amp;A; AAA'· - 4 - zahrnující hořčík, zinek, křemík, germanium, cín, olovo, bor, sodík, lithium, vápník, fosfor, yttrium, lanthan, cer, praseodym, neodym a samarium podporující tvorbu produktu oxidační reakce.
5. 5. Způsob podle bodu 1, vyznačený tím, že do části výplně sousedící s kopírující sekcí tělesa ze základního kovu se přidá pevné a/nebo kapalné okysličovadlo.

   η u κ(-ν

   7° ζσχ\ / prrr^áh? ;?r; r b^aiH.:y^;::čfey^:A5> ^^>^4 / ·.·:: Ař. ··: < ř· vX(fe p/: . · .·.* í-·.^? <r ·.·.·.· <·?<';

   .:J-ft.\·· :: • · .’··»·*·» '•Λ' 7 .».· /·.*«.*·· \ . ’·,.‘.·, ·..'*' Ů:."'.V'^‘ j'<.-' ^:·,·τττΓί ,,’t. 7Z'·. '*’· *k·.’» ;*.*Vj *?’* ’·:"£. *'t> ",···' V >» «.* L_! 40 Obr. 5 44a /6 AQn 42 ) ; 44 45 SB

   44 b ΑΛ3Γ30 >·. 'Á231'/.\.,X pš.

   -J-¥. /) T/W-

   72 α

   ΛΛ3Γ30 V 72c 72d 71

   74 ^76 '68 -72α OU 8Β

   82α 84 88b | 8?b ?Θ 84 88α 88c 88c 88c 80^

   88α 88α II Obr. 9

   iii/w-lWn^rl’^ 1 *ht$ ·)' \ . ' ''í ' ·- t.r!*^..··- -, -: ·,··,.μ··' χ'/χ A'/^7: . 7'Ář / SJ

   90c^\ 4' 10’ ^2’ 92 Obr. 10 90d . :90a 90c. 4*

   90 a ‘ 90a 1t 92 ft&amp;r. 11