DD285336A5

DD285336A5 - Anordnung zur herstellung einer selbsttragenden keramischen verbundstruktur und verfahren zu ihrer verwendung

Info

Publication number: DD285336A5
Application number: DD88312215A
Authority: DD
Inventors: Marc St Newkirk; Harold D Lesher
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1987-01-14
Filing date: 1988-01-13
Publication date: 1990-12-12
Also published as: FI90058C; DE3873364D1; AU603174B2; TR24660A; NZ223093A; IE880041L; RU1809828C; DE3873364T2; PH26347A; EP0277902A1; NO880097D0; PT86541B; AU1002188A; JPS63201069A; BG60549B1; NO176793C; JP2546873B2; CN88100084A; IL85077A; IL85077A0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Herstellung einer selbsttragenden keramischen Verbundstruktur und ein Verfahren zu deren Verwendung. Die Anordnung umfaszt einen segmentierten Behaelter, in dem ein durchlaessiger Fuellstoff zurueckgehalten und ein Ausgangsmetallkoerper in Kontakt mit dem Fuellstoff gebracht wird. Der segmentierte Behaelter besteht aus Segmenten, die aus einer Hochtemperaturlegierung mit einem bedeutend groeszeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind. Die Segmente besitzen zwischen sich oder untereinander Dehnungsfugen. Das Verfahren umfaszt das Erwaermen zum Schmelzen und Oxidieren des Ausgangsmetalls zur Bildung eines polykristallinen Materials, das aus einem Oxidationsreaktionsprodukt besteht, welches durch die Fuellstoffmasse waechst, sie einbettet und so die Verbundstruktur bildet. Fig. 1{Keramik; Verbundstruktur; Fuellstoff; Matrix; Ausgangsmetall; Oxidationsmittel; Oxidationsreaktionsprodukt; Behaelter; Segmente; Ausdehnungskoeffizienten; Dehnungsfuge; Perforierung; Dotierungsmittel}

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Herstellung einer selbsttragenden keramischen Verbundstruktur, die aus einem Füllstoff und einer den Füllstoff einbettenden polykristallinen keramischen Matrix besteht, wobei die keramische Matrix aus einem Oxidationsret ktionsprodukt eines Ausgangsmetalls mit einem Oxidationsmittel und wahlweise einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer durch Oxidation eines Ausgangsmetalls gebildeten selbsttragenden keramischen Verbundstruktur.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Das Fachgebiet der vorliegenden US-Patentanmeldung steht in Beziehung zu den US-Patentanmeldungen Nr.819397, angemeldet am 17. Januar 1986, und Nr.697876, angemeldet am 4.Februar 1985, mit dem Titel »Gegenstände aus Verbundkeramik und Verfahren zu ihrer Herstellung". Die vorliegende US-Patentanmeldung legt ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Veraundmaterials durch Wachstum eines Oxidationsreaktionsproduktes aus einem Ausgangsmetall in eine durchlässige Füllstoffmasse offen.

Das Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Körpers durch Oxidation einer Ausgangsmetallvorstufe wird in der US-Patentanmeldung Nr.818943, angemeldet am 15.Januar 1986, Nr.705787, angemeldet am 26.Februar 1985, Nr. 591Γ92, angemeldet am 16. März 1984, mit dem Titel .Neuartige keramische Materialien und Verfahren zu ihrer Herstellung" offengelegt. Diese US-Patentanmeldung wendet ein Oxidationsphänomen an, das durch die Verwendung von einem oder mehreren im Ausgangsmetall legierten Dotierungsmitteln verstärkt werden kann, damit es selbsttragende keramische Körper gewünschter Größe hervorbringt, die als Oxidationsreaktionsprodukt des Vorläuferaüsgangsmetalls gewachsen sind.

Das vorstehende Verfahren wurde weiter durch die Verwendung von einem oder mehreren Dotierungsmitteln verbessert, die auf die Oberfläche des Vorläuferausgangsmetalls aufgetragen wurden, wie es in der US-Patentanmeldung Nr.822999, angemeldet am 27. Januar 1986, Nr.776965, angemeldet am 17. September 1985, Nr.747788, angemeldet am 25. Juni 1985, Nr.632636, angemeldet am 20. Juli 1984, mit dem Titel „Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden keramischen Materialien", offengelegt wird.

Eine weitere Entwicklung der vorstehenden Verfahren ermöglicht die Bildung von selbsttragenden keramischen Strukturen, die die Geometrie einer positiven Form Jes geformten Vorläuferausgangsmetalls negativ nachbilden, das in eine Anhäufung eines gleichförmigen Füllstoffs eingebettet ist, der unter genau angegebenen Bedingungen selbstbindend ist, wie es in der US-Patentanmeldung Nr.823542, angemeldet am 27.Januar 1986, mit dem Titel „Nachbildungsverfahren mit Negativform zur Herstellung von Keramikverbundgegenständen und auf diese Weise erhaltene Gegenstände" beschrieben wird.

Noch eine weitere Entwicklung des vorstehenden Verfahrens ermöglicht die Bildung von selbsttragenden keramischen Körpern, die ein das Positivmuster eines gegenüber einer Füllmasse eingebrachten Ausgangsmetallvorläufers umgekehrt abbildendes Negativmuster haben, wie es in der US-Patentanmeldung Nr.896157, angemeldet am 13. August 1986, unter dem Titel „Verfahren zur Herstellung von Keramikverbundgegenständan mit formnachgebildeten Oberflächen und auf diese Weise erhaltene Gegenstände" beschrieben wird.

Noch eine weitere Entwicklung der vorstehenden Verfahren umfaßt die Bildung des Keramikverbundkörpers innerhalb eines Behälters oder eines Konstruktionsteils eines Gehäuses, das aus einem Material (wie z.B. einer CrNiFe-Legierung besteht, mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als der Keramikverbundkörper, wodurch beim Kühlen des

polykristallinen Keramikkörpers und des Gehäuseteils das letztere auf den keramischen Verbundkörper aufgeschrumpft wird und auf diesen Druck ausübt. Dieses Verfahren wird in der US-Patentanmeldung Nr.908073, angemeldet am 16.,"eptember 1986, mit dem Titel „Keramische Verbundstrukturen, an sie selbst angepaßte Umhüllungsteile und Verfahren zu inrer Herstellung" offengeigt.

In den letzten Jahren ist das Interesse an der Verwendung von Keramik für konstruktive Anwendungen gestiegen, fü · die vorher Metalle dienten. Der Antrieb für dieses Interesse ist die Überlegenheit von Keramiken hinsichtlich bestimrntei Eigenschaften, wie z.B. Korrosionsbeständigkeit, Härte, Elastizitätsmodul und Hitzebeständigkeit, beim Vergleich mit Metallen gewesen. Die derzeitigen Bemühungen um die Erzeugung zuverlässigerer und zäherer keramischer Artikel höherer Festigkeit konzentrieren sich großenteils auf 1. die Entwicklung von verbesserten Verarbeitungsmethoden für monolithische Keramiken und 2. auf die Entwicklung von neuen Materialzusammensetzungen, bemerkenswerterweise von keramischen Matrixverbundmaterialien. Eine Verbundstruktur ist eine, die ein heterogenes Material, einen heterogenen Körper oder Gegenstand umfaßt, der aus zwei oder mehr verschiedenen Materialien hergestellt wurde, die eng miteinander verbunden sind, um die gewünschten Eigenschaften des Verbundmaterials zu erreichen. Zum Beispiel können zwei verschiedene Materialien durch Einbetten des einen in einer Matrix des anderen eng miteinander verbunden werden. Eine keramische Matrixverbundstruktur enthält im typischen Fall eine keramische Matrix, die eine oder mehr verschiedene Arten von Füllmaterialien, wie z. B. Teilchen, Faser, Stäbchen oder dergleichen, einschließt.

Die vorgenannten US-Patentanmeldungen beschreiben neue Verfahren, die einige der Probleme oder Beschränkungen traditioneller Keramiktechnologie zur Herstellung solcher Verbundmaterialien, wie z. B. durch Verdichten oder Sintern, lösen bzw. beseitigen.

Eine typische Anordnung, die in bestimmten Aspekten der in den vorhergehenden US-Patentanmeldungen beschriebenen Erfindungen genutzt werden kann, umfaßt das Positionieren eines Ausgangsmetallkörpers in Kontakt mit einer Masse oder einer Anhäufung von durchlässigem Füllmaterial, das innerhalb eines geeigneten Gefäßes oder Behälters angeordnet ist. Das Gefäß oder der Behälter muß den Reaktionsbedingungen widerstehen können und seine strukturelle Unversehrtheit behalten, und kann daher aus feuerfestem Material, wie z. B. einem CrNiFe-Metall, rostfreiem Stahl oder dergleichen hergestellt werden. Wenn jedoch der thermische Ausdehnungskoeffizient des Behälters wesentlich größer als der der Füllstoffanhäufung ist, dehnt sich der Behälter bei der Anfangserwärmung der Anordnung zum Schmelzen des Ausgangsmetalls schneller aus als die Füllstoffanhäufung. Das kann zur Bildung von unerwünschten Rissen, Porenräumen oder Unstetigkeitssiellen in der Füllstoffanhäufung führen, wenn der sich ausdehnende Behälter sich von ihr wegbewegt.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Herstellung zuverlässigerer und zäherer keramischer Verbundstrukturen von höherer Festigkeit und in der Vermeidung von unerwünschten Rissen, Poren oder anderen Unstetigkeiten in der Struktur auch bei größeren Unterschieden in den Ausdehnungskoeffizienten von Behälter und Füllstoff.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Herstellung einer selbsttragenden keramischen Verbundstruktur und ein Verfahren zu deren Verwendung zu entwickeln, die es gestatten, unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Behälter und Füllstoff auszugleichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Anordnung einen segmentierten Behälter enthält, dei wahlweise mit einem perforierten Ausfütterungsmittel, wie z. B. einem Metallschirm (z. B. einem Schirm aus rostfreiem Stahl) ausgekleidet und perforiert sein kann. Der segmentierte Behälter kann Abschnitte eines zylindrischen Schirms in Längsrichtung enthalten, innerhalb dessen eine durchlässige Füllstoff masse und ein Ausgangsmetallkörper in Kontakt mit der Füllstoffmasse positioniert sind. Zum Beispiel kann der Ausgangsmetallkörper in die Füllstoff masse eingebettet sein. Der segmentierte Behälter besteht aus einem oder mehr Segmenten mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer als der der Füllstoffmasse ist, wobei die Segmente so dimensioniert und angeordnet sind, daß zwischen ihnen eine oder mehr Dehnungsfugen festgelegt sind. Die Dehnungsfugen nehmen die thermische Ausdehnung der Segmente durch Umfangsausdehnung auf, wodurch sie die radiale Ausdehnung der Segmente verhindern und reduzieren so Volumenausdehnung des Behälters. Der segmentierto Behälter kann von einem beliebigen geeigneten Stützmittel getragen werden.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Segmente eines Körperbereich bilden, der gegenüberliegende Längskanten und mindestens einen Randansatz in Längsrichtung hat, der mit dem Körperbereich durch eine sich radial ausdehnende Schulter verbunden ist, und vom Körperbereich radial abgesetzt ist und sich von dort peripher über die Schulter hinaus erstreckt und in einer Längskante endet, die radial vom Körperbereich abgesetzt ist, wodurch er eine abgesetzte Längskante bildet. Dieser Aufbau dient dazu, einen peripheren Spielraum zwischen der Schulter und der abgesetzten Längskante zu ergeben. Die abgesetzte Längskante eines Behältersegmentes liegt neben einer Längskante eines benachbarten Segments, um so zumindest einen Teil der thermischen Ausdehnung der Segmente im peripheren Spielraum aufzunehmen. Während der segmentierte Behälter aus einem beliebigen geeigneten Werkstoff hergestellt werden kann, besteht in spezifischen Realisierungsvarianten der Erfindung der segmentierte Behälter vorteilhafterweise aus einem Metall, das aus der Gruppe der Hochtemperaturlegierungen auf Nickel- oder Eisenbasi:; ausgewählt wurde, z. B. aus der Gruppe, die aus rostfreiem Stahl, einer CrNiFe-Legierung, einer FeCrAI-Legierung, einer CrNiMo-Logierung und einer Incoloy-Legierung besteht. Die Aufgabe wird weiter dadurch gelöst, daß das Verfahren zur Herstellung eines keramischen Verbundkörpers im wesentlichen das Erwärmen des Ausgangsmetalls in der Gegenwart eines Oxidationsmittels bis in einen Reaktionstemperaturbereich zur Bildung von geschmolzenem Metall in erweitertem Oberflächenkontakt mit der Füllstoffmasse, und das Reagieren des geschmolzenen Ausgangsmetalls mit dem Oxydationsmittel im Reaktionstemperaturbereich zur Bildung eines Oxidationsreaktionsproduktes umfaßt. Der Reaktionstemparaturbereich liegt oberhalb des Schmelzpunktes des

Ausgangsmetalls und unterhalb der des Produktes. Das sich ergebende Produkt ist in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall und dem Oxidationsmittol und erstreckt sich zwischen ihnen, und die Temperatur wird aufrechterhalten, um dao Ausgangsmetall geschmolzen zu halten und zieht fortlaufend geschmolzenes Ausgangsmetall durch das Oxidationsreaktionsprodukt zum Oxidationsmittel hin und in die Füllstoffmasse hinein, so daß das Oxidationsreaktionsprodukt sich immer weiter innerhalb der Füllstoffmasse an der Grenzfläche zwischen dem Oxidationsmittel und vorher gebildeten Oxidationsreaktionsprodukt bildet. Die Reaktion setzt sich eine Zeitlang fort, die zum Infiltrieren der Füllstoffmasse ausreicht und produziert die keramische Verbundstruktur, die das Oxidationsreaktionsprodukt umfaßt. Die Verbesserung des Verfahrens umfaßt das Anordnen der Füllstoffmasse in einem wie oben definierten segmentierten Behälter.

Die folgenden Ausdrücke haben, wie sie hier und in den Ansprüchen verwendet werden, die angegebenen Bedeutungen. „Keramisch" soll nicht unangebrachterweiso so ausgelegt werden, daß es auf einen keramischen Körper im klassischen Sinn beschränkt ist, d.h. in dem Sinn, daß er vollständig aus nichtmetallischen und anorganischen Werkstoffen besteht, es bezieht sich vielmehr auf einen Körper, der vorwiegend keramisch ist im Hinblick entweder auf die Zusammensetzung oder die vorherrschenden Eigenschaften, obwohl der Körper kleinere oder beträchtliche Mengen von einem oder mehr metallischen vom Ausgangsmetall abgeleiteten oder aus dem Oxidationsmittel oder einem Dotierungsmittel reduzierten Bestandteilen enthalten kann, im typischsten Fall innerhalb eines Bereichs von etwa 1 bis 40VoI.-%, kann aber noch mehr Metall enthalten. „Oxidationsreaktionsprodukt" bedeutet im allgemeinen ein oder mehr Metalle in einem oxidierten Zustand, in dem ein Metall Elektronen an ein anderes Element, eine Verbindung oder eine Kombination beider abgegeben hat oder sie mit ihnen teilt. Demgemäß schließt ein „Oxidationsreaktionsprodukt" nach dieser Definition das Produkt der Reaktion von einem oder mehr Metallen mit einem Oxidationsmittel wie denen in dieser Anmeldung beschriebenen, ein.

„Oxidationsmittel" bedeutet einen oder mehr geeignete Elektronenak eptcren oder Stoffe mit gemeinsamen Glektionen und kann ein Festkörper, eine Flüssigkeit oder ein Gas (Dampf) oder eine Kombination daraus, z. B. ein Festkörper und ein Gas, bei den Verfahrensbedingungen sein.

„Ausgangsmetair bezieht sich auf das Motall, z. B. Aluminium, df s die Vorstufe für das polykristalline Oxidationsreaktionsprodukt ist und schließt dieses Metall als ein relativ reines Metall, als ein handelsübliches Metall mit Verunreinigungen und/oder legierenden Bestandteilen oder als eine Legierung ein, in der die Metallvorstufe der Hauptbestandteil ist; und wenn ein bestimmtes Metall als Ausgangsmetall, z.B. Aluminium, erwähnt wird, soll man das angegebene Metall mit dieser Definition im Gedächtnis lesen, wenn nichts anderes durch den Kontext angegeben wird.

Auäführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigt

Fig. 1: einen schematischen, teilweise quergeschnittenen Aufriß einer Anordnung in Übereinstimmung mit einer

Realisierungsvariante der vorliegenden Erfindung, einschließlich eines segmentierten Behälters; Fig. 1 A: eine im Maßstab vergrößerte Ansicht eines Teils der Anordnung von Fig. 1, die in der mit einer Strichlinie abgegrenzten FlächeAvonFig. 1 liegt;

Fig. 1 B: eine im Maßstab vergrößerte Ansicht eines Schnittes entlang der Geraden B-B von Fig. 1; Fig. 1C: eine im Maßstab verkleinerte perspektivische Ansicht eines Segmentes des segmentienen Behälters, der in Fig. 1-1 B gezeigt wird;

Fig. 2: ein im Maßstab leicht verkleinerter Grundriß der Anordnung von Fig. 1; Fig. 3: einen teilweise geschnittenen Aufriß einer selbsttragenden keramischen Verbundstruktur, die unter Verwendung der

Anordnung von Fig. 1 hergestellt wurde; Fig. 4: eine schematische Draufsicht auf eine der Dehnungsfugen des segmentierten Behälters der Anordnung von Fig. 1-2, die ihre thermisch ausgedehnte Anordnung in Strichlinien zeigt, und

Fig. 5: eine Fig. 4 entsprechende Ansicht, die eine andere Realisierungsvariante einer Dehnungsfuge zeigt; Fig. 6: eine perspektivische Aufrißansicht, die eine andere Realisierungsvariante eines segmentierten Behälters gemäß der

vorliegenden Erfindung zeigt, und Fig. 7: ist eine Draufsicht des segmentierten Behälters von Fig. 5, der mit einem Schirm aus rostfreiem Stahl ausgestattet ist, der ein den segmentierten Behälter auskleidendes poröses Ausfütterungsmittel abgibt, wobei Fig.7 die thermisch ausgedehnte Anordnung des segmentierten Containers mit Strichlinien zeigt.

Wenn man sich auf die Zeichnungen bezieht, so zeigt Fig. 1 eine Anordnung 10, die einen segmentierten Behälter 12 enthält, der im wesentlichen von zylindrischer Form ist und aus drei Segmenten 12 a, 12 b und 12c besteht, wie am besten in Fig. 1B zu sehen ist. Jedes der Segmente 12a, 12b und 12c endet in einem Paar gegenüberliegender Längskanten 16a, 16a', 16b, 16b'und 16c, 16c'. Der segmentierte Behälter 12 hat einen perforierten Aufbau, wobei jedes der Segmente 12a, 12b und 12c darin ein regelmäßiges Lochr uster 14 bildet. Die einzelnen Segmente 12 a, 12 b, 12c sind relativ zueinander so angeordnet, daß sie ein im wesentlichen zylindrisches inneres Volumen des segmentierten Behälters 12 festlegen, innerhalb dessen eine Anhäufung oder Masse 18 von durchlässigem Füllstoff angeordnet ist.

Wie am besten in Fig. 1B und 2 zu erkennen ist, sind die Segmente 12a, 12b und 12c des segmentierten Behälters 12 in einer gestaffelten oder „Stiftrad"-Anordnung positioniert, wie in Fig. 1 B illustriert, mit den aufeinanderfolgenden Längskanten 16a, 16a', 16b, 16b', 16c und 16c' radial in bezug zur benachbarten Längskante versetzt angeordnet in einer radial abwechselnden Einwärts- und Auswärtsreihe, so daß zwischen benachbarten Längskanten Dehnungsfugen gebildet werden, wie z. B. die Kanten 16c und 16a. Das heißt, die benachbarten Längskanten sind zueinander radial versetzt. Mit Bezug auf die Zeichnungen und wie hier und in den Ansprüchen verwendet, bezieht sich die Verwendung von „radial" oder ähnliches im Hinblick auf eine Richtung, Dimension oder ähnliches auf eine Richtung, die sich quer zum Umfang des segmontierten Behälters erstreckt, z. B. bezieht es sich mit Hinweis auf Fig. 1B auf eine Richtung oder Abmessung des Radius des Kreises entlang, der durch die Ausrichtung der Segmente 12 a, 12 b und 12c angenähert wird. Andererseits bezieht sich die Verwendung von „peripher" oder „Umfangs-" oder

dergleichen auf eine Richtung oder Abmessung entlang des Umfangs des segmentierten Behälters. Zum Beispiel ist, mit Bezugnahme auf Fig. 1B, eine periphere Richtung oder Abmessung eine entlang des Kreises, der durch die Kanten des oberen Randes der Segmente 12a, 12b und 12c angenähert wird.

In den erläuterten Realisierungsvarianten sind die segmentierten Behälter im allgemeinen kreisförmiger zylindrischer Form, und es sind drei Segmente vorgesehen, wobei jedes sich über einen Kreisbogen von 120° erstreckt. Offensichtlich kann eine größere oder kleinere Zahl von Segmenten verwendet werden. Fig. 1C ist eine perspektivische Ansicht von Segment 12b allein, die die Längskanten 16b und 16b' zeigt, die sich zwischen der oberen Umfangskante 19b und der unteren Umfangskante 21 b erstrecken.

Die die entsprechenden illustrierten Segmente bestimmenden Längskanten sind gerade Kanten, die sich parallel zur I ängsachse des segmentierten Behälters erstrecken. Es wird jedoch geschätzt werden, daß andere Ausführungsformen der Längskanten, wie z. B. spiralige oder andere gekrümmte Kanten, verwendet werden können, die sich zwischen den oberen und unteren Umfangskanten des Behälters erstrecken. Außerdem braucht der segmentiert Behälter keine konstante Querschnittsgröße zu haben, kann im wesentlichen einen Kegel, eine Kugel, Halbkugel oder eine andere gewünschte Form erkennen lassen. Weiterhin braucht der segmentiert Behälter nicht von kreisförmig zylindrischem Aufbau zu sein, sondern könnte ein Zylinder von ovalem oder polygonalem Querschnitt sein. Zum Beispiel könnten die Seiten eines Zylinders von quadratischem oder rechteckigem Querschnitt aus flachen Segmenten mit Dehnungsfugen zwischen ihnen bestehen, Verbindungsmittel (nicht gezeigt) können dazu eingesetzt werden, die Behältersegmente in ihrer Lage zu fixieren. Zum Beispiel kann aus organischem Polymermaterial hergestelltes Laschenmaterial, das bei Erwärmung verbrennt oder verdampft, zum zeitweiligen Fixieren der Segmente ihrer Lage eingesetzt werden, während der segmentierte Beh Jlter gefüllt wird, und die Stützmittel, die aus dem zylindrischen Behälter 32 und den Bruchstücken 36 bestehen, werden um ihn herum angeordnet. Es kann jedes beliebige andere Mittel dazu eingesetzt werden, die Segmente in der richtigen Anordnung zu halten, wie z. B. Unterlegscheiben, Abstandsstücke oder Befestigungsklammern, vorausgesetzt, daß solche Mittel nicht die gewünschte Richtung der seitlichen Ausdehnung der einzelnen Segmente des segmentierten Behälters stören. Die Kanten der Segmente, d. h. die Rand- und zurückgesetzten Kanten, zwischen denen die Dehnungsfugen der erläuterten Realisierungsvarianten gebildet werden, erstrecken sich im allgemeinen in der Längsrichtung des segmentierten Behälters von seiner Oberseite bis zur Unterseite.

Ein Ausgangsmetallkörper 20 ist im wesentlichen von zylindrischer Form und kreisförmigem Querschnitt und hat ein Paar darin gebildüiar schreibenförmiger Vorsprünge 22,24. Ein Speicherkörper 26 aus identischem Ausgangsmetall ist obenauf angeordnet und grenzt an Ausgangsmetallkörper 20. Der Speicherkörper 26 kann innerhalb einer Anhäufung 28 aus teilchenförmigem Isolationsmaterial liegen, das das Wachstum von polykristallinem Oxidationsreaktionsprodukt durch es hindurch unter Verfahrensbedingungen nicht bereitwillig fördert, wie z. B. eine Anhäufung von Tonerdeteilchen, mit einer Aluminiumlegierung als Ausgangsmetall (10% Si, 3% Mg) in Luft bei 125O⁰C. Die Teilchen können irgendeine geeignete Korngröße haben, wie z. B. Körnung 90. Innerhalb des segmentierten Behälters 12 erstreckt sich so die Anhäufung 18 des durchlässigen Füllstoffs von der unteren Umfangskante 21 des Behälters 12 bis etwa zur Höhe, die durch die Ebene X-X in Fig. 1 festgelegt wird, und die Anhäufung 28 des Isolationsmaterials erstreckt sich von oberhalb der Ebene X-X bis zur oberen Umfangskante 19 des Behälters 12. Wahlweise kann eine stoffliche Barriere, wie z.B. eine Platte aus rostfreiem Stahl, zur Trennung der Anhäufung 18 von Füllstoff von der Anhäufung 28 des Isoliermaterials auf der Höhe X-X angeordnet werden. Bei Verwendung einer solchen Sperre hätte sie ein Loch, um den Durchgang von geschmolzenem Ausgangsmetall vom Speicherkörper 26 zum Ausgangsmetallkörper 20 zu ermöglichen.

Ein Stützmittel ist allgemein mit 30 (Fig. 1,1B und 2) angegeben und schließt einen zylindrischen Behälter 32 ein, das eine geschlossene Bodenwandung 32 a (Fig. 1) und eine Reihe von Löchern 34 hat, die in seiner vertikalen Seitenwand gebildet sind. Der zylindrische Behälter 32 kann, wenn gewünscht, aus einem Material, wie z. B. einem keramischen Material, hergestellt werden, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, der identisch mit dem der Anhäufung 18 des Füllstoffes ist, oder sich wenig von ihm unterscheidet. Der zylindrische Behälter 32 hat einen größeren Durchmesser als der segmentierte Behälter 12, und der sich ergebende ringförmige Raum zwischen dem äußeren Umfang des segmentierten Behälters 12 und dem inneren Umfang des zylindrischen Behälters 32 wird mit den großen Bruchstücken 36 von zerkleinertom keramischem Material gefüllt. Im Idealfall bestehen die Bruchstücke 36 aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der identisch mit dem des zylindrischen Behälters 32 und der Anhäufung 18 des Füllstoffs ist oder sich wenig von ihm unterscheidet. Die Bruchstücke 36 von zerkleinertem keramischem Material sind groß und unregelmäßig geformt, so daß reichlich Zwischenraum zwischen ihnen vorhanden ist. Auf diese Weise hat ein dampfförmiges Oxidationsmittel, wie z. B. Luft, leichten Zugang durch die Löcher 34, die Zwischenräume zwischen den Bruchstücken 36 und das Lochmuster 14 des segmentierten Behälters 12 und von dort durch die durchlässige Anhäufung 18 des Füllstoffes.

Ein Ausfütterungsmittel, das in der erläuterten Realisierungnvariante ein offenes Maschensieb 38 aus rostfreiem Stahl einschließt (am besten zu sehen in Fig. 1A und 1 B), kleidet das Innere des segmentierten Behälters 12 aus und dient zur Verhinderung des Fallens der kleinen Teilchen der Anhäufung 18 des Füllstoffes durch das Lochmuster 14 im segmentierten Behälter 12. In einer typischen Realisierungsvariante bestehen der Ausgangsmetallkörper 20 und der Speicherkörper 26 jeweils aus Aluminiumausgangsmetall, und die durchlässige Füllstoffanhäufung besteht aus irgendeinem geeigneten Füllmaterial, wie z.B. den hier an anderer Stelle beschriebenen.

Der segmentierte Behälter 12 kann aus einer Hochtemperaturlegieiung auf Nickol- oder Eisenbasis, ?. B. einer CrNiFe-Legierung, einam CrNiMoFe-Werkstoff oder Indoloy, oder einem rostfreien Stahl oder irgendeinem anderen geeigneten Metall oder Legierung bestehen. Im typischen Fall haben solche Legierungen thermische Ausdehnungskoeffizienten, die größer als der des Füllstoffs der Anhäufung 18 oder des polykristallinen keramischen Materials sind, das durch Oxidation des geschmolzenen Ausgangsmetalls gebildet wurde. Die Anordnung, wie in Fig. 1 illustriert, kann in einen Ofen gebracht werden, der eine Verbindung zur Atmosphäre hat, so daß die Luft in ihm zirkuliert und als dampfförmiges Oxidationsmittel dient. Die Anordnung wird auf eine Temperatur innerhalb des gewünschten Temperaturbereiches oberhalb des Schmelzpunktes, beispielsweise des Aluminiumausgangsmetalls, aber unterhalb des Schmelzpunktes seines Oxidationsreaktionsproduktes mit dem Sauerstoff der Luft erwärmt. Bei Erwärmung auf solche hohen Temperaturen dehnen sich die Segmente 12a, 12b und 12c des segmentierten Behälters 12 auf ein wesentlich größeres Maß aus als die Anhäufung 18

Bei Erwärmung der Anordnung wird ein großer Teil der thermischen Ausdehnung der Segmente 12a, 12b und 12c von der

Umfangsausdehnung (angegeben durch Strichlinien in Fig.4) der einzelnen Segmente 12a, 12b und 12c aufgenommen, wie in Fig.4 gezeigt. Die Segmente des segmentierten Behälters werden daher in Fig.4 (wie in Fig.5 und 7) in ihrem Umgebungstemperaturzustand durch eine durchgehende Linie wiedergegeben und werden in Strichlinien in ihrem thermischen ausgedehnten Zustand gezeigt, der nach dem Erwärmen der Anordnung auf die Betriebstemperatur des Verfahrens erreicht wird. Die durch Strichlinien in Fig. 4,5 und 7 angegebene Größe der thermischen Ausdehnung ist nicht nach einem bestimmten Maßstab gezeichnet und ist im Interesse der Klarheit der Illustration etwas übertrieben. Was Fig.4 betrifft, so wird es geschätzt werden, daß die erläuterte Anordnung die Aufnahme der thermischen Ausdehnung der Segmente durch die Umfangsausdehnung auf die durch Strichlinien angegebene räumliche Anordnung ermöglicht, wodurch die radiale Ausdehnung der Segmente verhindert und damit die Volumenausdehnung des Behälters 12 redu :iert wird. Das Vorsehen des Behälters in Form eines segmentierten Behälters m>t Dehnungsfugen zwischen den Segmenten reduziert also die Volumenausdehnung des Behälters bei der thermischen Ausdehn'ing der einzelnen Segmente. Wenn dagegen der segmentierte Behälter 12 in Form eines einfachen unsegmentierten zylindrischen Siebes vorgesehen werden würde, so würde die vom Behälter erlittene thermische Ausdehnung bei Erwärmung auf die im Verfahren verwendeten erhöhten Temperaturen zu einer Volumenvergrößerung des Behälters führen, da er sich bei Erwärmung radial nach außen ausdehnt. Durch die Segmentierung des Behälters und das Vorsehen von Dehnungsfugen zwischen den Segmenten, wie z.B. in Fig. 1B und 4 illustriert, wird die volumetrische Ausdehnung des Behälters 12 verringert, und folglich wird die Bildung von Poren, Rissen und anderen Unstetigkeitsstellen in der Anhäufung 18 bei Erwärmung reduziert oder im wesentlichen beseitigt. Fig. 5 zeigt eine andere Realisierungsvariante der Dehnungsfuge, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung nutzbar ist, bei der die Segmente 23c und 25b nebeneinander liegen, aber einen bedeutend größeren Abstand voneinander haben, als die entsprechenden Längskanten 16c' und 16b der Realisierungsvariante von Fig.4. Ein Verlängerungsstück 17, das sich in Längsrichtung zusammen mit den Segmenten 23c und 23b ausdehnt, ist an Segment 23c angeschweißt oder auf andere Weise befestigt und dehnt sich seitlich über seine Längskante 25c' hin aus, die in annähernder Umfangsausrichtung an der Längskante abschließt. Das Verlängerungsstück 17 dient dazu, die ziemlich lange Umfangsfuga zwischen den Längskanten 25c' und 25 b abzudecken, und hilft so beim Abstützen eines Schirms oder anderen Ausfütterungsmittels, das wahlweise eingesetzt werden kann, und/oder hilft beim Zurückhalten der Füllstoffteilchen im segmentierten Behälter 23. Bei der thermischen Ausdehnung der Segmente des segmentierten Behälters 23 dehnen sich die Segmente und das damit verbundene Verlängerungsstück 17 von ihrem Umgebungstemperaturzustand, der in durchgehenden Linien gezeigt ist, auf ihre thermisch ausgedehnte räumliche Anordnung aus, dia durch Strichlinien in Fig. 5 angezeigt wird.

Ce Anordnung von Fig. 1 wird auf einer geeigneten Reaktionstemperatur für eine Zeitdauer gehalten, die zur Oxidation des geschmolzenen Ausgangsmetalls zur Bildung des Oxidationsreaktionsproiluktes ausreicht, das den Füllstoff 18 durchdringt und einbettet und so das gewünschte keramische Verbundmaterial bildet. Wenn sich das Ausgangsmetall des Ausgangsmetallkörpers 20 verbraucht, wird es durch Ausgangsmetall aus dem Speicherkörper 26 ergänzt, und die Reaktion setzt sich für die gewünschte Zeitdauer fort, gewöhnlich bi; as wachsende polykristalline keramische Material die Barriere berührt, die von dem aus dem Schirm 38 bestehenden Au itterungsmittol bereitgestellt wird, der den segmentierten Behälter 12 auskleidet. An diesem Punkt wird die Temperatur reduzk, t, und man läßt die Anordnung abkühlen. Der segmentierte Behälter 12 wird aus dem Stützmittel 30 entfernt, und der keramische Verbundkörper 40 (Fig. 3) wird davon abgetrennt. Den keramischen Verbundkörper 40 kann man durch Schneiden entlang der Ebene X-X (Fig. 1) oder entlang einer Ebene etwas unterhalb der Ebene X-X erhalten, um für einen im wesentlichen zylindrischen keramischen Verbundkörper 40 mit einem Inneren zu sorgen, das die Form des Ausgangsmetallkörpers 20 umgekehrt nachbildet. Daher hat der Keramikkörper 40 eine zentrale Höhlung 20', einschließlich der vergrößerten Kammern 22' und 24', die mit wiedererstarrtem Ausgangsmetall gefüllt sein kann, wenn eine ausreichende Auffüllung an Ausgangsmetall erfolgt ist, um diese Volumina mit geschmolzenem Ausgangsmetall bis zum Abschluß der Reaktion gefüllt zu halten. Falls gewünscht, kann das erstarrte Ausgpngsmetall, sagen wir erstarrtes Aluminium, aus dem keramischen Verbundkörper 40 durch Bohren und chemisches Ätzen entfernt werden, um einen keramischen Verbundkörper 40 zu ergeben, der ein hohles Bohrloch entsprechend der sich dort hindurch erstreckenden Höhlung 20' hat und der die vergrößerten hohlen Kammern 22' und 24' einschließt.

Was nun Fig. 6 und 7 betrifft, so ist dort eine andere Realisierungsvariante der Erfindung dargestellt, bei der ein segmentierter Bnhälter 42 aus drei Segmenten 42 a, 42 b und 42c besteht, von denen jedes entsprechend gegenüberliegende Längskanten 44 a, 44a', 44 b, 44b' und 44 c, 44c' hat. Die jeweiligen oberen Randkanten 45a, 45 b und 45c und die jeweiligen unteren Randkanten 47 a und 47 c werden in Fig. 6 gezeigt. (Die untere Randkante von Segment 42 b ist in Fig. 6 nicht sichtbar). In Fig.6 wird gezeigt, daß Segment 42 a durch eine Vielzahl von Löchern 49 perforiert ist, die über die ganze Oberfläche von Segment 42 a mit Abstand angeordnet sind, obwohl aus Gründen der Ökonomie der Darstellung nicht alle gezeigt werden. Es wird gezeigt, daß die Segmente 42b und 42c zum Zweck der Erläuterung einen nichtperforiarten Aufbau haben. Man wird es. schätzen, daß üblicherweise alle Segmente eines Behälters entweder perforiert oder von nichtperforiertem Aufbau sind und so entweder einon voll perforierten oder einen unperforierten Behälter liefern.

Ein Ausfütterungsmittel 46 besteht aus einem Sieb aus rostfreiem Stahl mit offenem Siebgewebe und bildet eine Auskleidung für das Innere des segmentierten Behälters 42. (Das Ausfütterungsmittel 46 ist im Interesse einer klaren Darstellung in Fig. 6 woggelassen worden). Bei dieser Realisierungsvariante hat jedes der Segmente 42a, 42 b und 42c einen mit ihm verbundenen Randansatz 48a, 48 b bzw. 48c, der sich radial nach außen zu von den zugehörigen Körperanteilen 50a, 50b, 50c aus erstreckt, die in einer zylindrischen Ebene liegen und (in der erläuterten Realisierungsvariante) von einer bogenförmigen räumlichen Anordnung sind. Die Schultern 52a, 52 b und 52c werden am Verbindungspunkt der Randansätze 48a, 48b und 48c mit den zugehörigen Körpt ranteilen 50a, 50b und 50c gebildet und erstrecken sich radialwärts dazwischen. Die Randansätze enden in den jeweiligen zugehörigen Längskanten 44a, 44b und 44c, und die jeweiligen benachbarten Längskanten 44a', 44b' und 44c' sind radial nach innen von ihren zugehörigen Längskanten 44a, 44b und 44c aus angeordnet. Bei der in Fig.6 und 7 erläuterten Realisierungsvariante sieht man, daß der resultierende Fugenaufbau dem von Fig. 5 ähnlich ist, außer daß statt eines quer über jede Dehnungsfuge geschweißten Verlängerungsstückes 17 die Randansätze 48 integral mit dem Körperanteil der einzelnen Segmente durch Stanzen geformt werden.

Bei dem erläuterten Aufbau werden Umfangsspielräume zwischen nebeneinanderliegenden Segmenten vorgesehen. Zum Beispiel wird ein typischer Umfangsspielraum zwischen der Schulter 52c und der Längskante 44 b gebildet, und solche

Umfangsspielräume nehmen die periphere thermische Expansion der Segmente 42a, 42b und 42c auf, wie durch die in Fig.7 gezeigten Strichlinien angegeben, wodurch die volumetrische Ausdehnung des segmentierten Behälters 42 verhindert oder im wesentlichen beseitigt wird

Das folgende Beispiel illustriert eine Realisierungsvariante der praktischen Ausführung der Erfindung.

Beispiel Anordnung

Es wurde eine Anordnung, ähnlich der in Fig. 1 erläuterten, vorgesehen, bei der der segmentierte Behälter (entsprechend 12 in Fig. 1)aus dem perforierten Stahlzylinder der Nennweite 22 aus rostfreiem Stahl bestand, der parallel zur Länrjsmittelachse des Zylinders in drei gleich große Segmente geschnitten war, von denen jedes aus einem bogenförmigen Körper bestand, der sich über 120° eines Kreisbogens erstreckte. Das Blech aus rostfreiem Stahl hatte ein regelmäßiges Muster von Löchern, deren Durchmesser 1,58mm betrug und die mit 2,38mm Mittenabstand angeordnet sind. Ebenfalls aus rostfreiem Stahl hergestellte Winkelverstärkungsstreben wurden auf die Außenflächen der Segmente geschweißt, die sich in Längsrichtung der Segmente erstrecken. Die Segmente waren in einer „StiftracT-Anordnung, wie sie z. B. in Fig. 1B und 2 der Zeichnungen illustriert wird, angeordnet, um Dehnungsfuge zwischen jedem der drei Segmente zu erhalten. Die Winkelstreben wurden abseits der Längskanten angeordnet, die die Dehnungsfugen festlegen, um die thermische Umfangsausdehnung der Segmente nicht zu stören. Der segmentierte Behälter hat einen Innendurchmesser von 190,5mm.

Ein zylindrischer Ausgangsmetallkörper wurde im segmentierten Behälter koaxial zu seiner Längsmittelachse aufgestellt und in ihm in eine Füllstoffanhäufung (entsprechend 18 von Fig. 1) eingebettet, die aus Aluminiumoxyd der Korngröße 90 bestand und mit einem Siliziumdotierungsmittel wie unten beschrieben ausgestattet wurde. Ein Ausgangsmetallspeicher (entsprechend 26 von Fig. 1) wurde oben auf und in Kontakt mit dem Ausgangsmetallkörper gelagert und wurde in eine Anhäufung (entsprechend 28 von Fig. 1) von unbehandeltem Aluminiumoxyd der Korngröße 90 eingebettet. D. h., die Anhäufung von teilchenförmigem Aluminiumoxyd, die den Speicherkörper einbettete, wurde nicht mit einem Dotierungsmittel behandelt. Jeder der Ausgangsmetallkörper bestand aus einer 10Ma.-% Silizium und 3Ma.-% Magnesium enthaltenden Aluminiumlegierung, wobei die Zusätze als innere Dotierur.gsmittel dienen. Die segmentierte Behälteranordnung und ihr Inhalt wurden in einem Stützaufbau von dem in Fig. 1 erläuterten Typ gelagert, der aus einem äußeren zylindrischen Behälter (entsprechend 32 in Fig. 1) besteht, der in einer willkürlichen Anordnung in dieses gebohrte Luftlöcher (entsprechend 34 von Fig. 1) mit 19,1 mm Durchmesser hat. Der zylindrische Stützbehälter war ein Keramikkörper mit 317,5mm Innendurchmesser, der aus einem in Tonerde gießbaren feuerfesten Material geformt wurde. Der ringförmige Raum zwischen dem zylindrischen segmentierten Behälter und dem äußeren zylindrischen Stützbeiiälter wurde mit großen Bruchstrücken (entsprechend 36 von Fig. 1) aus unregelmäßig geformtem frisch gegossenem keramischem Material, das mit dem identisch ist, aus dem der zylindrische Stützbehälter hergestellt wurde.

Ein Ausfütterungsmittel (entsprechend 38 von Fig. 1 und 1 B) wurde durch Auskleiden des Inneren des segmentierten Behälter« mit einem Sieb aus rostfreiem Stahl mit der Maschenweite 26 bereitgestellt.

Dotieren des Füllstoffs

97 Masseteile der Aluminiumoxyd-Teilchen, Korngröße 90, wurden mit 3 Masseteilen eines handelsüblichen trockenen Sandes gemischt, der aus 88 Ma.-% Teilchen mit Siebmaschennummer 100 oder feiner bestand. Die Teilchenmischung wl rde in einer Kugelmühle 24 Stunden lang beigemischt und dann an Luft auf eine Temperatur von 1250°C bis 1425⁰C 24 Stunden lang erwärmt. Der Sand (Quarzsand) wurde glasig und verband sich mit den Tonerdeteilchen. Das resultierende zusammengebackene Material wurde dann gemahlon und ergab ein feines teilchenförmiges Material und wurde als Hauptbestandteil des durchlässigen Füllstoffs eingesetzt.

Bildung des keramischen Verbundmaterials

Die oben beschriebene Anordnung wird in einen Ofen gesetzt, der zum Erzielen eines darin zirkulierenden L iftmilieus belüftet ist, und wird von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur von 125O⁰C über einen 10-Stunden-Zeitabstand erwärmt, und dann 225 Stunden 'eng auf 125O⁰C gehalten, dann über einen Zeitabschnitt von 30 Stunden auf Umgebungstemperatur abkühlen lassen.

Ein keramischer Verbundkörper, der aus einem polykristallinen Oxidationsreaktionspr.odukt der geschmolzenen Aluminiumlegierung und dom Luftspuerstoff besteht, wurde gebildet, wobei er den dotierten Füllstoff einbettete. Der resultierende keramische Verbundkörper wurde aus der Anordnung gewonnen, wobei das Innere des keramischen Verbundkörpers mit dem Rest des unverbrauchten, wiedererstarrten Aluminiumausgangsmetalls in dor Form des ursprünglichen Ausgangsmetallausgangskörpers gefüllt war. Der segmentierte Behälter wird leicht dadurch entfernt, daß man ihn von der Oberfläche des Verbundkörpers abbricht, was auf die· beträchtliche Oxidation und die geringe Festigkeit des Behälters nacl· dom Prozeß zurückzuführen ist.

Das Verfahren der Erfindung kann bei Anordnungen ausgeführt warden, die ein oder mehrere der hier beschriebenen Merkmale haben. Die Anordnungen können mit irgendeiner geeigneten Kombination von Ausgangsmetall, Oxidationsmittel und wahlweise einem oder mehreren geeigneten Dotierungsmaterialien, die in Verbindung mit dem Ausgangsmetall verwendet werden, hergestellt sowie das Verfahren durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Ausgangsmetall aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Aluminium, Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium besteht. Das Ausgansmotall ist vorzugsw ;ise ein Aluminiumausgangsmetall, und es wird ein dampfförmiges Oxidationsmittel verwendet, das aus einem sauerstofflaltigen Gas besteht. In einer Realisierungsvariante besteht zum Beispiel das Oxidationsmittel aus Luft, das Oxidationsrsaktionsprodukt besteht aus Tonerde, und der Temperaturbereich reicht von etwa 85O⁰C bis 1450⁰C. Wenn ein feuerfesteres Ausgangsmetall verwendet wird, kann es erforderlich werden, daß das für den Behälter gewählte Metall auch feuerfester ist

Das polykristal'ine Oxidationsreaktionsprodukt enthält untereinander verbundene Kristallite, die üblicherweise in drei Dimensionen untereinander verbunden sind. Außerdem ist e^:ne metallische Komponente und/oder Porosität über den keramischen Kötoer verteilt oder zerstreut, die miteinander verbunden sein können oder nicht, je nach Prozeßbedingungen, Ausgangsmetall, .'Dotierungsmittel usw.

Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung wird der Prozeß fortgesetzt, bis das durch die Oxidation des Ausgangsmetalls gebildete polykristalline Oxidationsreaktionsprodukt das Füllmaterial bis zum gewünschten Umfang infiltriert und eingebettet hat, was durch das Wachsen des polykristallinen Materials bis zur Berührung mit der inneren Oberfläche des segmentierten Behälters oder des ihn auskleidenden Ausfütterungsmittels reguliert werden kann. Der S3gmentierte Behälter oder das Ausfütterungsmittel dienen als Sperre für das weitere Wachstum des polykristallinen keramischen Materials und können daher als Barriere oder Hemmvorrichtung verwendet werden, um die Geometrie der äußeren Oberfläche des keramischen Verbundmaterials festzulegen.

Das Ausgangsmetall kann wahlweise auch so angeordnet werden, daß es einen Ausgangsmetallspeicher ergibt, der eine Quelle von Ausgangsmetall in Kontakt mit dem Körper oder F'illstoiM nasse in Übereinstimmung mit den bekannten Verfahren nachfüllt. Der Speichervorrat an Ausgangsmetall fließt durch Schwerkraftströmungsverbindung und ersetzt Ausgangsmetall, das beim Oxidationsreaktionsprozeß verbraucht worden ist, wodurch (lesichert wird, daß genügend Ausgangsmetall zur Fortsetzung des Prozesses zur Verfugung steht, bis die gewünschte Menge an polykristallinem Material durch die Oxidationsreaktion gebildet ist.

In bestimmten Realisierungsvarianten der Erfindung ist die durchlässige Fülistoffmasse an ein geformtes Ausgangsmetall angepaßt, das im Formschluß mit dem Füllstoff eingebracht wird, so daß die resultierende keramische Verbundstruktur in ihrem Innern ein Negativmuster oder eine od jr mehrere Höhlungen gebildet hat, die die Form oder Geometrie des Ausgangsmetallkörpers umgekehrt nachbilden. Der geformte Ausgangsmetallkörper kann z. B. vollständig in die durchlässige Füllstoffmasse eingebettet werden, in welchem Fall ein Hohlraum durch Migration des geschmolzenen Ausgangsmetulis gebildet wird, wenn das geschmolzene Ausgangsmetall oxidiert wird und das sich ergebende Oxidationsreaktionsprodukt die umgebende durchlässige Füllstoffanhäufung infiltriert. Die resultierende Höhlung bildet die Geometrie des anfangs in den Füllstoff eingebetteten geformten Ausgangsmetallkörpers oder der Form umgekehrt nach. Weil sich in einem solchen Fall ein Druckunterschied über der sich entwickelnden Schale aus Oxidationsreaktionsprodukt innerhalb des Füllstoffs aufbaut, sollte sich der durchlässige Füllstoff oder zumindest eine Stützzone solchen Füllstoffs unmittelbar neben dem eingebetteten geformten Ausgangsmetall im geeigneten Temperaturbereich sintern oder auf andore Weise selbst abbinden. Solches Selbstabbinden dient zur Erzeugung mechanischer Festigkeit während der anfänglichen Wachstumsstufe, die ausreichend ist, um den Kollaps der wachsenden Schale aus Oxidationsreaktionsprodukt auf Grund des Druckunterschiedes an ihr zu verhindern. Wenn das Oxiddtionsreaktionsprodukt bis zur ausreichenden Dicke anwächst, wird es fest genug, dem Druckunterschied zu widerstehen. Ein Teil des Ausgangsmetallkörpers kann zu gewünschten räumlichen Anordnungen geformt und der geformte Anteil des Ausgangsmetallkörpers in die durchlässige Füllstoffmasse eingebettet werden, wobei ein nicht nachbildender Anteil des Ausgangsmetalls frei von Füllstoff gelassen wird. In einem solchen Fall wird keine vollständig abgeschlossene Höhlung, die von der umgebenden Atmosphäre isoliert ist, durch die Wanderung des geschmolzenen Metalls gebildet, wenn das wachsende Oxidationsreaktionsprodukt den Füllstoff durchtränkt und einbettet. Deshalb begegnet man dem Druckdifferenzproblem nicht, und ein selbstabbinde.·.der Füllstoff ist nicht unabdingbar, kann aber natürlich verwendet werden, wenn gewünscht. Es sollte sich jedoch von selbst verstehen, daß es für die praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich ist, daß der Ausgangsmetallkörper ein geformter Körper ist, der ganz oder teilweise im durchlässigen Füllstoff umgekehrt nachgebildet werden soll. Zum Beispiel kann ein Ausgangsmetall, dessen Form nebensächlich ist, einfach auf die durchlässige Füllstoff anhäufung gesetzt und geschmolzen werden, oder eine Menge an geschmolzenem Ausgangsmetall kann in Kontakt mit der Füllstoffanhäufung gebracht werden, so daß das daraus gebildete Oxidationsreaktionsprodukt den Füllstoff infiltriert und einbettet.

Das Ausgangsmetall kann aus einem oder mehreren Stücken bestehen, und es kann ein einfacher Zylinder, ein Barren, Gußblock, Knüppel oder ähnliches sein, oder es kann mit einem geeigneten Mittel geeignet geformt sein, z. B. durch spanende Bearbeitung, Formen, Extrudieren oder Formen des Ausgangsmetalls auf andere Weise. Die so im keramischen Verbundkörper geformte Negativform oder Höhlung enthält das Ausgangsmetall oder ist mit ihm gefüllt, welches wiedererstarrt, wenn man die Struktur nach der Verarbeitung abkühlen läßt. Das wiedererstarrte Ausgangsmetall kann wahlweise aus der dieses enthaltenden Negativform oder Höhlung entfernt werden, wie unten beschrieben. Das sich ergebende geformte keramische Verbundprodukt besteht also aus einem Füllstoff, der in eine polykristalline keramische Matrix eingebettet und an ein oder mehrere Hüllelemente eigen angepaßt ist. Die keramische Matrix selbst kann ein oder mehrere nichtoxidierte Bestandteile des Ausgangsmetalls oder Poren oder beides einschließen und hat eine von der räumlichen Geometrie des Behälters, in dem die Füllstoffanhäufung untergebracht ist, diktierte Oberflächengeometrie von ausgewählter Form. (Nichtoxidierte Bestandteile des Ausgangsmetalls, die wahlweise innerhalb der keramischen Matrix fein verteilt sind, dürfen nicht mit irgendwelchem massivem wiedererstarrtem Ausgangsmaterial verwechselt werden, das in der Negativform oder Höhlung zurückgeblieben ist, die durch den Ausgangsmetalleinbettungskörper in der Füllstoffanhäufung gebildet wurde).

Obwohl die Erfindung detailliert mit spezifischer Bezugnahme auf Alurrinium als bevorzugtem Ausgangsmetall beschrieben wird, schließen andere geeignete Ausgangsmetalle, die die Kriterien der vorliegenden Erfindung erfüllen, Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium ein, sind aber nicht auf diese beschränkt. Spezifische Realisierungsvarianten der Erfindung enthalten zum Beispiel Alpha-Tonerde oder Aluminiumnitrid als Oxidationsreaktionsprodukt, wenn Aluminium das Ausgangsmetall ist; Titan als Ausganasmetall und Titannitrid oder Titanborid als Oxidationsreaktionsprodukt; Silizium als Ausgangsmetall und Siliziumcarbid, Siliziumborid oder oiliziumnitrid als Oxidationsreaktionsprodukt.

Es kann ein festes, flüssiges oder dampfförmiges Oxidationsmittel oder eine Kombination solcher Oxidationsmittel verwendet werden. Zu den typischen dampfförmigen Oxidationsmitteln gehören ohne Einschränkung Sauerstoff, Stickstoff, ein Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur und/oder Verbindungen und Kombinationen daraus, z. B. Siliziumdioxid (als Sauerstoffausgangsmatorial), Methan, Ethan, Propan, Azetylen, Ethylen und Propylen (als Ausgangsmaterialien für Kohlenstoff) und Mischungen, wie z. B. Luft, H₂/H₂O und CO/CO;, wobei die letzteren beiden (d. h. H₂/H₂O und CO/CO2) nützlich bei der Reduzierung der Sauerstoffaktivität der Umgebung sind. Demgemäß kann die keramische Struktur der Erfindung ein Oxidationsreaktionsprodukt umfassen, das aus einem oder mehreren Oxiden, Nidriden, Carbiden, Bonden und Oxynitriden besteht. Genauer gesagt, kann das Oxidationsreaktionsprodukt z. B. aus einer oder mehreren Verbindungen von folgenden bestehen: Aluminiumoxid, -nitrid, Siliziumca bid, Siliziumborid, Aluminiumborid, Titannitrid, Zirkoniumnitrid, Titanborid, Zirkoniumborid, Siliziumnitrid, Hafniumborid und Zinnoxid.

Obwohl irgendwelche geeigneten Oxidationsmittel verwendet werden können, werden spezifische Realisierungsvarianten der Erfindung unten mit Bezugnahme auf die Verwendung von dampfförmigen Oxidationsmitteln beschrieben. Wenn ein Gas- oder Dampfoxidationsmittel, d.h. ein Oxidationsmittel im Dampfzustand, verwendet wird, ist der Füllstoff für das dampfförmige Oxidationsmittel durchlässig, so daß, wenn die Füllstoffanhäufung dem Oxidationsmittel ausgesetzt wird, das dampfförmige Oxidationsmittel die Füllstoffanhäufung durchdringt und das darin geschmolzene Ausgangsmetall erreicht. Zum Beispiel sind Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Gasmischungen (einschließlich Luft) bevorzugte dampfförmige Oxidationsmittel, wie in dem Fall, in dem Aluminium das Ausgangsmetall ist, wobei Luft aus offensichtlichen ökonomischen Gründen bevorzugt wird. Wenn festgestellt wird, daß ein dampfförmiges Oxidationsmittel ein bestimmtes Gas oder einen bestimmten Dampf enthält oder aus ihm besteht, dann bedeutet das ein Oxidationsmittel, in dem das festgestellte Gas oder der festgestellte Dampf der einzige, vorherrschende oder zumindest ein bedeutender Oxydator des Ausgangsmetalls unter den Bedingungen ist, die man in der verwendeten oxidierenden Umgebung erhält. Obwohl z. B. der Hauptbestandteil von Luft Stickstoff ist, ist der Sauerstoffgehalt von Luft der einzige oder dominierende Oxydator für das Ausgangsmetall, weil Sauerstoff ein bedeutend stärkeres Oxidationsmittel als Stickstoff ist. Daher trifft auf Luft die Definition eines „Sauerstoff enthaltenden Gas-" Oxidationsmittels zu, nicht aber die Definition eines „Stickstoff enthaltenden Gas-" Oxidationsmittels. Ein Beispiel für ein „Stickstoff enthaltendes Gas-" Oxidationsmittel ist „Formiergas", das 96 Vol.-% Stickstoff und 4 Vol.-% Wasserstoff enthält.

Wenn ein festes Oxidation? mittel verwendet wird, ist es gewöhnlich in der gesamten Füllstoffanhäufung oder in einem Teil der Anhäufung neben dem Ausy jngsmetall in Form von Teilchen, die dem Füllstoff zugesetzt sind, oder vielleicht als Überzüge auf den Füllstoffteilchen verteilt. Jedes beliebige geeignete feste Oxidationsmittel kann verwendet werden, einschließlich der Elemente, wie z. B. Bor oder reduzierbarer Verbindungen, wie z. B. Siliziumdioxid oder bestimmte Boride niedrigerer thermodynamischer Stabilität als das Boridreaktionsprodukt des Ausgangsmetalls. Wenn z. B. Bor oder ein reduzierbares Borid als festes Oxidationsmittel für ein Aluminiumausgangsmetall verwendet wird, ist das resultierende Oxidationsreaktionsprodukt Aluminiumborid.

In einigen Fällen kann die Oxidationsreaktion so schnell mit einem festen Oxidationsmittel ablaufen, daß das Oxidationsreaktionsprodukt auf Grund der exothermen Natur des Prozesses zum Schmelzen neigt. Diese Erscheinung läßt die mikrostrukturelle Homogenität des keramischen Körpers vermindern. Diese schnelle exotherme Reaktion kann durch Zumischen von relativ inerten Füllstoffen, die eine geringe Reaktivität aufweisen, zur Mischung vermieden werden. Solche Füllstoffe absorbieren die Reaktionswärme und minimieren jeden thermischen Instabilitätseffekt. Ein Beispiel für solch einen geeigneten inerten Füllstoff ist einer, der identisch mit dem g wünschten Oxi' donsreaktionsprodukt ist.

Wenn ein flüssiges Oxidationsmittel verwendet wird, wird die gesamte Füllstoffanhäufung oder ein neben dem geschmolzenen Metall befindlicher Teil davon durch Eintauchen in das Oxidationsmittel überzogen oder durchtränkt, um den Füllstoff zu imprägnieren. Bezugnahme auf ein flüssiges Oxidationsmittel bedeutet eins, das bei den Oxidationsreaktionsbedingungen eine Flüssigkeit ist, und daher kann ein flüssiges Oxidationsmittel eine feste Vorstufe haben, wie 2. B. ein Salz, das bei den Oxidationsreaktionsbedingungen geschmolzen ist. Andererseits kann das flüssige Oxidationsmittel eine flüssige Vorstufe sein, z. B. eine Lösung eines Materials, das zum Imprägnieren eines Teils oder des ganzen Füllstoffs verwendet wird und das bei den Oxidationsreaktionsbedingungen geschmolzen oder abgebaut ist und einen geeigneten Oxidationsmittelanteil liefert. Zu den Beispielen für flüssige Oxidationsmittel, wie sie hier definiert wurden, gehören niedrigschmelzende Gläsbr. Wenn ein flüssiges und/oder festes Oxidationsmittel, aber kein dampfförmiges Oxidationsmittel verwendet wird, dann dürfen der segmentierte Behälter und jede damit in Verbindung verwendete Stützstruktur nicht perforiert oder von porösem Aufbau sein, um das dampfförmige Oxidationsmittel hindurchzulassen.

Ein Oxidationsmittel, das bei den Prozeßbedingungen flüssig oder fest ist, kann in Verbindung mit dem dampfförmigen Oxidationsmittel verwendet werden. Solche zusätzlichen Oxidationsmittel können besonders nützlich bei der Verstärkung der Oxidation des Ausgangsmetalls vorzugsweise innerhalb der Füllstoffanhäufung sein und nicht außerhalb seiner Grenzflächen. Das heißt, die Verwendung solcher zusätzlicher Oxidationsmittel kann ein für die Oxidationskinetik des Ausgangsmetalls günstigeres Milieu innerhalb des Füllstoffs erzeugen als das Milieu außerhalb des Füllstoffs. Dieses verstärkte Milieu ist günstig für die Förderung der Matrixentwicklung innerhalb des Füllstoffs bis zur Grenzfläche und zum Minimieren von übermäßigem Wachstum.

Der bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendete Füllstoff kann ein oder mehrere Materialien aus einer großen Vielfalt von den für den Zweck geeigneten Materialien sein. Der Füllstoff kann ein „anpaßbarer" Füllstoff sein, wobei dieser Ausdruck, wie hier und in den Ansprüchen verwendet, bedeutet, daß der.Füllstoff in einen Behälter gebracht werden kann und sich dem inneren Aufbau des Behälters anpaßt. Ein anpaßbarer Füllstoff kann sich auch an den Ausgangsmetallausgangskörper anpassen, der in den Füllstoff eingebettet ist oder sich in Formschluß mit ihm befindet, wie oben beschrieben. Wenn z. B. der Füllstoff aus einem teilchenförmigen Material besteht, wie z. 8. feinen Körnchen eines feuerfesten Metalloxids, wie z. B. Tonerde, dann paßt sich dar Füllstoff dem inneren Aufbau des Behälters oder Hüllelementes an, in dem er sich befindet. Es ist jedoch nicht notwendig, daß der Füllstoff in feiner Teilchenform ist, um ein anoaßbarer Füllstoff zu sein. Der Füllstoff könnte z. B. in der Form von Fasern sein, wie z. B. kurzen geschnittenen Fasern oder in der ^porm eines faserigen wollähnlichen Materials, z. B. etwas wie Stahlwolle. Der Füllstoff kann auch aus einer Kombination von zw.v oder mehr solcher geometrischer Konfigurationen bestehen, d. h. einer Kombination von kleinen aus einzelnen Teilchen bestehenden Körnern und Fasern. Um einen anpaßbaren Füllstoff, wie hier verwendet, zu bilden, ist es lediglich notwendig, daß der physikalische Aufbau des Füllstoffs derart ist, daß er den Füllstoff füllen und sich an den Aufbau der inneren Oberfläche des Sperrmittelbehälters anpassen läßt, in dem er sich befindet. Solch ein anpaßbarer Füllstoff wird sich auch eng an die Oberflächen des AusgangsmetaliKörpers oder einen Teil davon anpassen, der in die Masse des anpaßbaren Füllstoffs eingebettet ist oder sich im Formschluß mit ihr befindet. Es kann eine beliebige nützliche Form oder Kombination von Formen des Füllstoffs verwendet werden, wie z. B. ein oder mehrere Hohlkörper, disperse Teilchen, Pulver, Fasern, Nadelkristalle, Kugeln, Blasen, Stahlwolle, Platten, Haufwerk, Drähte, Stäbe, Stangen, Plättchen, Pellets, Rohre, feuerfeste Faserstoffe, Röhrchen oder Mischungen davon. Zu geeigneten keramischen Füllstoffverbindungen gehören Metalloxide, Carbide, Nitride und Boride, wie z. B. Tonerde, Siliciumcarbid, Titan-, Hafnium- und Zirkoniumdioxid, Titandiborid und Aluminiumnitrid.

Ein oder mehrere geeignete Dctierungsmittel können zur Erleichterung des Wachstums des Oxidationsreaktionsproduktes aus dem geschmolzenen Ausgangsmetall verwendet werden. Ein oder mehr Dotierungsmetalle können in das Ausgangsmetall legiert werden, oder ein oder mehrere Dotierungsmittel oder ihre Ausgangsmaterialien (wie;.. B. Oxide der Dotierungsmetalle) können extern auf die Oberfläche des geformten Ausgangsmetalls oder in unmittelbarer Nähe zu ihm aufgetragen werden. Andererseits oder zusätzlich kann in den Fällen, in denen das wachsende Oxidationsreaktionsprodukt in einen Füllstoff infiltriert ist (wie bei der in Fig. 1-2 erläuterten Realisierungsvariante), ein oder mehr Dotierungsmittel im Füllstoff selbst angewendet werden, oder der Füllstoff kann aus Dotierungsmitteln bestehen. Zwei oder alle drei der vorhergehenden Methoden können in Kombination verwendet werden. Die Bezugnahme, hier und in den Ansprüchen auf ein Dotierungsmittel, „das in Verbindung mit dem Ausgangsmetall verwendet wird", soll eine beliebige Methode von den vorstehenden oder irgendeine Kombination aus ihnen einschließen. Geeignete Dotierungsmittel bestehenaus einem Ausgangsmaterial von einem oder mehreren der folgenden Stoffe: Magnesium, Zink, Silizium, Germanium, Zinn, Blei, Bor, Natrium, Lithium, Kalzium, Phosphor, Yttrium und Metalle dar Seltenerden. Die Metalle der Seltenerden v> erden "orzugsweise aus der Gruppe Lanthan, Cerium, Praseodym, Neodym und Samarium ausgewählt. Zum Beispiel ist festgestellt worden, daß die Kombination von Magnesium- und Siliziumdotierungsmittel besonders wirksam ist, wenn sie in Verbindung mit Aluminiumausgangsmetallen verwendet wird, wenn das Oxidationsmittel L'ift ist.

Die durch die praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung erhaltenen keramischen Verbundstrukturen sind üblicherweise eine dichte, zusammenhängende Masse, in der etwa 5 bis etwa 98 Volumenprozent des Gesamtvolumens der Verbundstruktur aus einem oder mehreren Füllätoffkomponenten bestehen, die in ein polykristallines Matrixmaterial eingebettet sind. Das polykristalline Matrixmaterial besteht, wenn das Ausgangsmaterial Aluminium und Luft oder Sauerstoff das Oxidationsmittel ist, zu etwa 60 bis etwa 98 Ma.-% (bezogen auf die Masse des polykristallinen Materials) aus vei bundener Alpha-Tonerde und zu etwa 1 bis 40 Ma.-% (gleiche Basis) aus nichtoxidierten Bestandteilen des Ausgangsmetalls.

Claims

1. Anordnung zur Herstellung einer selbsttragenden keramischen Verbundstruktur, die aus einem Füllstoff und einer den erwähnten Füllstoff einbettenden polykristallinen keramischen Matrix besteht, wobei die erwähnte keramische Matrix aus einem Oxidationsreaktionsprodukt eines Ausgangsmetalls mit einem Oxidationsmittel und wahlweise einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus

a) einem segmentierten Behälter,

b) einer durchlässigen Masse des Füllstoffs, die innerhalb des Behälters angeordnet ist und

c) einem Körper aus dem Ausgangsmetall, der in Kontakt mit der Füllstoffmasse angeordnet ist, besteht, wobei der segmentierte Behälter ein oder mehrere Segmente enthält, die einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten haben als die Füllstoffmasse, wobei die Segmente so dimensioniert und angeordnet sind, daß sie zwischen sich eine oder mehr Dehnungsfugen festlegen, die die thermische Ausdehnung der Segmente durch Umfangsausdehnung wirksam aufnehmen, wodurch sie die radiale Ausdehnung der Segmente verhindern und so die volumetrische Ausdehnung des Behälters reduzieren.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der segmentierte Behälter perforiert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der segmentierte Behälter aus zwei oder mehr Segmenten besteht, die nach einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind und in einer zylindrischen Ebene liegen und den Behälter mit der gemeinsamen Achse als Längsachse des Behälters festlegen, und mit ihren jeweiligen paarweisen Längskanten nebeneinander liegend ausgerichtet sind, so daß sie die jeweiligen Dehnungsfugen zwischen den Segmenten festlegen und dadurch einen Umfangsspielraum zwischen nebeneinanderliegenden Segmenten ergeben.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Längskanten der paarweise angeordneten Kanten radial gegenüber der anderen versetzt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Längskanten der paarweise angeordneten Kanten eine versetzte Längskante ist, die radial gegenüber aus der zylindrischen Eüene versetzt ist, und daß die andere Längskante der paarweise angeordneten Kanten in der zylindrischen Ebene liegt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die versetzte Längskante radial nach außen von der zylindrischen Ebene aus liegt.

7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente einen Körperanteil umfassen, der gegenüberliegende Längskanten und mindestens einen in Längsrichtung liegenden Randansatz hat, wobei der Randansatz a) mit dem Körperanteil durch eine sich radial erstreckende Schulter verbunden ist, b) radial vom erwähnten Körperanteil abgesetzt ist und sich in Umfangsrichtung davon über die erwähnte Schulter hinaus erstreckt, und c) in einer Längskante endet, die radial vom erwähnten Körperanteil abgesetzt ist, der dadurch eine abgesetzte Längskante enthält, wodurch ein in Umfangsrichtung liegender Spielraum zwischen der Schulter und der versetzten Längskante vorgesehen wird, wobei die versetzte Längskante eines Segmentes des Behälters neben einer Längskante eines danebenliegenden Segmentes liegt und so zumindest

• einen Teil der thermischen Ausdehnung der Segmente im in Umfangsrichtung liegenden Spielraum aufnimmt.

8. Anordnung η ach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Randansatz radial nach außen vom KörpeMnteil abgesetzt ist, wodurch die Längskante, in der der Ansatz endet, eine radial nach außen gerichtete Längskante umfaßt.

9. Anordnung nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6;7oder8, dadurch gekennzeichnet, daß der segmentierte Behälter aus einer Metallegierung besteht, die aus der Gruppe der Hochtemperaturlegierungen auf Nickel- oder Eisenbasis ausgewählt wird.

10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus rostfreiem Stahl, einer CrNiFe-Legierung, einer FeCrAI-Legierung, einer CrNiMoFe-Legierung und einer Incoloy-Legierung besteht.

11. Anordnung nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7 oder8, dadurch gekennzeichnet, daß der segmentierte Behälter aus Längssegmenten einer zylindrischen Hülse besteht.

12. Anordnung nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein perforiertes Futter, das den erwähnten segmentierten Behälter auskleidet, vorgesehen ist.

13. Anordnung nach Anspruch 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin ein Stützmittel umfaßt, das auf der Außenseite des Behälters im Eingriff mit dem segmentierten Behälter angeordnet ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützmittel aus einem perforierten Behälter besteht, der den segmentierten Behälter ummantelt.

15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein in Verbindung mit dem Ausgangsmetall verwendetes Dotierungsmittel umfaßt.

16. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein anpaßbarer Füllstoff ist.

17. Verfahren zur Herstellung einer durch Oxidation eines Ausgangsmetalls gebildeten selbsttragenden keramischen Verbundstruktur, dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:

a) Erwärmung des Ausgangsmetalls in der Gegenwart eines Oxidationsmittels zur Bildung eines Körpers von geschmolzenem Metall im Oberflächenkontakt mit einer Füllstoffmasse und Reagieren des geschmolzenen Ausgangsmetalls mit dem erwähnten Oxidationsmittel bei der erwähnten Temperatur zur Bildung eines Oxidationsreaktionproduktes, welches Produkt in Kontakt mit dem geschmolzenen Metallkörper und dem erwähnten Oxidationsmittel ist und sich zwischen ihnen erstreckt.

b) Aufrechterhaltung der Temperatur, um das Ausgangsmetall geschmolzen zu halten, und fortlaufendes Ziehen des geschmolzenen Ausgangsmetalls durch das Oxidationsreaktionsprodukt zum Oxidationsmittel hin und in die erwähnte Füllstoffmasse, so daß das Oxidationsreaktionsprodukt sich fortgesetzt innerhalb der erwähnten Füllstoffmasse an der Grenzfläche zwischen dem Oxidationsmittel und vorher gebildetem Oxidationsreaktionsprodukt bildet, und

c) Fortsetzen der erwähnten Reaktion über einen Zeitabschnitt, der zum Infiltrieren der Füllstoffmasse ausreicht, um die keramische Verbundstruktur herzustellen, die aus dem Oxidationsreaktionsprodukt besteht, wobei die Verbesserung in der Anordnung der Füllstoffmasse innerhalb eines segmentierten Behälters besteht, der aus einem oder mehr Segmenten mit einem größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als die erwähnte Füllstoff masse besteht, wobei die erwähnten Segmente so dimensioniert und angeordnet sind, daß sie zwischen sich eine oder mehr Dehnungsfugen festlegen, die die thermische Ausdehnung der erwähnten Segmente durch Ausdehnung in Umfangsrichtung effektiv aufnehmen.

18. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der segmentierte Behälter ein perforierter Behälter und das Oxidationsmittel ein dampfförmiges Oxidationsmittel ist.

19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß der segmentierte Behälter aus zwei oder mehr Segmenten besteht, die nach einer gemeinsamen Achse ausgerichtet sind und in einer Zylinder-Ebene liegen und so den erwähnten Behälter mit der gemeinsamen Achse als Längsachse des erwähnten Behälters festlegen, und mit ihren jeweiligen paarweise angeordneten Längsachsen nebeneinanderliegen und die jeweiligen Kanten der erwähnten Dehnungsfugen zwischen den Segmenten festlegen, wodurch ein in Umfangsrichtung liegender Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Segmenten vorgesehen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Längskanten der paarweise angeordneten Kanten radial von der anderon abgesetzt ist.

21. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Längskanten der paarweise angeordneten Kanten eine versetzte Längskante ist, die radial gegenüber der zylindrischen Ebene versetzt ist, und die andere Längskante der paarweise angeordneten Kanten innerhalb der zylindrischen Ebene liegt.

22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die versetzte Längskante radial nach außen von der zylindrischen Ebene aus versetzt ist.

23. Verfahren nach Anspruch 17; 18; 19; 20; 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Anordnung ein perforiertes Ausfütterungsmittel einschließt, das den semgentierten Behälter auskleidet.

24. Verfahren nach Anspruch 17; 18; 19; 20; 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der segmentierte Behälter aus einer Metallegierung besteht, die aus der Gruppe der Hochtemperaturlegierungen auf Nickel- und Eisenbasis ausgewählt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallegierung aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus rostfreiem Stahl, einer CrNiFe-Legierung, einer FeCrAI-Legierung, einer CrNiMoFe-Legierung und einer Incoloy-Legierung besteht.

26. Verfahren nach Anspruch 17; 18; 19; 20; 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie das Einbetten des erwähnten Ausgangsmetallkörpers in die Füll stoff masse einschließt.

27. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmetall ein Aluminiumausgangsmetall ist und das erwähnte dampfförmige Oxidationsmittel aus einem sauerstoffhaltigen Gas besteht.

28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel aus Luft, das Oxidationsreaktionsprodukt aus Tonerde besteht und der Temperaturbereich von etwa 850⁰C bis 1450⁰C reicht.

29. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmetall aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Aluminium, Silizium, Titan, Zinn, Zirkon und Hafnium besteht.

30. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Verwendung von mindestens einem geeigneten Dotierungsmaterial in Verbindung mit dem Ausgangsmetall umfaßt,

31. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeict net, daß der Füllstoff ein anpaßbarer Füllstoff ist.