DD285775A5 - Verfahren zur herstellung eines selbsttragenden, keramischen verbundstoffes - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden, keramischen Verbundstoffs, das besteht aus der Herstellung eines polykristallinen Materials als dem Oxydationsreaktionsprodukt eines Grundmetalls mit einem dampffoermigen Oxydationsmittel, der Zerkleinerung des resultierenden Materials in einen Partikulatstoff, der Schaffung einer permeablen Masse des genannten Partikulatstoffs als Fuellstoff und der Infiltration des genannten Partikulatstoffs mit einem Oxydationsreaktionsprodukt aus einem Grundmetall mit einem dampffoermigen Oxydationsmittel, wodurch der genannte keramische Verbundstoff geschaffen wird. Fig. 1 a{Keramik; Verbundkoerper; polykristallines Material; Oxydation; Partikulatstoff; Grundmetall; Aluminium; Dotierung; Sperrschicht; permeable Masse}

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine neuartige Methode zur Herstellung einer keramischen Verbundstruktur. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung der Methode zur Herstellung einer keramischen Verbundstruktur durch das „Wachsen" eines polykristallinen Materials, das aus einem Oxydationsreaktionsprodukt besteht, aus einem Grundmetall in eine permeable Masse eines Füllmaterials, das aus zerkleinerten Teilchen eines polykristallinen Materials besteht, welches vorher durch den im wesentlichen gleichen generischen Prozeß hergestellt wurde.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In den jüngsten Jahren wuchs das Interesse ständig, Metalle durch keramische Stoffe zu ersetzen, da keramische Stoffe in bestimmten Eigenschaften Metallen überlegen sind. Es gibt jedoch verschiedene bekannte Beschränkungen oder Schwierigkeiten, diesen Ersatz vorzunehmen, beispielsweise die Skalierungsvielseitigkeit, dia Möglichkeit, komplexe Formen herzustellen, die Erfüllung der Eigenschaften, die für die Endnutzung erforderlich sind, und die Kosten. Viele dieser Beschränkungen oder Schwierigkeiten wurden durch die Erfindungen übe.°wunden, die in Patentanmeldungen offengelegt wurden und im anschließenden Abschnitt ausgeführt werden, welche neuartige Methoden für die zuverlässige Herstellung keramischer Stoffe, einschließlich geformter Verbundstoff, beschreiben.

In den folgenden Patentanmeldungen werden neuartige Methoden für die Herstellung eines selbsttragenden keramischen Körpers durch Oxydation eines Grundm6talls zur Bildung eines polykristallinen Oxydationsreaktionsproduktes und, wahlweise, metallischen Bestandteilen beschrieben:

(A) US-Patentanmeldung Nr.818943, eingereicht am 15. Januar 1986, die eine teilweise Wetterführung der US-Patentanmeldung Nr.776964, eingereicht am 17. September 198b, ist, welche eine teilweise Weiterführung der US-Patentanmeldung Nr.705787, eingereicht am 26. Februar 1985, ist, die eine teilweise Weiterführung der US-Patentanmeldung Nr. 591392, eingereicht am 18. März 1984, ist, unter dem Titel Neuartige keramische Stoffo und Verfahren zu ihrer Herstellung.

(B) US-Patentanmeldung Nr.822999, eingereicht am 27. Januar 1986, die eine teilweise Weiterführung der US-Patentanmeldung Nr.778965, eingereicht am 17.September 1985, ist, die eine teilweise Weiterführung der US-Patentanmeldung Nr.747788, eingereicht am 25. Juni 1985, ist, welche eine teilweise Weiterführung der US-Patentanmeldung Nr. 632 636, eingereicht am 20. Juli 1984, ist, und unter dem Titel Verfahren zur Herstellung selbsttragender keramischer Stoffe, und

(C) US-Patentanmeldung Nr.819397, eingereicht am 17. Januar 1986, die eine teilweis? Weiterführung der US-Patentanmeldung Nr.697876, eingereicht am 4.Februar 1985, ist, beide unter dem Titel Keramische Verbundartikel und Verfahren zu ihrer Herstellung.

Die vollständige Offenlegung jeder der vorstehend genannten US-Patentanmeldungen wird hier als Referenz einbezogen. Wie in diesen US-Patentanmeldungen beschrieben wird, werden neuartige polykristalline keramische Materialien oder polykristalline keramische Verbundstoffe hergestellt durch die Oxydationsreaktion zwischen einem Grundmetsll und einem Oxydationsmittel in der Dampfphase, d.h., einem verdampften oder normalerweise gasförmigen Material, beispielsweise einer

oxydierenden Atmosphäre. Das Verfahren wird generell in den oben genannten US-Patentanmeldungen (A) beschrieben. Nach diesem generellen Prozeß wirrl ein Grundmetall, z. ß. Aluminium, auf eine Temperatur über seinem Schmelzpunkt, aber unter dem Schmelzpunkt des Oxydationsreaktionsproduktes erhitzt, um einen Körper aus flüssigem Grundmotall zu formen, der bei Kontakt mit einem Oxydationsmittel in Dampfphase reagiert und das Oxydationsreaktionsprodukt bildet. Bei dieser Temperatur ist das Oxydationsreaktionsprodukt, oder zumindest ein Teil davon, in Kontakt mit dem Körperaus flüssigem Grundmetall und dem Oxydationsmittel und erstreckt sich zwischen diesen, und das flüssige Metall wird durch das geformte Ox/dationsreaktionsprodukt gezogen oder transportiert, hin zu dem Oxydationsmittel. Das transportierte flüssige Metall bildet beim Kontakt mit dem Oxydationsmittel auf der Oberfläche des vorher gebildeten Oxydationsreaktionsproduktes weiteres Oxydationsreaktionsprodukt. Während der Prozeß andauert, wird zusätzliches Metall durch diese Formation des polykristallinen Oxydationsreaktionsprodukts transportiert, wodurch kontinuierlich eine keramische Struktur von verbundenen Kristallinen .wächst". Der resultierende keramische Körper kann metallische Bestandteile enthalten, beispielsweise nichtoxydierte Bestandteile des Grundmetalls, und/oder Hohlräume. Ist das Oxydationsreaktionsprodukt ein Oxyd, sind Sauerstoff oder Gasgemische, die Sauerstoff enthalten {einschließlich Luft), geeignete Oxydationsmittel, wobei Luft aus offensichtlichen Gründen der Wirtschaftlichkeit in der Regel bevorzugt wird. Oxydation wird jedoch im breitesten Sinne in allen diesen Patentanmeldungen derselben Autoren verstanden, wie auch in dieser Anmeldung, und bezieht sich auf den Verlust oder die Gemeinsamkeit von Elektronen durch ein Metall an ein Oxydationsmittel, das ein oder mehrere Elemente und/oder Verbindungen sein kann. Demzufolge können auch andere Elemente als Sauerstoff oder Verbindungen als Oxydationsmittel dienen, wie das unten ausführlicher erklärt wird.

In bestimmten Fällen kann das Grundmetall das Vorhandensein eines oder mehrerer Dotierungsmittel erforderlich machen, um das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes günstig zu beeinflussen oderzu erleichtern, und die Dotierungsmittel sind als Legierungsbestandteile des Grundmetalls vorhanden. Beispielsweise werden bei Aluminium als Grundmetall und Luft als Oxydationsmittel solche Dotierungsmittel wie Magnesium und Silizium, um nur zwei einer größeren Klasse von Dotierungssubstanzen zu nennen, mit dem Aluminium legiert und als Grundmetall verwendet. Das resultierende Oxydatiunsteaktionsprodukt weist Aluminiumoxid auf, im typischen FsII a-Aluminiumoxid.

Die oben genannten US-Patentanmeldungen (B) legen eine weitere Entwicklung offen, die auf der Entdeckung beruht, daß geeignete Wachstumsbedingungen, wie sie oben beschrieben wurden, für Grundmetalle, die Dotierungsmittel brauchen, dadurch induziert werden können, daß ein oder mehrere Dotierungsmittel auf die Oberfläche oder Oberflächen des Grundmetalls aufgebracht werden, wodurch die Notwendigkeit der Legierung des Grunu -»etalls mit den Dotierungsmitteln entfällt, z. B. Metallen wie Magnesium, Zink und Silizium, wen ' 'umintum das Grundmetall und Luft das Oxydationsmittel ist. Durch diese Verbesserung ist es möglich, kommerziell erhäl· letalle und Liegerungen einzusetzen, die andernfalls nicht

entsprechend dotierte Zusammensetzungen enthalten oder 1 >dn. Diese Entdeckung ist auch insofern vorteilhaft, als das keramische Wachstum an einem oder mehreren ausgewählten Abschnitten der Oberfläche des Grundmetalls erreicht werden kann, nicht unterschiedslos überall, wodurch das Verfahren wirksamer angewendet werden kann, wenn beispielsweise nur eine Oberfläche oder Abschnitt(e) einer Oberfläche eines Grundmetalls dotiert werden.

Neuartige keramische Verbundstrukturen und Verfahren zu ihrer Herstellung werden in den oben genannten US-Patentanmeldungen (C) offengelegt, welche die Oxydationsreaktion nutzen, um keramische Verbundstrukturen herzustellen, die aus einem im wesentlichen inerten Füllstoff bestehen, der durch die polykristalline keramische Matrix infiltriert wird. Ein Grundmetall, das anliegend an eine Masse aus permeablem Füllstoff angeordnet ist, wird erhitzt, um einen Körper aus flüssigem Metall zu schaffen, der mit einem Oxydationsmittel in Dampfphase, wie das oben beschrieben wurde, reagiert wird, um ein Oxydationsreaktionsprodukt zu schaffen. Während das Oxydationsreaktionsprodukt wächst und in das anliegende Füllmaterial infiltriert, wird flüssiges Grundmetall durch das vorher gebildete Oxydationsreaktionsprodukt in die Füllstoffmasse gezogen und reagiert mit dem Oxydationsmittel, um weiteres Oxydationsreaktionsprodukt an der Oberfläche des vorher gebildeten Produktes zu bilden, wie das oben beschrieben wurde. Das resultierende Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes infiltriert den Füllstoff oder bettet diesen ein und führt zur Bildung einer keramischen Verbundstruktur aus einer polykristallinen keramischen Matrix, die den Füllstoff einbettet.

Auf diese Weise beschreiben die oben gena mten US-Patentanmeldungen die Herstellung von Oxydationsreaktionsprodukten, die leicht zu gewünschten Größen und Stärk. λ -v.dchsen" können, von denen vorher angenommen wurde, daß sie mit herkömmlichen keramischen Techniken nur schwer oder überhaupt nicht erreicht werden können. Die vorliegende Erfindung stellt eine weitere Verbesserung zur Anwendung bei der Herstellung von keramischen Verbunderzeugnissen dar.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein gegenüber den bekannten Verfahren verbessertes Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbundstoffen ju offenbaren.

Darlegung des Wesens dor Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden, keramischen Verbundstoffs aufzuzeigen, womit es möglich wird, verbesserte keramische Strukturen zu erzeugen.

Dio Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren für dia Herstellung eines polykristallinen keramischen Verbundstoffes durch Infiltration einer permeablen Masse oder eines permeablen Bettes von Füllstoff mit einer keramischen Matrix, die aus einem polykristallinen Oxydationsreaktionsprodukt beste'.t, das durch die Oxydation eines flüssigen Grundmetalls nach den oben genannten US-Patentanmeldungen gewachsen ist. Der Füllstoff besteht aus einer zerkleinerten Version des polykristallinen Materials, das ebenfalls nach den genannten US-Patentanmeldungen hergestellt wurde. Die Verwendung eines Füllstoffs, der im wesentlichen ein Replikat (aber nicht unbedingt ein exaktes Replikat) des keramischen Materials ist, das vor dem Verbundprodukt nach im wesentlichen dem gleichen Verfahren hergestellt wurde, gewährleistet eine größere Kinetik und bessere Morphologie, wie unten ausführlicher beschrieben wird.

Bei der Ausführung dieser Erfindung wird ein Grundmetall bei Vorhandensein eines dampfförmigen Oxydationsmittels erhitzt, um einen Körper aus flüssigem Metall zu bilden, der in Kontakt mit einem Bett aus permeablen Füllstoff ist. Oxydationsreaktionsprodukt wird gebildet, wenn flüssiges Metall mit dem Oxydationsmittel in Kontakt kommt, und die Verfahrensbedingungen werden so aufrechterhalten, daß progressiv flüssiges Metall durch das geformte Oxydationsprodukt, hin zum Oxydationsmittel gezogen wird, um kontinuierlich das Oxydationsreaktionsprodukt an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel und dem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt zu bilden.

Der Erhitzungsschritt wird bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des Grundmetalls, aber unter der Schmelztemperatur des Oxydationsreaktionsproduktes ausgeführt, und das Erhitzen wird über eine ausreichende Zeitspanne ausgeführt, wie sie zur Herstellung eines polykristallinen keramischen Körpers der gewünschten Größe notwendig ist. Der Körper kann einen oder mehrere metallische Bestandteile, wie nichtoxidiertes Grundmetall, oder Hohlräume oder beides aufweisen. Die Verbesserung der vorliegenden Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß ein selbsttragender keramischer Verbundstoff geschaffen werden kann durch Verwendung eines zerkleinerten Replikats oder einer Form des polykristallinen Materials, das nach dem Oxydationsreaktionsprozeß hergestellt wurde, dar in dieser Zusammenfassung und ausführlicher in den vorstehend genannten US-Patentanmeldungen beschrieben wurde. Das so gewonnene polykristalline Material wird gemahlen, pulverisiert oder einer ähnlichen Behandlung unterzogen, und eine Masse des resultierenden Füllstoffs, die vorzugsweise wie ei is permeable Vorform geformt ist, wird neben einen zweiten Körper des Grundmetalls gebracht und diese Gruppe dem Oxydationsreaktionsprozeß unterzogen. Dieser Reaktionsprozeß wird über eine ausreichende Zeitspanne weitergeführt, damit wenigstens ein Abschnitt des Füllstoffbettes durch das polykristalline Oxydaticnsreaktionsprodukt infiltriert werden kann, welches aus dem zweiten Grundmetall gebildet wird, so daß eine keramische Verbundstruktur der gewünschten Abmessungen hergestellt werden kann.

Genauer ausgeführt, das zweite Grundmetall wird im Verhältnis zur permeablen Masse des Füllstoffs so angeordnet oder ausgerichtet, daß die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes aus dem zweiten Grundmetall in einer Richtung hin zur Masse des Füllstoffs und In diesen hinein erfolgt. Das Wachstum des Oxydctionsreaktionsproduktes infiltriert die Masse des Füllstoffs oder bettet diese ein, wodurch die gewünschte keramische Verbundstruktur entsteht. Der Füllstoff kann eine lose oder gebundene Anordnung sein, gekennzeichnet durch Zwischenräume, Öffnungen oder dazwischenliegende Räume, und das Bett oder die Masse ist durchlässig für das dampfförmige Oxydationsmittel und das Wachstum des Oxydationsreaktionsprodukts. „Füllstoff" oder .Füllmaterial' wird vorstehend und im beigefügten Patentanspruch so verwendet, daß der Begriff eine homogene Zusammensetzung oder eine heterogene Zusammensetzung bezeichnet, die aus zwei oder mehr Stoffen besteht. So können dem Füllstoff ein oder mehrere zusätzliche Füllmaterialien beigemischt sein, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden. Außerdem können die Grundmetalle und Oxydationsmittel, die im Verfahren für die Schaffung des replizierten Füllstoffs eingesetzt werden, in der Zusammensetzung im wesentlichen gleich der für die Herstellung des fertigen Endverbundproduktes verwendeten sein oder sich von diesel unterscheiden.

Das Oxydationsprodukt wächst in den Füllstoff ohne Unterbrechung oder Verschiebung der Bestandteile des Füllstoffs, wodurch eine relativ dichte keramische Verbundstruktur geschaffen wird, ohne daß hohe Temperaturen und hohe Drücke angewendet werden müssen. Außerdem verringert sich oder entfällt durch das vorliegende Verfahren die Notwendigkeit der chemischen und physikalischen Kompatibilität, Bedingungen also, die im allgemeinen erforderlich sind, wenn bei der Herstellung keramischer Verbundstoffe druckfreie Sintermethoden angewendet werden. ·

Die keramischen Verbundstoffe, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, weisen überaus wünschenswerte elektrische. Verschleiß-, Wärme- und Struktureigenschaften auf und können, wenn das erforderlich ist, maschinell bearbeitet, poliert, gemahlen oder ähnlich behandelt werden, um Erzeugnisse zu schaffen, die eine weitgefächerte industrielle Anwendung finden.

In Verbindung mit der vorliegenden Beschreibung und dem beigefügten Patentanspruch haben folgende Begriffe folgende Bedeutung:

„Keramik" ist nicht beschränkt auf einen keramischen Körper im klassischen Sinne, d. h., in dem Sinne, daß er ausschließlich aus nichtmetallischen und anorganischen Stoffen besteht, sondern bezieht sich vielmehr auf einen Körper, der vorwiegend keramisch hinsichtlich entweder der Zusammensetzung oder der dominierenden Eigenschaften ist, obwohl der Körper auch kleinere oder beachtliche Mengen an einem oder mehreren metallischen Bestandteilen enthalten kann, die vom Grundmetall abgeleitet oder ai'3 dem Oxydationsmittel oder einem Dotierungsmittel reduziert wurden, im typischsten Fall im Bereich zwischen etwa 1 bis 40 Vol.-%, wobei aber ein höherer Metallgehalt möglich ist.

Unter einem „Oxydationsreaktionsprodukt" versteht man ein oder mehrere Metalle in einem oxydierten Zustand, worin das (die) Metall(e) Elektronen an ein anderes Element, eine Verbindung oder deren Kombination abgegeben oder mit diesen gemeinsam haben. Demzufolge schließt ein„,Oxydationsreaktionsprodukt" nach dieser Definition das Produkt der Reaktion von einem oder mehreren Metallen mit einem Oxydationsmittel wie Sauerstoff, Stickstoff, einem Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur und deren Verbindungen und Kombinationen, einschließlich von beispielsweise Methan, Sauerstoff, Ethan, Propan, Azetylen, Ethylen, Propylen und deren Gemischen wie Luft, H₂/H₂O und CO/CO₂, wobei die beiden letztgenannten (d. h. H₂/H₂O und CO/COj) bei der Reduzierung der Sauerstoffaktivität der Umgebung von Nutzen sind, ein. Unter einem .Oxydationsmittel", .Oxydationsmitt.il in Dampfphase", „dampfförmigen Oxydationsmittel" oder ähnlichem versteht man ein Oxydationsmittel, das ein bestimmtes Gas oder einen bestimmten Dampf enthält oder aus diesem besteht, in welchem das genannte Gas oder der genannte Dampf der einzige oder vorherrschende oder wenigstens ein signifikanter Oxydator des Grundmetalls unter den Bedingungen ist, die in der oxydierenden Umgebung, mit der gearbeitet wird, auftreten. Obwohl beispielsweise der Hauptbestandteil von Luft Stickstoff ist, ist der Sauerstoffgehalt der Luft der einzige Oxydator für das Gründmetall, weil Sauerstoff ein signifikant stärkeres Oxydationsmittel als Stickstoff ist. Luft fällt damit in die Definition eines Oxydationsmittels, das ein „sauerstoffhaltig,^ Gas" ist, nicht aber in die Definition eines Oxydationsmittels, das ein .stickstoffhaltiges Gas" ist, wenn diese Begriffe in der vorstehenden Spezifikation und im Patentanspruch verwendet werden. Ein Beispiel für ein .stickstoffhaltiges Gas" als Oxydationsmittel, wie es vorstehend und im Patentanspruch verwendet wird, ist „Fv rmungsgas", das im typischen Fall etwa 96 Vol.-% Stickstoff und etwa 4 Vol.-% Wasserstoff enthält. „Gr.indmetall" bezieht sich auf das Metall, z.B. Aluminium, welches der Vorläufer für das polykristalline Oxyti'ationsreaktionsprodukt ^!st. und schließt dieses Metail als verhältnismäßig reiiies Metal', als kommerziell verfügbares

Metall mit Verunreinigungen und/oder Legierungsbestandteil oder als Legierung ein, in welcher dieser Metallvorläufer der Hauptbestandteil ist; wenn ein spezifiziertes Metall als Grundmetall genannt wird, z. B. Aluminium, sollte das genannte Metall unter Berücksichtigung dieser Definition gelesen werden, wenn im Zusammenhang nichts anderes angegeben wird. Nach der vorliegenden Erfindung zur Herstellung von selbsttragenden keramirchen Verbundstoffen wird ein Grundmetall bei Vorhandensein eines dampfförmigen Ox\ dationsmittels bis zum geschmolzenen Zustand erhitzt, um ein Oxydationsreaktionsprodukt zu schaffen, welches in ein Bett oder eine Masse aus Füllstoff infiltriert. Der verwendete Füllstoff besteht aus zerkleinerten Teilchen des polykristallinen Materials, daß vorher nach im wesentlichen dem gleichen Verfahren hergestellt wurde. Dieser Füllstoff weist eine Affinität für das Oxydationsreaktionsprodukt auf, das während des Verfahrens für die Herstellung des abschließenden Verbundproduktes wächst, was offensichtlich auf eine Affinität zwischen ähnlichen Substanzen unter den Verfahrensbedingungen zurückzuführen ist, d.h., es besteht eine offensichtliche Affinität für das wachsende Reaktionsprodukt in sein Replikat. Auf Grund dieser Affinität konnte eine erhöhte Wachstumskinetik beobachtet werden, und folglich geschieht das Wachstum mit einer etwas höheren Geschwindigkeit im Vergleich zu im wesentlichen dem gleichen Verfahren, bei dem nicht mit einem replizierten Füllstoff gearbeitet wird.

Außerdem konnte eine Verbesserung der Morphologie beobachtet werden, was zur hohen Qualitätsreplikation eines Grundmetallmusters durch den Keramikkörper beiträgt, wiedas in den untenstehenden Beispielen vollständiger veranschaulicht wird, was auch in der hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung Nr. 823 543, eingereicht am 27. Jan. 1986, offengelegt wird.

Ein Faktor, derzu diesen verbesserten Eigenschaften beizutragen scheint, ist das Vorhandensein eines Dotierungsmaterials, das dem Füllstoff eng zugeordnet ist. Wenn beispielsweise Aluminiumoxid als Oxydationsreaktionsprodukt nach der Oxydationsreaktion von Aluminium in Luft gebildet wird, wird beispielsweise im typischen Fall ein Dotierungsmaterial in Assoziation mit oder in Kombination mit dem Aluminiumgrundmetall verwendet. Es kann sein, daß das Dotierungsmittel oder ein Teil davon nicht durch das Reaktionssystem erschöpft wird, und es wird daher durch einen Teil oder durch das gesamte polykristalline Material dispergiert. In diesem Fall kann das Dotierungsmaterial an der Initiierungsfläche oder an der Außenfläche des polykristallinen Materials konzentriert sein, odor es kann eng mit der MikroStruktur des Oxydationsreaktionsproduktes gebunden sein, oder es kann mit der metallischen Komponente des polykristallinen Materials legiert sein. Wenn daä polykristalline Material zur Verwendung als Füllstoff zerkleinert wird, dient dieses als Teil des Füllstoffs einbezogene Dotierungsmaterial nun als nützliches Dotierungsmittel bei der Herstellung des Verbundendproduktes. Beispielsweise ist Silizium ein nützliches Dotierungsmittel für die Oxydationsreaktion von Aluminium in Luft, und ein signifikatner Prozentsatz des Siliziums wird sich mit der Metallphase des polykristallinen Materials legieren. Bei der Verwendung als Füllstoff enthält dieses polykristalline Material ein eingebautes Dotierungsmittel für die Verwendung bei der Herstellung eines Aluminiumoxid-Verbundstoffes.

Der Keramikkörper, der als Ausgangsmaterial für den Füllstoff für das Verbundendprodukt hergestellt wird, wird durch Schlagmahlen, Walzmahlen, Kreiselbrechen oder andere geeignete herkömmliche Verfahren auf die gewünschte Größe zerkleinert, wobei die Wahl des Verfahrens vorwiegend durch die gewünschte Teilchengröße und die Zusammensetzung des polykristallinen Materials bestimmt ist. Das zerkleinerte oder gemahlene keramische Material wird gesiebt und als Füllstoff aufgefangen. Es kann vorteilhaft sein, den Keramikkörper zuerst in große Stücke von etwa 6,35 mm bis 12,7:nm zu zerkleinern, beispielsweise mit einem Backenbrecher, einer Hammermühle usw., und'. in in feinere Teilchen mit einer Siebg/öße von 50 Maschen oder feiner mit einer Schlagmühle. Das Partikulatmaterial wire τι typischen Fall gesiebt, um Fraktionen in der gewünschten Größe zu erhalten. Geeignete Füllstoffe können einen Größe.· i ereich von Siebgröße 100 Maschen bis 500 Maschen oder feiner aufweisen, wobei der herzustellende keramische Verbundstoff und seine Endanwendung entscheidend für die Auswahl sind.

Wie oben ausgeführt wurde, kann das geformte polykristalline Material metallische Komponenten wie nichtoxydiertes Grundmetall enthalten. Die Menge des Metalls kann über einem breiten Bereich von 1 bls40Vol.-%echwanken und gelegentlich noch höher sein, und sie Ist in erster Linie vom Grad der Erschöpfung (Umwandlung) des im Verfahren eingesetzten Grundmetalls abhängig. Es kann wünschenswert sein, wenigstens einen Teil des Metalls abzutrennen, besonders die größeren Sektionen, bevor das Oxydationsreaktionsprodukt als Füllstoff verwendet wird. Diese Abtrennung kann am günstigsten erreicht werden, nachdem das polykristalline Material zerkleinert oder gemahlen wurde. Das Oxydationsreaktionsprodukt wird in der Regel leichter gebrochen als das Metall, und es ist daher in einigen Fällen möglich, die beiden Bestandteile durch Zerkleinern und Sieben zu trennen.

Außerdem Ist alles nichtox» dierte Grundmetall, das im Füllstoff vorhanden Ist, in Partikulatform vorhanden und wird, wenn es für die Herstellung eines Endproduktes verwendet wird, einer Oxydationsreaktion unterzogen, wodurch Hohlräume in der Keramikmatrix bleiben, deren Größe der der Metallteilchen entspricht. Diese über die Keramikmatrix verstreuten Hohlräume können in Abhängigkeit von den Eigenschaften, die für das Endprodukt und dessen Endnutzung angestrebt werden, wünschenswert sein, müssen es aber nicht. Wenn für das Endprodukt ein hoher Volumenprozentsatz an Hohlräumen wünschenswert ist, um beispielsweise die Wärmeisolierung des Verbundstoffes zu erhöhen, wäre es vorteilhaft, mit einem Füllstoff, der eine beachtliche Menge an nichtoxydiertem Grundmetall hat, zu arbeiten. Soll diese eingebaute Porösität auf nur einen Abschnitt des Verbundstoffs beschränkt werden, kann man ein geschichtetes Bett von Füllstoff schaffen, das aus (1) Füllstoff mit Partikulatgrundmetall und (2) dem relativ reinen Füllstoff ^Metall entfernt) oder einem Füllstoff aus einer anderen Quelle besteht.

Man kann feststellen, daß nach der vorliegenden Erfindung das Grundmetall, das für die Herstellung des Füllstoffes verwendet wird, Im wesentlichen das gleiche wie oder verschieden von dem Grundmetall sein kann, das für die Herstellung des keramischen Verbundendproduktes verwendet wird. Das kann insofern wünschenswert sein, als es die Verwendung eines Füllstoffs ermöglicht, der die oben aufgeführten Vorteile hat, wobei die chemische Zusammensetzung des Oxydationsreaktionsproduktes sich jedoch von der des Oxydationsreaktionsproduktes des Endproduktes unterscheidet. Beispielsweise ist es durch dieses Ausführungsbeispiel möglich, einen Aluminiumoxidkeramikkörper durch den Oxydationsreaktionsprozeß eines Aluminiumgrundmetalls in einer Sauerstoffatmosphäre zur anschließenden Nutzung nls Füllstoff in einer Keramikmatrix aus Tonerde-Nitrid zu verwenden, die durch die Luftoxydationsreaktion eines Aluminiumgrundmetalls in einer Stickstoffatmosphäre hergestellt wurde.

Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel wird der Füllstoff, der für die Herstellung des Verbundendproduktes verwendet wird, selbst durch den Oxydationsreaktionsprozeß hergestellt und dnnn zerkleinert und nach Größe gesiebt. Der Füllstoff, der für die Herstellung des Keramikverbundstoffes verwendet wird, welcher der Vorläuferfüllstoff für das Endprodukt ist, kann se gewählt werden, daß die Eigenschaften des Endproduktes verstärkt oder verbessert werden. Das kann dadurch erreicht werden, daß ein Füllstoff ausgewählt wird, dessen Zusammensetzung sich von der des Oxydaticnsreaktionsproduktes unterscheidet, so daß der resultierende Vorläuferfüllstoff aus zwei Komponenten zusammengesetzt ist oder diese enthält, die als Mikroverbundstoff eng miteinander verbunden sind. Wenn die keramische Verbundstruktur nach diesem Ausführungsbeispiel hergestellt wird, werden eine erste Ausgangsquelle für Grundmetall und ein permeables Bett oder eine permeable Masse aus Füllmaterial so zueinander ausgerichtet, daß die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes in einer Richtung zu dem und in das genannte Bett aus Füllmaterial erfolgt. Die erste Ausgangsquelle für Grundmetall wird bei Vorhandensein eines dampfförmigen Oxydationsmittels erhitzt, um einen Körper aus flüssigem Grundmetall zu schaffen, der in diesem Temperaturbereich mit dem Oxydationsmittel reagiert, um ein Oxydationsreaktionsprodukt zu schaffen. Das Oxydationsreaktionsprodukt ist mit dem Körper des flüssigen Metalle und dem Oxydationsmittel in Kontakt und erstreckt sich zwischen diesem, wodurch progressiv flüssiges Metall durch das Oxydationsreaktionsprodukt hin zum Oxydationsmittel und in die Masse des Füllmaterials gezogen wird, so daß sich weiterhin das Oxydationsreaktionsprodukt an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel und dem vorher entstandenen Oxydationsreaktionsprodukt bildet. Die Reaktion wird über eine ausreichende Zeitspanne fortgeführt, so daß wenigstens ein Teil des Bettes aus Füllmaterial durch ein polykristallines Material infiltriert ißt, das aus dem Oxydationsreaktionsprodukt und, wahlweise, einem oder mehreren metallischen Bestandteilen, wie nichtoxydiertem Grundnvstall, besteht. Der resultierende polykristalline Verbundstoff wird zerkleinert auf eine Partikulatgröße, die für die Verwendung als zweiter Füllstoff geeignet ist, und eine permeable Masse dieses zweiten Füllstoffs (die eine andere Zusammensetzung haben kann) wird so im Verhältnis zu einer zweiten Ausgangsquelle für Grundmetall ausgerichtet, daß die Bildung eines Oxydationsreaktionsproduktes in einer Richtung hin zu der und in die Masse des zweiten Füllstoffs erfolgt. Der Oxydationsreaktionsprozeß wird so wiederholt, wie das oben ausgeführt wurde, und über eine ausreichende Zeitspanne geführt, so daß das Oxydationsreaktionsprodukt wenigstens einen Teil der Masse des zweiten Füllstoffs infiltriert, wodurch das keramische Verbundendprodukt geschaffen wird.

Die Eigenschaften der krramischen Verbunderzeugnisse der vorliegenden Erfindung könr.'m <r, Abhängigkeit von solchen Faktoren wie Wahl der, Grundmotaüs, Zusammensetzung der Füllstoffe und Oxydationsmittel unterschiedlich sein. Zu den typischen Eigenschaften, die für diese Verbundstoffe, die gezielt aufgebaut werden können, angestrebt werden, gehören Härte, Biegefestigkeit, Bruchzähigkeit und Elastizitätsmodul. Die Verbundprodukte sind im allgemeinen anwendbar oder werden hergestellt, beispielsweise durch maschinelles Bearbeiten, Polieren, Schleifen usw., zur Verwendung als Handelsartikel, worunter in der vorliegenden Spezifikation ohne Einschränkung industrielle, strukturelle und technische keramische Körper für Anwendungen zu verstehen sind, in denen elektrische. Verschleiß-, Wärme*, Struktur- oder andere Merkmale oder Eigenschaften wichtig oder vorteilhaft sind.

Die vorliegende Erfindung wird zwar im Vorstehenden unter besonderer Betonung von Systemen beschrieben, in denen Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als Grundmetall eingesetzt werden und Aluminiumoxid das beabsichtigte Oxydationsreaktionsprodukt ist, diese Bezugnahme dient jedoch nur der Veranschaulichung, und es ist davon auszugehen, daß die eigentliche Erfindung anwendbar ist durch die Anwendung der hier ausgeführten Offenlegungen auf andere Systeme, bei denen andere Metalle wie Zinn, Silizium, Titan, Zirkon usw. als Grundmetall eingesetzt werden. Außerdem ist das beabsichtigte Oxydationsreaktionsprodukt das Metalloxid, -nitrid, -borid, -karbid und ähnliches des Grundmetalls. Es werden nun bestimmte Verfahrensschritte ausführlicher dargelt·^. Das Grundmetall (das dotiert sein kann, wie oben ausgeführt wurde) als Vorläufer des Oxydationsreaktionsproduktes wird als Block, Barren, Stange Blech oder ähnliches hergestellt und in ein iniertes Bett, einen Schmelztiegel oder anderen feuerfesten Behälter gegeben. Dieser Behälter wird mit seinem Inhalt in einen Ofen gebracht, der mit einem gasförmigen Oxydationsmittel gospoist wird. Diese Anordnung wird auf Temperaturen unter dem Schmelzpunkt des Oxydationsreaktionsproduktes, aber über dem Schmelzpunkt des Grundmetalls erhitzt, wobei dieser Temperaturbereich bei Aluminium und Luft als gasförmigem Oxydationsmittel beispielsweise generell zwischen etwa 85O⁰C und 1450°C und vorzugsweise ziwschen etwa 900⁰C und 135O⁰C liegt. Innerhalb dieses anwendbaren Temperaturintervalls oder -bereichs bildet sich ein Körper oder Pool aus flüssigem Metall, und beim Kontakt mit dem Oxydationsmittel reagiert das flüssige Metall und bildet eine Schicht des Oxydationsreaktionsproduktes. Bei der fortgesetzten Einwirkung der oxydierenden Umgebung wird flüssiges Metall progressiv in und durch das vorher gebildete Oxydationsreaktionsprodukt in der Richtng des Oxydationsmittels gezogen. Beim Kontakt mit dem Oxydationsmittel reagiert das flüssige Metall und bildet weiteres Oxydationsreaktionsprodukt, so daß sich progressiv ein stärkeres Oxydationsprodukt bildet, während, wahlweise, metallische Bestandteile im polykristallinen Material dispergiert bleiben. Die Reaktion des flüssigen Metalls mit dem Oxydationsmittel dauert an, bis das Oxydationsreaktionsprodukt bis zur gewünschten Grenze oder Grenzschicht gewachsen ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel, bei welchem ein keramischer Verbundstoff hergestellt wird, der als Verläuferfüllstoff dienen soli, werden das Grundmetall und eine permeable Masse des Füllmaterials nebeneinander angeordnet und so zueinander ausgerichtet, daß das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes, wie es oben beschrieben wurde, in einer Richtung zum Füllstoff hin erfolgt, so daß der Füllstoff oder ein Teil davon durch das wachsende Oxydationsreaktionsprodukt infiltriert und darin eingebettet wird. Diese Anordnung und Ausrichtung des Grundmetalls und des Füllstoffs im Verhältnis zueinander können einfach dadurch erreicht werden, daß ein Körper des Grundmetalls in einem Bett aus Partikulatfüllstoff eingebettet wird oder daß ein oder mehrere Körper des Grundmetalls in oder neben einem Bett oder einer anderen Anordnung des Füllstoffs angeordnet werden. Die Anordnung wird so arrangiert, daß die Wachstumsrichtung des Oxydationsreaktionsproduktes wenigstens einen Teil des Füllmaterials durchdringt oder infiltriert. Der Füllstoff kann beispielsweise aus Pulver oder anderen Partikulatstoffen, Haufwerk, feuerfesten Fasern, Röhrchen, VVhishern, Kugeln, Plättchen oder ähnlichen Formen oder einer Kombination der genannten bestehen. Außerdem können zu Con geeigneten Füllstoffen beispielsweise Metalloxide, -nitride oder -karbide gehören, wie Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Hafnium(IV)-oxid, Zirkoniumdioxid, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Zirkoniumnitrid, Titannitrid usw., wie das in den vorstehend genannten US-Patentanmeldungen offengelegt wird.

Das resultierende polykristalline Material kann porös sein, wobei die Porösität eine teilweise oder annähernd vollständige Ersetzung der Metallphase(n) sein kann, aber der Volumenprozentsatz der Hohlräume Ist wesentlich abhängig von solchen Bedingungen wie Temperatur, Zelt, Typ des Grundmetalls und Dotierungsmittelkonzentrationen. Typisch ist für diese polikristallinen Kermamikstrukturen, daß die Kristallite des Oxydationsreaktionsproduktes in mehr als einer Dimension untereinander verbunden sind, vorzugsweise in drei Dimensionen, und das Metall kann wenigstens teilweise verbunden sein. Das polykristalline Kermamikmaterial (oder Vorbundmaterial, wenn es hergestellt wurde) wird nun zerkleinert und für die Verwendung als Füllstoff bei der Herstellung des Verbundendproduktes klassiert. Aus diesem Partikulatfüllstoff, der noch mit anderen Füllstoffen gemischt werden kann, wird ein permeables Bett hergestellt, vorzugsweise in einer geformten Vorform. Das Bett und ein zweites Grundmetall werden so zueinander ausgerichtet, daß die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes in einer Richtung hin zu dem und in das Bett erfolgt. Die oben ausgeführten Verfahrensschritte werden im wesentlichen wiederholt. Der Reaktionsprozeß wird über eine ausreichende Zeitspanne durchgeführt, so daß Oxydationsreaktionsprodukt wenigstens einen Abschnitt des Bettes oder bis zu einer gewünschten Vorformgrenze infiltriert, wodurch der keramische Verbundstoff entsteht.

Eine besonders wirksame Methode der Ausführung dieser Erfindung beinhaltet die Schaffung des Füllstoffes in einer Vorform mit einer Form, welche der gewünschten Geometrie des Verbundendproduktes entspricht. Die Vorform kann nach einer beliebigen Methode des breiten Bereiches von herkömmlichen Formungsmethoden für Keramikkörper hergestellt werden (wie uniaxiales Pressen, isostatisches Pressen, Schlickerguß, Absetzguß, Bandguß, Spritzguß, Drahtwicklung bei Fasermaterialien usw.) und ist im we£entlichen von den Eigenschaften des Füllstoffs abhängig. Eine anfängliche Bindung der Teilchen vor der Infiltration kann durch leichtes Sintern oder dutch die Verwendung verschiedener organischer oder anorganischer Bindemittel erreicht werden, die den Prozeß nicht stören oder unerwünschte Nebenprodukte in das fertige Material einbringen. Die Vorform wird so hergestellt, daß sie eine ausreichende Formintegrität und Grünstandfestigkeit hat, und sollte für den Transport des Oxydationsreaktionsproduktes durchlässig sein, also eine Porösität von etwa 5 bis 90Vol.-%, besser noch zwischen otwa 25 und 50 Vol.-%, aufweisen. Es kann auch mit einer Mischung von Füllmaterialien und Siebgrößen gearbeitet werden. Die Vorform wird dann ^it dem flüssigen Grundmetall an einer oder mehreren ihrer Oberflächen über eine ausreichende Zeitspanne in Kontakt gebracht, um das Wachstum und die Infiltration der Vorform bis zu ihren Oberflächengrenzen abzuschließen. Wie in der hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung Nr.861024, eingereicht am 9.Ma11986, beschrieben wird, kann in Verbindung mit dem Füllmaterial oder der Vorform ein Sperrelement verwendet werden, um das Wachstum oder die Entwicklung des Oxydationsreaktionsproduktes über das Sperrelement hinaus zu unterbinden. Ein geeignetes Sperrelement kann jedes Material, {ede Verbindung, jedes Element, jede Zusammensetzung oder ähnliches sein, die unter den Verfahrensbedingungen der vorliegenden Erfindung eine gewisse Integrität bewahren, nicht flüchtig sind und vorzugsweise durchlässig für das dampfförmige Oxydationsmittel sind, während sie lokal das weitere Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes unterbinden,' hemmen, stoppen, stören oder ähnliches Können. 7u den geeigneten Sperrelementen für die Verwendung bei Alumlniumgrundmotall gehören Kalziumsulfat (gebrannter Gips), Kalziumsilikat und Portlandzement und deren Mischungen, die im typischen Fall als Aufschlämmung oder Paste auf die Oberfläche des Füllmaterials aufgebracht werden. Diese Sperrelemente können auch ein geeignetes brennbares oder flüchtiges Material einschließen, das beim Erhitzen ausgeschaltet wird, oder ein Material, das sich beim Erhitzen zersetzt, um die Porösität und Durchlässigkeit des Sperrelementes zu verstärken. Außerdem kann das Sperrelement noch ein geeignetes feuerfestes Partikulatmaterial einschließen, um ein mögliches Schrumpfen oder Reißen zu verringern, das andernfalls während des Verfahrens auftreten kann. Wenn ein solches Partikulatmaterial im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Füllstoffbett oder die Vorform hat, ist das besonders wünschenswert. Wenn beispielsweise die Vorform Aluminiumoxid aufweist und der resultierende Keramikkörper Aluminiumoxid aufweist, kann das Sperrelement mitAluminiumoxidpartikulatmaterial gemischt werden, vorzugsweise mit einer Siebgröße von 20 bis 1000 Maschen, es kann aber auch noch feiner sein. Weitere geeignete Sperrelemente sind feuerfeste Keramik- oder Metalihüllen, die an wenigstens einem Ende offen sind, damit ein dampfförmiges Oxydationsmittel das Bett durchdringen und mit dem flüssigen Grundmetall in Kontakt kommen kann.

Im Ergebnis der Verwendung einer Vorform, insbesondere in VerbiMung mit einem Sperrelement, erhält man eine Nettoform, wodurch eine abschließende, a' fwendige maschinelle Bearbeitung oder Schleifen auf ein Minimum reduziert werden oder entfallen können.

Als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung und wie das in den obigen US-Patentanmeldungen erklärt wurde, kann der Zusatz von Dotierungsmitteln in Verbindung mit dem Grundmetall den Oxydationsreaktionsprozeß vorteilhaft beeinflussen. Die Funktion oder Funktionen des Dotierungsmaterials können von einer Reihe anderer Faktoren als dem Dotierungsmaterial selbst abhängig sein. Zu diesen Faktoren gehören beispielsweise das jeweilige Grundmetall, das gewünschte Endprodukt, die besondere Kombination von Dotierungsmitteln, wenn mit zwei oder mehr Dotierungsmitteln gearbeitet wird, die Verwendung eines äußerlich aufgebrachten Dotierungsmittels in Verbindung mit einem legierten Dotierungsmittel, die Konzentration des Dotierungsmittels, die oxydierende Umgebung und die Verfahrensbedingungen.

Das oder die Dotierungsmittel, die in Verbindung mit dem Grundmetall eingesetzt werden, können (1) vorgesehen werden als Legiei ungsbestandteile des Grundmetalls, (2) aufgebracht werden auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche des Grundmetalls oder (3) aufgebracht werden auf das Füllstoffbett oder die Vorform oder auf einen Teil davon, z. B. die Auflagezone der Vorform, oder es kann mit einer Kombination von zwei oder mehr der Verfahren (1), (2) und (3) gearbeitet werden. Beispielswelse kann ein legiertes Dotierungsmittel in Vorbindung mit einem äußerlich aufgebrachten Dotierungsmittel verwendet werden. Bei Verfahren (3), wenn das oder die Dotierungsmittel auf das Füllstoffbett oder die Vorform aufgebracht werden, kann die Aufbringung in jeder geeigneten Weise erfolgen, beispielsweise die Dispersion der Dotierungsmittel über einen Teil oder die gesamte Masse der Vorform als Überzug oder in Partikulatform, vorzugsweise einschließlich wenigstens eines Abschnitts der Vorform, der an dem Grundmetall anliegt. Die Aufbringung eines der Dotierungsmittel auf die Vorform kann auch durch Aufbringung einer Schicht aus einem oder mehreren Dotierungsmaterialien auf die und innerhalb der Vorform, einschließlich all derer Innenöffnungen, Zwischenräume, Durchgänge, Verbindungsräume oder ähnlichen, erfolgen, um diese durchlässig zu machen.

Ein geeignetes Verfahren, einen der Dotierungsstoffe aufzubringen, besteht darin, einfach das gesamte Bett in einer Flüssigkeit (z. B. einer Lösung) des Dotierungsmaterials zu tränken. Wie oben ausgeführt wurde, kann das Dotierungsmittel in den Füllstoff eingebaut werden, der für die Herstellung des Verbundendproduktes verwendet wird. Eine Quelle für das Dotierungsmittel kann auch dadurch geschaffen werden, daß man einen starren Körper des Dotierungsmittels in Kontakt mit und zwischen wenigstens einen Abschnitt der Grundm6talloberfläche und der Vorform bringt. Beispielsweise kann nine dünne Folie eines siliziumhaltigen Glases (geeignet als Dotierungsmittel für die Oxydation eines Aluminiumgrundmetalls) auf eine Oberfläche des Grundmetalls gebracht werden. Wenn das Aluminiumgrundmetall (das innen mit Mg dotiert sein !rann) mit dem darüberliegenden, siliziumhaltigen Material in einer oxydierenden Umgebung geschmolzen wird (z.B. be! Aluminium in Luft zwischen etwa 850°C und etwa 1450⁰C, vorzugsweise zwischen etwa 900⁰C und etwa 1350⁰C), erfolgt das Wachstum des polykristallinen keramischen Materials in die durchlässige Vorform. Wenn das Dotierungsmittel außen auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht wird, wächst die polykristalline Oxydstruktur generell innerhalb der durchlässigen Vorform im wesentlichen über die Dotierungsschicht hinaus (d.h., über die Tiefe der aufgebrachten Dotierungsschicht). Auf jeden Fall können auf die Grundmetalloberfläche und/oder die durchlässige Vorform äußerlich ein oder mehrere Dotierungsmittel aufgebracht werden. Zusätzlich können Dotierungsmittel, die im Grundmetall legiert sind und/oder außen auf das Grundmetall aufgebracht wurden, verstärkt werden durch Dotierungsmittel, die auf die V orform aufgebracht werden. So können alle Konzentrationsmängel von Dotierungsmitteln, die in das Grundmetall legiert sind und/oder auf das Grundmetall außen aufgebracht wurden, ausgeglichen werden und durch die zusätzliche Konzentration des (der) entsprechenden Dotiorungsmittel(s), das auf die Vorform aufgebracht wird, und umgekehrt.

Zu den geeigneten Dotierungsmitteln für das Aluminiumgrundmetall, besonders mit Luft als dem Oxydationsmittel, gehören beispielsweise Magnesium, Zink und Silizium, in Kombination miteinander oder in Kombination mit anderen Dotierungsmitteln, die unten beschrieben werden. Diese Metalle oder eine geeignete Quelle der Metalle können in das Grundmetall auf Aluminiiimbasis in einer Jeweiligen Konzentration zwischen etwa 0,1 bis 10Gew.-% auf der Grundlage des Gesamtgewichts des resultierenden dotierten Metalls legiert werden. Konzentrationen innerhalb dieses Bereiches scheinen das keramische Wachstum zu initiieren, den Metalltransport zu verstärken und die Wachstumsmorphologie des resultierenden Oxydationsreaktionsprodukt günstig zu beeinflussen. Der Konzentrationsbereich für jedes einzelne Dotierungsmittel ist von solchen Faktoren wie Kombination der Dotierungsmittel und Verfahrenstemperatur abhängig.

Andere Dosierungsmittel, weiche wirksam das Wachstum des polykristallinen Oxydationsreaktionsproduktes fördern, sind bei Systemen auf der Basis von Aluminiumgrundmetall, beispielsweise Germanium, Zinn und Blei, insbesondere, wenn sie in Verbindung mit Magnesium oder Zink eingesetzt werden; eines oder mehrere dieser anderen Dosierungsmittel oder eine geeignete Quelle für diese werden in das Aluminiumgrundmetallsystem bei jeweiligen Konzentrationen von etwa 0,5 bis etwa 15Gew.-% der Gesamtlegierung legiert; günstigere Wachstumskinetik und WcOstumsmorphologie erhält man jedoch bei Konzentrationen der Dotierungsmittel im Bereich zwischen etwa 1 und etwa 10Gew.-% der gesamten Grundmetallegierung. Blei als Dotierungsmittel wird im allgemeinen bei einer Temperatur von wenigstens 1000°C in das Grundmetall auf Aluminiumbasis legiert, um dessen geringer Löslichkeit in Aluminium Rechnung zu tragen; der Zusatz anderer Legierungskomponenten aber, beispielsweise von Zinn, erhöht jedoch im allgemeinen die Löslichkeit von Blei und ermöglicht es, die Legierungsmittel bei einer niedrigeren Temperatur zuzusetzen.

In Abhängigkeit von den Umständen können, wie oben erklärt wurde, ein oder mehrere Dotitrungsmittel eingesetzt werden. Beispielsweise sind bei einem Aluminiumgrundmetall und Luft als Oxydationsmittel besonders günstige Kombinationen von Dotierungsmittel u.a. die nachfolgenden:

(a) Magnesium und Silizium oder (b) Magnesium, Zink und Silizium. Bei diesen Beispielen liegt die bevorzugte Magnesiumkonzentration im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 3Gew.-%, die bevorzugte Zinkkonzentration im Bereich von etwa 1 bis etwa 6Gew.-% und die bevorzugte Siliziumkonzentration im Bareich von etwa 1 bis etwa 10Gew.-%. Zu den weiteren Dotiere, gsmitteln, die bei einem Aluminiumgrundmetall eingesetzt weroei: können, gehören Natrium, Lithium, Kalzium, Bor, Phosphc' und Yttrium, die einzeln oder in Kombination miteinander oder mit mehreren Dotierungsmitteln, in Abhängigkeit vom Oxydationsmittel undden Verfahrensbedingungen, eingesetzt werden können. Natrium und Lithium können in sehr kleinen Mengen, im Bereich von Teilchen je Million, im typischen Fall von etwa 100 bi. . 10 Teilchen je Million, eingesetzt werden, und beide können allein oder zusammen oder in Verbindng mit anderen Dotierungbmitteln (einem anderen Dotierungsmittel) eingesetzt werden. Auch Seltenerdelemente wie Zerium, Lathan, Praseodymium, Neodymium und Samarium sind geeignete Dotierungsmittel, auch in diesem Fall insbesondere dann, wenn sie in Kombination mit anderen Dotierungsmitteln eingesetzt werden.

Wie oben ausgeführt wurde, ist es nicht notwendig, das Dotierungsmaterial in das Grundmetall zu legieren. Beispielsweise ermöglicht die selektive Aufbringung eines oder mehrerer Dotierungsstoffe in einer dünnen Schicht auf der gesamten Oberfläche des Grundmetalls oder auf einem Abschnitt davon das lokale keramische Wachstum an der Grundmetalloberfläche oder deren Abschnitten und eignet sich für das Wachstum des polykristallinen keramischen Materials in eine permeable Vorform oder ein Bett in ausgewählten Bereichen. So kann das Wachstum des polykristallinen keramischen Materials durch die lokalisierte Aufbringung des Dotierungsmaterials auf die Oberfläche des Grundmetalls gesteuert werden. Der aufgebrachte Überzug oder die Schicht des Dotierungsmittels ist im Verhältnis zur Stärke des Grundmetallkörpers dünn, und das Wachstum oder die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes in das durchlässige Bett oder die Vorform erstreckt sich beachtlich über die Dotierungsschicht hinaus, d. h., über die Tiefe der aufgebrachten Dotierungsschicht hinaus. Diese Schicht des Dotierungsmittels kann durch Streichen, Tauchen, Siebdruck, Aufdampfen oder eine andere Form der Aufbringung des Dotierungsmaterial in flüssiger oder Pastenform oder durch lonenstrahlzerstäubung oder einfach durch Aufbringung einer Schicht des festen Partikulatdotierungsmittels oder einer festen dünnen Folie oder eines Films des Dotierungsmittels auf die Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht werden. Das Dotierungsmaterial kann organische oder anorganische Bindemittel, Vehikel, Lösungsmittel und/oder Verdickungsmittel enthalten, muß sie aber nicht aufweisen. Vorzugsweise werden Jie Dotierungsstoffe als Pulver auf die Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht oder in wenigstens einem Abschnitt des Füllstoffs dispergiert. Eine besonders bevorzugte Methode der Aufbringung der Dotierungsmittel auf das Grundmetall besteht darin, eine flüssige Suspension der Dotierungsmittel in einem Gemisch aus Wasser und organischem Bindemittel herzus'ellen, die auf eine

Grundmetalloberfläche aufgespritzt wird, um einen haftenden Überzug zu erhalten, was die Handhabung des dotierten Grundmutalls vor der Verarbeitung erleichtert.

Wenn die Dotierungestoffe äußerlich eingesetzt werden, werden sie in der Regel auf einen Abschnitt einer Oberfläche des Grundmetall« als ein einheitlicher Überzug aufgebracht. Die Menge deft Dotierungsmrttcls ist wirksam übjr einem weiten Bereich im VerhP'tnlezur Menge des Grundmetalls, auf das es aufgebracht wird, und bei Aluminium is«, es nicht gelungen, durch Experimente die oberen oder unteren Anwendungsgrenzen zu identifizieren. Wenn beispielsweise Silizium in Form von Siliziumdioxid verwendet wird, das äußerlich als Dotierungbmittel'auf ein Grundmetall auf Aljminiumbasis unter Verwendung vor. Luft oder Sauerstoff als Oxydationsmittel aufgebracht wird, erzeugen so geringe Mengen wis 0,00003 g Silizium je Gramm Grundmetall oder etwa 0,001 g Silizium je Quadratzentimeter der exponierten Grundmetalloberfläche in Verbindung mit einem zweiten Dotierungsmittel mit einer Quelle für Magnesium und/oder Zink das Phänomen des polykristallinen keramischen Wachstums. Außerdem wurde festgestellt, daß eine keramische Struktur erreichbar ist aus einem Aluminiumgrundmetall, das Silizium enthält, bei Verwendung von Luft oder Sauerstoff als Oxydationsmittel, wenn MgO als Dotierungsmittel in einer Menge von mehr als 0,0008g Mg je Gramm es zu oxydier snden Grundmetalls oder mehr als 0,003 g Mg je Quadratzentimeter der Grundmetalloberfläche, auf die das MgO aufgebracht wird, eingesetzt wird. Es hat den Anschein, daß bis zu einem gewissen Grad eine Steigerung in der Menge der Dotierungsstoffe die Reaktionszeit verkürzen kann, die zur Bildung des keramischen Verbundstoffes notwendig ist, das ist aber von solchen Fakt en wie Typ des Dotierunysmittele, brundmetall und den Reaktionsbedingungen abhängig.

Wenn das Grundmetall Aluminium ist, das innen mit Magr dium dotiert wurde, und das oxydierende Medium ist Luft oder Sauerstoff zwischen etwa 820⁰C und 950°C zumindest teilweise aus der Legierung oxydiert wird. In diesen Fällen von magnesiumdotierten Systemen bildet da3 Magnesium an der Oberfläche der flüssigen Aluminiumlegierung ein Magnesiumoxid und/oder eine Magnesiumaluminatspinellphase, und während des Wachstumsprozespes bleiben diese Magnesiumverbindungen primär an der anfänglichen Oxidfläche der Grundmetallegierung (d. h., der Jnitiierungsfläche") in der wachsenden Keramik-Struktur. Folglich wird in diesen magnesiumdotierten Systemen neben der relativ dünnen Schicht von Magnesiumaluminatspinell nn der Initiierungsfläche eino Struktur auf Alurniniunioxidbasis gebildet. Wenn das gewünscht wi.'d, kann diese Initiierungefläche leicht durch Schleifen, maschinelles Bearbeiten, Polieren oder Sandblasen entfernt werden.

AusfOhrungsbelsplel

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Abbildungen näher erläutert werden

Es zeigen:

Fig. 1A und 1B: Fotografien, welche die äußere Wachstumsmorphologie von Spermen zeigen, die durch Oxydation eines Grundmetalls aus Aluminiumlegierung in ein Teilchenbett aus, in dei Fig. 1A, einem gewachsenen und zerkleinerten Aluminiumoxidmaterial entstanden sind und

Fig. 2 A und 2 B: Fotografien, welche die äußere Wachstumsmorphologie von Spezimen zeigen, die durch Oxydation eines

Grundmetalls aus zu 99,7% reinem Aluminium in ein Teilchenbett aus, in der Fig. 2 A, oinem gewachsenen und zerkleinerten Aluminiumoxidmaterial und, in der Fig.2 B, einm geschmolzenen Aluminiumoxidmaterial entstanden sind.

Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der Vorfahren und Ergebnisse dieser Erfindung gegeben. Beispiel 1

Füllstoffe für die gewachsenen KeramikverbunoJtoffe der vorliegenden Erfindung wurden hergestellt durch Zerkleinern und Mahlen von Koramikkörpern, die nach den Methoden der vorstehend genannten US-Patentanmeldungen hergestellt worden waren. Speziell wurden Stäbe aus kommerzieller Aluminiumlegierung (eine leicht unreine Version der Legierung 380.1, die unten beschrieben wird) durch Oxydieren an Luft bei 1080⁰C für die Dauer von zweiundsiebzig StUn^_n in Keramik umgewandelt, diese Zeit war ausreichend, um die Reaktion des Aluminiumgrundmetalls abzuschließen. Während dieses Prozesses waren die Stäbe in Schichten von Aluminiumoxidteilchen (Norton E-1 Alundum, Teilchen der Siebgröße 90\ gelagert, und die Oxydation erfolgte von der exponierten Oberfläche des Metalls zur Luftatmosphäre. Nach der Abkühlung auf Umwelttemperatur wurden die gewachsenen Keramikstücke von lose anhaftende ι Teilchen dor Einbettung, von der dünnen Oxidhaut, die sich auf den nichtexponierten Metalloberflächen gebildet hatte, und von allern Restmetall, das noch im Bett vorhanden war, getrennt.

Diesrt gewachsenen Kerar·*.ikstücke wurden in Teilchen zur Verwendung als VerbundfOllstorf durch eine Kombinatfon von Zerkleinern und Mahlen umgewandelt. Zunächst wurden die Stoffe auf eine maximale Teilchengröße von 6,35 mm mit einem Backenbrecher zerklet'iuri und dann weitere 24 Stunden lang durch trockenes Schwingmahlen verkleinert. Das resultierende Pulver wurde ge«iebt, um die Fraktion - IOO/+200 Maschen für den Einsatz als Verbundfüllstoff auszusondern. Als Kontroll· oder Vergleichsmateriel wurden geschmolzene Aluminateilchen (Norton 38 Alundum) mit einer ursprünglichen Teilchengröße von 14 Maschen in einem Walzenbrecher zerkleinert, In einer l-'.'jgelmühle trockeng »mahlen und gesiebt, um die Friktion -100/+200 Maschen auszusondern, d.h., dieselbe Größenfraktion wie für das gewachsene und zerkleinerte Füllmaterial wurde ausgewählt.

Es wurden keramische Verbundkörper hergestellt, wobei die beiden verschiedenen Füllstoffe zu Vergleichszwecken veiwendet wurden. Zunächst wurden zwei feuerfeste Tonerdewannen bis zu einer Höhe von etwa 12,7mm mit einer ebenen Schicht aus Wollastonit gefüllt, einem Material, das als Sperre für den Oxydationsreaktionsprozeß dient. Oben auf die Wellastonitschicht wurde in jeder Wanne ein Stab aus Aluminiumlegierung 380.1 m" den Abmessungen 228,6mm χ 50,8mm χ 12,7mm gelegt. Diese Legierung enthält neben Aluminium nominell etwa 7,5-9,bGew.-% Silizium, 3,0-4,0Gew.-% Kupfer, <2,96Gew.-% Zink, < 1,0Gew.-% Eisen, <0,5Gew.-% Mangan, <0,5Gew.-% Nickel, <0,35Gew.-% Zinn weniger als 0,1 Gew.-% Magnesium, v/obei

_Vi

-12- 283 775

jedoch festgestelltwurde, diß andere Proben aus denifürdieso Arbeit verwendeten Posten von Alum' /i'umlegisrung 380.1 etwa 0,17 bis 0,i8Gew.-% Magnesium enthielten, eine potentiell wichtige Abweichung von der Nominalspezifikation, da Magnesium ein bekanntes Dotierungsmittel oder ein Promoter der Oxydationsreaktion ist. Die Leoierungsstäbe wurden dann auf allen Seiten, mit A jenahme des Bodens, von Teilchen der Füllstoffe bis zu einer Tiefe von wenigstens etwa 12,7 mm umgeben, wobei für eine Wanne der gewachsene und zerkleinerte Füllstoff, und für die andere der geschmolzene Aluminiumoxidfüllstoff verwendet wurden.

Die feuerfesten Wannen, die auf die oben beschriebene Weise gefüllt worden waren, wurden in einen Luftofen gegeben und auf eine Temperatur von 1000 ⁰C erhitzt, wobei mit folgendem Brennzyklus gearbeitet wurde: 5 Stinden Erhitzungszeit auf die Temperatur, 60 Stunden Verweilzeit bei der Temperatur und 5 Stunden Abkühlzeit in dem Ofen. Anschließend wurde der gewachr ene keramische Verbundstoff von der Sperrschicht und dem restlichen Einbettungsmaterial gelöst und alle lose haftenden Teilchen wurden durch leichtes Sandstrahlen entfernt.

Die Analyse der Gewichtsgewinndaten für die beiden Proben, die bestimmt wurden aus der Gewichtsänderung der feuerfesten Wanne und ihres Inhalts, dividiert durch das Anfangsgewicht der Aluminiumlegierung, ergibt, daß etwa die gleiche Menpe des Reaktionsproduktes bei jedem der Füllstoffe auftritt. Genauer ausgedrückt, betrug die Sauerstoffaufnahme 59% bei dem gewachsenen und zerkleinerten Füllstoff und 56% bei dem geschmolzenen Aluminiumoxidfüllstoff. Wie jedoch der Vergleich in den Fig. 1A und 1B zeigt, erfolgte das Wachstum in dem gewachsenen und zerkleinerten Füllstoff viel gleichmäßiger als im anderen Fall, was ein wichtigerVerarbeitungsvorteil ist.

Ein Vergleich der mechanischen Eigenschaften, die an Spezimen ermittelt wurden, welche aus den beiden verschiedenen Materialien geschnitten wurden, zeigt ebenfal!» signifikante Unterschiede, die in der Tabelle 1 zusammengefaßt werden. In dieser Tabelle wurde das Elastizitätsmodul nach einer Schallgeschwindigkeitsmethode bestimmt, die Bruchzähigkeit wurde in einem herkömmlichen Chevron-Schlagversuch gemessen, und das Bruchmodul wurde durch Vierpunktbiegen bestimmt. Die Daten in der Tabelle zeigen eine eindeutige Überlegenheit des Materials, das durch Wachsen in dan gewachsenen und zerkleinerten Füllstoff hergestellt wurde, in den mechanischen Eigenschaften.

Tabelle 1: Vergleich der Eigenschaften	Füllstoff	Geschmolzenes Aluminiumoxid
Eigenschaft	Gewachsen und zerkleinert	71 202 2,74 67
	84 316 4,67 256
Härte (Rockwell-Skala A) Elastizitätsmodul (GPa) Bruchzähigkeit (MPa - m"2) Bruchmodul (MPa)

Beispiel 2

Das Verfahren aus Beispiel 1 wurde exakt in der beschriebenen Weise wiederholt, mit der A' .snahme, daß das Wachstum der keramischen Verbundkörper als Endprodukte unter Verwendung von zu 99,7% reinem Aluminium als Grundmetall anstelle der im Beispiel 1 beschriebenen Legierung 380.1 durchgeführt wurde. In diesem Fall erfolgte das Wachstum in das gewachsene und zerkleinerte Füllmaterial leicht, as ergab sich ein Gewichtsgewini: (gemessen wie im Beispiel 1) von 65% und eine ziemlich einheitliche Wachstumsmorphologie, wie in der Fig. 2 A gezeigt wird. Im Gegensatz dazu erfolgte in dem geschmolzenen Aluminiumoxidfüllstoff kein Wachstum, war bei diesem Spezimen, das in der Fig. 2 B gezeigt wird, der Gewichtsgewinn negativ, was vermutlich die Ausschaltung geringerer Mengen flüchtiger Bestandteile aus der Wanne und dem Einbettungsmaterial widerspiegelt. So war in diesem Beispiel das Wachstum der keramischen Matrix in das gewachsene und zerkleinerte Füllstoffbett offensichtlich günstiger als das Wachstum in herkömmlich t, -chmolzene Aluminiumoxidteilchen. Die mechanischen Eigenschaften des Verbundstoffs, der durch das Wachstum in c is gewachsene und zerkleinerte Füllmaterial gewonnen wurde, waren denen sehr ähnlich oder etwas besser als die, welche bei dem Material mit dem gleichen Füllstoff, das nach der Beschreibung in Beispiel 1 hergestellt worden war, erzielt worden waren.

Claims (25)

1. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden, keramischen Verbundstoffs, der besteht aus (I) einer Keramikmatrix, die als Oxydationsreaktionsprodukt eines Grundmetalls mit einem dampfförmigen Oxydationsmittel gewonnen wird, und (ii) einem Füllstoff, dar von der genannten Keramikmatrix infiltriert wird, gekennzeichnet durch die Schritte: (a) Erhitzen einer ersten Quelle des Grundmetalls bei Vorhandensein eines dampfförmigen Oxydationsmittels zur Schaffung eines Körpers aus flüssigem Grundmetall und Reaktion des genannten flüssigen Grundmetalls mit dem genannten Oxydationsmittel bei einer Temperatur zur Schaffung eines Oxydationsreaktionsproduktes, wobei dieses Produkt in Kontakt mit dem genannten Körper des flüssigen Grundmetalls und dem genannten Oxydationsmittel ist und sich zwischen ihnen befindet; (b) Aufrechterhaltung der genannten Temperatur, um progressivflüssiges Metall durch das genannte Oxydationsreaktionsprodukt zu dem genannten Oxydationsmittel zu ziehen, so daß sich das Oxydationsreaktionsprodukt weiter an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel und dem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt bildet; (c) Weiterführung der genannten Reaktion über eine ausreichende Zeitspanne, um ein polykristallines Material zu erzeugen, das aus dem Oxydationsreaktionsprodukt und, wahlweise, einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht; (d) Zerkleinern des genannten polykristallinen Materials auf eine Partikulatgröße zur Verwendung als Füllstoff und Schaffung einer permeablen Masse des genannten Partikulatfüllstoffs; (e) Ausrichten einer zweiten Quelle von Grundmetall und dar genannten permeablen Masse des genannten Partikulatfüllstoffs so zueinander, daß die Bildung eines Oxydationsreaktionsproduktes in einer Richtung hin zu und in die genannte Masse des Partikulatfüllstoffs erfolgt; (f) Wiederholen der oben beschriebenen Verfahrensschritte (a), (b) und (c) mit der genannten zweiten Quelle von Grundmetall und (g) Wetterführung der genannten Reaktion über eine ausreichende Zeitspanne, so daß das Oxydationsreaktionsprodukt wenigstens einen Abschnitt der genannten Masse des Partikulatfüllstoffs infiltriert, wodurch der genannte keramische Verbundstoff geschaffen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte erste Quelle und die genannte zweite Quelle des Grundmetalls aus einem Aluminiumgrundmetall bestehen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß das genannte dampfförmige Oxydationsmittel Luft ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß ein Dotierungsmaterial in Verbindung mit der genannten ersten Quelle oder der genannten zweiten Quelle des Grundmetalls oder mit beiden verwendet wird,

5. Verfahren nach Anspruch 1/gekennzeichnet dadurch, daß die genannte erste Quelle und die genannte zweite Quelle des Grundmetalls in der Zusammensetzung im wesentlichen gleich sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte erste Quelle und die genannte zweite Quelle des Grundmetalls in der Zusammensetzung im wesentlichen verschieden sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Zusammensetzung des genannten Oxydationsmittels, das in den Schritten (a), (b) und (c) eingesetzt wird, im wesentlichen dieselbe wie die Zusammensetzung des genannten Oxydationsmittels ist, das bei der Schaffung des genannten keramischen Verbundstoffs eingesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Zusammensetzung des genannten Oxydationsmittels, das in den Schritten (a), (b) und (c) eingesetzt wird, im wesentlichen verschieden von der Zusammensetzung des genannten Oxydationsmittels ist, das bei der Schaffung des genannten keramischen Verbundstoffs eingesetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß ein zweiter Füllstoff mit der genannten Masse des Partikulatfüllstoffs vor dem genannten Ausrichtungsschritt gemischt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 5 oder 6, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte permeable Masse des Partikulatfüllstoffs eine Vorform von festgelegter Form ist und die genannte Infiltration in die genannte Vorform einen keramischen Verbundstoff erzeugt, der die Konfiguration der genannten Vorform hat.

11. Verfahren zur Schaffung eines selbsttragenden, keramischen Verbundstoffs, der besteht aus (i) einer Keramikmatrix, die als Oxydationsreaktionsprodukt eines Grundmetalls mit einem dampfförmigen Oxydationsmittel gewonnen wurde, und (ii) einem Füllstoff, der durch die genannte Keramikmatrix infiltriert wird, gekennzeichnet durch die Schritte:

(a) Erhitzen einer ersten Quelle von Aluminiumgrundmetp'¹ bei Vorhandensein von Luft als Oxydationsmittel und in Verbindung mit wenigstens ainem Dotierungsmaterial zur Schaffung eines Körpers ausflüssigem Grundmetall und Reaktion des genannten flüssigen Grundmetalls mit dem genannten Oxydationsmittel bei einer Temperatur von etwa 850⁰C bis 145O⁰C zur Schaffung von Aluminiumoxid als dem Oxydationsreaktionsprodukt, welches Produkt mit dem genannten Körper aus flüssigem Metall und dem genannten Oxydationsmittel in Kontakt ist und sich zwischen diesen befindet;

(b) Beibehaltung der genannten Temperatur, um progressiv flüssiges Metall durch das genannte Oxydationsreaktionsprodukt zu dem genannten Oxydationsmittel zu ziehen, so daß sich weiter das Oxydationsreaktionsprodukt an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel und dem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt bildet;

(c) Weiterführung der genannten Reaktion über eine ausreichende Zeit, um ein polykristallines Material zu bilden, welches aus dem genannten Oxydationsreaktionsprodukt und, wahlweise, einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht;

(d) Zerkleinerung des genannten polykristallinen Materials auf eine Partikulatgröße zur Verwendung als Füllstoff und Schaffung einer permeabldn Vorform aus dem genannten Partikulatfüllstoff;

(e) Ausrichtung einer zweiten Quelle von Aluminiumgrundmetall und der genannten Vorform so zueinander, daß die Bildung eines Oxydationsreaktionsproduktes in die Richtung zu der und in die genannte Vorform erfolgt;

(f) Wiederholung der Verfahrensschritte (a), (b) und (c), die oben genannt wurden, mit der genannten zweiten Quelle von Grundmetall und

(g) Weiterführung der genannten Reaktion über eine ausreichende Zeitspanne, so daß das Oxydationsreaktionsprodukt die genannte Vorform infiltriert, wodurch der genannte keramische Verbundstoff mit der Konfiguration der genannten Vorform geschaffen wird.

12. Verfahren zur Schaffung eines selbsttragenden, keramischen Verbundstoffs, der besteht aus (i) einer Keramikmatrix, die als Oxydationsreaktionsprodukt eines Grundmetalls mit einem dampfförmigen Oxydationsmittel gewonnen wurde, und (ii) einem Füllstoff, der dur ti die genannte Keramikmatrix infiltriert wurde, gekennzeichnet durch die Schritte:

(a) Ausrichtung einer ersten Quelle von Grundmetall und eines permeablen Bettys eines ersten Füilmatarials so zueinander, daß die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes in einer Richtung hin zu dem und in das genannte Bett als Füllmaterial erfolgt;

(b) Erhitzen der genannten ersten Quelle von Grundmetall bei Vorhandensein eines dampfförmigen Oxydationsmittels zur Schaffung eines Körpers aus flüssigem Grundmetall und Reaktion des genannten flüssigen Grundmetalls mit dem genannten Oxydationsmittel zur Bildung eines Oxydationsreaktionsproduktes bei einer entsprechenden Temperatur, wobei das Produkt in Kontakt mit dem genannten Körper des flüssigen Grundmetalls und dem genannten Oxydationsmittel ist und sich zwischen diesen befindet;

(c) Beibehaltung der genannten Temperatur, um progressiv flüssiges Metall durch das genannte Oxydationsreaktionsprodukt zu dem genannten Oxydationsmittel hin und in die genannte Masse des ersten Fülimaterials zu ziehen, so daß sich das Oxydationsreaktionsprodukt weiter an der Grundfläche zwischen dem Oxydationsmittel und dem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt bildet;

(d) Weiterführung der genannten Reaktion über eine ausreichende Zeitspanne, um wenigstens einen Abschnitt des genannten Bettes von erstem Füllstoff durch ein polykristallines keramisches Material zu infiltrieren, welches aus dem Oxydationsreaktionsprodukt, erstem Füllstoff und, wahlweise, einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht;

(e) Zerkleinerung des genannten polykristallinen keramischen Materials auf eine Partikulatgröße, die für die Verwendung als zweites Füllmaterial geeignet ist und Schaffung einer permeablen Masse des genannten zweiten Füllmaterials;

(f) Ausrichtung einerzweiten Quelle von Grundmetall und der genannten permeablen Masse des genannten zweiten Füllmaterials so zueinander, daß die Bildung eines Oxydationsreaktionsproduktes in einer Richtung hin zu der und in die genannte Masse des Partikulatfüllstoffs erfolgt;

(g) Wiederholung der oben genannten Verfahrensschritte (a), (b), (c) und (d) mit der genannten zweiten Quelle von Grundmetall und (h) Weiterführung der genannten Reaktion über eine ausreichende Zeitspanne, so daß Oxydationsreaktionsprodukt wenigstens einen Abschnitt der genannten Masse des zweiten Füllmaterials infiltriert, wodurch der genannte keramische Verbundstoff geschaffen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte erste Füllstoff und das genannte zweite Füllmaterial im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung haben.

14. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß der genannte erste Füllstoff und das genannte zweite Füllmaterial im wesentlichen unterschiedliche Zusammensetzung haben.

15. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte erste Quelle und die genannte zweite Quelle von Grundmetall aus einem Aluminiumgrundmetall bestehen.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12; 13; 14 oder 16, gekennzeichnet dadurch, daß das genannte dampfförmige Oxydationsmittel Luft ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12; 13; 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch, daß ein Dotierungsmaterial in Verbindung mit der genannten ersten Quelle oder der genannten zweiten Quelle des Grundmetalls oder mit beiden verwendet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12; 13; 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte erste Quelle von Grundmetall und die genannte zweite Quelle von Grundmetall im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung haben.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12; 13; 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte erste Quelle von Grundmetall und die genannte zweite Quelle von Grundmetall eine im wesentlichen unterschiedliche Zusammensetzung haben.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12; 13; 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Zusammensetzung des genannten Oxydationsmittels, das in den Schritten (a), (b) und (c) eingesetzt wird, im wesentlichen die gleiche wie die Zusammensetzung des genannten Oxydationsmittels ist, das zur Herstellung des genannten keramischen Verbundstoffes eingesetzt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 12; 13; 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch, daß die Zusammensetzung des genannten Oxydationsmittels, das in den Schritten (a), (b) und (c) eingesetzt wird, im wesentlichen verschieden gegenüber der Zusammensetzung des genannten Oxydationsmittels ist, das zur Herstellung des genannten keramischen Verbundstoffes eingesetzt wird.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12; 13; 14 oder 15, gekennzeichnet dadurch, daß ein drittes Füllmaterial mit der genannten Masse des zweiten Füllmaterials vor dem genannten Ausrichtungsschritt gemischt wird.

23. Verfahren nach uinem der Ansprüche 12; 13; Moder 15, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte permeable Masse des zweiten Füllmaterials eine Vorform von festgelegter Form ist und die genannte Infiltration in die genannte Vorform einen selbsttragenden Keramikverbundstoff mit der Konfiguration der genannten Vorform erzeugt.

24. Verfahren zur Schaffung eines selbsttragenden, keramischen Verbundstoffs, der besteht aus (i) einer Keramikmatrix, die als Oxydationsreaktionsprodukt eines Grundmetalls mit einem dampfförmigen Oxydationsmittel gewonnen wurde, und (ii) einem Füllstoff, der durch die genannte Keramikmatrix filtriert wurde, gekennzeichnet durch die Schritte:

(a) Erhitzen einer ersten Quelle von Aluminiumgrundmetall bei Vorhandensein von Luft als Oxydationsmittel und in Verbindung mit wenigstens einem Dotierungsmaterial zur Schaffung eines Körpers aus flüssigem Grundmetall und Reaktion des genannten flüssigen Grundmetalls mit dem genannten Oxydationsmittel bei einer Temperatur zwischen etwa 850⁰C und 145O⁰C zur Schaffung von Aluminiumoxid als einem Oxydationsreaktionsprodukt, wobei das Produkt mit dem genannten Körper aus flüssigem Grundmetall und mit dem genannten Oxydationsmittel in Kontakt ist und sich zwischen diesen befindet;

(b) Beibehaltung der genannten Temperatur, um progressiv flüssiges Metall durch das genannte Oxydationsreaktionsprodukt hin zu dem genannten Oxydationsmittel zu ziehen, so daß sich an

. der Grundfläche zwischen dem Oxydat nnsmittel und dem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt weiter das <Λ ydationsreaktionsprodukt bildet;

(c) Weiterführung der genannten Reaktion Jb. .reine ausreichende Zeitspanne, um ein polykristallines Material zu erzeugen, d js aus dem genannten Oxydationsreaktionsprodukt und, wahlweise, einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht;

(d) Zerkleinerung des genannten polykristallinen Materials auf eine Partikulatgröße für die Verwendung als zweiten Füllstoff und Schaffung einer permeablen Vorform von dem genannten zweiten Pa rti ku I atf ü 11 stoff;

(e) Ausrichtung einer zweiten Quelle von Aluminiumgrundmetall und der genannten Vorform so zueinander, daß die Bildung eines Oxydationsreaktionsproduktes in einer Richtung zu der und in die genannte Vorform erfolgt;

(f) Wiederholung der oben angegebenen Verfahrensschritte (a), (b) und (c) mit der genannten zweiter Quelle von Grundmetall und

(g,¹ Weiterführung der genannten Reaktion über eine ausreichende Zeitspanne, so daß das

genannte Oxydationsreaktionsprodukt die genannte Vorform infiltriert, wodurch der genannte keramische Verbundstoff mit der Konfiguration der genannten Vorform geschaffen wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 11; 12 und 24, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte zweite Quelle des Grundmetalls mit einem Muster versehen ist und die genannte Masse des Füllstoffs in konformen Eingriff mit dem genannten Muster gebracht wird, das durch den genannten keramischen Verbundstoff umgekehrt wiedergegeben wird.