DD286134A5 - METHOD FOR PRODUCING A SELF-SUPPORTING CERAMIC COMPOSITE - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING A SELF-SUPPORTING CERAMIC COMPOSITE Download PDF

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DD286134A5
DD286134A5 DD30700487A DD30700487A DD286134A5 DD 286134 A5 DD286134 A5 DD 286134A5 DD 30700487 A DD30700487 A DD 30700487A DD 30700487 A DD30700487 A DD 30700487A DD 286134 A5 DD286134 A5 DD 286134A5
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DD
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filler
reaction product
oxidation reaction
silicon
coating
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DD30700487A
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German (de)
Inventor
Daniel H Lesher
Christopher R Kennedy
Danny R White
Andrew W Urquhart
Original Assignee
Lanxide Technology Company Lp,Us
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbundstoffen, die durch die Oxydation eines Aluminiumgrundmetalls zur Bildung eines polykristallinen keramischen Materials gewonnen werden durch Schaffung eines Fuellstoffs mit einem UEberzug aus einer Siliziumquelle auf wenigstens einem Abschnitt des genannten Fuellstoffs, der sich in der Zusammensetzung von der Primaerzusammensetzung des genannten Fuellstoffs unterscheidet, wobei die genannte Siliziumquelle innewohnende Dotierungseigenschaften aufweist. Ein Koerper aus fluessigem Grundmetall, der an einer Masse des Fuellmaterials anliegt, reagiert mit einem Oxydationsmittel, um ein Oxydationsreaktionsprodukt zu bilden, welches die anliegende Masse des Fuellstoffs infiltriert und dadurch den keramischen Verbundstoff bildet. Fig. 4{Keramik; Verbundstoff; Grundmetall; Aluminium; polykristalline Matrix; Fuellstoff; UEberzug; Silizium; Dotierung; Sperrschicht}The invention relates to a process for the production of ceramic composites obtained by the oxidation of an aluminum parent metal to form a polycrystalline ceramic material by providing a filler with a coating of a silicon source on at least a portion of said filler, which is in the composition of the Primary composition of said filler, wherein said silicon source has inherent doping properties. A body of liquid parent metal attached to a mass of the fill material reacts with an oxidant to form an oxidation reaction product which infiltrates the applied mass of the filler and thereby forms the ceramic composite. Fig. 4 {ceramic; Composite; Base metal; Aluminum; polycrystalline matrix; Filler; Coating; Silicon; doping; Barrier}

Description

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden keramischen Verbundstoffen. Spezioll betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbundstoffen durch Infiltration eines Füllstoffs, der mit einer Siliziumquelle mit innewohnenden Dotierungseigenschaften überzogen ist, durch ein Oxydationsreaktionsprodukt, das aus einem Aluminiumgrundmetallvorläufer wächst.The invention generally relates to a process for producing self-supporting ceramic composites. Specifically, the invention relates to a method of making ceramic composites by infiltrating a filler coated with a silicon source with inherent doping properties through an oxidation reaction product growing from an aluminum parent metal precursor.

Charakteristik des bekannten Stande* der TechnikCharacteristic of the known state of the art

In den jüngsten Jahren ist das Interesse am Einsatz von koramischen Stoffen für strukturelle Anwendungen, in denen vorher Metalle verwendet wurden, ständig gewachsen. Der Anstoß für dieses Interesse resultiert aus der Überlegenheit von keramischen Stoffen gegenüber Metallen bei bestimmten Eigenschaften, wie Korrosionsbeständigkeit, Härte, Elastizitätsmodul und Feuerfestigkeit.In recent years, interest in the use of Korean substances for structural applications in which metals were previously used has grown steadily. The impetus for this interest stems from the superiority of ceramics to metals in certain properties such as corrosion resistance, hardness, modulus of elasticity and refractoriness.

Die gegenwärtigen Anstrengungen, festere, zuverlässigere und zähere keramische Erzeugnisse zu produzieren, konzentrieren sich vor allem auf (1) die Entwicklung von vorbesserten Verarbeitungsmethoden für monolithische Keramik und (2) die Entwicklung neuer Materialzusammensetzungen, vor allem von Verbundstoffen mit Keramikmatrix. Eine Verbundstruktur ist eine Struktur, die aus einem heterogenen Material, Körper oder Artikel besteht, der aus zwei odor mehr verschiedenen Materialion hergestellt wurde, die eng miteinander verbunden sind, um die gewünschten Eigenschaften dos Verbundstoffs zu erzielen. Beispielsweise können zwei verschiedene Stoffe durch Einbettung des einen in eine Matrix des anderen eng miteinander kombiniert werden. Der Verbundstoff mit Keramikmatrix enthält eine oder mehrere verschiedene Arten von Füllstoffen, wie Pat iikulatmaterial, Fasern, Stäbe und ähnliches.Current efforts to produce stronger, more reliable and tougher ceramic products are focused primarily on (1) the development of improved processing techniques for monolithic ceramics and (2) the development of new material compositions, particularly ceramic matrix composites. A composite structure is a structure consisting of a heterogeneous material, body or article made from two or more different material ions that are intimately bonded together to achieve the desired properties of the composite. For example, two different materials can be tightly combined by embedding one into a matrix of the other. The ceramic matrix composite contains one or more different types of fillers, such as a pad material, fibers, rods, and the like.

Ex wurden verschiedoi ie geeignete Stoffe als Füllstoff für die Schaffung und Fertigung von Verbundstoffen mit Keramikmatrix eingesetzt. Diese Füllstoffe wurden in Form von Fasen:. Pellets, Partikulatmaterial, Whiskern usw. eingesetzt. Zu diesen Stoffen gehören beispielsweise einige der Oxide (einzeln oder gemischt), Nitride, Karbide oder Boride von Aluminium, Hafnium, Titan, Zirkon, Yttrium und Silizium. Einige der bekannten Materialien, die als Füllstoffe eingesetzt wurden, beispielsweise Siliziumkarbid und Siliziumnitrid, sind nicht eigentlich stabil in einer oxydierenden Umgebung von hoher Temperatur (z. B. 850°C), sondern weisen in einer solchen Umgebung Zersetzungsreaktionen mit einer verhältnismäßig langsamen Kinetik auf. Es gibt verschiedene} bekannte Beschränkungen oder Schwierigkeiten boi der Substitution von Metallen durch keramische Stoffe, beispielsweise die Skalierungsvielseitigkeit, die Fähigkeit, komplexe Formen herzustellen, Erfüllung der Eigenschaften, die für die Endanwendung erforderlich sind, und die Kosten. Verschiedene hiermit im Zusammenhang stehende US-Patentanmeldung überwinden einige dieser Beschränkungen oder Schwierigkeiten und legen neuartige Verfahren für die zuverlässige Herstellung von keramischen Stoffen offen, darunter auch von Verbundstoffen. Ein wichtiges Verfahren wirdEx, various suitable materials have been used as fillers for the creation and manufacture of ceramic matrix composites. These fillers were in the form of chamfers. Pellets, particulate material, whiskers, etc. used. These substances include, for example, some of the oxides (singly or mixed), nitrides, carbides or borides of aluminum, hafnium, titanium, zirconium, yttrium and silicon. Some of the known materials used as fillers, such as silicon carbide and silicon nitride, are not actually stable in a high temperature oxidizing environment (eg, 850 ° C), but have relatively slow kinetics decomposition reactions in such an environment , There are several known limitations or difficulties in the substitution of metals by ceramics, such as scaling versatility, the ability to make complex shapes, the performance required for the end use, and the cost. Several related US patent applications overcome some of these limitations or difficulties and disclose novel methods for the reliable production of ceramics, including composites. An important process will be

allgemein in der hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung Nr. 818943, eingereicht am 15. Januar 1986 unter dem Titel Neuartige keramische Stoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung beschrieben. Diese Anmeldung beschreibt das Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden keramischen Körpern, die als Oxydationsreaktionsprodukt aus einem Grundmetallvorläufer gewachsen sind. Flüssiges Metall wird mit einem dampfförmigen Oxydationsmittel reagiert, um ein Oxydationsreaktionsprodukt zu bilden, und das Metall wandert durch das Oxydationsprodukt zum Oxydationsmittel, wodurch kontinuierlich ein polykristalliner keramischer Körper entwickelt'wird. Das Verfahren kann verstärkt werden durch die Verwendung eines legierten Dotierungsmittels, wie das bei der Oxydation von Aluminium der Fall ist, das mit Magnesium und Silizium legiert ist, um in Luft a-Aluminiumoxidkeramikstrukturen zu bilden. Dieses Verfahren wurde durch die Aufbringung von Dotierungssubstanzen auf die Oberfläche des Vorläufermetalls verbessert, wie das in der US-Patentanmeldung Nr. 822 999, eingereicht am 27. Januar 1986, beschrieben wird, die den Titel trägt. Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden keramischen Stoffen.commonly assigned in co-pending U.S. Patent Application No. 818943, filed January 15, 1986, for Novel Ceramic Materials and Methods for Making the Same. This application describes the process for producing self-supporting ceramic bodies grown as a reaction product of oxidation of a parent metal precursor. Liquid metal is reacted with a vaporous oxidizer to form an oxidation reaction product and the metal migrates through the oxidation product to the oxidant thereby continuously developing a polycrystalline ceramic body. The process can be enhanced by the use of an alloyed dopant, such as that used in the oxidation of aluminum alloyed with magnesium and silicon, to form a-alumina ceramic structures in air. This process has been improved by the application of dopants to the surface of the precursor metal, as described in U.S. Patent Application No. 822,999, filed January 27, 1986, entitled. Process for the preparation of self-supporting ceramic materials.

Dieses Oxydationsphänomen wurde in der hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung Nr. 819397, eingereicht am 17. Januar 1986, beschrieben, welche den Titel trägt Keramische Verbunderzeugnisse und Verfahren zu ihrer Herstellung. Diese Anmeldungen legen neuartige Verfahren offen für die Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundstoffs durch Wachsen eines Oxydationsreaktionsproduktes aus einem Grundmetallvorläufer in einer permeable Masse von Füllstoff, wodurch der Füllstoff mit einer keramischen Matrix infiltriert wird. Der resultierende Verbundstoff hat jedoch keil· 9 definierte oder festgelegte Geometrie, Form oder Konfiguration.This oxidation phenomenon has been described in related U.S. Patent Application No. 819397, filed January 17, 1986, entitled Ceramic Composite Products and Methods for Making the Same. These applications disclose novel methods of making a self-supporting ceramic composite by growing an oxidation reaction product from a parent metal precursor in a permeable mass of filler, thereby infiltrating the filler with a ceramic matrix. However, the resulting composite has no defined geometry or shape or configuration.

Ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbundkörpern mit einer festgelegten Geometrie oder Form wird in der hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung Nr. 861025, eingereicht am 8. Mai 1986, beschrieben. Nach dem Verfahren in dieser US-Patentanmeldung infiltriert das sich entwickelnde Oxydationsreaktionsprodukt oine permeable Vorform in einer Richtung hin zu einer definierten Oberflächengrenze. Es wurde festgestellt, daß die Schaffung einer Form von hoher Güte leichter erreicht werden kann, wenn man die Vorform mit einem Sperrelement versieht, wie das in der hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung Nr. 861024, eingereicht am 8. Mai 1986, beschrieben wird. Bei diesem Verfahren werden geformte, selbsttragende keramische Körper geschaffen, einschließlich geformter keramischer Verbundstoffe, durch das Wachsen des Oxydaiionsreaktionsproduktes eines Vorläufermetalls bis zu einem Sperrelement, das Abstand zu dem Metall hat, um eine Grenze oder Oberfläche zu bilden. Ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Verbundstoffen mit einem Hohlraum, der in der Innengeometrie das umgekehrte Replikat der Form einer positiven Form oder Musters des Grundmetalls ist, wird in der hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung Nr. 823542, eingereicht am 27. Januar 1986, und in der hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung Nr. 896157, eingereicht am 13.Januar 1986, beschrieben.A method of making ceramic composites having a specified geometry or shape is described in commonly assigned US Patent Application No. 861025, filed May 8, 1986. Following the procedure in this US patent application, the evolving oxidation reaction product infiltrates a permeable preform in one direction towards a defined surface boundary. It has been found that the provision of a high quality mold can be more easily achieved by providing the preform with a barrier member, as described in commonly assigned US Patent Application No. 861024, filed May 8, 1986 , In this process, shaped, self-supporting ceramic bodies are provided, including molded ceramic composites, by growing the oxide reaction product of a precursor metal to a barrier element spaced from the metal to form a boundary or surface. A method of making ceramic composites having a void in internal geometry that is the inverse replica of the form of a positive mold or pattern of the parent metal is disclosed in commonly assigned U.S. Patent Application No. 823542, filed January 27, 1986, and in co-pending U.S. Patent Application No. 896157, filed January 13, 1986.

Die vollständigen Offenlegungen aller vorstehend genannten US-Patentanmeldungen werden ausdrücklich in die vorliegende Patentanmeldung als Referenz einbezogen.The complete disclosures of all of the aforementioned US patent applications are expressly incorporated by reference into the present patent application.

Ziel der ErfindungObject of the invention Die Erfindung verfolgt das Ziel, ein Verfahren zur Herstellung verbesserter keramischer Verbundstoffe aufzuzeigen.The invention aims to provide a method for producing improved ceramic composites. Darlegung de* Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden keramischen Verbundstoffen offenzulegen, durch das neue in den Eigenschaften verbesserte KeramiVit<rmkörper hergestellt werden können. Die vorliegende Erfindung beschreibt allgemein ein Verfahren für die Kk rstellung eines keramischen Verbundstoffs, der aus einer Keramikmatrix besteht, die durch die Oxydationsreaktion von flüssigem Aluminiumgrundmetall mit einem Oxydationsmittel, einschließlich eines dampfförmigen Oxydationsmittels, gewonnen wurde, und eindm Füllstoff, der wenigstens anfangs mit einer Siliziumquelle (unten definiert) überzogen ist, welcher durch die Matrh; infiltriert wird. Die Siliziumquelle hat eine Zusammensetzung, die sich von der Primärzusammensetzung des Füllstoffs unterscheidet, und die Siliziumquelle ist zumindest teilweise reduzierbar oder wird durch das flüssige Grundmetall unter Verfahrensbedingungen aufgelöst. Dieser Überzug aus einer Silizi imquelle weist, wenn er auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird, vorzugsweise, aber nicht unbedingt in einer sauerstoffhJtigen Umgebung, innewohnende Dotierungseigenschaften zur Verstärkung der Oxydationsreaktion auf, und der im wesentlichen unveränderte oder restliche Teil des Füllstoffs, der als Füllstoff dient, wird in die sich entwicklende Matrix einbezogen, wie das unten ausführlicher erklärt wird.The object of the invention is to disclose a process for the production of self-supporting ceramic composites, by means of which new ceramic bodies improved in their properties can be produced. The present invention generally describes a method for the production of a ceramic composite consisting of a ceramic matrix obtained by the oxidation reaction of liquid aluminum parent metal with an oxidizing agent, including a vaporous oxidizing agent, and a filler at least initially with a silicon source (defined below) which passes through the matrh; is infiltrated. The silicon source has a composition that differs from the primary composition of the filler, and the silicon source is at least partially reducible or dissolved by the liquid parent metal under process conditions. This coating of silicate source, when heated to a suitable temperature, preferably, but not necessarily in an oxygen-containing environment, has inherent doping properties to enhance the oxidation reaction, and the substantially unchanged or residual portion of the filler which serves as the filler , is incorporated into the developing matrix, as explained in more detail below.

Der selbsttragende keramische Verbundstoff wird so hergestellt, daß zunächst ein Bett oder eine Masse aus Füllstoff geschaffen wird, von dem ein Teil oder die Gesamtheit der Bestandteile mit einer Siliziumquelle überzogen wird. Die Siliziumquelle unterscheidet sich in der Zusammensetzung von der Primärzusammensetzung des Füllstoffs. Der Füllstoff kann zumindest teilweise von einem Sperrelement überlagert sein, das zumindest teilweise Abstand zu dem Aluminiumgrundmetall hat, um eine Oberfläche oder Grenze der Keramikmatrix zu bilden.The self-supporting ceramic composite is prepared by first providing a bed or mass of filler, some or all of the components of which are coated with a silicon source. The silicon source differs in composition from the primary composition of the filler. The filler may be at least partially superposed by a barrier member at least partially spaced from the aluminum parent metal to form a surface or boundary of the ceramic matrix.

Der Füllstoff, der die Siliziumquelle trägt, der in Verbindung mit anderen Füllstoffen eingesetzt wird, entweder in Form einer Schichtung, als gepacktes Bett oder als Vorform, vird angrenzend an das Aluminiumgrundmetall so angeordnet oder ausgerichtet, daß die Bildung des OxydationsreaktionsproouMes in eine Richtung hin zum Oxydationsmittel und Füllstoff erfolgt und hin zu dem Sperrelement, wenn mit einem solchen gearbeitet wird. Das Bett aus Füllstoff oder die Vorform sollte ausreichend Durchlässig sein, um das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes innerhalb des Bettes zu ermöglichen und aufzunehmen und um das Durchdringen der Vorform durch das gasförmige Oxydationsmittel zum Kontakt mit dem flüssigen Metall zu ermöglichen. Das Grundmetall wird auf einer Temperatur über seinem Schmelzpunkt, aber unter dem Schmelzpunkt des Oxydationsreaktionsproduktes erhitzt, um einen Körper aus flüssigem MeUl! zu bilden. Bei dieser Temperatur oder innerhalb dieses Temperaturbereichs reagiert das flüssige Metall mit dem Oxydationsmittel, um das Oxydationsreaktionsprodukt zu bilden. Wenigstens ein Teil des Oxydationreaktionsproduktes bleibt im Kontakt mit und zwischen dem flüssigen Metall und demThe filler bearing the silicon source used in conjunction with other fillers, either in the form of a lamination, packed bed, or preform, is positioned adjacent to the aluminum parent metal so that the formation of the oxidation reaction product in one direction Oxidizing agent and filler takes place and to the blocking element when working with such. The bed of filler or preform should be sufficiently permeable to allow and accommodate the growth of the oxidation reaction product within the bed and to allow penetration of the preform by the gaseous oxidant for contact with the liquid metal. The base metal is heated at a temperature above its melting point, but below the melting point of the oxidation reaction product, to form a body of liquid MeUl! to build. At this temperature or within this temperature range, the liquid metal reacts with the oxidant to form the oxidation reaction product. At least a portion of the oxidation reaction product remains in contact with and between the liquid metal and the

Oxydationsmittel, um weiter flüssiges Metall durch das Oxydationsreaktionsprodukt hin zu dem und in Kontakt mit dem Oxydationsmittel zu ziehen, so daß sich das Oxydationsreaktionsprodukt weiter an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel unddem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt bildet, wodurch das anliegende Füllmaterial infiltriert wird. Die Reaktion wird über eine ausreichende Zeitspanne weitergeführt, um wenigstens einen Abschnitt des Füllmaterials durch ein polykristallines Material zu infiltrieren, das im wesentlichen aus dem Oxydationsreaktionsprodukt und einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht, beispielsweise nichtoxydierten Bestandteilen des Grundmetalls oder des Dotierungsmittels, die durch das polykristalline Material dispergiert oder verteilt sind. Es ist davon auszugehen, daß das polykristalline Matrixmaterial Hohlräume oder Porosität anstelle der Metallphase aufweisen kann, aber der Volumenprozentsatz der Hohlräume ist wesentlich abhängig von solchen Bedingungen wie Temperatur, Zeit, Dotierungsmittel und Typ des Grundmetalls. Wenn mit einem Sperrelement gearbeitet wurde, wächst der Keramikkörper weiter bis zu diesem Sperrelement, vorausgesetzt, daß genügend Grundmetall vorhanden ist.Oxidizing agent to further draw liquid metal through the oxidation reaction product to and in contact with the oxidizing agent so that the oxidation reaction product continues to form at the interface between the oxidizing agent and the previously formed oxidation reaction product, thereby infiltrating the adjacent filling material. The reaction is continued for a sufficient amount of time to infiltrate at least a portion of the filler material through a polycrystalline material consisting essentially of the oxidation reaction product and one or more metallic constituents, such as non-oxidized constituents of the parent metal or dopant, through the polycrystalline material dispersed or dispersed. It is to be understood that the polycrystalline matrix material may have voids or porosity instead of the metal phase, but the volume percentage of the voids is substantially dependent on such conditions as temperature, time, dopant and type of parent metal. When working with a blocking element, the ceramic body continues to grow up to this blocking element, provided that there is sufficient base metal.

Wie in den oben genannten US-Patentanmeldungen ausgeführt wird, kann der Einsatz von Dotierungsstoffen den Oxydationsreaktionsprozoß vorteilhaft beeinflussen oder fördern. Silizium ist ein brauchbares Dotierungsmittel bei einem Aluminiumgrundmetall, insbesondere in Kombination mit anderen Dotierungsmitteln, und kann außen auf das Grundmetall aufgebracht werden, und eine nützliche Quelle für ein solches Dotierungsmittel ist Siliziumdioxid. Unter den Verfahrensbedingungen der vorliegenden Erfindung wird eine siliziumhaltige Verbindung als Siliziumquelle (d. h. Siliziumdioxid) durch das flüssige Aluminiumgrundmetall reduziert, um Aluminiumoxid und Silizium zu bilden. Folglich ist der Überzug aus siliziumhaltiger Verbindung auf dem Füllstoff ein nützliches Dotierungsmittel bei der Förderung der Entwicklung oder des Wachstums des Oxydationsreaktionsproduktes. Beispielsweise oxydiert Siliziumkarbid an oder auf der Oberfläche bei höheren Temperaturen an der Luft und bildet einen Siliziumdioxidfilm, und daher ist Siliziumkarbid ein besonders nützlicher Füllstoff dahingehend, daß er nicht nur als Füllmaterial, sondern auch als Quelle für das Dotierungsmittel dient. Der Siliziumdioxidfilm wird durch das flüssige Aluminiumgrundmetall reduziert und ergibt ein Siliziumdotierungsmittel, welches das Wachstum der polykristallinen Matrix durch den Siliziumkarbid-Füllstoff fördert. Außerdem ist der Überzug aus Siliziumdioxid auf den Siliziumkarbidteilchen insofern vorteilhaft, daß er während der Reaktion der Matrixbildung die lokale Siliziumkonzentration in dem nichtoxydierten Aluminiumgrundmetall erhöht und damit die Tendenz zur Bildung von AI4C3 während des Prozesses des Matrixwachstums verringert. AI4C3 ist unerwünscht, weil es bei Vorhandensein von Feuchtigkeitswerten, wie sie normalerweise in der Umweltluft vorhanden sind, instabil ist, was zur Bildung von Methan und zur Zersetzung der strukturellen Eigenschaften des resultierenden Verbundstoffs führt.As pointed out in the above-referenced US patent applications, the use of dopants may favorably influence or promote the oxidation reaction process. Silicon is a useful dopant in an aluminum parent metal, particularly in combination with other dopants, and may be externally applied to the parent metal, and a useful source of such a dopant is silicon dioxide. Under the process conditions of the present invention, a silicon-containing compound as a silicon source (ie, silica) is reduced by the liquid aluminum parent metal to form alumina and silicon. Thus, the silicon-containing compound coating on the filler is a useful dopant in promoting the development or growth of the oxidation reaction product. For example, silicon carbide oxidizes on or on the surface at higher temperatures in air and forms a silicon dioxide film, and therefore, silicon carbide is a particularly useful filler in that it serves not only as a filler but also as a source of the dopant. The silicon dioxide film is reduced by the liquid aluminum parent metal to yield a silicon dopant which promotes the growth of the polycrystalline matrix through the silicon carbide filler. In addition, the silica coating on the silicon carbide particles is advantageous in that, during the matrix formation reaction, it increases the local silicon concentration in the unoxidized aluminum parent metal, thereby reducing the tendency to form Al 4 C 3 during the matrix growth process. Al 4 C 3 is undesirable because it is unstable in the presence of moisture levels normally present in the ambient air, resulting in the formation of methane and the degradation of the structural properties of the resulting composite.

Es wurde im Zusammenhang mit der Erfindunng festgestellt, daß bei der Durchführung der Oxydationsreaktion, vorzugsweise in einer sauerstoffhaltigen Umgebung, der Überzug der Siliziumquelle als Dotierungsmittel für die Oxydationsreaktion des Grundmetalls dient. Der restliche Teil der Füllstoffs unter dem Überzug, der eine andere Zusammensetzung hat, bleibt im wesentlichen unverändert und dient als Füllstoff im Verbundstoff. Beispielsweise kann der Füllstoff eine siliziumhaltige Verbindung tragen, die durch das flüssige Metall reduzierbar ist, oder der Füllstoff kann mit Silizium überzogen werden, das durch das flüssige Metall aufgelöst werden kann. Es ist davon auszugehen, daß im wesentlichen die gesamte Siliziumquelle als Dotierungsmittel verwendet werden kann oder nur ein Teil als Dotierungsmittel verwendet wird, während der Rest der Füllstoff ist und durch die Matrix eingebettet wird. Bestimmte Füllstoffe, beispielsweise Siliziumkarbid, oxydieren und bilden SiO] bei den erhöhten Verfahrenstemperaturen, und die Bedingungen werden gesteuett, um die Oxydation zu begrenzen, so daß ein Siliziumdioxidüberzug erzeugt wird, der durch das flüssige Grundmetall reduzierbar ist. Wenn das gewünscht wird, kann ein gesondertes Überzugsmaterial auf den Füllstoff aufgebracht werden, welches beim Erhitzen die siliziumhaltige Verbindung erzeugt. Der Überzug der Siliziumquelle, z. B. eine Siliziumdioxidverbindung, kann durch ein erstes Vorbrennen oder Erhitzen eines geeigneten Füllstoffs in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre hergestellt werden. Der vorgebrannte Füllstoff mit dem Überzug wird dann als Füllstoff eingesetzt. Beispielsweise kann eine Vorform aus Siliziumkarbidpartikulatmaterial oder Aluminiumoxidpartikulatmaterial hergestellt werden, die mit einem siliziumhaltigen Vorläufer oder einer solchen Verbindung, wie Tetraethylorthosiltkat, überzogen wird. Die Vorform wird dann vorgebrannt oder in Luft erhitzt, um eine Oxidhaut aus Siliziumdioxid auf den Siliziumkarbidteilchen oder den Aluminiumoxidteilchen der Vorform zu bilden. Die Vorform kann als Rohstoff für einen keramischen Verbundstoff eingesetzt werden, welcher eine innewohnende Quelle an Siliziumdotierungsmaterial aufweist. Alternativ dazu, kann das Siliziumkarbid oder Aluminiumoxid in Partikulatform mit dem siliziumhaltigen Überzug beim Aufbau des Füllstoffs und des Grundmetalls verwendet werden, und der Film aus Siliziumdioxid bzw. der daraus bestehende Überzug wird während des Oxydationsreaktionsprozesses bei Vorhandensein eines sauerstoffhaltigen Gases in situ gebildet. Die Primärzusammensetzung des Füllstoffpartikulats (z. B. Siliziumkarbid- oder Aluminiumoxidpartikulat) bleibt intakt und dient als Füllstoff für den Verbundstoff.It has been found in connection with the Erfindunng that when performing the oxidation reaction, preferably in an oxygen-containing environment, the coating of the silicon source serves as a dopant for the oxidation reaction of the parent metal. The remainder of the filler under the coating, which has a different composition, remains substantially unchanged and serves as a filler in the composite. For example, the filler may carry a silicon-containing compound that is reducible by the liquid metal, or the filler may be coated with silicon that can be dissolved by the liquid metal. It is to be understood that substantially all of the silicon source may be used as a dopant, or only a portion may be used as a dopant, while the remainder is the filler and is embedded by the matrix. Certain fillers, such as silicon carbide, oxidize and form SiO 2 at the elevated process temperatures, and the conditions are controlled to limit the oxidation to produce a silica coating that is reducible by the liquid parent metal. If desired, a separate coating material may be applied to the filler which upon heating produces the silicon-containing compound. The coating of the silicon source, for. For example, a silica compound may be prepared by first pre-baking or heating a suitable filler in an oxygen-containing atmosphere. The prefired filler with the coating is then used as a filler. For example, a preform can be made of silicon carbide particulate material or alumina particulate material coated with a siliceous precursor or compound such as tetraethyl orthosilicate. The preform is then prefired or heated in air to form an oxide skin of silicon dioxide on the silicon carbide particles or alumina particles of the preform. The preform may be used as a raw material for a ceramic composite having an inherent source of silicon dopant material. Alternatively, the silicon carbide or alumina in particulate form may be used with the silicon-containing coating in the build up of the filler and parent metal, and the silicon dioxide film or coating therefrom is formed in situ during the oxidation reaction process in the presence of an oxygen-containing gas. The primary composition of the filler particulate (eg, silicon carbide or alumina particulate) remains intact and serves as a filler for the composite.

Die Stoffe der vorliegenden Erfindung können im Querschnitt bis zu einer Stärke, die bisher mit herkömmlichen Verfahrern zur Herstellung von Keramikstrukturen nur schwer erreichbar war, im wesentlichen einheitliche Eigenschaften aufweisen. Bei dem Verfahren, aus dem diese Stoffe hervorgehen, werden außerdem die hohen Kosten vermieden, die bei herkömmlichen Verfahren der Keramikprodukte auftreten, einschließlich der für die Herstellung von feinen, gleichmäßigen Pulvern von hoher Reinheit und deren Verdichtung nach solchen Methoden wie Sintern, Heißpressen oder isostatischen Pressen.The fabrics of the present invention may have substantially uniform cross-section to a strength which heretofore has been difficult to achieve with conventional ceramic structure manufacturing process dispersants. The process from which these substances emerge also avoids the high costs associated with traditional processes of ceramic products, including those for the production of fine, uniform, high purity powders and their densification by such methods as sintering, hot pressing or isostatic Press.

Die Erzeugnisse der vorliegenden Erfindung sind anwendbar oder werden gefertigt als Handelserzeugnisse, worin nach der vorstehenden Definition ohne Einschränkungen industrielle, strukturelle und technische Keramikkörper für solche Anwendungen eingeschlossen sind, bei denen elektrische, Verschleiß-, Wärme-, Struktur- oder andere Merkmale oder Eigenschaften wichtig oder vorteilhaft sind; nicht inbegriffen sind dagegen nückführungs- oder Abfallstoffe, wie sie als unerwünschte Nebenprodukte bei der Bearbeitung von flüssigen Metallen anfallen können.The products of the present invention are applicable or manufactured as commercial products which, as defined above, include without limitation industrial, structural and engineering ceramic bodies for those applications where electrical, wear, heat, structural or other characteristics or properties are important or are advantageous; On the other hand, it does not include any recirculating or waste materials that can be produced as unwanted by-products during the processing of liquid metals.

In der vorliegenden Spezifikation und im beigefügten Patentanspruch sind die nachstehenden Begriffe folgendermaßen definiert:In the present specification and the appended claim, the following terms are defined as follows:

Unter .Keramik" versteht man nicht nur einen keramischen Körper im klassischen Sinne, d. h., im Sinne, daß er ausschließlich aus nichtmetallischen und anorganischen Stoffen besteht, sondern vielmehr einen Körper, der vorwiegend keramisch hinsichtlich der Zusammensetzung oder der dominierenden Eigenschaften ist, auch wenn der Körper kleinere oder beachtliche Mengen an einem oder mehreren metallischen Bestandteilen enthalten kann, die vom Grundmetall abgeleitet oder vom Oxydationsmittel oder einem Dotierungsmittel produziert wurden, im typischsten Fall im Bereich von etwa 1 bis 40VoI.-%, obwohl auch mehr Metall enthalten sein kann.By "ceramic" is meant not only a ceramic body in the classical sense, ie, in the sense that it consists exclusively of non-metallic and inorganic substances, but rather a body that is predominantly ceramic in terms of composition or dominating properties, even if the The body may contain minor or substantial amounts of one or more metallic constituents derived from the parent metal or produced by the oxidant or dopant, most typically in the range of about 1 to 40% by volume, although more metal may also be included.

Unter einem .Oxydationsreaktionsprodukt" vorsteht man allgemein Aluminium als Grundmetall in einem beliebigen oxydierten Zustand, wobei das Metall Elektronen an ein anderes Element, eine Verbindung oder deren Kombination abgegeben hat oder Elektronen mit diesen gemeinsam hat. Demzufoge schließt ein .Oxydationsreaktionsprodukt* nach dieser Definition das Produkt der Reaktion von Aluminiummetall mit einem Oxydationsmittal, wie sie beispielseise in dieser Anmeldung beschrieben werden, ein.Under an "oxidation reaction product", aluminum is generally projected as the parent metal in any oxidized state, the metal having donated electrons to or sharing electrons with another element, compound, or combination thereof, thus including the oxidation reaction product of that definition Product of the reaction of aluminum metal with an oxidizing agent, as described for example in this application, a.

Unter einem .Oxydationsmittel" versteht man einen oder mehrere Elektronenakzeptoren oder Elektronenaufnehmer, und es kann sich dabei um einen Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas (Dampf) oder eine Kombination dieser Fornr.en (z. B. ein Feststoff und ein Gas) unter Verfahrensbedingungen handeln.By an "oxidizing agent" is meant one or more electron acceptors or electron acceptors, and may be a solid, liquid or gas (vapor), or a combination of these (e.g., a solid and a gas) Process conditions act.

.Grundmetall" bezieht sich auf Aluminium, das ein Vorläufer des polykristallinen Oxydationsreaktionsproduktes ist, und es schließt relativ reines Aluminium, kommerziell erhältliches Aluminium mit Verunreinigungen und/oder Legierungsbestandteilen oder eine Legierung von Aluminium ein, in welcher Aluminium als Vorläufer der signifikanteste oder Hauptbestandteil bei der Schaffung des Oxydationsreaktionsproduktes ist."Base metal" refers to aluminum, which is a precursor of the polycrystalline oxidation reaction product, and includes relatively pure aluminum, commercially available aluminum with impurities and / or alloying constituents, or an alloy of aluminum in which aluminum as the precursor is the most significant or major constituent of the Creation of the oxidation reaction product is.

.Siliziumquelle" bezieht sich auf elementares Silizium oder eine siliziumhaltige Quelle, welche ein Dotierungsmaterial bildet und/oder die Benetzung des Füllstoffs durch das flüssige Grundmetall unter den Verfahrensbedingungen fördert. Bei der Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird das Aluminiumgrundmetall, das mit zusätzlichen Dotierungsstoffen dotiert sein kann (wie unten ausführlicher erklärt wird) und dar Vorläufer des Oxydationsreaktionsproduktes ist,zu einem Block, Strang, Blech, Stab oder einer ähnlichen Form geformt. Eine Masse oder ein Körper des Füllmaterials, das aus Partikulatmaterial, Pulver, Fasern, Whiskern oder einer anderen geeigneten Form besteht und einen Überzug aus einer Siliziumquelle hat, wird so im Verhältnis zum Aluminiumgrundmetall ausgerichtet, daß die Wachstumsrichtung des Oxydationsproduktes hin zu und in den Füllstoff verläuft. Die Zusammensetzung des Überzugs unterscheidet sich von der Primärzusammensetzung des Füllstoffs, und sie ist, wenn es sich um eine siliziumhaltige Verbindung handelt, auch durch das flüssige Aluminiumgrundmetall reduzierbar, wodurch der Überzug dem Oxydationsreaktionsprodukt als Dotierungsmittel dient. Es wird außerdem angenommen, daß die Siliziumquelle auch dazu dient, die Benetzbarkeit des Füllstoffs durch das Grundmetall zu vergrößern. Das Bett ist durchlässig für das dampfförmige Oxydationsmittel (z. B. Luft) und für das Wachstum der Oxydationsreaktionsproduktmatrix, um die Entwicklung des Oxydationsreaktionsproduktes und dessen Infiltration in den Füllstoff zu ermöglichen. Wie in den obigen US-Patentanmeldungen erklärt wird, beeinflussen Dotierungsmittel den Oxydationsreaktionsprozeß von Grundmetallen'vorteilhaft, und Silizium, Diliziumdioxid und ähnliche siliziumhai.ige Verbindungen sind nützliche Dotierungsquellon in Systemen, bei denen Aluminium als Grundmetall eingesetzt wird. Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung bildet eine siliziumhaltige Verbindung, wenn sie in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird, einen Oxydüberzug, der als Dotierungsmaterial dient. Die Bildung des Oxidüberzuges auf dem Füllstoff kann bei einem Vorbrennschritt oder in situ während der Bildung des Keramikkörpers bei Vorhandensein eines sauerstoffhaltigen Gases als Oxydationsmittel erfolgen Wenn nichts anderes angegeben wird, bezeichnen die Begriffe .Füllstoff" oder .Füllmaterial" eine Masse, ein Bett oder eine Vorform, die aus dem Füllmaterial besteht, das zumindest teilweise mit einer Siliziumquelle überzogen ist, welches in Verbindung mit anderen Füllmaterialien verwendet werden kann, die keinen solchen Überzug haben."Silicon source" refers to elemental silicon or a silicon-containing source which forms a dopant material and / or promotes wetting of the filler by the liquid parent metal under the process conditions In the practice of the method of the present invention, the aluminum parent metal doped with additional dopants may be (as will be explained in more detail below) and is a precursor of the oxidation reaction product, formed into a billet, strand, sheet, rod or similar form is of a suitable form and has a coating of a silicon source, is oriented in relation to the aluminum parent metal so that the direction of growth of the oxidation product is toward and into the filler The composition of the coating differs from the primary composition of the filler and, if it is a silicon-containing compound, it is also reducible by the liquid aluminum parent metal, whereby the coating serves as a dopant for the oxidation reaction product. It is also believed that the silicon source also serves to increase the wettability of the filler by the parent metal. The bed is permeable to the vaporous oxidant (e.g., air) and to the growth of the oxidation reaction product matrix to facilitate development of the oxidation reaction product and its infiltration into the filler. As explained in the above U.S. patent applications, dopants beneficially affect the oxidation reaction process of parent metals, and silicon, dilithium dioxide, and similar silicon-containing compounds are useful dopant source in systems employing aluminum as the parent metal. According to a preferred embodiment of this invention, a silicon-containing compound, when heated to a suitable temperature in an oxygen-containing atmosphere, forms an oxide coating which serves as a doping material. The formation of the oxide coating on the filler may be at a pre-firing step or in-situ during the formation of the ceramic body in the presence of an oxygen-containing gas as the oxidant. Unless otherwise indicated, the terms filler or filler mean a mass, a bed, or a A preform consisting of the filler at least partially coated with a silicon source which can be used in conjunction with other fillers which do not have such a coating.

Der Füllstoff selbst kann reagieren, wie bei Siliziumkarbid, um einen Überzug aus einer siliziumhaltigen Verbindung zu bilden, der durch das flüssige Aluminiumgrundmetall reduzierbar ist. Folglich hat in einem solchen Fall der Füllstoff an sich innewohnende Dotierungseigenschaften, wie sie durch den Überzug gegeben sind, und der verbleibende unveränderte Teil dient als Füllstoff nach der Infiltration durch das Oxydationsreaktionsprodukt. Zu den besonders geeigneten Füllstoffen dieses Typs gehören Siliziumkarbid und Siliziumnitrid. Bei diesen Typen des Materials werden beim Erhitzen in Luft oder einem anderen geeigneten, sauerstoffhaltigen Gas Siliziumdioxid· oder Silikatüberzüge gebildet. Wenn das gewünscht wird, kann der Füllstoff einen geeigneten Überzug aus einer Siliziumquelle oder einem siliziumhaltigen Vorläufer haben, der auf einen Füllstoff mit einer gänzlich anderen Zusammensetzung aufgebracht wird. Beispielsweise ist ein besonders geeignetes System dieses Typs Tetraethylorthosilikat, das auf Zirkonoxidfasern aufgebracht wird, die beim Trocknen oder schwachen Erhitzen zum Dissoziieren des Materials einen Siliziumdioxidüberzug bilden. Ein weiteres Beispiel ist Ethylsilikatglas, das auf ein Aluminiumoxidpartikulatmaterial aufgebracht werden kann, das beim Erhitzen einen Siliziumdioxidüberzug bildet. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein geeigneter Füllstoff wie Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid in Partikulatform in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, z. B. Luft, bei einer Temperatur vorgebrannt oder erhitzt, die zur Bildung eines Überzugs aus Siliziumdioxid auf einem beachtlichen Teil des Partikulatmaterials ausreicht. Wird beispielsweise Siliziumkarbid als Füllstoff verwendet, erfolgt das Vorbrennen vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 10000C bis etwa 14500C und am günstigsten zwischen 12000C und 135O0C. Die für die Schaffung des Oxidüberzugs auf diesen Füllstoffen erforderliche Zeit ist von solchen Faktoren wie Teilchengröße, Form, Porosität und Verfügbarkeit des Oxydationsmittels abhängig. Bei Siliziumkarbid mit einer Maschengröße von etwa 250 bis 750 beträgt eine geeignete Vorbrennzeit etwa 5 bis 40 Stunden. Ein weiterer Vorteil des Vorbrennens besteht darin, daß ein dickerer Überzug an Siliziumdioxid entsteht, als er während der für die Matrixbildung erforderlichen Zeit gebildet werden könnte.The filler itself may react, as in silicon carbide, to form a coating of a silicon-containing compound that is reducible by the liquid aluminum parent metal. Thus, in such a case, the filler inherently has doping properties as given by the coating, and the remaining unaltered portion serves as a filler after infiltration by the oxidation reaction product. Particularly suitable fillers of this type include silicon carbide and silicon nitride. With these types of material, when heated in air or other suitable oxygen-containing gas, silica or silicate coatings are formed. If desired, the filler may have a suitable coating of a silicon source or a siliceous precursor which is applied to a filler having a completely different composition. For example, one particularly suitable system of this type is tetraethylorthosilicate applied to zirconia fibers which form a silica coating upon drying or mild heating to dissociate the material. Another example is ethyl silicate glass that can be applied to an alumina particulate material that forms a silica coating upon heating. According to one embodiment of the invention, a suitable filler such as silicon carbide or silicon nitride in particulate form in an oxygen-containing atmosphere, for. Air, prefired or heated at a temperature sufficient to form a coating of silica on a substantial portion of the particulate material. For example, if silicon carbide is used as filler, the pre-firing is preferably carried out at a temperature of about 1000 0 C to about 1450 0 C and most preferably between 1200 0 C and 135 0 C. The time required for the creation of the oxide coating on these fillers is of such Factors such as particle size, shape, porosity and availability of the oxidant dependent. For silicon carbide having a mesh size of about 250 to 750, a suitable pre-bake time is about 5 to 40 hours. Another advantage of pre-bake is that a thicker coating of silica is formed than could be formed during the time required for matrix formation.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Film oder Überzug aus Siliziumdioxid in situ während des Oxydationsreaktionsprozesses mit einem sauerstoffhaltigen Gas als Oxydationsmittel gebildet. Die Anordnung aus Aluminiumgrundmetall und Füllstoff, die in ein geeignetes feuerfestes Gefäß gegeben wird, wird auf eine Temperatur nicht nur über dem Schmelzpunkt des Grundnietalls, sondern auch ausreichend hoch erhitzt, daß sich ein ausreichender Überzug aus Siliziumdioxid auf dem Füllstoff bildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel reagiert das dampfförmige Oxydationsmittel, das bei der matrixbildenden Oxydationsreaktion eingesetzt wird, auch mit dem Füllstoff und bildet die Siliziumdioxidhaut. Wird beispielsweise Siliziumkarbid als Füllstoff verwendet, der durch eine Aluminiumoxidmatrix als Oxydationsreaktionsprodukt von Aluminiumgrundmetall und einem sauerstoffhaltigen, dampfförmigen Oxydationsmittel infiltriert wird, vorzugsweise Luft als Oxydationsmittel, dann bildet sich der Oxidüberzug auf den Siliziumkarbidteilchen bei einer geeigneten Temperatur. Die Anordnung wird zuerst auf eine Temperatur zwischen etwa 10000C und 145O0C und vorzugsweise etwa 120O0C und 1350°C erhitzt. Nachdem sich auf dem Siliziumkarbidfüllmaterial ein Film oder Überzug aus Siliziumdioxid gebildet hat, kann dieser Temperaturbereich beibehalten oder geändert werden, während der Oxydationsreaktionsprozeß fortgesetzt wird und sich die keramische Verbundstruktur entwickelt.In another embodiment, the film or coating of silicon dioxide is formed in situ during the oxidation reaction process with an oxygen-containing gas as the oxidant. The assembly of aluminum parent metal and filler placed in a suitable refractory vessel is heated to a temperature not only above the melting point of the base rivet but also sufficiently high to form a sufficient coating of silica on the filler. In this embodiment, the vaporous oxidizing agent used in the matrix-forming oxidation reaction also reacts with the filler to form the silica skin. For example, when silicon carbide is used as a filler infiltrated by an alumina matrix as an oxidation reaction product of aluminum parent metal and an oxygen-containing vaporous oxidant, preferably air as an oxidizer, then the oxide coating on the silicon carbide particles forms at a suitable temperature. The assembly is first heated to a temperature between approximately 1000 0 C and 145 ° 0 C, and preferably about 120O 0 C and heated to 1350 ° C. After a film or coating of silicon dioxide has formed on the silicon carbide filler material, this temperature range may be maintained or changed as the oxidation reaction process continues and the ceramic composite structure develops.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das Füllmaterial beispielsweise durch chemische Bedampfung mit Silizium überzogen werden. Das kann besonders bei solchen Füllstoffen, im typischen Fall Fasern, Teilchen oder Whisker, vorteilhaft sein, die vor Zersetzung unter den Verfahrensbedingungen geschützt werden müssen. Beispielsweise müssen Bornitridteilchen vor der Oxydation und Reaktion mit flüssigem Aluminium geschützt werden, und der Siliziumüberzug bietet diesen Schutz und erfüllt gleichzeitig die anderen Kriterien der Erfindung.In a further embodiment of the invention, the filler can be coated with silicon, for example by chemical vapor deposition. This may be particularly advantageous with such fillers, typically fibers, particles or whiskers, which must be protected from degradation under the process conditions. For example, boron nitride particles must be protected from oxidation and reaction with liquid aluminum, and the silicon coating provides this protection while meeting the other criteria of the invention.

Die Füllstoffe, wie Siliziumkarbid und Siliziumnitrid haben vorzugsweise Partikulatform und können aus einer Mischung unterschiedlicher Korn- oder Siebgrößen, vorzugsweise etwa Siebgröße 10 bis 1000, bestehen, es kann aber auch mit einem feineren Partikulat gearbeitet werden. Bei Siliziumnitrid ist es jedoch wünschenswert, daß mit einem verhältnismäßig grobem Material gearbeitet wird, um eine übermäßige Oxydation oder Reaktion zur Bildung von Aluminiumnitrid und Silizium zu vermeiden. Auf diese Weise kann ein gemischter Füllstoff gezielt zusammengestellt werden, um ein Füllmaterial zu schaffen, das die gewünschten Endeigenschaften wie Permeabilität, Porösität, Dichte usw. aufweist.The fillers, such as silicon carbide and silicon nitride, preferably have particulate form and can consist of a mixture of different grain or sieve sizes, preferably about 10 to 1000 sieve size, but it is also possible to work with a finer particulate. For silicon nitride, however, it is desirable to work with a relatively coarse material to avoid excessive oxidation or reaction to form aluminum nitride and silicon. In this way, a mixed filler can be purposefully assembled to provide a filler having the desired end properties such as permeability, porosity, density, etc.

Der Füllstoff wird im typischen Fall als Bett oder Vorform mit einem geeigneten Bindemittel, -material-, verbindung oder ähnlichen gebunden, welches die Reaktionen dieser Erfindung nicht beeinträchtigt oder nicht eine signifikante Menge unerwünschter restlicher Nebenprodukte innerhalb des keramischen Verbunderzeugnisses zurückläßt. Es wurde festgestellt, daß zu den geeigneten Bindemitteln beispielsweise Polyvinylalkohol, Epoxidharze, natürlicher und synthetischer Latex und ähnliche gehören, die In Fachkreisen bekannt sind. Der Füllstoff kann mit oder ohne Bindemittel in jede festgelegte Größe oder Form nach einer herkömmlichen Methode gebracht werden, beispielsweise durch Schlickerguß, Spritzguß, Spritzpressen, Vakuumformen usw.The filler is typically bound as a bed or preform with a suitable binder, material, compound or the like which does not interfere with the reactions of this invention or which does not leave a significant amount of undesirable residual by-products within the ceramic composite product. It has been found that suitable binders include, for example, polyvinyl alcohol, epoxy resins, natural and synthetic latex, and the like, which are known in the art. The filler, with or without a binder, can be made into any size or shape by a conventional method, such as slip casting, injection molding, transfer molding, vacuum forming, etc.

Es ist vorteilhaft, wenn das Füllmaterial vorgeformt ist, wenigstens eine Oberflächengrenze hat und eine ausreichende Formintegrität und Grünfestigkeit sowie Dimensionstreue während der Verarbeitung und der Schaffung des Keramikkörpers aufweist. Das Füllstoffbett oder die -vorform sollten jedoch ausreichend durchlässig sein, um das wachsende polykristalline Matrixmaterial aufnehmen zu können. Beispielsweise hat eine Siliziumkarbid- oder Siliziumnitridvorform, wie sie in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, eine Porösität zwischen etwa 5 bis etwa 90 VoL-%, vorzugsweise zwischen etwa 25undetwa75Vol.-%.It is advantageous if the filling material is preformed, has at least one surface boundary and has sufficient shape integrity and green strength as well as dimensional stability during processing and creation of the ceramic body. However, the filler bed or preform should be sufficiently permeable to accommodate the growing polycrystalline matrix material. For example, a silicon carbide or silicon nitride preform as may be employed in the present invention has a porosity between about 5 to about 90% by volume, preferably between about 25 and about 75% by volume.

Bei der Ausführung dieses Verfahrens wird der Füllstoff, der vorgebrannt und/oder vorgeformt sein kann, anliegend an eine oder mehrere Oberflächen oder an einen Abschnitt einer Oberfläche des Aluminiums gebracht. Das Füllmaterial ist vorzugsweise mit einer Flächenoberfläche des Grundmetalls in Kontakt; wenn das gewünscht wird, kann es aber auch teilweise, nicht aber vollständig, in das flüssige Metall eingetaucht werden, bei einem vollständigen Eintauchen würde der Zutritt des dampfförmigen Oxydationsmittels in das Füllmaterial für eine angemessene Entwicklung der polykristallinen Matrix abgeschnitten oder blockiert werden. Die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes erfolgt in einer Richtung hin zum und in das Füllmaterial. Die Anordnung, bestehend aus dem Füllstoff und Aluminium als dem Grundmetall, wird in einen Ofen gebracht, dem ein geeignetes dampfförmiges Oxydationsmittel zugeführt wird, und die Anordnung wird erhitzt auf einen Temperaturbereich oberhalb des Schmelzpunktes des Grundmetalls, aber unterhalb des Schmelzpunktes des Oxydationsreaktionsproduktes. Der Bereich der Verfahrenstemperatur für Aluminiumgrundmetall bei der Verwendung von Luft als dampfförmigem Oxydationsmittel beträgt im allgemeinen 700X bis 14500C und vorzugsweise zwischen etwa 8000C und 1350°C. Innerhalb des anwendbaren Temperaturintervalls oder bevorzugten Temperaturbereiches bildet sich ein Körper oder Pool aus flüssigem Metall, und bei Kontakt mit dem Oxydationsmittel regiert das flüssige Metall und bildet eine Schicht des Oxydationsreaktionsproduktes. Bei fortgesetzter Einwirkung der oxydierenden Umgebung wird innerhalb eines geeigneten Temperaturbereiches das verbleibende flüssige Metall progressiv in und durch das Oxydationsreaktionsprodukt in der Richtung hin zum Oxydationsmittel gezogen. Beim Kontakt mit dem Oxydationsmittel reagiert das flüssige Metall und bildet zusätzliches Oxydationsreaktionsprodukt. Wenigstens ein Teil des Oxydationsreaktionsproduktes bleibt im Kontakt mit und zwischen dem flüssigen Grundmetall und dem Oxydationsmittel, so daß der fortgesetzte Transport des flüssigen Metalls durch das gebildete Oxydationsreaktionsprodukt hin zum Oxydationsmittel erfolgt, so daß das polykristalline Oxydationsreaktionsprodukt wenigstens einen Abschnitt des Füllmaterials infiltriert. Der Überzug aus Siliziumquelle, der auf dem Füllmaterial erzeugt wurde, sei es durch Vorbrennen in situ oder durch vorheriges Beschichten, vergrößert das Wachstum des polykristallinen Oxydationsreaktionsproduktes dadurch, daß er eine kontinuierliche Quelle für Siliziumdotierungsmaterial im Volumen des Füllstoffs ist.In the practice of this method, the filler, which may be pre-baked and / or preformed, is placed adjacent to one or more surfaces or to a portion of a surface of the aluminum. The filler material is preferably in contact with a surface surface of the base metal; however, if desired, it may also be partially, but not completely, immersed in the liquid metal; if completely submerged, the access of the vaporous oxidant to the filler would be cut off or blocked for adequate development of the polycrystalline matrix. The formation of the Oxydationsreaktionsproduktes takes place in a direction towards and into the filler. The assembly, consisting of the filler and aluminum as the parent metal, is placed in an oven to which a suitable vaporous oxidizing agent is supplied, and the assembly is heated to a temperature range above the melting point of the parent metal but below the melting point of the oxidation reaction product. The range of the process temperature for aluminum parent metal when using air as a vaporous oxidizer is generally 700X to 1450 0 C and preferably between about 800 0 C and 1350 ° C. Within the applicable temperature interval or preferred temperature range, a body or pool of liquid metal forms, and on contact with the oxidant, the liquid metal flows and forms a layer of the oxidation reaction product. Upon continued exposure to the oxidizing environment, within a suitable temperature range, the remaining liquid metal is progressively drawn into and through the oxidation reaction product in the direction of the oxidant. Upon contact with the oxidizing agent, the liquid metal reacts to form additional oxidation reaction product. At least a portion of the oxidation reaction product remains in contact with and between the liquid parent metal and the oxidant such that continued transport of the liquid metal through the formed oxidation reaction product to the oxidant occurs such that the polycrystalline oxidation reaction product infiltrates at least a portion of the filler. The silicon source coating formed on the filler, whether by pre-baking in situ or by previously coating, increases the growth of the polycrystalline oxidation reaction product by being a continuous source of bulk silicon dopant material.

Das Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis das Oxydationsreaktionsprodukt wr 'ctens oinen Teil des Bettes des Füllmaterials infiltriert hat. Wenn mit einer Vorform gearbeitet wird, wird das Verfahren so la- fortgesetzt, bis das Oxydationsreaktionsprodukt die Bestandteile der Vorform bis zu einer definier ι. berflächengrenze infiltriert und eingebettet hat, möglichst nicht über diese hinaus, was ein »Überwuchs" des polykristallinen Matrixmaterial wäre. Es ist davon auszugehen, daß das resultierende polykristalline Matrixmaterial Porösität aufweisen kann, die ein partieller oder vollständiger Ersatz der Metallbestandteile sein kann, aber der Volumenprozentsatz der Hohlräume ist wesentlich von solchen Bedingungen wie Temperatur, Zeit, Typ des Grundmetalls und Dotierungskonzentrationen abhängig. Im typischen Fall sind bei diesen polykristallinen Keramikstrukturen die Kristallite des Oxydationsreaktionsproduktes untereinander in mehr als einer Dimension, vorzugsweise in drei Dimensionen, verbunden, und die Metall· oder Porenbestandteile können wenigstens teilweise untereinander verbunden sein. Das resultierende keramische Verbundprodukt hat die Abmessungen und die geometrische Konfiguration der verwendeten ursprünglichen Vorform, wenn mit einer solchen gearbeitet wurde, und eine besonders gute Treue erreicht man durch die Verwendung von Sperrelementen.The process is continued until the oxidation reaction product has writtently infiltrated a portion of the bed of filling material. When working with a preform, the process is continued until the oxidation reaction product defines the constituents of the preform to a degree. It is to be expected that the resulting polycrystalline matrix material may have porosity, which may be a partial or total replacement of the metal constituents, but the volume percentage In the case of these polycrystalline ceramic structures, the crystallites of the oxidation reaction product are typically connected to one another in more than one dimension, preferably in three dimensions, and the metal or metal oxide Pore components may be at least partially interconnected, The resulting ceramic composite product has the dimensions and geometric configuration of the original preform used, when worked with, and a Particularly good loyalty can be achieved by the use of blocking elements.

Das dampfförmige Oxydationsmittel, das bei der Oxydationsreaktion eingesetzt wird, ist normalerweise gasförmig oder wird bei Verfahrensbedingungen dampfförmig, wodurch eine oxydierende Atmosphäre, wie beispielsweise atmosphärische Luft, entsteht. Wenn jedoch mit einem vorgebrannten oder vorbeschichteten Füllstoff gearbeitet wird, muß das Oxydationsmittel 'oin sauerstoffhaltiges Gas sein. Zu den typischen Dampfoxydationsmitteln (Gasoxydationsmittel), deren Einsatz davon abhängig sein kann, ob der Füllstoff vorgebrannt oder vorbeschichtet ist, gehören außerdem beispielsweise Stickstoff oder ein stickstoffhaltiges Gas und solche Mischungen wie Luft, Hj/HjO und CO/COj, wobei die beiden letztgenannten (d. h., Hj/HjO und CO/CO2) bei der Reduzierung der Sauer3to(faktivität der Umgebung im Verhältnis zu den wünschenswerten oxydierbaren Bestandteilen der Vorform von Nutzen sind. Sauerstoff oder Gasgemische, die Sauerstoff enthalten (einschließlich Luft), sind geeignete dampfförmige Oxydationsmittel, wobei Luft aus offensichtlichen Gründen der Wirtschaftlichkeit in der Regel bevorzugt wird. Wenn ein dampfförmiges Oxydationsmittel als ein bestimmtes Gas oder einen bestimmten Dampf enthaltendThe vaporous oxidizing agent used in the oxidation reaction is usually gaseous or becomes vaporous under process conditions, producing an oxidizing atmosphere such as atmospheric air. However, when operating with a prefired or precoated filler, the oxidant must be oxygen-containing gas. Typical steam oxidizing agents (gas oxidizing agents) whose use may depend on whether the filler is pre-baked or precoated also include, for example, nitrogen or a nitrogen-containing gas and such mixtures as air, Hj / HjO and CO / COj, the latter two being ( ie, Hj / HjO and CO / CO2) are useful in reducing the oxygen content of the environment relative to the desirable oxidizable constituents of the preform Oxygen or gas mixtures containing oxygen (including air) are suitable vaporous oxidants Air is usually preferred for obvious reasons of economy, when containing a vaporous oxidizing agent as a particular gas or steam

oder aus diesen bestehend identifiziert wird, versteht man darunter ein dampfförmiges Oxydationsmittel, in welchem das identifizierte Gas oder der identifizierte Dampf der einzige, dominierende oder wenigstens ein signifikanter Oxydator des Grundmetalls unter den Bedingungen ist, die in der oxydierenden Umgebung, mit der gearbeitet wird, herrschen. Obwohl beispielsweise der Hauptbestandteil von Luft Stickstoff ist, ist der Sauerstoffgehalt der Luft der einzige Oxydator des Grundmetalls unter den Bedingungen, die in der oxydierenden Umgebung, mit der gearbeitet wird, herrschen. Luft gehört damit in die Definition eines Oxydationsmittels, das ein „sauerstoffhaltjges Gas" ist, nicht aber in die Definition eines »stickstoffhaltigen Gases". Ein Beispiel für ein stickstoffhaltiges Oxydationsmittel, wie es in der Spezifikation und im Patentanspruch verwendet wird, ist ,,Formungsgas", das im typischen Fall etwa 96VoI.·% Stickstoff und etwa 4 Vol.-% Wasserstoff enthält.or being identified therefrom, is understood as meaning a vaporous oxidizing agent in which the identified gas or vapor is the sole, dominant or at least significant oxidizer of the parent metal under the conditions to be used in the oxidizing environment being worked with. to rule. For example, although the main constituent of air is nitrogen, the oxygen content of the air is the sole oxidizer of the parent metal under the conditions prevailing in the oxidative environment being worked with. Air is thus part of the definition of an oxidizing agent that is an "oxygen-containing gas", but not in the definition of a "nitrogen-containing gas". An example of a nitrogen-containing oxidant, as used in the specification and claim, is "forming gas," which typically contains about 96% by volume of nitrogen and about 4% by volume of hydrogen.

Ein Oxydationsmittel, das bei Verfahrensbedingungen flüssig oder fest ist, kann in Verbindung mit dem dampfförmigen Oxydationsmittel eingesetzt werden. Solche zusätzlichen Oxydationsmittel können besonders nützlich bei der Verstärkung der Oxydation des Grundmetalls, besonders innerhalb des Füllmaterials, nicht so sehr auf dessen Oberflächen, sein. Das heißt, der Eineatz solcher zusatzlichen Oxydationsmittel kann innerhalb des Füllmaterials eine Umgebung schaffen, die günstiger für die Oxydationskinetik des Grundmetalls ist als die Umgebung außerhalb des Füllstoffbetts oder der -vorform. Im Zusammenhang mit dem als Vorform eingesetzten Siliziumkarbidfüllmaterial Ist diese verbesserte Umgebung vorteilhaft für die Förderung der Matrixentwicklung innerhalb der Vorform bis zur Grenze und minimiert den Überwuchs.An oxidizing agent that is liquid or solid under process conditions can be used in conjunction with the vaporous oxidizing agent. Such additional oxidizing agents may be particularly useful in enhancing the oxidation of the parent metal, especially within the filler, not so much on its surfaces. That is, the composition of such additional oxidants can provide an environment within the filler that is more favorable to the oxidation kinetics of the parent metal than the environment outside the filler bed or preform. In the context of the silicon carbide fill material used as a preform, this improved environment is beneficial in promoting matrix development within the preform to the limit and minimizing overgrowth.

Wann zusätzlich zum dampfförmigen Oxydationsmittel ein festes Oxydationsmittel eingesetzt wird, kann es über das gesamte Volumen des Füllmaterials oder nur in einem Abschnitt des Füllmaterials, der an das Grundmetall angrenzt, dispergiert werden, beispielsweise in Partikulatform und mit dem Füllmaterial gemischt. Jedes geeignete feste Oxydationsmittel kann eingesetzt werden, die Auswahl ist von der Kompatibilität mit dem dampfförmigen Oxydationsmittel abhängig. Zu diesen festen Oxydationsmitteln können geeignete Elemente wie Bor oder geeignete reduzierbare Verbindungen wie bestimmte Borate, Boratgläser, Silikate und Silikatgläser mit niedrigerer thermodynamischer Stabilität als das Oxydationsreaktionsprodukt des Grundmetalls gehören.When a solid oxidizing agent is used in addition to the vaporous oxidizing agent, it may be dispersed throughout the volume of the filler or only in a portion of the filler adjacent to the parent metal, for example in particulate form and mixed with the filler. Any suitable solid oxidizing agent can be used, the choice depends on the compatibility with the vaporous oxidizing agent. Such solid oxidizing agents may include suitable elements such as boron or suitable reducible compounds such as certain borates, borate glasses, silicates and silicate glasses having lower thermodynamic stability than the oxidation reaction product of the parent metal.

Wenn zusätzlich zum dampfförmigen Oxydationsmittel ein flüssiges Oxydationsmittel eingesetzt wird, kann das flüssige Oxydationsmittel über das gesamte Volumen des Bettes aus Füllmaterial oder einen Abschnitt des Füllmaterials, der an das flüssige Metall angrenzt, dispergiert sein, vorausgesetzt, daß dieses flüssige Oxydationsmittel nicht den Zutritt des dampfförmigen Oxydationsmittels zum flüssigen Grundmetall verhindert. Unter einem flüssigen Oxydationsmittel versteht man ein Mittel, das unter Oxydationsreaktionsbedingungen flüssig ist, und folglich kann ein flüssiges Oxydationsmittel einen festen Vorläufer haben, beispielsweise ein Salz, der unter den Bedingungen der Oxydationsreaktion geschmolzen oder flüssig wird. Alternativ dazu kann das flüssige Oxydationsmittel einen flüssigen Vorläufer haben, z.B. eine Lösung des Materials, der unter den Verfahrensbedingungen geschmolzen oder zersetzt wird, um die geeignete Oxydationsmittelkomponente zu ergeben. Beispiele für flüssige Oxydationsmittel, wie sie hier definiert sind, sind z. B. niedrigschmelzende Gläser. Wenn mit einer geformten Vorform gearbeitet wird, sollte die Vorform ausreichend porös oder permeabel sein, damit das dampfförmige Oxydationsmittel die Vorform durchdringen und das flüssige Grundmetall berühren kann. Die Vorform sollte auch ausreichend permeabel sein, um das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes innerhalb ihrer Grenzen aufnehmen zu können, ohne daß ihre Konfiguration oder Geometrie wesentlich gestört, unterbrochen oder anderweitig verändert werden. Wenn die Vorform ein festes Oxydationsmittel und/oder ein flüssiges Oxydationsmittel einschließt, das in Verbindung mit dem dampfförmigen Oxydationsmittel eingesetzt wird, sollte die Vorform auch ausreichend porös oder permeabel sein, um das Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes, das vom festen und/oder flüssigen Oxydationsmittel ausgeht, zu ermöglichen und aufzunehmen.When a liquid oxidizing agent is used in addition to the vaporous oxidizing agent, the liquid oxidizing agent may be dispersed throughout the volume of the bed of filling material or a portion of the filling material adjacent to the liquid metal, provided that this liquid oxidizing agent does not allow access of the vaporous material Oxidizing agent to the liquid parent metal prevented. By a liquid oxidizing agent is meant an agent that is liquid under oxidizing reaction conditions, and thus, a liquid oxidizing agent may have a solid precursor, for example, a salt which melts or becomes liquid under the conditions of the oxidation reaction. Alternatively, the liquid oxidizing agent may have a liquid precursor, e.g. a solution of the material which is melted or decomposed under the process conditions to yield the appropriate oxidizer component. Examples of liquid oxidizing agents as defined herein are e.g. B. low melting glasses. When operating with a molded preform, the preform should be sufficiently porous or permeable to allow the vaporous oxidant to penetrate the preform and contact the liquid parent metal. The preform should also be sufficiently permeable to accommodate growth of the oxidation reaction product within its limits without substantially disrupting, disrupting, or otherwise altering its configuration or geometry. When the preform includes a solid oxidant and / or a liquid oxidant used in conjunction with the vaporous oxidant, the preform should also be sufficiently porous or permeable to inhibit the growth of the oxidation reaction product from the solid and / or liquid oxidant. to enable and record.

Die vorliegende Erfindung sieht in einem Ausführungsbeispiel ein zusammengesetztes Füllmaterial vor, welches, wenn es in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird, eine innewohnende Quelle eines Dotierungsmaterials bildet, d.h., Siliziumkarbid als Füllstoff ist beispielsweise eine innewohnende Quelle von Siliziumdioxid als Dotierungsmittel. Bei bestimmten Anwendungen kann es notwendig oder wünschenswert sein, ein zusätzliches Dotierungsmaterial einzusetzen, um das innewohnend durch die Siliziumquelle bereitgestellte Dotierungsmittel zu verstärken. Wenn neben der Siliziumquelle ein oder mehrere Dotierungsmittel eingesetzt werden, können sie (1) als Legierungsbestandteile des Aluminiumgrundmetalls vorhanden sein, (2) auf wenigstens einen Abschnitt der Oberfläche des Grundmetalls aufgebracht werden oder (3) auf einen Teil oder die Gesamtheit des Füllmaterials aufgebracht oder in dieses einbezogen werden, oder es kann mit einer Kombination von zwei oder mehr der Techniken (1), (2) und (3) gearbeitet werden. Beispielsweise kann ein mit dem Grundmetall legiertes Dotierungsmittel allein oder in Kombination mit einem zweiten, außen aufgebrachten Dotierungsmittel in Verbindung mit dem Überzug aus einer siliziumhaltigen Verbindung eingesetzt werden. Im Fall der Technik (3), wenn zusätzlicheis) Dotierungsmittel auf das Füllmaterial aufgebracht wird, kann die Aufbringung auf jede geeignete Art und Weise geschehen, wie das in den obigen US-Patentanmeldungen erklärt wird. Die Funktion oder Funktionen eines Dotierungsmaterials können von einer Reihe anderer Faktoren als dem eigentlichen Dotierungsmaterial abhängig sein. Zu diesen Faktoren gehören beispielsweise die besondere Kombination der Dotierungsmittel, wenn zwei oder mehr Dotierungsmittel eingesetzt weiden, die Verbindung eines äußerlich aufgebrachten Dotierungsmittels mit einem in das Grundmetall legierten Dotierun smittel, die Konzentration des Dotierung.«; mittels, die oxydierende Umgebung und die Verfahrensbedingungen.The present invention, in one embodiment, provides a composite filler material which, when heated to a suitable temperature in an oxygen-containing atmosphere, forms an inherent source of dopant material, i.e., silicon carbide filler is, for example, an inherent source of silicon dioxide dopant. In certain applications, it may be necessary or desirable to employ an additional dopant material to enhance the dopant inherently provided by the silicon source. When one or more dopants are used in addition to the silicon source, they may be (1) present as alloying constituents of the aluminum parent metal, (2) deposited on at least a portion of the surface of the parent metal, or (3) applied to some or all of the filler material be incorporated into this, or it can be worked with a combination of two or more of the techniques (1), (2) and (3). For example, a dopant alloyed with the base metal may be used alone or in combination with a second externally applied dopant in conjunction with the silicon-containing compound coating. In the case of technique (3), if additional dopant is applied to the filler material, application may be made in any suitable manner as explained in the above U.S. patent applications. The function or functions of a doping material may depend on a number of factors other than the actual doping material. These factors include, for example, the particular combination of dopants when two or more dopants are employed, the combination of an externally applied dopant with a dopant alloyed into the parent metal, the doping concentration. by means of, the oxidizing environment and the process conditions.

Zu den Dotierungsmitteln, die in Kombination mit einer Siliziumquelle als Dotierungsmittel für das Aluminiumgrundmetall geeignet sind, besonders bei Luft als dem Oxydationsmittel, gehören Magnesium und Zink, die in Verbindung mit anderen Dotierungsmitteln eingesetzt werden können, wie das unten beschrieben wird. Diese Metalle oder eine geeignete Quelle dieser Metalle können in das Grundmetall auf Aluminiumbasis mit einer jeweiligen Konzentration von etwa 0,1 bis 10 Gew.-%, auf der Grundlage des Gesamtgewichts des resultierenden dotierten Metalls, legiert werden. Wenn das gewünscht wird, kann Siliziummetall mit dem Grundmetall legiert werden, um die Siliziumquelle als Überzup auf einem Füllstoff zu verstärken. In diesen Fällen liegt die bevorzugte Magnesiumkonzentration im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 3 Gew.-%, die Siliziumkonzentration im Bereich von etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% und die Zinkkonzentration, wenn dieses mit Magnesium eingesetzt wird, im Bereich von etwa 1 bis etwa 6 Gew.-%. Diese Dotierungsstoffo oder eine geeignete Quelle dafür (z. B. MgO unc( ZnO) können außen auf das Grundmetali aufgebracht werden. Auf diese Weise kann für Aluminiumgrundmetall unter Verwendung von Luft als Oxydationsmittel eine Tonerdekeramikstruktur erreicht werden, wenn MgO in einer Menge von mehrDopants suitable in combination with a silicon source as a dopant for the aluminum parent metal, especially air as the oxidant, include magnesium and zinc, which may be used in conjunction with other dopants, as described below. These metals, or a suitable source of these metals, may be alloyed into the aluminum based base metal at a respective concentration of about 0.1 to 10 weight percent, based on the total weight of the resulting doped metal. If desired, silicon metal may be alloyed with the parent metal to reinforce the silicon source as a filler on a filler. In these cases, the preferred magnesium concentration is in the range of about 0.1 to about 3 weight percent, the silicon concentration in the range of about 1 to about 10 weight percent, and the zinc concentration, when used with magnesium, in the range of from about 1 to about 6 weight percent. These dopants or a suitable source thereof (eg, MgO unc (ZnO) can be externally applied to the base metal Thus, for aluminum parent metal using air as an oxidant, an alumina ceramic structure can be achieved when MgO is present in an amount of more

als 0,0008g je Gramm des zu oxydierenden Grundmetalls und von mehr als 0,003g je Quadratzentimeter des Grundmetalls, auf welches das MgO aufgebracht wird, eingesetzt wird.than 0.0008g per gram of base metal to be oxidized and more than 0.003g per square centimeter of the parent metal to which the MgO is applied.

Weitere Beispiele für Ootierungsstoffe, die bei Aluminiumgrundmetallen wirksam sind, welche mit einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre reagieren, schließen Natrium, Germanium, Zinn, Blei, Lithium, Kalzium, Bor, Phosphor und Yttrium ein, die einzeln oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Dotierungsmitteln in Abhängigkeit vom Oxydationsmittel und den Verfahrensbedingungen eingesetzt werden können. Seltenerdelemente wie Cerium, Lanthan, Praseodymium, Neodymium und Samarium sind auch nützliche Dotierungsmittel, und zwar auch in diesem Fall insbesondere, wenn sie in Kombination mit anderen Dotierungsmitteln eingesetzt werden. Alle diese Dotierungsstoffe sind, wie in den im gemeinsamem Besitz befindlichen Patentanmeldungen erklärt wird, neben dem Überzug aus der Siliziumquelle wirksam bei der Förderung des Wachstums des polykristallinen Oxydationsreaktionsproduktes für Grundmetallsysteme auf Aluminiumbasis.Other examples of dopants effective on aluminum parent metals that react with an oxygen-containing atmosphere include sodium, germanium, tin, lead, lithium, calcium, boron, phosphorus, and yttrium, used alone or in combination with one or more other dopants Depending on the oxidizing agent and the process conditions can be used. Rare earth elements such as cerium, lanthanum, praseodymium, neodymium and samarium are also useful dopants, especially in this case when used in combination with other dopants. All of these dopants, as explained in the commonly owned patent applications, are effective in promoting the growth of the polycrystalline oxidation reaction product for aluminum-based parent metal systems in addition to the coating from the silicon source.

Das keramische Verbundprodukt, das man bei Ausführung der vorliegenden Erfindung erhält, ist in der Regel ein kohärentes Erzeugnis, bei dem zwischen etwa 5 und etwa 98 Vol.-% des Gesamtvolumens des keramischen Verbunderzeugnisses aus Füllstoff bestehen, der in eine polykristalline keramische Matrix eingebettet ist. Die polykristalline keramische Matrix besteht in der Regel, wenn Luft oder Sauerstoff das Oxydationsmittel sind, zu etwa 60 bis etwa 99 Vol.-% (des Volumens der polykristallinen Matrix) aus untereinander verbundenem a-Aluminiumoxid und zu etwa 1 bis etwa 40 Gew.-% (gleiche Basis) aus metallischen Bestandteilen wie nichtoxydierten Bestandteilen des Grundmetalls oder reduziertem Metall aus dem Dotierungsmittel oder dem Oxydationsmittel.The ceramic composite obtained with the practice of the present invention is typically a coherent product in which between about 5 and about 98 volume percent of the total volume of the ceramic composite product consists of filler embedded in a polycrystalline ceramic matrix , Typically, when air or oxygen is the oxidant, the polycrystalline ceramic matrix comprises from about 60 to about 99 volume percent (by volume of the polycrystalline matrix) of interconnected alpha alumina and from about 1 to about 40 wt. % (same basis) of metallic constituents such as non-oxidized constituents of the parent metal or reduced metal of the dopant or the oxidizing agent.

Wie in der hiermit im Zusammenhang stehenden US-Patentanmeldung Nr. 861024, eingereicht am 8. Mai 1986 offengelegt wird, kann in Verbindung mit dem Fülln>aterial ein Sperrelement eingesetzt werden, um das Wachstum oder die Entwicklung des Oxydationsreaktionsproduktes über die Grenze hinaus zu unterbinden. Ein geeignetes Sperrelement kann jedes Material, jede Verbindung, jedes Element oder jede Zusammensetzung oder ähnliches sein, die unter den Bedingungen des Verfahrens der Erfindung eine gewisse Integrität bewahren, nicht flüchtig sind und vorzugsweise durchlässig für das dampfförmige Oxydationsmittel sind, während sie lokal das fortgesetzte Wachstum des Oxydationsreaktionsproduktes unterbinden, hemmen, stoppen, beeinträchtigen oder anderweitig behindern können. Kalziumsulfat (gebrannter Gips), Kalziumsilikat und Portlandzement und deren Mischungen, die besonders vorteilhaft sind bei Aluminium als Grundmetall und einem aus einem sauerstoffhaltigen Gas als Oxydationsmittel, werden im typischen Fall als Aufschlämmung oder Paste auf die Oberfläche des Füllmaterials aufgebracht. Zu diesen Sperrelementen gehören auch geeignete brennbare oder flüchtige Stoffe, die beim Erhitzern ausgesondert werden, oder ein Material, das sich beim Erhitzen zersetzt, um so die Porösität und Permeabilität des Sperrelementes zu verbessern. Außerdem kann das Sperrelement noch ein geeignetes feuerfestes Partikulatmaterial einschließen, um die Möglichkeit des Schrumpfens oder Reißens zu verringern, die andernfalls während des Verfahrens eintreten könnte. Ein solches Partikulatmaterial, das im wesentlichen den gleichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Füllstoffbett hat, ist besonders wünschenswert. Wenn beispielsweise die Vorform aus Aluminiumoxid besteht und das resultierende keramische Material ebenfalls aus Aluminiumoxid, kann das Sperrelement mit Aluminiumoxidteilchen gemischt werden, vorzugsweise mit einer Siebgröße von 20 bis 1000As disclosed in commonly assigned United States Patent Application No. 861024, filed May 8, 1986, a barrier member may be employed in conjunction with the filler material to inhibit the growth or development of the oxidation reaction product beyond the limit , A suitable barrier element may be any material, compound, element or composition or the like that maintains some integrity under the conditions of the process of the invention, is non-volatile, and is preferably permeable to the vaporous oxidant, while locally maintaining continued growth the Oxydationsreaktionsproduktes prevent, inhibit, stop, affect or otherwise hindered. Calcium sulfate (calcined gypsum), calcium silicate and Portland cement and mixtures thereof, which are particularly advantageous with aluminum as the parent metal and oxygen-containing gas as the oxidizing agent, are typically applied as a slurry or paste to the surface of the filler material. These barrier elements also include suitable combustible or volatile substances which are separated out on heating or a material which decomposes on heating so as to improve the porosity and permeability of the barrier element. In addition, the barrier member may still include a suitable refractory particulate material to reduce the possibility of shrinkage or cracking that might otherwise occur during the process. Such a particulate material having substantially the same coefficient of expansion as the filler bed is particularly desirable. For example, if the preform is made of alumina and the resulting ceramic material is also alumina, the barrier element may be mixed with alumina particles, preferably with a mesh size of 20 to 1000

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Ausführung bestimmter Aspekte der Erfindung. The following examples illustrate the practice of certain aspects of the invention.

Aufführungsbeispieleperformance Examples

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Abbildungen näher erläutert werden. Es zeigenThe solution according to the invention will be explained in more detail below in several embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it

Fig. 1; 2 und 3: Fotografien in der Grund- bzw. Seitenansicht eines Verbundstoffes, der nach dem Beispiel 2 hergestellt wurde.Fig. 1; FIGS. 2 and 3 are photographs in the plan and side views, respectively, of a composite fabricated according to Example 2. FIG. Bei jeder dieser Abbildungen wurde ein Abschnitt des gewachsenen Verbundstoffs durch Schneiden zurIn each of these figures, a section of the grown composite was cut by cutting

weiteren Analyse weggenommen und Fig. 4: ist eine Mikrofotografie einer Verbundstruktur bei 50facher Vergrößerung, welche die überzogenenFig. 4 is a photomicrograph of a composite structure at 50x magnification showing the coated ones

Füllstoffteilchen, eingebettet durch eine Keramikmatrix, die nach dem Beispiel 3 hergestellt wurde, zeigt.Filler particles embedded in a ceramic matrix prepared according to Example 3 are shown. Beispiel 1example 1

Nach der vorliegenden Erfindung wurde eine Keramikstruktur hergestellt, bestehend aus einem Aluminium-Oxydationsreaktionsprodukt, welches ß-SiC-Whisker einbettete und anfangs entweder mit einem kommerziellen kolloidalen Siliziumdioxid (Ludox HS-30) oder einer Natriumsilikatlösung (40-42" Baume) als zusätzlicher Siliziumquelle überzogen wurden.In accordance with the present invention, a ceramic structure was fabricated consisting of an aluminum oxidation reaction product which embedded β-SiC whisker and initially with either a commercial colloidal silica (Ludox HS-30) or a sodium silicate solution (40-42 "Baume) as an additional silicon source were coated.

Es wurden drei Vorformen mit einem Durchmesser von 50,8mm und einer Stärke von 9,525mm durch Mischen von drei gesonderten Posten von ß-SiC-Whiskern mit einem flüssigen Medium, Gießen der resultierenden Aufschlämmung in eine Form und anschließendes Entgasen und Trocknen in einem Vakumexsikkator hergestellt. Die flüssigen Medien, die mit den ß-SiC-Whiskern gemischt wurden, ware Jestilliertes Wasser als Kontrollmedium, kolloidales Siliziumdioxid und Natriumsilikatlösung. Die Vorformen wurden auf ein Bett von El Alundum, Korn 90, gebracht, das sich In einer feuerfesten Warne befand. Blöcke aus Aluminiumlegierung (Nr. 712.2) mit demselben Durchmesser wie die Vorformen waren auf 6<ner Seite rni; einer dünnen Schicht Sand überzogen worden, und die beschichtete Seite jedes Blockes wurde in Kontakt mit der oceren Fläche der Vorform gebracht. Diese Anordnung wurde in einen Ofen gegeben und in 5 Stunden auf 9000C erhitzt. Diese Temperatur wurde 36 Stunden lang beibehalten, anschließend wurde die Anordnung in 5 Stunden auf Umweittemperatur abgekühlt. Die Infiltration des Oxydationsreaktionsproduktes aus Aluminiumoxid war bei Ger Vorform, die nur ß-SiC·» '.'hiskers enthielt (die Kontrollprobe mit destilliertem Wassor), unbedeutend. Die ß-SiC-Whiskers, die mit dem kolloidalen Siliciumdioxid überzogen worden waren, wurden über die gesamte Stärke der Vorform infiltriert. Die Infiltration der ß-SiC-WhNk.ors mit der Natriumsilikatlösung erfolgte bis etwa zur Mitte der Vorform.Three 50.8 mm diameter by 9.525 mm diameter preforms were prepared by mixing three separate lots of β-SiC whiskers with a liquid medium, pouring the resulting slurry into a mold and then degassing and drying in a vacuum desiccator , The liquid media mixed with the β-SiC whiskers would be distilled water as the control medium, colloidal silica, and sodium silicate solution. The preforms were placed on a bed of El Alundum, Grain 90, which was in a fireproof warning. Aluminum alloy blocks (# 712.2) of the same diameter as the preforms were on the inside; A thin layer of sand was coated and the coated side of each block was brought into contact with the outer surface of the preform. This assembly was placed in an oven and heated to 900 ° C. in 5 hours. This temperature was maintained for 36 hours, then the assembly was cooled to ambient temperature in 5 hours. The infiltration of the oxidation reaction product from alumina was insignificant in the Ger preform containing only β-SiC · · · · · · hkers (the control sample with distilled water). The β-SiC whiskers coated with the colloidal silica were infiltrated over the entire size of the preform. The infiltration of the β-SiC WhNk.ors with the sodium silicate solution took place until about the middle of the preform.

Beispiel 2Example 2

Nach der vorliegenden Erfindung wurde eine Keramikverbundstruktur hergestellt, bestehend aus einem Aluminiumoxid-Oxyriationsreaktionsprodukt, das Teilchen von Siliziumkarbidfüllstoff (39 Crystolen, 500 Korn, von der Norton Co.) einbettete die anfangs mit kolloidalem Siliziumdioxid (Ludox HS-30,30%ige Lösung) als Siliziumquelle überzogen worden waren. Der kolloidale Siliziumdioxidüberzug auf den Siliziumkarbidteilchen wurde so aufgebracht, daß zunächst zwei Vorforrcen mit den Abmessungen von 50,8 mm χ 50,8 mm χ 12,7 mm durch Sedimentguß in eine Gummiform aus einem Gemisch von Siliziumkarbidteilchen (500 Korn) und kolloidalem Siliziumdioxid mit einem Pulver-Flüssigkeits-Verhältnis von zwei zu eins hergestellt wurden. Nach dem Abbinden und Trocknen wurde eine der Vorformen zerkleinert und zu 100 % durch eine Siobgröße 100 passiert. Dieses zerkleinerte, mit kolloidalem Siliziumdioxid überzogene Siliziumkarbid wurde dann erneut einem Sedimentguß unter Verwendung eines 2%igen Latex-Bindemittels unterzogen. Es wurde eine mit der oben beschriebt nen identischen Vorform hergestellt, bei welcher das Siliziumkarbid nicht mit kolloidalem Siliziumdioxid überzogen wurde, sondern nur das Latex-Bindemittel eingesetzt wurde.According to the present invention, a ceramic composite structure was prepared consisting of an alumina oxirate reaction product that embedded particles of silicon carbide filler (39 crystals, 500 grains, from Norton Co.) initially with colloidal silica (Ludox HS-30.30% solution). had been coated as a silicon source. The colloidal silica coating on the silicon carbide particles was deposited by first depositing two preforms of dimensions 50.8 mm χ 50.8 mm χ 12.7 mm by sediment casting into a rubber mold of a mixture of silicon carbide particles (500 grains) and colloidal silica a powder to liquid ratio of two to one. After setting and drying one of the preforms was crushed and passed 100% through a Siobgröße 100. This crushed silicon carbide coated with colloidal silica was then re-pelletized using a 2% latex binder. An identical preform described above was prepared in which the silicon carbide was not coated with colloidal silica but only the latex binder was used.

Drei Stäbe aus Aluminiumlegierung 712 (mit einer nominellen Gewichtszusammensetzung von 0,15% Si, 0,6% Mg und 6% Zn) wurden in ein feuerfestes Bett von Woolastonlte-Fasern gegeben, das sich in einem feuerfesten Behälter befand, so daß eine 2 x 2-Fläche jedes St&bes der Atmosphere ausgesetzt und im wesentlichen bündig mit dem Bett war. Die drei oben beschriebenen Vorformen wurden jeweils oben auf die Legierungsstabe gelegt, so daß jeweils eine 2 χ 2-Flfiche der Ltiylerung und der entsprechenden Vorform im wesentlichen miteinander ausgerichtet waren. Über der Oberseite der Vorformen wurde eine Schicht von Wollastonite-Fasern dispergiert, um einen Überwuchs der Keramikmatrix über die Vorformgrenzen zu vermeiden. Diese Anordnung wurde in einen Ofen gegeben und über 10 Stunden auf 1000°C erhitzt. Dar Ofen wurde 80 Stunden lang bei 1000'C gehalten und anschließend über 10 Stunden auf Umwelttemperatur abgekühlt. Die Anordnung wurde aus dem Ofen genommen, und der resultierende keramische Verbundkörper wurde jeweils entnommen. Die resultierenden Verbundkörper wurden leicht sandgestrahlt, um nichteingebettetes Voriormmaterial zu entfernen. Die Fig. 1 (a), 1 (b), 2 (a) und 2 (b) sind Fotografien der resultierenden Verbundstoffe unter Verwendung von Vorformen mit dem kolloidalen Siliziumdioxidüberzug (Fig. 2 (a) und 2 (bj mit der zweifach gegossenen Vorform), welche gutes Wachstum veranschaulichen; und die Fig. 3 (a) und 3 (b) zeigen den resultierenden Verbundstoff, wenn ohne Überzug aus Siliziumdioxid gearbeitet wird. Wie aus den Abbildungen ersichtlich ist, wurden die Vorformen mit siliziumbeschichteten Teilchen im wesentlichen bis zu ihren Dimensionsgrenzen eingebettet, während die Vorform ohne Siliziumdioxidüberzug eine wesentlich geringere Infiltration durch die Keramikmatrix aufwies.Three aluminum alloy bars 712 (having a nominal weight composition of 0.15% Si, 0.6% Mg, and 6% Zn) were placed in a refractory bed of Woolastonlte fibers contained in a refractory vessel so that a 2 x 2 area of each floor was exposed to the atmosphere and was substantially flush with the bed. The three preforms described above were each placed on top of the alloy rod, so that each of a 2 χ 2-Flfiche the Ltiylerung and the corresponding preform were aligned substantially with each other. Over the top of the preforms was dispersed a layer of wollastonite fibers to prevent overgrowth of the ceramic matrix beyond the preform boundaries. This assembly was placed in an oven and heated to 1000 ° C for 10 hours. The oven was held at 1000 ° C for 80 hours and then cooled to ambient temperature over 10 hours. The assembly was removed from the oven and the resulting ceramic composite was removed. The resulting composites were lightly sand blasted to remove non-embedded pre-molding material. Figures 1 (a), 1 (b), 2 (a) and 2 (b) are photographs of the resulting composites using colloidal silica overcoat preforms (Figures 2 (a) and 2 (bj) with the double cast 3 (a) and 3 (b) show the resulting composite when working without coating of silicon dioxide As shown in the figures, the silicon-coated particle preforms have become substantially until embedded to their dimensional boundaries, while the preform without silicon dioxide coating had much less infiltration through the ceramic matrix.

Beispiel 3Example 3

Nach der vorliegenden Erfindung wird eine Keramikverbundstruktur hergestellt, bestehend aus einem Aluminiumoxid-Oxydationsreaktinsprodukt, das Teilchen von Bornitrid einbettete, die mit Silizium überzogen waren.In accordance with the present invention, a ceramic composite structure is fabricated consisting of an alumina-oxidation reactant product that embedded boron nitride particles coated with silicon.

Ein Stab aus Aluminiumlegierung 380.1 (mit einer nominell angegebenen Gewichtszusammensetzung von 8-8,5% Si, 2-3% Zn und 0,1 % Mg als aktiven Dotierungsmitteln und 3,5% Cu sowie Fe, Mn und Ni, wobei jedoch der Mg-Gehalt gelegentlich höher lag und bis zu 0,17-0,18% betrug) wurde in ein Bett aus Bornitridtöilchen (etwa Siebgröße 50) eingetaucht.Die Bornitridteilchen wurden mit Silizium überzogen (erreicht durch chemisches Aufdampfen), um das Bornitrid vor Zersetzung zu schützen und um als Quelle für das Siliziumdotierungsmittel zu dienen, wodurch die Siliziumquelle in der Legierung verstärkt wurde. Dieses Bett befand sich in einem feuerfesten Behälter. Die Anordnung wurde in einen Ofen gegeben, der mit einer Öffnung versehen war, um den Durchgang von Luft zu erleichtern, und wurde über 5 Stunden auf 1100°C erhitzt. Der Ofen wurde 48 Stunden lang bei 1100°C gehalten und dann auf Umwelttemperatur abgekühlt. Der resultierende keramische Verbundstoff wurde herausgenommen. Fig. 4 ist eine Mikrofotografie des Verbundstoffes in 50facher Vergrößerung, der die Aluminiumoxidmatrix 2 zeigt, welche die Bornitridteilchen 4 einbettet, die noch einen Teil des Siliziumüberzugs β aufweisen. Die oben gegebenen Beispiele demonstrieren den Nutzen eines Füllmaterials mit einer Siliziumquelle, die innewohnende Dotierungseigenschaften hat, um die Bildung des Verbundstoffs zu verstärken. Obwohl nur einige wenige exemplarische Beispiele für die Ausführung dieser Erfindung oben detailliert beschrieben wurden, werden Fachleute laich: erkennen, daß die vorliegende Erfindung noch viele andere Varianten als die genannten einschließt.A rod of aluminum alloy 380.1 (with a nominal weight composition of 8-8.5% Si, 2-3% Zn and 0.1% Mg as active dopants and 3.5% Cu and Fe, Mn and Ni, but with the Mg content was sometimes higher and was up to 0.17-0.18%) was immersed in a bed of boron nitride (about 50 mesh). The boron nitride particles were coated with silicon (achieved by chemical vapor deposition) to prevent the boron nitride from decomposition and to serve as a source of the silicon dopant, thereby strengthening the silicon source in the alloy. This bed was in a fireproof container. The assembly was placed in an oven provided with an opening to facilitate the passage of air and heated to 1100 ° C for 5 hours. The furnace was held at 1100 ° C for 48 hours and then cooled to ambient temperature. The resulting ceramic composite was taken out. Fig. 4 is a photomicrograph of the composite at 50X showing the alumina matrix 2 embedding the boron nitride particles 4 still having a portion of the silicon coating β. The examples given above demonstrate the utility of a filler with a silicon source that has inherent doping properties to enhance the formation of the composite. Although only a few exemplary examples of the practice of this invention have been described above in detail, those skilled in the art will recognize that the present invention includes many other variants than those mentioned.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden, keramischen Verbundstoffe, der geeignet ist oder hergestellt wird, für die Verwendung als ein Artikel der Wirtschaft, bestehend aus (1) einer keramischen Matrix, die durch die Oxydation ejnes Aluminiumgrundmetalls zur Bildung eines polykristallinen Materials gewonnen wurde, welches im wesentlichen aus (a) dem Oxydationsreaktionsprodukt des Grundmetalls mit einem Oxydationsmittel, einschließlich einem dampfförmigen Oxydationsmittel, und, wahlweise (b) einem oder mehreren metallischen Bestandteilen besteht, und (2) einem Füllstoff, der durch die genannte Matrix infiltriert ist, gekennzeichnet durch die SchritteA method of making a self-supporting ceramic composite suitable or manufactured for use as an article of economics consisting of (1) a ceramic matrix obtained by the oxidation of an aluminum parent metal to form a polycrystalline material, which consists essentially of (a) the oxidation reaction product of the parent metal with an oxidizing agent, including a vaporous oxidizing agent, and optionally (b) one or more metallic constituents, and (2) a filler infiltrated by said matrix the steps A) der Ausrichtung des genannten Aluminiumgrundmetalls und eines Füllmaterials so zueinander, daß die Bildung des Oxydationsreaktionsproduktes in einer Richtung in den genannten Füllstoff erfolgt, wobei das genannte Füllmaterial einen Überzug aus einer Siliziumquelie auf wenigstens einem Abschnitt des genannten Füllstoffs trägt, der sich in der Zusammensetzung von der Primärzusammensetzung des genannten Füllstoffs unterscheidet, wobei die genannte Siliziumquelle innewohnende Dotierungseigenschaften aufweist;A) aligning said aluminum parent metal and a filler to each other so as to form the oxidation reaction product in one direction into said filler, said filler carrying a coating of a silicon source on at least a portion of said filler resulting in said composition different from the primary composition of said filler, said silicon source having inherent doping properties; B) des Erhitzens des genannten Aluminiumgrundmetalls auf eine Temperatur über dessen Schmelzpunkt, aber unter dem Schmelzpunkt des Oxydationsreaktionsproduktes zur Bildung eines Körpers aus flüssigem Aluminiumgrundmetall und der Reaktion des flüssigen Aluminiumgrundmetalls mit dem genannten Oxydationsmittel bei der genannten Temperatur, um das Oxydationsreaktionsprodukt zu bilden, und bei dc genannten Temperatur Aufrechterhaltung des Kontaktes zwischen wenigstens einem Teil des genannten Oxydationsreaktionsproduktes und dem genannten Körper aus flüssigem Metall und dem genannten Oxydationsmittel, um progressiv flüssiges Metall durch das Oxydationsreaktionsprodukt hin zu dem Oxydationsmittel und dem Füllmaterial zu ziehen, so daß sich das Oxydationsreaktionsprodukt weiter innerhalb des genannten Füllstoffs an der Grenzfläche zwischen dem Oxydationsmittel und dem vorher gebildeten Oxydationsreaktionsprodukt bildet, undB) heating said aluminum parent metal to a temperature above its melting point but below the melting point of the oxidation reaction product to form a body of liquid aluminum parent metal and the reaction of the liquid aluminum parent metal with said oxidant at said temperature to form the oxidation reaction product and at temperature maintaining contact between at least a portion of said oxidation reaction product and said liquid metal body and said oxidant to progressively draw liquid metal through the oxidation reaction product towards the oxidant and the filler so that the oxidation reaction product continues within the said filler forms at the interface between the oxidant and the previously formed oxidation reaction product, and C) Weiterführung der genannten Reaktion über eine ausreichende Zeitspanne, um wenigstens einen Abschnitt des genannten Füllstoffs mit dem genannten polykristallinen Material zu infiltrieren.C) continuing said reaction for a sufficient amount of time to infiltrate at least a portion of said filler with said polycrystalline material. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Siliziumquelle eine siliziumhaltige Verbindung ist, die durch das flüssige Grundmetall in den Schritten (B) und (C) reduziert werden kann.2. The method according to claim 1, characterized in that said silicon source is a silicon-containing compound which can be reduced by the liquid parent metal in steps (B) and (C). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Überzug der genannten Siliziumquelle durch Oxydation oder Dissoziierung eines siliziumhaltigen Vorläufers geschaffen wird.3. The method according to claim 1, characterized in that said coating of said silicon source by oxidation or dissociation of a siliceous precursor is provided. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oxydation oder Dissoziierung zur Schaffung des genannten Überzugs der genannten Siliziumquelle vor dem genannten Ausrichtungsschritt unter (A) ausgeführt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that said oxidation or dissociation is carried out to provide said coating of said silicon source prior to said alignment step under (A). 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oxydation oder Dissoziierung zur Schaffung des genannten Überzugs der genannten Siliziumquelle in situ während der Bildung des genannten Oxydationsreaktionsproduktes ausgeführt wird.5. The method according to claim 3, characterized in that said oxidation or dissociation is carried out to provide said coating of said silicon source in situ during the formation of said oxidation reaction product. 6. Verfahren nach Anspruch 3; 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oxydation zur Schaffung des genannten Überzugs durch Erhitzen der genannten Siliziumquelle bei Vorhandensein einer sauerstoff haltigen Atmosphäre zur Bildung eines Überzugs aus Siliziumoxid durchgeführt wird.6. The method of claim 3; 4 or 5, characterized in that said oxidation for providing said coating is carried out by heating said silicon source in the presence of an oxygen-containing atmosphere to form a coating of silicon oxide. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 3; 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Füllstoff aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid oder Bornitrid besteht.7. The method according to any one of claims 1; 2; 3; 4 or 5, characterized in that said filler is selected from the group consisting of silicon carbide, silicon nitride, alumina, zirconia or boron nitride. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 3; 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt des Erhitzens unter (B) bei einer Temperatur zwischen etwa 700GC und etwa 145O0C ausgeführt wird.8. The method according to any one of claims 1; 2; 3; 4 or 5, characterized in that said step of heating is carried out under (B) at a temperature of between about 700 G C and about 145O 0 C. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 3; oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt des Erhitzens unter (B) bei Vorhandensein einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur zwischen etwa 10000C und etwa 145O0C ausgeführt wird, um den genannten Überzug der genannten Siüziumquelle zu schaffen, und nach der Bildung des genannten Überzugs in situ auf einem wesentlichen Teil des genannten Füllstoffs die Temperatur geändert wird, um die Bildung des genannten Oxydatlonsreaktionsproduktes weiterzuführen.9. The method according to any one of claims 1; 2; 3; or 5, characterized in that said step of heating is carried out by (B) in the presence of an oxygen-containing atmosphere at a temperature between about 1000 0 C and about 145 ° 0 C, in order to create the said coating of said Siüziumquelle, and after the Formation of said coating in situ on a substantial part of said filler temperature is changed to continue the formation of said Oxydatlonsreaktionsproduktes. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 3; 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wenigstens ein zusätzliches Dotierungsmaterial in Verbindung mit dem genannten Grundmetall eingesetzt wird.10. The method according to any one of claims 1; 2; 3; 4 or 5, characterized in that additionally at least one additional doping material is used in conjunction with said base metal. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 3; 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Füllmaterial in wenigstens einer Vorform mit wenigstens einer definierten Oberflächengrenze geformt wird.11. The method according to any one of claims 1; 2; 3; 4 or 5, characterized in that said filling material is formed in at least one preform with at least one defined surface boundary. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Vorform durch ein Sperrelement überlagert wird, um die Bildung des genannten Oxydationsreaktionsproduktes über diese hinaus zu unterbinden.12. The method according to claim 11, characterized in that said preform is superimposed by a blocking element to prevent the formation of said oxidation reaction product beyond this. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1; 2; 3; 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich wenigestens ein festes Oxydationsmittel oder ein flüssiges Oxydationsmittel oder beide vorhanden sind, die in wenigstens einen Teil des genannten Füllmaterials einbezogen werden, das genannte flüssige Metall zusätzlich mit dem genannten zusätzlichen Reaktionsmittel reagiert und das genannte polykristalline Material zusätzlich das Oxydationsreaktionsprodukt des genannten Grundmetalls mit dem genannten zusätzlichen Oxydationsmittel einschließt.13. The method according to any one of claims 1; 2; 3; 4 or 5, characterized in that in addition at least a solid oxidizing agent or a liquid oxidizing agent or both are present, which are included in at least part of said filling material, said liquid metal additionally reacts with said additional reactant and said polycrystalline material additionally includes the oxidation reaction product of said parent metal with said additional oxidizer. 14. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Siliziumquelle Siliziumdioxid, ein Silikat oder Silizium ist.14. The method according to claim 1 or 2, characterized in that said silicon source is silica, a silicate or silicon. 15. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Oxydationsmittel aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus einem stickstoffhaltigen Gas, Luft, einem Gemisch von H2/H20 oder einem Gemisch von CO/CO2 besteht.15. The method according to claim 4, characterized in that said oxidant is selected from the group consisting of a nitrogen-containing gas, air, a mixture of H 2 / H 2 0 or a mixture of CO / CO 2 .
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