DD286167A5

DD286167A5 - Verfahren zur herstellung eines selbsttragenden koerpers und verfahrungsgemaess hergestellter verbundstoff

Info

Publication number: DD286167A5
Application number: DD88317938A
Authority: DD
Inventors: Danny R White; Michael K Aghajanian; Claar T Dennis
Original assignee: ��@��@��@��k��
Priority date: 1987-07-15
Filing date: 1988-07-14
Publication date: 1991-01-17
Also published as: PL158143B1; BR8803533A; MX171575B; NO883091L; IE882160L; NO176397B; CS492888A3; NO883091D0; CS277570B6; BG60551B1; FI92925C; IE61994B1; RU1836307C; ATE91120T1; IN169659B; NO176397C; YU136588A; EP0299905B1; AU1909788A; ZA885088B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Koerpers und verfahrensgemaesz hergestellter Verbundstoff. Durch reaktive Infiltration eines Grundmetalls in Borkarbid, was normalerweise zum Entstehen eines aus einer borhaltigen Verbindung und einem Metall bestehenden Verbundstoffs fuehrt, werden selbsttragende Koerper hergestellt. Die zu infiltrierende Masse kann einen oder mehrere mit dem Borkarbid vermischte Fuellstoffe enthalten, so dasz durch reaktive Infiltration ein Verbundstoff entsteht, der eine aus Metall und der bohrhaltigen Verbindung bestehende Matrix enthaelt, die den Fuellstoff einbettet. Die relativen Mengen der verwendeten Reaktanten und die Bedingungen des Verfahrens koennen veraenderlich gestaltet oder geregelt werden, so dasz Koerper mit unterschiedlichen Volumenanteilen von keramischen Stoffen, Metallen und/oder Porositaeten hergestellt werden koennen. Fig. 1{selbsttragender Koerper; Verbundstoff; relative Infiltration; Grundmetall; Borkarbid; Fuellstoff; Metall; borhaltige Verbindung; Matrix; Reaktanten; unterschiedliche Volumenanteile; keramische Stoffe}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein neuartiges Verfahren zur Herstellung selbsttragender Körper und auf mit diesem Verfahren hergestellte neue Erzeugnisse.

Genauer bezeichnet, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung selbsttragender Körper, die einen oder mehrere borhaltige Bestandteile aufweisen, z. B. ein Borid oder ein Borld und Karbid, durch reaktive Infiltration eines geschmolzenen Grundmetalls in ein Bett oder eine Masse mit Borkarbid und, wahlweise, mit einem oder mehreren inaktiven Füllstoffen, woraus dann der Körper gebildet wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Seit einigen Jahren ist eine zunehmende Tendenz zum Einsatz von keramischen Stoffen in bautechnischen Bereichen zu

verzeichnen, wo früher nur Metalle verwendet wurden. Der Grund für dieses wachsende Interesse liegt in der Überlegenheit derkeramischen Stoffe bei bestimmten Eigenschaften, so z. B. bei der Korrosionsbeständigkeit, der Härte, der Verschleißfestigkeit,dem Elastizitätsmodul, der Feuerfestigkeit, gogenüber Metallen.

Der Verwendung von keramischen Stoffen in diesen Bereichen werden jedoch durch die Bedingungen zur technischen Durchführbarkeit und die Kosten für die Herstellung der gewünschten keramischen Bauteile Grenzen gesetzt. Die Herstellung

von keramischen Boridkörpern mittels des Warmpreßverfahens, des reaktionsthermischen Verfahrene und des

Heißpreßverfahrens mit Phasenumwandlung ist zum Beispiel allgemein bekannt. Beim Warmpreßverfahren werden feine Pulverteilchen des gewünschten Borlds bei hohen Temperatur· und Druckwerten verdichtet. Das Heißpressen mit Phasenumwandlung umfaßt zum Beispiel das Verdichten von Bor oder eines Metallborids mit einem geeigneten metallhaltigen Pulver bei hoher Temperatur und hohem Druck. Nach der US-PS Nr.3.937.619 wird die Herstellung eines Boridkörpers durch Warmpressen eines Gemisches aus Metallpulver

und Diboridpulver beschrieben, und die US-PS Nr.4.512.946 beschreibt das Warmpressen von Keramikpulver mit Bor undeinem Metallhydrid, so daß ein Boridverbundstoff entsteht.

Diese Warmpreßverfahren erfordern jedoch besondere Maßnahmen und teure Spezialausrüstungen, es ergeben sich Beschränkungen bezüglich der Größe und der Form des hergestellten keramischen Stoffs, und im allgemeinen zeichnen sie sich

durch eine geringe Produktivität des Verfahrens und hohe Herstellungskosten aus.

Eine zweite Einschränkung beim Einsatz von keramischen Stoffen für bautechnische Bereiche ergibt sich aus ihrem allgemeinen Mangel an Zähigkeit (d. h. Beschädigungstoleranz oder Bruchwiderstand). Diese Eigenschaft neigt zu plötzlich auftretenden,

katastrophenartigen Brucherscheinungen an keramischen Stoffen, selbst bei recht mäßigen Zugfestigkeitswerten. Diesefehlende Zähigkeit scheint besonders bei aus einem Stück bestehenden keramischen Boridkörpern aufzutreten.

Ein Versuch zur Lösung dieses Problems ist der Einsatz von keramischen Stoffen in Verbindung mit Metallen, zum Beispiel

metallkeramische Werkstoffe oder Metallmatrixbestandteile.

Das Ziel dieses Lösungsweges besteht darin, eine Kombination der besten Eigenschaften von keramischen Stoffen (z.B. Härte

und/oder Steifigkeit) und von Metallen (z. B. Dehnbarkeit) zu erreichen. Die US-PS Nr.4.585.618 befaßt sich mit einem Verfahrenzur Herstellung eines metallkeramischen Werkstoffs, bei dem ein Reaktionsgemisch aus Reaktantenteilchen, durch deren

Reaktion ein gesinterter selbsttragender Keramikkörper entsteht, zur Reaktion gebracht wird, während es sich mit einem

geschmolzenen Metall in Kontakt befindet. Das geschmolzene Metall infiltriert wenigstens einen Teil des entstehenden

Keramikkörpers. Ein Beispiel für ein solches Reaktionsgemisch ist ein Gemisch aus Titan, Aluminium und Boroxid (alle in Teilchenform vorliegend), und dieses wird erwärmt, während es sich 'n Kontakt mit einem flüssigen Aluminiumsumpf befindet. Das Reaktionsge. lisch wird zur Reaktion gebracht, so daß Titandiborid und Aluminiumoxid als keramische Phase entstehen,

und es erfolgt eine Infiltration durch das geschmolzene Aluminium. Somit wird bei diesem Verfahren das Aluminium im

Reaktionsger.iisch prinzipiell als Reduktionsmittel verwendet. Außerdem wird der externe flüssige Aluminiumsumpf nicht als Quelle eines Vorstufenmetalls für eine boridbildende Reaktion

verwendet, sondern er dient vielmehr dem Ausfüllen der Poren in der entstehenden Keramikstruktur. Dadurch entstehenmetallkeramische Werkstoffe, die netzbar und beständig gegenüber geschmolzenem Aluminium sind. Diese Stoffe sindbesonders für Aluminiumproduktionszellen geeignet, da sie mit dem geschmolzenen Aluminium in Kontakt treten, mit demgeschmolzenen Kryolith aber vorzugsweise keinen Kontakt aufnehmen. Es gibt bei diesem Verfahren keine Verwendung vonBorkarbid.

Die europäische Patentanmeldung Nr.0.113.249 befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines metallkeramischen Stoffs, bei dem zunächst in einer geschmolienen Metallphase dispergierte Teilchen einer Keramikphase in situ gebildet werden,

und dann wird dieser geschmolzene Zustand so lange aufrechterhalten, daß sich ein ve "vvachsenes Keramiknetz ausbilden kann.

Die Bildung dor Keramikphase kann durch die Reaktion eines Titani'alzes mit einem Borialz in einem geschmolzenen Metall, zum Beispiel Aluminium, verdeutlicht werden. Es entsteht in situ ein keramisches Borid, ur d dieses entwickelt sich zu einem

verwachsenen Netz. Es gibt jedoch keine Infiltration, und außerdem wird das Borid ata Ausfällung im geschmolzenen Metallgebildet. Bei beiden in dieser Anmeldung ausgeführten Beispielen wird nachdrücklich dargelegt, daß von TiAI₃, AIB₂ oder AIB₁₁keine Kristallkörnchen gebildet wurden, sondern es bit lete sich TiB₇, und das unterstreicht, daß das Aluminium nicht die

Metallvorstufe zum Borid ist. Es gibt außerdem keinen Hinweis l,.,. JiO Verwendung von Borkarbid als Vorstufenstoff im

Verfahren.

Die US-PS Nr.3.864.154 befaßt sich mit einem durch Infiltration hergestellten Keramik-Metall-System. Ein AIB_(I-Preßkörper

wurde unter Vakuum mit geschmolzenem Aluminium imprägniert, so daß sich ein System dieser Bestandteile ergab. Für andere

Stoffe wurden SiBe-AI; B-Al; B₄C-AI/Si und AIB₁₂-B-AI verwendet. Es gibt keinerlei Hinweise auf eine Reaktion, und es gibt keinen Hinweis auf die Herstellung von Verbundstoffen durch die Reaktion mit dem infiltrierenden Metall und auf Reaktionsprodukte,

die einen inaktiven Füllstoff einbetten oder Teil des Verbundstoffs sind.

Die US-PS Nr.4.605.440 beschreibt, daß B«C-AI-Verbundstoffe hergestellt werden, indem ein B₄C-AI-Preßling (hergestellt durch Kaltpressen eines homogenen Gemische aus B₄C- und Al-Pulver) entweder im Vakuum oder in einer Argonatmosphäre einer Sinterung unterzogen wird. Es ist keine Infiltration eines geschmolzenen Metalls aus einem Bad oder einem Körper eines geschmolzenen Vorstufenmetalls in eine Ausgangsform zu verzeichnen. Außerdem wird kein Reaktionsprodukt erwähnt, das einen inaktiven Füllstoff einbettet, um unter Ausnutzung der günstigen Eigenschaften dus Füllstoffs Verbundstoffe zu erzielen. Wahrend diese Konzepte für die Herstellung metallkeramischer Stoffe in einigen Fällen zu vielversprechenden Ergebnissen geführt haben, besteht eine Wlgemeine Forderung nach effektiveren und ökonomischen Verfahren für die Herstellung boridhaltiger Stoffe.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung let es, die Gebrauchswerteigenschaften von selbsttragenden Körpern der gattungsgemäßen Art auf kostengünstige Weise zu erhöhen.

Darlegung de» Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Körpers zu schaffen, mit dem es möglich ist, diesen selbsttragenden Körper durch reaktive Infiltration eines geschmolzenen Grundmetalls mit Borkarbid herzustellen, so daß ein polykristaliiner keramikhaltiger Körper entsteht, der Reaktionsprodukte des Grunametalls mit Borkarbid enthält und der in etwa die Form der Ausgangsform aufweist, so daß die abschließenden teuren Bearbeitungsmaßnahmen und Nachbehandlungen auf ein Minimum reduziert werden und den Verbundstoff verfahrensgemäß herzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (a) Auswahl eines Grundmetalls, (b) Erwärmung des genannten Grundmetalls in einer im wesentlichen inaktiven Atmosphäre auf eine Temperatur über seinem Schmelzpunkt, so daß sich aus dem geschmolzenen Metall ein Körper bildet und der genannte Körper des geschmolzenen Grundmetalls mit einer borkarbidhaltigen Masse In Berührung kommt, (c) Aufrechterhaltung der genannten Temperatur über einen Zeitraum, der ausreicht, um die Infiltration des geschmolzenen Grundmetalls in die genannte Masse und die Reaktion des geschmolzenen Grundmetalls mit dem genannten Borkarbid zu ermöglichen, so daß eine oder mehrere borhaltige Verbindungen entstehen, und (d) Fortsetzung der genannten Infiitration und der genannten Reaktion über einen ausreichend langen Zeitraum, bis der genannte selbsttragende Körper entstanden ist, der eine oder mehrere grundmetallborhaltige Verbindungen enthält.

Erfindungsgemäß ist auch die Bildung der genannten Masse durch Beimengung eines trägen Füllstoffs zum genannten Borkarbid, der genannten Infiltration und der genannten Reaktion in die genannte gebildete Masse, so daß diese den genannten Füllstoff einbettet, und Herstellung eines Verbundstoffs als den genannten selbsttragenden -vörper. Erfindungsgemäß ist weitorhin, daß der genannte Körper eine metallische Phase enthält. Ebenso ist erfindungsgeiväß, daß der genannte selbsttragende Körper eine Grundmetallboridvorbindung und eine Grundmetallkohlenstoffverbindung enthält, die durch Reaktion des genannten Borkarbids mit dem genannten Grundmetall entstehen. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß, daß das genannte Borkarbid wenigstens in einer stöchiometrischen Menge in bezug auf das in die genannte Masse infiltrierte Grundmetall vorkommt und die genannte Reaktion so lange andauert, bis im wesentlichen das gesamte genannte Grundmetall verbraucht ist. Weiter ist erfindungsgemäß, daß das genannte Grundmetall ein Metall der aus Aluminium, Titan, Zirkonium, Silizium, Hafnium, Lanthan, Eisen, Kalzium, Vanadin, Niob und Beryllium bestehenden Gruppe ist. Ebenso ist erfindungsgemäß, daß das genannte Grundmetall ein Metall der aus Aluminium, Titan, Zirkonium und Hafnium bestehenden Gruppe ist. Es ist auch erfindungsgemäß, wenn das genannte Grundmetall Aluminium ist und der selbsttragende Körper eine Aluminiumverbindung enthält, die aus der aus Aluminiumborid, Aluminiumborkarbid und deren Gemischen bestehenden Gruppe ist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, wenn das genannte Grundmetall Zirkonium ist und der selbsttragende Körper eine Zirkoniumverbindung enthält, die aus der aus Zirkoniumbc rid oder einem Gemisch aus einem Zirkoniumborid und einem Zirkoniumkarbid bestehenden Gruppe ist. Ebenso ist orfindungsgemäß, wenn der genannte selbsttragende Körper auch Zirkonium enthält. Im Sinne der Erfindung ist es, wenn die genannte Masse eine Vorform mit einer festgelegten Form ist und die genannte Infiltration und Reaktion in die genan'ite Vorform zum Entstehen eines selbsttragenden Körpers führen, der die Konfiguration der genannten Vorform aufweist. Erfindungsgemäß ist auch, wenn der genannte Füllstoff ein Stoff der aus Fasern, Whisker (Haarkristalle), Teilchen, Pulver, Stäben, Drähten, Drahtgewebe, feuerfestem Gewebe, netzartigem Schaum, Blechen, Plättchen, Massiv- und Hohlkugtln bestehenden Gruppe ist. Erfindungsgemäß ist weiterhin, wenn der genannte Füllstoff eine Schutzbeschichtung aufweist. Erfindungsgemäß ist ebenso, wenn der genannte Füllstoff ein Stoff aus der aus Aluminiumoxid oder Kohlenstoffmit einer SchuUbeschichtung bestehenden Gruppe ist. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß, daß das genannte Grundmetall Titan ist und der genannte selbsttragende Körper «ine Titanverbindung enthält, der zu der aus Titanborid oder einem Gemisch aus einem Titanborid und einem Titankarbid bestehenden Gruppe gehört. Weiterhin ist erfindungsgemäß, wenn das genannte Grundmetall Hafnium ist und der genannte selbsttragende Körper eine Hafniumverbindung enthält, der zu der aus Hafniumborid oder einem Gemisch aus einem Hafniumborid und einem Hafniumkarbid bestehenden Gruppe gehört. Ebenso ist erfindungsgemäß, daß der genannte selbsttragende Körper auch Titan enthält. Erfindungsgemäß ist auch, wenn der genannte selbsttragende Körper auch Hafnium onthält. Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß wenigstens eine der genannten grundmetallborhaltigen Verbindungen eine plättchenartige Struktur aufweist. Erfindungsgemäß ist ebenso, wenn wenigstens eines der genannten Boride von Zirkonium eine plättchenartige Struktur aufweist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, wenn eines der genannten Boride von Titan eine plättchenartige Struktur aufweist. Es ist auch orfindungsgemäß wenn eines der genannten Boride von Hafnium eine plättchenartige Struktur a ifweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Körpers ist gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (a) Auswahl eines Grundmetalls, (b) Erwärmung des genannten Grundmetalls in einer im wesentlichen inaktiven Atmosphäre auf eine Temperatur Ober seinem Schmelzpunkt, so daß sich aus dem geschmolzenen Metall ein Körper bildet und der genannte Körper des geschmolzenen Grundmetalls mit einer borkarbid- und borhaltigen Masse in Berührung kommt, (c) Aufrechterhaltung der genannten Temperatur über einen Zeitraum, der ausreicht, um die Infiltration des geschmolzenen Grundmetalls mit dem genannten Borkarbid und Bor zu ermöglichen, so daß borhaltige Verbindungen entstehen, und (d) Fortsetzung der genannten Infiltration und der genannten Reaktion über einen ausreichend langen Zeitraum, bis der genannte selbsttragende Körper entstanden ist, der eine metallische Phase der nichtumgesetzten Bestandteile des Grundmetalls und grundmetallborhaltige Verbindungen enthält. Erfindungsgemäß ist auch die Beimengung eines inaktiven Füllstoffs zu der genannten Masse, der genannten Infiltration und Reaktion in die genannte gebildete Masse, so daß diese den genannten Füllstoff einbettet, und Herstellung eines Verbundstoffs als den genannten selbsttragenden Körper mit einer Matrix, die den genannten Füllstoff einbettet, wobei die genannte Matrix eine metallische Phase der nichtumgesetzten Bestandteile des Grundmetalls und grundmetallborhaltigen Verbindungen enthält. Erfindungsgemäß ist weiterhin, daß das genannte Grundmetall Aluminium ist und die genannte borhaltige Verbindung ein Stoff aus der aus Aluminiumborid, Aluminiumborkarbid und deren Gemischen bestehenden Gruppe ist. Erfindungsgemäß ist ebenso, daß die genannte Masse für die Reaktion mit dem genannten Grundmetall Kohlenstoff enthält. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß, daß der genannte Kohlenstoff etwa 5 bis 10 Masseprozent der genannten Masse enthält. Erfindungsgemäß ist der Verbundstoff gekennzeichnet durch eine Metallphase der aus Zirkonium, Titan und Hafnium bestehenden Gruppe und einer dreidimensional zusammenhängenden keramischen Phase, die sich bis zu den Randschichten des genannten Verbundstoffs erstreckt, wobei die genannte keramische Phase ein Karbid, das zu der aus einem Zirkoniumkarbid, einem Titankarbid und einem Hafniumkarbid bestehenden Gruppe gehört, und außerdem ein Borid des dem genannten Karbid entsprechenden Metalls enthält, wobei das genannte Borid eine plättchenartige Struktur aufweist. Weiterhin ist erfindungsgemäß, daß die genannte Metallphase Zirkonium ist, wobei das genannte Karbid ein Zirkoniumkarbid und das genannte Borid ein Zirkoniumborid ist. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß, daß der Verbundstoff durch eine Rißzähigkeit von mindestens etwa 12MPa m"² gekennzeichnet ist. Somit werden gemäß der vorliegenden Erfindung selbsttragende Keramikkörper unter Verwendung der Grundmetallinfiltration und eines Reaktionsprozesses in Gegenwart von Borkarbid (d.h. reaktive Infiltration) hergestellt. Ein Bett oder eine Masse aus Borkarbid wird von dem geschmolzenen Grundmetall infiltriert, und das Bett kann ganz aus Borkarbid bestehen, was zum Entstehen eines selbsttragenden Körpers mit einer oder mehreren borhaltigen Grundmetallverbindungen, die ein Grundmetallborid oder ein Grundmetallborkarbid oder beide beinhalten und normalerweise auch ein Grundmetallkarbid beinhalten können, führt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die zu infiltrierende Masse einen oder mehrere mit Borkarbid vermischte inaktive Füllstoffe enthält, um durch reaktive Infiltration einen Verbundstoff herzustellen, wobei der Verbundstoff eine Matrix aus einer oder mehreren borhaltigen Verbindungen enthält und auch ein Grundmetallkarbid enthalten kann. Bei beiden Ausführungsformen kann das Endprodukt ein Metall als einen oder mehrere metallische Bestandteile des Grundmetalls enthalten. Die Reaktantenkonzentrationen und die Prozeßbedingungen können variiert oder so gesteuert werden, daß ein Körper mit veränderlichen Volumenanteilen von keramischen Verbindungen, Metall und/oder relativem Porenvolumen entsteht.

In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ganz allgemein eine Borkarbid enthaltende Masse in die Nähe eines Körpers aus geschmolzenem Metall oder geschmolzener Metallegierung gebracht oder mit diesem in Berührung gebracht, wobei das Metall oder die Legierung im wesentlichen in einer trägen Umgebung in einer bestimmten Temperaturumhüllung geschmolzen wird. Das geschmolzene Metall infiltriert die Masse und reagiert mit dem Borkarbid, so daß ein oder mehrere Reaktionsprodukte entstehen. Das Borkarbid läßt sich durch das geschmolzene Grundmetall wenigstens teilweise reduzieren, so daß die borhaltige Grundmetallverbindung entsteht, z.B. eine Grundmetallboridverbindung und/oder -borverbindung, unter den Temperaturbedingungen des Verfahrens. Im allgemeinen entsteht auch ein Grundmetallkarbid, und in einigen Fällen wird auch ein Grundmetallborkarbid hergestellt. Wenigstens ein Teil des Reaktionsproduktes bleibt in Kontakt mit dem Metall, und das geschmolzene Metall wird durch Docht- oder Kapillarwirkung zum nichtumgesetzten Borkarbid gezogen oder transportiert. Dieses transportierte Metall bildet zusätzliches Grundmetallborid, -karbid und/oder -borkarbid, und die Bildung oder Entwicklung des Keramikkörpers geht weiter, bis das Grundmetall oder das Borkarbid aufgebraucht ist, oder die Reaktionstemperatur einen solchen Wert angenommen hat, daß sie außerhalb der Temperaturumhüllung der Reaktion liegt. Die sich daraus ergebende Struktur beinhaltet ein oder mehrere Grundmetallboride, eine Grundmetallborverbindung, ein Grundmetallkarbid, ein Metall (das im vorliegenden Fall Legierungen und intermetallische Stoffe enthalten soll) oder Poren oder eine Kombination dieser Bestandteile, und diese einzelnen Phasen können, müssen aber nicht, in einer oder mehreren Dimensionen miteinander verbunden sein. Die endgültigen Volumenfraktionen der borhaltigen Verbindungen (d. h. Borid- und Borverbindungen), der kohlenstoffhaltigen Verbindungen und der metallischen Phasen sowie auch der Verkettungsgrad lassen sich durch die Veränderung einer oder mehrerer Bedingungen regeln, zum Beispiel mittels der anfänglichen Dichte des Borkarbidkörpers, der relativen Mengen von Borkarbid und Grundmetall, der Legierung des Grundmetalls, der Verdünnung von Borkarbid mit einem Füllstoff, mittels Temperatur und Zeit. Normalerweise ist die Borkarbidmasse wenigstens etwas porös, so daß das Grundmetall durch das Reaktionsprodukt gezogen worden kann. Zu dieser Dochtwirkung kommt es anscheinend entweder dadurch, daß durch eine Volumenändarung bei der Reaktion die Poren, durch die das Grundmetall weiterhin gezogen werden kann, nicht vollständig abgedichtet werden, oder dadurch, daß das Reaktionsprodukt durch solche Faktoren wie die Oberflächenenergieverhältnisse, die wenigstens einige der Korngrenzon für das Grundmetall durchlässig werden lassen, für das geschmolzene Metall durchlässig bleibt.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Verbundstoff durch den Transport des geschmolzenen Grundmotalls in eine mit einem oder mehreren inaktiven Füllstoffen vermischte Einbettung aus Borkarbid hergestellt. Bei dieser Ausführungsform wird Borkarbid in einen geeigneten Füllstoff eingemischt, der dann in die Nachbarschaft des geschmolzenen Grundmetalls oder mit diesem in Berührung gebracht wird. Diese Anordnung kann auf oder in einem separaten Bett gehalten werden, das im wesentlichen unter den Prozeßbedingungen nicht mit dem geschmolzenen Metall netzbar ist und nicht mit diesem reagiert. Das geschmolzene Grundmetall infiltriert das Borkarbid-Füllstoff-Gemisch und reagiert mit dem Borkarbid, so daß eine oder mehrere borhaltige Verbindungen entstehen. Der entstehende Keramik-Metal.'-Verbundstoff ist normalerweise eine dichte MikroStruktur mit einem Füllstoff, der in einer Matrix eingebettet ist, die eine borhaltige Verbindung(en) enthält. Die MikroStruktur kann auch Karbid und Metall enthalten. Zur Unterstützung des Prozesses der reaktiven Infiltration ist nur eine kleine Borkarbidmenge

erforderlich. Somit ist die entstehende Matrix jn bezug auf ihren Inhalt veränderlich, das reicht von hauptsächlich metallischen

Bestandteilen, wo bestimmte, für das Grundmetall typische Eigenschaften auftreten, bis zu einer hohen Konzentration von Borkarbid im Verfahren, wo eine entscheidende Phase aus einer borhaltigen Verbindung(en) entsteht, die zusammen mit

kohlenstoffhaltigen Verbindungen die Eigenschaften der Matrix bestimmen. Der Füllstoff kann die Eigenschaften des

Verbandstoffs verstärken, die Grundstoffkosten für den Verbundstoff verringern oder die Kinetik der Reaktionen zur Bildung

einer borhaltigen Verbindung(en) und/oder kohlenstoffhaltiger Verbindungen und die damit im Zusammenhang stehende

Wärmeentwicklungsrate moderieren. Bei einer anderen Ausführungsform wird der zu infiltrierende Stoff in eine Ausgangsform gebracht, die der Geometrie des

gewünschten Endverbundstoffs entspricht. Die sich anschließende reaktive Infiltration der Ausgangsform durch dasgeschmolzene Grundmetall führt zum Entstehen eines Verbundstoffs, der letztendlich wenigstens in etwa die Form der

Ausgangsform aufweist, so daß die abschließenden teuren Bearbeitungsmaßnahmen und Nachbehandlungen auf ein Minimum

reduziert werden.

In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen haben die folgenden Begriffe die folgende Bedeutung:

.Grundmetall* Ist das Metall, z.B. Zirkonium, das die Vorstufe für das polykristalline Oxydationsreaktionsprodukt ist, das heißt,das Grundmetallborid oder eine andere Grundmetallborverbindung, und dieses Metall als reines oder relativ reines Metallenthält, ein kommerziell erhältliches Metall mit Fremdstoffanteil und/oder Legierungsbestandteilen und eine Legierung, deren

Hauptbestandteil diese Metallvorstufe ist. Wenn also ein spezifisches Metall als Grundmetall erwähnt wird, z. B. Zirkonium, dann ist dieses, wie in der vorliegenden Definition festgelegt, zu verstehen, sofern der Kontext nicht von einer anderen Bedeutung ausgeht.

»Grundmetallborid* und .Grundmetallborverbindungen* sind Reaktionsprodukte, die das bei der Reaktion von Borkarbid und

Grundmetall entstehende Bor und eine binäre Verbindung aus Bor und Grundmetall sowie auch ternäre Verbindungen und Verbindungen einer höheren Ordnung enthalten.

.Grundmetallkarbid* ist ein Reaktionsprodukt, das Kohlenstoff enthält, der durch die Reaktion von Karbid und dem Grundmetallentsteht.

Aus.'ührungsbelsplele

Die erfindungsgemäße Lösung soll nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1: eine schematische Querschnittsdarstellung eines Grundmetallblocks, der in einem feuerfesten Tiegel in

Borkarbidteilchen eingebettet ist und gemäß der Erfindung verarbeitet werden soll; Fig. 2: eine schematische Quorschnittsdarstellung eines Grundmetallblocks, der sich neben einer Borkarbidvorform befindet

und in einem feuerfesten Tiegel in einem inaktiven Bett eingebettet ist und gemäß der Erfindung verarbeitet werden soll; Fig. 3: eine Mikroaufnahme (1 OOOfache Vergrößerung) eines Querschnitts durch einen keramischen Verbundstoff, der nach

dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt wurde; Fig.4: eine Mikroaufnahme (1500fache Vergrößerung) eines Querschnitts durch einen keramischen Verbundstoff, der nach

dem im Beispiel Vl beschriebenen Verfahren hergestellt wurde und Fig. 5: eine Mikroaufnahme (1500fache Vergrößerung) eines Querschnitts durch einen keramischen Verbundstoff, der nachdem im Beispiel VIII beschriebenen Verfahren hergestellt wurde.

Gemäß der Erfindung wird ein selbsttragender Körper durch reaktive Infiltration eines geschmolzenen Grundmetalls mit Borkarbid hergestellt, so daß ein polykristalliner keramikhaltiger Körper entsteht, der das (die) Reaktionsprodukt(e) des Grundmetalls mit Borkarbid enthält und auch einen oder mehrere Bestandteile des Grundmetalls enthalten kann. Das Borkarbid, normalerweise ein Fc tstoff bei Verfahrensbedingungen, liegt vorzugsweise in Form feiner Teilchen oder in Pulverform vor. Die Umgebung oder Atmosphäre des Verfahrens wird so ausgewählt, daß sie unter den Bedingungen des Verfahrens relativ inaktiv oder re .tionslos ist. So eignen sich für das Verfahren zum Beispiel Argon oder Vakuum. Das entstehende Produkt enthält ein oder mehrere (a) Grundmetallboride, (b) eine Borverbindung, (c) normalerweise ein Grundmetallkarbid und (d) Metall. Die Bestandteile des Erzeugnisses und deren Anteile hängen weitestgehend von der Auswahl und der Zusammensetzung des Grundmetalls und den Reaktionsbedingungen ab. Außerdem kann der entstandene selbsttragende Körper Porositäten oder Hohlräume au'weisen.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung befinden sich das; Grundmetall und eine Masse oder ein Bett aus Borkarbid nebeneinander, so da die reaktive Infiltration in Richtung auf die Einbettung und in diese erfolgt. Das Bett, das vorgeformt sein kann, kann einen Füllstoff, zum Beispiel einen Verstäuungsfüllstoff, enthalten, der unter den Bedingungen des Verfahrens im wesentlichen inaktiv ist. Das Reaktionsprodukt kann in das Bett hineinwachsen, ohne dieses beträchtlich zu stören · oder zu verlagern. Folglich sind keine äußeren Kräfte erforderlich, die die Anordnung im Bett beschädigen oder stören können, des weiteren sind für das Entstehen des Reaktionsproduktes keine schwierigen oder kostenaufwendigen Hochtemperatur- und Hochdruckverfahren und -einrichtungen erforderlich. Die reakuve Infiltration des Grundmetalls in das und mit dem Borkarbid, das vorzugsweise in Teilchen- oder Pulverform vorliegt, führt zum Entstehen eines Verbundstoffs, der normalerweise ein Grundmetallborid und eine Grundrnetallborverbindung enthält. Bei Verwendung vo.i Aluminium als Grundmetall kann das Erzeugnis ein Aluminiumborkarbid (z. B. AIaB₄₁C₂; AIBi]C],' AIB]₄C₄), ein tvtatall, z. P. Aluminium, und möglicherweise auch andere nichtumgesetzte oder nichtoxydierte Bestandteile des Grunc'metalls onthalten. Bei Verwendung von Zirkonium als Grundmetall enthält der entstehende Verbundstoff Zirkoniumborid und Zirkcniumkarbid. Dos weiteren kann der Verbundstoff Zirkoniummetall enthalten.

Wenn die vorliegende Erfindung auch im folgenden anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen beschrieben wird, wo das Grundmetall Zirkonium oder Aluminium ist, ist sie nicht auf diese beschränkt, sondern das wurde nur aus Gründen der Veranschaulichung getan. Es können auch andere Grundmetalle verwendet werden, zum Beispiel Silikon, Titan, Hafnium, Lanthan, Eisen, Kalzium, Vanadin, Niob, Magnesium und Beryllium, und im folgenden werden Beispiele für mehrere dieser Grundmetalle geneben.

In Fig. 1 wird dac Grundmetall 10 als Vorstufe, z.B. Zirkonium, zu einem Block, einem Knüppel, einem Stab, einem Blech u. ä. geformt. Das Metall ist wenigstens teilweise in Borkarbidteilchen 12 eingebettet, die vorzugsweise eine Teilchengröße von 0,1 pm bis 100 pm aufweisen. Dieser Aufbau oder diese Anordnung wird von einem inaktiven Stoff 14, normalerweise in Teilchenform, umgeben, der unter den Bedingungen des Verfahrens mit dem geschmolzenen Metall nicht benetzbar ist und mit diesem keine Reaktion eingeht und sich in einem Tiegel 16 oder einem anderen feuerfesten Gefäß befindet. Die obenliegende Fläche 18 des Grundmetalls kann freiliegen, das Grundmetall kann aber auch vom Borkarbid vollständig eingebettet oder umgeben sein, und der inaktive Stoff 14 kann auch weggelassen werden. Dieser Aufbau wird dann in einen Ofen gegeben und dort vorzugsweise in einer inaktiven Atmosphäre, wie z. B. Argon, über den Schmelzpunkt des Grundmetalls hinaus, aber unter den Schmelzpunkt des gewünschten Reaktionsproduktes erwärmt, so daß ein Körper oder ein Schmelzkrater entsteht. Es wird darauf hingewiesen, daß die Betriebstemperatur oder die bevorzugte Temperatur in diesem Gesamtbereich liegen muß. Der Temperaturbereich hängt weitestgehend von Faktoren wie der Zusammensetzung des Grundmetalls und den gewünschten Phasen des entstehenden Verbundstoffs ab. Ein geschmolzenes Metall kommt in Berührung mit dem Borkarbid, und als Reaktionsprodukt entsteht ein Grundmetallborid (z. B. Zirkoniumdiborid). Bei andauerndem Kontakt mit dem Borkarbid wird das übrige geschmolzene Metall immer weiter durch das Reaktionsprodukt in Richtung borkarbidhaltige Masse und in diese hineingezogen, so daß es an der Grenzfläche zwischen geschmolzenem Metall und Borkarbid zu einer ständigen Bildung des Reaktionsproduktes kommt. Das mit diesem Verfahren hergestellte Produkt enthält das (die) Reaktionsprodukt(e) des Grundmetalls mit dem Borkarbid, oder es kann einen Keramik-Metall-Verbundstoff enthalten, der des weiteren einen oder mehrere nichtumgeseUte oder nichtoxydierte Bestandteile des Grundmetalls umfassen kann. Eine beträchtliche Menge des Borkarbids wird zur Reaktion gebracht, so daß das (die) Reaktionsprodukt(e) entsteht (entstehen), wobei diese Menge vorzugsweise wenigstens etwa 50% und im besten Falle wenigstens etwa 90% beträgt. Die als Reaktionsprodukte im Verfahren entstandenen keramischen Kristallkörner können, müssen aber nicht miteinander verbunden sein, vorzugsweise sind sie aber in drei Dimensionen miteinander verbunden, und die metallischen Phasen und Hohlräume im Produkt sind normalerweise wenigstens teilweise miteinander verbunden. Auftretende Porositäten scheinen sich aus der teilweisen oder fast vollständigen Erschöpfung der Grundmetallphase zugunsten der Bildung eines zusätzlichen Reaktionsproduktes zu ergeben (wie beim Vorhandensein stöchiometrischer Reaktionspartner oder überschüssigen Borkarbids), aber der Volumenprozentanteil der Hohlräume hängt von Faktoren ab, wie der Temperatur, der Zeit, der Grundmetallart und der Porosität der Borkarbidmasse. Es hat sich gezeigt, daß gemäß H^r vorliegenden Erfindung unter Verwendung von Zirkonium, Titan und Hafnium als Grunilme'?!! hergestellte Produkt ein Grundmetallborid bilden, das eine plättchenartige Struktur aufweist. Aus den Fig. 3,4 und S ist <*. -ir.> ' \ daß diese Plättchen nicht ausgerichtet oder wahllos angeordnet sind. Diese plättchenartige Struktur und die metalliov. ..-se scheinen wenigstens zu einem ausschlaggebenden Maße der Grund für die außerordentlich hohe Ribianigkeit des Verbundstoffs, etwa 12 MPaVi oder höher, zu sein, was auf die Ablenkung von Rissen und/oder das Abfangen dieser zurückzuführen ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht einen selbsttragenden Körper vor, einschließlich Verbundstoffkörper, der eine Reaktionsproduktmatrix, und wahlweise metallische Bestandteile, enthält, die einen im wesentichen inaktiven Füllstoff einbettet. Die Matrix entsteht durch reaktive Infiltration eines Grundmetalls in ein Füllstoffbett oder eine Füllstoffmasse, das oder die mit Borkarbid gut vermischt wurde. Der Füllstoff kann eine beliebige Größe oder Form haben, und er kann zum Grundmetall beliebig ausgerichtet sein, solange sich das Reaktionsprodukt in Richtung auf den Füllstoff entwickelt und wenigstens einen Teil davon verschlingt, ohne daß dieser entscheidend gestört oder verschoben wird. Der Füllstoff kann aus einem beliebigen geeigneten Stoff bestehen, zum Beispiel Keramik und/oder Metallfasern, Haarkristalle, Teilchen, Pulver, Stäbe, Drähte, Drahtgewebe, feuerfestes Gewebe, Bleche, Plättchen, netzartige Schaumstrukturen, massive oder hohle Kugelgebilde usw. Ein besonders geeigneter Füllstoff ist Aluminiumoxid, aber in Abhängigkeit von den Ausgangsstofferund den erwünschten Endeigenschaften können auch andere Oxide und keramische Füllstoffe verwendet werden. Das Volumer, dis Füllstoffs kann in loser oder gebundener Form vorliegen, wobei Zwischenräume, Öffnungen, Abstände u.a. gegeben sein müssen, damit der Füllstoff für die Infiltration des geschmolzenen Grundmetalls durchlässig gestaltet wird. Außerdem kann der Füllstoff homogen oder heterogen sein. Nach Wunsch können diese Stoffe mit einem geeigneten Bindemittel (z.B. Avicil PH 105) gebunden werden, das die Reaktionen der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt oder keine unerwünschten Restnebenprodukte im Endverbundstoff hinterläßt. Ein Füllstoff, der bei der Verarbeitung zu einer übermäßigen Reaktion mit dem Borkarbid oder mit dem Metall neigt, kann mnit einer Beschichtung versehen werden, damit er sich für die Umgebung des Verfahrens eignet. Wenn zum Beispiel Kohlenstoffasern als Füllstoff in Verbindung mit Aluminium als Grundmittel verwendet werden, neigen die Fasern zur Reaktion mit dem geschmolzenen Aluminium. Diese Reaktion kann aber durch Beschichtung der Fasern, z. B. mit Aluminiumoxid, verhindert werden.

Ein geeigneter feuerfester Behälter, dr das Grundmetall und ein Füllstollbett odc; -volumen mit dem beigemengten oorkarbid, das so ausgerichtet sein muß, daß es die reaktive Infiltration des Grundmetalls in das Füllstoffbett und eine entsprechende Entwicklung des Verbundstoffs erlaubt, enthält, wird in einen Ofen gegeben, und das Ganze wird auf eine Temperatur erhitzt, die über dom Schmelzpunkt des Grundmetalls liegt. Bei diesen hohen Temperaturen infiltriert das geschmolzene Grundmetall den durchlässigen Füllstoff in Form der Dochtwirkung und reagiert mit dem Borkarbid, wodurch der erwünschte keramische oder Keramik-Metall-Verbundstoff entsteht.

Ein gemäß der vorliegenden Erfindung gefertigter Verbundstoff ist in Fig. 2 dargestellt. Zusammen mit den gewünschten inaktiven Füllstoffen wird das Borkarbid in eine Form gepreßt, die der erwünschten Geometrie des Endverbundstoffs entspricht. Auf der Vorform 20 befindet sich die Grundmetallvorstufe, und das Ganze wird von dem sich im Tiegel 16 befindlichen inaktiven Stoff 14 umgoben. Die Oberseite der Flächo 18 des Grundmetalls kann, muß aber nicht freiliegen. In Abhängigkeit von den Eigenschaften des Füllstoffs kann die Vorform 20 mit einem der herkömmlichen Verfahren für keramische Körper hergestellt

werden (z.B. einachsiges Pressen, isostatisches Pressen, Schlickergießen, Sedimentationsgießen, Bandgießen, Spritzgießen, Fadenwickeln für Faserstoffe usw.). Ein erstes Binden der Füllstoffteilchen, -whisker, -fasern u.a. vor der reaktiven Infiltration erhält man durch eine leichte Sinterung oder durch die Verwendung verschiedener organischer oder anorganischer Stoffe, die das Verfahren nicht beeinträchtigen oder dem Fertigerzeugnis keine unerwünschten Nebenproduktsbestandteile verleihen. Die Vorform 20 wird so hergestellt, daß sie eine ausreichende Formintegrität und Grünfestigkeit aufweist und für den Transport des geschmolzenen Metalls durchlässig ist. Vorzugsweise weist sie eine Porosität von etwa 5 bis 90 Vol.-% auf, und irn besten Falle sollte sie zwischen etwa 25 bis 75Vol.-% liegen. Bei Verwendung eines Aluminiumgrundmetalls sind zum Beispiel Siliziumkarbid, Titandiborid, Aluminiumoxid und Dodekarborid (und andere) geeignete Füllstoffe, und bei Verwendung in Teilchenform sollte eine Korngröße von etwa 14 bis 1000 gegeben sein, es läßt sich jedoch jede Füllstoffbeimengung und jede Korngröße verwenden. Die Vorform 20 wird dann mit dem geschmolzenen Grundmetall an einer oder mehreren Flächen über einen Zeitraum in Kontakt gebracht, der ausreicht, um eine vollständige Infiltration der Matrix auf die Grenzflächen der Vorform zu erreichen. Dieser Prozeß führt zum Entstehen eines Keramik-Metall-Körpers mit einer Form, die der für das Endprodukt gewünschten sehr nahe kommt oder dieser sogar genau entspricht, wodurch die kostenaufwendigen Bearbeitungs- oder Schleifschritte auf ein Minimum reduziert werden oder sogar gar nicht anfallen.

Es wurde festgestellt, daß die Infiltration des durchlässigen Füllstoffs durch das Grundmetall durch die Anwesenheit von Borkarbid im Füllstoff gefördert wird. Schon eine kleine Menge borhaltigen Stoffs hat sich als wirksam erwiesen, die Mindestmenge kann aber von einer Vielzahl von Faktoren abhängen, z. B. Typ, und Teilchengröße des Borkarbids, Grundmetalltyp, Füllstofftyp und Verfahransbedingungen. Damit kann die Borkarbidkonzentration im Füllstoff stark variieren, je geringer aber die Konzentration des Borkarbids ist, desto höher ist der Metallvolumenprozentar.toil in der Matrix. Bei Verwendung sehr geringer Borkarbidmengen, z. B. ein bis drei Ma.-%, bezogen auf die Gesamtmasse von Borkarbid und Füllstoff, ergibt sich eine Matrix aus einem zusammenhängenden Metall und einer begrenzten Menge Grundmetallborid und Grundmetallkarbid, die im Metall d'^epiirgiert vorliegen. Wenn kein Borkarbid vorhanden ist, kann es nicht zur reaktiven Infiltration des Füllstoffs kommen, und die Infiltration bedarf gegebenenfalls besonderer Verfahren, zum Be^!spiel eines äußeren Drucks, um das Metall in den Füllstoff zu bringen.

Da bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl verschiedener Borkarbidkonzentrationen im Füllstoff Anwendung finden kann, lassen sich die Eigenschaften des Enderzeugnisses steuern oder verändern, indem die Konzentration von Borkarbid und/oder die Zusammensetzung des Betts verändert wird. Wenn im Vergleich zur Grundmetallmenge nur eine kleine Borkarbidmenge verwendet wird, so daß die Masse eine geringe Borkarbiddichte aufweist, werden die Eigenschaften des Verbundstoffkörpers oder der Matrix von den Eigenschaften des Grundmetalls bestimmt, normalerweise von der Dehnbarkeit und der Zähigkeit, da die Matrix in erster Linie aus Metall besteht. Ein solches Produkt kann für den Einsatz bei geringen und mittleren Temperaturen vorteilhaft sein. Bei Verwendung einer großen Borkarbidmenge, das ist zum Beispiel der Fall, wenn eine Borkarbidteilrhen enthaltende Verbindung (Verbindungen) dicht um einen Füllstoff gepackt ist (sind), oder einen Großteil des Raums zwischen den Bestandteilen des Füllstoffs einnimmt (einnehmen), neigen die Eigenschaften des entstandenen Körpers oder der Matrix dazu, vom Grundmetallborid und Grundmetallkarbid bestimmt zu werden, so daß der Körper oder die Matrix härter oder weniger dehnbar oder weniger zäh wird. Wenn die Stöchiometrie stark kontrolliert wird, so daß im wesentlichen eine vollständige Umwandlung des Grundmetalls erfolgt, enthält das entstehende Produkt wenig oder kein Metall, was beim Einsatz des Erzeugnisses unter hohen Temperaturen von Vorteil sein kann. Außerdem kann die im wesentlichen vollständige Umwandlung des Grundmetalls besonders bei einigen Einsatzgebieten unter hohen Temperaturen von Bedeutung sein, da das Boridreaktionsprodukt stabiler ist alp das Borkarbid, denn das Borkarbid neigt dazu, mit dem im Produkt enthaltenen Restmetall oder nichtoxydiertem Metall, z. B. Aluminium, eine Reaktion einzugehen. Nach Wunsch kann Kohlenstoff in elementarer Form mit dem Borkarbidbett oder der Borkarbid und einen Füllstoff enthaltenden Vorform vermischt werden. Dieser zusätzliche Kohlenstoff, normalerweise zwischen 5 und 10 Ma.·% der Einbettung insgesamt, reagiort mit dem Grundmetall, so daß eine im wesentlichen vollständige Reaktion des Metalls erfolgt. Diese Reaktion zwischen dem Metall und dem Kohlenstoff hängt in großem Maße von der eingesetzten relativen Kohlenstoffmenge, der Art, z. B. Ruß oder Graphit, und der Kristallinität ab. Um der Vielzahl unterschiedlicher potentieller Einsatzgebiete gerecht zu werden, macht es sich schon fast erforderlich, daß man unter extremen Eigenschaften auswählen kann.

Zur Unterstützung der reaktiven Infiltration, besonders bei Verwendung von Aluminium als Grundmetall, kann auch Bor in elementarer Form mit dem Borkarbidbett (einschließlich eines Bettes mit Füllstoff) vermischt werden. Durch eine solche Beimengung werden die Kosten für das Bett im Vergleich zum Bor insgesamt verringert, entsteht ein Produkt, das Borkarbid enthält, zum Beispiel Aluminiumborkarbid, das bestimmte Eigenschaften besitzt, die mit denen von Aluminiumborid vergleichbar sind, und es wird die Bildung von Aluminiumborid verhindert, das in einer feuchten Umgebung instabil ist und deshalb die strukturmäßigen Eigenschaften des Produkts schwächt. In der Beimengung reagiert das Grundmetall mit dem Bor in elementarer Form, um in erster Linie ein Metallborid zu bilden, aber es entsteht dabei auch eine Borverbindung. Weitere Veränderungen in den Eigenschaften dor Verbundstoffe lassen sich durch die Regelung der Infiltrationsbedingungen erreichen. Zu den regelbaren Faktoren gehören das Wesen und die Größe der Teilchon des Borkarbidstoffs und die Infiltrationstemperatur und -zeit. Eine reaktive Infiltration mit großen Borkarbidteilchen und einer minimalen Einwirkzeit bei niedrigon Temperaturen führt zum Beispiel zu einer teilweisen Umwandlung dos Borkarbids in Grundmi tallbor und Grundmetallborverbindung(en). Dadurch bleibt nichtumgesetztes Borkarbid in der MikroStruktur, das dem Enderzeugnis für bestimmte Zwecke erwünschte Eigenschaften verleihen kann. Infiltrationen mit Borkarbidteilchen, hohen Temperaturen und längerer Einwirkzeiten (vielleicht sogar Aufrechterhaltung der Temperatur nach Abschluß der Infiltration) neigen dazu, die im wesentlicl en vollständige Umwandlung des Grundmetalls in Grundmetallborid und Kohlenstoffverbindung(en) zu unterstützen. Vorzugsweise beläuft sich die Umwandlung von Borkarbid in Grundmetallborid, Grundmetallborverbindung(en) und Grundme>al!karbid wenigstens auf etwa 50%, und im besten Falle beträgt sie etwa 90%. Eine Infiltration bei hohen Temperaturen (oder eine sich anschließende Behandlung bei einer hohen Temperatur) kann auch durch einen Sinterungsvorgang zu einer Verdichtung einiger Bestandteile des Verbundstoffs führen. Wie schon oben erwähnt wurde, kann außerdem die Reduzierung der vorhandenen Grundmetallmenge unter das für die Bildung der Bor und Kohlenstoffverbindung(en) und das Ausfielen der entstandenen Zwischenräume im Stoff erfoiderliche Niveau zum Entstehen eines porösen Körpers führen, für den es auch ganz nützliche Einsatzgebiete gibt. In einem solchen Verbundstoff kann die Porosität in Abhängigkeit von den oben genannten

Faktoren und Bedingungen etwa zwischen 1 und 15VoI.-% und manchmal auch darüber liegen. Die folgenden Beispiele befassen

sich mit den neuen Reaktionsprodukten und dem Verfahren, mit dem sie hergestellt werden. Diese Beispiele dienen jedoch nurder Veranschaulichung und schranken die Anwendbarkeit der Erfindung in keiner Weise ein. Für die Messung bestimmter

Eigenschaften der Proben, die bei diesen Beispielen hergestellt wurden, fanden folgende Testverfahren Anwendung: Die Vier-Punkte-Biegeversuche bei Zimmertemperatur wurden in einem Instron-Testgerät durchgeführt. Als Proben wurdet' Stäbe mit den Abmessungen 3 χ 4 χ 50mm verwendet. Die Probenflächen wurden unter Verwendung einer Schleifscheibe mit

einem Schleifkörper 500 plangeschliffen, und die Ecken wurden gefast, um Späne und andere Defekte zu entfernen. Die

Stahldurchbiegevorrichtung hatte eine innere Spannweite von 20mm und eine äußere von 40mm. Die Biegefestigkeiten wurden

unter Verwendung der Gleichungen für den elastischen Biegeversuch, der Spitzenbruchlasten und der Abmessungen der

Proben und Vorrichtungen berechnet. Die Bruchzähigkeit wurde unter Verwendung von Biegestäben mit den Abmessungen 5 x 4 χ 50mm bestimmt. Mit einem

0,3mm breiten Diamantmesser wurde auf halber Länge der Proben eine winkelartige Kerbe mit einem eingeschlossenen Winkelvon 60° eingearbeitet. Dann wurden nach den gleichen Verfahren, wie sie für die Biegefestigkeit beschrieben wurden, die

Vierpunkt-Winkelkerben-Biegeversuche durchgeführt. Die Dichte wurde mittels Wiegen und Messen rechteckiger Blöcke bestimmt. Unter Anwendung eines bekannten Verfahrens wurde der Elastizitätsmodul mit dem Schallresonanzverfahren bestimmt. Die Abmessungen der Proben betrugen etwa 5 χ 4 χ 45mm, und sie wurden durch eine Reihe von Diamantschneid- und -

schleifoperationen bearbeitet. In jedem Stab wurden drei separate Schwingungsarten künstlich erzeugt, das heißt,

Drehschwingung, Biegeschwingung, senkrecht zur Breite von 5mm, und Biegeschwingung, senkrecht zur Breite von 4 mm. Für

jeden Fall wurde die grundlegende Oberschwingungsresonanzfrequenz bestimmt. Die Biegeresonanzen führten zu Messungendes Elastizitätsmoduls (e), und die Drehschwingungsresonanzen führten zu Messungen des Schubmoduls (G).

Die Härte wurde unter Verwendung der Α-Skala eines Rockwellhärteprüf'jeräts bestimmt. Das Ziel der Versuche bestand darin,

einen Wert für die Härte zu erreichen, der für den Verbundstoff insgesamt repräsentativ ist und nicht nur für einzelne

Phasenbereiche. Beispiel I

Eine Vorform mit den Abmessungen von 50,8 χ 50,8mm und einer Dicke von 9,5mm wurde durch Beimengung von 95Ma.-% B₄C (Körnung 1000) und 5Ma.-% eines organischen Bindemittels (Acrawax-C) hergestellt, und anschließend wurde diese Zusammensetzung in einer Stahlpreßform mit der angegebenen Geomotrie bei einem Druck von 351,5kp/cm² kaltgepreßt. Ein Zirkoniumblech mit den Abmessungen 50,8 χ 50,8mm wurde auf die B₄C-Teilchenform gelegt und mit dieser in Kontakt gebracht, und dieser gesamte Aufbau wurde in eine Graphitform gegeben.

Der aus der Graphitform und ihrem Inhalt bestehende Aufbau wurde in einen widerstandsbeheizten Vakuumofen gegeben, der mit 2 Liter Argongas pro Minute versorgt wurde. Um das organische Bindemittel auszubrennen, wurde die Vorrichtung über e nen Zeitraum von 2,5 Stunden ausgehend von der Zimmertemperatur auf 450'C erwärmt. Über fünf Stunden erfolgte dann oine Erwärmung auf einen Sollwert von 195O⁰C, und diese Temperatur wurde anschließend zwei Stunden lang aufrechterhalten. Vor der Entnahme aus dem Ofen wurde die Vorrichtung fünf Stunden lang abgekühlt. Nach der Entnahme der Vorrichtung aus dem Ofen wurde das nichtumgesetzte Zirkonium durch Schleifen von der Oberfläche mechanisch abgetragen, und eine pulverisierte Probe des darunterliegenden keramischen Verbundstoffs wurde gewonnen und einer Beugungsanalyse unterzogen. Diese Analyse ergab, daß ZrB₁; ZrC und Zr vorhanden waren. Weitere Versuche machten die folgenden Eigenschaften des keramischen Verbundstoffs deutlich: eine durchsch' ttliche Dichte (g/cm¹) von etwa 6,2, ein Elastizitätsmodul (GPe) von 380, eine Biegefestigkeit (MPa) von 875 und ein kritischer Sr i > lungsintensitätsfaktor (Rißzähigkeit) von 15 (MPa m¹"). Fig. 3 stellt eine mikrofotografische Aufnahme (mit 10OOfacher Vergitterung) eines Verbundstoffquerschnitts dar, wobei die Zahl 22 ZrB] darstellt, die 24 ZrC und die 26 Zr. Bei diesem Verbundstoff trat die ZrBj-Phase in Form ungeordneter und nicht ausgerichteter Plättchen auf.

Beispiel Il Ein Zirkoniummr' illblock mit einem Durchmesser von 38,1 mm und einer Höhe von 19,05mm wurde in sich in einem Aluminiumoxidtiegel befindliche Borkarbidteilchen B₄C 99,7 %, 1 bis 5 Mikronen) eingebettet. Die aus dem Aluminiumoxidtiegel

und seinem Inhalt bestehende Vorrichtung wurde in oinen Induktionsofen gegeben, der mit 300cm¹ Argongas pro Minuteversorgt wurde. Die Vorrichtung wurde sechs Minuten lang auf eine Temperatur von 1800⁰C (gemessen mit einem optischen

Pyiometer) erwärmt, diese Temperatur wurde vier Minuten lang aufrechterhalten, und dann erfolgte die Abkühlung. Nach der Entnahme der Vorrichtung aus dem Ofen wurdo eine pulverisierte Probe des entstandenen keramischen Verbundstoffs

gewonnen und einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen. Diese Analyse ergab, daß ZrBi; ZrC und Zr vorhanden waren. Die

ZrBj-Phase trat bei diesem Verbundstoff in Plättchenform auf. Beispiel III Eine Vorform mit den Abmessungen von 57,2 x 57,2mm wurde durch Beimengung von 93Ma.-% Borkarbidteilchen (B₄C) mit

einer Korngröße von 320 und 7Ma.·% eines organischen Bindemittels (Avicil PH 105) hergestellt, und anschließend wurde die

Beimengung in einer Sfahlpreßform mit der angegebenen Geometrie bei einem Druck von 703kp/cm² kaltgepreßt. Eine Aluminiumlegierung mit der Bezeichnung 1100 und den Abmessungen von 50,8 χ 60,8mm wurde auf die B₄C-Vorform gelegt

und mit dieser in Kontakt gebracht, und dieser gesamte Aufbau wurde in einem feuerfesten Gefäß, wie in Fig.2 dargestellt, in

Aluminiumoxidteilchen (E38 Alundumschn.irqel, Körnung 90) eingebettet. Der aus dem feuerfesten Gefäß und seinem Inhalt bestehende Aufbau wurde in einem widerstandsbeheizten Vakuumofen, der

mit einem Liter Argongas pro Minute versorgt wurde, über einen Zeitraum von zehn Stunden auf eine Sollwerttemperatur von1 200'C erwärmt. Nachdem die Temperatur von 1200'C 24 Stunden lang konstant gehalten wurde, konnte sich die Vorrichtungvor der Entnahme aus dem Ofen sechs Stunden lang abkühlen.

Nach der Entnahme der Vorrichtung aus dem Ofen wurde das nichtumgesetzte Aluminium mechanisch von der Oberfläche abgetragen, und eine kleine Menge des darunterliegenden Verbundstoffs wurde pulverisiert. Dieses Pulver wurde einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen, und dabei zeigte sich, daß Al; B₄C; AI]Oa und AIjB₄C₇ vorhanden waren. Weitere Versuche machten die folgenden Eigenschaften des keramischen Verbundstoffs deutlich: eine Dichte (g/cm¹) von 2,58, einen Elastizitätsmodul (GPa) von 189, eine Härte (Rockwell A) von 46, eine Biegefestigkeit (MPa) von 254 ± 3 und eine Rißzähigkeit (MPa m"²)von 10,2 ±0,1.

Beispiel IV Eine Vorform mit den Abmessungen von 57,2 x 57,2 mm und einer Dicke von 12,7mm wurde hergestellt aus einem

gleichmäßigen Gemisch von 94Ma.-% B₄C/B (in einer Beimengung von 50Ma.-% B₄C, Korngröße 320 und 50Ma.-% B,38 Mikronen und feiner) und 6Ma.-% eines organischen Bindemittels (Avicil PH 105. Die Vorform wurde durch Kaltpressen des

Gemische in einer Stahlpreßform mit der angegebenen Geometrie bei einem Druck von 703kp/cm² hergestellt. Eine Aluminiumlegierung mit der Bezp'^hnung 1100 und den Abmessungen 50,8 x 50,8mm und einer Dicke von 12,7 mm wurde auf

die B₄C/B-Teilchenvorform gelegi, nd mit dieser in Kontakt gebracht, und dieser gesamte Aufbau wurde in einem feuerfesten

Gefäß, wie in Fig. 2 dargestellt, in Aluminiumoxidteilchen (38 Alundumschmirgel, Körnung 24) eingebettet. Der aus dem feuerfesten Gefäß und seinem Inhalt bestehende Aufbau wurde in einem widerstandbeheizten Röhrenofen, der mit

300cm³ Argongas pro Minute versorgt wurde, gegeben und über einen Zeitraum von zehn Stunden auf eine Sollwerttemperaturvon 1200"C erwärmt, und diese Temperatur wurde 36 Stunden lang konstant gehalten. Vor der Entnahme aus dem Ofen konntesich die Vorrichtung zehn Stunden lang abkühlen.

Nach der Entnahme der Vorrichtung aus dem Ofen wurde das nichtumgesetzte Aluminium mechanisch von der Oberfläche

abgetragen, und eine Probe des daruntergelegenen keramischen Verbundstoffs in Pulverform wurde einer

Röntgenbeugungsanalysfl unterzogen. Diese Analyse ergab, daß der keramische Verbundstoff Al, ß-AIB,₂, AI₃B₄₈C₂ und eine

nicht identifizierte Phase mit einem Abstand „d" (Gitterabstand) von 2,926; 2,679; 2,087; 1,84 und 1,745 A mit einer relativen

Intensität von 100; 36; 40; 20 bzw. 73 enthält. Weitere Versuche machten die folgenden Eigenschaften des Verbundstoffs

deutlich: eine Dichte (g/cm³) von 2,58, einen Elastizitätsmodul (GPa) von 215, eine Biegefestigkeit (MPa) von 196 ± g und eine

Rißzähigkeit (MPa m"²) von 8,1 ± 0,3. Beispiel V

Eine Vorform mit den Abmessungen von 57,2 x 57,2 mm und einer Dicke von 12,7 mm wurde nach dem im Beispiel I beschriebenen Verfahren hergestellt. Allerdings bestand das gleichmäßige Gemisch aus 94 Ma.-% B₄CZB (in einer Beimengung von 50Ma.-%B₄C, Korngröße 320, und 50Ma.-% B, 38 Mikronen und feiner) und 6Ma.·% des gleichen Bindemittels. Ein Blech aus der Aluminiumlegierung AI-10Si-3Mg (10Ma.·% Si, 3Ma.-% Mg und der Restanteil Al) mit den Abmessungen 50,8 χ 50,8mm und einer Dicke von 12,7 mm wurde auf die B₄C/B-Teilchenvorform gelegt und mit dieser in Kontakt gebracht, und dieser gesamte Aufbau wurde in einem feuerfesten Gefäß, wie in Fig. 2 dargestellt, in Aluminiumoxidteilchen (38 Alundumschmirgel, Körnung 24) eingebettet. Der aus dem feuerfesten Gefäß und seinem Inhalt bestehende Aufbau wurde in einem widerstandsbeheizten Vakuumofen, der mit einem Liter Argongas pro Minute versorgt wurde, übe.· einen Zeitraum von zehn Stunden auf eine Sollwerttemperatur von 1200°C erwärmt, und diese Temperatur wurde zwölf Stunden lang konstant gehalten. Vor der Entnahme aus dem Ofen konnte sich die Vorrichtung fünf Stunden lang abkühlen.

Nach der Entnahme der Vorrichtung aus dem Ofen wurde das nichtumgesetzte Aluminium mechanisch von der Oberfläche abgetragen, und eine Probe des daruntergelegenen keramischen Verbundstoffs in Pulverform wurde einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen. Diese Analyse ergab, daß der keramische Verbundstoff Al; Si; B₄C; ß-AI8_u; AIjO] und AI₁B₄C; enthielt. Weitere Versuche machten die folgenden Eigenschaften des Verbundstoffs deutlich: eine Dichte (g/cm³) von 2,55, einen Elastizitätsmodul (GPa) von 213, eine Härte (Rockwell A) von 57, eine Biegefestigkeit (MPa) von 231 ± 31 und eine Rißzähigkeit (MPa m"^}) von 9,1 ± 0,1.

Beispiel Vl Ein Titanmetallblock mit einer Reinheit von 99,64 % (Qualitätssorte 2) mit einem Durchmesser von 15,88mm und einer Höhe von

19,05mm wurde in sich in einem Aluminiumoxidtiegel befindliche Borkarbidteilchen (B₄C 99,7%, 1 bis 5 Mikronen) eingebettet.

Der aus dem Aluminiumoxidtiegel und seinem Inhalt bestehende Aufbau wurde in einen Induktionsofen gegeben, der mit

300cm³ Argongas pro Minute versorgt wurde. Diese Vorrichtung wurde über einen Zeitraum von vier Minuten auf eine

Temperatur erwärmt, bei der das Titan zu schmelzen begann (bei etwa 1700 bis 175O⁰C, gemessen mit einem optischen Pyrometer), und anschließend wurde sie abgekühlt. Nach der Entnahme der Vorrichtung aus dom Ofen wurde eine Probe des entstandenen keramischen Verbundstoffe in Pulverform gewonnen und einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen. Diese Analyse ergab, daß TiBj; TiB; TiC und Ti

vorhanden waren.

Fig.4 ist eine mikrofotografische Aufnahme (1500fache Vergrößerung) eines Verbundstoffquerschnitts, wobei die Zahl 28 TiB-.

darstellt, die 30 TiB, die 32 TiC und die 34 Ti. Die TiB₂-Phase trat als plättchenartige Struktur auf.

Beispiel VII Eine zylindrische Titanprobe mit einer Reinheit von 99,64% (Qualitätssorte 2) mit einem Durchmesser von 15,88mm und einer Länge von 19,5mm wurde in sich in einem Aluriiniumoxidtiegel befindliches Borkarbid (Körnung 1000) eingebettet. Der aus

dem Aluminiumoxidtiegel und seinem Inhalt' jstehende Aufbau wurde in einen widerstandsbeheizten Vakuumofen gegeben,

der mit 500cm³ Argongas pro Minute verso _, ι wird. Diese Vorrichtung wurde über einen Zeitraum von drei Stunden auf eine

Sollwertt jmperatur von 1750'C erwärmt, ι nd diese Temperatur wurde dann drei Stunden und 20 Minuten lang konstant

gehalten.

Nach der Entnahme der Vorrichtung aus dem Ofen wurde diese abgekühlt, und es wurde eine Probe des entstandenen

keramischen Verbundstoffs gewonnen, die einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen wurde. Diese Analyse ergab, daß TiB₂;

TiC und Ti₁B₄ vorhanden waren.

Eine Probe des entstandenen Produkts wurde einer Mikrohärteprüfung nach Knoop unter Verwendung einer Kraft von 200 Pond unterzogen. Dabei ergab sich eine Mikrohärte von 1815-1950kg/mm².

Beltptel VIII

Ein Hafniummetallblock mit einer Reinheit von 98,20% mit einem Durchmesser von 9,53 mm und einer Höhe von 19,05 mm wurde in sich In einem Aluminiumoxidtiegel befindliche Borkarbidteilchen (-325 Korngröße) eingebettet. Der aus dem Aluminiumoxidtiegel und seinem Inhalt bestehende Aufbau wurde in einen Induktionsofen gegeben, der mit 500cm³ Gas, bestehend aus einem Vol.-% Wasserstoff und 99 Vol.-% Argon, pro Minute versorgt wird. Die Vorrichtung wurde über einen Zeitraum von acht Minuten auf eine Temperatur von 2 300⁰C erwärmt (gemessen mit einem optischen Pyrometer), und anschließend konnte sie sich abkühlen.

Eine Prüfung der gewonnenen Probe nach der Entnahme der Vorrichtung aus dem Ofen ergab, daß an der Stelle, wo früher der Hafniumblock war, ein sehr sauberer zylindrischer Hohlraum entstanden war. Das weist euf eine sehr gute Formreproduzierbarkeit des Systems hin. Eine bei diesem Versuch gewonnene Probe des keramischen Verbundstoffs in Pulverform wurde einer Röntgenbeugungsanalyse unterzogen. Diese Analyse ergab, daß HfB₁; HfC; Hf und kleinere Mengen B₄C vorhanden waren.

Fig. 5 Ist eine mikrofotcgrafische Aufnahme (mit 1500facher Vergrößerung) eines Verbundstoffquerschnitts, wobei die Zahl 36 HfB] darstellt, die 38 HfC, die 40 B₄C und die 42 Hf. Das HfB₂ wies eine plättchenartige Struktur auf. Wie oben beschrieben wurde, können Faktoren, wie die Verwendung anderer Grundmetalle, anderer Ausg&ngsmaterialkonzentrationen und Veränderungen, zum Beispiel in der Packungsdichte, im Wesen der Borkarbidteilchen, bezüglich der Zeit und der Temperatur, zur Veränderung und zur Steuerung des Endprodukts dienen. Werkstoffe dieser Art eignen sich besonders für den Einsatz an Motoren und Raketen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Körpers, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (a) Auswahl eines Grundmetalls, (b) Erwärmung des genannten Grund netalls in einer im wesentlichen inaktiven Atmosphäre auf eine Temperatur über einem Schmelzpunkt, so daß sich aus dem geschmolzenen Metall ein Körper bildet und der genannte Körper des geschmolzenen Grundmetalls mit einer borkarbidhaltigen Masse in Berührung kommt, (c) Aufrechterhaltung der genannten Temperatur über einen Zeitraum, der ausreicht, um die Infiltration des geschmolzenen Grundmetalls in die genannte Masse und die Reaktion des geschmolzenen Grundmetalls mit dem genannten Borkarbid zu ermöglichen, so daß eine oder mehrere borhaltige Verbindungen entstehen, und (d) Fortsetzung der genannten Infiltration und der genannten Reaktion über einen ausreichend langen Zeitraum, bis der genannte selbsttragende Körper entstanden ist, der eine oder mehrere grundmetallborhaltige Verbindungen enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Bildung der genannten Masse durch Reinigung eines trägen Füllstoffs zum genannten Borkarbid, der genannten Infiltration und der genannten Reaktion in die genannte gebildete Masse, so daß diese den genannten Füllstoff einbettet, und Herstellung eines Verbundstoffs als den genannten selbsttragenden Körper.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Körper eine metallische Phase enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte selbsttragende Körper eine Grundmetallboridverbindung und eine Grundmetallkohlenstoffverbindung enthält, die durch Reaktion des genannten Borkarbids mit dem genannten Grundmetall entstehen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Borkarbid wenigstens in einer stöchiometrischen Menge in bezug auf das in die genannte Masse infiltrierte Grundmetall vorkommt und die genannte Reaktion so lange andauert, bis im wesentlichen das gesamte genannte Grundmetall verbraucht ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Grundmetall ein Metall der aus Aluminium, Titan, Zirkonium, Silizium, Hafnium, Lanthan, Eisen, Kalzium, Vanadin, Niob und Beryllium bestehenden Gruppe ist.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Grundmetall ein Metall der aus Aluminium, Titan, Zirkonium und Hafnium bestehenden Gruppe ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Grundmetall Aluminium ist und der selbsttragende Körper eine Aluminiumverbindung enthält, die aus der aus Aluminiumborid, Aluminiumborkarbid und deren Gemischen bestehenden Gruppe ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Grundmetall Zirkonium ist und der selbsttragende Körper eine Zirkoniumverbindung enthält, die aus der aus Zirkoniumborid oder einem Gemisch aus einem Zirkoniurr.borid und einem Zirkoniumkarbid bestehenden Gruppe ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte selbsttragende Körper auch Zirkonium enthält.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die· genannte Masse eine Vorform mit einer festgelegten Form ist und die genannte Infiltration und Reaktion in die genannte Vorform zum Entstehen eines selbsttragenden Körpers führen, der die Konfiguration der genannten Vorform aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Füllstoff ein Stoff der aus Fasern, Whisker (Haarkristalle), Teilchen, Pulver, Stäben, Drähten, Drahtgewebe, feuerfestem Gewebe, netzartigem Schaum, Blechen, Plättchen, Massiv· und Hohlkugeln bestehenden Gruppe ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Füllstoff eine Schutzbeschichtung aufweist.

14. Verfahren nach Anspruch 2 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Füllstoff ein Stoff aus der aus Aluminiumoxid oder Kohlenstoff mit einer Schutzbeschichtung bestehenden Gruppe ist.

15. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte G'undmetall Titan ist und der genannte selbsttragende Körper eine Titanverbindung enthält, die zu der aus Titanborid oder einem Gemisch aus einem Titanborid und einem Titankarbid bestehenden Gruppe gehört.

16. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Grundmetall Hafnium ist und der genannte selbsttragende Körper eine Hafniumverbindung enthält, die zu der aus Hafniumborid oder einem Gemisch aus einem Hafniumborid und einem Hafniumkarbid bestehenden Gruppe gehört.

17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte selbsttragende Körper auch Titan enthält.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte selbsttragende Körper auch Hafnium enthält.

19. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der genannten grundmetallborhaltigen Verbindungen eine plättchenartige Struktur aufweist.

20. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der genannten Boride von Zirkonium eins plättchenartige Struktur aufweist.

21. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß eines der genannten Boride von Titan eine plättchenartige Struktur aufweist.

22. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eines der genannten Boride von Hafnium eine plättchenartige Struktur aufweist.

23. Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden Körpers, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (a) Auswahl eines Grundmetalls, (b) Erwärmung des genannten Grundmetalls in einer im wesentlichen inaktiven Atmosphäre auf eine Temperatur über seinem Schmelzpunkt, so daß sich aus dem geschmolzenen Metall ein Körper bildet und der genannte Körper des geschmolzenen Grundmetalls mit einer borkarbid- und borhaltigen Masse in Berührung kommt, (c) Aufrechterhaltung der genannten Temperatur über einen Zeitraum, der ausreicht, um die Infiltration des geschmolzenen Grundmetalls in die genannte Masse und die Reaktion des geschmolzenen Grundmetalls mit den genannten Borkarbid und Bor zu ermöglichen, so daß borhaltige Verbindungen entstehen, und (d) Fortsetzung der genannten Infiltration unJ der genannten Reaktion über einen ausreichend langen Zeitraum, bis der genannte selbsttragende Körper entstanden ist, der eine metallische Phase der nichtumgesetzten Bestandteile des Grundmötalls und grundmetallborhaltige Verbindungen enthält.

24. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch die Beimengung eines inaktiven Füllstoffs zu dergenannten Masse, der genannten Infiltration und Reaktion in die genannte gebildete Masse, so daß diese den genannten Füllstoff einbettet, und Herstellung eines Verbundstoffs als den genannten selbsttragenden Körper mit einer Matrix, die den genannten Füllstoff einbettet, wobei die genannte Matrix eine metallische Phase der nichtumgesetzten Bestandteile des Grundmetalls und grundmetallborhaltigen Verbindungen enthält.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Grundmetall Aluminium ist und die genannte borhaltige Verbindung ein Stoff aus der aus Aluminiumborid, Aluminiumborkarbid und deren Gemischen bestehenden Gruppe ist.

26. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Masse für die Reaktion mit dem genannten Grundmetall Kohlenstoff enthält.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Kohlenstoff etwa 5 bis 10 Masseprozent der genannte Masse enthält.

28. Verbundstoff, gekennzeichnet durch eine Metallphase der aus Zirkonium, Titan und Hafnium bestehenden Gruppe und einer dreidimensional zusammenhängenden keramischen Phase, die sich bis zu den Randschichten des genannten Verbundstoffs erstreckt, wobei die genannte keramische Phase ein Karbid, das zu der aus einem Zirkoniumkarbid, einem Titankarbid und einem Hafniumkarbid bestehenden Gruppe gehört, und außerdem ein Borid des dem genannten Karbid entsprechenden Metalls enthält, wobei das genannte Borid eine plättchenartige Struktur aufweist.

29. Verbundstoff nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Metallphase Zirkonium ist, wobei das genannte Kt rbid ein Zirkoniumkarbid un das genannte Borid ein Zirkoniumborid ist.

30. Verbundstoff nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch eine Rißzähigkeit von mindestens etwa 12MPa m¹'².

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