DE3873364T2

DE3873364T2 - Anordnung zur herstellung von keramischen verbundkoerpern und verfahren zu deren verwendung.

Info

Publication number: DE3873364T2
Application number: DE8888630009T
Authority: DE
Inventors: Harold Daniel Lesher; Marc Stevens Newkirk
Original assignee: Lanxide Technology Co LP
Current assignee: Lanxide Technology Co LP
Priority date: 1987-01-14
Filing date: 1988-01-12
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2008-01-13
Also published as: YU3688A; PL270141A1; EP0277902A1; NO176793B; BG60549B1; CA1308887C; FI90058B; FI880138A; RU1809828C; EP0277902B1; FI880138A0; US4832892A; MX166352B; HU210664B; IE880041L; JP2546873B2; IL85077A; BG82582A; FI90058C; NO880097L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baugruppe, die bei der Herstellung keramischer Verbundstrukturen verwendet wird, und ein Verfahren zur Verwendung der Baugruppe. Die Baugruppe umfaßt einen Körper aus Grundmetall, der in einer Masse aus durchlässigem Füllstoff die in einem segmentierten Behälter untergebracht ist, angeordnet ist und erhitzt wird, bis er schmilzt, und das schmelzflüssige Grundmetall wird in Gegenwart eines Oxidationsmittels unter Bildung einer polykristallinen keramischen Matrix, die den Füllstoff einbettet, oxidiert.

Beschreibung von Patentanmeldungen desselben Anmelders

Der Gegenstand dieser Anmeldung steht im Zusammenhang mit dem der EP-A-193292 desselben Anmelders. Diese ebenfalls anhängige Anmeldung legt ein neuartiges Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Verbundkörpers durch Wachsenlassen eines Oxidationsreaktionsprodukts aus einem Grundmetall in eine durchlässige Masse eines Füllstoffs offen.
Das Verfahren zur Herstellung eines selbsttragenden keramischen Körpers durch Oxidation eines Grundmetallvorläufers wird grundsätzlich in der EP-A-155831 desselben Anmelders offengelegt. Diese Erfindung nützt ein Oxidationsphänomen aus, das durch die Verwendung eines oder mehrerer in das Grundmetall einlegierten bzw. einlegierter Dotierungsmittel(s) verstärkt werden kann, und liefert selbsttragende keramische Körper der gewünschten Größe, die man als das Oxidationsreaktionsprodukt des Grundmetallvorläufers wachsen läßt.
Das vorhergehende Verfahren wurde dann durch die Verwendung eines äußerlichen oder mehrerer äußerlicher Dotierungsmittel(s), das bzw. die auf die Oberfläche des Grundmetallvorläufers aufgetragen wurde(n), verbessert, wie in der EP-A-169067 desselben Anmelders offengelegt ist.
Eine Weiterentwicklung der vorhergehenden Verfahren ermöglicht die Bildung selbsttragender keramischer Strukturen, die einen Hohlraum oder mehrere Hohlräume enthalten, der bzw. die die Geometrie einer positiven Form aus geformtem Vorläufergrundmetall umgekehrt wiederholt bzw. wiederholen, die in ein Bett aus anpassungsfähigem Füllstoff eingebettet ist, das unter bestimmten Bedingungen selbstbindend ist, wie in der EP-A-234704 (nicht vorveröffentlicht) desselben Anmelders beschrieben ist.
Eine andere Weiterentwicklung der vorhergehenden Verfahren ermöglicht die Bildung selbsttragender keramischer Körper, die ein negatives Muster aufweisen, das das positive Muster eines Grundmetallvorläufers umgekehrt wiederholt, der angrenzend an eine Masse aus Füllstoff angeordnet ist, wie in der EP-A-259239 (nicht vorveröffentlicht) desselben Anmelders beschrieben ist.
Noch eine andere Weiterentwicklung der vorhergehenden Verfahren umfaßt die Bildung eines keramischen Verbundkörpers innerhalb eines Behälters oder Umhüllungselements, der bzw. das aus einem Material besteht, wie z. B. Inconel, das einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt als der keramische Verbundkörper, wodurch beim Abkühlen des polykristallinen keramischen Körpers und des Umhüllungselements das letztere dem keramischen Verbundkörper aufgeschrumpft wird und diesen unter Druckspannung setzt. Diese Technik ist in der EP-A-262076 (nicht vorveröffentlicht) offengelegt.

Hintergrund und Stand der Technik

In den letzten Jahren ist das Interesse an der Verwendung von Keramikmaterialien für strukturelle Anwendungen gewachsen, für die in der Vergangenheit Metalle herangezogen wurden. Der Antrieb für dieses Interesse kam aus der Überlegenheit von Keramikmaterialien gegenüber Metallen im Hinblick auf bestimmte Eigenschaften, wie z. B. Korrosionsbeständigkeit, Härte, Elastizitätsmodul und Hitzebeständigkeit.
Die gegenwärtigen Bemühungen zur Herstellung keramischer Gegenstände größerer Stabilität, größerer Zuverlässigkeit und größerer Zähigkeit sind im wesentlichen gerichtet auf 1) die Entwicklung von verbesserten Verarbeitungsverfahren für Keramiken aus einem Stück und 2) die Entwicklung neuer Materialzusammensetzungen, besonders von Verbundmaterialien mit keramischen Matrices. Eine Verbundmaterialstruktur ist eine solche, die aus einem heterogenen Material, Körper oder Gegenstand besteht, das bzw. der aus zwei oder mehreren verschiedenen Materialien hergestellt ist, die eng kombiniert sind, damit die erwünschten Eigenschaften des Verbundkörpers erhalten werden. Zum Beispiel können zwei verschiedene Materialien dadurch eng kombiniert werden, daß das eine in eine Matrix des anderen eingebettet wird. Eine Verbundmaterialstruktur mit einer keramischen Matrix besteht typischerweise aus einer keramischen Matrix, die eine oder mehrere verschiedene Arten von Füllstoffmaterialien, wie Teilchen, Fasern, Stangen oder dergleichen, einschließt.
Die Patentanmeldungen desselben Anmelders beschreiben neue Prozesse, die einige der Probleme oder Einschränkungen der traditionellen Keramiktechnologie zur Herstellung von Verbundkörpern, wie z. B. durch Kompaktieren oder Sintern, beheben.
Eine typische Baugruppe, die bei bestimmten Anwendungen der in den vorangehenden Patentanmeldungen desselben Anmelders beschriebenen Erfindungen verwendet werden kann, beinhaltet das Anordnen eines Körpers aus Grundmetall in Kontakt mit einer Masse oder einem Bett aus durchlässigem Füllstoff, der in einem geeigneten Gefäß oder Behälter untergebracht ist. Das Gefäß oder der Behälter muß imstande sein, die Reaktionsbedingungen auszuhalten und seine strukturelle Integrität zu bewahren und kann dementsprechend aus einem hitzebeständigen Material, wie z. B. Inconelmetall, rostfreiem Stahl oder dergleichen hergestellt sein. Wenn jedoch der thermische Ausdehnungskoeffizient des Behälters wesentlich größer ist als der des Füllstoffbetts, dann dehnt sich der Behälter beim Beginn des Erhitzens der Anordnung zum Schmelzen des Grundmetalls schneller aus als das Füllstoffbett. Das kann, wenn sich der ausdehnende Behälter vom Füllstoffbett fortbewegt, zur Bildung unerwünschter Sprünge, Hohlräume oder Unterbrechungen in diesem führen.
Die vorliegende Erfindung kombiniert die Prozesse der oben beschriebenen Patentanmeldungen desselben Anmelders mit zusätzlichen neuartigen Konzepten zur Ermöglichung der Herstellung keramischer Verbundstrukturen durch ein Oxidationsreaktionsphänomen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Baugruppe zur Verwendung bei der Herstellung selbsttragender keramischer Verbundstrukturen geschaffen, die aus einem Füllstoff besteht, der von einer polykristallinen keramischen Matrix eingebettet wird, die aus dem Oxidationsreaktionsprodukt eines Vorläufermetalls mit einem Oxidationsmittel und, wenn es gewünscht wird, einem oder mehreren metallischen Bestandteil(en) besteht. Die Baugruppe besteht aus einem segmentierten Behälter, der bei Bedarf mit einem perforierten Auskleidemittel, wie z. B. einem Metallsieb, etwa einem Sieb aus rostfreiem Stahl, ausgekleidet sein kann, und der auch perforiert sein kann. Der segmentierte Behälter kann aus längs angeordneten Segmenten einer zylindrischen Hülle bestehen, in der eine durchlässige Masse des Füllstoffs und ein in Kontakt mit der Füllstoffmasse stehender Körper aus Grundmetall enthalten sind. Zum Beispiel kann der Körper aus Grundmetall in der Masse des Füllstoffs eingebettet sein. Der segmentierte Behälter besteht aus einem oder mehreren Segment(en) mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der größer ist als derjenige der Füllstoffmasse, wobei die Segmente derartige Abmessungen und eine derartige Konfiguration besitzen, daß sie zwischen sich eine oder mehrere Dehnungsfuge(n) festlegen. Die Dehnungsfugen bewirken, daß die thermische Ausdehnung der Segmente durch Umfangsausdehnung aufgenommen wird, wodurch eine radiale Ausdehnung der Segmente verhindert und eine Volumenausdehnung des Behälters vermindert wird. Der segmentierte Behälter kann durch jedes beliebige geeignete Stützmittel abgestützt werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ermöglicht es, daß die Segmente einen Rumpfabschnitt, der gegenüberliegende Längskanten aufweist, und mindestens einen sich in Längsrichtung erstreckenden Randansatz aufweisen, der (i) über eine sich in radialer Richtung erstreckende Schulter mit dem Rumpfabschnitt verbunden ist und (ii) in radialer Richtung gegenüber dem Rumpfabschnitt versetzt ist und sich hinter der Schulter in Umfangsrichtung von diesem wegerstreckt und in einer Längskante endet, die in radialer Richtung gegenüber dem Rumpfkörper versetzt ist, wodurch er eine versetzte Längskante aufweist. Diese Konstruktion dient dazu, einen Umfangsspielraum zwischen der Schulter und der versetzten Längskante zu schaffen. Die versetzte Längskante eines Segments des Behälters liegt einer Längskante eines angrenzenden Segments gegenüber, so daß zumindest ein Teil der thermischen Ausdehnung der Segmente im Umfangsspielraum aufgenommen wird.
Obwohl der segmentierte Behälter aus jedem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein kann, ist es für bestimmte Ausführungsformen der Erfindung vorteilhaft, wenn der segmentierte Behälter aus einem Metall besteht, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis oder Eisenbasis besteht, z. B. aus der Gruppe, die aus rostfreiem Stahl, einer Inconel-Legierung, einer Fecral-Legierung, einer Hastelloy-Legierung und einer Incoloy-Legierung besteht. (Inconel, Fecral, Hastelloy und Incoloy sind Handelsnamen von hochtemperaturbeständigen Legierungen auf Nickel- oder Eisenbasis verschiedener Hersteller.)
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren zur Herstellung keramischer Verbundkörper geschaffen, wie es oben, unter Bezugnahme auf die Patentanmeldungen desselben Anmelders, beschrieben wurde. Das Verfahren besteht im wesentlichen aus dem Erhitzen des Grundmetalls in Gegenwart eines Oxidationsmittels auf einen Reaktionstemperaturbereich, wobei sich ein Körper aus schmelzflüssigem Metall in ausgedehntem Oberflächenkontakt mit der Füllstoffmasse bildet, und dem Umsetzen des schmelzflüssigen Grundmetalls im Reaktionstemperaturbereich mit dem Oxidationsmittel, wobei sich ein Oxidationsreaktionsprodukt bildet. Der Bereich der Reaktionstemperatur liegt oberhalb des Schmelzpunkts des Grundmetalls und unterhalb dem des Produkts. Das resultierende Produkt befindet sich in Kontakt mit und erstreckt sich zwischen dem Körper aus schmelzflüssigem Metall und dem Oxidationsmittel, und die Temperatur wird aufrecht erhalten, um das Metall schmelzflüssig zu halten und um fortschreitend schmelzflüssiges Grundmetall durch das Oxidationsreaktionsprodukt in Richtung des Oxidationsmittels und in die Füllstoffmasse hinein zu ziehen, so daß sich fortwährend Oxidationsreaktionsprodukt in der Füllstoffmasse an der Grenzfläche zwischen dem Oxidationsmittel und zuvor gebildetem Oxidationsreaktionsprodukt bildet. Die Reaktion wird für eine Zeit fortgesetzt, die ausreicht, die Füllstoffmasse unter Bildung der keramischen Verbundstruktur, die das Oxidationsreaktionsprodukt aufweist, zu infiltrieren. Die Verbesserung des Verfahrens besteht aus dem Lagern der Füllstoffmasse innerhalb eines segmentierten Behälters, wie es oben definiert wurde.
Die folgenden Begriffe haben, wie sie in dieser Beschreibung und den begleitenden Ansprüchen verwendet werden, die folgenden Bedeutungen:
"Keramik" soll nicht streng beschränkt sein auf einen keramischen Körper im klassischen Sinne, d. h. in dem Sinne, daß er vollständig aus nicht-metallischen und anorganischen Materialien besteht, sondern bezieht sich eher auf einen Körper, der entweder im Hinblick auf seine Zusammensetzung oder auf seine vorherrschenden Eigenschaften vorwiegend keramisch ist, obwohl der Körper geringe oder größere Mengen eines metallischen Bestandteils oder mehrerer metallischer Bestandteile, die vom Grundmetall abstammen oder aus dem Oxidationsmittel oder dem Dotierungsmittel durch Reduktion gewonnen wurden, am typischsten innerhalb eines Bereichs von ungefähr 1-40 Volumenprozent, der aber noch mehr Metall beinhalten kann.
"Oxidationsreaktionsprodukt" bedeutet allgemein ein Metall oder mehrere Metalle in einem oxidierten Zustand, in dem ein Metall Elektronen an ein anderes Element, eine andere Verbindung oder eine Kombination davon abgegeben hat oder Elektronen mit diesen teilt. Dementsprechend umfaßt ein "Oxidationsreaktionsprodukt" nach dieser Definition das Produkt der Reaktion von einem oder mehreren Metallen mit einem Oxidationsmittel, wie z. B. den in dieser Anmeldung beschriebenen.
"Oxidationsmittel" bedeutet einen oder mehrere Elektronenakzeptor(en) oder Elektronen teilende(n) Stoff(e) und kann bei den Prozeßbedingungen ein Festkörper, eine Flüssigkeit oder ein Gas (Dampf) oder eine Kombination von diesen, z. B. ein Festkörper und ein Gas, sein.
"Grundmetall" bezieht sich auf dasjenige Metall, z. B. Aluminium, das den Vorläufer des polykristallinen Oxidationsreaktionsprodukts darstellt, und beinhaltet dieses Metall als relativ reines Metall, als kommerziell verfügbares Metall mit Verunreinigungen und/oder legierenden Bestandteilen oder als eine Legierung, in der der Metallvorläufer den Hauptbestandteil darstellt; und wenn ein bestimmtes Metall als das Grundmetall erwähnt wird, z. B. Aluminium, dann sollte dieses angegebene Metall unter Beachtung dieser Definition gelesen werden, es sei denn, aus dem Zusammenhang geht etwas anderes hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Aufsicht, teilweise im Querschnitt, auf eine einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entsprechende Baugruppe, zu der ein segmentierter Behälter gehört;
Fig. 1A ist eine im vergrößerten Maßstab gezeigte Ansicht eines Teils der Baugruppe aus Fig. 1, der mit einer gestrichelten Linie eingegrenzten Fläche A der Fig. 1;
Fig. 1B ist eine im vergrößerten Maßstab gezeigte Ansicht entlang der Linie B-B in Fig. 1,
Fig. 1C ist eine perspektivische Ansicht im verkleinerten Maßstab eines Segments des in den Fig. 1-1B dargestellten segmentierten Behälters;
Fig. 2 ist eine Ansicht der Baugruppe aus Fig. 1 von oben im leicht verkleinerten Maßstab;
Fig. 3 ist eine Aufsicht, teilweise im Querschnitt, auf eine selbsttragende keramische Verbundstruktur, die unter Verwendung der Baugruppe aus Fig. 1 hergestellt wurde;
Fig. 4 ist eine schematische ebene Ansicht einer der Dehnungsfugen des segmentierten Behälters der Baugruppe der Fig. 1-2, die ihre thermisch ausgedehnte Konfiguration in gestrichelten Linien zeigt; und
Fig. 5 ist eine der Fig. 4 entsprechende Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer Dehnungsfuge zeigt;
Fig. 6 ist eine perspektivische Aufsicht, teilweise im Querschnitt, die eine weitere Ausführungsform eines segmentierten Behälters entsprechend der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 7 ist eine ebene Ansicht des segmentierten Behälters aus Fig. 5 von oben, der mit einem Sieb aus rostfreiem Stahl ausgerüstet ist, das ein löchriges Auskleidemittel darstellt, das den segmentierten Behälter auskleidet, wobei die Fig. 7 die thermisch expandierte Konfiguration des segmentierten Behälters in gestrichelten Linien zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND IHRER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Das folgende bezieht sich auf die Zeichnungen. Die Fig. 1 zeigt eine Baugruppe 10, die aus einem segmentierten Behälter 12 besteht, der im wesentlichen von zylindrischer Form ist und aus den drei Segmenten 12a, 12b und 12c besteht, wie man am besten in der Fig. 1B sehen kann. Jedes der Segmente 12a, 12b und 12c endet in einem Paar sich gegenüberliegender Längskanten 16a, 16a', 16b, 16b', und 16c, 16c'. Der segmentierte Behälter 12 ist perforiert gestaltet, wobei jedes der Segmente 12a, 12b und 12c ein regelmäßiges Perforationsmuster 14 aufweist. Die einzelnen Segmente 12a, 12b und 12c sind so zueinander angeordnet, daß sie ein im wesentlichen zylindrisches inneres Volumen des segmentierten Behälters 12 festlegen, in dem ein Bett oder eine Masse 18 aus durchlässigem Füllstoff gelagert ist.
Wie man am besten in den Fig. 1B und 2 sehen kann, sind die Segmente 12a, 12b und 12c des segmentierten Behälters 12 in einer versetzten oder "Anschlagsrad"-artigen Anordnung angeordnet, wie in der Fig. 1B gezeigt ist, wobei die aufeinanderfolgenden der Längskanten 16a, 16a', 16b, 16b', 16c, 16c' in alternierenden radialen "innen/außen" Abfolgen radial versetzt angeordnet sind gegenüber der an sie angrenzenden Längskante, so daß Dehnungsfugen zwischen aneinandergrenzenden Längskanten, wie z. B. den Kanten 16c und 16a, gebildet werden. Das heißt, die aneinandergrenzenden Längskanten sind radial gegeneinander versetzt. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, und wie es hier und in den Ansprüchen verwendet wird, bedeutet "radial" oder dergleichen bezüglich einer Richtung, Ausdehnung oder dergleichen eine Richtung, die sich quer zum Umfang des segmentierten Behälters erstreckt, z. B. bezieht es sich, unter Bezugnahme auf Fig. 1B, auf eine Richtung entlang des Radius des Kreises, der annähernd durch die Anordnung der Segmente 12a, 12b und 12c gebildet wird. Dagegen bedeutet "Umfangs. . ." oder dergleichen eine Richtung oder Ausdehnung entlang des Umfangs des segmentierten Behälters. Z.B. verläuft in Fig. 1B eine Umfangsrichtung oder - ausdehnung entlang des Kreises, der annähernd durch die oberen Randkanten der Segmente 12a, 12b und 12c gebildet wird.
In den dargestellten Ausführungsformen sind die segmentierten Behälter im allgemeinen von runder zylindrischer Form, und sie bestehen aus drei Segmenten, von denen sich jedes über ungefähr 120º des Kreisbogens erstreckt. Es ist offensichtlich, daß eine größere oder kleinere Zahl von Segmenten verwendet werden kann. Die Fig. 1C ist eine perspektivische Ansicht des Segments 12b allein, die die Längskanten 16b bzw. 16b', die sich zwischen der oberen Umfangskante 19b und der unteren Umfangskante 21b erstrecken, zeigt.
Die Längskanten, die die jeweiligen dargestellten Segmente festlegen, sind gerade Kanten, die sich parallel zur Längsachse des segmentierten Behälters erstrecken. Es versteht sich dabei, daß auch andere Konfigurationen der Längskanten verwendet werden können, wie z. B. spiralige oder andere gebogene Längskanten, die sich zwischen der oberen und der unteren Umfangskante des Behälters erstrecken. Weiterhin braucht der segmentierte Behälter nicht über die ganze Ausdehnung von konstantem Querschnitt zu sein, sondern er kann im großen und ganzen auch einen Kegel, eine Kugel, eine Halbkugel oder eine andere gewünschte Form bilden. Und außerdem muß der segmentierte Behälter nicht von runder zylindrischer Form sein, sondern er könnte auch ein Zylinder mit ovalem oder vieleckigem Querschnitt sein. Z.B. könnten die Seiten eines Zylinders mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt aus flachen Segmenten bestehen, die zwischen sich Dehnungsfugen aufweisen. Sicherungsvorrichtungen (die nicht gezeigt sind) können verwendet werden, um die Segmente des Behälters an Ort und Stelle zu halten. Z.B. kann Umführungsband aus einem organischen polymeren Material, das beim Erhitzen verbrennt oder verdampft, verwendet werden, um die Segmente vorübergehend an Ort und Stelle zu halten, während der segmentierte Behälter gefüllt wird und das Stützmittel 30, bestehend aus dem zylindrischen Gefäß 32 und den Brocken 36, um ihn herum angebracht wird. Es kann jede andere geeignete Vorrichtung verwendet werden, um die Segmente in der richtigen Ausrichtung zu halten, wie z. B. Beilagen, Abstandshalter oder Befestigungsschellen, vorausgesetzt, daß diese Vorrichtungen die gewünschte Richtung der lateralen Ausdehnung der einzelnen Segmente des segmentierten Behälters nicht beeinflussen. Die Kanten der Segmente, d. h. die Randkanten und zurückliegenden Kanten, zwischen denen die Dehnungsfugen der dargestellten Ausführungsformen gebildet werden, erstrecken sich im allgemeinen in der Längsrichtung des segmentierten Behälters von seiner Oberseite zu seiner Unterseite.
Ein Quellenkörper 20 aus Grundmetall ist im wesentlichen von zylindrischer Form und von rundem Querschnitt und besitzt ein Paar scheibenförmiger, in ihm gebildeter Vorsprünge 22 und 24. Ein Reservoirkörper 26 aus dem gleichen Grundmetall wird über dem Körper 20 angebracht und ist mit ihm verbunden. Das Reservoir 26 kann in einem Bett 28 aus teilchenförmigem Sperrmaterial enthalten sein, das das Wachstum des polykristallinen Oxidationsreaktionsprodukts durch es hindurch unter den Prozeßbedingungen nicht fördert, wie z. B. einem Bett aus Teilchen aus E1 Alundum (Aluminiumoxidteilchen, die von Norton Company bezogen werden können), bei Verwendung eines Grundmetalls aus Aluminiumlegierung (10% Si, 3% Mg) in Luft bei 1250ºC. Die Teilchen können von jeder geeigneten Grit-Größe sein, wie z. B. 90 Grit. So erstreckt sich im segmentierten Behälter 12 das Bett 18 aus durchlässigem Füllstoff von der unteren Umfangskante 21 des Behälters 12 bis ungefähr zu der Höhe nach oben, die durch die Ebene X-X in Fig. 1 festgelegt wird, und das Bett 28 aus Sperrmittel erstreckt sich von oberhalb der Ebene X-X bis zur oberen Umfangskante 19 des Behälters 12. Wenn es gewünscht wird, kann ein feste Sperre, wie z. B. eine Platte aus rostfreiem Stahl, auf der Höhe X-X angebracht werden, um das Bett 18 aus Füllstoff vom Bett 28 aus Sperrmittel zu trennen. Im Falle ihrer Verwendung würde eine derartige Platte ein Loch enthalten, um den Durchtritt des schmelzflüssigen Grundmetalls vom Reservoir 26 zum Grundmetallkörper 20 zu ermöglichen.
Eine Stützvorrichtung wird allgemein als 30 bezeichnet (Fig. 1, 1B und 2) und besteht aus einem zylindrischen Gefäß 32, das eine geschlossene untere Wand 32a (Fig. 1) und eine Reihe von Perforationen 34, die in seiner senkrechten Seitenwand angebracht sind, aufweist. Das zylindrische Gefäß 32 kann, wenn es gewünscht wird, aus einem Material, z. B. einem Keramikmaterial, hergestellt sein, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der mit dem des Betts 18 aus Füllstoff identisch ist oder nahe bei ihm liegt. Das zylindrische Gefäß 32 hat einen größeren Durchmesser als der segmentierte Behälter 12, und der resultierende ringförmige Raum zwischen der äußeren Peripherie des segmentierten Behälters 12 und der inneren Peripherie des zylindrischen Gefäßes 32 ist mit großen Brocken 36 aus zerkleinertem Keramikmaterial gefüllt. Im Idealfall bestehen die Brocken 36 aus einem Material, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzt, der mit dem des zylindrischen Gefäßes 32 und dem des Füllstoffbetts 18 identisch ist oder nahe bei ihnen liegt. Die Brocken 36 aus zerkleinertem Keramikmaterial sind groß und unregelmäßig geformt, so daß viel Zwischenraum zwischen ihnen besteht. Auf diese Weise hat ein Dampfphasenoxidationsmittel, wie z. B. Luft, leichten Zugang durch die Perforationen 34, die Zwischenräume zwischen den Fragmenten 36 und die Perforationen 14 des segmentierten Behälters 12 und von dort durch das Bett 18 aus durchlässigem Füllstoff.
Ein Auskleidemittel, das in den dargestellten Ausführungsformen aus einem Sieb 38 aus rostfreiem Stahl besteht (wie man am besten in den Fig. 1A und 1B sehen kann), kleidet das Innere des segmentierten Behälters 12 aus und dient dazu zu verhindern, daß die kleinen Teilchen des Füllstoffbetts 18 durch die Perforationen 14 im segmentierten Behälter 12 fallen.
In einer typischen Ausführungsform bestehen der Grundmetallkörper 20 und das Reservoir 26 beide aus einem Aluminiumgrundmetall, und das Bett 18 aus durchlässigem Füllstoff besteht aus einem beliebigen geeigneten Füllstoffmaterial, wie z. B. denjenigen, die hier an anderer Stelle beschrieben werden. Der segmentierte Behälter 12 kann aus einer Hochtemperaturlegierung auf Nickel- oder Eisenbasis, wie z. B. Inconel, Hastelloy oder Incoloy, oder aus rostfreiem Stahl oder jedem beliebigen anderen Metall oder jeder beliebigen anderen Legierung bestehen. Typischerweise haben derartige Legierungen thermische Ausdehnungskoeffizienten, die größer als diejenigen des Füllstoffbetts 18 und des polykristallinen Keramikmaterials, das durch die Oxidation des schmelzflüssigen Grundmetalls gebildet wird, sind. Die in Fig. 1 dargestellte Baugruppe kann in einen Schmelzofen gebracht werden, der gegenüber der Atmosphäre offen ist, so daß Luft in ihm zirkuliert und als Dampfphasenoxidationsmittel dient. Die Baugruppe wird auf eine Temperatur innerhalb eines gewünschten Temperaturbereichs über dem Schmelzpunkt des, beispielsweise, Aluminiumgrundmetalls, aber unter dem Schmelzpunkt seines Oxidationsreaktionsprodukts, das beim Kontakt des Grundmetalls mit einem Oxidationsmittel, wie z. B. dem Sauerstoff in der Luft, gebildet wird. Beim Erhitzen auf derartig erhöhte Temperaturen dehnen sich die Segmente 12a, 12b und 12c des segmentierten Behälters 12 in einem deutlich größeren Maße aus, als es das Bett 18 tut.
Beim Erhitzen der Baugruppe wird viel der thermischen Ausdehnung der Segmente 12a, 12b und 12c, wie in Fig. 4 gezeigt ist, durch die Umfangsausdehnung der einzelnen Segmente 12a, 12b und 12c aufgenommen. So sind in Fig. 4 (wie auch in den Fig. 5 und 7) die Segmente des segmentierten Behälters in durchgezogenen Linien im Zustand bei Umgebungstemperatur und in gestrichelten Linien im thermisch ausgedehnten Zustand, der erreicht wurde, als die Baugruppe auf den Bereich der Arbeitstemperatur des Prozesses erhitzt wurde, wiedergegeben. Das Ausmaß der thermischen Ausdehnung, das durch die gestrichelte Linie in den Fig. 4, 5 und 7 angegeben ist, ist nicht in irgendeinem bestimmten Maßstab gezeichnet und ist etwas übertrieben, um die Illustration anschaulicher zu machen. Unter Bezugnahme auf Fig. 4 wird darauf hingewiesen, daß die dargestellte Anordnung die Aufnahme der thermischen Ausdehnung der Segmente durch Umfangsausdehnung bis zu der durch die gestrichelten Linien angegebenen Konfiguration erlaubt, wodurch eine radiale Ausdehnung der Segmente verhindert und somit die Volumenausdehnung des Behälters 12 verringert wird.
Der Einsatz des Behälters in Form eines segmentierten Behälters mit Dehnungsfugen zwischen den Segmenten vermindert somit die Volumenausdehnung des Behälters bei der thermischen Ausdehnung der einzelnen Segmente. Wenn dagegen der segmentierte Behälter 12 in Form eines einfachen unsegmentierten zylindrischen Mantels eingesetzt würde, dann würde die thermische Ausdehnung, die der Zylinder beim Erhitzen auf die erhöhte Temperatur, die im Prozeß zur Anwendung kommt, zu einer Vergrößerung des Volumens des Behälters führen, da er sich beim Erhitzen radial nach außen ausdehnt. Durch das Segmentieren des Behälters und das Schaffen von Dehnungsfugen zwischen den Segmenten, wie z. B. in den Fig. 1B und 4 veranschaulicht ist, wird die volumetrische Ausdehnung des Behälters 12 vermindert und, demnach, die Bildung von Hohlräumen, Sprüngen und anderen Unterbrechungen im Bett 18 beim Erhitzen vermindert oder im wesentlichen ausgeschaltet.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Dehnungsfuge, die entsprechend der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, wobei die zusammenliegenden Längskanten 25c' und 25b der Segmente 23c und 23b aneinander angrenzen, aber deutlich weiter auseinanderliegen als die sich entsprechenden Längskanten 16c' und 16b der Ausführungsform aus Fig. 4. Ein Verlängerungsstück 17, das sich in Längsrichtung in der gleichen Richtung erstreckt wie die Segmente 23c und 23b, ist an das Segment 23c geschweißt oder auf sonstige Art mit ihm verbunden und erstreckt sich lateral über seine Längskante 25c' hinaus, so daß es in etwa anliegend an den Umfang der Längskante 25b endet. Das Verlängerungsstück 17 dient dazu, die ziemlich große Umfangsfuge, die zwischen den Längskanten 25c' und 25b besteht, abzudecken, wodurch es dazu beiträgt, ein Sieb oder ein anderes Auskleidemittel abzustützen, das verwendet werden kann, wenn es gewünscht wird, und/oder dabei hilft, die Füllstoffteilchen im segmentierten Behälter 23 zu halten. Bei der thermischen Ausdehnung der Segmente des segmentierten Behälters 23 dehnen sich die Segmente und das zugehörige Verlängerungsstück 17 gegenüber ihrem Zustand bei Umgebungstemperatur, der in durchgezogenen Linien gezeigt ist, auf ihre thermisch ausgedehnte Konfiguration aus, die in Fig. 5 mit gestrichelten Linien dargestellt ist.
Die Baugruppe aus Fig. 1 wird für eine Zeit, die ausreicht, das schmelzflüssige Grundmetall unter Bildung des polykristallinen Oxidationsreaktionsprodukts, welches den Füllstoff 18 unter Bildung des gewünschten keramischen Verbundmaterials infiltriert und einbettet, zu oxidieren, auf einer geeigneten Reaktionstemperatur gehalten. Wenn das Grundmetall 20 verbraucht wird, wird es durch Grundmetall aus dem Reservoir 26 aufgefüllt, und die Reaktion wird für die gewünschte Zeitspanne fortgesetzt, gewöhnlich bis das wachsende polykristalline keramische Material die Sperre erreicht, die durch das Auskleidemittel gebildet wird, das aus dem Sieb 38 besteht, das den segmentierten Behälter 12 auskleidet. An diesem Punkt wird die Temperatur erniedrigt, und man läßt die Baugruppe abkühlen. Der segmentierte Behälter 12 wird aus dem Stützmittel 30 entfernt und der keramische Verbundkörper 40 (Fig. 3) von ihm abgetrennt. Der keramische Verbundkörper 40 kann durch Schneiden entlang der Ebene X-X (Fig. 1) oder entlang einer Ebene, die geringfügig unter der Ebene X-X liegt, erhalten werden, wodurch ein im wesentlichen zylindrischer keramischer Verbundkörper 40 mit einem Inneren geschaffen wird, das die Form des Grundmetalls 20 umgekehrt wiederholt. So hat der keramische Körper 40 einen zentralen Hohlraum 20' einschließlich vergrößerter Kammern 22' und 24', welche mit wiederverfestigtem Grundmetall gefüllt sein können, wenn das Grundmetall in ausreichendem Maß ersetzt wurde, um diese Volumina bis zum vollständigen Ablauf der Reaktion mit schmelzflüssigem Grundmetall gefüllt zu halten. Wenn es gewünscht wird, kann das wiederverfestigte Grundmetall, z. B. wiederverfestigtes Aluminium, aus dem keramischen Verbundkörper 40 durch Bohren oder Ätzen mit Chemikalien entfernt werden, wobei ein keramischer Körper 40 mit einem hohlen Kanal entsteht, der dem Hohlraum 20' entspricht und der sich durch ihn hindurch erstreckt und zu dem auch die vergrößerten hohlen Kammern 22' und 24' gehören.
In den Fig. 6 und 7 wird eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, in der ein segmentierter Behälter 42 aus drei Segmenten 42a, 42b und 42c besteht, von denen jedes gegenüberliegende Längskanten 44a, 44a'; 44b, 44b' und 44c, 44c' aufweist. Die jeweiligen oberen Randkanten 45a, 45b und 45c und die jeweiligen unteren Randkanten 47a und 47c sind in Fig. 6 gezeigt. (Die untere Randkante von Segment 42b ist in Fig. 6 nicht sichtbar.) Das Segment 42a, wie es in Fig. 6 gezeigt wird, ist durch eine Vielzahl von Perforationen 49, die über die gesamte Oberfläche des Segments 42a verteilt sind, perforiert, wobei zur Vereinfachung der Zeichnung nicht alle gezeigt sind. Die Segmente 42b und 42c sind, zur Veranschaulichung, so dargestellt, daß sie keine Perforation enthalten. Es versteht sich dabei, daß üblicherweise alle Segmente eines Behälters entweder perforiert oder nicht perforiert sind, um entweder einen vollständig perforierten oder einen nicht perforierten Behälter zu schaffen.
Ein Auskleidemittel 46 besteht aus einem Sieb aus rostfreiem Stahl und stellt eine Auskleidung für das Innere des segmentierten Behälters 42 dar. (Das Auskleidemittel 46 ist aus Fig. 6 weggelassen, um die Illustration übersichtlicher zu machen.) In dieser Ausführungsform besitzt jedes der Segmente 42a, 42b und 42c einen Randansatz 48a, 48b und 48c, der zu ihm gehört und sich radial nach außen erstreckt von den zugehörigen Rumpfabschnitten 50a, 50b und 50c, die in einer zylindrischen Ebene liegen und, in der dargestellten Ausführungsform, von gekrümmter Form sind. An der Verbindung der Randansätze 48a, 48b und 48c mit den zugehörigen Rumpfabschnitten 50a, 50b und 50c sind die Schultern 52a, 52b und 52c ausgebildet, die sich radial dazwischen erstrecken. Die Randansätze enden in den jeweiligen zugehörigen Längskanten 44a, 44b und 44c, und die entsprechenden gegenüberliegenden Längskanten 44a', 44b' und 44c' sind radial zu ihren zugehörigen Längskanten 44a, 44b und 44c nach innen versetzt. In der in den Fig. 6 und 7 illustrierten Ausführungsform kann man sehen, daß die resultierende Verbindungskonstruktion derjenigen aus Fig. 5 ähnlich ist, außer daß anstelle des Verlängerungsstücks 17, das über jede Dehnungsfuge geschweißt ist, die Randansätze 48 und der Rumpfabschnitt des jeweiligen Segments aus einem Stück hergestellt wurden, z. B. durch Stanzen.
Bei der dargestellten Konstruktion wird zwischen aneinandergrenzenden Segmenten Raum für das Umfangsspiel geschaffen. Zum Beispiel wird ein typischer Raum für das Umfangsspiel zwischen der Schulter 52c und der Längskante 44b geschaffen, und derartige Räume für das Umfangsspiel nehmen die thermische Umfangsausdehnung der Segmente 42a, 42b und 42c auf, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 7 angegeben wird, wodurch eine Volumensausdehnung des segmentierten Behälters 42 vermindert oder praktisch verhindert wird.
Das folgende Beispiel veranschaulicht eine Ausführungsform der Anwendung der Erfindung.

BEISPIEL

Die Baugruppe

Es wurde eine Baugruppe, die im großen und ganzen der in Fig. 1 dargestellten ähnlich war, geschaffen, bei der der segmentierte Behälter (entsprechend der 12 in Fig. 1) aus einem perforierten Zylinder aus rostfreiem Stahl von 0,64 mm (22 Gauge) aus einer 304-Legierung bestand, der parallel zu seiner zentralen Längsachse in drei gleich große Segmente zerschnitten war, von denen jedes somit aus einem gekrümmten Körper bestand, der 120º eines Kreisbogens begrenzte. Das Feinblech aus rostfreiem Stahl wies ein regelmäßiges Muster aus Löchern von 1,59 mm (0,0625 in) Durchmesser auf, die um zentrale Löcher von 2,38 mm (3/32 in) angeordnet waren. Verstärkende Winkelprofile, die auch aus einer 304-Legierung aus rostfreiem Stahl hergestellt waren, wurden an die äußeren Oberflächen der Segmente geschweißt, so daß sie sich in Längsrichtung der Segmente erstreckten. Die Segmente wurden in einer "Anschlagsrad"- Konfiguration angeordnet, wie in den Fig. 1B und 2 der Zeichnungen dargestellt ist, um Dehnungsfugen zwischen allen Segmenten zu schaffen. Die Winkelprofile wurden entfernt von den Längskanten angebracht, die die Dehnungsfugen festlegten, so daß sie die thermische Umfangsausdehnung der Segmente nicht behinderten. Der segmentierte Behälter hatte einen Innendurchmesser von ungefähr 19,05 cm (7,5 in).
Ein zylindrischer Körper aus Grundmetall wurde koaxial mit der zentralen Längsachse des segmentierten Behälters in diesen eingeführt und darinnen in einem Füllstoffbett (entsprechend der 18 in Fig. 1), das aus 38-Alundum von 216 um (90 Grit) (Norton Company), das wie unten beschrieben mit einem Silizium-Dotierungsmittel versehen war, eingebettet. Ein Reservoir aus Grundmetall (entsprechend der 26 in Fig. 1) wurde auf und angrenzend an einen Körper aus Grundmetall angeordnet und in einem Bett (entsprechend der 28 in Fig. 1) aus unbehandeltem 38-Alundum von 216 um (90 Grit) eingebettet. Das heißt, das Bett aus teilchenförmigem Alundum, das den Reservoirkörper einbettete, war nicht mit einem Dotierungsmittel behandelt worden. Jeder der Grundmetallkörper bestand aus einer Aluminiumlegierung, die 10 Gewichtsprozent Silizium und 3 Gewichtsprozent Magnesium enthielt, die als interne Dotierungsmittel dienen. Die Baugruppe aus dem segmentierten Behälter und seinem Inhalt wurde mit einer Stützkonstruktion des Typs, der in Fig. 1 dargestellt ist, abgestützt, die aus einem äußeren zylindrischen Gefäß (entsprechend der 32 in Fig. 1) mit Luftlöchern (entsprechend der 34 in Fig. 1) von 1,91 cm (0,75 in) Durchmesser, die in einem unregelmäßigen Muster gebohrt waren, bestand. Das zylindrische Stützgefäß war ein keramischer Körper von ungefähr 31,75 cm (12 1/2 in) Innendurchmesser, der aus einem gießbaren hitzebeständigen Aluminiumoxid hergestellt war, wie z. B. AP Greencast 94 von der AP Green Corp. Der ringförmige Raum zwischen dem zylindrischen segmentierten Behälter und dem äußeren zylindrischen Stützgefäß wurde mit großen Brocken (entsprechend der 36 in Fig. 1) aus unregelmäßig geformtem keramischem Material aus Grünguß gefüllt, das mit dem identisch war, aus dem das zylindrische Stützgefäß hergestellt war.
Ein Auskleidemittel (entsprechend der 38 in den Fig. 1 und 1B) wurde dadurch bereitgestellt, daß das Innere des segmentierten Behälters mit einem Sieb aus rostfreiem Stahl vom Typ 304 von 0,41 mm (26 Gauge) ausgekleidet wurde.

Dotieren des Füllstoffs

Siebenundneunzig Gewichtsanteile der Teilchen aus 38-Alundum von 216 um (90 Grit) wurden mit drei Gewichtsanteilen eines kommerziellen trockenen Sandes (Newport #1), bei dem 88 Gewichtsprozent aus Teilchen von 149 um (100 Mesh) oder kleiner bestanden, gemischt. Die Mischung der Teilchen wurde in einer Kugelmühle 24 Stunden gemischt und dann in einer Luftatmosphäre auf eine Temperatur von 1250ºC bis 1425ºC 24 Stunden lang erhitzt. Der Sand (Siliziumoxid) wurde glasig und verband sich mit den Aluminiumoxidteilchen. Das resultierende zusammengebackene Material wurde dann zur Gewinnung eines feinen teilchenförmigen Materials gemahlen und als der Körper aus durchlässigem Füllstoff verwendet.

Herstellung des keramischen Verbundmaterials

Die oben beschriebene Baugruppe wird in einen Schmelzofen gebracht, der zur Bereitstellung einer zirkulierenden Luftatmosphäre belüftet ist, und innerhalb von zehn Stunden von Umgebungstemperatur auf eine Temperatur von 1250ºC erhitzt, dann für einen Zeitraum von 225 Stunden bei 1250ºC gehalten, und dann innerhalb eines Zeitraums von dreißig Stunden auf Umgebungstemperatur abkühlen gelassen.
Es wurde ein keramischer Verbundkörper gebildet, der ein polykristallines Produkt der Oxidationsreaktion der schmelzflüssigen Aluminiumlegierung mit dem Oxidationsmittel Luft aufwies, das den dotierten Füllstoff einbettete. Der resultierende keramische Verbundkörper wurde aus der Baugruppe entfernt, wobei das Innere des keramischen Verbundkörpers mit einem Rest an unverbrauchtem, wiederverfestigtem Aluminiumgrundmetall von der Form des ursprünglichen Quellenkörpers aus Grundmetall gefüllt war. Der segmentierte Behälter kann als Folge der weitgehenden Oxidation und geringen Stabilität des Behälters nach dem Prozeß leicht von der Oberfläche des Verbundkörpers weggebrochen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Baugruppen angewandt werden, die eines oder mehrere der hier beschriebenen Merkmale aufweisen. Die Baugruppen können hergestellt und das Verfahren kann durchgeführt werden mit jeder geeigneten Kombination aus Grundmetall, Oxidationsmittel und, wenn es gewünscht wird, einem oder mehreren geeigneten Dotierungsmittel(n), das bzw. die zusammen mit dem Grundmetall verwendet werden. Zum Beispiel kann das Grundmetall aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus Aluminium, Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium besteht. Vorzugsweise ist das Grundmetall ein Aluminiumgrundmetall, und es wird ein Dampfphasenoxidationsmittel, das aus einem Sauerstoffenthaltenden Gas besteht, verwendet. Zum Beispiel besteht in einer Ausführungsform der Erfindung das Oxidationsmittel aus Luft, das Oxidationsreaktionsprodukt besteht aus Aluminiumoxid, und der Temperaturbereich liegt zwischen ungefähr 850ºC und 1450ºC. Wenn ein hitzebeständigeres Grundmetall eingesetzt wird, dann wird eventuell ein hitzeständigeres Metall für den Behälter benötigt.
Wie in den Patentanmeldungen desselben Anmelders offengelegt ist, enthält das polykristalline Oxidationsreaktionsprodukt in sich verbundene Kristallite, die gewöhnlich in drei Dimensionen in sich verbunden sind. Zusätzlich ist eine metallische Komponente und/oder Porosität im keramischen Körper dispergiert oder verteilt, die in Abhängigkeit von den Prozeßbedingungen, dem Grundmetall, dem Dotierungsmittel etc. in sich verbunden sein kann, aber nicht sein muß.
Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wird der Prozeß fortgesetzt, bis das polykristalline Oxidationsreaktionsprodukt, das bei der Oxidation des Grundmetalls gebildet wird das Füllstoffmaterial bis zum gewünschten Ausmaß infiltriert und eingebettet hat, was durch Wachsenlassen des polykristallinen Materials, bis es in Kontakt mit der inneren Oberfläche des segmentierten Behälters oder dem Auskleidemittel, das ihn auskleidet, steht, gesteuert werden kann. Der segmentierte Behälter oder das Auskleidemittel dient als Sperre gegen ein weiteres Wachstum des polykristallinen keramischen Materials und kann somit als ein Sperr- oder Stopmittel verwendet werden, das dazu dient, die Geometrie der äußeren Oberfläche des keramischen Verbundmaterials festzulegen.
Das Grundmetall kann, wenn es gewünscht wird, so angeordnet werden, daß es ein Reservoir aus Grundmetall bildet, das eine Quelle aus Grundmetall auffüllt, die sich in Kontakt mit dem Körper oder der Masse des Füllstoffs befindet, entsprechend den Verfahren, die in der EP-A-262075 (nicht vorveröffentlicht) desselben Anmelders offengelegt sind. Das Grundmetallreservoir fließt, der Schwerkraft folgend, und ersetzt das Grundmetall, das durch den Prozeß der Oxidationsreaktion verbraucht worden ist, wodurch sichergestellt ist, daß genügend Grundmetall für die Fortsetzung des Prozesses verfügbar ist, bis die gewünschte Menge an polykristallinem Material durch die Oxidationsreaktion gebildet worden ist.
In bestimmten Ausführungsformen der Erfindung wird die Masse aus durchlässigem Füllstoff einem geformten Grundmetall angepaßt, das in engem Kontakt mit dem Füllstoff angeordnet ist, so daß die resultierende Struktur aus keramischem Verbundmaterial in sich ein negatives Muster oder einen Hohlraum oder mehrere Hohlräume enthält, die die Form oder die Geometrie des Grundmetallkörpers umgekehrt wiederholen. Zum Beispiel kann der geformte Grundmetallkörper vollständig in der Masse aus durchlässigem Füllstoff eingebettet sein, wie in der EP-A-234704 (nicht vorveröffentlicht) desselben Anmelders offengelegt ist, in welchem Falle sich durch die Wanderung des schmelzflüssigen Grundmetalls ein Hohlraum im resultierenden keramischen Verbundkörper bildet, wenn das schmelzflüssige Grundmetall oxidiert wird und das resultierende Oxidationsreaktionsprodukt das umgebende Bett aus durchlässigem Füllstoff infiltriert. Der resultierende Hohlraum wiederholt die Geometrie des geformten Grundmetallkörpers oder der Form, der bzw. die ursprünglich im Füllstoff eingebettet war. In diesem Falle sollte, da sich innerhalb des Füllstoffs ein Druckdifferential über die sich entwickelnde Schale aus Oxidationsreaktionsprodukt aufbaut, der durchlässige Füllstoff, oder zumindest eine Stützzone dieses Füllstoffs, die unmittelbar an das eingebettete geformte Grundmetall angrenzt, im entsprechenden Temperaturbereich sintern oder auf eine sonstige Weise selbstbindend sein. Ein derartiges Selbstbinden dient dazu, während der anfänglichen Wachstumsphase mechanische Stabilität zu liefern, die ausreicht, ein Zusammenbrechen der wachsenden Schale aus Oxidationsreaktionsprodukt als Folge des über sie hinweg bestehenden Druckdifferentials zu verhindern. Mit dem Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts zu ausreichender Dicke wird es stabil genug, dem Druckdifferential zu widerstehen.
Wie in der EP-A-259239 (nicht vorveröffentlicht) desselben Anmelders offengelegt ist, kann ein Teil des Grundmetallkörpers in eine gewünschte Konfiguration gebracht und der geformte Teil des Grundmetallkörpers in die Masse aus durchlässigem Füllstoff eingebettet werden, so daß ein Teil des Grundmetalls, der nicht wiederholt wird, frei von Füllstoff bleibt. In diesem Fall wird, wenn das wachsende Oxidationsreaktionsprodukt den Füllstoff infiltriert und ihn einbettet, durch die Wanderung des schmelzflüssigen Grundmetalls kein vollständig eingeschlossener Hohlraum, der von der umgebenden Atmosphäre isoliert ist, gebildet. Deshalb tritt das Problem des Druckdifferentials nicht auf, und ein selbstbindender Füllstoff ist nicht von Bedeutung, kann aber natürlich verwendet werden, wenn es gewünscht wird.
Es sollte allerdings klar sein, daß es für die Durchführung der vorliegenden Erfindung nicht wichtig ist, daß der Grundmetallkörper als geformter Körper vorliegt, der vollständig oder zum Teil im durchlässigen Füllstoff wiederholt werden soll. Zum Beispiel kann ein Grundmetall, dessen Form nicht von Bedeutung ist, oben auf das Bett aus durchlässigem Füllstoff gelegt und geschmolzen werden, oder es kann eine Masse aus schmelzflüssigem Grundmetall in Kontakt mit dem Füllstoffbett gebracht werden, so daß das daraus gebildete Oxidationsreaktionsprodukt den Füllstoff infiltriert und ihn einbettet.
Das Grundmetall kann aus einem oder mehreren Stück(en) bestehen und kann ein einfacher Zylinder, eine Stange, ein Barren oder dergleichen sein, oder er kann auf irgendeine geeignete Weise passend geformt sein, z. B. durch maschinelles Bearbeiten, Gießen, Formen, Pressen oder andere Arten zur Formgebung des Grundmetalls. Das negative Muster oder der negative Hohlraum, das (der) so im keramischen Verbundkörper gebildet wird, enthält dann das Grundmetall oder wird von diesem ausgefüllt, das sich wieder verfestigt, wenn man die Struktur nach dem Verarbeiten abkühlen läßt. Das wiederverfestigte Grundmetall kann auch, wenn es gewünscht wird, aus dem negativen Muster oder dem negativen Hohlraum, die es enthalten, entfernt werden, wie unten beschrieben werden wird. Das resultierende geformte Produkt aus keramischem Verbundmaterial umfaßt demnach einen Füllstoff, der von einer polykristallinen keramischen Matrix eingebettet wird und an ein oder mehrere Umhüllungselement(e) selbstangepaßt ist. Die keramische Matrix kann selbst, wenn es gewünscht wird, einen oder mehrere nichtoxidierte Bestandteil(e) des Grundmetalls oder Leerräume oder beides enthalten und besitzt eine Oberflächengeometrie ausgewählter Form, die von der Konfiguration des Behälters bestimmt wird, in dem das Füllstoffbett gelagert ist. (Nicht-oxidierte Bestandteile des Grundmetalls, die bei Bedarf in der keramischen Matrix verteilt sein können, sollten nicht mit der Masse an wiederverfestigtem Grundmetall verwechselt werden, die in dem negativem Muster oder Hohlraum zurückgelassen wird, der im Füllstoffbett durch den eingebetten Körper aus Grundmetall geformt wurde.)
Obwohl die Erfindung im Detail mit besonderem Bezug auf Aluminium als bevorzugtes Grundmetall beschrieben wird, gehören zu anderen geeigneten Metallen, die die Kriterien der vorliegenden Erfindung erfüllen, Silizium, Titan, Zinn, Zirkonium und Hafnium, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Zum Beispiel beinhalten bestimmte Ausführungsformen dieser Erfindung, wenn Aluminium das Grundmetall ist, alpha-Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid als das Oxidationsreaktionsprodukt; Titan als das Grundmetall und Titannitrid oder Titanborid als das Oxidationsreaktionsprodukt; Silizium als das Grundmetall und Siliziumkarbid, Siliziumborid oder Siliziumnitrid als das Oxidationsreaktionsprodukt.
Es kann ein festes, ein flüssiges oder ein Dampfphasenoxidationsmittel oder eine Kombination derartiger Oxidationsmittel verwendet werden. Zu typischen Dampfphasenoxidationsmitteln gehören z. B., ohne Einschränkung, Sauerstoff, Stickstoff, ein Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur und/oder Verbindungen und Kombinationen von diesen, z. B. Siliziumoxid (als eine Sauerstoffquelle), Methan, Ethan, Propan, Acetylen, Ethylen und Propylen (als Kohlenstoffquellen), und Mischungen, wie z. B. Luft, H&sub2;/H&sub2;O und CO/CO&sub2;, wobei die letzteren beiden (d. h. H&sub2;/H&sub2;O und CO/CO&sub2;) für die Reduzierung der Sauerstoffaktivität der Umgebung nützlich sind. Dementsprechend kann die keramische Struktur dieser Erfindung ein Oxidationsreaktionsprodukt aufweisen, das aus einem oder mehreren Oxid(en), Nitriden, Karbiden, Boriden und Oxynitriden besteht. Genauer gesagt kann das Oxidationsreaktionsprodukt z. B. aus einer oder mehreren der Verbindungen Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Siliziumborid, Aluminiumborid, Titannitrid, Zirkoniumnitrid Titanborid, Zirkoniumborid, Siliziumnitrid, Hafniumborid und Zinnoxid bestehen.
Obwohl alle geeigneten Oxidationsmittel angewandt werden können, werden im folgenden spezielle Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Verwendung von Dampfphasenoxidationsmitteln beschrieben. Wenn ein Gas- oder Dampfphasenoxidationsmittel, z. B. ein Dampfphasenoxidationsmittel, verwendet wird, ist der Füllstoff durchlässig für das Dampfphasenoxidationsmittel, so daß bei Exposition des Füllstoffbetts gegen das Oxidationsmittel das Dampfphasenoxidationsmittel das Füllstoffbett durchdringt und mit dem schmelzflüssigen Grundmetall darin in Kontakt tritt. Zum Beispiel sind Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltende Gasmischungen (einschließlich Luft) bevorzugte Dampfphasenoxidationsmittel, wie in dem Falle, daß Aluminium das Grundmetall ist, wobei Luft aus offensichtlichen wirtschaftlichen Gründen gewöhnlich stärker bevorzugt wird. Wenn für ein Dampfphasenoxidationsmittel angegeben wird, daß es ein spezielles Gas oder einen speziellen Dampf enthält oder aufweist, bedeutet das ein Oxidationsmittel, in dem das angegebene Gas oder der angegebene Dampf der alleinige, vorherrschende oder wenigstens ein wichtiger Oxidierer des Grundmetalls unter den Bedingungen ist, die in der eingesetzten oxidierenden Umgebung herrschen. Zum Beispiel ist, obwohl der Hauptbestandteil von Luft Stickstoff ist, der Sauerstoffgehalt der Luft der einzige oder vorherrschende Oxidierer des Grundmetalls, da Sauerstoff ein erheblich stärkeres Oxidationsmittel als Stickstoff ist. Luft fällt demnach unter die Definition eines Oxidationsmittels vom Typ eines "Sauerstoff enthaltenden Gases", aber nicht unter die Definition eines Oxidationsmittels vom Typ eines "Stickstoff enthaltenden Gases". Ein Beispiel für ein Oxidationsmittel vom Typ eines "Stickstoff enthaltenden Gases" ist "Formiergas", das 96 Volumenprozent Stickstoff und 4 Volumenprozent Wasserstoff enthält.
Wenn ein festes Oxidationsmittel eingesetzt wird, wird es gewöhnlich im gesamten Füllstoffbett oder in einem Teil des Bettes, der an das Grundmetall angrenzt, verteilt, in Form von mit dem Füllstoff gemischten Teilchen oder eventuell als Beschichtung auf den Teilchen des Füllstoffs. Jedes geeignete feste Oxidationsmittel kann angewandt werden einschließlich von Elementen, wie z. B. Bor, oder reduzierbaren Verbindungen, wie z. B. Siliziumdioxid oder bestimmten Boriden von geringerer thermodynamischer Stabilität als das Borid-Reaktionsprodukt des Grundmetalls. Wenn z. B. Bor oder ein reduzierbares Borid als festes Oxidationsmittel für ein Aluminiumgrundmetall verwendet wird, dann ist das resultierende Oxidationsreaktionsprodukt Aluminiumborid.
In einigen Fällen kann die Oxidationsreaktion mit einem festen Oxidationsmittel so schnell voranschreiten, daß das Oxidationsreaktionsprodukt aufgrund der exothermen Natur des Vorgangs zum Verschmelzen neigt. Dieses Geschehen kann die Einheitlichkeit der Mikrostruktur des keramischen Körpers verringern. Diese schnelle exotherme Reaktion kann dadurch vermieden werden, daß relativ inerte Füllstoffe geringer Reaktivität der Anordnung zugemischt werden. Solche Füllstoffe absorbieren die Reaktionswärme und minimieren einen möglichen thermischen Durchgeheffekt. Ein Beispiel für einen derartigen geeigneten inerten Füllstoff ist einer, der mit dem angestrebten Oxidationsreaktionsprodukt identisch ist.
Wenn ein flüssiges Oxidationsmittel eingesetzt wird, wird das gesamte Füllstoffbett oder ein an das schmelzflüssige Metall angrenzender Teil mit dem Oxidationsmittel beschichtet oder eingeweicht, um den Füllstoff zu imprägnieren. Ein Verweis auf ein flüssiges Oxidationsmittel bedeutet eines, das unter den Bedingungen der Oxidationsreaktion als Flüssigkeit vorliegt, und so kann ein flüssiges Oxidationsmittel einen festen Vorläufer besitzen, wie z. B. ein Salz, das unter den Bedingungen der Oxidationsreaktion geschmolzen ist. Alternativ kann das flüssige Oxidationsmittel ein flüssiger Vorläufer sein, z. B. eine Lösung eines Materials, das zur Imprägnierung eines Teils oder des gesamten Füllstoffs verwendet wird, und das unter den Bedingungen der Oxidationsreaktion unter Bildung einer geeigneten oxidierenden Spezies geschmolzen, oder zersetzt wird. Zu den Beispielen für flüssige Oxidationsmittel, wie sie hier definiert wurden, gehören niedrig schmelzende Gläser. Wenn ein flüssiges und/oder ein festes Oxidationsmittel, aber kein Dampfphasenoxidationsmittel, verwendet wird, dann braucht der segmentierte Behälter und jede Stützstruktur, die zusammen mit ihm verwendet wird, nicht perforiert oder von löchriger Konstruktion zu sein, um den Zutritt des Dampfphasenoxidationsmittels zu erlauben.
Es kann ein Oxidationsmittel, das bei den Verfahrensbedingungen flüssig oder fest ist, zusammen mit dem Dampfphasenoxidationsmittel eingesetzt werden. Derartige zusätzliche Oxidationsmittel können besonders nützlich zur Verstärkung der Oxidation des Grundmetalls vor allem innerhalb des Füllstoffbetts, statt jenseits seiner Oberflächenbegrenzung, sein. Das heißt, die Verwendung solcher zusätzlicher Oxidationsmittel kann innerhalb der Vorform eine Umgebung schaffen, die für die Oxidationskinetik des Grundmetalls vorteilhafter ist als die Umgebung außerhalb des Füllstoffs. Diese verbesserte Umgebung ist für eine Förderung der Entwicklung der Matrix innerhalb des Füllstoffs bis zur Grenze und für die Minimierung eines überschüssigen Wachstums vorteilhaft.
Der Füllstoff, der bei der Anwendung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann aus einem oder mehreren Material(ien) aus einer großen Zahl verschiedener Materialien, die für diesen Zweck geeignet sind, bestehen. Der Füllstoff kann ein "anpassungsfähiger" Füllstoff sein, wobei dieser Begriff, wie er hier und in den Ansprüchen verwendet wird, bedeutet, daß der Füllstoff von der Art ist, daß er in einen Behälter gegeben werden kann und sich der inneren Konfiguration des Behälters anpaßt. Ein anpassungsfähiger Füllstoff kann sich auch an den Quellenkörper aus Grundmetall anpassen, der in den Füllstoff eingebettet oder an ihn angepaßt ist, wie oben beschrieben wurde. Wenn z. B. der Füllstoff teilchenförmiges Material, wie z. B. feine Körner aus einem hitzebeständigen Metalloxid, wie z. B. Aluminiumoxid, enthält, dann paßt sich der Füllstoff an die innere Konfiguration des Behälters oder des Umhüllungselements, in dem er sich befindet, an. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß der Füllstoff in Form feiner Teilchen vorliegt, um einen anpassungsfähigen Füllstoff darzustellen. Zum Beispiel könnte der Füllstoff in Form von Fasern vorliegen, wie z. B. kurz gehackter Fasern, oder in Form eines Faserwolle-artigen Materials, z. B. in der Art von Stahlwolle. Der Füllstoff kann auch eine Kombination von zwei oder mehreren derartiger geometrischer Konfigurationen aufweisen, d. h., eine Kombination kleiner teilchenförmiger Körner und Fasern. Um einen anpassungsfähigen Füllstoff auszumachen, wie hierin verwendet, ist es nur erforderlich, daß die physische Konfiguration des Füllstoffs so beschaffen ist, daß sie es dem Füllstoff erlaubt, die Konfiguration der inneren Oberfläche des Sperrmittelbehälters, in dem er sich befindet, auszufüllen und sich ihm anzupassen. Ein derartiger anpassungsfähiger Füllstoff paßt sich auch eng an die Oberflächen des eingebetteten Körpers aus Grundmetall oder eines Teils davon an, der in die Masse aus anpassungsfähigem Füllstoff eingebettet oder dieser angepaßt ist. Es kann jede beliebige nützliche Form oder Kombination von Formen des Füllstoffs verwendet werden, wie z. B. eine oder mehrere aus Hohlkörpern, Teilchen, Pulvern, Fasern, Whiskern, Kugeln, Blasen, Stahlwolle, Platten, Aggregaten, Drähten, Stäben, Stangen, Plättchen, Schrot, Röhren, hitzebeständigem Fasergewebe, Röhrchen oder Mischungen davon. Zu geeigneten Füllstoffzusammensetzungen aus Keramik gehören Metalloxide, -karbide, - nitride und -boride wie z. B. Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Titanoxid, Hafniumoxid, Zirkoniumoxid, Titandiborid und Aluminiumnitrid.
Wie in den oben erwähnten EP-A-155831 und EP-A-169067 desselben Anmelders offengelegt wurde, kann bzw. können ein oder mehrere Dotierungsmittel verwendet werden, um das Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts aus dem schmelzflüssigen Grundmetall zu erleichtern. Ein oder mehrere Dotierungsmittel kann bzw. können in das Grundmetall einlegiert werden (EP-A-155831), oder ein oder mehrere Dotierungsmittel oder Quellen davon (wie z. B. Oxide der Dotierungsmetalle) kann bzw. können äußerlich auf die Oberfläche des geformten Grundmetalls oder in enger Nachbarschaft dazu (EP-A-169067) aufgetragen werden. Alternativ oder zusätzlich kann bzw. können in solchen Fällen in denen das wachsende Oxidationsreaktionsprodukt in den Füllstoff infiltriert ist (wie bei der in den Fig. 1-2 veranschaulichten Ausführungsform), ein oder mehrere Dotierungsmittel in den Füllstoff selbst eingebracht werden, oder der Füllstoff kann Dotierungsmittel enthalten. Es können zwei oder alle drei der vorhergehenden Techniken zusammen verwendet werden. Wenn hier und in den Ansprüchen auf ein Dotierungsmittel Bezug genommen wird, daß "zusammen mit dem Grundmetall verwendet wird", dann soll das jedes der vorhergehenden Verfahren oder eine beliebige Kombination von ihnen einschließen. Geeignete Dotierungsmittel enthalten eine Quelle von einem oder mehreren aus der Gruppe, die besteht aus Magnesium, Zink, Silizium, Germanium, Zinn, Blei, Bor, Natrium, Lithium, Kalzium, Phosphor, Yttrium und Seltenerdmetallen. Die Seltenerdmetalle werden vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym und Samarium besteht. Zum Beispiel hat sich die Kombination von Magnesium und Silizium als Dotierungsmittel bei Verwendung mit Aluminiumgrundmetallen als besonders wirksam herausgestellt, wenn das Oxidationsmittel Luft ist.
Die Strukturen aus keramischem Verbundmaterial, die durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung erhalten werden, sind gewöhnlich eine dichte, zusammenhängende Masse, in der zwischen ungefähr 5% und ungefähr 98% des Gesamtvolumens der Verbundstruktur aus einer oder mehreren, in das polykristalline Material der Matrix eingebetteten Füllstoffkomponente(n) bestehen. Das polykristalline Matrixmaterial besteht gewöhnlich, wenn Aluminium das Grundmetall und Luft oder Sauerstoff das Oxidationsmittel sind, zu ungefähr 60 Gewichtsprozent bis ungefähr 98 Gewichtsprozent (des Gewichts des polykristallinen Materials) aus zusammenhängendem alpha-Aluminiumoxid und zu ungefähr 1 Gewichtsprozent bis ungefähr 40 Gewichtsprozent (gleiche Basis) aus nichtoxidierten Bestandteilen des Grundmetalls.

Claims

1. Baugruppe zur Verwendung bei der Herstellung einer selbsttragenden keramischen Verbundstruktur, die einen Füllstoff und eine polykristalline keramische Matrix aufweist, die den genannten Füllstoff einbettet, wobei die genannte keramische Matrix ein Oxidationsreaktionsprodukt eines Grundmetalls mit einem Oxidationsmittel sowie gegebenenfalls einen oder mehrere metallische Bestandteile umfaßt, wobei die genannte Baugruppe aufweist:

(a) einen segmentierten, gegebenenfalls perforierten Behälter;

(b) eine durchlässige Masse eines gegebenenfalls formanpassenden Füllstoffs, der innerhalb des genannten Behälters angeordnet ist; und

(c) einen Körper aus Grundmetall der in Kontakt mit der genannten Füllstoffmasse angeordnet ist, wobei der genannte segmentierte Behälter wenigstens ein Segment aufweist, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer ist als der thermische Ausdehnungskoeffizient der genannten Füllstoffmasse, wobei das genannte wenigstens eine Segment solche Abmessungen aufweist und so gestaltet ist, daß dazwischen wenigstens eine Dehnungsfuge gebildet wird, die die thermische Ausdehnung des genannten wenigstens einen Segments durch Umfangsausdehnung aufnimmt, wodurch die radiale Ausdehnung des genannten segmentierten Behälters verhindert wird und die Volumenausdehnung des genannten Behälters vermindert wird.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, bei der der genannte segmentierte Behälter von zwei oder mehr Segmenten gebildet wird, die orientiert sind (i) um eine gemeinsame Achse und in einer Zylinderfläche liegend, so daß der genannte Behälter mit der gemeinsamen Achse als der Längsachse des genannten Behälters definiert wird, und (ii) mit benachbarten paarweisen Längskanten so, daß zwischen den Segmenten entsprechende Dehnungsfugen definiert werden, wodurch ein Umfangsspiel zwischen angrenzenden Segmenten geschaffen wird.

3. Baugruppe nach Anspruch 2, bei der eine der Längskanten der paarweisen Kanten in radialer Richtung gegen die andere versetzt ist.

4. Baugruppe nach Anspruch 3, bei der die genannten Segmente einen Rumpfabschnitt aufweisen, der gegenüberliegende Längskanten sowie wenigstens einen sich in Längsrichtung erstreckenden Randansatz aufweist, wobei der genannte Randansatz:

(i) über eine sich in radialer Richtung erstreckende Schulter mit dem genannten Rumpfabschnitt verbunden ist, (ii) in radialer Richtung gegenüber dem Rumpfabschnitt versetzt ist und sich hinter der Schulter in Umfangsrichtung von diesem wegerstreckt, und (iii) in einer Längskante endet, die in radialer Richtung gegenüber dem genannten Rumpfabschnitt versetzt ist, wodurch er eine versetzte Längskante aufweist, so daß dadurch ein Umfangsspielraum von der genannten Schulter bis zu der genannten versetzten Längskante geschaffen wird, wobei die versetzte Längskante eines Segments des genannten Behälters an einer Längskante eines benachbarten Segments anliegt, so daß wenigstens etwas von der thermischen Ausdehnung der genannten Segmente in dem genannten Umfangsspielraum aufgenommen wird.

5. Baugruppe nach irgendeinem der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4, bei der der genannte segmentierte Behälter eine Metalllegierung aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus nichtrostendem Stahl und Hochtemperaturlegierungen auf Nickelbasis und auf Eisenbasis besteht.

6. Baugruppe nach Anspruch 5, bei der die genannte Metallegierung ein Metall umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Inconel-Legierung, einer Fecral- Legierung, einer Hastelloy-Legierung und einer Incoloy- Legierung besteht.

7. Baugruppe nach irgendeinem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, bei der der genannte segmentierte Behälter wenigstens ein Längssegment eines zylindrischen Mantels aufweist, und bei der die genannte Baugruppe wenigstens eine, gegebenenfalls perforierte Auskleidung aufweist, die zwischen dem genannten Füllstoff und dem genannten segmentierten Container angeordnet ist.

8. Baugruppe nach irgendeinem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, die außerdem ein Abstützelement einschließt, das ein perforiertes Gefäß umfaßt, das extern zu dem genannten Behälter an diesem anliegend angeordnet ist.

9. Bei einem Verfahren zur Herstellung einer selbsttragenden keramischen Verbundstruktur, die durch Oxidation eines Grundmetalls in Gegenwart einer durchlässigen Füllstoffmasse gebildet wird, das die Schritte umfaßt:

(a) Erhitzen des genannten Grundmetalls in Gegenwart eines Oxidationsmittels auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des genannten Grundmetalls, jedoch unterhalb des Schmelzpunkts irgendeines gebildeten Oxidationsreaktionsprodukts, um einen Körper aus schmelzflüssigem Metall zu bilden, der sich im Oberflächenkontakt mit einer Füllstoffmasse befindet, und Umsetzen des genannten schmelzflüssigen Grundmetalls mit dem genannten Oxidationsmittel bei der genannten Temperatur, um ein Oxidationsreaktionsprodukt zu bilden, wobei dieses Produkt mit dem Körper aus schmelzflüssigem Metall und dem genannten Oxidationsmittel in Kontakt ist und sich zwischen diesen erstreckt;

(b) Aufrechterhalten der Temperatur, um das Grundmetall geschmolzen zu halten, und fortgesetztes Hindurchsaugen des Grundmetalls durch das Oxidationsreaktionsprodukt zu dem Oxidationsmittel und in die genannte Füllstoffmasse hinein, so daß sich fortgesetzt frisches Oxidationsreaktionsprodukt innerhalb der genannten Füllstoffmasse an der Grenzfläche zwischen dem Oxidationsmittel und vorher gebildetem Oxidationsreaktionsprodukt bildet; und

(c) Fortsetzen der genannten Umsetzung für einen Zeitraum, der ausreicht, die genannte Füllstoffmasse unter Erzeugung der genannten keramischen Verbundstruktur, die das genannte Oxidationsreaktionsprodukt aufweist, zu infiltrieren,

die Verbesserung, die die Anordnung der genannten Füllstoffmasse innerhalb eines segmentierten, gegebenenfalls perforierten Behälters umfaßt, der wenigstens ein Segment aufweist, das einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, der größer ist als der der genannten Füllstoffmasse, wobei das genannte wenigstens eine Segment solche Abmessungen aufweist und so gestaltet ist, daß dazwischen wenigstens eine Dehnungsfuge gebildet wird, die eine solche Wirkung hat, daß sie die thermische Ausdehnung des genannten wenigstens einen Segments durch Umfangsausdehnung aufnimmt, wodurch eine radiale Ausdehnung des genannten wenigstens einen Segments inhibiert wird und die Volumenausdehnung des genannten Behälters vermindert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der genannte Füllstoff ein formanpassender Füllstoff ist.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, das die Verwendung von wenigstens einem Dotierungsmaterial in Verbindung mit dem Grundmetall einschließt.

12. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9, 10 oder 11, bei dem der genannte segmentierte Behälter von zwei oder mehr Segmenten gebildet wird, die orientiert sind (i) um eine gemeinsame Achse und in einer Zylinderfläche liegend, so daß der genannte Behälter mit der gemeinsamen Achse als der Längsachse des genannten Behälters definiert wird, und (ii) mit benachbarten paarweisen Längskanten so, daß zwischen den Segmenten entsprechende Dehnungsfugen definiert werden, wodurch ein Umfangsspiel zwischen angrenzenden Segmenten geschaffen wird.