DE69005163T2

DE69005163T2 - Verfahren zur Herstellung selbsttragender Aluminiumtitanatverbundstoffe und diesbezügliche Produkte.

Info

Publication number: DE69005163T2
Application number: DE90630026T
Authority: DE
Inventors: Edward Macnally Anderson; Thomas Alfred Johnson
Original assignee: Lanxide Technology Co LP
Current assignee: Lanxide Technology Co LP
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1990-01-25
Publication date: 1994-04-28
Anticipated expiration: 2010-01-26
Also published as: CN1044645A; PT92992B; FI95460C; NO900141D0; BR9000356A; IL92397A0; KR900011687A; NZ232048A; MX173566B; DE69005163D1; AU4779190A; AU636126B2; IE64162B1; CA2007604A1; EP0388348A1; KR0134955B1; JP3105514B2; PT92992A; FI900203A0; IE900116L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf selbsttragende poröse keramische Verbundkörper und auf Verfahren zur Herstellung derartiger Gegenstände in fertiger oder nahezu fertiger Form, wobei diese Körper hervorragende thermische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Die Erfindung betrifft auch die Herstellung von Verbundkörpern aus Keramik und Metall, die in sie eingearbeitete keramische Gegenstände enthalten.

Hintergrund der Erfindung

In der Vergangenheit hat es zahlreiche Versuche gegeben, ein relativ Preiswertes keramisches Material zu erhalten, das bestimmte gewünschte Eigenschaften aufweist, wie z.B. Widerstandsfähigkeit gegen Wärmestoß, Fähigkeit zur Funktion als Wärmeisoliermaterial, hohe mechanische Stabilität, niedrige Wärmeausdehnungszahl, die Fähigkeit zur Bildung des keramischen Materials in fertiger oder nahezu fertiger Form, die Fähigkeit, beim Erhitzen (z.B. Sintern) nur geringfügig oder gar nicht zu schrumpfen, und die Fähigkeit, daß derartige Körper preiswert hergestellt werden können. Es ist eine schwierige technische Aufgabe, einen Körper zu schaffen, der alle vorher erwähnten erwünschten Eigenschaften aufweist. Bis heute hat man dieses Ziel nicht vollständig erreichen können.
Eine erste praktische Anwendung für einen keramischen Körper, der die oben diskutierten Eigenschaften besitzt, liegt in der Verwendung des Körpers als eine wärmeisolierende Röhre oder Form im Inneren eines Metallkörpers. Zum Beispiel können für Anwendungen, bei denen es erforderlich ist, daß heiße Gase durch einen Metallkörper fließen, eine keramische Röhre oder ein keramischer Kanal als eine Auskleidung verwendet werden, die im Inneren des Metallkörpers eingeschlossen ist, wodurch sie einen Kanal für den Durchstrom des heißen Gases definieren. Für derartige Anwendungen ist es erforderlich, daß die keramischen Gegenstände geeignete wärmeisolierende Eigenschaften besitzen.
Ein praktisches und kostengünstiges Verfahren zur Bildung eines Verbundkörpers, der als integralen Bestandteil eine Keramik enthält, die von einer Masse aus Metall umgeben ist, erfordert das Verfestigen eines gegossenen, schmelzflüssigen Metalls um einen keramischen Gegenstand herum. Jedoch reißt der keramische Körper oft aufgrund des Wärmestoßes, zu dem es während des Gießens kommt. Weiterhin kann, wenn das gegossene Metall fest wird und sich um den keramischen Gegenstand herum abkühlt, ein Zusammenziehen des umgebenden Metalls erfolgen, so daß es zu hohen Druckspannungen in dem keramischen Gegenstand kommen kann, welche ebenfalls zu einer Zerstörung der Keramik führen können. Insbesondere unterscheiden sich die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Keramik und des Metalls typischerweise voneinander, so daß die Spannungen, die auf den keramischen Gegenstand ausgeübt werden, zur Einleitung einer Rißbildung und/oder sprunghaftem Vollausfall der Keramik führen können. Eine derartige Einleitung einer Rißbildung und/oder ein derartiger sprunghafter Vollausfall waren besonders bei keramischen Gegenständen niedriger Stabilität und hohler Struktur ausgeprägt. Darüber hinaus war die Einleitung einer Rißbildung im und/oder ein Versagens beim gegossenen Metall bei bestimmten Anwendungen ebenfalls ein Problem. Zum Beispiel kann, wenn das Metall, das die Keramik umgibt, dünn ist, das größere Ausmaß der Kontraktion des Metalls während des Abkühlens in Zugspannungen im Metall resulfieren, die zu seinem Nachgeben oder Versagen führen können.
Eine dem Fachmann bekannte Technik zur Verminderung der auftretenden unerwünschten Spannungen erfordert die Verwendung von keramischen Gegenständen, die relativ dicke, poröse Überzüge oder Schichten eines Materials aufweisen. Jedoch können Verbundkörper aus Keramik und Metall, die dicke Beschichtungen auf einem keramischen Gegenstand aufweisen, aufgrund des Vorkommens relativ dicker und instabiler Schichten zwischen dem Metall und der Keramik anfällig gegenüber physikalischem Schaden sein. Darüber hinaus kann es schwierig, und in manchen Fällen teuer, sein, derartige Schichten aufzutragen. Weiterhin kann für bestimmte Anwendungen die Anwesenheit einer Beschichtung völlig unakzeptabel sein. Weiterhin kann aufgrund der Erfordernisse bezüglich spezifischer mechanischer Eigenschaften eines keramischen Körpers die Fähigkeit zur Bereitstellung gewünschter thermischer Eigenschaften stark vermindert sein.
Eine spezielle Anwendung, die das Anordnen eines keramischen Gegenstandes innerhalb einer Masse aus Metall beinhaltet, ist eine Auspuffmündung für einen Motor (z.B. einen Verbrennungsmotor). Genauer gesagt wäre ein keramischer Gegenstand, der durch einen Gießvorgang mit schmelzflüssigem Metall umgeben werden kann (z.B. umgeben von schmelzflüssigen Metallen wie z.B. Aluminium und Eisen), ohne daß es zu einer erheblichen Beschädigung der Keramik oder des Metalls, das gegossen wurde und sich abgekühlt hat, kommt, vorteilhaft für die Herstellung von Gegenständen wie z.B. Auskleidungen von Auspuffmündungen für Autos.
Es besteht demnach ein Bedarf an einer kostengünstigen, zuverlässigen Materialzusammensetzung, um sicherzustellen, daß keramische Gegenstände die Spannungen überstehen, die mit Metallgießoperationen verbunden sind, so daß strukturell einwandfreie Verbundkörper aus Keramik und Metall erhalten werden. Besonders besteht ein Bedarf daran, sicherzustellen, daß schmelzflüssiges Metall um einen keramischen Gegenstand gegossen werden kann, ohne die mechanischen Eigenschaften der Keramik zu beeinträchtigen, und ohne die mechanischen Eigenschaften des Verbundkörpers oder der Anordnung aus Keramik und Metall zu beeinträchtigen. Zusätzlich besteht ein Bedarf daran sicherzustellen, daß wenn schmelzflüssiges Metall um einen keramischen Gegenstand gegossen wird und die Dicke des abkühlenden Metalls dünn im Vergleich zur Dicke des keramischen Gegenstandes ist und/oder die Zugfestigkeit des Metalls gering im Vergleich zur Druckfestigkeit der Keramik ist, das Metall dann nicht aufgrund der Entwicklung von Zugspannungen darin reißt.
Eine weitere praktische Anwendung für ein keramisches Verbundmaterial, das die oben diskutierten mechanischen Eigenschaften aufweist, ist die Verwendung des Materials in einem Turbinendeckband. Das Deckband ist der nicht rotierende zylindrische Teil, der die Spitzen der Turbinenschaufeln umgibt. Die Umgebung, der ein Turbinendeckband ausgesetzt ist, ist eine, die einen Körper erfordert, der thermisch isoliert, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Wärmestoß besitzt, eine niedrige Wärmeausdehnungszahl hat etc. Darüber hinaus können sich in einigen Fällen die Turbinenschaufeln einer Turbine aufgrund der Wärmeenergie ausdehnen und das Turbinendeckband berühren (z.B. gegen es reiben). Zum Beispiel sind, wenn man eine neue Turbine anlaufen läßt, die Turbinenschaufeln in einigen Fällen so konstruiert, daß sie das Turbinendeckband berühren. Dieses absichtliche Berühren wird 50 bewerkstelligt daß das Deckband durch die Enden der Turbinenschaufeln abgetragen oder abgespant wird, so daß der Spielraum zwischen den Schaufelenden und dem Deckband minimiert wird. Durch das Minimieren dieses Spielraums wird das unerwünschte Austreten der Arbeitsflüssigkeit minimiert. Wenn diese Berührung stattfindet, könnten die Turbinenschaufeln des Motors beschädigt werden und plötzlich versagen (z.B. brechen). Wenn die Turbinenschaufeln beschädigt werden ist es möglich, daß die Leistung der Turbine negativ beeinflußt wird, oder es ist möglich, daß ein noch schlimmeres plötzliches Versagen der Turbinenschaufeln erfolgen könnte (z.B. könnte die Turbine zerstört werden). Somit haben sich Ingenieure dem Problem eines Kontaktes der Turbinenschaufeln mit dem Motordeckband gegenüber gesehen, wobei dieses Berühren zu einem möglichen Versagen des Turbinenmotors führen kann, wenn das Deckband nicht leicht durch die Enden der Turbinenschaufeln abgespant oder abgetragen werden kann. Dementsprechend besteht ein Bedarf daran, ein verbessertes Material zu schaffen, das alle der oben diskutierten Eigenschaften aufweist. Mit anderen Worten, das Material sollte imstande sein, in einem Turbinenmotor zu überleben; und wenn die rotierenden Schaufeln der Turbine das Motordeckband berühren, dann wird das Motordeckband durch die Schaufeln abgespant, und weder das Motordeckband noch die Turbinenschaufeln werden durch dieses Abspanen negativ beeinflußt.

Diskussion verwandter Patentanmeldungen

Der Gegenstand dieser Anmeldung ist mit demjenigen von anderen, ebenfalls anhängigen Patentanmeldungen desselben Anmelders und Patenten desselben Anmelders verwandt. Speziell beschreiben diese anderen Patentanmeldungen und Patente (die hier im folgenden manchmal als "Patentanmeldungen desselben Anmelders" bezeichnet werden) neuartige Verfahren zur Herstellung von Keramiken und keramischer Verbundmaterialien.
Ein neuartiges Verfahren zur Herstellung keramischer Verbundkörper wird in der EP-A- 261050 offengelegt. Gemäß der genannten EP-A-261050 können Metallteilchen mit einem Füllstoffmaterial vermischt werden, und diese Mischung wird als eine Vorform ausgebildet. Die Vorform wird in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt was zur Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts führt, das durch das Füllstoffmaterial wächst und dieses einbettet. Der Vorgang der Einbettung des Füllstoffs wird fortgesetzt, bis das Oxidationsreaktionsprodukt bis an die Grenzen der Vorform gewachsen ist, worauf das Oxidationsreaktionsprodukt aus zumindest einem Teil der Vorform hinauswächst und somit eine dichte Oberflächenschicht aus Oxidationsreaktionsprodukt auf zumindest einem Teil einer Oberfläche der Vorform bildet.
Ein Verfahren zum Einschließen eines keramischen Gegenstandes in einem Gußmetallkörper wird in der EP-A-315566 (nicht vorveröffentlicht) offengelegt. Gemäß dem Verfahren dieser Anmeldung wird ein Verfahren zur Verhinderung des Reißens (d.h. eines sprunghaften Vollausfalls) eines keramischen Gegenstandes, speziell eines Gegenstandes geringer Stabilität, offengelegt. Genauer gesagt wird eine nachgiebige Schicht auf zumindest einen Teil einer Oberfläche eines keramischen Körpers aufgebracht, ehe das schmelzflüssige Metall mit dem keramischen Körper und/oder der nachgiebigen Schicht in Kontakt tritt. Die nachgiebige Schicht vermindert die Wärme- und/oder Druckspannungen, zu denen es während des Gießens, Verfestigens und Abkühlens des schmelzflüssigen Metalls, das um den keramischen Gegenstand gegossen wurde, kommt.
Weiterhin beschreiben verschiedene andere Patentanmeldungen desselben Anmelders zu keramischen Matrices neuartige Verfahren zur zuverlässigen Herstellung keramischer Materialien und keramischer Verbundmaterialien. Das Verfahren ist seinem Wesen nach in der EP-A-1 55831 desselben Anmelders offengelegt. Diese Anmeldung legt ein Verfahren zur Herstellung selbsttragender keramischer Körper offen, die man als das Oxidationsreaktionsprodukt eines schmelzflüssigen Grundmetallvorläufermetalls wachsen läßt, das mit einem Dampfphasenoxidationsmittel unter Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts umgesetzt wird. Schmelzflüssiges Metall wandert durch das gebildete Oxidationsreaktionsprodukt und reagiert mit dem Oxidationsmittel, wodurch fortgesetzt ein keramischer polykristalliner Körper gebildet wird, der, wenn es gewünscht wird, auch in sich verbundene metallische Komponenten aufweisen kann. Der Prozeß kann durch die Verwendung von einem oder von mehreren in das Grundmetall einlegierten Dotierungsmiftel(n) verbessert oder in bestimmten Fällen erst möglich gemacht werden. Zum Beispiel ist es im Falle einer Oxidation von Aluminium in Luft erwünscht, Magnesium und Silizium mit dem Aluminium zu legieren, um keramische Strukturen aus alpha-Aluminiumoxid herzustellen.
Das Verfahren der EP-A-155831 wurde dann durch das Auftragen von Dotierungsmaterialen auf die Oberfläche des Grundmetalls verbessert, wie in der EP-A-169067 desselben Anmelders beschrieben wurde.
Ein ähnliches Oxidationsphänomen wurde zur Herstellung keramischer Verbundkörper eingesetzt wie in der EP-A-193292 desselben Anmelders beschrieben wurde. Diese Anmeldung legt neuartige Verfahren zur Herstellung selbsttragender keramischer Verbundkörper durch Wachsenlassen eines Oxidationsreaktionsprodukts aus einem Grundmetallvorläufer in eine durchlässige Füllstoffmasse offen (z.B. einen teilchenförmigen Füllstoff aus Siliziumkarbid oder einen teilchenförmigen Füllstoff aus Aluminiumoxid), wodurch der Füllstoff mit einer keramischen Matrix infiltriert oder in diese eingebettet wird.
Ein Verfahren zur Herstellung keramischer Verbundkörper, die eine vorher festgelegte äußere Gestalt oder Form aufweisen, wird in der EP-A-245192 desselben Anmelders offengelegt.
Gemäß dem Verfahren dieser Anmeldung infiltriert das sich entwickelnde Oxidationsreaktionsprodukt eine durchlässige selbsttragende Vorform aus Füllstoffmaterial (z. B. einem Vorformmaterial aus Aluminiumoxid oder aus Siliziumkarbid) in Richtung auf eine festgelegte Oberflächengrenze, was zu Verbundkörpern mit vorher festgelegten äußeren Abmessungen oder Formen führt.
Jede der oben diskutieren Patentanmeldungen desselben Anmelders zu keramischen Matrices beschreibt Verfahren zur Herstellung von Verbundkörpern aus Keramik und/oder keramischen Matrices sowie neuartige Verbundkörper aus Keramik und keramischen Matrizes, die dadurch hergestellt werden. Die gesamten Offenlegungen aller vorher erwähnten Patentanmeldungen desselben Anmelders zu keramischen Matrices werden hier ausdrücklich mit der entsprechenden Quellenangabe aufgenommen.
Wie in diesen Patentanmeldungen desselben Anmelders zu keramischen Matrices diskutiert wurde, werden neuartige polykristalline keramische Materialien oder polykristalline keramische Verbundmaterialien durch die Oxidationsreaktion zwischen einem Grundmetall und einem Oxidationsmittel (z.B. einem Feststoff, einer Flüssigkeit und/oder einem Gas) hergestellt. Gemäß dem Prozeß der seinem Wesen nach in diesen Patentanmeldungen desselben Anmelders zu keramischen Matrices offengelegt wurde, wird ein Grundmetall (z.B. Aluminium) auf eine erhöhte Temperatur über seinem Schmelzpunkt, aber unter dem Schmelzpunkt des Oxidationsreaktionsprodukts erhitzt, wobei sich ein Körper aus schmelzflüssigem Grundmetall bildet, der beim Kontakt mit dem Oxidationsmiftel unter Bildung des Oxidationsreaktionsprodukts reagiert. Bei dieser Temperatur befindet sich das Oxidationsreaktionsprodukt, oder zumindest ein Teil davon, in Kontakt mit dem Körper aus schmelzflüssigem Grundmetall und dem Oxidationsmittel und erstreckt sich zwischen diesen, und das schmelzflüssige Metall wird durch das gebildete Oxidationsreaktionsprodukt und in Richtung des Oxidationsmittels gezogen oder transportiert. Das transportierte schmelzflüssige Metall bildet beim Kontakt mit dem Oxidationsmittel an der Oberfläche von zuvor gebildetem Oxidationsreaktionsprodukt weiteres frisches Oxidationsreaktionsprodukt. Beim Voranschreiten des Prozesses wird zusätzliches Metall durch das gebildete polykristall ine Oxidationsreaktionsprodukt transportiert, wodurch kontinuierlich eine keramische Struktur aus in sich verbundenen Kristalliten "wächst". Der resultierende keramische Körper kann metallische Bestandteile enthalten, wie z.B. nicht oxidierte Bestandteile des Grundmetalls und/oder Hohlräume. Oxidation wird in dieser und allen Patentanmeldungen desselben Anmelders zu keramischen Matrices im weiten Sinne verwendet und bezieht sich auf die Abgabe von Elektronen von einem Metall an ein Oxidationsmittel oder das Teilen von Elektronen zwischen einem Metall und einem Oxidationsmittel, das aus einem bzw. einer oder mehreren Element(en) und/oder Verbindung(en) bestehen kann. Demgemäß können auch andere Elemente als Sauerstoff als Oxidationsmittel dienen.
In bestimmten Fällen kann für das Grundmetall die Anwesenheit von einem oder mehreren Dotierungsmittel(n) notwendig sein, damit das Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts vorteilhaft beeinflußt oder erleichtert wird. Derartige Dotierungsmittel können an einem bestimmten Punkt während des Wachstums oder vor dem Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts mit dem Grundmetall zumindest teilweise eine Legierung bilden. Zum Beispiel können im Falle von Aluminium als Grundmetall und Luft als Oxidationsmittel Dotierungsmittel wie z.B. Magnesium und Silizium, um nur zwei aus einer größeren Klasse von Dotierungsmaterialien zu erwähnen, mit dem Aluminium legiert werden, und die erzeugte Wachstumslegierung wird als das Grundmetall verwendet. Das resultierende Oxidationsreaktionsprodukt einer derartigen Wachstumslegierung weist Aluminiumoxid auf, und zwar typischerweise alpha-Aluminiumoxid.
Neuartige keramische Verbundstrukturen und Verfahren zu ihrer Herstellung werden auch in bestimmten der vorher erwähnten Patentanmeldungen desselben Anmelders zu keramischen Matrices offengelegt und beansprucht, die die Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts zur Einbettung eines im wesentlichen inerten Füllstoffmaterials verwenden, wodurch es zur Bildung von keramischen Verbundstrukturen kommt (Anmerkung: In bestimmten Fällen kann es wünschenswert sein, ein festes Oxidationsmittel zu verwenden, z.B. ein Material, das zumindest teilweise mit dem voranschreitenden Oxidationsreaktionsprodukt und/oder dem Grundmetall reaktiv ist). Genauer gesagt wird ein Grundmetall angrenzend an eine Masse aus durchlässigem Füllstoff angeordnet, oder, es kann, wenn es als gepulvertes Grundmetall zur Verfügung steht, zumindest teilweise in der Masse aus durchlässigem Füllstoff verteilt werden, der so geformt und behandelt werden kann, daß er selbsttragend ist (z.B. zu einer Vorform ausgeformt ist), und es wird unter Bildung eines schmelzflüssigen Körpers aus Grundmetall erhitzt, der mit einem Oxidationsmittel wie oben beschrieben umgesetzt wird, wobei es zur Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts kommt. Beim Wachsen des Oxidationsreaktionsprodukts und Infiltrieren des angrenzenden Füllstoffmaterials wird schmelzflüssiges Grundmetall durch zuvor gebildetes Oxidationsreaktionsprodukt in die Masse aus Füllstoff gezogen und reagiert mit dem Oxidationsmittel unter Bildung zusätzlichen frischen Oxidationsreaktionsprodukts an der Oberfläche des zuvor gebildeten Oxidationsreaktionsprodukts, wie oben beschrieben wurde. Das resultierende Wachstum des Oxidationsreaktionsprodukts infiltriert den Füllstoff oder bettet ihn ein und führt zur Bildung einer keramischen Verbundstruktur, die eine polykristalline keramische Matrix aufweist, die den Füllstoff einbettet.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Zusammensetzung zur Herstellung eines keramischen Körpers sowie den neuartigen Körper, der damit hergestellt wird. Die Zusammensetzung, die zur Bildung des keramischen Körpers verwendet wird, weist eine gepulverte Mischung aus Aluminiumtitanat (oder Vorläufermaterialien, die Aluminiumtitanat bilden), ein Grundmetall (z.B. Aluminium) und Stabilisationshilfen auf. Die Stabilisationshilfen sind tvpischerweise in einer Menge von ungefähr 5 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent vorhanden, und zu ihnen gehören Materialien wie z.B. SiO&sub2;, MgO, Chromerz, Eisenoxid (Fe&sub2;O&sub3;), Ilmenit (FeTiO&sub3;) etc., die dem Aluminiumtitanat (oder Vorläufern des Aluminiumtitanats) und dem Grundmetall (z.B. Aluminium) zugegeben werden. Die Stabilisatoren können mit dem Aluminiumtitanat oder dessen Vorläufern beim Erhitzen unter Bildung eines komplexen Oxids reagieren. Weiterhin können die Stabilisatoren die Beibehaltung bestimmter erwünschter Eigenschaften des resultierenden keramischen Körpers unterstützen (z.B. den Abbau des Al&sub2;TiO&sub5; verhindern). Insbesondere können die Stabilisationshilfen die thermische Stabilität der Aluminiumtitanatphase verbessern, sogar nachdem der keramische Körper wiederholten Erhitzungs- und Abkühlungszyklen unterworfen wurde, z.B. Zyklen zwischen Zimmertemperatur und ungefähr 900-1200ºC. Vorzugsweise kommt die Aluminiumtitanatphase, die in dem gebildeten keramischen Körper vorkommt, in einer Menge von zumindest 50 Gewichtsprozent und am besten von zumindest ungefähr 75 Gewichtsprozent vor.
Das Aluminiumtitanat, das in dem fertigen keramischen Körper vorkommt, kann am Anfang als Aluminiumtitanat vorhanden sein, oder es kann durch eine Reaktion zwischen Aluminiumtitanat-Vorläufermaterialien gebildet werden. Zum Beispiel können Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, Aluminium und/oder Titanmetallpulver, wenn sie vermischt und in einer geeigneten Umgebung (z.B. einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre) erhitzt werden, als geeignete Vorläufer für die Bildung der Al&sub2;TiO&sub5;-Phase im gebildeten keramischen Körper fungieren. Dementsprechend können verschiedene Mischungen aus Al&sub2;TiO&sub5;, Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, Ilmenit, Aluminium und Titanmetallpulver etc. für die Bildung der Al&sub2;TiO&sub5;-Phase verwendet werden. Diese Materialien müssen nicht vollständig miteinander reagieren und können als restliche Materialien im gebildeten keramischen Körper vorhanden sein (z.B. kann etwas Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, Aluminium- und/oder Titanmetall im gebildeten keramischen Körper zurückbleiben).
Die Menge an Grundmetall (z.B. Aluminium), die der Ausgangszusammensetzung, die zur Bildung des keramischen Körpers entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, zugesetzt wird, kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Eigenschaften, die für den hergestellten keramischen Körper erwünscht sind, variiert werden. Zum Beispiel kann das Grundmetall (z.B. Aluminium) als ein gepulvertes Metall bereitgestellt werden, und es kann in einer Menge von ungefähr 5 Gewichtsprozent bis ungefähr 35 Gewichtsprozent vorhanden sein, um einen Aluminiumtitanatkörper zu schaffen, der eine erwünschte Porosität besitzt. Wenn ein geringerer prozentualer Anteil an gepulvertem Grundmetall bereitgestellt wird (z.B. ungefähr 5 Gewichtsprozent Aluminium), kann ein geringerer Anteil an Porosität im hergestellten Körper vorhanden sein (z.B. ungefähr 5 Volumenprozent Porosität). Dagegen wird, wenn ein größerer Gewichtsanteil an gepulvertem Grundmetall (z.B. ungefähr 20 Gewichtsprozent Aluminium) der anfänglichen Ausgangszusammensetzung zugesetzt wird, die Menge an Porosität, zu der es im gebildeten keramischen Körper kommt, gesteigert (z.B. auf ungefähr 50 Volumenprozent Porosität). Dementsprechend können durch Kontrollieren der Menge an gepulvertem Grundmetall (z.B. Aluminium), das bereitgestellt wird (z.B. der anfänglichen Mischung beigemischt wird), das Ausmaß an Porosität und die sich darauf beziehenden Eigenschaften, z.B. die Wärmeleitfähigkeit, des keramischen Körpers maßgeschneidert werden (d.h. kontrolliert werden).
Weiterhin können auch die Zusammensetzung und/oder die Konfiguration (z.B. der Durchmesser und die Furm) des gepulverten Grundmetalls wichtig sein. Genauer gesagt kann es, wenn Aluminium als das Grundmetall verwendet wird, wie oben in den verwandten Patentanmeldungen diskutiert wurde, in bestimmten Fällen wünschenswert sein, das gepulverte Aluminiummetall zumindest an einer bestimmten Stelle während des Prozesses mit wenigstens einem Dotierungsmittel in Kontakt zu bringen. Jedoch ist es für derartige Dotierungsmittel nicht unbedingt essentiell, daß sie mit dem Aluminium kombiniert werden, da die Porosität, die sich aufgrund der Reaktion des Aluminiummetalls mit einem Oxidationsmittel bildet, ausreichend sein kann, die gewünschten Ergebnisse im geformten keramischen Körper zu erzeugen, ohne daß nennenswerte Mengen an Dotierungsmitteln notwendig gewesen wären. Weiterhin kann die Menge des bereitgestellten Grundmetalls die Menge des Oxidationsreaktionsprodukts, die gebildet wird, beeinflussen.
Eine Mischung, die ein Material aus Aluminiumtitanat oder Vorläufer dafür enthält sowie gepulvertes Grundmetall (z.B. Aluminium, wenn es nicht als Vorläufer des Aluminiumtitanats anwesend ist) und zumindest eine Stabilisationshilfe, wird in die gewünschte Form gebracht, wobei die Komponenten der Mischung vorzugsweise im großen und ganzen gleichmäßig in der gewünschten Form verteilt sind. Zu typischen formgebenden Herstellungsverfahren für die Formung der Mischung zu einem gewünschten Grünkörper gehören Trockenpressen, Schlickergießen, Sedimentgießen, Strangpressen, Spritzgießen etc.. Die Bildung eines Grünkörpers durch Schlickergießen hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Nach der Formgebung des keramischen Grünkörpers kann der Grünkörper getrocknet und oxidiert werden und bei mindestens ungefähr 1400ºC-1700ºC gesintert werden, vorzugsweise bei ungefähr 1 500ºC-1600ºC, um einen porösen Körper zu erzeugen, der Aluminiumtitanat aufweist.
Der Körper aus Aluminiumtitanat, der gemäß der vorliegenden Erfindung geformt wurde, die z.B. eine geeignete Menge an Aluminium als das gepulverte Grundmetall verwendet, wird durch eine niedrige Wärmeausdehnungszahl gekennzeichnet (z.B. 1,9 x 10&supmin;&sup6;/ºC), eine niedrige Wärmeleitfähigkeit (z.B. 1,0 Watt/mK), eine relativ hohe Dehnungsnachgiebigkeit (z.B. 30 x und einen erwünschten Elastizitätsmodul (z.B. 20 GPa). Darüber hinaus läßt sich der Körper aus Aluminiumtitanat gut maschinell bearbeiten und weist eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärmestoß auf (z.B. kann schmelzflüssiges Eisen um den Körper aus Aluminiumtitanat herum gegossen werden). Weiterhin kann die vorliegende Erfindung einen neuartigen Körper bilden, der eine Aluminiumtitanatmatrix aufweist, die mit Aluminiumoxidkörnern verstärkt ist, wobei der genannte Körper gleichmäßig große, darin verteilte Poren aufweist. Darüber hinaus kann der Körper zumindest in Teilen ein gewisses Ausmaß an mikroskopischen Sprüngen aufweisen, zu denen es, zumindest teilweise, aufgrund der anisotropen Natur der Aluminiumtitanatphase kommt. Somit ist ein Körper aus Aluminiumtitanat, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde, fähig, mit einer Masse aus schmelzflüssigem Metall in Kontakt gebracht zu werden (z.B. eingetaucht oder umgeben zu werden), die dann um ihn herum abgekühlt werden kann, ohne daß es zu einer Zerstörung der Keramik oder des Metalls aufgrund des Wärmestoßes oder aufgrund von mechanischen Spannungen kommt.
Somit kann ein Körper aus Aluminiumtitanat, der gemäß dar vorliegenden Erfindung geformt wurde, auf ideale Weise für die Verwendung als Auskleidung von Verbrennungskammern, als Auskleidung für eine Auspuffmündung, als Abgassammler, als Ventilsitzring für einen Kolbendeckel und/oder als ein Gehäuse für einen Turbolader geeignet sein. All das sind Beispiele für Bauteile von Verbrennungsmotoren, die eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen müssen, um Schäden an weniger wärmeresistenten Bauteilen und/oder den Verlust von Wärme zu vermeiden; ausreichend große Stabilitäten und/oder niedrige Elastizitätsmodule, um solche Spannungen wie Druckspannungen oder Spannungen, die als Folge des Gießens derartiger Komponenten, wie z.B. Ventilringe, in Metall auftreten können, aushalten zu können; gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Erosion und Korrosion in einer Umgebung, die unverbrannte Verbrennungsprodukte, wie z.B. Kohlenstoff, aufweist (wie im Falle einer Auskleidung für eine Auspuffmündung); und außerdem ein niedriges Gewicht.
Darüber hinaus kann der Aluminiumtitanatkörper der vorliegenden Erfindung auch als ein Motordeckband für einen Turbinenmotor verwendet werden. Genauer gesagt ist ein Aluminiumtitanatkörper, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, aufgrund seiner Wärmeisoliereigenschaften (z. B. niedrigen Wärmeleitfähigkeit), seiner Widerstandsfähigkeit gegenüber Wärmestoß und seiner Fähigkeit, durch die Turbinenschaufel abgespant zu werden besonders vorteilhaft. Wenn eine Turbine zum ersten mal in Betrieb genommen wird, dann dehnen sich die Turbinenschaufeln aufgrund der Wärmeenergie häufig aus, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die größer ist als die Geschwindigkeit der Wärmeausdehnung des umgebenden Deckbandes. Dementsprechend können die Turbinenschaufeln in Kontakt mit dem Deckband kommen. Ein derartiger Kontakt erfolgt mit höherer Wahrscheinlichkeit, wenn eine Turbine neu zusammengesetzt oder aufpoliert wird. Der Aluminiumtitanatkörper der vorliegenden Erfindung kann (z.B. wenn er als ein Deckband verwendet wird) durch die Turbinenschaufeln abgeschliffen oder abgespant werden, ohne daß das Deckband auf eine unerwünschte Weise absplittert oder bricht, und er kann auch mögliche unerwünschte Wirkungen der Turbinenschaufeln, die das Deckband berühren, verbessern.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung, die hier im folgenden gegeben werden wird, klar werden.

Definitionen

"Aluminiumtitanatmischung", wie der Begriff hier verwendet wird, bedeutet diejenigen Materialien, die, wenn sie zusammengemischt und bei erhöhter Temperatur in einer geeigneten Umgebung (z.B. einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre) erhitzt werden, einen Körper bilden, der zumindest 50 Gewichtsprozent Aluminiumtitanat aufweist.

"Grundmetall",

wie der Begriff hier verwendet wird, bedeutet und umfaßt ein im wesentlichen reines Metall (z.B. ein relativ reines, im Handel erhältliches, nicht legiertes Aluminium) oder andere Reinheitsgrade von Metallen und Metallegierungen, wie z.B. die im Handel erhältlichen Metalle mit Verunreinigungen und/oder Legierungsbestandteilen darin, wie z.B. Eisen, Silizium, Kupfer, Magnesium, Mangan, Chrom, Zink etc.. Eine Grundmetallegierung für die Zwecke dieser Erfindung ist eine Legierung oder eine Zwischenmetallverbindung, in der das Grundmetall (z. B. Aluminium) den Hauptbestandteil darstellt. Typische Beispiele für Grundmetalle sind Aluminium, Titan, Zirkonium etc..

"Oxidationsreaktionsprodukt",

wie der Begriff hier verwendet wird, bedeutet ein Metall oder mehrere Metalle in einem beliebigen 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. Das Oxidationsmittel, das zur Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts eingesetzt wird, bedeutet einen oder mehrere geeignete Elektronenakzeptoren oder Elektronen teilende Stoffe und kann unter den Verfahrensbedingungen ein Festkörper, eine Flüssigkeit oder ein Gas (Dampf) sein. Demgemäß umfaßt ein "Oxidationsreaktionsprodukt" nach dieser Definition das Produkt der Reaktion von einem Metall oder von mehreren Metallen mit einem Oxidationsmittel wie z.B. Sauerstoff, Stickstoff, einem Halogen, Schwefel, Phosphor, Arsen, Kohlenstoff, Bor, Selen, Tellur und Verbindungen und Kombinationen von diesen, wozu, z.B., reduzierbare Metallverbindungen gehören sowie Methan, Ethan, Propan, Azetylen, Ethylen, Propylen und Mischungen wie Luft, H&sub2;/H&sub2;O und CO/CO&sub2;. Das resultierende "Oxidationsreaktionsprodukt" kann als die Keramik im Verbundkörper aus Keramik und Metall verwendet werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine lichtmikroskopische, bei 200-facher Vergrößerung aufgenommene Aufnahme eines Teils eines Körpers, der gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde.
Figur 2 ist das Schema einer Anordnung, die verwendet werden kann, um einen Körper aus Aluminiumtitanat in Metall einzugießen.
Figur 3 ist eine Fotografie einer in Aluminium eingegossenen Aluminiumtitanatröhre.
Figur 4 ist eine graphische Darstellung der Spannung in Abhängigkeit von der Dehnung, bei der zwei poröse Aluminiumtitanatkörper, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, mit einem im Handel erhältlichen Aluminiumtitanatkörper verglichen werden.
Figur 5 ist eine graphische Darstellung der Wärmeleitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur, bei der ein poröser Aluminiumtitanatkörper, der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, mit einem im Handel erhältlichen Aluminiumtitanatkörper verglichen wird.
Figur 6 ist eine Fotografie eines Querschnitts durch eine Aluminiumtitanatröhre, die von Gußeisen umgeben ist, das um sie herum gegossen wurde.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß ein erwünschter poröser keramischer Körper durch Zusammenmischen einer Mischung, die aus Aluminiumtitanat (oder Materialien, die, wenn sie erhitzt werden, Aluminiumtitanat bilden), einem Grundmetall (z.B. Aluminium), wenn es nicht als der Vorläufer des Aluminiumtitanats vorhanden ist, und zumindest einer Stabilisationshilfe gebildet werden kann, wobei die Mischung, wenn sie in Gegenwart einer geeigneten Umgebung (z.B. einer Atmosphäre, die ein Oxidationsmittel enthält) auf eine oxidierende und/oder sinternde Temperatur erhitzt wird, zur Bildung eines keramischen Körpers führt, der eine niedrige Wärmeausdehnungszahl, eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine gewünschte mechanische Stabilität aufweist, und der typischerweise einem Versagen widersteht, z.B. einem Springen oder Reißen aufgrund der Spannungen, die während des Gießens und des Abkühlens des Metalls um den keramischen Gegenstand herum auftreten können. Weiterhin hat der keramische Körper die Fähigkeit, bei Temperaturen von ungefähr 1300ºC und darüber Spannungen zu absorbieren oder zu lösen (z.B. thermische Relaxation), was es erlaubt, ihn in schmelzflüssiges Eisen oder Legierungen einzugießen oder ihn darin einzuarbeiten. Weiterhin kann die oben erwähnte Fähigkeit zur Absorption oder zur Lösung von Spannungen zu gesteigerten Stabilitäts- und Festigkeitswerten bei hohen Temperaturen im Vergleich zu solchen Werten führen, die bei Zimmertemperatur beobachtet werden.
Es sollte klar sein, daß, obwohl hier im folgenden bevorzugt auf ein Grundmetall, das Aluminium aufweist, Bezug genommen wird, Aluminium nur eines von mehreren bevorzugten Grundmetallen ist, die zusammen mit anderen Grundzügen dieser Erfindung verwendet werden können.
Das Aluminiumtitanat, das im fertigen keramischen Körper vorkommt, kann anfänglich als Aluminiumfitanat bereitgestellt werden, oder es kann durch eine Reaktion eines Aluminiumtitanatvorläufers oder von Aluminiumtitanatvorläufern gebildet werden. Zum Beispiel können Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, Aluminiummetall und/oder Titanmetall, wenn sie in einer oxidierenden Umgebung gemischt und erhitzt werden, als geeignete Vorläufer für die Bildung einer Al&sub2;TiO&sub5;- Phase im gebildeten keramischen Körper fungieren. Es sollte beachtet werden, daß das Aluminiummetallpulver unter Bildung von Aluminiumtitanat reagieren kann (z.B. 2 Al + 3/2 O&sub2; + TiO&sub2; -> Al&sub2;TiO&sub5;). Somit kann Al sowohl ein Grundmetall als auch ein Vorläufer für Al&sub2;TiO&sub5; sein. Demgemäß können verschiedene Mischungen aus Al&sub2;TiO&sub5;, Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, Ilmenit, Aluminium und Titanmetallpulver etc. für die Bildung der Al&sub2;TiO&sub5;-Phase verwendet werden. Diese Materialien müssen nicht vollständig reagieren und können auch im gebildeten keramischen Körper als Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2; und/oder nicht umgesetztes Metall etc. vorkommen.
Die Menge an Aluminium, die zur Ausgangszusammensetzung gegeben wird, die für die Herstellung des keramischen Körpers gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Eigenschaften, die für den resultierenden keramischen Körper gewünscht sind, variiert werden. Zum Beispiel kann Aluminium als gepulvertes Metall bereitgestellt werden, und es kann in einer Menge von ungefähr 5 Gewichtsprozent bis ungefähr 35 Gewichtsprozent vorhanden sein, um einen fertigen Aluminiumtitanatkörper zu schaffen, der das gewünschte Ausmaß an Porosität aufweist. Wenn ein niedriger Gewichtsanteil an gepulvertem Grundmetall bereitgestellt wird (z.B. ungefähr 5 Gewichtsprozent Aluminium), kann eine geringere Menge an Porosität im hergestellten Körper vorkommen (z.B. ungefähr 5 Volumenprozent Porosität). Weiterhin kann, wenn ein größerer Gewichtsanteil an Grundmetall der anfänglichen Ausgangszusammensetzung zugesetzt wird (z.B. 20 Gewichtsprozent), das Ausmaß an Porosität, das im gebildeten keramischen Körper entsteht, erhöht werden (z.B. ungefähr 50 Volumenprozent). Dementsprechend kann durch Steuern der Menge an Aluminium, die in der Ausgangsmischung bereitgestellt ist (z.B. der Ausgangsmischung oder dem Grünkörper beigemischt ist), die Menge und das Ausmaß der Porosität und die Eigenschaften, die sich darauf beziehen (z.B. die Wärmeleitfähigkeit und die Wärmeausdehnung), im fertigen Körper maßgeschneidert oder gesteuert werden.
Weiterhin kann die Zusammensetzung des gepulverten Aluminiummetalls ebenfalls von Wichtigkeit sein. Genauer gesagt kann es, wie in den Patentanmeldungen desselben Anwenders zu keramischen Matrices diskutiert wird, in einigen Fällen erwünscht sein, das gepulverte Grundmetall an zumindest einem bestimmten Punkt während des Prozesses mit wenigstens einem Dotierungsmittel in Kontakt zu bringen. Es muß jedoch für diese Dotierungsmittel nicht unbedingt notwendig sein, daß sie mit dem Grundmetall (z.B. Aluminium) kombiniert werden, da die Porosität, die sich als Folge der Reaktion des Aluminiummetalls mit einem Oxidationsmittel bildet, ausreichend sein kann, um im gebildeten keramischen Körper die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, ohne daß nennenswerte Mengen an Dotierungsmitteln vorhanden sind. Das Dotierungsmiftel kann zunächst in das Ausgangsmetall einlegiert werden, oder es kann getrennt vom Grundmetall bereitgestellt werden (z.B. den Materialien, die zur Bildung des Aluminiumtitanatkörpers verwendet werden, als eine getrennte gepulverte Komponente zugesetzt werden). Weiterhin können Dotierungsmittel als eine Verunreinigung oder als ein Bestandteil in einer oder in mehreren der Komponenten, die zur Bildung der Aluminiumtitanatphase verwendet werden, bereitgestellt werden (z.B. Ilmenit).
Das Grundmetall (z.B. Aluminium und/oder eine Aluminiumlegierung), das der Aluminiumtitanatmischung zugegeben wird, kann, wenn es erhitzt wird, oxidiert werden, so daß es im resultierenden Körper aus Aluminiumtitanat zu Porosität führt und/oder mit anderen Bestandteilen in der Aluminiumtitanatmischung unter Bildung von Aluminiumtitanat reagiert. Weiterhin kann das Oxidationsreaktionsprodukt, das gebildet wird (z.B. die Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts aus Aluminiumoxid), das Schrumpfen, zu dem es normalerweise während des Sinterns in der Mischung kommt, kompensieren und/oder vermindern. Dieses Kompensieren erleichtert die Bildung von präzisen, fertigen oder nahezu fertigen Formen, die alles in allem praktisch null Prozent Schrumpfung aufweisen. Insbesondere reagiert bei den Temperaturen, die für das Aufheizen der Aluminiumtitanatmischung zur Bildung des Körpers aus Aluminiumtitanat verwendet werden (z.B. ungefähr 1400-1600ºC) die Aluminiumlegierung mit einem Oxidationsmittel unter Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts. Als Resultat der Oxidationsreaktion ergibt sich, daß sich an Punkten, die denjenigen Punkten entsprechen, an denen ursprünglich ein Aluminiumteilchen vorlag, Porosität bildet. Demgemäß sollten die Aluminiumteilchen, die zur Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts des Aluminiums verwendet werden (z.B. Al&sub2;O&sub3;), in gepulverter Form in einer Größe vorliegen, die die Bildung einer Porosität, die diesem Größenbereich entspricht, erleichtert (z.B. ungefähr 10 um bis ungefähr 50 um). Zwar können kleinere Aluminiumteilchen verwendet werden, aber diese kleineren Teilchen können zur Explosion führen. Es soll angemerkt werden, daß auch andere Grundmetalle als Aluminium in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Metalle wie z.B. Zinn, Titan etc., die auf geeignete Weise oxidieren, wie z.B. in der oben erwähnten Patentanmeldung EP-A-155831 desselben Anmelders beschrieben wurde, und die die Bildung von Aluminiumtitanat im geformten keramischen Körper nicht ungünstig beeinflussen, können mit der Stabilisationshilfe und Aluminiumtitanat (oder Vorläufern des Aluminiumtitanats) kombiniert werden. Weiterhin kann die Verteilung des gepulverten Grundmetalls (z.B. Aluminium) in der Aluminiumtitanatmischung und/oder dem verwendeten Oxidationsmittel gesteuert werden, so daß ein Körper erzeugt wird, der Aluminiumtitanat aufweist, der variierende Eigenschaften besitzt z.B. eine abgestufte Mikrostruktur. Zum Beispiel kann das Ausmaß an Porosität von einer Seite des Körpers zu einer anderen verändert werden (z.B. über einen Querschnitt maßgeschneidert werden).
Stabilisationshilfen unterstützen die Aufrechterhaltung der Morphologie und der kristallographischen Phasen des keramischen Körpers. Genauer gesagt können Stabilisationshilfen, wenn sie in der Mischung des Ausgangsmaterials in Mengen von ungefähr 5 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent vorkommen, und zu denen Materialien wie z.B. Chromerz, Fe&sub2;O&sub3;, SiO&sub2;, MgO und llmenit (FeTiO&sub3;) etc. gehören, die Aufrechterhaltung der erwünschten Aluminiumtitanatphase unterstützen und/oder das Aluminiumtitanat am Zerfall hindern. Typischerweise besteht Ilmenit aus FeO TiO&sub2; oder FeTiO&sub3;, wobei kleine Mengen an MgO, SiO&sub2;, Al&sub2;O&sub3;, NbO&sub5; und/oder VO&sub5; ebenfalls vorkommen. Chromerz enthält typischerweise Chromit, der aus Eisenoxid und Chromoxiden besteht. Wenn z.B. ein Körper, der Al&sub2;TiO&sub5; aufweist, wiederholten Heiz- und Abkühlzyklen unterworfen wird (z.B. 900-1200ºC), dann kann das Al&sub2;TiO&sub5; unter Bildung von Al&sub2;O&sub3; und TiO&sub2; zerfallen. Ein derartiger Zerfall könnte negative Folgen für die mechanischen Eigenschaften und somit für die Leistungsfähigkeit des keramischen Körpers haben. Als weiteres Beispiel könnte ein Körper, der Al&sub2;TiO&sub5; aufweist, einer kontinuierlich ansteigenden Temperatur von ungefähr 400-1450ºC ausgesetzt werden. Eine solche Exposition kann ebenfalls zur Zerstörung des Al&sub2;TiO&sub5; führen. Dementsprechend ist es vorteilhaft, Stabilisationshilfen zuzugeben, um eine angestrebte Al&sub2;TiO&sub5;-Phase aufrecht zu erhalten und die Haltbarkeit der physikalischen Eigenschaften des keramischen Körpers zu sichern.
Die prozentualen Anteile der Komponenten, z.B. der Vorläufer, die zur Herstellung der Aluminiumtitanatphase im Körper verwendet werden, können variieren. Zum Beispiel kann die Menge an Aluminiumtitanat, die aus der Reaktion des Aluminiumtitanatvorläufers und/oder dem Sintern resultiert, von vorzugsweise mindestens ungefähr 50 Gewichtsprozent bis zu solch hohen Anteilen wie ungefähr 95 Gewichtsprozent variieren. Die Grenzen für die Mengen eines jeweils vorliegenden Materials werden durch praktische Überlegungen diktiert, wie z.B. durch die Technik die zur Bildung des Grünkörpers verwendet wird, durch charakteristische Eigenschaften, die für das fertige Produkt erwünscht sind, durch die Kosten etc. Weiterhin kann ein gepulvertes Grundmetall aus Aluminium in mehr als nur einer Weise wirken. Genauer gesagt kann das Aluminium bereitgestellt werden, um in situ zu oxidieren, so daß es im fertigen Körper zu Porosität führt, und es kann als ein Vorläufermaterial für die Bildung von Aluminiumtitanat verwendet werden. Zum Beispiel können in der vorliegenden Erfindung Aluminium- und Titanmetall verwendet werden. Genauer gesagt wird, wenn diese Metalle in einer oxidierenden Umgebung auf eine Temperatur, die in der Nähe ihrer jeweiligen Schmelzpunkte liegt, erhitzt werden, ein Oxidationsreaktionsprodukt gebildet. Die Oxidationsreaktionsprodukte (d. h. Al&sub2;O&sub3; und TiO&sub2;) können unter Bildung von Al&sub2;TiO&sub5; reagieren. Wenn weiter erhitzt wird und Stabilisationshilfen vorhanden sind, kann ein stabilisierter und gesinterter Körper aus Al&sub2;TiO&sub5; gebildet werden.
Weiterhin kann Aluminium mit einer Stabilisationshilfe unter Bildung eines komplexen Oxids reagieren. In Abhängigkeit von der Art des gebildeten komplexen Oxids kann dieses Oxid die physikalischen/mechanischen Eigenschaften des gebildeten Körpers aus Aluminiumtitanat verbessern oder verschlechtern.
Die beiden folgenden Zusammensetzungen sind für die Bereitstellung eines grünen keramischen Körpers geeignet, der anschließend gemäß dem unten aufgeführten Beispiel 2 gebrannt werden kann. Man sollte davon ausgehen, daß diese Zusammensetzungen nur illustrativen Zwecken dienen, und sie sollten nicht so verstanden werden, daß sie den Anwendungsbereich der Erfindung einschränken.

Zusammensetzung 1

Ungefähr 78 Gewichtsprozent eines Pulvers, das Aluminiumtitanat und Vorläufer für Aluminiumtitanat enthielt, genauer gesagt, das aus ungefähr 32 Gewichtsprozent Al&sub2;TiO&sub5; bestand, wobei der Rest nicht umgesetztes Al&sub2;O&sub3; (ungefähr 37 Gewichtsprozent) und TiO&sub2; (ungefähr 31 Gewichtsprozent) war. Das Aluminiumtitanat enthaltende Pulver hatte eine Teilchengröße von ungefähr (74 um (minus 200 Mesh) und wurde von Mason Color and Chemical Works Inc., East Liverpool, Ohio, bezogen und enthielt Spurenmengen an SiO&sub2;, MgO und Fe&sub2;O&sub3;. Das Aluminiumtitanat enthaltende Pulver wurde mit ungefähr 10 Gewichtsprozent eines Fe&sub2;O&sub3;-Pulvers und ungefähr 12 Gewichtsprozent eines Pulvers aus einer Aluminiumlegierung vermischt. Das Pulver aus Aluminiumlegierung hatte ebenfalls eine Teilchengröße von < 74 um (minus 200 Mesh) und die Zusammensetzung, die in Beispiel 1 unten diskutiert wird. Das Fe&sub2;O&sub3;-Pulver hatte eine Teilchengröße von < 44 um (minus 325 Mesh) und wurde von Fischer Scientific Company bezogen. Nach dem Trockenpressen, an das sich eine Oxidation und ein Sintern bei einer Temperatur von ungefähr 1500ºC anschlossen, enthielt der Körper ungefähr 91 Gewichtsprozent Aluminiumtitanat, wie durch eine quantitative Röntgenbeugungsanalyse bestimmt wurde.

Zusammensetzung 2

Ungefähr 69 Gewichtsprozent des Pulvers, das Aluminiumtitanat und Vorläufer davon enthielt (wie oben für Zusammensetzung 1 diskutiert wurde), wurden mit ungefähr 8 Gewichtsprozent eines Pulvers einer Aluminiumlegierung, die in Beispiel 1 unten diskutiert wird, sowie mit ungefähr 17 Gewichtsprozent Chromerz vermischt. Zu dieser Mischung wurden ungefähr 6 Gewichtsprozent eines Pulvers aus Titanmetall gegeben. Das Pulver aus Titanmetall hatte eine Teilchengröße von < 74 um (minus 200 Mesh) und wurde von Atlantic Equipment Engineering, Bergenfield, New Jersey, bezogen. Das Chromerz wurde von Foote Minerals of Exton, PA, bezogen und hatte eine Teilchengröße von < 74 mm (minus 200 Mesh). Nach dem Trockenpressen, an das sich eine Oxidation und ein Sintern bei ungefähr 1500ºC anschlossen, enthielt der Körper ungefähr 78 Gewichtsprozent Al&sub2;TiO&sub5;, wie durch quantitative Röntgenbeugungsanalyse bestimmt wurde.
Weiterhin können neben dem Trockenpressen andere konventionelle Verarbeitungstechniken, wie z.B. Schlickergießen, Sedimentgießen, Stranggießen, Spritzformen etc., zur Formung des grünen keramischen Gegenstandes verwendet werden. Zu den jeweiligen Substanzen, die als Bindemittel oder zur Bildung des Schlickers verwendet werden, gehören konventionelle Materialien, wie z. B. Polyvinylalkohol, Methylcel lulose, entionisiertes Wasser, Polymere aus tertiären Amiden, Dispersionsmittel aus Polyelektrolyten etc.. Die Teilchengröße der Pulver und die Menge des verwendeten Bindemittels können variieren. Es wird jedoch bevorzugt daß die gepulverten Komponenten in der Größenordnung von ungefähr < 74 um (minus 200 Mesh) liegen. Nach der Formung des grünen keramischen Körpers wird der Grünkörper getrocknet, oxidiert und vorzugsweise gesintert, um einen Körper zu schaffen, der Aluminiumtitanat aufweist.
Wenn es gewünscht wird, kann ein schmelzflüssiges Metall um den Gegenstand (z.B. Aluminiumtitanat) gegossen werden. Genauer gesagt kann eine nachgiebige Schicht, wie z.B. in der vorher erwähnten EP-A-315566 diskutiert wurde, verwendet werden, um eine Beschädigung des keramischen Körpers während des Gießens zu vermindern. Noch wichtiger ist, daß ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung darin liegt, daß der Körper aus Aluminiumtitanat der vorliegenden Erfindung widerstandsfähig gegen Wärmestoß ist und daß schmelzflüssiges Metall (z.B. Eisen oder Aluminium) direkt um den keramischen Körper herum gegossen werden kann ohne daß ein Überzug oder eine nachgiebige Schicht verwendet wird, so daß z.B. eine Auskleidung für eine Auspuffmündung in einem Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor gebildet wird.
Dementsprechend können, ohne daß eine Beschichtung oder eine nachgiebige Schicht verwendet werden muß, die durch die vorliegende Erfindung hergestellten Gegenstände leichter bei der Konstruktion eines Motors eingesetzt werden (z.B. als ein Zylinderkopf für einen Verbrennungsmotor), die nur enge Maßtoleranzen zuläßt.
Zusätzlich kann es erwünscht sein, die durch die Oxidationsreaktion des Grundmetalls erzeugte Porosität zu erhöhen, indem flüchtige Materialien den Materialien, die zur Herstellung des Grünkörpers verwendet werden, zugegeben werden. Zu den flüchtigen Materialien gehören Pellets aus Polystyrol, Sägemehl, Maisstärke, Kokosnu (3-Holzkohle etc. Diese Materialien verflüchtigen sich oder verbrennen, wenn sie gemäß der vorliegenden Erfindung erhitzt werden.
Ohne sich auf eine spezifische Theorie oder Erklärung festlegen zu wollen, wird angenommen, daß das folgende erklären kann, warum der gemäß der Erfindung gebildete Körper aus Aluminiumtitanat folgende Eigenschaften aufweist: (1) Widerstandsfähigkeit gegen Wärmestoß besitzt (2) durch das Gußmetall nicht zum Versagen oder Nachgeben gebracht wird; und (3) in fertiger oder nahezu fertiger Form hergestellt werden kann und beim Erhitzen nicht oder fast nicht schrumpft.
Wenn ein gepulvertes Grundmetall (z.B. Aluminium) mit der Aluminiumtitanatmiscbung vermischt wird und diese Mischung in einer Umgebung, die ein Oxidationsmittel enthält (z.B. Luft), auf eine Temperatur von ungefähr 1400-1600ºC erhitzt wird, dann oxidiert das pulverförmige Grundmetall zumindest teilweise (z.B. wird Aluminium in Aluminiumoxid überführt). Diese Oxidationsreaktion führt zu einem Oxidationsreaktionsprodukt (z.B. Al&sub2;O&sub3;), das einen Leerraum oder eine Hohlraum zurückläßt, der zumindest teilweise von der resultierenden Phase, die Al&sub2;O&sub3; aufweist, ausgekleidet ist. Weiterhin kann das Oxidationsreaktionsprodukt über den ursprünglichen Ort des Metallteilchens hinaus weiterwachsen, was zu (einer) verstärkten oder in sich zusammenhängenden Phase(n) aus Aluminiumtitanat führt (z.B. kann das Oxidationsreaktionsprodukt zumindest teilweise in sich verbunden sein, was dazu führen kann, daß das Oxidationsreaktionsprodukt zumindest Teile des Körpers aus Aluminiumtitanat verbindet oder zusammenhält). Der kumulative Effekt der Oxidation des Pulvers aus der Aluminiumlegierung im Körper aus Aluminiumtitanat ist die Erzeugung einer gewünschten verstärkten Porosität. Es wird angenommen, daß die verstärkte Porosität die Eigenschaften hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen Wärmestoß und der Eingießeigenschafien des Aluminiumtitanatkörpers, der gemäß der Erfindung erzeugt wird, vorteilhaft beeinflußt. Genauer gesagt macht die Porosität den Körper aus Aluminiumtitanat widerstandsfähig gegenüber Wärmestoß und nachgiebig, so daß der Körper den Belastungen, die beim Eingegossenwerden auftreten, widerstehen kann. Darüber hinaus kann das Vorliegen von Mikrorissen im Körper aus Aluminiumtitanat ebenfalls die Eigenschaften bezüglich Wärmestoß und der Eingießeigenschaften vorteilhaft beeinflussen. Weiterhin ist der Vorgang der Oxidationsreaktion (z.B. die Umwandlung des Grundmetalls in ein Oxid des Grundmetalls) von einer Ausdehnung des Körpers begleitet, die eine mögliche Schrumpfung beim Sintern ausgleichen oder ihr entgegenwirken kann. Dieses Phänomen erlaubt die Herstellung eines Bauteils von fertiger oder nahezu fertiger Form, das keine oder praktisch keine Schrumpfung aufweist. Derartige Fähigkeiten zur Erzeugung fertiger oder nahezu fertiger Formen sind deshalb bedeutend, weil eine Aluminiumtitanatmischung zu einem gewünschten Grünkörper geformt und erhitzt werden kann und der resultierende Körper aus Aluminiumtitanat im wesentlichen von der gleichen Größe und Form ist wie der Grünkörper.
Es wurde auch beobachtet, daß es während der Oxidation und des Sinterns bei Temperaturen von ungefähr 1300-1600ºC zur Bildung komplexer Oxide, die Aluminium enthalten, kommen kann. So kann die Al&sub2;O&sub3;-Phase, die durch den Vorgang der Oxidationsreaktion gebildet wird, mit überschüssigem TiO&sub2; und/oder den Stabilisationshilfen, wie z.B. Chromerz, Ilmenit oder Fe&sub2;O&sub3; etc., unter Bildung einer stabilisierten festen Lösung aus Aluminiumtitanat und/oder komplexen Oxiden, wie z.B. Al&sub2;O&sub3;-Cr&sub2;O&sub3;, Fe, Mg-Spinellen etc., die auch in festen Lösungen vorkommen können, reagieren. Derartige komplexe Oxide können dem gebildeten Körper aus Aluminiumtitanat ebenfalls erwünschte mechanische Eigenschaften verleihen.
Die folgenden Beispiele der vorliegenden Erfindung werden gebracht, um die Art und Weise, auf die die vorliegende Erfindung durchgeführt werden kann, besser zu verstehen. Diese Beispiele sollen lediglich verschiedene Aspekte der Herstellung von Körpern aus Aluminiumtitanat veranschaulichen. Insbesondere sollten diese Beispiele nicht so verstanden werden, daß sie den Anwendungsbereich der Erfindung einschränken.
Die Beispiele 1 und 2 demonstrieren Techniken, die zur Herstellung eines Körpers, der Aluminiumtitanat aufweist, verwendet werden können.

Beispiel 1

Es wurde ein Körper aus Aluminiumtitanat der Erfindung durch Schlickergießen einer Mischung, die Aluminiumtitanat, Chromerz, Fe&sub2;O&sub3; und eine gepulverte Aluminiumlegierung enthielt, hergestellt. Das Aluminiumtitanat enthaltende Pulver hatte eine Teilchengröße von < 74 iim (minus 200 Mesh) und wurde von Mason Color and Chemical Works Inc., East Liverpool, Ohio, bezogen und enthielt, wie oben bei der Zusammensetzung 1 diskutiert wurde, ungefähr 32 Gewichtsprozent Al&sub2;TiO&sub5; und einem Rest von nicht umgesetztem Al&sub2;O&sub3; und TiO&sub2;, und Spuren an SiO&sub2;, MgO und Fe&sub2;O&sub3; waren ebenfalls vorhanden. Das Chromerz hatte eine Teilchengröße von < 74 um (minus 200 Mesh) und wurde von Foote Minerals Company Exton, PA, bezogen. Das Fe&sub2;O&sub3; hatte eine Teilchengröße von < 44 um (minus 325 Mesh) und wurde von Fischer Scientific Company bezogen. Der Schlicker wurde durch Mischen der pulverförmigen Komponenten mit Wasser und dem Dispersionsmittel Darvan 7 und dem organischen Bindemittel XUS 4030303 hergestellt. Das Bindemittel Darvan 7 wurde von der RT Vanderbuilt Company, Norwalk, Connecticut, bezogen. Der Keramikbinder XUS 4030303 wurde von Dow Chemical, USA., Midland, Michigan, bezogen. Der aus dem keramischen Pulver bestehende Teil des Schlickers wurde gerührt und in ein Plastikgefäß gegeben, das eine gleiche Menge eines Aluminiumoxid- Mahlkörpers, der von Fischer Chemical Company, King of Prussia, PA, bezogen wurde, enthielt. Es wurde der flüssige Anteil des Schlickers zugegeben. Diese Schlickermischung füllte ungefähr die Hälfte bis Dreiviertel des Volumens eines Gefäßes von 2 Liter. Der Schlicker im Gefäß enthielt die folgenden Bestandteile (in etwa):
entionisiertes Wasser 1475 g
Darvan 7 110g
Essigsäure (10%ig) 25g
Bindemittel XUS 403030 (5%ig) 81 g
Aluminiumtitanat-Pulver 2965 g
Chromerz 780 g
Fe&sub2;O&sub3; 225 g
Der Schlicker wurde einer Kugelmühle ungefähr 18 h homogenisiert. Während des Homogenisierens in der Kugelmühle wurde der Schlicker mit Essigsäure auf einen pH von ungefähr 6,9-7,3 eingestellt. Nach dem Homogenisieren in der Kugelmühle wurden ungefähr 531 g eines Pulvers aus einer Aluminiumlegierung zugesetzt.
Die Aluminiumlegierung wurde von Belmont Metals bezogen und wies ungefähr 2,5-3,5 Gewichtsprozent Zn, 3,0-4,0 Gewichtsprozent Kupfer, 7,5-9,5 Gewichtsprozent Si, 0,8-1,5 Gewichtsprozent Fe, 0,2-0,3 Gewichtsprozent Mg, 0-0,5 Gewichtsprozent Mn, 0-0,001 Gewichtsprozent Be und 0-0,35 Gewichtsprozent Sn auf.
Der Schlicker wurde wieder ungefähr 1 Stunde gerührt, wobei der pH wieder, wenn es erforderlich war, auf ungefähr 6,9-7,1 eingestellt wurde. Durch das Kontrollieren des pH wurde die Reaktion zwischen dem Aluminium und dem Wasser stabilisiert, wodurch die Bildung von Wasserstoffgas vermindert wurde. Die spezifische Dichte und die Viskosität des verwendeten Schlickers lagen bei ungefähr 2,1-2,2 und bei 250-750 mPa s (250-750 cP), was durch Einstellen der Wassermenge und der Menge des Dispersionsmittel Darvan 7 erreicht wurde.
Der Schlicker wurde in eine Form aus Gips gegossen, die von Holland Mold Company, Trenton, NJ, bezogen wurde und die die Konfiguration der Auskleidung der Auspuffmündung umgekehrt wiederholte. Der Schlicker wurde in die Form gegossen und restlicher Schlicker abgesaugt so daß sich eine Wandstärke im Bereich von ungefähr 2,5-3,8 mm (0,1-0,15 in) ergab. Nach ungefähr 2 Stunden wurde das Stück aus der Form entfernt und in einem elektrischen Widerstandsofen ungefähr 18 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 100ºC gehalten. (Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß das Stück in der Form getrocknet werden kann, indem die ganze Anordnung in den Trockenofen gebracht wird.)
Nach dem Trocknen wurde der grüne keramische Gegenstand oxidiert und unter Verwendung eines elektrischen Widerstandsschmelzofens, der von der Harrop Company, Columbus, OH, bezogen wurde, gesintert. Im folgenden ist der verwendete Heizzyklus angegeben. Zeit (Stunden) Temperatur Raumtemperatur
Es ist wichtig, daß die Temperatur mindestens ungefähr 1500ºC beträgt, um eine ausreichende Bildung von Al&sub2;TiO&sub5; im Körper zu erlauben. Der gemäß diesem Beispiel hergestellte Körper aus Aluminiumtitanat war für ein Eingießen in schmelzflüssiges Aluminium und/oder Eisen geeignet, z.B gemäß Beispiel 3. Weiterhin wurde, wie oben diskutiert wurde, der pH kontrolliert, um die Bildung von Wasserstoffgas zu vermindern. Diese Erscheinung kann jedoch dazu verwendet werden, einen Körper zu schaffen, der seine eigene Porosität durch die Entwicklung von Gas (z.B. selbstschäumend) induziert und der anschließend gesintert werden kann.
Die Tabelle 1 führt typische Eigenschaften eines Aluminiumtitanatkörpers auf, der gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde. Zusätzlich zu den in Tabelle 1 aufgeführten Eigenschaften weist ein Körper, der gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, auch die Eigenschaften auf, die in Tabelle 2 aufgeführt sind. TABELLE 1 TECHNISCHE EIGENSCHAFTEN DES ALUMlNlUMTITANAT-KÖRPERS AUS BEISPIEL 1 Wärmeleitfähigkeit Wärmeausdehnungszahl Dehnung bis zum Ausfall Druckfestigkeit Biegesteifigkeit Elastizitätsmodul Rohdichte

Beispiel 2

Es wurde ein Aluminiumtitanatkörper der vorliegenden Erfindung durch Trockenpressen einer Scheibe von ungefähr 3,3 cm (1,30 in) Durchmesser und ungefähr 1 cm (0,40 in) Dicke hergestellt. TABELLE 2 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN EINES KÖRPERS, DER GEMÄSS BEISPIEL 1 HERGESTELLT WURDE, BEI RAUMTEMPERATUR UND BEI ERHÖHTER TEMPERATUR Biegesteifigkeit Raumtemperatur Mittelwert Standardabweichung Probenzahl Weibull-Modul Dehnung beim Versagen, 10&supmin;&sup4; Zähigkeit, MPa m 1/2
Die gepressten Pulver enthielten ungefähr 71 Gewichtsprozent einer Pulvermischung, die ungefähr 32 Gewichtsprozent Al&sub2;TiO&sub5; enthielt, wobei der Rest aus nicht umgesetztem Al&sub2;O&sub3; (ungefähr 37 Gewichtsprozent) und TiO&sub2; (ungefähr 31 Gewichtsprozent) und Spuren an SiO&sub2;, MgO und Fe&sub2;O&sub3; bestand. Ungefähr 17 Gewichtsprozent Chromerz und 12 Gewichtsprozent der Aluminiumlegierung wurden dem Pulver, das das Aluminiumtitanat enthielt, in trockener Form zugesetzt. Die Pulver hatten die gleiche Teilchengröße, und die Hersteller waren dieselben wie in Beispiel 1 diskutiert wurde. Es wurde ein wässriges Polyvinylalkohol-Bindemittel in einer Konzentration von 15 % (Elvanol 75-15), das von E.I. Du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE, bezogen wurde, zugegeben. Diese Mischung wurde gründlich vermischt, bis sie gepreßt werden konnte. Die Mischung wurde unter Verwendung einer Trockenpresse und einer Stahlplatte gepreßt. Der Druck in der Trockenpresse wurde gesteigert, bis in dem trockengepreßten Stück Lagenrisse auftauchten (z.B. ungefähr 34,5-51,7 MPa (5000-7500 psi)).
Die gepreßten Stücke wurden zum Erhitzen auf eine Einbettung aus 38 Alundum, verschmolzenem Aluminiumoxid, das von der Norton Company, Worchester, MA, bezogen wurde, gegeben. Die Körper wurden unter Verwendung des Ofens und des Heizzyklus, die im Beispiel 1 verwendet wurden, erhitzt. Die gemäß diesem Beispiel hergestellten Aluminiumtitanatkörper waren dafür geeignet, z.B. gemäß Beispiel 3 in schmelzflüssiges Aluminium und/oder Eisen eingegossen zu werden.
Die Figur 1 ist eine lichtmikroskopische, bei 200-facher Vergrößerung aufgenommene Aufnahme eines Querschnitts durch einen Körper, der gemäß diesem Beispiel hergestellt wurde. Die dunkleren Bereiche 1 weisen die Poren oder Hohlräume auf, die während der Oxidationsreaktion gebildet wurden, und die helleren Bereiche 2 weisen Al&sub2;TiO&sub5; auf. Die grauen Bereiche 3 stehen für komplexe Oxide. Man beachte, daß zumindest ein Teil des Bereichs 3 Flächen mit Mikrorissen, die als 4 bezeichnet sind, enthält.
Das Beispiel 3 demonstriert eine Technik, die dazu verwendet werden kann, einen Körper, der Aluminiumtitanat aufweist, in schmelzflüssiges Metall (z.B. Aluminium) einzugießen oder ihn damit zu umgeben.

Beispiel 3

Wie in Figur 2 gezeigt wird, wurde eine Röhre 15 aus Aluminiumtitanat im großen und ganzen gemäß Beispiel 1 in Aluminium eingegossen. Eine Graphitröhre 11 von ungefähr 12,7 cm (5,0 in) Höhe, die einen Außendurchmesser von ungefähr 8,6 cm (3,4 in) und einen Innendurchmesser von 6,8 cm (2,7 in) besaß, und eine Graphitplatte 12, die einen Außendurchmesser von ungefähr 15 cm (6 in) besaß, 2,5 cm (1 in) hoch war und einen vertieften runden Bereich 13 und ein erhöhtes rundes Mittelstück 14 für das Positionieren einer Röhre 15 aus Aluminiumtitanat hatte, wurden dazu verwendet, schmelzflüssiges Aluminium um die Röhre 15 herum zu gießen. Eine Aluminiumtitanatröhre 15, die ungefähr 95 mm lang war und einen Außendurchmesser von ungefähr 44 mm hatte, wurde auf den erhöhten Teil 14 der Graphitplatte gesetzt. Die Röhre 15 wurde mit Sand 16 gefüllt. Die Anordnung aus der Graphitplatte 12 und der Röhre 15 wurde auf ungefähr 60ºC vorerhitzt. Die Aluminiumlegierung (nicht gezeigt), die verwendet wurde, um die Aluminiumtitanatröhre 15 zu umgeben, hatte eine Zusammensetzung wie sie in Beispiel 1 oben diskutiert wurde. Die Aluminiumlegierung wurde auf eine Temperatur von ungefähr 750ºC erhitzt. Die Aluminiumtitanatröhre 15 und die Graphitplatte 12 wurden auf einen Bereich innerhalb von 70ºC um die Gießtemperatur herum (z.B. innerhalb von ungefähr 70ºC um 750ºC herum) erhitzt. Die Temperatur der Aluminiumtitanatröhre 15 wurde mit einem Kontaktpyrometer verfolgt. Die Graphitröhre 11, die auf 600ºC vorerhitzt war, wurde um die Röhre 15 herum in die Vertiefung 13 auf der Graphitplatte 12 gesetzt, um einen Bereich 17 dazwischen zu definieren.
Die schmelzflüssige Aluminiumlegierung wurde schnell und gleichmäßig in die Mitte der Graphitröhre 11 und um die Röhre 15 in den Bereich 17 gegossen, bis die Röhre 15 vollständig eingeschlossen war. Man ließ die ganze Anordnung langsam auf Zimmertemperatur abkühlen indem man sie mit einer Decke aus Keramikfaser bedeckte.
Nachdem die Testanordnung vollständig auf Raumtemperatur abgekühlt war wurde die Graphitröhre 11 entfernt, und der Sand 16 wurde aus der Keramikröhre 15 entfernt. Die Röhre 15 wurde daraufhin untersucht, ob irgendein Reißen, Abbröckeln oder Verwerfen des Teststückes während des Testens erfolgt war. Es wurde festgestellt, daß die Aluminiumtitanatröhre 15 weder während des Gießens des schmelzflüssigen Aluminiums, noch während des Abkühlens auf Zimmertemperatur gerissen war.
Die Figur 3 ist eine Fotografie einer geschnittenen Auskleidung für eine Auspuffmündung (d.h. einer Röhre), die in Aluminium gegossen und gemäß Beispiel 3 gebildet wurde. Genauer gesagt ist der Aluminiumtitanatkörper 21 von dem Aluminiumgußmetall 22 umgeben. Wie in Figur 3 gezeigt ist, bildet das Metall ein Stück mit dem gesinterten Aluminiumtitanatkörper.
Weiterhin ist es durch Anwendung eines Prozesses, der im großen und ganzen dem Beispiel 3 entspricht, möglich, z.B. einen Aluminiumtitanatkörper, der im großen und ganzen gemäß Beispiel 1 gebildet wurde, in schmelzflüssiges Eisen einzugießen. Diesbezüglich stellt die Figur 6 eine Fotografie eines Querschnittes durch einen Aluminiumtitanatkörper dar, der gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde, um den herum man schmelzflüssiges Gußeisen goß und es abkühlen ließ.
Typischerweise können, wenn schmelzflüssiges Metall, das einen keramischen Gegenstand umgibt, fest wird und beginnt, sich abzukühlen und zusammenzuziehen, als Ergebnis des Unterschiedes der Wärmeausdehnungszahl zwischen dem umgebenden Metall und dem keramischen Körper Druckspannungen, z. B. Druckscherspannungen, im keramischen Gegenstand hervorgerufen werden. Dementsprechend kann aufgrund der Charakteristika (d.h. aufgrund der mechanischen Eigenschaften und der Wärmeleitfähigkeit) des Aluminiumtitanatkörpers der Erfindung der Aluminiumtitanatkörper dem Wärmestoß und den Druckspannungen standhalten, die das Gießen schmelzflüssigen Metalls begleiten.
Es wurden die mechanischen Eigenschaften einer Vielzahl von Aluminiumtitanatkörpern, die gemäß der Erfindung hergestellt und im großen und ganzen gemäß dem obigen Beispiel 2 gebildet wurden, bestimmt. Für Vergleichszwecke wurde ein im Handel erhältlicher Aluminiumtitanatkörper von Hoechst Inc. bezogen. Bei dem im Handel erhältlichen Aluminiumtitanatkörper handelte es sich um eine Röhre von ungefähr 15 cm (6 in) Länge und einem Außendurchmesser von ungefähr 4,4 cm (1 3/4 in), die eine ungefähr 3,0 mm (1/8 in) dicke Wand hatte. Die Röhre bestand zu ungefähr 100 Gewichtsprozent aus Al&sub2;TiO&sub5;. Die Testverfahren, die zur Bestimmung der jeweiligen durchschnittlichen mechanischen Eigenschaften der oben beschriebenen beiden Sets von Materialien verwendet wurden, waren wie folgt:

Wärmeausdehnungszahl.

Es wurde ein Adamel-Lhomargy-Dilatometer zur Bestimmung der Charakteristika bezüglich der Wärmeausdehnung einer Stange, die ungefähr 3,8-5,1 cm (1,5-2,0 in) lang war und ein ungefähr 6,4 mm (0,25 in) im Quadrat messendes Ende hatte, verwendet. Die Konfiguration des Endes des Teststückes muß nicht quadratisch sein, sondern es kann z.B. auch rund sein.

Wärmeleitfähigkeit.

Diese Werte wurden durch Berechnen des Produktes aus Temperaturleitzahl, spezifischer Wärme und mittlerer Dichte berechnet.
Die Temperaturleitzahl wurde durch Verwendung eines gepulsten Lasers mit Hilfe einer quadratischen Platte, die maschinell auf ungefähr 8,9 mm (0,35 in) im Quadrat x 2,5 mm (0,1 in) Dicke gebracht worden war, bestimmt. Der Test beinhaltet das Erhitzen der Probe (d.h. der Platte) in einer stickstoffgefüllten Kammer, Bestrahlen einer Seite mit einem Laserstrahl und Messen des Temperaturanstieges auf der gegenüberliegenden Seite mit einem Infrarotpyrometer. Die Maßeinheiten der Messungen sind cm²/s. Dieses Vorgehen wurde bei Probentemperaturen von Raumtemperatur bis ungefähr 1000ºC in 100ºC-Schntten wiederholt, um einen Zusammenhang mit der Temperatur herzustellen.

Spezifische Wärme.

Die spezifische Wärme wurde für einen maschinell auf 4,3 mm (0,17 in) im Quadrat x 0,1 mm (0,04 in) Dicke gebrachten Waver unter Verwendung eines Kalorimeters bestimmt. Die Probe wurde von Raumtemperatur in 100ºC-Schritten auf 600ºC erhitzt. Die Einheiten sind J/g/ºC

Rohdichte.

Die Rohdichte wurde durch Teilen des Gewichtes der Probe durch das Volumen bestimmt. Die Einheiten sind g/cm³.

Mechanische Eigenschaften.

Die Stabilität und die Anpassungsfähigkeit wurden durch uniaxiales Pressen bestimmt. Ringe und Blöcke, die aus runden Scheiben (wie sie z.B. in Beispiel 2 gebildet wurden) geschnitten worden waren, wurden für die Drucktests verwendet. Die Ringe wurden aus Teilen von runden Röhren (z.B. Auskleidungen für Auspuffmündungen) geschnitten. Die Ringe waren ungefähr 12,7 mm (0,5 in) hoch und hatten einen Außendurchmesser von ungefähr 4,3 cm (1,7 in). Die Blöcke hatten Abmessungen von ungefähr 1,8 cm (0,7 in) x 2,5cm (1,0 in) x 7,6 mm (0,3 in).
Die Ringe und Blöcke wurden auf der Ober- und Unterseite maschinell bearbeitet, um parallele Oberflächen zu gewährleisten. Die Stücke wurden bei Zimmertemperatur mit einem mechanischen Tinius-Olsen-Testgerät, der mit einem Zygo- Lasersensorsystem für die Messung und Aufzeichnung der Auslenkung der Probe während des Tests ausgerüstet war, getestet. Die Proben wurden mit einer Belastungsgeschwindigkeit von 136 kg/min (300 lb pro min) getestet bis sie brachen.
Die Gesamtdehnung war die Dehnung, die beim Brechen gemessen wurde. Die Nachgiebigkeitsdehnung, wie sie hier definiert wird, wurde aus der Spannungs/Dehnungs-Kurve (d.h. wie es durch die gestrichelten Linien in der Figur 4, die unten genauer diskutiert wird, gezeigt ist) durch Extrapolation des oberen Teils jeder Linie bis zum Schnittpunkt mit der "X"-Achse des Graphen bestimmt. Die Druckspannung ist die Belastung beim Brechen geteilt durch die Querschnittsfläche der Probe. Der Elastizitätsmodul ist die Steigung des oberen linearen Bereiches der Spannungs/Dehnungs-Kurve.

Wärmestoß.

Der Test auf Wärmestoß wurde durch Eintauchen des Aluminiumtitanatkörpers in schmelzflüssiges Eisen von einer Temperatur von ungefähr 1400ºC und Beobachten, ob der Körper unter der folgenden thermischen Auslenkung zerbrach, bestimmt.
Die Tabelle 3 führt die Durchschnittswerte der beiden getesteten Materialsets auf. Die Tabelle 4 demonstriert die Fähigkeit des Aluminiumtitanatmaterials der vorliegenden Erfindung, zumindest teilweise das Schrumpfen während des Sinterns auszugleichen, so daß ein Gegenstand in nahezu fertiger Form erzeugt wird. Die Information über das Schrumpfen beim Sintern war für den im Handel erhältlichen Aluminiumtitanatkörper nicht erhältlich, da er als fertiges Produkt vom Hersteller (d.h. Hoechst) bezogen wurde.
Allgemein hatten die Körper, die gemäß Beispiel 2 hergestellt wurden, niedrigere Dichten und im wesentlichen eine ähnliche oder niedrigere Wärmeleitfähigkeit als das im Handel erhältliche Aluminiumtitanat. Das im Handel erhältliche Aluminiumtitanat wies typischerweise höhere Druckspannungen auf. Das im Handel erhältliche Aluminiumtitanat hatte eine ähnliche Fähigkeit zur Gesamtdehnung und zur Nachgiebigkeitsdehnung. Obwohl das im Handel erhältliche Aluminiumtitanat den Wärmestoßtest überstand, überstanden diese Körper nicht die Einarbeitung in (d.h. das Eingießen in) schmelzflüssiges Eisen. Genauer gesagt scheint es so, als ob die Spannungen, die auf die im Handel erhältlichen Körper ausgeübt werden, so groß waren, daß sie sie nicht überstanden, während die Körper, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, die gleichen Eingießverfahren überstanden.
Die Figur 4 stellt die Spannungs/Dehnungs-Kurven für einen im Handel erhältlichen Aluminiumtitanatkörper, der von Hoechst erhalten worden war, und für einen Aluminiumtitanatkörper, der gemäß Beispiel 2 hergestellt worden war, dar. Es wurden zwei individuelle Teststücke (die zwei Testproben entsprachen, die für die Erzeugung der Daten in Tabelle 1 verwendet wurden) für die Erzeugung der Kurven A und B in Figur 4 verwendet. Genauer gesagt repräsentiert die Linie A die Spannungs/Dehnungs-Kurve für einen Block aus einem Verbundmaterial aus einem porösen Aluminiumtitanat, das gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde; dagegen repräsentiert die Linie B die Spannungs/Dehnungs-Kurve für einen Ring aus einem von der Firma Hoechst bezogenen Aluminiumtitanatkörper; und die Linie C repräsentiert Tabelle 3 Material Wärmeleitfähigkeit² Watt/m k Gesamtdehnung 10&supmin;&sup4; Nachgiebkeitsdehnung x 10&supmin;&sup4; Druckfestigkeit MPa Elastizitätsmodul GPa Wärmestoßversagen Beispiel 2 im Handel erhältliches Aluminiumtitanat ¹CTE=Wärmeausdehnungszahl, von Raumtemperatur auf 750ºC ²gemessen bei 500ºC Tabelle 4 Durchmesseränderung (%) Dickenänderung (%) Material Dichte bei 1500ºC (g/cm³) Beispiel 2
die Spannungs/Dehnungs-Kurve für einen Körper, der im wesentlichen gemäß Beispiel 1 hergestellt wurde. Bei diesen Körpern lag die maximale Druckfestigkeit für die Linie A (d.h. das vorliegende Beispiel 2) bei 163 MPa, die maximale Dehnung war 126 x 10&supmin;&sup4;, und die Nachgiebigkeitsdehnung war 34. Für die Linie B (d.h. den kommerziellen Körper) lag die maximale Druckfestigkeit bei 288 MPa, die Dehnung war 101 x 10&supmin;&sup4;, und die maximale Nachgiebigkeitsdehnung war 28. Für die Linie C (d.h. das vorliegende Beispiel 1) lag die maximale Druckfestigkeit bei 345 MPa, die maximale Dehnung war 129 x 10&supmin;&sup4;, und die maximale Nachgiebigkeitsdehnung war 45. Für den Vorgang des Eingegossenwerdens ist die kritische mechanische Eigenschaft die Verformungsfähigkeit des Materials, wie sie als die maximale Dehnung und die Nachgiebigkeitsdehnung bestimmt wird. Es ist klar, daß der Körper, der durch das Verfahren aus Beispiel 2 hergestellt wurde, deutlich überlegen ist.
Eine wichtige Gesamtwirkung der Anwesenheit der Aluminiumlegierung liegt in der Fähigkeit zur Schaffung eines porösen Aluminiumtitanatkörpers, der in einer bevorzugten Ausführungsform mit Mikrorissen versehen sein kann, mit verbesserten Wärmeisoliereigenschaften im Vergleich zu den relativ dichten Materialien, die derzeit im Handel erhältlich sind. Ohne sich auf irgendeine spezifische Theorie festlegen zu wollen wird angenommen, daß die Mikrorisse des Aluminiumtitanats die Grundlage für die ungewöhnlichen Eigenschaften, die in Figur 4 dargestellt sind, sein könnten. Genauer gesagt können, wenn eine Kraft auf den Aluminiumtitanatkörper einwirkt, die Mikrorisse diese Kraft dadurch absorbieren, daß sie zusammengedrückt (z.B. geschlossen) werden. Schließlich können die Mikrorisse praktisch vollständig verschwunden sein, was zu einer Änderung der mechanischen Eigenschaften des Körpers führt (d.h. zum Knick oder Bruch in den Kurven der Figur 4). Dementsprechend ist es möglich, einen Körper maßzuschneidern, um die gewünschten Spannungs/Dehnungs-Charakteristika für eine vorher festgelegte Kraft zu schaffen, die auf den Körper ausgeübt werden wird.
Weiterhin weist das Material, das gemäß der Erfindung hergestellt wird, verbesserte Wärmeisoliereigenschaften auf (d.h. eine verminderte Wärmeleitung) im Vergleich zu im Handel erhältlichen Aluminiumtitanatkörpern, wie in Figur 5 gezeigt ist. Diese verminderte Wärmeleitung erlaubt eine verbesserte Wärmekonservierung, und dementsprechend kann sie Körper, die an den Aluminiumtitanatkörper der vorliegenden Erfindung angrenzen, von hohen Temperaturen isolieren. Genauer gesagt repräsentiert die Linie D die Wärmeleitfähigkeit der gleichen Röhre aus im Handel erhältlichem Aluminiumtitanat, die in Figur 4 verwendet wurde. Dagegen repräsentiert die Linie E die Wärmeleitfähigkeit des gleichen Stückes als Aluminiumtitanat aus Beispiel 2, das in Figur 4 verwendet wurde. Die Figur 5 demonstriert die im allgemeinen niedrigere Wärmeleitung von Aluminiumtitanatkörpern, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden.
Weiterhin zieht die vorliegende Erfindung ein neuartiges System aus Materialien, die auf Al, Ti, Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2; und Al&sub2;TiO&sub5; basieren, in Betracht. Zum Beispiel kann eine Mischung, die Aluminium oder eine Aluminiumlegierung aufweist, wenn sie mit Al&sub2;TiO&sub5; gemischt und auf ungefähr 1500ºC erhitzt wird, einen fertigen Körper bilden, der Körner aus dem ursprünglichen Al&sub2;TiO&sub5; aufweist oder der durch eine Phase aus porösem Al&sub2;O&sub3; verbunden ist oder zusammengehalten wird. Die Al&sub2;O&sub3;-Phase besteht aus einem Oxidationsreaktionsprodukt der Aluminium legierung. Wenn Wärmestabilität gewünscht ist, dann sollten Stabilisationshilfen bereitgestellt werden. Alternativ kann ein Teil oder im wesentlichen das Ganze des ursprünglich bereitgestellten Aluminiums letztlich Aluminiumtitanat bilden oder unter Bildung eines komplexen Oxides reagieren. Der Umfang der Reaktion kann auf jedes gewünschten Ausmaß eingestellt werden. Zum Beispiel können Mischungen (z.B. Vorläufer für Aluminiumtitanat), wie z.B. Al und TiO&sub2; oder Ti und Al&sub2;O&sub3;, miteinander reagieren, wenn sie in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt werden, wobei ein Körper gebildet wird, der aus Al&sub2;TiO&sub5; besteht. Der Umfang der Reaktion kann durch Kontrollieren der Temperatur, der Oxidationsmittel und/oder der Reaktionszeit gesteuert werden.
Weiterhin gestattet die Art und Weise, auf die das Grundmetall oxidiert, die Bildung eines fertigen Körpers, der ungefähr die gleichen Abmessungen wie der Grünkörper besitzt (d.h., der praktisch überhaupt kein Schrumpfen aufweist). Genauer gesagt tendiert ein Körper, der ein oxidierbares Metall aufweist und unter Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts umgesetzt wird, zum Poröswerden und Expandieren. Beim weiteren Erhitzen kann der Körper anfangen zu sintern. Das Sintern kann von einem Schrumpfen des Körpers begleitet sein. Der letztendliche Effekt kann sein, daß der Körper aufgrund des Sinterns schrumpft, und zwar in einem Ausmaß das im wesentlichen so groß ist wie die Ausdehnung, die im Körper aufgrund der Bildung eines Oxidationsreaktionsprodukts erfolgte, so daß es praktisch zu keinem Schrumpfen des fertigen Gegenstands im Vergleich zum Grünkörper kommt. Weiterhin kann ein Füllstoffmaterial, z.B. SiC, zum Grünkörper aus Aluminiumtitanat gegeben werden, um die Schwankungen der Abmessungen zu kontrollieren, zu denen es während des Erhitzens kommen kann.
Weiterhin hat, wenn ein fertiger Körper gebildet wird, der Aluminiumtitanat und ein komplexes Oxid der Stabilisationshilfe aufweist, der resultierende Körper im Vergleich zu im Handel erhältlichen Körpern eine verbesserte Wärmestabilität (z.B. die Fähigkeit der Al&sub2;TiO&sub5;- Phase, wiederholtem Erhitzen und Abkühlen ohne nennenswerte Zerstörung zu widerstehen). Zum Beispiel behält ein fertiger Körper, der im großen und ganzen gemäß dem obigen Beispiel 2 hergestellt wurde, wenn er auf ungefähr 1100ºC erhitzt und ungefähr 100 Stunden bei dieser Temperatur gehalten wird, ungefähr 75 % des Gewichts des ursprünglich vorhandenen Al&sub2;TiO&sub5; bei. (Die Tabelle 5 führt einen Vergleich der Wärmestabilität des Körpers, der im großen und ganzen gemäß Beispiel 2 hergestellt wurde, und der eines im Handel erhältlichen Körpers aus Al&sub2;TiO&sub5; auf.) Dagegen wies die getestete Probe aus dem im Handel erhältlichen Körper, der z.B. von Hoechst erhalten wurde, ungefähr 0% Al&sub2;TiO&sub5; auf, wenn er auf die gleiche Weise erhitzt wurde. Noch wichtiger ist, daß die Aluminiumtitanatkörper, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, noch maschinell bearbeitbar und widerstandsfähig gegen Wärmestoß waren, während es der im Handel erhältliche Körper nicht war. Insbesondere können die Aluminiumtitanatkörper der vorliegenden Erfindung mit konventionellen Tischbohrmaschinen und Bohrern bearbeitet werden. TABELLE 5 WÄRMESTABILlTÄT: % VERBLIEBENES ALUMINIUMTITANAT Beispiel 2 Im Handel erhältliches Aluminiumtitanat Stunden in Gußeisen eingegossen
Demnach erlaubt die vorliegende Erfindung die Herstellung eines porösen Körpers mit Mikrorissen, der Aluminiumtitanat aufweist und der wärmebeständiger ist und zuverlässig in fertiger oder nahezu fertiger, vorher festgelegter Konfiguration hergestellt werden kann, ohne daß es praktisch zu einem Schrumpfen kommt.
Obwohl die vorliegende Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen offengelegt wurde, sollte klar sein, daß die Erfindung nicht auf die genauen Offenlegungen beschränkt ist, die hierin enthalten sind, sondern daß sie auch in anderen Ausführungsformen mit verschiedenen Veränderungen, Modifikationen und Verbesserungen vorkommen kann, die Fachleuten einfallen können, ohne daß vom Anwendungsbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen festgelegt ist, abgewichen wird.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Gegenstands mit thermischer Schockbeständigkeit und Nachgiebigkeit, das umfaßt:

(a) Vermischen eines Pulvers, das ein Grundmetall umfaßt, mit wenigstens einem Material, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumtitanat und Aluminiumtitanatvorläufern besteht;

(b) Zugeben eines Stabilisationshilfsmaterials;

(c) Bilden eines Grünkörpers aus der Mischung von Stufe (b); und

(d) Oxidieren und Sintern des genannten Grünkörpers.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte Grundmetall Aluminium umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die genannte Stabilisationshilfe wenigstens ein Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chromerz, Ilmenit und Fe&sub2;O&sub3; besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem das Formen des genannten Grünkörpers nach einem Verfahren umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Heißpressen, Schlickergießen, Spritzgießen, Sedimentationsgießen und Extrusion besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das genannte Verfahren Schlickergießen umfaßt und außerdern das Kontrollieren des pH des Schlickers während des Mahlens des Schlickers in der Kugelmühle umfaßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem das Sintern des genannten Grünkörpers bei einer Temperatur von etwa 1300ºC bis wenigstens 1500ºC umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das genannte Oxidieren für einen Zeitraum fortgesetzt wird, der ausreicht, um wenigstens eine gewisse Menge Oxidationsreaktionsprodukt aus dem genannten Grundmetall zu bilden, so daß das genannte Metall eine Porosität in dem gesinterten Körper induziert.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die genannten Aluminiumtitanatvorläufer wenigstens ein Material umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, Al, Ti und Legierungen von Al und Ti besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das genannte Metall eine Aluminiumlegierung umfaßt, die Zn, Cu, Si, Fe und Mg enthält.

10. Verfahren nach Anspruch 1, das außerdem das Gießen von schmelzflüssigem Metall um wenigstens einen der genannten gesinterten Keramikkörper mit einem Gehalt an Aluminiumtitanat umfaßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem das genannte schmelzflüssige Metall wenigstens ein Material umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Eisen und Legierungen davon besteht.

12. Ein Körper mit einer thermischen Schockbeständigkeit und Nachgiebigkeit, der Aluminiumtitanat und wenigstens ein Metall umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt, die aus Aluminium und Titan besteht, wobei der genannte Körper einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von weniger als etwa 2,0 x 10&supmin;&sup6;/ºC und eine thermische Leitfähigkeit von weniger als etwa 2,0 Watt/mºK aufweist.

13. Körper nach Anspruch 12, der außerdem eine Dichte von weniger als etwa 3,30 g/cm³ aufweist.

14. Körper nach Anspruch 12, der außerdem wenigstens ein Material aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al&sub2;O&sub3;, TiO&sub2;, einer Aluminiumlegierung, einer Ti-Legierung, Chromerz, Cr&sub2;O&sub3;, Fe&sub2;O&sub3; und Ilmenit besteht.

15. Körper nach Anspruch 12, bei dem der genannte Körper eine Menge von Al&sub2;TiO&sub5; enthält, die nicht weniger als etwa 50 Gew.-% ausmacht.

16. Gegenstand nach Anspruch 12, bei dem der genannte Körper mit thermischer Schockbeständigkeit wenigstens teilweise von einem Metall umgeben ist.

17. Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen Verbundkörpers für das Eingießen in eine Metallkomponente, das umfaßt:

Bereitstellen eines Pulvers, das wenigstens ein Grundmetall umfaßt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminium, Titan und Legierungen davon besteht, das mit wenigstens einem Material vermischt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al&sub2;TiO&sub5;, Al&sub2;O&sub3; und TiO&sub2; besteht;

Zugeben wenigstens eines Materials, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Chromerz, Ilmenit und Fe&sub2;O&sub3; besteht; Formen eines Grünkörpers unter Verwendung eines Ver-. fahrens, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Heißpressen, Schlickergießen, Spritzgießen, Sedimentationsgießen und Extrusion besteht; und

(d) Oxidieren und Sintern des genannten Grünkörpers bei einer Temperatur von wenigstens 1300ºC für einen Zeitraum, der ausreicht, um wenigstens eine gewissen Menge Oxidationsreaktionsprodukt aus dem genannten Grundmetall zu bilden, um eine Porosität auszubilden und dem Körper Einheitlichkeit zu verleihen.