DK166409B1

DK166409B1 - Fremgangsmaade til fremstilling af keramiske kompositgenstande samt selvbaerende keramisk komposit

Info

Publication number: DK166409B1
Application number: DK326887A
Authority: DK
Inventors: Marc S Newkirk
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1987-06-26
Publication date: 1993-05-17
Also published as: CA1309574C; PT85450A; NZ220519A; CS8705980A3; PT85450B; FI86631C; KR880002775A; YU122187A; HU202167B; DK326887A; ZA873961B; CN1028511C; AU596668B2; CN87105222A; DK326887D0; IE60373B1; NO872366L; CS275021B2; BG60159B2; YU218588A

Description

DK 166409 B1 i

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af keramiske kompositgenstande med en formreproduceret del. Især omhandler opfindelsen keramiske kompositgenstande omfattende en polykrystallinsk matrix, som indlejrer et fyld-5 stof, og som har et negativt mønster, som er formgivet ved omvendt reproduktion af et positivt mønster i et ophavsmetalforstadium, og fremgangsmåden omfatter fremstillingen af kompositter, idet der sker en infiltration af lag af fyldstof med ophavsmetalforstadiets oxidationsreaktionspro-10 dukt, hvis positive mønster reproduceres omvendt til dannelse af det negative mønster af den keramiske komposit.

Den omhandlede opfindelse er beslægtet med den opfindelse, som er omtalt i dansk patentansøgning nr. 546/86.

Denne opfindelse angår en hidtil ukendt fremgangsmåde til 15 fremstilling af selvbærende keramiske kompositter ved dyrkning af et oxida tionsreaktionsprodukt fra et ophavsmetal ind i en permeabel masse af fyldstof. Den fremkomne komposit har imidlertid ikke nogen defineret eller forud fastlagt konfiguration.

20 Fremgangsmåden til dyrkning af et keramisk produkt ved hjælp af en oxidationsreaktion er beskrevet generelt i dansk patentansøgning nr. 1193/85. Anvendelsen af det usædvanlige oxidationsfænomen som beskrevet i nævnte patentansøgning, som kan forøges ved anvendelse af et lege-25 ret dopingmiddel, giver selvbærende keramiske legemer som oxidationsreaktionsproduktet fra et forstadiumophavsmetal samt en fremgangsmåde til fremstilling deraf. Fremgangsmåden forbedres ved brug af et ydre dopingmiddel, som påføres overfladen af forstadiumophavsmetallet som åbenbaret i dansk 30 patentansøgning nr. 3169/85.

En fremgangsmåde til fremstilling af keramiske legemer med en eller flere formgivne hulheder er åbenbaret i dansk patentansøgning nr. 435/87. Den i det keramiske legeme dannede hulhed reproducerer omvendt formen af et positivt møn-35 ster eller støbeformen af ODhav smetallet, som er indlejret i og helt omgivet af et fyldstof, som har tilstrækkelig tilpasningsevne til at udligne differentiel varmeudvidelse mellem fyldstoffet og ophavsmetallet samt metallets rum- 2 DK 166409 B1 ιβ fangsændring ved smeltning og er selvbindende ved passende temperatur til sikring af, at den hulhed, som dannes ved vandring af smeltet ophavsmetal ind i fyldstoffet (til dannelse af oxidationsreaktionsproduktet) ikke falder sam-5 men som følge af den trykforskel, som opstår tværs over den udviklede hulrumsvæg som et resultat af den hulrumsdannende vandring.

I de senere år har der været en voksen-de interesse for brugen af keramiske produkter til konstruktionsopgaver, 10 som traditionelt har været forbeholdt metaller. Drivkraften i denne interesse har været keramikprodukternes overlegenhed med hensyn til visse egenskaber såsom modstandsevne mod korrosion samt hårdhed, elasticitetsmodul og ildfast-hed i sammenligning med metaller.

15 Forsøg på fremstilling af keramiske produkter med større styrke, holdbarhed og sejhed har især været rettet mod (1) udviklingen af forbedrede behandlingsmetoder for monolitisk keramik og (2) udviklingen af nye produkter, især keramiske matrixkompositter. En komposit omfatter et 20 heterogent materiale eller et legeme eller en genstand, som er dannet af to eller flere forskellige materialer, som er intimt forbundet til opnåelse af komposittens ønskede egenskaber. F.eks. kan to forskellige materialer forenes intimt ved indlejring af det ene i en matrix af det andet.

25 Et keramisk matrixkompositprodukt omfatter typisk en keramisk matrix, som indeslutter en eller flere' forskellige slags af fyldstofmaterialer såsom partikler, fibre, stænger eller lignende.

De traditionelle metoder til fremstilling af keramiske 30 genstande omfatter følgende trin: (1) fremstilling af keramisk materiale i pulverform, (2) slibning eller formaling af pulveret til opnåelse af meget fine partikler, (3) dannelse af pulveret til et legeme med den ønskede skikkelse (med hensyntagen til krympning ved efterfølgende be-35 arbejdning), f.eks. ved monoaksial presning, isostatisk presning, sprøjtestøbning, båndstøbning, slikkerstøbning eller anden teknik,(4) komprimering af legemet ved opvarmning til en forhø.jet. temperatur, så at individuelle pulverpartikler forenes til dannelse af en sammenhængende DK 166409 B1 3 struktur, fortrinsvis tilvejebragt uden tilførsel af tryk (dvs. ved trykløs sintring), skønt en yderligere drivkraft i visse tilfælde er nødvendig og opnåelig ved anlæggelse af et ydre tryk, enten monoaksialt (dvs. varmpresning) 5 eller isostatisk, dvs. isostatisk varmpresning og (5) efterbehandling, ofte ved diamantslibning efter behov.

Meget arbejde har været rettet mod forbedring af pulverbehandlingsteknologien. Man har især lagt vægt på følgende to områder: (1) forbedrede metoder til fremstil-10 ling af ultrafine ensartede pulvermaterialer under anvendelse af sol-gel, plasma- og laserteknik og (2) forbedrede metoder til komprimering, indbefattet særlig udviklet teknik til sintring,varmpresning og isostatisk varmpresning. Formålet med disse bestræbelser har været at fremstille 15 tætte, finkornede og fejlfri mikrostrukturer, og man har også opnået forbedringer i keramikprodukternes egenskaber i visse henseender. Imidlertid medfører denne udvikling voldsomme stigninger i prisen.

En anden begrænsning i keramikteknikken, som forvær-20 res ved de moderne metoder, er overgangen fra en målestok til en anden. Konventionelle fremgangsmåder til komprimering (dvs. fjernelse af hulrum mellem pulverpartikler) kan ikke benyttes i forbindelse med store produkter i ét stykke. En forøgelse af genstandens størrelse frembyder adskillige 25 problemer, f.eks. forlænget opholdstid, strenge fordringer til ensartede procesbetingelser for et stort antal, revnedannelse i visse dele på grund af uensartet komprimering eller spændinger frembragt af varme, kastning og nedsynkning af visse dele under sintring, for 30 store komprimeringskræfter og formdimensioner ved anvendelse af varmpresning og for store omkostninger til trykbeholdere på grund af fordringerne i henseende til indvendigt rumfang og vægtykkelse i tilfælde af isostatisk varmpresning.

35 Når disse traditionelle metoder benyttes til frem stilling af keramiske matrixkompositmaterialer, opstår der yderligere vanskeligheder. Det alvorligste problem angår muligvis komprimeringstrinnet, nr. (4) ovenfor. Den DK 166409 B1 4 normalt foretrukne fremgangsmåde, sintring uden tryk, kan blive vanskelig eller uanvendelig i tilfælde af partikelformede kompositter, hvis materialerne ikke er yderst forligelige. Vigtigere er det, at normal sintring er umu-5 lig i de fleste tilfælde, hvor der optræder fiberkomposit-ter, selv om materialerne er forligelige, fordi sammenføringen af matrikspartiklerne hindres af fibrene, som søger at forebygge de fornødne forskydninger af pulverpartiklerne under komprimering. Disse vanskeligheder har man i visse 10 tilfælde delvis overvundet ved gennemtvingning af komponeringsprocessen under påføring af tryk udefra ved høj temperatur. Imidlertid kan sådanne fremgangsmåder fremkalde mange problemer, herunder brud på eller beskadigelse af forstærkningsfibrene gennem de udefra tilførte kræfter, 15 begrænset evne til frembringelse af komplicerede former (især i tilfælde af monoaksial varmpresning) samt generelt høje omkostninger hidrørende fra lav produktivitet samt en undertiden nødvendig omfattende ekstrabearbejdning.

Yderligere vanskeligheder kan også opstå ved blan-20 ding af pulverne med tråde eller fibre samt ved dannelsen af et legeme i trin (3) ovenfor, hvor det er vigtigt at opretholde ensartet fordeling af den anden kompositfase i den pågældende matriks. F.eks. kan ved fremstillingen af en trådforstærket keramikkomposit pulver- og trådstrøm-25 ningen under blandingen og dannelsen af legemet medfører manglende ensartethed og uønsket orientering af de forstærkende tråde, hvorved produktets egenskaber forringes.

De nævnte patentansøgninger beskriver nye fremgangsmåder, som løser nogle af disse problemer ved traditionel 30 keramisk teknologi, bl.a. dannelsen af hulrum, som kan have kompliceret form ved omvendt reproduktion af en i forvejen formgivet støbeform af ophavsmetalstadium. Den foreliggende opfindelse kombinerer disse fremgangsmåder med yderligere ny udvikling til opnåelse af dannelsen af 35 keramiske genstande, også af kompliceret struktur, frem til fuldkomne eller næsten fuldkomne udformning ved en teknik, som ikke kræver brugen af selvbindende fyldstoffer.

DK 166409 B1 5

Opfindelsen giver også stor fleksibilitet i udvælgelsen af de mønstre, som skal reproduceres, indbefattet tilbagespring, f.eks. udsparinger eller hulheder med en munding, som har mindre diameter eller bredde end deres 5 indre. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er med andre ord ikke begrænset til fremstillingen af genstande, som kan trækkes ud af en støbeform. Ved dannelsen af keramiske genstande med sådanne tilbagespring kan man ikke gøre brug af trin (3) i den ovennævnte kendte teknik, fordi det indre 10 mønster eller støbeformen ikke kan fjernes, efter at den keramiske genstand er dannet udenom.

Gennem den foreliggende opfindelse muliggøres fremstillingen af keramiske kompositter med forudbestemt formgivning ved hjælp af et usædvanligt oxidationsfænomen, som 15 overvinder vanskelighederne og begrænsningerne ifølge kendte metoder. Denne fremgangmåde giver typisk formgivne keramiske genstande med høj styrke og sejhed ved en mekanisme, som er mere direkte og alsidig og mindre bekostelig end kendte metoder.

20 Opfindelsen muliggør også pålidelig fremstilling af keramiske genstande med formgivet konfiguration i en størrelse og tykkelse, som er vanskelig eller umulig at opnå ifølge den kendte teknik.

Ifølge opfindelsen anvises der en fremgangsmåde til 25 fremstilling af et selvbærende keramisk kompositlegeme med et negativt mønster, som omvendt reproducerer et positivt mønster af et ophavsmetalforstadium. Det keramiske kom-positlegeme omfatter en keramisk matrix med et fyldstof indlejret deri, idet denne matrix omnås ved oxidation af 30 et ophavsmetal til dannelse af et polykrystallinsk materiale, som består af reaktionsproduktet fra oxidation af ophavsmetallet med et oxidationsmiddel, f.eks. med et damp-faseoxidationsmiddel, og evt. en eller flere metalliske bestanddele. Fremgangsmåden omfatter følgende trin: Ophavs-35 metalforstadiet, som har en positiv mønstersektion til omvendt reproduktion og ikke-reproducerende sektion, anbringes i intimt indgreb med et lag af tilpasbart fyldstof under vækstreguleringsbetingelser til fremme af væksten af 6 DK 166409 B1 oxidationsreaktionsproduktet fra den positive mønstersek-tion og til inhibering af sådan vækst fra den ikke-repro-ducerende sektion. Fyldstoffet er gennemtrængelig for oxidationsmidlet efter behov (som i det tilfælde, hvor oxida-5 tionsmidlet er et dampfaseoxidationsmiddel) for at tillade, at oxidationsmidlet kommer i kontakt med det smeltede ophavsmetal som beskrevet nedenfor, og det er under alle omstændigheder gennemtrængeligt for infiltration ved vækst af oxidationsreaktionsproduktet gennem fyldstoffet. Det indlejrede 10 ophavsmetalforstadium opvarmes til en temperatur over sit smeltepunkt, men under smeltepunktet for oxidationsreaktionsproduktet til dannelse af et legeme af smeltet ophavsmetal, og i dette temperaturområde omsættes det smeltede ophavsmetal med oxidationsmidlet til dannelse af oxidations-15 reaktionsproduktet. I det mindste en del af oxidationsreaktionsproduktet holdes i dette temperaturområde og i kontakt med og mellem legemet af smeltet metal og oxidationsmiddel, så at der gradvis trækkes smeltet metal fra legemet af smeltet metal gennem oxidationsreaktionsproduktet og til kon-20 takt med oxidationsmidlet i laget af fyldstof med henblik på oxidationsreaktion på dette sted. Samtidig begynder det negative mønster at udvikles, og det dannes i den sidste ende i laget af fyldstof, idet oxidationsreaktionsproduktet fortsætter med at blive dannet på grænsefladen mellem 25 oxidationsmidlet og i forvejen dannet oxidationsreaktionsprodukt. Denne reaktion fortsættes i dette temperaturområde i tilstrækkelig tid til i det mindste delvis infiltration eller indlejring af laget af fyldstof i oxidationsreaktionsproduktet til vækst af dette til dannelse af kom-30 positproduktet med nævnte negative mønster. Endelig skilles det selvbærende keramiske kompositprodukt fra overskydende fyldstof og eventuelt uomsat ophavsmetal.

Opfindelsen omfatter et eller flere af andre træk, alene eller i kombination: Anbringelse af ophavsmetalfor-35 stadiet i indgreb med laget af tilpasbart fyldstof, så at den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet er fri for kontakt med laget af fyldstof, anvendelse af vækstbegrænsningsbetingelser, som omfatter påføring af DK 166409 B1 7 et ydre dopingmiddel til den positive mønstersektion, indføring af et oxidationsmiddel i fyldstoffet, anvendelse af en ikke-oxiderende gas eller vakuum samt overlejring af den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet 5 med en barriere eller en vækstforebyggende foranstaltning, som hindrer vækst af oxidationsreaktionsproduktet igennem denne barriere. Når der tales om påføring af et ydre dopingmiddel på den positive mønstersektion, skal dette omfatte begge følgende metoder: Påføring af dopingmidlet direkte 10 på udvalgte overflader af ophavsmetalforstadiet samt påføring af dopingmidlet på fyldstoffet i et område, som støder op til de udvalgte overflader på ophavsmetalforstadiet.

I en anden aspekt af opfindelsen er fyldstoffet også selvbindende, i det mindste · når dette kræves, til at modstå 15 trykforskelle, som dannes tværs over oxidationsreaktionsproduktet ved dettes vækst.

I en anden aspekt ifølge opfindelsen vises der en selvbærende keramisk kompositgenstand med et negativt mønster, som omvendt reproducerer det positive mønster af 20 en ophavsmetalstøbeform eller et forstadium, som foruden en sektion med det positive mønster har en ikke-reproducerende sektion. Den keramiske kompositgenstand omfatter en polykrystallinsk matriks med et fyldstof hidrørende fra et lag af tilpasbart fyldstof, mod hvilket ophavsmetal-25 forstadiet benyttes på en begyndelsesbeliggenhed med det positive mønster i overensstemmende indgreb med fyldstoffet og den ikke-reproducerende sektion ude af kontakt med laget af fyldstof. Det positive mønster af ophavsmetalforstadiet reproduceres omvendt efter evakuering af metalfor-30 stadiet fra begyndelsesbeliggenheden til dannelse af det omvendt producerede negative mønster jævnsides med oxidationsreaktionen af smeltet ophavsmetalforstadium, som vandrer fra begyndelsesbeliggenheden, til dannelse af en polykrystallinsk matrix. Denne matrix består af et polykrystal-35 linsk reaktionsprodukt fra oxidationen af ophavsmetalforstadiet med oxidationsmidlet og eventuelt en eller flere metalliske bestanddele eller porer eller begge dele som beskrevet i nærmere enkeltheder nedenfor.

DK 166409 B1 8

Materialerne ifølge opfindelsen kan dyrkes med praktisk taget ensartede egenskaber gennem hele deres tværsnit til en tykkelse, som det hidtil har været vanskelig at opnå ved konventionelle processer til fremstilling af form-5 givne keramiske produkter. Ved fremgangsmåden, som giver disse materialer, undgår man også de store omkostninger i forbindelse medkonventionelle keramiske produktionsmetoder, herunder fremstillingen af fine, ensartede pulverpræparater af stor renhed, dannelsen af uhærdede forprodukter, 10 bortbrænding af bindemiddel, sintring, varmpresning og iso-statisk varmpresning. Produkterne ifølge opfindelsen kan tilpasses til de produkter, som skal gå i handelen, dvs. industriprodukter, bygningsprodukter og tekniske produkter til brug, hvor gode elektriske, termiske og strukturelle 15 egenskaber og god slidstyrke har stor betydning, og gennem opfindelsen sigtes der ikke mod genbrug eller brug af affaldsmaterialer, således som disse ellers kunne opstå som uønskede biprodukter ved behandlingen af smeltede metaller.

I.forbindelse med opfindelsen gøres der brug af følgen-20 de udtryk: "Keramik" skal ikke fortolkes med en begrænsning til en keramisk genstand i klassisk betydning, altså, at den helt består af ikke-metalliske og uorganiske materialer, men udtrykket betegner en genstand, som overvejende er 25 keramisk med hensyn til sammensætning eller dominerende egenskaber, skønt genstanden kan indeholde mere eller mindre betydelige mængder af en eller flere metalliske bestanddele, som afledes fra ophavsmetallet, eller som er reduceret fra oxidationsmidlet eller et dopingmiddel, idet mængden typisk 30 ligger i området 1-40 rumfangsprocent, men kan indeholde mere metal.

"Oxidationsreaktionsprodukt" betegner generelt et eller flere metaller i enhver oxideret tilstand, hvor et metal har afleveret elektroner til eller deler elektroner 35 med et andet grundstof eller en anden forbindelse eller en kombination deraf. Følgelig omfatter "oxidationsreaktionsproduktet" reaktionsproduktet af et eller flere metaller med et oxidationsmiddel som her beskrevet.

DK 166409 Bl 9 "Oxidationsmiddel" betegner en eller flere passende elektronmodtagere eller elektrondelere, og der kan være tale om et fast stof, en væske eller en gas (damp) eller en kombination deraf (f.eks. et fast stof og en gas) ved 5 procesbetingelserne.

"Ophavsmetal" betegner det metal, f.eks. aluminium, som er forstadiet for det polykrystallinske oxidationsreaktionsprodukt, og betegnelsen omfatter dette metal som et forholdsvis rent metal, en handelskvalitet af metal 10 med urenheder og/eller legeringsbestanddele eller en legering, hvor dette metalforstadium er hovedbestanddelen.

Når et bestemt metal nævnes som ophavsmetal, f.eks. aluminium, skal dette metal forstås på denne måde, med mindre andet angives.

15 "Negativt mønster" af det keramiske kompositprodukt betegner mønsteret eller geometrien af den genstand, som reproduceres omvendt fra det positive mønster eller geometrien af ophavsmetalforstadiet.

"Positivt mønster" af ophavsmetalforstadiet betegner 20 mønsteret eller geometrien af ophavsmetallet, som reproduceres omvendt til dannelse af det negative mønster af den keramiske genstand. Det er vigtigt at bemærke, at udtrykkene "negativ" og "positiv" kun benyttes i denne sammenhæng i den indbyrdes forbindelse imellem dem til angivelse 25 af, at geometrien af det ene mønster er kongruent med det andet mønsters geometri. Det er ikke hensigten på nogen måde at begrænse typen af former, som kan omfatte et "negativt" eller et "positivt" mønster.

"Omvendt reproduceret" betegner, at det negative møn-30 ster af det keramiske kompositprodukt omfatter overflader, som er kongruente med formen af den positive mønstersektion af ophavsmetalforstadiet.

Opfindelsen skal forklares nærmere i forbindelse med tegningen, hvor 35 fig. i viser et perspektivisk billede af et ophavs metalforstadium, som er fomgivet til på den ene side at tilvejebringe et positivt mønster og på den modsatte side en ikke-reproducerende DK 166409 B1 10 sektion, fig.lA et perspektivisk billede af ophavsmetalforstadiet fra fig.l drejet 180° om længdeaksen i forhold til fig.l, 5 fig.2 et skematisk tværsnit, som i en noget reduceret målestok viser et arrangement af det formgivne ophavsmetalforstadium fra fig. 1 og 1A anbragt i en ildfast beholder på grænsefladen mellem et lag af et tilpasbart fyldstof, som bærer 10 et overlejret lag af et partikelformet indif ferent materiale, fig. 3 et perspektivisk billede af en keramisk kompo-sit-genstand efter slibning af dens ru overflader og fremstillet ved anvendelse af arrange-15 mentet i fig.2, idet grænsefladen mellem laget af fyldstof og laget af barrieremetal befinder sig i planen X-X, fig. 4 et perspektivisk snit i en keramisk komposit-genstand ifølge opfindelsen af de ujævne over-20 flader og fremstillet ved anvendelse af ar rangementet i fig. 2 med en grænseflade mellem laget af fyldstof og laget af barrieremateriale beliggende i planen Y-Y, fig.5 et billede delvis i snit i større målestok af 25 ophavsmetalforstadiet fra fig.l og 1A, med et lag af ydre dopingmiddel påført den positive mønstersektion, fig.6 et skematisk tværsnit i arrangemenetet af et formgivet ophavsmetalforstadium anbragt i et 30 barriereindelukke og yderligere anbragt i en ildfast beholder, hvor ophavsmetalforstadiets positive mønstersektion er i overensstemmende indgreb med et tilpasbart fyldstof, fig. 7 et perspektivisk billede af en keramisk kompo-35 sitgenstand ifølge opfindelsen og fremstillet ved anvendelse af arrangementet i fig.6, fig. 8 et perspektivisk billede af et ophavsmetalforstadium formgivet på en sådan måde, at de ydre DK 166409 B1 11 overflader tilvejebringer et positivt mønster, og overfladen af den gennemgående cylindriske boring tilvejebringer en ikke-reproducerende sektion, 5 fig.8A et pespektivisk billede af ophavsmetalforsta diet fra fig.8 drejet 180° om sin længdeakse i sammenligning med fig.8, fig.8B et sidebillede af ophavsmetalforstadiet i fig.

8 og 8A med en cylindrisk barriere indsat i 10 og stikkende frem i begge ender af den cylindriske boring i forstadiet, fig. 9 et skematisk snitbillede, som viser arrangementet af det formgivne ophavsmetalforstadium fra fig.8B anbragt i en ildfast beholder i et 15 arrangement, som omfatter tilpasbart fyldstof og en barriere, fig.10 et perspektivisk snitbillede med visse dele brudt væk, som er formgivet på lignende måde som eller overensstemmende med fig.l og 1A 20 og indesluttet i en barriere, og fig.11 et skematisk tværsnit, som viser et arrangement af det formgivne ophavsmetalforstadium og barrieren i fig.10 anbragt i en ildfast beholder i et arrangement, som omfatter et tilpasbart 25 fyldstof og en barriere.

Ved udøvelsen af den foreliggende opfindelse tilvejebringes ophavsmetalforstadiet i form af en formgivet genstand med en sektion med et positivt mønster, hvis form eller geometri skal reproduceres omvendt som et negativt 30 mønster i en færdig keramisk komposit, samt en ikke-reproducerende sektion. Ved udøvelsen af opfindelsen kan negative mønstre af komplicerede former reproduceres omvendt i den færdige keramiske komposit under dannelse eller vækst af keramikproduktet, i stedet for at dette sker ved 35 formgivning eller bearbejdning af en keramisk genstand. Ophavsmetalforstadiet kan hensigtsmæssigt formgives på vilkårlig måde, f.eks. kan et metalstykke såsom en stang, en blok eller en barre bearbejdes, støbes, formes, ekstru- p· DK 166409 B1 12 deres eller på anden måde formgives til tilvejebringelse af ophavsmetalforstadiet. Ophavsmetalforstadiet kan have riller, boringer, udsparinger, fremspring, tykkelser, flanger, tappe, gevind og lignende udformninger deri samt 5 have kraver, bøsninger, skiver, stænger eller lignende forenet dermed til tilvejebringelse af et positivt mønster af den ønskede konfiguration. Ophavsmetalforstadiet kan omfatte en eller flere enhedsdele af metal, som er passende formgivet, så at man opnår, at når det anbringes ved den 10 positive mønstersektion i overensstemmende indgreb med et tilpastbart lag af fyldstof (medens den ikke-reproducerende sektion går fri af laget af fyldstof), definerer det positive mønster et formgivet segment af laget af fyldstof umiddelbart i nærheden af massen af ophavsmetalforstadiet.

15 Når ophavsmetalforstadiet smelter, og oxidationsreaktionsproduktet infiltrerer laget af fyldstof, udvikler der sig et formgivet negativt mønster i den fremkomne keramiske kompositgenstand. I en aspekt af opfindelsen tilvejebringes der således den fordel, at man kan fremstille det ne-20 gative mønster ved maskinbearbejdning eller anden formgivning af et metal, snarere end at man behøver at slibe eller maskinbearbejde et keramisk produkt, hvilket er en meget vanskeligere og dyrere proces.

Ved udførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen 25 anbringes ophavsmetalforstadiet med sin positive mønstersektion i overensstemmende indgreb med et lag af tilpasbart fyldstof under vækstbegrænsningsbetingelser, som først og fremmest eller udelukkende fremmer væksten af oxidationsreaktionsproduktet fra den positive mønstersektion og ind 30 i laget af tilpasbart fyldstof, medens vækst af oxidations-reaktionsproukt fra den ikke-reproducerende sektion ændres eller forebygges. Vækstreguleringsbetingelserne kan opnås eller forøges, idet man tilvejebringer en oxidations-reaktionskinetik for ophavsmetallet, som er mere favorabel 35 i nærheden af den positive mønstersektion end i nærheden af den ikke-reproducerende sektion. Resultatet er en overvejende vækst eller udvikling af oxidations-reaktionsproduktet inde i samt ind i laget af tilpasbart fyldstof DK 166409 B1 13 fra den positive mønstersektion og inhibering eller eliminering af en sådan vækst fra den ikke-reproducerende sektion. F.eks. kan et passende ydre dopingmiddel anvendes på eller ved den positive mønstersektion, som forøger 5 væksten fra de dele af ophavsmetalforstadiet, hvor den påføres,jf. dansk patentansøgning nr. 3169/85. Et sådant dopingmiddel kan udefra påføres overfladen af den positive mønstersektion af ophavsmetalforstadiet, og/eller det kan påføres i det tilpasbare fyldstof, som vender mod 10 den positive mønstersektion, fortrinsvis i nærheden af eller stødende op mod overfladen af den positive mønstersektion. Yderligere kan et fast oxidationsmiddel og/eller et flydende oxidationsmiddel (forklaret nedenfor i nærmere enkeltheder) inkorporeres i fyldstoflaget i delen 15 eller zonen nær den positive mønstersektion. Væksten vil derfor foregå eller blive lettet i retning af oxidationsmidlet .

Vækstkontrol af det polykrystallinske oxidationsreaktionsprodukt kan opnås ved hjælp af en passende barriere 20 eller et væksthindrende middel som beskrevet i USA paten-ansøgning Ser. No. 861.024. Effektive barrierer omfatter materialer, som ikke vædes med det transporterede smeltede ophavsmetal under procesbetingelserne, idet der praktisk taget ikke er nogen affinitet for det smeltede metal til 25 barrieren, og vækst forebygges på denne måde. Man kan også benytte barrierer, som kan reagere med det transporterede smeltede ophavsmetal til hindring af yderligere vækst.

Egnede barrierer er calciumsulfat, calciumsilicat, portland cement, metallegeringer såsom rustfrit stål, og tæt 30 eller smeltet keramik såsom aluminiumoxid, som kan benyttes med aluminium som ophavsmetal. Barrieren kan også omfatte en komponent af et passende brandbart eller flygtigt materiale, som elimineres ved opvarmning eller et materiale, som sønderdeles ved opvarmning, med henblik på 35 at gøre barrieren gennemtrængelig eller med henblik på at forøge porøsiteten og gennemtrængeligheden af barrieren.

DK 166409 B1 14

Barrieren overlejrer den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetallet og er fortrinsvis af et materiale, som vil tilpasse sig overfladen eller formen af denne sektion, så at enhver uønsket vækst elimineres eller nedsættes til 5 et minimum. Man kan benytte en teknikkombination, idet en barriere kan overlejres på den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet, og et ydre dopingmiddel kan påføres den positive mønstersektion og/eller det fyldstof, som vender mod den positive mønstersektion. Den ikke-repro-10 ducerende sektion af ophavsmetalforstadiet kan holdes fri , for laget af fyldstoffet, selv om den ikke overlejres med en barriere, hvilket vil sige, at den kan lades udsat for atmosfæren, når betingelserne er af en sådan art, at vækst· af oxidationsreaktionsproduktet i atmosfæren er hindret 15 eller udelukket bortset fra de overflader af ophavsmetal-forstadiet, hvor der forefindes et ydre dopingmiddel eller fast eller flydende oxidationsmiddel.

Skønt opfindelsen er beskrevet nedenfor i enkeltheder med speciel henvisning til aluminium som foretrukket ophavs-20 metal, kommer andre egnede ophavsmetaller, som opfylder betingelserne i forbindelse med opfindelsen, i betragtning, f.eks. silicium, titan, tin, zirkonium og hafnium.

Der kan benyttes et fast eller flydende oxidationsmiddel eller et dampfaseoxidationsmiddel eller en kombi-25 nation deraf som nævnt ovenfor. Som eksempler på typiske oxidationsmidler kan nævntes oxygen, nitrogen, et halogen, svovl, phosphor, arsen, carbon, bor, selen, tellur og forbindelser og kombinationer deraf, f.eks. methan, ethan, propan, acetylen, ethylen og propylen (som kilde for car-30 bon), SiC>2 (som kilde for oxygen) og blandinger såsom luft, H2/H20 og C0/C02, idet de to sidstnævnte (altså H2/H20 og C0/CC>2) er egnede til reduktion af omgivelsernes oxygenaktivitet.

Skønt alle egnede oxidationsmidler kan benyttes, be-35 skrives de forskellige udførelsesformer for opfindelsen nedenfor i forbindelse med brugen af dampfaseoxidationsmid-ler. Hvis et gas- eller dampoxidationsmiddel, altså et dampfaseoxidationsmiddel, benyttes, er fyldstoffet gennem- DK 166409 Bl 15 trængeligt for dampfaseoxidationsmidlet, så at dampfase-oxidationsmidlet, når laget af fyldstof udsættes for oxidationsmidlet, gennemtvinger laget af fyldstof til kontakt med det smeltede ophavsmetal deri. Udtrykket "dampafase-5 oxidationsmiddel betegner et fordampet eller normalt gasformigt materiale, som tilvejebringer en oxiderende atmosfære. F.eks. er oxygen eller oxygenholdig gas (indbefattet luft) foretrukne dampfaseoxidationsmidler såsom i det tilfælde, hvor aluminium er ophavsmetallet, idet luft normalt 10 foretrækkes af indlysende økonomiske grunde. Når der angives et oxidationsmiddel, som indeholder eller omfatter en bestemt gas eller damp, skal dette betyde et oxidationsmiddel, hvor den pågældende gas eller damp er alene eller overvejende eller i det mindste et betydningsfuldt oxidationsmiddel for 15 ophavsmetallet under de betingelser, som hersker i de benyttede oxiderende omgivelser. F.eks. forholder det sig på den måde, at skønt hovedbestanddelen i luften er nitrogen, er oxygenindholdet i luft det eneste eller det overvejende oxidationsmiddel for ophavsmetallet, fordi oxygen er et 20 væsentligt stærkere oxidationsmiddel end nitrogen. Luft falder derfor under definationen af et oxygengasholdigt oxidationsmiddel, men ikke under definitionen af et nitro-gengasholdigt oxidationsmiddel. Et eksempel på et nitrogen-gasholdigt oxidationsmiddel er en gas, som indeholder ca.

25 96 rumfangsprocent nitrogen og ca. 4 rumfangsprocent hydro gen.

Når der benyttes et fast oxidationsmiddel, kan det være fordelt i hele laget af fyldstof eller - hvis det benyttes i forbindelse med et dampfaseoxidationsmiddel - i alene en 30 del af laget nærmest ophavsmetallet. Oxidationsmidlet kan benyttes i partikelform i blanding med fyldstoffet og/eller som overtræksmiddel for fyldstofpartiklerne. Ethvert egnet fast oxidationsmiddel kan benyttes, herunder grundstoffer såsom bor eller carbon, eller reducerbare forbindelser såsom 35 siliciumdioxid (som kilde for oxygen) eller visse borider med mindre termodynamisk stabilitet end ophavsmetallets DK 166409 B1 16 boridreaktionsprodukt. Hvis et fast oxidationsmiddel benyttes i kombination med et dampfaseoxidationsmiddel, vælges oxidationsmidlerne på en sådan måde, at de er forligelige i forbindelse med den foreliggende opfindelse.

5 Hvis der benyttes et flydende oxidationsmiddel, vil hele laget af fyldstof eller en del deraf nærmest det smeltede metal være overtrukket dermed eller gennemvædet deraf, f.eks. ved neddypning, dispergering eller på anden måde, så at oxidationsmidlet gennemtrænger alle dele af 10 fyldstoffet. Ved et flydende oxidationsmiddel skal forstås et sådant, som er flydende under oxidationsreaktionsbetingelserne, og et flydende oxidationsmiddel kan derfor have et fast forstadium, f.eks. et salt, som er smeltet ved oxidationsreaktionsbetingelserne. Alternativt kan det flyd-15 ende oxidationsmiddel være et flydende forstadium, f.eks.

en opløsning af et materiale, som benyttes til overtrækning eller imprægnering af en del eller af hele fyldstoffet, og som smelter eller sønderdeles ved oxidationsreaktionsbetingelserne til tilvejebringelse af en passende oxida-20 tionsmiddeldel. Eksempler på flydende oxidationsmidler er lavt smeltende glas. Hvis et flydende oxidationsmiddel benyttes i kombination med et dampfaseoxidationsmiddel, bør det flydende oxidationsmiddel benyttes på en sådan måde, at det ikke hindrer adgang af dampfaseoxidationsmid-25 let til det smeltede ophavsmetal.

Til visse betingelser kan det være fordelagtigt at benytte et fast oxidationsmiddel og/eller et flydende oxidationsmiddel i forbindelse med dampfaseoxidationsmidlet. En sådan kombination af yderligere oxidationsmidler kan 30 være særlig nyttig til forøgelse af oxidationen af ophavsmetallet til dannelse af oxidationsreaktionsproduktet, fortrinsvis inde i laget af fyldstof, specielt i nærheden af det positive mønster, snarere end på den anden side af dets overflader eller i den ikke-reproducerende sektion.

35 Dette vil sige, at brugen af sådanne yderligere oxidationsmidler inde i laget af fyldstof nær den positive mønstersektion kan tilvejebringe omgivelser i denne del eller denne zone af laget, som er mere fordelagtige for oxida- DK 166409 B1 17 tionskinetikken af ophavsmetallet end omgivelserne uden for denne del eller zone af laget. Disse forøgede betingelser i omgivelserne er fordelagtige til fremme af væksten af en matrix af oxidationsreaktionsprodukt inde i laget 5 i retning mod grænsen under eliminering eller formindskelse af overvækst, dvs. vækst uden for grænsen af fyldstoflaget.

Det tilpasbare fyldstof, som benyttes ved udførelsen af fremgangsmåden, kan være et eller flere af en lang række af materialer, som egner sig til formålet. At fyldstoffet 10 er tilpasbart vil sige, at fyldstoffet kan pakkes omkring og lægge sig op imod et formgivet ophavsmetalforstadium, hvor det vil tilpasse sig mønsteret eller formen af de dele eller sektioner af forstadiet, mod hvilket det anbringes i overensstemmende indgreb. Hvis f.eks. fyldstoffet omfatter 15 partikelformet materiale såsom fine korn af et ildfast metaloxid, anbringes det positive mønster af ophavsmetalforstadiet i overensstemmende indgreb med fyldstoffet, så at det positive mønster bestemmer en form i fyldstoffet, som er kongruent med, dvs. er en negativ med det positive 20 mønster. Imidlertid er det ikke nødvendigt, at fyldstoffet har form som fine partikler. F.eks. kan fyldstoffet omfatte tråde eller fibre eller sådanne materialer som metaluld. Fyldstoffet kan også omfatte enten en heterogen eller en homogen kombination af to eller flere af sådanne komponen-25 ter elle geometriske konfigurationer, f.eks. en kombination af små partikelformede korn eller tråde. Det er blot nødvendigt, at den fysiske konfiguration af fyldstoffet er en sådan, at det tillades, at det positive mønster af ophavsmetalstadiet anbringes i overensstemmende indgreb mod 30 en masse af fyldstoffet med fyldstoffet i tæt anlæg mod overfladerne af det positive mønster, så at det negative mønster senere dannes i kompositproduktet i negativen af det positive mønster af ophavsmetalforstadiet. Sidstnævnte danner således til at begynde med et formgivet segment af 35 laget af et tilpasbart fyldstof.

DK 166409 B1 18

Det tilpasbare fyldstof, som benyttes i forbindelse med opfindelsen, er et sådant, som under oxidationsreaktionsbetingelserne ifølge opfindelsen er gennemtrængeligt for passage af oxidationsmidlet, når dette er et dampfase-5 oxidationsmiddel. I alle tilfælde er fyldstoffet også gennemtrængeligt for væksten eller udviklingen deri af et oxidationsreaktionsprodukt. Under oxidationsreaktionen ses det, at smeltet ophavsmetal vandrer gennem oxidationsreaktionsproduktet, som dannes, til opretholdelse af reak-10 tionen. Dette oxidationsreaktionsprodukt er normalt uigennemtrængeligt for den omgivende atmosfære, og derfor kan ovnatmosfæren, f.eks. luft, ikke passere. Som forklaret i dansk patentansøgning nr. 435/87 medfører gennemtrænge ligheden af det voksende oxidationsreaktionsprodukt for ovn-15 atmosfæren et trykforskelsproblem, når oxidationsreaktionsproduktet indeslutter en hulhed, som dannes ved vandring af smeltet ophavsmetal. Dette problem overvindes ifølge det nævnte patentskrift ved brug af selvbindende tilpasbart fyldstof, der er et fyldstof, som ved en temperatur 20 over smeltepunktet for ophavsmetallet og nærved, men under oxidationsreaktionstemperaturen, delvis sintres eller på anden måde bindes til sig selv og til det voksende lag af oxidationsreaktionsprodukt i tilstrækkelig grad til at tilvejebringe strukturel styrke fra ydersiden af den 25 voksende hulhed til opretholdelse af den reproducerede geometri af formen i hulheden under udvikling, i det mindste til den voksende struktur af oxidationsreaktionsproduktet når tilstrækkelig tykkelse til at være selvbærende imod den trykforskel, som udvikles tværs over væggen 30 af det voksende oxidationsreaktionsprodukt, som bestemmer hulheden under dannelse. Imidlertid må det selvbindende fyldstof ikke sintre eller sammenbinde sig selv ved en for lav temperatur, thi hvis dette er tilfældet, vil det revne ved varmeudvidelse og rumfangsforandring ved smelt-35 ning af ophavsmetallet, idet^ette opvarmes til driftstemperaturen. Med andre ord bør det selvbindende fyldstof bibeholde sin tilpasningsevne til udligning af forskellen i rumfangsændringer mellem sig og ophavsmetallet, medens DK 166409 B1 19 dette opvarmes og smelter, og er derefter selvbindende til tilvejebringelse af mekanisk styrke i hulheden under udvikling, idet oxidationsreaktionen skrider frem. Imidlertid undgår man ved teknikken ifølge den foreliggende op-5 findelse i mange tilfælde trykforskelsproblemet, fordi ophavsmetalforstadiet har en (ikke-reproducerende) sektion, ud fra hvilken oxidationsreaktionsproduktet ikke vokser, i det mindste ikke i nogen væsentlig grad, så at der ikke dannes en hulhed, som er helt omsluttet af det voksende 10 oxidationsreaktionsprodukt. Imidlertid kan man benytte barrierer, som er atmosfæreuigennemtrængelige, så at dé blokerer for adgangen af ovnatmosfære til hulheden under dannelse, hvilket resulterer i dannelsen af en trykforskel tværs over væggen af det voksende oxidationsreaktionspro-15 dukt. Under sådanne omstændigheder benyttes der et selvbindende fyldstof til opnåelse af mekanisk styrke i det mindste i det indledende stadium af væksten som beskrevet ovenfor.

I forbindelse med beskrivelsen af tilpasbare fyldstof-20 fer skal udtrykket "selvbindende" betegne sådanne fyldstoffer, som ved anbringelse i overensstemmende kontakt med det positive mønster af ophavsmetallet bibeholder tilstrækkelig tilpasningsevne til at kompensere for ophavsmetallets rumfangsændring ved smeltepunktet samt differentiel varme-25 udvidelse mellem ophavsmetallet og fyldstoffet, og som i det mindste i understøtningszonen i umiddelbar nærhed af det positive mønster er selvbindende, men kun ved en temperatur over smeltepunktet for ophavsmetallet, men under og tilstrækkelig nær oxidationsreaktionstemperaturen til 30 tilladelse af den nævnte udligning. Denne selvbindingsegenskab hos fyldstoffet giver det tilstrækkelig sammenhængningskraft til bibeholdelse af det omvendt reproducerede negative mønster mod de trykforskelle, som udvikles på tværs deraf ved bevægelse af ophavsmetallet ind i fyld-35 stoffet.

Generelt kan fyldstoffet være selvbindende i alle tilfælde, men det behøver ikke at være det i alle tilfælde.

a· DK 166409 B1 20

Det er er ikke nødvendigt, at hele massen eller laget af fyldstof omfatter et tilpasbart fyldstof eller efter behov et selvbindende fyldstof, skønt dette ligger inden for opfindelsens rammer. Fyldstoffet behøver kun at være tilpas-5 bart og/eller selvbindende i den del af laget af fyldstof, som ligger nær ved og formgives af det positive mønster af ophavsmetallet. Fyldstoffet behøver med andre ord kun at være tilpasbart/eller selvbindende i tilstrækkelig dybde til, at det for tilpasbarhedens vedkommende tilpasser sig 10 det positive mønster af ophavsmetalforstadiet, og at det i tilfælde af selvbindingsevnen tilvejebringer tilstrækkelig mekanisk styrke i en bestemt situation. Resten af fyldstoffet behøver ikke at være tilpasbart og/eller selvbindende .

15 Under alle omstændigheder bør fyldstoffet ikke sintre, smelte eller reagere på en sådan måde, at der dannes en uigennemtrængelig masse til blokering af infiltrationen af oxidationsreaktionsproduktet eller i tilfælde af brugen af dampfaseoxidationsmidle.ts passage af et sådant dampfaseoxi-20 dationsmiddel. Endvidere bør fyldstoffet have tilstrækkelig tilpasningsevne til at udligne varmeudvidelsesforskellen mellem ophavsmetallet og fyldstoffet efter opvarmning af hele arrangementet samt rumfangsændringer i metallet ved dettes smeltning under bibeholdelse af tilpasning til det 25 positive mønster af ophavsmetalforstadiet.

Ved udførelsen af opfindelsen opvarmes arrangementet af ophavsmetallet, laget af fyldstof og det eventuelle barrieremateriale eller vækstforhindrende middel til en temperatur over smeltepunktet for metallet, men under 30 smeltepunktet for oxidationsreaktionsproduktet til tilvejebringelse af et forråd af smeltet metal under oxdations-betingelser. Ved kontakt med oxidationsmidlet reagerer det smeltede metal til dannelse af et lag af oxidationsreaktionsprodukt. Ved fortsat udsættelse for oxidationsomgivelserne 35 i et passende temperaturområde trækkes det resterende smeltede metal gradvis ind i og gennem oxidationsreaktionsproduktet i retning af oxidationsmidlet, og ved kontakt med oxidationsmidlet dannes der yderligere oxidationsreaktions- DK 166409 B1 21 produkt. I det mindste en del af oxidationsreaktionsproduktet holdes i kontakt med og mellem det smeltede ophavsmetal og oxidationsmidlet til bevirkning af fortsat vækst af det polykrystallinske oxidationsreaktionsprodukt i laget af 5 fyldstof, så at der i fyldstoffet indlejres polykrystallinsk oxidationsreaktionsprodukt. Det polykrystallinske matrixma-teriale fortgætter med at vokse, så længe passende oxidationsreaktionsbetingelser opretholdes.

Processen fortsætter, indtil oxidationsreaktionspro-10 duktet er infiltreret og indlejret i den ønskede mængde fyldstof. Det fremkomne keramiske kompositprodukt omfatter fyldstof indlejret i keramisk matrix omfattende et polykrystallinsk oxidationsreaktionsprodukt og eventuelt omfattende en eller flere ikke-oxidiserede eller metalliske 15 bestanddele af ophavsmetallet eller hulrum eller begge.

I denne polykrystallinske keramiske matrix er krystallit-terne af oxidationsreaktionsprodukt typisk forbundet med hinanden i en eller flere dimensioner, fortrinsvis i tre dimensioner, og metalindeslutningerne eller hulrummene 20 kan være delvis indbyrdes forbundet. Når processen ikke drives så langt som til fuldstændigt forbrug af ophavsmetallet, er den opnåede keramiske komposit tæt og praktisk taget fri for hulrum. Når processen gennemføres fuldstændigt, hvilket vil sige, at så meget af metallet som 25 muligt under procesbetingelserne er oxideret, vil der være dannet porer i stedet for sammenbindende metal i den keramiske komposit. Det fremkomne keramiske kompositprodukt ifølge opfindelsen har praktisk taget de oprindelige dimensioner og negativen af den geometriske konfiguration af 30 den positive mønstersektion af ophavsmetalforstadiet, justeret for differentielle rumfangsændringer i forbindelse med smeltning og varmeudvidelse under behandlingen af ophavsmetalforstadiet i forhold.til det dannede og afkølede kompositprodukt.

35 I forbindelse med tegningen skal det bemærkes, at ikke alle dele i denne nødvendigvis er målfaste, i fig. 9-11 \ er f.eks. tykkelsen af det viste papir eller tynde pap overdrevet for anskuelighedens skyld. Fig. 1 viser et ophavs- DK 166409 B1 22 metalforstadium 2, som er formgivet til et deri formet mønster, som betegnes det positive mønster, og som omfatter en rektangulær rille 4 og en cylindrisk hulhed 6, som kan være glat som vist eller gevindforsynet, i en overflade 8 5 samt et rektangulært fremspring 9, som stikker opad (i fig.

1) fra overfladen 8. Rillen 4, hulheden 6 og fremspringet 9 er dannet i overfladen 8 af ophavsmetalforstadiet 2 og omfatter sammen dermed et positivt mønster, som vil blive omvendt reproduceret som beskrevet nedenfor i forbindelse 10 med den keramiske genstand i fig.3. Ophavsmetalforstadiet 2 har også en skulderflange 11, som stikker frem fra siden 7a, idet den ene side af skulderflangen 11 flugter med og danner en forlængelse af overfladen 8. Resten af ophavsmetalforstadiet 2 omfatter overfladen 10 (fig.lA), som er 15 modsat overfladen 8 og de fire sider 7a,7b (fig.l), 7c og 7d (fig.lA og 2). Overfladen 10, siderne 7a-7b og den del af skulderflangen 11, som ikke udgør en del af overfladen 8, omfatter den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet 2, når grænsefladen mellem det partikelformede in-20 differente materiale 16 og fyldstoffet 14 befinder sig i planen X-X (fig.2) som beskrevet nedenfor. Udtrykket "indifferent materiale" betegner et partikelformet materiale, som er praktisk taget indifferent over for og ikke-vædbart med det smeltede ophavsmetal under procesbetingelserne, 25 dvs. smelte- og oxidationsreaktionsbetingelserne.

Fig. 2 viser ophavsmetalforstadiet 2 anbragt i en ildfast beholder 12 såsom en aluminiumoxidbeholder, som-indeholder et todelt lag af patikelformet materiale, idet den nederste del af beholderen 12 er fyldt med et tilpas-30 bart fyldstof 14, medens den øverste del af beholderen 12 (over planen X-X) er fyldt med et tilpasbart indifferent materiale 16. Den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet 2 er den del, som overlejres med det indifferente materiale 16, og som følgelig er fri for kon-35 takt med laget af fyldstof 14. Ophavsmetalforstadiet 2 kan omfatte ethvert egnet ophavsmetal, f.eks. alumininium-ophavsmetal. Ophavsmetalforstadiet 2 anbringes med sit positive mønster 4,6,8,9 i overensstemmende indgreb med DK 166409 B1 23 laget 14 af tilpasbart fyldstof, så at det tilpasbare fyldstof fylder rillen 4 og den cylindriske hulhed 6 og ligger an mod overfladen 8 og overfladerne på fremspringet 9 under tilpasning til de respektive ændringer i det posi-5 tive mønster. Det tilpasbare fyldstof 14 strækker sig således kun over planen X-X i rillen 4 og den cylindriske hulhed 6. Den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet 2 er således indlejret i det indifferente materiale 16. Det tilpasbare fyldstof 14 forløber ikke forbi 10 de modstående åbne ender af rillen 4, så at der ved de modstående ender af rillen 4 er en grænseflade mellem tilpasbart fyldstof og indifferent materiale 16. Om nødvendigt eller ønskværdigt kan man anbringe et passende tilbageholdende stof såsom papir, pap, formstoffilm, en metal-15 plade (fortrinsvis en perforeret metalplade) eller et metalgitter ved hver modstående ende af rillen 4 til fore-byggelse af sivning af tilpasbart fyldstof 14 og/eller sammenblanding af indifferent materiale 16 med tilpasbart fyldstof 14 under opbygningen af arrangementet.

20 Efter opvarmning af arrangementet i fig.2 til til strækkelig høj temperatur til smeltning af ophavsmetalforstadiet 2 vil et dampfaseoxidationsmiddel, som gennemtræn-ger laget af barrieremateriale og tilpasbart fyldstof, og som derfor er i kontakt med det smeltede metal, oxidere 25 det smeltede metal, og væksten af det derfra hidrørende oxidationsreaktionsprodukt vil infiltere laget af tilpasbart fyldstof 14. Det voksende oxidationsreaktionsprodukt vil ikke trænge ind i det indifferente fyldstof 16, som derfor effektivt tjener til tilbageholdelse af det smelte-30 de metal til vækst af oxidationsreaktionsproduktet på stedet for det indifferente materiale. Når f.eks. ophavsmetallet er aluminiumophavsmetal, og luft er oxidationsmiddel, kan oxidationsreaktionstemperaturen være 850-1450°C, fortrins 900-1350°C, og oxidationsreaktionsproduktet er 35 aluminiumoxid, typisk alpha-aluminiumoxid. Det smeltede metal vandrer gennem den hinde, som dannes af oxidationsreaktionsproduktet fra det rumfang, som tidligere er blevet af ophavsmetalforstadiet 2, og idet reaktionen fort- DK 166409 B1 24 sætter, bliver det rura afdet indifferente materialelag 16, som før var optaget af ophavsmetalforstadiet 2, delvis eller næsten helt tømt ved vandring af det smeltede ophavs-metal igennem oxidationsreaktionsproduktet til dettes 5 ydre overflade, hvor det kommer i kontakt med dampfaseoxi-dationsmidlet inde i laget af det tilpasbare fyldstof 14 og oxideres til dannelse af yderligere oxidationsreaktionsprodukt. Bevægelse af partikler af indifferent materiale 16 ind i det rum, som forlades af det smeltede ophavsmetal, 10 altså hvor ophavsmetalforstadiet 2 oprindelig befandt sig, kan accepteres, da denne partikelbevægelse ikke har nogen skadelig virkning på det keramiske produkt under opbygning. Hvis det imidlertid er ønskeligt eller nødvendigt på grund af det benyttede positive mønsters geometri, kan man benyt-15 te en stiv begrænsningskonstruktion til udelukkelse af en sådan bevægelse. F.eks. kan en stiv begrænsningskonstruktion anbringes på overfladen 10 af ophavsmetalstadiet 2 til tilbageholdelse af partikelformet indifferent materiale 16, så at det forbliver på sin plads, når smeltet ophavsme-20 tal infiltrerer laget af fyldstof 14.

Det fremkomne oxidationsreaktionsprodukt omfatter et polykrystallinsk keramisk materiale, som kan indeholde indeslutninger deri af uoxiderede bestanddele af smeltet ophavsmetal. Efter afslutning af vækst i ønsket udstrækning 25 af den keramiske matrix får arrangementet lov at afkøles, og den fremkomne keramiske komposit, hvis dimensioner er angivet ved hjælp af streglinien 18 i fig.2, skilles fra det indifferente materiale 16, og overskud af det tilpasbare fyldstof og eventuelt uomsat ophavsmetal lades tilbage 30 i beholderen 12. Det eventuelle uomsatte ophavsmetal og et eventuelt tyndt lag af oxid, som er dannet af grænsefladen mod det indifferente materiale 16, kan let skilles fra den keramiske komposit. Den således dannede keramiske komposit vil reproducere formen af det positive mønster omvendt, 35 og resten af det keramiske produkt kan om ønskes formgives ved maskinbearbejdning eller slibning eller på anden måde til ønsket ydre kontur. Som foreksempel vist i fig.3 har det færdigformede keramiske kompositprodukt 20 en reprodu- DK 166409 B1 25 ceret overflade, dvs. et negativt mønster, som er negativen af det positive mønster, som defineres ved hjælp af rillen 4, hulheden 6, overfladen 8 og fremspringet 9 for ophavsmetalforstadiet 2. Det reproducerede negative mønster af det 5 keramiske kompositprodukt 20 omfatter en slids 21, som er det reproducerede negative mønster af fremspringet 9 og en cylindrisk fremspringende tap 22, som er det reproducerede negative mønster af hulheden 6. Dimensionerne af slidsen 21 er kongruente med dimensionerne af fremspringet 9, og 10 dimensionerne af den fremspringende tap 22 er kongruente med dimensionerne af hulheden 6. På lignende måde er det rektangulært formede fremspring 24 kongruent med og udgør det omvendt reproducerede negative mønster af rillen 4. Overfladen 26 på kompositproduktet 20 er på samme måde det 15 omvendt reproducerede negative mønster af overfladen 8 på ophavsmetalforstadiet 2. De resterende dele af kompositproduktet 20, altså siderne 28a og 28b, samt de to sider (ikke synlige i fig.3), som står modsat de respektive sider 28a og 28b, og den overflade (ikke synlig i fig.3), som er 20 modsat overfladen 26, er dannet ved maskinbearbejdning, slibning eller ved anden formgivning af de ydre dele af det keramiske legeme, som er dannet under planen X-X, hvis kontur er angivet i fig.2 ved streglinien 18. Da skulderflangen 11 er indlejret i det indifferente materiale 16 25 (når grænsefladen mellem indifferent materiale 16 og fyldstof 14 er planen X-X) med alene den del af skulderflangen 11, som omfatter en forlængelse af overfladen 8, i kontakt med fyldstoffet 14, er skulderflangen 11 ikke reproduceret 1 det keramiske produkt 20. Effekten af skulderflangen 11 30 i denne udførelsesform er at forøge længden af det keramiske produkt 20 (som målt langs længdeaksen), fordi arealet af det tilpasbare indgreb af fyldstoffet 14 med forstadiet 2 (ved overfladen 8) er forøget med bredden af skulderflangen 11. Idet man f.eks. ser bort fra afkortning forårsaget 35 · ved slibning af det keramiske produkt 20 til tilvejebringelse af de endelige overflader 28,28a osv., er længden af det keramiske produkt mellem fremspringet 24 og sideoverfladen 28a vist i fig.3 ved hjælp af dimensionen I»', som er prak- DK 166409 B1 26 (<r tisk taget den samme som dimensionen L i fig.l. Hvis skulderflangen 11 var udeladt i ophavsmetalforstadiet 2, ville længden L' i det keramiske produkt 20 (fig.3) være praktisk taget den samme som dimensionen s i fig.l.

5 Ved valg af et passende materiale for fyldstoffet og opretholdelse af oxidationsreaktionsbetingelserne i tilstrækkelig tid til udtømning af praktisk taget al smeltet ophavsmetal fra barrieren bestående af laget 16 i det viste udførelseseksempel opnås der en pålidelig omvendt reproduk-10 tion af det positive mønster af ophavsmetalforstadiet 2 ved hjælp af overfladerne 26, fremspringet 24, tappen 22 og slidsen 21 i det keramiske produkt 20. Hvis en vis mængde , uomsat ophavsmetal forbliver på det keramiske produkt, kan det let fjernes fra det fremkomne keramiske produkt til 15 opnåelse af den pålidelige omvendte reproduktion. Medens den illustrerede form af ophavsmetalforstadiet 2 (og derfor af den reproducerede form 21,22,26,24) er forholdsvis simpel, kan der dannes positive mønstre af langt mere kompliceret geometri i ophavsmetalforstadiet 2, og dette ud-20 seende kan reproduceres omvendt med nøjagtighed som negativt mønster af det keramiske kompositprodukt ved teknikken ifølge den foreliggende opfindelse.

I en alternativ udførelsesform kan ophavsmetalforstadiet 2 indlejres dybere i laget af tilpasbart fyldstof 14, 25 eller højden af laget 14 kan forøges til et niveau angivet ved hjælp af planen Y-Y eller til ethvert niveau mellem planerne X-X og Y-Y. Tilpasbart fyldstof 14 kan endog strække sig over niveauet af planen Y-Y og dække en del af overfladen 10 på ophavsmetalforstadiet 2, når blot en del deraf 30 lades ude af kontakt med fyldstoffet til undgåelse af dannelsen af et hulrum, som helt indesluttes af oxidationsreaktionsproduktet. Størrelsen af den positive mønstersektion forøges, idet højden af laget 14 af fyldstoffet forøges til også at omfatte den del af siderne 7a,7b,7c og 7d af 35 ophavsmetalforstadiet 2, som er indlejret i tilpasbart fyldstof 14. Vækst af oxidationsreaktionsprodukt vil da foregå ikke blot gennem overfladen 8 og overfladerne af rillen 4, hulheden 6 og fremspringet 9, men også gennem DK 166409 B1 27 den del af siderne 7a-7d på ophavsmetalforstadiet 2, som omgives af og er i kontakt med fyldstoffet 14. I dette tilfælde vil den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet 2 være den del, som lades fri for fyldstof 14, 5 f.eks. kun overfladen 10 på ophavsmetalforstadiet 2, når det tilpasbare fyldstof 14 strækker sig til planen Y-Y.

Fig. 4 viser et perspektivisk snit i et keramisk produkt 30, som fås ved udførelse af opfindelsen med arrangementet ifølge fig.4, hvor grænsefladen mellem fyldstoffet 10 14 og det indifferente materiale 16 er ved planen Y-Y, så at fyldstoffet 14 er i tilpasbart indgreb med alle overflader af metalforstadiet 2 med undtagelse af overfladen 10.

I dette arrangement omfatter overfladen 10 helheden af den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet 2, 15 hvis positive mønster omfattes af overfladen 8 og siderne 7a,7b,7c og 7d og således foruden rillen 4, hulheden 6 og fremspringet 9 omfatter skulderflangen 11. Ved udførelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen med fyldstoffet 14 strækkende sig til niveauet for planen Y-Y opnås vækst af 20 oxidationsreaktionsproduktet til dannelse af et keramisk kompositprodukt, som er vist ved hjælp af streglinie 19 i fig.2. Det fremkomne keramiske produkt 30 vil, før det skilles fra overskydende fyldstof 14 og indifferent materiale 16 kunne ses i fig.4 før slibning eller maskinbear-25 bejdning langs overflader, som er analoge med sideoverfladerne 28a,28b og de tilstødende side- og grundoverflader (ikke synlige i fig.3) på det keramiske produkt 20 i fig.3.

Det keramiske produkt 30 er vist i fig.4 i den tilstand, hvor det fjernes fra beholderen 12 og har en ydre sideover-30 flade 32, en bundoverflade 34 (som set i fig.4) og indre vægoverflader 36a,36b og36c, som omfatter negative mønstre, som omvendt reproducerer de respektive sideoverflader 7a, 7b og 7c i ophavsmetalforstadiet 2. (Den indre vægoverflade, som omvendt reproducerer sideoverfladen 7d af ophavs-35 metalforstadiet 2, er udeladt fra snittet i fig.4, som er taget langs en plan parallel med men beliggende indefter i forhold til den udeladte indre væg af den omvendt reproducerende sideoverflade 7d). Vækst af oxidationsreaktions- 0* DK 166409 B1 28 produktet gennem disse dele af fyldstoffet 14 i tilpasbart indgreb med sideoverfladerne 7a-7d i fig.2 resulterer i dannelsen af de indre vægge 36a,36b, 36c og en fjerde indvendig væg (ikke vist, reproducerer omvendt overfladen 7d) til 5 tilvejebringelse af en rektangulær udsparing 38, som bestemmes af de nævnte indre vægge og overfladen 26'. Overfladen 26' omfatter et negativt mønster, som omvendt reproducerer overfladen 8 på forstadiet 2 og svarer til overfladen 26 i udførelsesformen i fig.3. Overfladen 26' har 10 en slids 21', et fremspring 22' samt et fremspring 24', som svarer til slidsen 21, fremspringet 22 og fremspringet 24 i fig.3. Tillige har det keramiske produkt 30 ved foden af den indvendige væg 36 en slids eller kanal 40, som er det negative mønster, som omvendt reproducerer skulderflan-15 gen 11 på forstadiet 2. Det keramiske produkt 30 kan om ønsket færdigbearbejdes, f.eks. ved slibning eller anden maskinbearbejdning til tilvejebringelse af plane overflader som antydet véd hjælp af nogle unummererede streglinier i fig.4.

20 Det vil forstås af ovenstående beskrivelse af forskel lige keramiske produkter, som er opnået ved ændring af den · relative stilling af forstadiet 2 i forhold til grænsefladen mellem fyldstoffet 14 og det indifferente materiale 16, at det smeltede ophavsmetal, som leveres af forstadiet 25 2, vil vandre og vokse som oxidationsreaktionsprodukt ind i laget af fyldstof 14 gennem de arealer af forstadiet 2, som er i kontakt med en overflade på forstadiet 2. Idet man forudsætter tilstedeværelse af materialer og betingelser til tilvejebringelse af vækst af oxidationsreaktions-30 produktet gennem alle overflader af forstadiet 2, som ikke er blokeret ved kontakt med en barriere, vil det forstås, at smeltet ophavsmetal vil forlade det rumfang, som til at begynde med er blevet indtaget af forstadiet 2, og vokse som oxidationsreaktionsprodukt ind i fyldstoffet 14, 35 idet det fremkomne selvbærende keramiske kompositpro- dukt nøjagtigt reproducerer omvendt konfigurationen af grænsefladen mellem det positive mønster af ophavsmetalforstadiet 2 og det permeable fyldstof 14, som er anbragt DK 166409 Bl 29 i tilpasbart indgreb dermed. Hvis f.eks. grænsefladen mellem fyldstoffet 14 og det indifferente materiale 16 er anbragt i et niveau mellem planerne X-X og Y-Y, vil den højde af de indre vægge 36a,36b,36c og den indre væg, som 5 reproducerer overfladen 7d og dermed dybden af udsparingen 38 blive reduceret tilsvarende. Hvis f.eks. grænsefladen mellem fyldstoffet 14 og det indifferente materiale 16 befinder sig i planen Z-Z, vil højden af de nævnte indre vægge være mindre end højden af fremspringet 22' eller 10 fremspringet 24'.

Det vil forstås, at fyldstoffets egenskaber i henseende til at være gennemtrængeligt og tilpasbart på den her beskrevne måde er egenskaber ved fyldstoffet som helhed, og at de enkelte bestanddele af fyldstoffet ikke behøver at 15 have nogle af eller alle disse egenskaber. Således kan fyldstoffet omfatte enten et enkelt materiale, en blanding af partikler af samme materiale, men med forskellig korn-størrelse eller blandinger af to eller flere materialer.

I det sidste tilfælde er nogle af bestanddelene af fyld-20 stoffet muligvis ikke tilstrækkeligt tilpasbare eller gennemtrængelige, men det fyldstof, hvoraf de udgør en del, vil have den fornødne tilpasbarhed og gennemtrænge-lighed på grund af tilstedeværelsen af andre materialer.

Et stort antal materialer, som kan benyttes som fyldstof-25 fer i den keramiske komposit, idet de giver ønskede egenskaber, har også de beskrevne egenskaber i henseende til gennemtrængelighed og tilpasbarhed.

Hvad angår de individuelle bestanddele i fyldstoffet, omfatter en egnet klasse af fyldstoffer sådanne kemiske 30 stoffer, som under processens temperatur- og oxidationsbetingelser ikke er flygtige, er termodynamisk stabile og ikke reagerer med eller opløses i for stor udstrækning i det smeltede ophavsmetal. Fagfolk kender mange materialer, som opfylder disse betingelser, i tilfælde af brugen af 35 aluminium som ophavsmetal med luft eller oxygen som oxidationsmiddel. Sådanne materialer er bl.a. oxiderne: af aluminium, A^O^, af cerium, CeC^, af hafnium, HfO^, af lanthan, La2c>3, af neodym, Nd2c>3, af praseodym, forskel- DK 166409 B1 30 lige oxider, samarium, Srr^O^, af scandium, f af thorium,

Th02,. af uran, UC^, af yttrium, ^2^37 0<? zirkonium, ZrC^. Tillige omfattes et stort antal binære og ternære metalforbindelser samt metalforbindelser af højere orden såsom mag-5 nesiumaluminatspinel, MgO, af denne klasse af stabile ildfaste forbindelser.

En anden klasse af egnede fyldstoffer er sådanne, som ikke i sig selv er stabile under oxidations- og .temperaturbetingelserne ved den foretrukne udførelsesform for opfindel-10 sen, men som på grund af forholdsvis lav kinetik af nedbrydningsreaktionerne kan inkorporeres som fyldstoffase i det voksende keramiske produkt. Et eksempel er siliciumcarbid. Dette materiale ville blive helt oxideret under de betingelser, som er nødvendige til oxidation af f.eks. aluminium 15 med oxygen eller luft, hvis ikke der fandtes et beskyttende lag siliciumoxid, som dækkede siliciumcarbidpartiklerne og begrænsede den videre oxidation af siliciumcarbidet. Det beskyttende siliciumoxidlag gør det også muligt for silici-umcarbidpartikler at sintre eller at bindes let til hinan-20 den og til andre bestanddele i fyldstoffet under oxidationsreaktionsbetingelserne ifølge opfindelsen i tilfælde af aluminiumophavsmetal og luft eller oxygen som oxidations-middel .

En tredje klasse af egnede fyldstoffer er sådanne 25 som f.eks. carbonfibre, som af termodynamiske eller kinetiske grunde ikke forventes at overleve oxidationsbetingelserne eller udsættelsen for smeltet aluminium, men som kan gøres forligelige med processen, hvis 1) omgivelserne gøres mindre aktive, f.eks. ved brug af CO/CC^ som oxide-30 rende gas, eller 2) ved påføring af et overtræk såsom aluminiumoxid, som gør stoffet kinetisk ikke-reaktionsdygtigt med de oxiderende omgivelser eller ved udsættelse for det smeltede metal.

Som en yderligere udførelsesform for opfindelsen kan 35 tilsætningen af dopingmaterialer til metallet på grunstig måde påvirke oxidationsreaktionsprocessen. Funktionen af dopingmaterialet kan afhænge af et antal andre faktorer end dopingmaterialet. Disse faktorer omfatter f.eks. det be- DK 166409 Bl 31 stemte ophavsmetal, det ønskede slutprodukt, den bestemte kombination af dopingmidler, når der benyttes to eller flere dopingmidler, brugen af et udefra tilført dopingmiddel i kombination med et legeret dopingmiddel, koncen-5 trationen af dopingmidlet, oxidationsomgivelserne samt procesbetingelserne.

Dopingmidlet eller midlerne (1) kan tilvejebringes som legeringsbestanddele i ophavsmetallet, (2) kan påføres i det mindste en del af overfladen af ophavsmetallet eller 10 (3) kan tilføres fyldstoffet eller en del af fyldstoflaget, f.eks. til den dybde af fyldstoffet, som er nødvendig til tilpasning til det positive mønster af ophavsmetalforstadiet, eller man kan benytte en kombination af to eller flere af de nævnte muligheder (1), (2) og (3). F.eks. kan 15 et legeret dopingmiddel benyttes i kombination med et udefra tilført dopingmiddel. I tilfælde af mulighed (3), hvor et eller flere dopingmidler tilføres fyldstoffet, kan tilføringen ske på vilkårlig måde, f.eks. ved fordeling af dopingmidlet i en del af eller hele massen af fyldstof 20 som overtræk eller i partikelform, indbefattet i det mindste en del af laget af fyldstof nær ophavsmetallet. Tilføring af et vilkårligt af dopingmidlerne til fyldstoffet kan også ske ved påføring af et lag af et eller flere dopingmateri-aler på og og i laget, indbefattet eventuelle indre åbnin-25 ger, mellemrum, passager, indskudte rum og lignende, som gør det gennemtrængeligt. En bekvem måde til påføring af et dopingmateriale består simpelthen i gennemvædning af hele laget i en væske (f.eks. en opløsning) af dopingmateriale. En kilde for dopingmateriale kan også tilveje-30 bringes ved anvendelse af et stift legeme af dopingmidlet i kontakt med og mellem i det mindste en del af ophavsmetaloverfladen og fyldstoflaget. F.eks. kan et tyndt ark af siliciumholdigt glas (egnet som dopingmiddel til oxidation af et aluminiumophavsmetal) anbringes på en overflade af 35 ophavsmetallet. Når aluminiumophavsmetallet (som kan være internt dopet med Mg) overlejret med det silicium-holdige materiale opvarmes under oxidationsbetingelser (f.eks. i tilfælde af aluminium i luft til 850 - 1450°C, DK 166409 B1 32 fortrinsvis 900-1350°C), vil der foregå en vækst af poly-krystallinsk keramikmateriale ind i det permeable lag.

I det tilfælde, hvor dopingmidlet tilføres i det mindste en del af overfladen af ophavsmeallet udefra, vokser det 5 polykrystallinske oxid normalt inde i det permeable fyldstof et godt stykke i dopinglaget (dvs. forbi dybden af det påførte dopinglag). I alle tilfælde kan et eller flere af dopingmidlerne påføres ophavsmetaloverfladen og/ eller det permeable lag udefra. Dopingmidler legeret ind 10 i ophavsmetallet og/eller udefra tilført ophavsmetallet kan yderligere forøges ved hjælp af et eller flere dopingmidler, som tilføres stoflaget. Således kan alle koncentrationsmangler for dopingmidler legeret ind i ophavsmetallet og/eller tilført ophavsmetallet udefra rettes op ved 15 yderligere tilsætning af det eller de respektive dopingmidler, som tilføres laget, og omvendt.

Egnede dopingmidler til aluminiumophavsmetal, især med luft som oxidationsmiddel, omfatter f.eks. magnesiummetal og zinkmetal i kombination med hinanden eller i kom-20 bination med andre dopingmidler som beskrevet nedenfor.

Disse metaller eller en egnet kilde for metallerne kan legeres ind i det aluminiumbaserede ophavsmetal ved koncentrationer for hver på 0,1-10% på basis af hele vægten af det fremkomne dopede metal. Koncentrationer i dette område 25 synes at starte den keramiske vækst, forøge metaltransporten og på gunstig måde påvirke vækstmorfologien af det fremkomne oxidationsreaktionsprodukt. Koncentrationen af ethvert dopingmiddel vil afhænge af sådanne faktorer som kombinationen af dopingmidler og procestemperaturen.

30 Andre dopingmidler, som er effektive til fremme af den polykrystallinske vækst ved oxidationsreaktionen for aluminiumbaserede ophavsmetalsystemer, er f.eks. silicium, germanium, tin og bly, især brugt i kombination med magnesium eller zink. Et eller flere af disse dopingmidler 35 eller en passende kilde derfor legeres ind i aluminiumophavsmetal systemet i koncentrationer for hver af dem på 0,5-15 vægtprocent af hele legeringen. Imidlertid fås der en mere ønskværdig vækstkinetik og vækstmorfologi med DK 166409 B1 33 dopingkoncentrationer i området 1-10 vægtprocent af hele ophavsmetallegeringen. Bly som dopingmiddel legeres normalt ind i det aluminiumbaserede ophavsmetal ved en temperatur på mindst 1000°C under hensyntagen til dets lave 5 opløselighed i aluminium. Imidlertid vil tilsætningen af andre legeringsbestanddele såsom tin normalt forøge opløseligheden af bly og muliggøre tilsætningen af legeringsmaterialet ved en lavere temperatur.

Der kan benyttes et eller flere dopingmidler afhæng-10 ende af omstændighederne som forklaret ovenfor. I tilfælde af aluminiumophavsmetal og med luft som oxidationsmiddel vil en særlig egnet kombination af dopingmidler f.eks. omfatte (a) magnesium og silicum eller (b) magnesium, zink og silicium. I sådanne eksempler ligger den foretrukne mag-15 nesiumkoncentration i området 0,1-3 vægtprocent for zink i området 1-6 vægtprocent og for silicium i området 1-10 vægtprocent.

Hvor ophavsmetallet af aluminium dopet med magnesium, og oxidationsmediet er luft eller oxygen, har det vist sig, 20 at magnesium oxideres i det mindste delvis ud af legeringen ved temperaturer på omkring 820-950°C. I sådanne tilfælde af magnesiumdopede systemer danner magnesium en magnesiumoxid-og/eller magnesiumaluminatspinelfase på overfladen af den smeltede aluminiumlegering, og under vækstprocessen forbli-25 ver sådanne magnesiumforbindelser primært på den oprindelige oxidoverflade af ophavsmetallegeringen (dvs. "den oprindelige overflade") i det voksende keramiske produkt. I sådanne magnesiumdopede systemer fremstilles en aluminiumoxid-baseret struktur således adskilt fra det forholdsvis tynde 30 lag af magnesiumaluminatspinel på den oprindelige overflade. Hvor det er ønsket, kan denne oprindelige overflade fjernes ved slibning, maskinbearbejdning, polering eller korn- eller sandblæsning. Tillige er der observeret et yderst tyndt (f.eks. mindre end 2 ym) lag af magnesiumoxid på den ud-35 vendige overflade, som let om ønsket kan fjernes ved sandblæsning.

DK 166409 B1 34

Yderligere eksempler på egnede dopingmaterialer i forbindelse med aluminiumophavsmetal er natrium, lithium, calcium, bor, phosphor og yttrium, som kan benyttes enkeltvis eller i kombination med et eller flere dopingmidler 5 afhængende af oxidationsmidlet og procesbetingelserne.

Natrium og lithium kan benyttes i meget små mængder af størrelsesordenen dele pr. million, typisk 100-200 dele pr. million, og de kan benyttes alene eller sammen eller i kombination med andre dopingmidler. Sjældne jordartme-10 taller som cerium, lanthan, praseodym, neodym og samarium er også egnede dopingmidler, specielt i kombination med andre dopingmidler.

Som nævnt ovenfor er det ikke nødvendigt at legere noget dopingmateriale ind i ophavsmetallet. F. eks. mulig-15 gør selektiv påføring af et eller flere dopingmaterialer i et tyndt lag på enten hele eller en del af overfladen af ophavsmetallet lokal keramisk vækst fra ophavsmetaloverfladen eller dele deraf og muliggør væksten af det po-lykrystallinske keramiske materiale ind i det permeable 20 fyldstof ind i udvalgte områder. Således kan væksten af det polykrystallinske keramiske materiale ind i det permeable lag reguleres ved lokaliseret anbringelse af do-pingmaterialet på ophavsmetaloverfladen. Det påførte overtræk ellei lag af dopingmiddel er tyrflt i forhold til tykkelsen af 25 ophavsmetallegemet, og væksten eller dannelsen af oxidationsreaktionsproduktet i det permeable lag forløber et godt stykke forbi dopinglaget, dvs. forbi dybden af det påførte dopinglag. Et sådant lag af dopingmateriale kan påføres ved maling, dypning, silketryk, fordampning eller 30 ved anden påføring af dopingmaterialet i flydende form eller i pastaform eller ved forstøvning eller ved simpel anbringelse af et lag af et fast partikelformet dopingmiddel eller et fast tyndt ark eller en film af dopingmiddel på overfladen af ophavsmetallet. Dopingmaterialet 35 kan, men behøver ikke at omfatte enten organiske eller uorganiske bindemiddel, bærestoffer, opløsningsmidler og/eller fortykkelsesmidler. Fortrinsvis påføres doping-materialerne som pulver på overfladen af ophavsmetallet 35

Ulv 1004U9 B I

eller fordeles i det mindste i en del af fyldstoffet.

En særlig foretrukken metode til tilføring af dopingmidler til ophavsmetaloverfladen er brugen af en flydende suspension af dopingmidlerne i en vandig/organisk binde-5 middelblanding, som sprøjtes på ophavsmetaloverfladen med henblik på opnåelse af et klæbende overtræk, som letter håndteringen af det dopede ophavsmetal før behandlingen.

Ved udvendig brug påføres dopingmaterialerne normalt en del af overfladen af ophavsmetallet som et ensartet 10 overtræk. Mængden af dopingmiddel er effektiv i et bredt område i forhold til mængden af ophavsmetal, hvorpå det påføres, og i tilfælde af aluminium har man ikke ved forsøg kunnet fastsætte nogen øverste eller nederste grænse.

Når man f.eks. benytter silicium i form af siliciumdioxid, 15 som tilføres udefra som dopingmiddel på et aluminiumbaseret ophavsmetal under anvendelse af luft eller oxygen som oxidationsmiddel, kan man benytte så små mængder som 0,00001 g 2 silicium pr. cm af den udvendigt dopede overflade af ophavsmetallet eller ca. 0,00003 g silicium pr. g af ophavs-20 metallet, som skal oxideres til frembringelse af detpoly-krystallinske keramiske vægtfonomen. Der kan benyttes et eller flere dopingmaterialer, f.eks. kan silicumdoping- materialet suppleres med et dopingmateriale omfattende en 2^ kilde for magnesium og/eller zink. Det har også vist sig, at man kan opnå et keramisk produkt ud fra et aluminiumbaseret ophavsmetal under anvendelse af luft eller oxygen som oxidationsmiddel ved anvendelse af MgO og MgA^O^ hver 2Q for sig eller sammen som dopingmiddel i større mængde end ca. 0,003 g Mg pr. cm^ af udvendig dopet overflade af ophavsmetal eller mere end ca. 0,0008 g Mg pr. g ophavsmetal, som skal oxideres.

Den overfor beskrevne dopingmiddelpåføringsteknik (2) ^ og (3), altså ydre påføring af dopingmiddel på i det mindste en del af overfladen af ophavsmetallet eller fyldstoflaget eller en del af fyldstoflaget, kan benyttes i en udførelsesform ifølge opfindelsen, hvor vækstkontrol af oxidationsreaktionsproduktet opnås ved en sådan ydre tilførsel af doping- DK 166409 B1 36 middel. Man kan udvælge materialer og betingelser på en sådan måde, at der ikke sker nogen væsentlig vækst af oxidationsreaktionsprodukt fra de dele af ophavsmetalforstadiet, som mangler det ydre dopingmiddel, og ophavsmetal-5 forstadiet er ikke legeret med tilstrækkeligt dopingmiddel til at lette oxidationsreaktionen. Når et ydre dopingmiddel benyttes i forbindelse med alene den positive mønstersektion af ophavsmetalforstadiet, kan barrieren udelades på den ikke-reproducerende sektion. Imidlertid vil det forstås, 10 at den ydre påføring af dopingmidlet også kan benyttes i kombination med en barriere.

Teknikken til anvendelse af et ydre dopingmiddel er illustreret i fig.5, hvor ophavsmetalforstadiet 2 er indlejret i et lag af tilpasbart fyldstof 14, med alle over-15 fladerne af ophavsmetalforstadiet 2, indbefattet den ikke-reproducerende sektion deraf, i overensstemmende indgreb med det tilpasbare fyldstof 14. Denne form for indlejring kan f.eks. opnås ved erstatning af laget af indfiferent materiale i fig.2 med tilpasbart fyldstof , så at den ild-20 faste beholder 12 er helt fyldt med et lag af tilpasbart fyldstof 14 med ophavsmetalforstadium 2 indlejret deri.

I udførelsesformen i fig.5 benytter man tilføring af dopingmiddel udefra til opnåelse af samme effekt, som man ville opnå i fig.2, hvis grænsefladen mellem laget 14 af 25 tilpasbart fyldstof og laget 16 af partikelformet indifferent materiale befandt sig ved niveauet for planen X-X.

Til opnåelse af denne effekt anbringes et lag 40 af dopingmiddel til fuldstændig dækning af overfladen af den positive mønstersektion, som omfattes af overfladen 8, der som 30 beskrevet ovenfor med hensyn til udførelsesformerne i fig.

1-4 har en rille 4, en hulhed 6 og et fremspring 9, idet skulderflangen 11 danner en forlængelse deraf. Overfladerne 10,7a,7c,7b og 7d og overfladerne af skulderflangen, som ikke er overtrukket med dopingmateriale 40, omfatter 35 tilsammen den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet 2 i den i fig.5 viste udførelsesform (overfladen 7b er ikke synlig i fig.5). De i fig.5 benyttede oxi- DK 166409 B1 37 dationsreaktionsbetingelser er sådanne, at laget 40 af doping-materiale er nødvendigt til fremme af væksten af oxidationsreaktionsproduktet, og i fravær af laget 40 af dopingmateri-ale vil væksten af oxidationsreaktionsproduktet blive ude-5 lukket eller hindret i tilstrækkelig grad til at undgå nogen væsentlig dannelse af oxidationsreaktionsprodukt fra overfladerne af ophavsmetalforstadiet 2 omfattende den ikke-reproducerende sektion deraf. I denne udførelsesform vil ophavsmetalforstadiet 2 ikke eller kun i utilstrækkelig grad 10 indeholde legeret dopingmiddel til fremme af væksten af oxidationsreaktionsprodukt under de herskende betingelser.

Sådanne faktorer som sammensætningen af ophavsmetallet, sammensætningen og mængden af oxidationsmiddel og driftstemperaturen vil bestemme, hvorvidt et bestemt ophavsmetal 15 kræver tilstedeværelsen af et dopingmiddel til dannelse af oxidationsreaktionsproduktet med kendelig hastighed.

Med arrangementet i fig. 5 og under betingelser, hvor laget 40 af dopingmateriale er nødvendigt til fremme af væsentlig vækst af oxidationsreaktionsprodukt, vil der ikke 20 ske nogen kendelig vækst fra den ikke-reproducerende sektion, selv om den er i indgreb med laget af tilpasbart fyldstof 14, som er gennemtrængeligt for vækst af oxidationsreaktionsprodukt. I stedet for eller som supplement til laget 40 af dopingmiddel kan der benyttes et passende 25 dopingmiddel i de dele eller zoner af laget 14 af tilpas bart fyldstof, som vender mod eller støder op til den positive mønstersektion af ophavsmetalforstadiet 2. Yderligere kan der benyttes et fast eller flydende oxidationsmiddel i sådanne zoner af laget af fyldstof til tilveje-30 bringelse af gunstig vækstkinetik i den positive mønstersektion. Det produkt, som fås fra det i fig.5. delvis illustrerede arrangement, vil ligne eller være identisk med det keramiske kompositprodukt, som er vist i fig.3.

Pig. 6 viser en anden udførelsesform ifølge opfindel-35 sen, hvor et ophavsmetalforstadium 2' er indlejret i et lag 14 af tilpasbart fyldstof, som selv er indesluttet i en rektangulær begrænsning 42 af et materiale, som omfatter et barrieremateriale med huller. Begrænsningen 42 er DK 166409 B1 38 praktisk taget fyldt med tilpasbart fyldstof 14 og ophavsmetalforstadiet 2', som er indlejret deri. Barrierematerialet med huller i begrænsningen 42 kan f.eks. være et trådvæv af rustfrit stål. Begrænsningen 42 har en cirku-5 lær åbning i den øverste overflade 42 a og den nederste overflade 42b (se fig.6) og et par cirkulære cylindriske rør 44a og 44b indsat gennem disse åbninger og forløbende til de respektive modsatte overflader 46 og 48 på ophavsmetalforstadiet 2'. Rørene 44a og 44b er hvert fyldt med 10 et indifferent materiale 16, og rørene selv kan være dannet af et barrieremateriale med huller eller en skærm eller et gitter i lighed med begrænsningen 42. Ophavsmetalforstadiet 2' har i denne udførelsesform en flange 50, som stikker frem fra overfladen 48. Synlige i fig.6 er sideoverfladerne 15 52a,52c og frontoverfladen 52d på ophavsmetalforstadiet 2'.

(Udtrykkene side og front skal forstås under henvisning til fig.6). Den bageste overflade (i fig.6) af ophavsmetallet 2' er ikke synlig i fig.6. Det vil forstås, at alle beskrevne overflader af ophavsmetalforstadiet 2' er i 20 indgreb med fyldstoffet 14 i begrænsningen 42 på nær de cirkulære dele af de modstående overfladers 46 og 48, som er overlejret med partiklerne af indifferent materiale 16 indeholdt i henholdsvis rørene 44a og 44b. Således omfatter hele overfladen af ophavsmetalforstadiet 2' den posi-25 tive sektion deraf på nær de to cirkulære segmenter, som er overlejret med indifferent materiale 16, hvilke segmenter omfatter de respektive ikke-reproducerende sektioner af ophavsmetalforstadiet 2'. Da begrænsningen 42 tilvejebringer en barriere mod vækst af oxidationsreaktionspro-30 dukt, behøver laget 15 af partikelformet materiale hverken at være tilpasbart fyldstof eller et indifferent materiale. Faktisk kan arrangementet bestående af begrænsningen 42 og rørene 44a og 44b være understøttet af vilkårlige midler i den ildfaste beholder 42. Det er imidlertid be-35 kvemt at understøtte arrangementet i et lag af partikelformet materiale 15, som kan være, men ikke behøver at være et indfifferent materiale. Hvis begrænsningen 42 ikke i sig selv var en barriere mod vækst af oxidationsreaktions- DK 166409 Bl 39 produkt, så skulle laget 15 eller i det mindste en del deraf i nærheden af begrænsningen 42 omfatte et indifferent materiale.

Efter opvarmning af arrangementet i fig.6 til en til-5 strækkelig høj temperatur til smeltning af ophavsmetalmetallet og efter kontakt af det smeltede ophavsmetal med et passende flydende og/eller dampformet oxidationsmiddel, finder en oxidation af det smeltede metal sted, og der foregår en vækst af oxidationsreaktionsprodukt fra den positive 10 mønstersektion af ophavsmetalforstadiet 2'. Idet reaktionen får lov at skride fremad til opnåelse af den ønskede vækst af den keramiske genstand (valgfrit til fuldstændigt forbrug af ophavsmetallet fra det rumfang, som oprindeligt blev indtaget af ophavsmetalforstadiet 2'), vil oxidations-15 reaktionsproduktet vokse til en grænse, som bestemmes af den indre overflade af begrænsningen 42. Rumfanget af begrænsningen 42 i forhold til rumfanget af ophavsmetalforstadiet 2' vælges let på en sådan måde, at der fås et rumfang af oxidationsreaktionsprodukt, som vil fylde mellem-20 rummene af det rumfang af tilpasbart fyldstof 14, som indeholdes i begrænsningen 42.

Pig. 7 viser et fremstillet keramisk kompositprodukt 54, som er opnået ved anvendelse af arrangementet i fig.6.

Det keramiske kompositprodukt 54 har en plan øverste over-25 flade 56 og sideoverflader 58 og 60, som ses i fig.7. Disse overflader stemmer overens med de tilsvarende indre overflader på begrænsningen 42. En cylindrisk åbning 62a forløber til den øverste overflade 56 og svarer til rumfanget af røret 44a i begrænsningen 42. En tilsvarende cylinderåbning 30 62b forløber til den nederste overflade (uden nummer) af det keramiske kompositprodukt 54 og svarer til rumfanget af røret 44b i begrænsningen 42. Det rumfang, som til at begynde med blev optaget af ophavsmetalforstadiet 2', er blevet tømt under oxidationen af ophavsmetallet og resulterer 35 i en rektangulær hulhed 64, som er dannet i den keramiske komposit 54 og vist med streglinier i fig.7. Den nederste overflade (set i fig.7) af hulheden 64 har en rille 66, som er en omvendt reproduktion af overfladen af flangen 50 DK 166409 B1 40 på ophavsmetalforstadiet 2*. Rørene 44a og 44b er fyldt med partikler af et indifferent materiale 16 i arrangementet i fig.6. Da det indifferente materiale er perme-abelt, giver det via rørene 44a og 44b adgang til om-5 givelsernes atmosfære for hulheden 64, som er dannet under reaktionen, så at hulheden 64 på intet tidspunkt er helt indelukket eller afskåret fra den omgivende atmosfære ved væksten af oxidationsreaktionsproduktet. Som forklaret ovenfor undgår man på denne måde problemet med 10 en trykforskel, som virker på det voksende hule legeme af oxidationsreaktionsprodukt som følge af den omstændighed, at oxidationsreaktionsproduktet er gennemtrængeligt for omgivelsernes luft eller atmosfære.

I fig.8,8A og 8B er der vist en anden udførelsesform 15 for et ophavsmetalforstadium 68, f.eks. af aluminium, som har rektangulær form og overflader 70,74 og sider 72a, 72b,72c og 72d. Ophavsmetalforstadiet 68 har et rektangulært fremspring 76, som stikker frem fra overfladen 74. Fremspringet 76 forløbet parallelt med og sammenhængende 20 med siderne 72a og 72d. En cylindrisk boring 78 forløber gennem ophavsmetalforstadiet 68 fra overfladen 70 til overfladen 74.

Fig.9 viser ophavsmetalforstadiet 68 anbragt i en ildfast beholder 80 i et arrangement af ophavsmetalfor-25 stadiet 68 med tilpasbart fyldstof og et barrieremateriale eller en vækstforebyggende indretning. I denne udførelsesform er en cylindrisk barriere 82, som hindrer eller forebygger vækst, dimensioneret og formet på en sådan måde, at den kan indsættes glidbart i den cylindriske boring 78 30 i indgreb med hele den cylindriske overflade. Som vist i fig.8B og 9 er den cylindriske barriere 82 længere end boringen 78, og en del deraf springer frem udefter ved hver ende. Tværsnittet i fig.9 viser konstruktionen af den cylindriske barriere 82, som i den viste udførelsesform om-35 fatter en central kerne 82b, som kan være af gips, og som er anbragt i et rør af kraftigt papir eller tyndt pap, som benyttes til tilvejebringelse af begyndelsesformen af barrieren. Ved opvarmning vil papiret eller pappet brænde DK 166409 B1 41 og vil ikke deltage yderligere i processen. En rektangulær barriere 88, som er åben foroven og forneden (som vist i fig.9) ses i tværsnit i fig.9 og består af fire vægge, som forløber parallelt og i afstand fra siderne 72a,72b, 5 72c og 72d på ophavsmetalforstadiet 68. Barrieren 88 har således form som en kort sektion af en rektangulær skakt.

Kun tre af væggene af barrieren 88 er synlige i fig.9, nemlig væggen 88b og i tværsnit væggene 88a og 88c. Som vist med hensyn til de to sidstnævnte vægge omfatter den 10 indvendige overflade af hver et lag af gips, som i tilfælde af væggene 88a og 88c er vist i tværsnit som lagene 88a' og 88c'. Det udvendige lag af kraftigt papir eller pap er vist i tværsnit som lagene 88a" og 88c".

Ophavsmetalforstadiet 68 sammen med den cylindriske 15 barriere 82, som er indsat i den cylindriske boring, er indlejret i et lag af tilpasbart fyldstof 84 i den rektangulære barriere 88. Barrieren 88 og dens indhold er indlejret i et lag af indifferent materiale 86, hvorfra det er adskilt ved hjælp af barrieren 88. I denne udførelses-20 form er den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetal-forstadiet 68 udrustet med den cylindriske overflade af den cylindriske boring 78, hvilken overflade e'r i indgreb og kongruent med den ydre overflade af den cylindriske barriere 82. De resterende overflader af ophavsmetalforstadiet 25 68 omfatter dets positive mønster, da vækst af oxidations reaktionsprodukt fra ophavsmetalforstadiet 68 under passende betingelser som beskrevet ovenfor vil foregå fra -disse overflader gennem laget af tilpasbart fyldstof 84. Væksten af oxidationsreaktionsproduktet er tvunget til at stoppe, 30 idet det voksende oxidationsreaktionsprodukt kommer i kontakt med henholdsvis barriererne 82 og 88 og det indifferente materiale 86. Det i fig. 9 viste arrangement vil frembringe en keramisk genstand med en konfiguration, som er identisk med eller praktisk taget lig med den, som er 35 beskrevet ovenfor og er illustreret i fig.7 som produktet fra arrangementet i fig.6. Følgelig er det ikke nødvendigt at gentage beskrivelsen af det keramiske produkt i fig.7.

DK 166409 B1 42 I fig. 10 og 11 er der vist en anden fremgangsmåde til opnåelse af et keramisk kompositprodukt i lighed med eller identisk med det i fig.3 viste, som ved brug af en passende barriere regulerer udstrækningen af væksten af 5 det dannede oxidationsreaktionsprodukt, hvorved man undgår den fornødne maskinbearbejdning eller slibning i den udstrækning, som er nødvendig til formgivning af de uregulære dele på det keramiske produkt i fig.4 (som er dannet under anvendelse af arrangementet i fig.2). Som vist i 10 fig.10 er et ophavsmetalforstadium 2' identisk' i sin formgivning med ophavsmetalforstadiet 2 i fig.l,lA og 2. Således har ophavsmetalforstadiet 2' en plan overflade 10’, en modsat overflade 8’, hvorfra der forløber et rektangulært fremspring 9', hvori der er dannet en rille 4' og en cy-15 lindrisk boring eller hulhed 6'. En skulderflange 11' forløber langs den ene side af ophavsmetalforstadiet 2', som er indlejret i en rektangulær barriere 90, som omfatter en rektantulær kasse af kraftigt papir eller tyndt pap, som er åben i de modstående ender. Den rektangulære bar-20 riere 90 er foret med gips på lignende måde som den rektangulære barriere 88 i fig.9. Som vist i fig. 10 omfatter den rektangulære barriere 90 vægge 90a,90b,90c og 90d, idet det meste af væggen 90d er brudt væk i fig.10 for tydelighedens skyld. Hver af væggene 90a-90d har en ind-25 vendig foring af hærdet gips, som det bedst ses ved hjælp af den i tværsnit viste væg 90c, som viser papydervæggen 90c' med en indvendig foring af gips 90c". Som vist i fig.

11 består væggen 90a på samme måde af pap 90a' med et gipslag 90a". Overfladen 10' af ophavsmetalforstadium 2' 30 har et overtræk 92 af gips.

Fem af de seks hovedoverflader på ophavsmetalforstadiet 2' er således dækket med en barriere, som i den viste udførelsesform udgøres af et lag gips. Som i tilfælde af alle barrierer af gips og pap tjener pappet eller papiret 35 som en form, på hvilken gipsen kan påføres i våd eller plastisk tilstand og få lov at tørre til hærdning til en stiv barriere. Pappet tjener også til forstærkning af gipsbarrieren under forebyggelse af revner eller brud under 43

UK I OOH-U9 D I

håndtering og samling af barrieren og ophavsmetalforstadiet i den ildfaste beholder. Som tidligere nævnt kan man benytte andre egnede materialer i stedet for papir eller pap og gips.

5 Idet væksten af oxidationsreaktionsprodukt således er hindret eller udelukket ved hjælp af barrieren, udgør overfladen 8', rillen 4', boringen 6' og fremspringet 9' tilsammen det positive mønster af ophavsmetalforstadiet 2', medens de resterende overflader udgør den ikke-reproduce-10 rende sektion af ophavsmetalforstadiet 2'.

Fig. 11 viser ophavsmetalforstadiet 2' og den tilhørende barriere 90 indlagt i et lag af partikelformet indifferent materiale 94 og indeholdende i det frie rum over forstadiet 2' et tilpasbart fyldstof 96. Den øverste del 15 (i fig.10 og 11) af den rektangulære barriere 90 forløber over overfladen 8' på ophavsmetalforstadiet 2' og tjener således til at skille laget af tilpasbart fyldstof 96 fra laget af partikler af indifferent materiale 94 i den ildfaste beholder 98. Ved opvarmning af arrangementet i fig.

20 11 til en passende forhøjet temperatur og opretholdelse af denne temperatur i tilstrækkelig tid i henhold til den beskrevne fremgangsmåde fås der et keramisk kompositprodukt, som ligner eller er identisk med det i fig. 3 viste, således som det vil blive vist i eksemplet nedenfor.

25 Den keramiske komposit, som fås ifølge opfindelsen, vil normalt være en tæt, sammenhængende masse, hvor 5-98 rumfangsprocent af hele rumfanget af kompositstrukturen udgøres af en eller flere af fyldstofbestanddelene indlejret i en polykrystallinsk keramikmatrix. Den polykrystallinske 30 keramikmatrix udgøres, når ophavsmetallet er aluminium, og når luft eller oxygen er oxidationsmidlet, af 60-99 vægtprocent (ar vægten af polykrystallinsk matrix) af indbyrdes forbundet alfa-aluminiumoxid og 1-40 vægtprocent (samme basis) af ikke-oxiderede metalliske bestanddele såsom fra 35 ophavsmetallet.

Nedenstående eksempler illustrerer opfindelsen.

DK 166409 B1 44

Eksempel 1

Et ophavsmetalforstadium maskinbearbejdes til den i fig.l,lA og 10 viste form. Forstadiet bearbejdes fra en blok af aluminiumlegering 380.1 fra Belmont Metals, Inc.

5 og med sammensætningen 8-8,5 vægtprocent silicium, 2-3 vægtprocent zink, 0,1 vægtprocent magnesium, 3,5 vægtprocent kobber samt jern, mangan og nikkel, skønt magnesiumindholdet undertiden er noget større, nemlig 0,17-0,18%. Det fremkomne formgivne ophavsmetalforstadium udrustes med en 10 barriere som vist ved hjælp af barrierne 90 og 92 i fig.

10. Barrieren 90 i fig.10 omfatter en papform, på hvilken gips (Bondex, Bondex Company) er påført i et lag på 0,16-0,32 cm. Barrieren svarende til 92 i fig.10 omfatter et lag af samme gips, 0,16-0,32 cm tykt. Således er overflader-15 ne svarende til overfladerne 10,7a,7b,7c og 7d på ophavsmetalforstadiet i fig.l,lA og 10 overtrukket med en barriere og omfatter den ikke-reproducerende sektion af forstadiet. Overfladen 8, rillen 4, boringen 6 og fremspringet 6 er frie for barrierer og udgør således det positive mønster • 20 af ophavsmetalforstadiet. Barrieren svarende til 90 i fig.

11 forløber ca. 1,6 cm over overfladen 8 på ophavsmetalforstadiet. Et fyldstof omfattende en ensartet blanding af aluminiumoxidpartikler (38 Alundum fra Norton Company) omfattende 70 vægtprocent 220- kornpartikler og 30 vægt-25 procent 500-kornpartikler samt siliciummetalpartikler i en mængde på 7 vægtprocent af hele vægten af aluminium-oxidpartiklerne anbringes i det frie rum over forstadiet, som tilvejebringes ved hjælp af barrieren 90 i fig.10. Fyldstoffet er således anbragt i indgreb med det positive 30 mønster, som tilvejebringes af overfladen 8, rillen 4, boringen 6 og fremspringet 9. Arrangementet af barrierer, fyldstof og ophavsmetalforstadiet anbrinces på og indlagt i et lag af indifferent materiale omfattende aluminiumoxidpartikler (El Alundum fra Norton Company med en korn-35 størrelse svarende til passage af en sigte med 36 masker pr. cm) på den i fig.11 illustrerede måde. Laget af indifferent materialer svarer til 94 i fig.11 og flugter praktisk taget med toppen af barrieren svarende til 90 i fig.

11.

DK 166409 B1 45

Hele arrangementet anbringes i en ovn og opvarmes i luft til 1000°C i 28 timer. Arrangementet henstår til afkøling, og det keramiske kompositprodukt, som er dannet af ophavsmetalforstadiet, fjernes fra den ildfaste behol-5 der, og overskydende fyldstof og barrieremateriale fjernes ved let sandblæsning. Der fås et keramisk produkt med den i fig.3 viste kontur, som med stor nøjagtighed er en omvendt reproduktion af det positive mønster af ophavsmetalforstadiet.

10

Eksempel 2

En blok af samme aluminiumlegering som benyttet i eksempel 1 bearbejdes og bores til tilvejebringelse af et ophavsmetalforstadium med den i fig.8 og fig.8A viste kontur og 15 med dimensionerne 6,3 cm længde gange 3,15 cm bredde gange 1,7 cm tykkelse og med en cylindrisk boring (svarende til 78 i fig.8 og fig.8A) på 1,9 cm i diameter. Et rektangulært fremspring (svarende til 76 i fig.8 og 8A) måler 0,16 cm i tykkelse (højde over overfladen svarende til 74 i fig.8 20 og 8A) og 0,64 cm i bredden. Et papirsrør fyldt med gips (Bondex fra Bondex Company) indsættes i boringen med den udvendige diameter af papirsrøret kongruent med og i kontakt med overfladen af den cylindriske boring, og den cylindriske barriere., som forløber ca. 0,64 cm ud af hver 25 modsat ende af den cylindriske boring. Gips (Bondex fra Bondex Company) påføres i et tykt lag et kraftigt papirmateriale i form som en rektangulær æske, som er åben i de modstående ender, idet dimensionerne af æsken er ca.

7,6 cm i længden gange 3,8 cm i bredden og 3,15 cm i høj-30 den. Denne gipsovertrukne æske svarer til barrieren 88 i fig.9.

Et basislag af indifferent materiale af aluminiumoxid fra Norton Company med en kornstørrelse svarende til passage af en sigte med 36 masker pr. cm anbringes i en 35 ildfast digel. Den ene ende af den rektangulære barriere anbringes på laget af indifferent materiale, og ophavsmetalforstadiet (med den cylindriske barriere indsat i boringen) DK 166409 Bl 46 indlejres i et lag fyldstof (svarende til 84 i fig.9), som rummes i den rektangulære barriere som vist i fig.9. Fyldstoffet er det samme som i eksempel 1 og fylder praktisk taget hele barrieren. Den samme type indifferent materiale 5 (svarende til 86 i fig.9) som i eksempel 1 tilsættes indtil omtrent samme højde som fyldstoffet, og man får et arrangement som i fig.9. Det fremkomne arrangement anbringes i en ovn og opvarmes i luft ved 1000°C i 28 timer. Derefter henstår arrangementet til afkøling, og det opnåede keramiske 10 kompositprodukt fjernes fra den ildfaste beholder 80, og vedhængende overskydende fyldstof og barrieremateriale fjernes ved en let sandblæsning. Der fås et keramisk produkt som vist i fig.7, som er en nøjagtig omvendt reproduktion af det positive mønster af ophavsmetalforstadiet.

15 I både eksempel 1 og 2 er det tilpasbare fyldstof i kontakt med ophavsmetalforstadiets positive mønster et selvbindende tilpasbart fyldstof, så at fyldstoffets selvbindende karakter yder modstand mod enhver trykforskel, som virker på oxidationsreaktionsproduktet under opbygning.

20 Hvis der altså skulle forekomme en trykforskel hen over skallen af oxidationsreaktionsprodukt under opbygning, fordi vandring af smeltet ophavsmetal til dannelse af yderligere oxidationsreaktionsprodukt efterlader en hulhed med formindsket tryk, så yder fyldstoffets selvbindende 25 karakter tilstrækkelig mekanisk styrke til at modstå de mekaniske kræfter, som udøves på skallen af oxidationsprodukt under opbygning hidrørende fra trykforskellen. I de to eksempler er det tynde lag af gips, som udgør barrieren, imidlertid tilstrækkelig gennemtrængelig for luft, så at 30 luften siver igennem og udligner trykket i den hulhed, som dannes ved ophavsmetallets vandring.

35

Claims

1. Fremgangsmåde til fremstilling af selvbærende keramisk kompositgenstand med et negativt mønster, som 5 omvendt reproducerer et positivt mønster af et ophavsmetalforstadium, hvilket kompositprodukt omfatter: (1) en keramisk matrix dannet ved oxidation af et ophavsmetal til dannelse af et polykrystallinsk materiale bestående i hovedsagen af (i) oxidationsreaktionsprodukt af ophavs-10 metallet med et oxidationsmiddel og eventuelt (ii) en eller flere metalliske bestanddele og (2) et fyldstof indlejret i matrixen, kendetegnet ved, (a) at man tilvejebringer et ophavsmetalforstadium med (1) en positiv mønstersektion til omvendt reproduktion 15 og (2) en ikke-reproducerende sektion, (b) at man anbringer i det mindste en positiv mønstersektion af ophavsmetalforstadiet i indgreb med et lag af tilpasbart fyldstof under vækstreguleringsbetingelser til fremme af væksten af oxidationsreaktionsproduktet fra den 20 positive mønstersektion og til forebyggelse af vækst fra den ikke-reproducerende sektion, idet det tilpasbare fyldstof (i) er permeabelt for oxidationsmidlet, i det mindste når det er nødvendigt for oxidationsmidlet at komme i kontakt med det smeltede ophavsmetal i trin (c), og at det 25 (ii) er permeabelt for infiltration ved væksten af oxidationsreaktionsprodukt gennem fyldstoffet, (c) at man opvarmer ophavsmetalforstadiet til et temperaturområde over dets smeltepunkt, men under smeltepunktet for oxidationsreaktionsproduktet til dannelse af et produkt 30 af smeltet ophavsmetal, og at man ved denne temperatur (1) omsætter det smeltede ophavsmetal med oxidationsmidlet til dannelse af oxidationsreaktionsproduktet, (2) at man holder i det mindste en del af oxida- 35 tionsreaktionsproduktet i kontakt med og mellem pro duktet af smeltet metal og oxidationsmidlet, så at man gradvis trækker smeltet metal fra legemet af smeltet metal gennem oxidationsreaktionsproduktet DK 166409 B1 48 til kontakt med oxidationsmidlet i laget af fyldstof, så at det negative mønster dannes i laget af fyldstof, idet oxidationsreaktionsproduktet fortsætter med at dannes på grænsefladen mellem oxidationsmidlet og i 5 forvejen dannet oxidationsreaktionsprodukt, og (3) at man fortsætter reaktionen i så lang tid, at man i det mindste delvis indlejrer laget af fyldstof i oxidationsreaktionsproduktet ved vækst af dette til dannelse af kompositproduktet med det negative 10 mønster, og (d) at man skiller det fremkomne selvbærende keramiske kompositprodukt fra overskud af fyldstof og eventuelt uomsat ophavsmetal.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 15 ved, at man anbringer ophavsmetalforstadiet i indgreb med laget af tilpasbart fyldstof på en sådan måde, at den ikke-reproducerende sektion af ophavsmetalforstadiet er fri for kontakt med laget af fyldstof.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1-2, kendetegnet 20 ved, at man tilvejebringer et organ eller materiale, som ligger hen over i det mindste en del af den ikke-reproduce-rende sektion af ophavsmetallet, til inhibering af vækst af oxidationsreaktionsproduktet fra den ikke-reproducerende sektion.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at oxidationsmidlet omfatter et dampfaseoxidations-middel, og at organet eller materialet til hindring af vækst er eller under reaktionsbetingelserne i trin (c) bliver gennemtrængeligt for dampfaseoxidationsmidlet.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 4, kendetegnet ved, at oxidationsmidlet omfatter et dampfaseoxidationsmid-del, og at midlet eller materialet til hindring af vækst omfatter et gipslag.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet 35 ved, at vækstreguleringsbetingelserne omfatter, at man påfører den positive mønstersektion et ydre dopingmiddel.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at man anbringer ophavsmetalforstadiet i indgreb med DK 166409 Bl 49 laget af tilpasbart fyldstof, så at den ikke-reproducerende del af ophavsmetalforstadiet er fri for kontakt med laget af fyldstof, idet det tilpasbare fyldstof fortrinsvis er selvbindende, 5. det mindste efter behov til at modstå en trykforskel, som dannes hen over oxidationsreaktionsproduktet ved dettes vækst, og idet vækstreguleringsbetingelserne fortrinsvis i det mindste delvis tilvejebringes ved, at man benytter et fast 10 oxidationsmiddel eller et flydende oxidationsmiddel eller begge dele i en del af laget af tilpasbart fyldstof nær den positive mønstersektion, og idet oxidationsmidlet fortrinsvis omfatter et damp-faseoxidationsmiddel, og 15 idet oxidationsmidlet fortrinsvis omfatter en nitro- genholdig gas eller en oxygenholdig gas, og idet ophavsmetallet fortrinsvis vælges blandt aluminium, silicium, titan, tin, zirkonium og hafnium.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1 til fremstilling af et selvbærende 20 keramisk kompositprodukt med et negativt mønster, som omvendt reproducerer et positivt mønster af et ophavsmetalforstadium, hvilket produkt omfatter (l)en keramisk matrix dannet ved oxidation af et aluminiumophavsmetal til dannelse af et polykrystallinsk materiale bestående af (i) aluminium-25 oxidproduktet fra reaktionen mellem ophavsmetallet og luft og eventuelt (ii) en eller flere metalliske bestanddele og (2) et fyldstof indlejret i matrixen, kendetegnet ved, (a) at man tilvejebringer et aluminiumophavsmetalfor-30 stadium med (1) en positiv mønstersektion til omvendt reproduktion og (2) en ikke-reproducerende sektion, (b) at man anbringer i det mindste den positive mønstersektion af ophavsmetalforstadiet i indgreb med et lag af tilpasbart fyldstof under vækstreguleringsbetingelser til 35 fremme af væksten af oxidationsreaktionsproduktet først og fremmest eller udelukkende fra den positive mønstersek-tion og til hindring af vækst fra den ikke-reproducerende sektion, idet det tilpasbare fyldstof (i) er permeabelt DK 166409 B1 50 for luft for at tillade kontakt af det smeltede ophavsmetal med luft i trin (c), og (ii) er permeabelt for infiltration ved væksten af oxidationsreaktionsproduktet gennem fyldstoffet, 5 (c) at man opvarmer det anbragte positive mønster til et temperaturområde på 850-1450°C til dannelse af et produkt af smeltet aluminiumophavsmetal, og at man ved denne temperatur (1) omsætter det smeltede ophavsmetal med luft 10 til dannelse af aluminiumoxidreaktionsproduktet, (2) at man holder i det mindste en del af alumi-niumoxidreaktionsproduktet i kontakt med og mellem legemet af smeltet metal og luft, så at man gradvis trækker smeltet metal fra legemet af smeltet metal 15 gennem aluminiumoxidreaktionsproduktet og ind i laget af fyldstof til dannelse af det negative mønster i laget af fyldstof, idet aluminiumoxidreaktions-produkt fortsætter med at dannes på grænsefladen mellem luften og det allerede dannede aluminiumoxidre-20 aktionsprodukt, og (3) at man fortsætter reaktionen i tilstrækkelig tid til i det mindste delvis indlejring af laget af fyldstof i aluminiumoxidreaktionsproduktet ved vækst af dette til dannelse af kompositproduktet med det 25 negative mønster, og (d) at man skiller det fremkomne selvbærende keramiske kompositprodukt fra overskud af fyldstof og eventuelt uomsat ophavsmetal.

9. Selvbærende keramisk kompositprodukt med et ne-30 gativt mønster, som omvendt reproducerer den positive mønstersektion af et ophavsmetalforstadium med den positive mønstersektion, og en ikke-reproducerende sektion, kendetegnet ved, at det keramiske kompositprodukt omfatter en polykrystallinsk matrix, som omfatter et fyld-35 stof dannet af et lag af tilpasbart fyldstof, mod hvilket ophavsmetalforstadiet er anbragt i en startstilling med det positive mønster i indgreb med fyldstoffet, idet det DK 166409 Bl 51 positive mønster af ophavsmetalforstadiet er blevet om-vendt reproduceret ved udtømning af metalforstadiet fra dets begyndelsesstilling til dannelse af et omvendt reproduceret negativt mønster under reaktionen til oxida-5 tion af det smeltede ophavsmetalforstadium især eller udelukkende fra den positive mønstersektion af ophavsmetalforstadiet til dannelse af den polykrystallinske matrix, idet denne matrix i hovedsagen består af (i) reaktionsproduktet fra oxidation af metalforstadiet med et oxida-10 tionsmiddel og eventuelt (ii) en eller flere metalliske bestanddele.

10. Selvbærende keramisk kompositprodukt ifølge krav 9, kendetegnet ved, at især følgende gælder: at den polykrystallinske matrix er produktet fra reak-15 tionen mellem ophavsmetallet og et dampfaseoxidationsmiddel, idet laget af fyldstof er permeabelt for dampfaseoxi-dationsmidlet, at det keramiske kompositprodukt indeholder i det mindste 1 rumfangsprocent metallisk bestanddel, 20 at ophavsmetallet er aluminium, og at oxidationsreak tionsproduktet er alpha-aluminiumoxid eller aluminiumnitrid, at ophavsmetallet er titan, og at oxidationsreaktionsproduktet er titannitrid, og at ophavsmetallet er silicium, og at oxidationsreak-25 tionsproduktet er siliciumcarbid. o 30 35