FI83764B - Foerfarande foer framstaellning av ett stycke av ett sjaelvbaerande keramiskt material och keramiskt stycke som har framstaellts med foerfarandet. - Google Patents

Description

1 83764

Menetelmä itsekantavasta keraamisesta aineesta muodostuvan kappaleen valmistamiseksi sekä menetelmällä valmistettu keraaminen kappale 5 Tämä keksintö koskee yleisesti uusia keraamista ainetta olevia kappaleita ja menetelmää niiden valmistamiseksi.

Tämän keksinnön mukaisilla keraamisilla kappaleilla on tiivis, monikiteinen mikrorakenne, joka on tavattoman vahva 10 ja murtositkeä verrattuna tavanomaisiin keraamisiin ainei siin.

Keksinnön mukaisen menetelmän ja sillä valmistetun keraamisen kappaleen oleelliset tunnusmerkit ilmenevät oheisista 15 patenttivaatimuksista.

Menetelmä, jolla tämän keksinnön keraamiset kappaleet muodostetaan, perustuu olosuhteiden löytämiseen, jotka tuottavat metallimateriaalin hämmästyttävän hapettumiskäyttäytyrni-20 sen. Kun sopiva metalli tai lejeerinki (kuten jäljempänä kuvataan) saatetaan alttiiksi hapettavalle atmosfäärille määrätyllä lämpötila-alueella metallin tai lejeeringin sulamispisteen yläpuolella, nestemäinen metalli hapettuu pinnaltaan ulospäin edeten kohti hapettavaa atmosfääriä imeytymäl-25 lä pitkin kanavia, joita muodostuu suurenergisten raerajojen tilalle muuten läpäisemättömään hapetusreaktiotuotteeseen. Uutta hapetusreaktiotuotetta muodostuu jatkuvasti nestemäisen metallin reaktiolla hapettavan höyryn kanssa, mikä "kasvattaa" keraamista rakennetta, joka on liittynyt yhteen 30 pääasiassa pitkin pienenergisiä raerajoja. Tuloksena oleva materiaali voi sisältää myös perusmetallin hapettumattomia aineosia dispergoituna metallimuodossa koko mikrorakenteeseen joko sijoittuneena yhteyteen keskenään tai eristäytyneenä toisistaan ja niitä on läsnä suuremmassa tai pienem-35 mässä määrin riippuen prosessiolosuhteista, kuten jäljempänä tarkemmin selostetaan. Tasaisesti dispergoituneen metallin ja hapetustuote-metallirakenteen tiiviin luonteen etuna näyttää olevan tuloksena olevan keraamisen materiaalin suuri murtumissitkeys.

2 83764 Tämän keksinnön mukaisiin kappaleisiin voidaan kasvattaa 5 oleellisesti yhtenäiset ominaisuudet koko niiden poikkileikkaukseen sellaisiin paksuuksiin saakka, jotka ovat tähän saakka olleet saavuttamattomissa tavanomaisilla menetelmillä, joilla tuotetaan tiiviitä keraamisia rakenteita. Keksinnön mukaisella menetelmällä vältetään myös suuret kustannuk-10 set, jotka liittyvät hienojakoisen, tasaisen jauheen valmis tus- ja puristustekniikkaan, joka on luonteenomainen tavanomaisille keraamisten aineiden valmistusmenetelmille.

Keraamisia aineita on viime vuosina pidetty enenevässä 15 määrin ehdokkaina rakennesovellutuksiin, joita metallit ovat perinteisesti tarjonneet. Yllyke tähän korvaamiseen on ollut keraamisten aineiden paremmat ominaisuudet kuten korroosionkestoisuus, kovuus, kimmomoduuli ja tulenkesto-ominaisuudet verrattuna metalleihin yhdistettynä siihen 20 seikkaan, että tavanomaisesti käytetyissä materiaaleissa nämä ominaisuudet muodostavat nykyään rajan monien nykyaikaisten komponenttien ja systeemien suorituskyvylle. Esimerkkejä tällaisen tulevan korvaamisen alueista ovat mootto-rikomponentit, lämmönvaihtimet, leikkuutyökalut, laakerit 25 ja kulutuspinnat, pumput ja laivojen metalliosat.

Kuitenkin avain, joka on tehnyt mahdolliseksi metallien korvaamisen keraamisilla aineilla tällaisissa rakennesovel-lutuksissa, on ollut kohtuullisin kustannuksin saavutettu 30 keraamisten aineiden parantunut lujuus- ja murtumissitkeys, mikä sallii niiden luotettavan käytön suunnitteluympäris-töissä, joihin liittyy vetorasitusta, tärinää ja iskuja. Tähän asti ponnistukset tuottaa erittäin lujia, luotettavia monoliittisia keraamisia aineita ovat kohdistuneet paran-35 nettuun jauheprosessointitekniikkaan, joka vaikka sillä todella saavutetaan entistä paremmat keraamiset ominaisuudet, on tullut monimutkaiseksi ja yleensä liian kalliiksi. Painopiste tällaisessa tavanomaisessa jauheprosessointitek- 3 83764 nilkassa on ollut kahdella alueella: 1) parannetut menetelmät tuottaa ultrahienoja, tasaisia jauhemateriaaleja käyttäen sooli-geeli-, plasma- ja laser-tekniikkaa ja 2) parannetut tiheydennosto- ja tiivistysmenetelmät mukaanluettuna 5 erinomainen sintraustekniikka, kuumapuristus ja kuuma iso staattinen puristus. Näiden pyrkimysten tarkoituksena on tuottaa tiiviitä, hienorakeisia, säröttömiä mikrorakenteita ja tällaiset menetelmät ovat itse asiassa aikaansaaneet keraamisissa materiaaleissa parantuneita rakenteellisia 10 suorituskykyjä. Näiden kehitysten vaikutuksena tavanomaises sa tekniikassa on kuitenkin ollut, vaikka seurauksena on ollut parantuneita keraamisia rakenteita, keraamisten aineiden kustannusten dramaattinen nousu teknillisten materiaalien luokkana.

15

Toinen keraamisten materiaalien tekniikan rajoitus, joka ei ole vain ratkaisematta, vaan itse asiassa nykyaikaisen keraamisten aineiden prosessoinnin parannukset ovat sitä vaikeuttaneet, liittyy kappaleiden koon vaihteluun. Tavan-20 omaiset prosessit, joissa pyritään tiheyden nostoon (ts.

huokosten poistoon jauhehiukkasten välillä), eivät sovi yhteen keraamisten aineiden suurten yksiosaisten rakenneso-vellutusmahdollisuuksien kanssa, kuten monoliittisten uunin-vuorausten, painekuorien, kattila- ja tulistinputkien jne.

25 kanssa. Prosessin viipymäaikojen ja tiivistysvoimien ongel mat kasvavat dramaattisesti osien dimensioiden kasvaessa. Prosessilaitteiston painekammion seinämänpaksuudet (kuumassa, isostaattisessa puristuksessa) ja suutindimensiot (kuu-mapuristuksessa) kasvavat geometrisesti keraamisen tuotteen 30 kokonaisdimensioiden kasvaessa.

Tässä kuvatussa keksinnössä toteutetaan päämäärä tuottaa tiiviitä, erittäin lujia ja murtumissitkeitä keraamisia mikrorakenteita käyttäen mekanismia, joka on yksinkertaisem-35 pi ja halvempi kuin aikaisemmin kuvatut tavanomaiset lähes tymistavat. Kyky tuottaa luotettavasti suurikokoisia ja/tai paksuseinämäisiä keraamisia kappaleita on nyt myös mahdollinen tämän keksinnön avulla, mikä tekee keraamisten materiaa- 4 83764 lien sovellutuksille mahdolliseksi uusia näköaloja, jotka eivät aikaisemmin olleet saavutettavissa perinteisellä keraamisten aineiden teknologialla.

5 Aikaisemmin on silloin tällöin ajateltu metallien hapetusta houkuttelevana mahdollisuutena oksidityyppisen keraamisen kappaleen muodostamiseksi. Tässä ja liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa käytettynä sanonnalla "hapetusreak-tiotuote" tarkoitetaan mitä tahansa yhden tai useamman 10 metallin hapetettua tilaa, jossa tällaiset metallit ovat luovuttaneet elektroneja jollekin muulle alkuaineelle tai alkuaineiden yhdistelmälle tai jakaneet elektroneja näiden kanssa yhdisteen muodostamiseksi ja sen on tarkoitettu kattavan esimerkiksi metalliyhdisteet hapen, typen, halogee-15 nien, hiilen, boorin ja näiden yhdistelmien ja seosten kuten ilman kanssa. Perusprosessi, jolla tämän keksinnön keraamisia kappaleita muodostetaan, edustaa tarpeellisten ja riittävien olosuhteiden löytämistä metallin yllättävän hapettu-miskäyttäytyrnisen aikaansaamiseksi. Keksinnön merkityksen 20 arvostamiseksi asianmukaisella tavalla lukija saattaa havai ta hyödylliseksi silmäillä lyhyesti, mitä aikaisemmin on tiedetty metallien yleisestä hapettumiskäyttäytymisestä ja metallin hapettumisen aikaisemmasta rajoitetusta käytöstä mekanismina, jolla muodostetaan keraamisia kappaleita.

25

Klassisesti metallit hapettuvat yhdellä neljästä yleisestä tavasta. Ensiksikin eräät metallit hapettuvat, kun ne saatetaan alttiiksi hapettavalle ympäristölle oksidin muodostamiseksi, joka joko lohkeilee tai on huokoinen siten, että 30 metallin pinta on jatkuvasti alttiina hapettavalle ympäristölle. Tällaisessa prosessissa ei muodostu itsenäistä oksi-dirunkoa, kun metalli hapettuu, vaan pikemminkin muodostuu oksidihiutaleiden tai -hiukkasten massa. Esimerkiksi rauta hapettuu tällä tavoin.

Toiseksi tiettyjen metallien (esim. alumiinin, magnesiumin, kromin, nikkelin tms.) tiedetään hapettuvan sillä tavoin, että ne muodostavat suhteellisen ohuen, suojaavan oksidi- 35 5 83764 kuoren, joka läpäisee joko happea tai metallia niin pienellä nopeudella, että alla oleva metalli on tehokkaasti suojattu enemmältä hapettumiselta. Tämä mekanismi ei tuota itsenäistä oksidirakennetta, jolla on riittävä paksuus osoittaakseen 5 mitään merkittävää rakenteellista yhtenäisyyttä.

Kolmanneksi tiettyjen metallien tiedetään muodostavan kiinteän tai nestemäisen oksidikalvon, joka ei suojaa alla olevaa perusmetallia, koska tällaiset oksidit sallivat hapen 10 kulkemisen lävitseen. Vaikka happea läpäisevä kalvo voi hidastaa alla olevan metallin hapettumisuopeutta, kalvo ei suojaa täysin itse metallia johtuen sen hapen läpäisevyydestä. Eräs esimerkki tästä viimemainitusta hapettumistyypistä esiintyy piin tapauksessa, joka altistettuna ilmalle koro-15 tetuissa lämpötiloissa muodostaa lasimaisen piidioksidikuo- ren, joka on happea läpäisevä. Tyypillisesti nämä prosessit eivät tapahdu läheskään tarpeeksi suurilla nopeuksilla tuottaakseen hyödyllisen keraamisen oksidimateriaalin paksuuden.

20 Lopuksi muiden metallien tiedetään muodostavan oksideja, jotka muodostumisolosuhteissa haihtuvat ja paljastavat jatkuvasti uutta metallia hapettumiselle. Wolframi on esimerkki metalleista, jotka hapettuvat tällä tavoin.

25 Mikään näistä klassisista hapettumistavoista ei tarjoa merkittävää mahdollisuutta keraamisten oksidimateriaalien muodostumiselle mainituista syistä. Kuitenkin edellä kuvatun toisen tavan muunnoksena metallien pinnoille voidaan lisätä juoksutteita niiden oksidien liuottamiseksi tai murtamiseksi 30 ja niiden tekemiseksi herkiksi hapen tai metallin läpäisylle, mikä tekee mahdolliseksi paksumpien oksidikuorten kehittymisen kuin muuten saattaisi luonnostaan olla mahdollista. Edelleen kuitenkin kyky muodostaa itsenäisiä oksidirakentei-ta tällaisella tekniikalla on rajoitettu ohuisiin profiilei-35 hin, joilla on suhteellisen rajoitettu lujuus. Tällaista tekniikkaa voidaan käyttää metallijauheille niiden pintojen hapettamiseksi seoksessa muiden hiukkasmaisten aineiden kanssa niin, että saadaan luontaisesti huokoisia, pienilu- 6 83764 juuksisia keraamisia aineita, kuten on kuvattu US-patenteis-sa 3 255 027 ja 3 299 002. Vaihtoehtoisesti samantapaisia menetelmiä voidaan käyttää ohutseinäisten A^Ogin tulenkes-toisten rakenteiden (US-patentit 3 473 987 ja 3 473 938) 5 tai ohutseinäisten onttojen tulenkestävien hiukkasten val mistukseen (US-patentti 3 298 842). Kuitenkin tällaisten prosessien luonteenomainen piirre on oksidin rajoitettu paksuus, joka muodostuu reaktiotuotteena, ilmeisesti koska juoksutusaineen vaikutuksen kesto on suhteellisen lyhyt 10 niin, että oksidi palautuu luonteeltaan hitaasti kasvavaksi ja suojääväksi vain rajoitetun kasvumäärän jälkeen.

Juoksutteen väkevyyden lisääminen paksumman oksidikuoren kasvun edistämiseksi johtaa lujuudeltaan pienempään, vähem-15 män tulenkestoiseen ja kovuudeltaan pienempään tuotteeseen ja on tämän vuoksi tuottavuutta vastustava.

Erääseen tekniikkaan, jota on menestyksellisesti käytetty itsenäisten keraamisten kappaleiden muodostamiseen hapetta-20 maila metalleja, liittyy hapetus/pelkistys- tai "redoksi"- tyyppinen reaktio. Jo pitkään on ollut tiedossa, että tietyt metallit pelkistävät muiden metallien oksideja muodostaen uuden oksidin ja alkuperäisen oksidin pelkistetyn muodon. Tällaisten redoksityyppisten reaktioiden käyttöä keraamisten 25 materiaalien tuottamiseksi on käytetty esimerkiksi kuten on kuvattu US-patenteissa 3 437 468 ja 3 973 977. Päähaitta US-patenteissa kuvatuissa redoksityyppisissä reaktioissa on kyvyttömyys tuottaa yksittäistä kovaa tulenkestoista oksidifaasia; ts. näiden kuvattujen redoksityyppisten reak-30 tioiden tuotteet sisältävät monia oksidifaaseja, jotka voivat huonontaa kovuutta, murtomoduulia ja kulutuskestoi-suutta verrattuna rakenteeseen, joka sisältää vain yhtä haluttua oksidifaasia.

35 Tämä keksintö perustuu uuteen, ainutlaatuiseen hapettumisil- miöön, joka eroaa kaikista klassisista hapettumistavoista ja jolla voitetaan olemassa olevien prosessien vaikeudet ja rajoitukset, kuten lukijalle selviää paremmin hänen tarkas- 7 83764 teltuaan huolellisesti keksinnön ja sen edullisten toteutus-muotojen kuvausta, joka seuraa.

Tämän jälkeen viitataan liitteenä oleviin piirroksiin, 5 joissa:

Kuva 1 on graafinen esitys, joka esittää suhteellista painon lisäystä lämpötilan funktiona alumiiniperusmetallisysteemil-le, johon on lisätty 3 % piitä ja eri magnesiumpitoisuuksia 10 ja hapetettu ilmassa; kuva 2 on graafinen esitys, joka esittää suhteellista painon lisäystä eri piilisäainepitoisuuksilla vakiollisella mag-nesiumlisäainepitoisuudella lämpötilan funktiona alumiinipe-rusmetallisysteemille, joka on hapetettu ilmassa; 15 kuva 3 on valokuva keraamisen rakenteen poikkileikkauksesta, joka on valmistettu esimerkin 2 mukaisesti käyttäen 10 % pii- ja 2 % magnesiumlisäainetta sisältävää alumiinia 1300°C:n asetuslämpötilassa; kuva 4 on mikroskooppivalokuva, joka on otettu 400-kertai-20 sella suurennoksella keraamisesta rakenteesta, joka on val mistettu esimerkin 2 mukaisesti käyttäen 1 % pii- ja 2 % magnesiumlisäainetta sisältävää lejeerinkiä 1150°C:n asetus-lämpötilassa, joka kuva esittää huokosvapaata mikrorakennetta; 25 kuva 5 on mikroskooppivalokuva, joka on otettu 400-kertai- sella suurennoksella umpisoluisesta huokoisesta keraamisesta rakenteesta, joka on valmistettu esimerkin 2 mukaisesti käyttäen 3 % pii- ja 2 % magnesiumlisäainetta sisältävää alumiinilejeerinkiä 1300°C:n asetuslämpötilassa; 30 kuva 6 on mikroskooppivalokuva, joka on otettu 400-kertai-sella suurennoksella, ja joka esittää avosoluista huokoista keraamista rakennetta, joka on valmistettu esimerkin 2 mukaisesti käyttäen 10 % pii- ja 2 % magnesiumlisäainetta sisältävää alumiinilejeerinkiä 1300°C:n asetuslämpötilassa; 35 kuva 7 on mikroskooppivalokuva, joka on otettu 400-kertai-sella suurennoksella tiiviistä, vähähuokoisesta keraamisesta rakenteesta, joka on valmistettu esimerkin 2 mukaisesti 8 83764 käyttäen 5 % pii- ja 2 % magnesiumlisäainetta sisältävää alumiinilejeerinkiä 1350°C:n asetuslämpötilassa; kuva 8 on mikroskooppivalokuva, joka on otettu 1,6-kertaisena suurennoksella keraamisesta rakenteesta, joka on 5 valmistettu esimerkin 2 mukaisesti käyttäen 3 % pii- ja 2 % magnesiumlisäainetta sisältävää alumiinilejeerinkiä 1400°C:n asetuslämpötilassa; kuvat 9a-9c ovat röntgensädediffraktiokuvioiden kokoonpano, jossa verrataan A^Ogrn, alkuainealumiinin ja keraamisen 10 aineen rakennetta, joka on muodostettu esimerkin 2 mukai sesti ; kuva 10 on tämän keksinnön keraamisen rakenteen alkuaineja-kautumakäyrä (80-kertaisella suurennoksella), joka esittää magnesiumin ja alumiinin väkevyysjakautumia määritettynä 15 energiaa hajottavalla röntgensädeanalyysillä; kuvat lla-lle ovat yhteenveto lisämikrorakennetiedoista, jotka on saatu koekappaleilla, jotka on tuotettu samanlaisissa olosuhteissa kuin mitä käytettiin kuvan 4 koekappaleelle; (a) Laue-röntgensädediffraktiokuvio, joka edustaa 20 tyypillistä materiaalin suurta pinta-alaa sen jälkeen, kun alumiinifaasi on poistettu; (b) ja (c) läpäisyelektroni-mikroskooppivalokuvia tyypillisistä pienen kulman raerajoista, joita havaitaan yleisesti kaikkialla koekappaleessa; (d) ja (e) läpäisyelektronimikroskooppivalokuvia molemmista 25 suuren kulman rakeiden leikkauspisteistä, joita löytyy näytteestä ja jotka osoittavat molemmissa tapauksissa metal-lifaasikanavan läsnäoloa rakeiden välissä.

Tässä esitetty keksintö perustuu havaintoon, että hyödylli-30 siä keraamisia materiaaleja voidaan muodostaa uudella hape- tusprosessilla sulan metallin ja kaasufaasissa olevan hapet-timen välisellä rajapinnalla. Sopivissa prosessiolosuhteissa sulaa metallia imeytyy hapetusreaktiotuotteeseen ja sen läpi, jolloin hapetusreaktiotuote kasvaa jatkuvasti tuotteen 35 ja kaasufaasihapettimen rajapinnalla. Tuloksena oleva keraa minen tuote koostuu oksidifaasista (so. hapetusreaktiotuot-teesta), joka on liittynyt suurelta osin yhteen suhteellisen pienienergisten raerajojen kautta, ja mahdollisesta metalli- β 83764 faasista (tai huokoisuudesta metallifaasin tilalla), joka on oksidifaasissa sopivimmin pääasiassa yhteenliittymättömi-nä sulkeumina.

5 Termi "keraaminen" tai "keraaminen tuote" tässä selityksessä ja oheisissa patenttivaatimuksissa käytettynä ei ole rajoitettu keraamiseen kappaleeseen sen tavanomaisessa merkityksessä, se on siinä mielessä, että se muodostuisi kokonaisuudessaan ei-metallisista ja epäorgaanisista aineista, vaan 10 pikemminkin se tarkoitaa kappaletta, joka on ensisijaisesti keraaminen joko koostumuksensa tai hallitsevien omineisuuksiensa suhteen ja joka saattaa sisältää vaihtelevan määrän yhtä tai useampaa perusmetallista peräisin olevaa hapettuma-tonta metallia. Termillä "perusmetalli" tarkoitetaan tässä 15 selityksessä ja oheisissa patenttivaatimuksissa sitä metal lia, esim. alumiinia, joka on monikiteisen hapetusreaktio-tuotteen esiaste ja sisältää tätä metallia suhteellisen puhtaana metallina, kaupasta saatavana epäpuhtauksia ja/tai seostusaineita sisältävänä metallina tai lejeerinkinä, jossa 20 tämä metalliesiaste on pääasiallinen ainesosa, ja kun jokin erityinen metalli mainitaan perusmetallina, esim. alumiini, on näin identifioitu metalli ymmärrettävä tämä määritelmä mielessä pitäen, ellei yhteydestä muuta ilmene.

25 Keksinnön prosessin erikoisolosuhteissa sula metalli siirretään hapetusreaktiotuotteen läpi pitkin tiettyjä kristal-liittien leikkauksia. Tämä tapahtuu edullisen kostumisilmiön vaikutuksesta, joka johtaa nestemäisen metallin kanavien muodostumiseen siellä, missä suhteellisen suuren pintaener-30 gian omaavia raerajoja muuten muodostuisi hapetusreaktio-tuotteeseen. Edulliseen kostumisilmiöön liittyy kaksi erikoisvaatimusta koskien rajapintaenergioita: (1) nestemäisen metallin on kostutettava hapetusreaktiotuote, ts. 6SL < 6SG, jossa 6SL tarkoittaa hapetusreaktiotuotteen ja sulan 35 metallin rajapinnan energiaa ja 6SG viittaa hapetusreaktio tuotteen ja atmosfäärin väliseen rajapintaan ja (2) joidenkin raerajojen energia 6B on suurempi kuin kaksi kertaa kiinteän ja nesteen rajapinnan energia, ts. 6BMAX > 6SL, 10 83 764 jossa 6BMAX on maksimi raerajaenergia hapetusreaktiotuot-teessa. Tällaisissa olosuhteissa raerajoja joko ei muodostu tai ne hajoavat itsestään sulan metallikanavan hyväksi, jota kaksi hapetustuote-metallirajapintaa rajoittaa.

5

Tiedetään hyvin, että millä tahansa monikiteisellä materiaalilla on joukko raerajaenergioita riippuen kulmien erisuun-taisuusasteesta kahden vierekkäisen rakeen välillä. Niinpä yleensä raerajoilla, joilla on vähäinen kulmien erisuuntai-10 suus, on pienet pintaenergiat, kun taas suurikulmaisilla rajoilla on suuret pintaenergiat, vaikkakaan riippuvuus ei tavallisesti ole yksinkertainen, monotonisesti kasvava kulman funktio johtuen edullisempien atomisuuntausten satunnaisesta esiintymisestä välikulmissa.

15 Näin ollen sopivissa prosessiolosuhteissa hapetusreaktio-tuotteessa olevat kohdat, joissa kristalliitit, joilla on suuri kulmien erisuuntaisuus, leikkaavat toisiaan, muuttuvat kanaviksi, joita pitkin sula metalli kulkee imeytymisen 20 vaikutuksesta. Koska kanavat ovat yhteydessä toisiinsa (aivan kuten monikiteisen materiaalin raerajat ovat yhteydessä toisiinsa), sula metalli kulkee hapetusreaktiotuotteen läpi sen pinnalle, jossa on hapettava atmosfääri ja jossa metalli hapettuu johtaen jatkuvaan hapetusreaktiotuotteen 25 kasvuun. Edelleen, koska sulan metallin imeytyminen pitkin kanavia on paljon nopeampi liikkumisprosessi kuin useimpien normaalien hapettumisilmiöiden ionien johtumismekanismi, tämän keksinnön prosessissa havaittu hapetusreaktiotuotteen kasvunopeus on paljon suurempi kuin mitä tyypillisesti 30 todetaan muissa hapettumisilmiöissä, jotka myös johtavat koossapysyvän reaktiotuotekerroksen muodostumiseen.

Vaikka metalli on tunkeutunut läpi tämän keksinnön hapetusreaktiotuotteen pitkin suurienergisiä raerajakohtia, itse 35 hapetusreaktiotuote on liittynyt yhteen kolmedimensioisesti pitkin suhteellisen pienikulmaisia raerajoja, jotka eivät täytä kriteeriä 6B > 2 6SL. Näin ollen tämän keksinnön tuotteella on monia puhtaan kiinteän oksidimateriaalin 11 83764 halutuista ominaisuuksista (esim. kovuus, palonkesto, lujuus jne.), samalla kun saadaan lisäetua jakautuneen metallifaa-sin läsnäolosta (varsinkin suurempi sitkeys ja murtumiskes-toisuus).

5

Tietyt puhtaat metallit voivat määrätyssä lämpötilan ja hapettavan atmosfäärin olosuhteiden sarjassa luonnostaan täyttää rajapintaenergiavaatimukset, jotka ovat välttämättömät tämän keksinnön hapetusilmiölle. Tässä on kuitenkin 10 keksitty, että tiettyjen alkuaineiden ("kiihdytinlisäainei- den") lisäys metalliin voi vaikuttaa edullisesti yhteen tai useampaan rajapintaenergiaan edellä kuvattujen kriteerien täyttämiseksi. Esimerkiksi lisäaine tai lisäaineiden yhdistelmä, joka pienentää kiinteän aineen ja nesteen välis-15 tä rajapintaenergiaa, pyrkii edistämään suojaavan, moni- kiteisen hapetusreaktiotuotekalvon konversiota sellaiseksi, joka sisältää kanavia sulan metallin siirtoa varten, kuten uusi prosessi vaatii.

20 Toinen tämän keksinnön tärkeä piirre on kyky vaikuttaa ja säätää tuloksena olevien keraamisten tuotteiden mikrorakennetta ja ominaisuuksia modifioimalla pintaenergioita. Niinpä esimerkiksi prosessiolosuhteiden synnyttäminen, jotka pienentävät kiinteän aineen ja nesteen välistä rajapintaenergi-25 aa suhteessa hapetusreaktiotuotteessä olevien raerajaenergi-oiden joukkoon, tuottaa rakenteen, joka sisältää kasvaneen määrän metallia ja oksidifaasin pienentyneen yhteenliitty-misasteen. Ilmeistä on, että suhteellisten pintaenergioiden muutos vastakkaiseen suuntaan tuottaa yhteenliittyneemmän 30 oksidirakenteen, jossa on läsnä vähemmän metallifaasia (muodostuu harvempia metallinsiirtokanavia). Tällaisiin muutoksiin voidaan vaikuttaa muuttamalla lisäaineiden luonnetta tai pitoisuutta tai muuttamalla hapetusympäristöä (lämpötilaa tai atmosfääriä). Seurauksena tästä prosessi-35 piirteestä tuloksena olevan materiaalin ominaisuuksia voidaan räätälöidä suhteellisen suuressa määrin ominaisuuksista, jotka lähestyvät toisessa äärimmäisyydessä puhtaan keraamisen aineen ominaisuuksia, ominaisuuksiin (kuten sit- 12 83764 keyteen ja sähkönjohtavuuteen), joihin vaikuttaa voimakkaasti metallifaasin 25-30 tilavuus-%:n tai enemmän läsnäolo toisessa äärimmäisyydessä.

5 On myös havaittu, että toinen alkuaineiden luokka ("initi-aattorilisäaineet") voi näytellä tärkeää osaa edellä mainitun hapetusreaktiotuotteen kasvuilmiön initioinnissa ilmeisesti joko toimimalla ytimenmuodostusaineena stabiilien hapetusreaktiotuotekristalliittien muodostuksessa tai rikko-10 maila alunperin passiivisen hapetusreaktiotuotekerroksen jollakin tavoin tai molemmilla tavoilla. Vaikka initiaatto-rilisäaine ei ehkä ole välttämätön hapetusreaktiotuotteen kasvuilmiön synnyttämiseksi, se voi hyvinkin olla tärkeä tällaisen kasvun initioinnin mahdollisen itämisjakson lyhen-15 tämiseksi taloudellisesti kannattaviin rajoihin tietyillä perusmetallisysteemeillä.

Tämä keksintö tehtiin ensimmäiseksi käyttäen sulaa alumiinia tai alumiinilejeerinkejä perusmetallina, muodostaen alfa-20 alumiinioksidia yhteenliittyneenä hapetusreaktiotuotteena käyttäen ilmaa tai happea kaasufaasihapettimena. Vaikka tässä osassa kuvattava edullinen toteutusmuoto perustuu alumiinilejeerinkisysteemeihin, esitetyt mekanismit ovat yleisiä ja mahdollisesti sovellettavissa suurelle joukolle 25 perusmetalli- (esim. pii, tina jne.) ja hapetinsysteemejä (kuten edellä on selostettu).

Tämä keksintö perustuu yllättävään havaintoon, että metallin, kuten alumiinin perinteistä hapettumiskäyttäytyrnistä 30 voidaan muuttaa lisäämällä metalliin tai sen lejeerinkiin yhtä tai useampaa hapetusreaktiotuotteen syntyyn myötävaikuttavaa lisäainetta täysin uuden metallin hapettumiskäyt-täytymisen luomiseksi. Lisäaineet saavat metallin, kun se nostetaan tietylle lämpötila-alueelle sulamispisteensä 35 yläpuolelle, siirtymään oman muuten läpäisemättömän oksidi- kuoren läpi saattaen täten uutta metallia alttiiksi hapettavalle ympäristölle, jolloin syntyy lisää hapetusreaktiotuo-tetta, jonka läpi metallia jatkuvasti siirtyy.

i3 83764 Tämä käyttäytyminen on voimakas vastakohta alumiinin normaalille käyttäytymiselle, jossa alussa muodostunut oksidikalvo suojaa alla olevaa metallia ympäristön aiheuttamalta lisäha-pettumiselta. Itse asiassa alumiinin tapauksessa tämä ei 5 ole vain klassisesti totta kiinteälle metallille, joka muuten todella hapettuisi täysin ilmassa jopa miinuslämpöti-lassa, vaan sen tiedetään olevan totta myös nestemäiselle alumiinille, joka säilyy oksidikuorensa suojaamana aina siihen saakka, kunnes saavutetaan oksidin sulamispiste (n.

10 2050°C), minkä jälkeen tapahtuu lopulta alla olevan metallin syttyminen.

Sekä metallin vaeltaminen, nestefaasi/kaasufaasireaktio-prosessi, jota täten on kuvattu keraamisen materiaalin muo-15 dostamiseksi, että näin muodostunut materiaali ovat ainut laatuisia verrattuna perinteisiin metallien hapettumisme-kanismeihin tai aikaisemmin tunnettuihin keraamisiin tuotteisiin. Tiivis, kova, huokosvapaa, tulenkestoinen, murtu-missitkeä, erittäin luja keraaminen kappale sananmukaisesti 20 "kasvatetaan" tämän keksinnön menetelmällä olennaisesti mihin tahansa haluttuun paksuuteen.

Vaikka keraamista tuotetta, joka saadaan tästä ilmiömäisestä hapetuskäyttäytymisestä, voitaisiin ensinäkemältä kuvata 25 yleisesti kermet-materiaaliksi (monikiteinen keraaminen raerakenne, jota metallifaasi sitoo yhteen), sen fysikaaliset ominaisuudet ovat ainutlaatuisella tavalla erilaiset kuin millään klassisella kermet-materiaalilla, jota tähän saakka tavanomaisesti on tuotettu (tyypillisesti puristamal-30 la ja sintraamalla metalli- ja keraamista pulveria). Perin teisesti kermet-materiaalin fysikaaliset ominaisuudet heijastelevat ennustettavasti niihin sisältyvän, keraamisia hiukkasia sitovan metallifaasin odotettuja yhdistettyjä ominaisuuksia. Esimerkiksi kermet-materiaalin pehmenemispis-35 te ja sähkönjohtavuus heijastaisivat tyypillisesti kermet- materiaaliin sisältyvän metallifaasin ominaisuuksia.

14 83764 Tämän keksinnön keraamisissa materiaaleissa perinteisten kermet-materiaalien tyypillisiä fysikaalisia ominaisuuksia ei kuitenkaan esiinny. Keraamiset materiaalit, jotka on valmistettu tässä kuvatulla hapetusmekanismilla lisäainepi-5 toisista perusalumiinilejeeringeistä, osoittavat murtumismo- duuliarvoja (MOR) 1500°C:ssa (n. 840°C peruslejeerinkifaasin sulamispisteen yläpuolella), jotka ovat tyypillisesti 60-70 % huoneen lämpötilan MOR-arvoista. Näiden tämän keksinnön alumiiniperäisten keraamisten materiaalien huoneen lämpöti-10 lan MOR-arvot ovat tyypillisesti 20,7-41,3 kN/cm^. Tämän keksinnön materiaalien sähkönjohtavuus on myös vaihdeltavissa riippuen lisäaineista, prosessointilämpötiloista ja prosessiatmosfääristä ja se vaihtelee metalleille tyypillisistä johtavuuksista (alle 0,13 ohmin vastus pituussentti-15 metriä kohti poikkileikkaukseltaan 1 cm:n sauvassa) oksidi- keraamisille aineille tyypillisiin johtavuuksiin (yli 25 megaohmin vastus pituussenttimetriä kohti samanmittaisessa sauvassa). Katso esimerkki 2, taulukko 2B jäljempänä.

20 Tämän keksinnön keraamisissa materiaaleissa havaitut odotta mattomat fysikaaliset ominaisuudet osoittautuvat olevan tulos keraamisen rakenteen hapetusreaktiotuotefaasin erittäin yhteenliittyneestä luonteesta. Rakenteessa oleva metal-lifaasi on myös ainakin osittain yhteenliittynyt, mutta 25 toisin kuin perinteisissä kermet-materiaaleissa metalli ei välttämättä toimi hapetusreaktiotuotekristalliittien sideaineena, jotka jo ovat suoraan sitoutuneet toisiinsa. Lisäksi jatkamalla prosessia päätökseen asti, ts. kunnes mahdollisimman suuri osa metallifaasista on hapettunut, yhteen-30 liittynyt metalli poistuu suureksi osaksi rakenteesta lisä-hapetusreaktiotuotekasvun hyväksi jättäen jälkeensä huokosia hapetusreaktiotuotteeseen. Nämä seikat ovat yhdenmukaisia sekä tämän keksinnön materiaalien havaitun korkean lämpötilan lujuuden (MOR-arvot) että sähkönjohtavuuden havaittujen 35 suurten vaihteluiden kanssa, jotka ovat aikaansaatavissa.

Lisäainesysteemin, joka on välttämätön tämän keksinnön rakeiden välisen metallin siirtymisprosessin ja hapetusreak- 15 83764 tiotuotteen kasvun aikaansaamiseksi, on havaittu käytettäessä alumiinia tai sen lejeerinkejä perusmetallisysteeminä ja ilmaa tai happea hapettimena olevan kaksikomponenttinen lisäainesysteemi. Toisen tällaisen komponentin, "initiaatto-5 ri"-lisäaineen, on havaittu toimivan pääasiassa sallien erityisen metallin siirtymismekanismin initioinnin ja tuloksena olevan hapetusreaktiotuotteen rakenteellisen kasvun. Toinen komponentti, "kiihdytin"-lisäaine, vaikuttaa pääasiassa metallin siirtokinetiikkaan ja tämän vuoksi kasvu-10 nopeuteen. Molempien lisäaineiden pitoisuuden on havaittu vaikuttavan kasvumorfologiaan.

Tapauksessa, jossa käytetään alumiinia tai sen lejeerinkejä perusmetallina tässä keksinnössä ja ilmaa alfa-alumiinioksi-15 din muodostamiseksi hapetusreaktiotuotteena, magnesiummetal- lin on havaittu olevan tehokas initiaattorilisäaine. Useiden lisäainepitoisuuksien on havaittu olevan kriittisiä metal-linsiirron ja kasvun initiointitoiminnan saavuttamisessa, mutta initiaattorilisäaineen pitoisuusvaihtelut vaikuttavat 20 huomattavasti myös tuloksena olevan hapetusreaktiotuotteen kasvun morfologiaan. Magnesiuminitiaattorilisäaine levitetään lejeeraamalla sitä alumiiniperustaiseen perusmetalliin alle 900°C:n lämpötilassa. Magnesiumin lisäyspitoisuuksien välillä n. 0,3-10 paino-% initiaattorilisäainetta laskettuna 25 tuloksena olevan lisäainetta sisältävän perusmetallin kokonaispainosta on havaittu olevan erityisen edullisia tämän keksinnön hapetusreaktiotuotteen kasvun initioimiseen alu-miiniperusmetallista. Kuitenkin alue välillä n. 1-3 paino-% magnesiumia on tavallisesti edullinen mitä tulee haluttuun 30 kasvumorfologiaan ja -kinetiikkaan.

Erilaisten kiihdytinlisäaineiden on havaittu olevan tehokkaita edistämään puheena olevan keksinnön reaktiokinetiikkaa alumiinipohjaisella perusmetallisysteemillä. Kiihdytinlisä-35 aineet alumiinipohjäisen perusmetallisysteemin tapauksessa, jossa muodostuu alfa-alumiinioksidia oksidireaktiotuotteena, ovat metalleja, jotka kuuluvat jaksollisen järjestelmän ryhmään IVB, ja niitä ovat pii, germanium, tina ja lyijy.

16 8 3 7 6 4

Vaikka hiili on ryhmän IVB alkuaine, se ei ole hyödyllinen kiihdytinlisäaine tämän keksinnön prosessiin sovellettuna alumiinille tai sen lejeeringeille johtuen sen taipumuksesta reagoida tuottaen alumiinikarbidia prosessilämpötiloissa, 5 jotka ovat välttämättömiä tämän keksinnön metallin siirtymisen ja tuloksena olevan keraamisen aineen kasvun saavuttamiseksi .

Ryhmän IVB kiihdytinlisäaine, kuten edellä kuvatut tai 10 niiden yhdistelmät, levitetään lejeeraamalla alumiiniperus- metallisysteemiin. Jos lyijy valitaan tähän tarkoitukseen, sen liuottaminen perusmetalliin on suoritettava vähintään 1000°C:n lämpötilassa johtuen sen vähäisestä liukoisuudesta alumiiniin, ellei toista lejeerinkikomponenttia (kuten 15 tinaa) lisätä sen liukoisuuden parantamiseksi. Edullisesti alumiiniperusmetallisysteemiin lisätyn kiihdytinlisäaineen määrä on välillä n. 0,5-10 paino-% koko lejeeringin painosta, mutta toivotumpi kasvun kinetiikka ja morfologia saadaan kiihdytinlisäainepitoisuuksilla välillä n. 2-6 paino-% koko 20 perusmetallilejeeringin painosta.

Siinä tapauksessa, että käytetään alumiinia tai sen lejee-rinkejä perusmetallina tämän keksinnön prosessissa, sopivat määrät kaksoislisäaineita (initiaattoria ja kiihdytintä)

25 lejeerataan perusmetalliin ja perusmetalli asetetaan sitten upokkaaseen tai muuhun tulenkestoiseen astiaan siten, että metallipinta on alttiina hapettavalle atmosfäärille (tavallisesti ilman normaali-ilmakehän paineessa). Perusmetalli kuumennetaan sitten uunissa sen lämpötilan kohottamiseksi 30 alueelle, joka on tyypillisesti välillä n. 1000-1450°C

tapauksessa, jossa muodostetaan alfa-alumiinioksidia hape-tusreaktiotuotteena tai edullisemmin välillä n. 1100-1350°C, minkä jälkeen perusmetallin siirtymistä alkaa tapahtua oksidikuoren läpi. Tuloksena oleva perusmetallin jatkuva 35 altistus tekee mahdolliseksi yhä paksumman hapetusreaktio- tuotteen asteittaisen kasvun yhdessä mikrohienon perusmetallin verkoston kanssa pitkin sitä, joka muodostaisi muuten täten syntyneen rakenteen suhteellisen suurienergisiä oksi- i7 85 764 diraerajoja. Hapetusreaktiotuote kasvaa vakionopeudella (ts. oleellisesti vakio paksuuden kasvunopeus ajan kuluessa), edellyttäen että riittävä ilman (tai hapettavan atmosfäärin) vaihto sallitaan uunissa hapettavan aineen suh-5 teellisen muuttumattoman lähteen pitämiseksi siinä. Hapetta van atmosfäärin vaihto voidaan ilman kyseessä ollen aikaansaada sopivasti uunissa olevilla tuuletusrei'illä. Kasvu jatkuu, kunnes ainakin jotakin seuraavista tapahtuu: 1) kaikki perusmetalli kuluu loppuun; 2) hapettava atmosfääri 10 korvataan ei-hapettavalla atmosfäärillä, hapetin kuluu loppuun tai se vedetään tyhjöön; tai 3) uunin lämpötilaa muutetaan niin, että se on oleellisesti vaippareaktiolämpö-tilan ulkopuolella (ts. oleellisesti alueen 1000-1450°C ulkopuolella).

15

Kuva 1 esittää suhteellista painonlisäyksen muutosta uunin asetuslämpötilan funktiona alumiiniperusmetallisysteemille, joka on hapetettu ilmassa ja johon on lisätty vakio 3 %:n piimäärä kiihdytinlisäaineena käyttäen eri magnesiumpatoi-20 suuksia initiaattorilisäaineena. Kuva 2 esittää painonli- säystä kiihdytinlisäaineena käytetyn piin eri prosenteilla uunin asetuslämpötilojen funktiona samalle perusmetallin hapetusainesysteemille käyttäen vakio 2 %:n magnesiumpitoi-suutta initiaattorilisäaineena. Kokonaisprosessiaika ko.

25 lämpötiloissa kuvien 1 ja 2 näytteillä oli 24 tuntia ja standardi-ilmakehän paineena olevaa ilmaa käytettiin hape-tusaineena. Vertailutarkoituksessa esitetään alumiiniperus-metallisysteemin näytteitä, joissa ei ole magnesium-initiaattorilisäainetta yhdessä 0-3 %:n piikiihdytinlisäai-30 neen määrän kanssa, mikä paljastaa mitättömän painonlisäyk sen ja näin ollen mitättömän keraamisen aineen kasvun.

Käyttökelpoisten prosessiolosuhteiden alueella, jossa tätä hapetusreaktiotuotteen kasvua tapahtuu, havaitaan lukuisia 35 erilaisia ja toistettavia tuotteen mikrorakenteita ja pinta-morfologioita. Tyypillisesti nopeisiin kineettisiin alueisiin liittyy olennaisesti tasaisen, tasomaisen pinnan kasvu. Kuva 3 esittää valokuvaa tällaisesta kasvutilanteesta poik- is 85 7 64 kileikkauksena alumiiniperusmetallisysteemille, jossa lisäaineena on magnesiumia ja piitä. Kuva 4 on esimerkki huo-kosvapaasta alumiinioksidin (korundi) monikiteisestä oksidi-rakenteesta, jossa on alumiinista koostuva verkosto siinä, 5 joka muuten edustaisi rakenteen suuremman kulmien yhteensopimattomuuden raerajoja, esitettynä 400-kertaisena suurennoksena. Tässä suhteessa huomio suunnataan liitteenä oleviin kuviin 9a-9c, jotka esittävät samassa järjestyksessä A^Ogin (korundi), alkuainealumiinin ja tämän keksinnön keraamisen 10 materiaalin röntgensädediffraktiokuvioiden vertailua.

Kuva 11 paljastaa lisäyksityiskohtia koekappaleiden mikrorakenteesta, jotka on valmistettu olosuhteissa, jotka ovat verrattavissa kuvan 4 olosuhteisiin. Kuva 11a on röntgensä-15 dediffraktiokuvio, joka on saatu käyttäen Laue-takaisinhei- jastustekniikkaa Al203~rakenteen paljastamiseksi tyypillisellä suurella näytealueella (tämän rakenteen metallifaasi poistettiin syövyttämällä ennen röntgensädeanalyysin suorittamista). Kuvan 11a kuvio on tyypillinen kiteiselle materi-20 aalille, joka sisältää suuren määrän raerajoja, joissa on pieni kulman erisuuntaisuus (korkeintaan n. 5°). Kuvat 11b-e kuvaavat mikrorakenteen yksityiskohtia, jotka on havaittu käyttäen läpäisyelektronimikroskoopin paljon suurempaa suurennuskykyä. Kuvat 11b ja c esittävät tyypillisiä pieni-25 kulmaisia raerajoja, joita havaittiin yleisesti tässä ma teriaalissa. Nämä pienikulmaiset rajat ovat kaikissa tapauksissa selviä ja hyvin definioituja ilman näyttöä minkään lisäraerajafaasin läsnäolosta. Suurikulmaisten rakeiden leikkausten tai raerajojen havaittiin olevan hyvin harvinai-30 siä tässä koekappaleessa. Kuvat lld ja e esittävät mikro- skooppivalokuvia kummastakin kahdesta suurikulmaisesta raeleikkauksesta, jotka löydettiin. Molemmissa tapauksissa yhteinen rajapinta kahden rakeen välillä sisältää jähmettyneen metallifaasin suhteellisen suuren kanavan (ts. leveys 35 100-200 pm).

On selvää, että kuvien 4 ja 11 aikaansaama informaatio kuvaa hyvin tämän keksinnön hapettumismekanismiin liittyviä mikro- 19 83764 rakenteellisia vaikutuksia. Erityisesti keraamisen tuotteen osoitetaan olevan oksidirakenne, joka on liittynyt yhteen pitkin pienikulmaisia raerajoja ja jossa suurikulmaiset rajat on korvattu metallifaasin tai -faasien täyttömillä 5 kanavilla.

Alumiinipohjäisiä metallisulkeumia (10) on nähtävissä kuvassa 4 ja tällaisia sulkeumia muodostuu suuremmassa tai pienemmässä määrin riippuen prosessin kasvumorfologiasta, joka 10 puolestaan vaihtelee sekä prosessilämpötila-alueen että lisäaineen tyyppien ja väkevyyksien mukaan. Karkeampi, suuremman pinta-alan kasvupinta tuottaa suurempia, monimutkaisempia perusmetallisulkeumia, joita esiintyy, kun rakenne kehittää huokosia yhdistämällä jaksottaisesti kasvupintojen 15 lohkoja. Nämä huokoset täyttyvät sitten metallin siirrolla (tällaisissa tapauksissa näin muodostunut huokonen ei kykene enää päästämään luokseen hapettavaa atmosfääriä ja metalli, joka on siirtynyt siihen hapetusreaktiotuotteen raerajojen läpi, pysyy hapettumattomana). Jos prosessiolosuhteita yllä-20 pidetään muuten pisteeseen, joka ylittää alkuperäisen perus- lejeeringin koko hapetusreaktiotuotteen kasvukonversion, nämä metallisulkeumat tyhjenevät metallin kulkeutuessa jatkamaan hapetusreaktiotuotteen kasvua, jolloin jäljelle jäävät alkuperäiset huokoset. Esimerkki tuloksena olevasta 25 umpisoluisesta huokosrakenteesta esitetään kuvan 5 mikro-skooppivalokuvassa. Kuten siinä esitetään, metallisulkeumat on poistettu huokosista (12) johtuen yllä kuvatusta siirtymisestä. Missään tapauksessa perusmetallin toisiinsa liittymättömät sulkeumat, jotka sijaitsevat pitkin moniki-30 teisiä oksidiraerajoja, eivät kuitenkaan kulu loppuun; ne säilyvät stabiilissa tilassa.

Erilaisia muita mikrorakenteita on havaittavissa tämän keksinnön keraamisissa tuotteissa, kun ne on johdettu alu-35 miinipohjäisistä perusmetallisysteemeistä, kuten on esitetty kuvissa 6 ja 7, jotka molemmat ovat optisia mikroskooppiva-lokuvia 400-kertaisella suurennuksella. Kuva 6 on monikiteinen mikrorakenne, jolla on edullinen orientointi ja suunnil- 20 83764 leen 25-35 tilavuusprosenttia avosoluista huokoisuutta (merkitty numerolla 14 kuvassa 6). Kuva 7 on tiivis vähä-huokoinen mikrorakenne, jossa on hyvin pienikokoisia metal-lisulkeumia (merkitty numerolla 16 kuvassa 7). Kuva 8 esit-5 tää äärimmäistä morfologista kasvumuunnosta, joka on mahdol linen prosessiparametrien tietyissä osissa.

Tämän keksinnön prosessin merkittävä piirre on taipumus tuottaa huokosvapaita keraamisia materiaaleja ja sikäli kuin 10 kasvuprosessia ei suoriteta yli perusmetallin loppuunkulumi- sen, tuloksena on tiivis, huokosvapaa keraaminen tuote.

Kun kyseessä on magnesiuminitiaattoria sisältävä alumiinipe-rusmetalli, joka on hapetettu ilma- tai happiympäristössä, 15 on havaittu, että magnesium ainakin osittain hapettuu ulos lejeeringistä ennen kuin prosessilämpötilan kasvualue, esim.

n. 820-950eC saavutetaan. Tällöin magnesium muodostaa magnesium-oksidi- ja/tai magnesiumaluminaatti-spinellifaasin sulan alumiinilejeeringin pinnalle. Kasvuprosessin aikana 20 tällaiset magnesiumyhdisteet pysyvät pääasiassa kasvavan ke raamisen rakenteen perusmetallilejeeringin alkuperäisellä hapetusreaktiotuotepinnalla; loput näistä yhdisteistä siirtyvät pitkin tuloksena olevan hapetusreaktiotuote/metallike-raamisen rakenteen kasvurintamaa ("kasvurintama").

25 Tämän keksinnön keraamisten materiaalien eri aloituspintoja on tutkittu röntgensädediffraktiolla käyttäen CuKa-säteilyä ja kuten taulukossa 1 seuraavassa on esitetty, tulokset vastaavat puhdasta MgA^O^a (spinelli). Lisäksi spinelli-30 muodon läsnäolo aloituspinnalla on yhdenmukainen magnesium- piikin kanssa kuvassa 10, joka esittää röntgensädekoetinta (energiaa hajottava röntgensädeanalyysi), joka peittää tämän keksinnön keraamisen materiaalin näytteen pyyhkäisyelektro-nimikroskooppivalokuvaa.

35 2i 8 ό 7 6 4

Taulukko 1

Pinnat Mittaukset tämän keksin nön keraamisen aineen

Materiaalit initioinnissa 5 MgAl2C>4 ( spinelli ) dA_Ι/Ιχ_hKl_dA_Ι/ΙΊ_ 4,66 35 111 2,858 40 220 2,871 40 2,437 100 311 2,445 100 10 2,335 4 222 2,331 2 2,020 65 400 2,025 72 1,650 10 422 1,652 11 1,5554 45 511 1,557 55 1,4289 55 440 1,430 80 15 1,3662 4 531 1,366 3 1,2780 4 620 1,279 3 1,2330 8 533 1,233 11 1,2187 2 622 1,219 1 1,1666 6 444 1,167 8 20 1,1320 2 711 1,131 3 1,0802 6 642 1,080 7 1,0524 12 731 1,052 21 1,0104 8 800 1,010 12 0,9527 2 822 0,952 3 25 0,9334 8 752 0,933 15 0,9274 2 662 0,927 1 0,9038 6 840 0,903 13 0,8872 2 911 0,886 1 0,8820 <2 842 30 0,8616 <2 664 0,861 <1 0,8474 931 0,846 14 0,8249 18 844

Tapauksissa, joissa tiettyjä alumiinilejeerinkejä on käytet-35 ty perusmetallina tässä kuvatuille hapetusreaktiotuotteen kasvumekanismeille, ja ilmaa tai happea on käytetty hapetti-mena, on havaittu, että syntyy alumiinioksidipohjainen rakenne (lukuunottamatta suhteellisen ohutta magnesiumalu- 22 83764 minaattispinellin kerrosta aloituspinnalla). Tyypillisesti perusmetallissa olevat ei-funktionaaliset lejeerinkiaine-osat (erityisesti ne metallit, joilla on pienempi oksidiensa t vapaa muodostumisenergia) päätyvät väkevöityneinä metallin | 5 raerajalle ja metallin sulkeumafaaseihin. Pienehköjen määri- | en mangaania, rautaa, kuparia, booria, sinkkiä, wolfrämiä | ja muita metalleja on havaittu olevan yhteensopivia lejee- | rinkilaimentimia, jotka eivät häiritse alumiinipohjäisen t

perusmetallisysteemin kasvumekanismia. F

.0 f Γ

Tarkempaa katsausta tähän keksintöön täydennetään viittaa- £ ΐ maila seuraaviin ei-rajoittaviin esimerkkeihin. Ne kuvaavat j 1) keraamisten aineiden kasvua tässä kuvatuilla uusilla hapetusmekanismeilla ja 2) sekä initiaattori- että kiihdy-5 tinlisäaineiden käyttöä sellaisen kasvun aiheuttamiseksi perusmetalli/hapetusreaktiotuotesysteemissä, joka ei luontaisesti osoita pintaenergiasuhteita, jotka edistävät keraamisten aineiden kasvua tämän keksinnön mekanismeilla.

D Esimerkki 1

Seitsemää alumiini/magnesium/piilejeerinkiä, joissa oli 0-10 % magnesiumia initiaattorilisäaineena, tutkittiin lämpötiloissa, jotka vaihtelivat välillä 1125-1400°C, niiden vaikutusten määrittämiseksi, joita magnesiuminitiaattorilla j ja lämpötilalla oli tämän keksinnön keraamisen materiaalin kasvatukseen alumiinipohjaisesta perusmetallista ilmassa.

Jokaisessa kokeessa valettiin 25 mm pitkä ja halkaisijaltaan 25 mm oleva sylinterimäinen alumiini/magnesiumharkko 850°C:ssa olevasta metallista ja upotettiin sopivassa tulen-kestoisessa upokkaassa olevan 220 meshin alumiinioksidia olevaan tulenkestoiseen rakenteeseen. Harkon sahattu pinta jätettiin paljaaksi ja asetettiin oleellisesti samaan tasoon alumiinioksidikerroksen pinnan kanssa ja karkeasti 6 mm upokkaan yläosan alapuolelle. Jokaisessa kokeessa nimellinen uunikiertojakso oli seuraava: li 23 8 o 7 64

Kulunut aika Lämpötila 0-5 tuntia nosto 30eC:sta asetuslämpötilaan 5-9 tuntia asetuslämpötilassa 5 29-43 tuntia asetuslämpötilasta 600°C:een yli 43 tuntia harkon poisto uunista

Eri näytteiden määrityksenä oli koko upokkaan ja panoksen 10 painonlisäysmittaus. Tässä käytettynä "painonlisäyksen" tarkoitetaan viittaavan upokkaan, alumiinioksidikerroksen ja harkon kokonaispainonmuutoksen ennen ja jälkeen yllä esitetyn uunikiertojakson suhteeseen perusmetallin alkuperäiseen painoon, painonlisäyksen ollessa ilmoitettu yksilö köissä g/g. Kun huomattavaa alumiinin konversiota Al203:ksi tapahtuu, tämä suhde kasvaa kohti teoreettista maksimiarvoa n. 0,89 mahdollisen eron ollessa merkkinä reagoimattomasta jäännösalumiinista peruslejeeringissä sekä tuloksena olevaan tuotteeseen jäävästä metallifaasista, joka voi olla läheltä 20 nollaa jopa 35-40 prosenttiin. Eri alumiini/magnesium/pii- lejeerinkien painonlisäykset, ilman korjausta kerroksesta tai upokkaista poistuneen kosteuden tai muiden kokeellisten virheiden johdosta, valituissa uunin asetuslämpötiloissa esitetään taulukossa 2 ja graafisesti kuvassa 1. Kuvasta 1 25 ja taulukosta 2 voidaan nähdä siinä tapauksessa, että käytetään alumiinipohjaista perusmetallisysteemiä reagoimaan ilman kanssa tämän keksinnön alumiinioksidikerroksen kasvattamiseksi, että mitään merkityksellistä painon lisäystä ei havaita eikä näin ollen mitään keraamista rakennetta muodos-30 tu käyttämättä initiaattorilisäainetta (tässä tapauksessa magnesiumia).

24 83 764

Taulukko 2

Painon lisäykset_

Alumiini (99,7-%:nen puhtaus) sisältäen 3 % Si ja 0-10 % Mg 5 Lämpötila °C 0% Mg 1% Mg 2% Mg 3% Mg 5% Mg 7% Mg 10% Mg 1125 -0,01 0,64 0,01 0,01 0,45 0,68 0,70 1150 -0,01 0,74 0,60 0,02 0,50 0,76 0,72 1200 -0,01 0,76 0,72 0,74 0,76 0,79 0,79 1250 -0,02 0,73 0,74 0,75 0,73 0,75 0,78 10 1300 -0,04 0,75 0,76 0,75 0,75 0,69 0,68 1350 -0,08 0,36 0,49 0,23 0,18 0,02 0,64 1400 -0,06 0,10 0,22 0,20 0,06 -0,02 0,65

Taulukko 3 15 Painon lisäys____________

Alumiini (99,7-%:nen puhtaus), 0 % Si ja 0 % Mg _Painon lisäys asetuslämpötilan funktiona_ Lämpötila °C: 1125 1150 1200 1250 1300 1350 1400

Painon lisäys:-0,00 -0,00 -0,03 -0,01 -0,03 -0,04 -0,01 20

Esimerkki 2

Sen vaikutuksen määrittämiseksi, joka ryhmän IVB alkuaineella olisi tämän keksinnön keraamisen materiaalin muodostumiseen alumiinipohjaisesta perusmetallista, alumiinia, johon 25 oli lejeerattu 2 paino-% magnesiumia ja 1-10 paino-% piitä, prosessoitiin ilmassa uunin asetuslämpötiloissa, jotka vaihtelivat välillä 1125-1400°C. Näiden näytteiden havaitut painonlisäykset, jotka kuvaavat tämän keksinnön keraamisen materiaalin kasvua, on esitetty taulukossa 4 ja graafisesti 30 kuvassa 2 ja valittujen näytteiden kovuustulokset (ts-

Rockwell A-kovuus) samoin kuin sähkönjohtavuudet on lueteltu seuraavassa taulukoissa 5A ja 5B. Kaikissa tapauksissa uuni-jaksot, harkkokoot ja kerroksen koostumus ja muodot olivat samat kuin esimerkissä 1 edellä käytetyt. Tässä keksinnössä 35 on havaittu, että ryhmän IVB alkuaineet toimivat muuttaen pintaenergiasuhdetta alumiinipohjaisten perusmetallisystee-mien ja alfa-alumiinioksidin välillä tehden mahdolliseksi tämän keksinnön keraamisen materiaalin kasvumekanismin.

25 8 3 764 Nämä alkuaineet toimivat tällöin kiihdytinlisäaineina. Kuva 2 ja taulukko 6 osoittavat hyvin selvästi, että piikiihdy-tinlisäaineen poisjättäminen kolmikomponenttisesta alumii-ni/magnesium/piiperusmetallisysteemistä poistaa koko hape- 5 tusreaktiotuotteen kasvuilmiön.

Taulukko 4

Painon lisäys__

Alumiini (99,7-%:nen puhtaus) sisältäen 2 % Mg 10 ja 1-10 % Si Lämpötila °C 1 % Si 3 % Si 5 % Si 7 % Si 10 % Si 1125 0,00 0,00 0,00 0,00 0,26 1150 0,12 0,03 0,03 0,28 0,67 1200 0,75 0,51 0,39 0,83 0,71 15 1250 0,60 0,75 0,72 0,70 0,70 1300 0,72 0,74 0,73 0,73 0,61 1350 0,16 0,72 0,72 0,70 0,40 1400 0,09 0,29 0,28 0,52 0,10 20

Taulukko 5A

%Si 1125 °C 1150°C 1200°C 1250°C 1300°C 1350oC

10 68,5 52,0 63,6 70,3 71,5 78,0 7 66,0 73,4 75,3 81,7 25 5 76,7 72,3 81,0 3 70,4 76,0 83,3 1 74,4 77,8 26 83 764

Taulukko 5B

%Si_1125°C_1150°C_1200°C_1250°C

10 <05 ohmi >100 mohmi >100 mohmi >100 mohmi 5 7 >100 mohmi >100 mohmi 5 >100 mohmi >100 mohmi >100 mohmi

1300°C_1350°C

10 >100 mohmi >100 mohmi >100 mohmi >100 mohmi >100 mohmi >100 mohmi >100 mohmi >10-1000 mohmi >100 mohmi 15

Taulukko 6

Painon lisäys_

Alumiini Lämpötila, °C

20 (ei Mg) 1125 1150 1200 1250 1300 1350 1400 3% piitä 0,00 -0,03 -0,01 -0,05 -0,06 -0,05 -0,08 1100 AI 0,00 0,00 -0,00 -0,03 -0,03 -0,06 -0,03

Esimerkki 3 25 Sen vaikutuksen määrittämiseksi, joka kiihdytinlisäaineen poistamisella tai lähes poistamisella olisi tämän keksinnön keraamisen materiaalin muodostukseen alumiinipohjaisesta perusmetallista, 50 x 230 x 12 mm:n näyte alumiinilejeerin-kiä, joka sisälsi n. 2,4 % initiaattorilisäaineena toimivaa 30 magnesiumia ja alle 0,4 % kiihdytinlisäainetta (ts. Si, Sn, Ge ja Pb) upotettiin teknillistä laatua olevaan tulenkestoi-seen alumiinioksidirakeeseen (90 meshin Norton El) sopivassa tulenkestoisessa astiassa. Näyte saatettiin huoneen lämpötilasta 1250°C:n prosessointiasetuslämpötilaan 10 tunnin 35 aikana ja prosessoitiin ilmassa 48 tuntia asetuslämpötilas- sa, minkä jälkeen se jäähdytettiin huoneen lämpötilaan noin 10 tunnissa. Esimerkissä 1 määritelty painonlisäys oli mitätön ja sen laskettiin olevan 0,05 g/g.

27 8 3 764

Esimerkki 4

Sen vaikutuksen määrittämiseksi, joka ryhmään IVB kuuluvalla germaniumilla olisi tämän keksinnön keraamisen materiaalin muodostukseen alumiinipohjäisestä perusmetallista, alumii-5 nia, johon oli lejeerattu 3 paino-% magnesiumia initiaatto-riksi ja edelleen 3 ja 5 paino-% germaniumia, valettiin harkoiksi esimerkissä 1 kuvatulla tavalla. Näytteet prosessoitiin tämän keksinnön keraamiseksi materiaaliksi valituissa 1200°C:n ja 1325°C:n prosessilämpötiloissa ilmassa 10 samalla tavoin kuin esimerkissä 1 ja 2 käytetyssä prosessis sa. Painonlisäystulokset 1200°C:ssa ja 1325°C:ssa näillä alumiini/magnesium/germaniumlejeeringeillä olivat seuraavat.

Painonlisäys 15

% Ge_1200°C_1325°C

3 0,04 0,73 5 0,71 0,73 20

Esimerkki 5

Sen vaikutuksen määrittämiseksi, joka ryhmän IVB alkuaineella tinalla on tämän keksinnön keraamisen materiaalin muodostukseen alumiinipohjäisestä perusmetallista, alumiini, johon 25 oli lejeerattu 10 %, 5 % ja 3 paino-% tinaa, valettiin halkaisijaltaan 25 mm:n harkoksi ja leikattiin 25 mm pitkiksi tableteiksi prosessoitavaksi samalla tavoin kuin esimerkissä 1 kuvattiin 1200°C ja 1325°C:n asetuslämpötiloissa. Painonlisäystulokset 1200°C:ssa ja 1325°C:ssa olivat seuraa-30 vat:

Painonlisäys

% Sn_1200°C_1325°C

35 10 0,74 0,71 5 0,56 0,22 3 0,69 0,29 28 8 3 764

Esimerkki 6

Sen vaikutuksen määrittämiseksi, joka ryhmän IVB alkuaineella lyijyllä on tämän keksinnön keraamisen materiaalin muodostukseen alumiinipohjaisesta perusmetallista, alumiini, 5 johon oli lejeerattu 3 paino-% magnesiumia ja 1-10 paino-% lyijyä, valmistettiin prosessointia varten. Näytteet valmistettiin lisäämällä 5 paino-% lyijyä lejeerinkiin, joka sisälsi 97 % alumiinia ja 3 % magnesiumia 1000°C:n lämpötilassa ja saadut sulat lejeeringit valettiin halkaisijaltaan 10 25 mm:n ja pituudeltaan 25-63 mm:n harkoiksi prosessoitavak si keraamiseksi materiaaliksi. 10 % lyijyä ja 10 % tinaa sisältävien Mg/Al-lejeerinkien valmistamiseksi sekä tina että lyijy lisättiin sulaan alumiinimagnesiumlejeerinkiin lOOO'C^ssa. Harkot upotettiin 90 meshin tulenkestoiseen 15 alumiinioksidirakeeseen yläpinnan ollessa samalla tasolla aluskerroksen pinnan kanssa ja näin ollen alttiina ilma-atmosfäärille. Prosessointi noudatti uuniohjelmaa, joka oli samanlainen kuin esimerkeissä 1 ja 3 edellä lukuunottamatta 48 tunnin jäännösaikaa 1250°C:n asetuslämpötilassa ja 20 10 tunnin jäähdytystä alle 600°C:een, jossa näytteet pois tettiin. Painonlisäysluvut olivat seuraavat:

Lisäaineet Painonlisäys (g/g) 10 % lyijyä/10 % tinaa/3 % 25 magnesiumia 0,46 5 % lyijyä/3 % magnesiumia 0,49 1 % lyijyä/3 % magnesiumia 0,25 1 % lyijyä/0 % magnesiumia 0,03 30

Esimerkki 7

Sallittavien laimentimien tasojen määrittämiseksi, jotka voitaisiin sietää mitättömin vaikutuksin tämän keksinnön keraamisen materiaalin muodostukseen proisessointi suoritet-35 tiin ainakin seuraavilla tunnetuilla laimentimilla alumii- nilejeeringissä, joka sisälsi 1 % magnesiuminitiaattoria ja 0,6 % piikiihdytintä: 29 8 3 7 6 4

Laimennlnlaj it Paino-% lalmenninta

Kupari 0,1 %

Kromi 0,2 % 5 Rauta 0,3 %

Mangaani 0,1 %

Titaani 0,2 % 50 x 230 x 12 mm:n näyte tästä alumiinilejeerinkiperusmate-10 riaalista upotettiin 90 meshin tulenkestoiseen alumiinioksi-dirakeeseen (Norton 38) sopivassa tulenkestoisessa kaukalossa 50 x 230 mm:n pinnan ollessa oleellisesti samassa tasossa kerroksen kanssa ja alttiina uunissa olevalle ilma-atmosfäärille. Näyte saatettiin 1325°C:n prosessointiasetuslämpöti-15 laan neljän tunnin jaksossa, prosessoitiin 30 tuntia asetus- lämpötilassa ja jäähdytettiin huoneen lämpötilaan 10 tunnin jaksossa. Nämä laimenninlajit eivät vaikuttaneet painon-lisäykseen määritettynä kuten esimerkissä 1 ja sen havaittiin olevan 0,63 g/g.

20

Taulukko 11

Lisäaineistus sinkillä ja magnesiumilla tai piillä Lejeerinki (alumiini +) Prosessilämpötila °C Painonlisäys 25 2 % Zn/9 % Si 1125 0,009 2 % Zn/2 % Mg 1125 0,023 2 % Zn/9 % Si 1250 0,010 2 % Zn/2 % Mg 1250 0,480 2 % Zn/9 % Si 1310 0,014 30 2 % Zn/2 % Mg 1310 0,718

Esimerkki 8

Alumiininitridikeramiikka 35 Kaupasta saatava Belmont Metals Inc:n 380.1-alumiinilejee- rinkivalanne, jonka mitat olivat 13 x 13 x 24 mm, upotettiin tulenkestävään astiaan, jossa oli alumiininitridijauhetta (alle 100 mesh), joka toimi ainoastaan patjana eikä reagens- 30 85764 sinä. Tämä lejeeringin identifioitu nimelliskoostumus oli painon mukaan 8-8,5 % Si, 2-3 % Zn ja 0,1 Mg aktiivisina lisäaineina ja 3,5 % kuparia sekä rautaa, mangaania ja nikkeliä, mutta magnesiumpitoisuus oli joskus korkeampi, 5 kuten 0,17-0,18 %. Valanteen päätypinnan annettiin jäädä paljaaksi jauheen yläpuolelle.

Astia ja sen sisältö punnittiin ja tämä materiaali asetettiin radiotaajuusinduktiouuniin ja kuumennettiin n.

10 1200°C:een optisella pyrometrialla mitattuna kaksi tuntia kaasuatmosfääriin, jossa oli 96 tilavuus-% typpeä ja 4 tilavuus-% vetyä, jonka virtaus oli 200 cm^/min. Alumiini-nitridireaktiotuote kasvoi pääasiallisesti muodostuskaasuat-mosfääriä kohti ja ainoastaan merkityksettömästä patjaa 15 kohti, eikä sula alumiini tunkeutunut alumiininitridipatjaan suuremmassa määrin. Kuvion 11 mikrovalokuva esittää tämän menettelytavan mukaisesti tuotetun alumiininitridikeraami-sen tuotteen mikrorakennetta. Alumiininitridin ja alumiinin läsnäolo keraamisessa tuotteessa vahvistettiin röntgendif-20 fraktioanalyysillä.

Saatu painonlisäys 0,26 edustaa merkittävää muuntumista alu-miininitridiksi (AI:n täydellinen muuntuminen AlN:ksi antaisi painonlisäyksen 0,52).

25

Esimerkki 9

Alumiininitridikeramiikka

Esimerkki 9 toistettiin käyttäen erilaista patjamateriaalia. Tässä tapauksessa 380.1-alumiinivalanne, jonka mitat olivat 30 25 x 13 x 13 mm, upotettiin 38 Alundumiin (90 meshiä) tulenkestävässä astiassa valanteen yhden pinnan ollessa alttiina atmosfäärille. Astia ja sen sisältö asetettiin radiotaajuusinduktiouuniin ja kuumennettiin muodostuskaasus-sa noin 1200°C:ssa seitsemän tuntia.

Systeemin painonlisäys tässä esimerkissä oli 0,23, mikä viittaa alumiininitridin muodostumiseen. Esimerkki osoittaa.

35 3i 83764 että alumiininitridiä voitiin kasvattaa ilman mitään vaatimuksia alumiininitridipatjän suhteen.

Esimerkki 10 5 Alumiininitridikeramiikka

Alumiininitridikeramiikan kasvun poisjäämisen havainnollistamiseksi silloin, kun lisäainetta ei ole läsnä, toistettiin esimerkki 10 puhtaalla alumiinisella (99,7-%:nen puhtaus) sylinterivalanteella upotettuna aluminiumoksidiosasiin (38 10 Alundum), niin että pyöreä yläpinta oli paljaana ja olennaisesti samassa tasossa patjan pinnan kanssa tulenkestävässä astiassa. Valanteen ja patjan sisältävä astia kuumennettiin prosessin asetuslämpötilaan noin 1200°C neljä tuntia muodos-tuskaasuatmosfäärissä (96 % typpeä, 4 % vetyä), joka virtasi 15 nopeudella 400 cm^ minuutissa. Havaittu kasvu oli merkityk setön.

Tämä esimerkki osoittaa yhdessä esimerkin 10 kanssa lisäaineen tai lisäaineiden merkityksen edellä mainituissa pro-20 sessiolosuhteissa, mitä tulee alumiininitridin merkittävälle kasvulle.

Esimerkki 11

Alumiininitridikeramiikka 25 Esimerkin 9 menettelytapa toistettiin, paitsi että siinä selostettu näyte korvattiin alumiinivalanteella, joka oli seostettu niin, että se sisälsi 10 % piitä. Tämä toimenpide suoritettiin muodostuskaasun läsnäollessa.

30 Alumiininitridituotteen painonlisäys oli 0,42, mikä osoittaa, että pelkästään piitä voidaan käyttää edullisena lisäaineena tässä järjestelmässä.

Claims (24)

32 85 764

1. Menetelmä itsekantavasta keraamisesta aineesta muodostuvan kappaleen valmistamiseksi hapettamalla perusmetallia monikiteisen hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi, joka 5 sisältää (1) perusmetallin hapetusreaktiotuotteen kaasufaa- sihapettimen kanssa ja mahdollisesti (2) vähintään yhden perusmetallin hapettumattoman ainesosan, tunnettu siitä, että mainittua perusmetallia, johon on lejeerattu ainakin yhtä hapetusreaktiotuotteen syntyyn myötävaikuttavaa lisäai-10 netta, kuumennetaan lämpötilaan, joka on perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta hapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella, metallisulan muodostamiseksi, ja että tässä lämpötilassa: (a) metallisula saatetaan reagoimaan mainitun kaasufaasi- 15 hapettimen kanssa metalli- ja kaasufaasien välisellä rajapinnalla mainituksi hapetusreaktiotuotteeksi; (b) ainakin osa hapetusreaktiotuotteesta pidetään kosketuksessa metallisulan ja hapettimen kanssa niiden välissä siten, että sulaa metallia imeytyy jatkuvasti 20 hapetusreaktiotuotteen läpi hapetinta kohti ja tuoret ta hapetusreaktiotuotetta muodostuu jatkuvasti hapettimen ja jo muodostetun hapetusreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, jolloin mahdollisesti perusmetallin hapettumattomia ainesosia jää dispergoituneena 25 saatuun monikiteiseen hapetusreaktiotuotteeseen, ja (c) reaktiota jatketaan hapetusreaktiotuotefaasia jatkuvasti hapetinfaasia kohti kasvattaen siksi, kunnes keraaminen kappale on muodostunut.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetallina käytetään alumiinia tai alumiini-lejeerinkiä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu sii- 35 tä, että perusmetalli sisältää vähintään kahta lisäainetta.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yksi lisäaineista on magnesium. 33 83764

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että yksi lisäaineista on pii, tina, germanium tai lyijy.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnet tu siitä, että magnesiumia käytetään noin 0,3-10,0 % ja piitä, tinaa, germaniumia tai lyijyä noin 0,5-10 % alumiini-lejeeringin kokonaispainosta.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 2-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lämpötila säädetään n. 1000-1450°C:een.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että hapettavana ympäristönä käytetään 15 ilmaa.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetel mä, tunnettu siitä, että hapetusreaktiotuote yhteenliite-tään kolmiulotteisesti. 20

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että: (a) alumiinilejeerinki, jossa on alumiinin painosta laskettuna 0,3-10,0 % magnesiumia ja 0,5-10 % piitä, 25 germaniumia, tinaa tai lyijyä, saatetaan reagoimaan hapettavan ympäristön kanssa noin 1000-1450°C:ssa niin, että lejeerinki sulaa ja sen pinnalle muodostuu oksidikerros, joka jatkuvasti kasvaa hapettavaa ympäristöä kohti, kun alumiinia kulkeutuu muodostuneen 30 oksidikerroksen raerajoja pitkin ja (b) jatketaan vaiheen (a) reaktiota niin kauan, että oksidikerros kasvaa halutun paksuiseksi ja muodostetaan tällaisesta keraamisesta aineesta kappale.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktiota jatketaan vielä senkin jälkeen, kun sula lejeerinki on loppunut, huokoisen keraamisen rakenteen muodostamiseksi. 34 85764

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että reaktio suoritetaan siten, että keraamiseen aineeseen muodostuu metallisulkeumia.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että hapetusreaktiotuote on metallin ja hapen, typen, halogeenin, hiilen ja/tai boorin reaktiotuote.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisella mene telmällä valmistettu itsekantava keraaminen kappale, tunnettu siitä, että se muodostuu aineesta, joka on kolmiulotteisesta yhteenliitettyä, yhtenäisen faasin muodostavaa moniki-teistä hapetusreaktiotuotetta, jossa on dispergoituneena 15 2-35 tilavuus-% metallista ainesosaa ja jossa olennaisesti kaikilla hapetusreaktiotuotteen raerajoilla, joilla on läsnä ainoastaan mainittua reaktiotuotetta, on alle 20°:n, edullisesti alle 5°:n vierekkäisten kidehilojen välinen kulmaero.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen kappale, tunnettu siitä, että hapetusreaktiotuote muodostaa oksidirakenteen, joka sisältää vähintään yhtä metallia dispergoituneena siihen ensisijaisesti yhteenliittymättöminä sulkeumina oksidirakenteessa ja jossa metalli tai metallit muodostavat 25 alle 15 tilavuus-% materiaalista.

16. Patenttivaatimuksen 14 tai 15 mukainen kappale, tunnettu siitä, että siinä on 10-35 tilavuus-% yhteenliittynyt-tä huokostilaa. 30

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen kappale, tunnettu siitä, että huokostilat on yhdistetty alle yhden mikronin levyisillä kanavilla.

18. Patenttivaatimuksen 14 mukainen kappale, tunnettu sii tä, että hapetusreaktiotuote muodostaa oksidirakenteen, joka sisältää vähintään yhtä metallia dispergoituneena siihen pääasiallisesti yhteenliittyneenä sovitelmana ja jossa 35 85 764 metalli tai metallit muodostavat noin 15-35 tilavuus-% materiaalista.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen kappale, tunnettu 5 siitä, että huokostila muodostaa alle 5 tilavuus-% materiaa lista.

20. Jonkin patenttivaatimuksen 14-19 mukainen kappale, tunnettu siitä, että hapetusreaktiotuotteen muodostava 10 yhteenliittynyt oksidi on a-alumiinioksidia.

21. Jonkin patenttivaatimuksen 14-20 mukainen kappale, tunnettu siitä, että metallinen ainesosa on alumiinia joko yksinään tai yhdessä vähintään yhden toisen metallin kanssa. 15

22. Patenttivaatimuksen 14 mukainen kappale, tunnettu siitä, että metallinen ainesosa on vähintään yhden metallin sulkeumien muodossa, jotka sulkeumat muodostavat 2-12 tilavuus-% materiaalista ja jotka sulkeumat ovat pääasiallisesti 20 yhteenliittymättömiä.

23. Patenttivaatimuksen 14 mukainen kappale, tunnettu siitä, että se on itsekantavan keraamisen kappaleen muodossa käsittäen sulan perusmetallin ja kaasufaasihapettimen väli- 25 sessä reaktiossa muodostuneen olennaisesti yksifaasisen monikiteisen hapetusreaktiotuotteen ja jonka ainakin osassa on metallikanavia ja/tai huokosia, muodostaen siten keraamisen kappaleen.

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen kappale, tunnettu siitä, että hapetusreaktiotuotteessä on hapetusreaktiotuote-kristalliittien raerajoilla kidehilatasopoikkeamia, jotka ovat pienempiä kuin ne kidehilapoikkeamat, joita esiintyy (1) viereisten hapetusreaktiotuotekristalliittien ja (2) 35 metallikanavien ja/tai huokosten välisissä rajapinnoissa. 36. o 7 6 4