FI84809B - Keramiska stycken med en modifierad metallinnehaollande komponent och foerfaranden foer tillverkning av dessa. - Google Patents

Keramiska stycken med en modifierad metallinnehaollande komponent och foerfaranden foer tillverkning av dessa. Download PDF

Info

Publication number
FI84809B
FI84809B FI873078A FI873078A FI84809B FI 84809 B FI84809 B FI 84809B FI 873078 A FI873078 A FI 873078A FI 873078 A FI873078 A FI 873078A FI 84809 B FI84809 B FI 84809B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metal
ceramic body
containing component
oxidation reaction
reaction product
Prior art date
Application number
FI873078A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI873078A (fi
FI873078A0 (fi
FI84809C (fi
Inventor
Marc S Newkirk
Harry R Zwicker
Andrew W Urquhart
Original Assignee
Lanxide Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanxide Technology Co Ltd filed Critical Lanxide Technology Co Ltd
Publication of FI873078A0 publication Critical patent/FI873078A0/fi
Publication of FI873078A publication Critical patent/FI873078A/fi
Publication of FI84809B publication Critical patent/FI84809B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI84809C publication Critical patent/FI84809C/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/74—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing shaped metallic materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C04B35/652—Directional oxidation or solidification, e.g. Lanxide process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/51—Metallising, e.g. infiltration of sintered ceramic preforms with molten metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/88—Metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1005—Pretreatment of the non-metallic additives
    • C22C1/1015—Pretreatment of the non-metallic additives by preparing or treating a non-metallic additive preform
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10—Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
    • C22C1/1057—Reactive infiltration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/12—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on oxides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02—Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06—Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C10/00—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces
    • C23C10/18—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions
    • C23C10/20—Solid state diffusion of only metal elements or silicon into metallic material surfaces using liquids, e.g. salt baths, liquid suspensions only one element being diffused
    • C23C10/22—Metal melt containing the element to be diffused
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S264/00—Plastic and nonmetallic article shaping or treating: processes
    • Y10S264/36—Processes of making metal-ceramics
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12007—Component of composite having metal continuous phase interengaged with nonmetal continuous phase
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12049—Nonmetal component
    • Y10T428/12056—Entirely inorganic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/12028—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, etc.]
    • Y10T428/12146—Nonmetal particles in a component
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
    • Y10T428/1216—Continuous interengaged phases of plural metals, or oriented fiber containing
    • Y10T428/12167—Nonmetal containing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535—Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12583—Component contains compound of adjacent metal

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Description

84809
Keraamiset kappaleet, jotka käsittävät modifioidun metallia sisältävän ainesosan ja menetelmät näiden valmistamiseksi Keramiska stycken med en modifierad me ta11innehä11ande komponent och förfaranden för tillverkning av dessa 5
Esillä olevan keksinnön kohteena on yleisesti menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen metallisen ainesosan muuntamiseksi sekä modifioitu tuote. Tarkemmin määriteltynä tämän keksinnön kohteena ovat itsekanta-10 vat keraamiset kappaleet, jotka on muodostettu perusmetallin hapettu-misreaktiotuotteena ja joilla on jälkimuodostusvaiheessa modifioitu, yhtenäinen metallia sisältävä ainesosa. Keksinnön kohteena ovat myös menetelmät tällaisten keraamisten kappaleiden tuottamiseksi.
15 Tämän keksinnön kohde liittyy hakijan US-patenttiin 4,713,360 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit ja menetelmät niiden valmistamiseksi". Tämä patentti kuvaa menetelmää itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi, jotka on kasvatettu hapettumisreaktiotuotteena perusmetalliesiasteestä. Sulan perusme-20 tallin annetaan reagoida kaasufaasihapettimen kanssa hapettumisreak- tiotuotteen muodostamiseksi, ja metalli etenee hapettumistuotteen läpi kohti hapetinta, jossa se hapettuu kehittäen näin jatkuvasti keraamista monikiteistä kappaletta, joka voidaan tuottaa siten, että sillä on yhtenäinen, metallinen ainesosa. Prosessia voidaan kiihdyttää käyttä-V. 25 mällä lejeerattua lisäainetta, kuten esimerkiksi tapauksessa, jossa alumiiniperusmetalli on hapetettu ilmassa. Tätä menetelmää parannettiin käyttämällä ulkoisia lisäaineita, jotka oli levitetty esiastemetallin pintaan, kuten on kuvattu hakijan US-patentissa 4,853,352 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmiä itsekantavien keraamisten 30 materiaalien valmistamiseksi".
Tämän hakemuksen kohde liittyy myös samaan aiheeseen kuin hakijan US-patentti 4,851,375 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Keraamiset sekarakenteet ja menetelmiä niiden valmistamiseksi". Tämä : 35 patentti kuvaa uutta menetelmää itsekantavien keraamisten sekaraken-teiden tuottamiseksi kasvattamalla hapettumisreaktiotuote perusmetallista täyteaineen läpäisevään massaan suodattaen siten täyteaine keraamisella matriisilla.
2 84809
Sekarakennekappalelta, jotka käsittävät metalliboridin, metallisen ainesosan ja valinnaisesti inerttisen täyteaineen, on kuvattu hakijan US-patentissa 4,777,014 nimeltään "Menetelmä itsekantavien kappaleiden 5 valmistamiseksi ja menetelmällä valmistetut tuotteet". Tämän keksinnön mukaisesti sula perusmetalli suodattuu boorilähteen massaan, joka voi olla sekoitettu inerttisen täyteaineen kanssa, ja reagoi boorilähteen kanssa muodostaen siten perusmetallin boridin. Olosuhteita säädellään sekarakennekappaleen saamiseksi, joka sisältää vaihtelevia tilavuus-10 prosentteja keramiikkaa ja metallia.
Kaikkien yllämainittujen, hakijan patenttien kuvauksiin viitataan nimenomaan tässä hakemuksessa.
15 Yhteistä kaikille näille hakijan patenteille on kuvaus keraamisen kappaleen suoritusmuodoista, jotka käsittävät hapettumisreaktiotuotteen, joka on yhtenäistä yhdessä tai useammassa ulottuvuudessa (tavallisesti kolmessa ulottuvuudessa) sekä yhden tai useamman metallisen ainesosan tai komponentin. Metallin tilavuus, joka tyypillisesti sisältää perus-20 metallin hapettumattomia ainesosia ja/tai hapettimesta tai täyteaineesta pelkistynyttä metallia, riippuu sellaisista tekijöistä kuin lämpöti-; : la, jossa hapettumisreaktiotuote on muodostettu, ajasta, jonka aikana hapettumisreaktion annetaan edetä, perusmetallin koostumuksesta, lisä-.··. aineiden läsnäolosta, minkä tahansa hapettimen tai täyteaineen pelkis- 25 tyneiden ainesosien läsnäolosta, jne. Vaikka jotkut metallisista ainesosista voivat olla eristettyjä tai suljettuja, tapahtuu usein, että näistä huomattava tilavuusprosentti metallista on yhtenäistä ja ulottuu * ' keraamisen kappaleen ulkopinnalle. Näiden keraamisten kappaleiden yh teydessä on havaittu, että tämä yhtenäinen metallia sisältävä kompo-30 nentti tai ainesosa voi tilavuusprosentiltaan olla 1-40 % ja joskus korkeampikin, kuten esimerkiksi boridiyhdisteen ollessa kyseessä.
- Monissa sovelluksissa, joissa keraamisilla kappaleilla on yhtenäinen metallia sisältävä ainesosa, metallinen ainesosa edistää osaltaan ja 35 saattaa parantaa keraamisen kappaleen ominaisuuksia. Metallinen ainesosa voi erityisesti suuresta venyvyydestään johtuen lisätä keraamisen 3 84809 kappaleen lujuutta tai murtolujuutta. Metallinen ainesosa voi samoin olla hyödyllinen, koska se tuottaa keraamiseen kappaleeseen tietyn määrän sähkönjohtokykyä.
5 On kuitenkin havaittu, että tietyissä sovellutuksissa yhtenäinen, metallia sisältävä ainesosa ei ehkä tuota aiotun käytön mukaisia opti-miominaisuuksia, ja joissakin tapauksissa se voi jopa vähentää keraamisen kappaleen suorituskykyä. Kun esimerkiksi perusmetalli, jota käytetään tuotettaessa alumiinioksidista koostuvaa keraamista kappaletta, on 10 pääasiassa alumiinia tai alumiiniseosta (-seoksia), on havaittu, että vaikka normaaleissa olosuhteissa toimiva keraaminen kappale voi osoittaa hyvää murtolujuutta tai kulumisen kestävyyttä, se voi vähentyä kappaleen joutuessa alumiinin suhteellisen alhaisen sulamispisteen yläpuolella oleviin lämpötiloihin, yli 660°C, tai alttiiksi vesipitoi-15 selle hapolle tai alkaliselle ympäristölle, joka voi syövyttää alumiinisen ainesosan. On todettu, että kun yhtenäinen metalli on tällä tavoin heikentynyt, sillä on negatiivinen vaikutus keraamisen kappaleen tiettyihin ominaisuuksiin kuten murtolujuuteen, lujuuteen tai kulumisen kestävyyteen. On myös havaittu, että tällaisten keraamisten kappaleiden 20 muissakin käyttökohteissa yhtenäinen, metallinen ainesosa ei ehkä omaa aiotun käyttökohteen mukaisia optimiominaisuuksia, kuten sähkönjohtokykyä, mikrokovuutta, jne.
On tunnettua, että grafiittilanka voidaan kyllästää metallimatriisil-25 la langan tiettyjen ominaisuuksien parantamiseksi, ja US-patentti 3 770 488, Pepper et ai, kuvaa yhtä tällaista menetelmää grafiittilan-gan kyllästämiseksi alumiini- tai magnesiummatriisilla. Jotta voitaisiin saada aikaan grafiittilangan sopiva kostuvuus toivotun metallin kanssa, lanka suodatetaan ensin toisella metallilla. Suodatettu lanka 30 saatetaan tämän jälkeen kosketuksiin toivotun metallikyllästeen sula- hauteen kanssa, joka uuttaa metallisuodatteen muodostaen siten toivotun metallimatriisin vahvistaman langan. Tämä patentti koskee kuitenkin vain grafiittilankaa, eikä tuo esille, että monikiteinen keraaminen kappale, jossa on jäljellä yhtenäistä metallia, voidaan muuntaa jäl-35 kimuodostusvaiheessa.
4 84809
Lyhyesti kuvattuna esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä, jossa huomattava määrä yhtenäistä metallista ainesosaa, joka sisällytetään keraamiseen kappaleeseen sen muodostamisen aikana, korvataan vieraalla tai toisella metallilla jälkimuodostusvaiheessa. Vieras metalli vali-5 taan siten, että se muuntaa keraamisen kappaleen ominaisuuksia, jotka oli alunperin muodostettu sen aiottua lopullista käyttöä varten. Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti keraaminen kappale muodostetaan perus-metalliesiasteen hapettumisreaktiolla hapettimen kanssa, kuten yllä on kuvattu hakijan patentin yhteydessä. Keraamisella kappaleella on yhte-10 näinen, metallia sisältävä ainesosa tai komponentti, joka hajautetaan ainakin osaan keraamista kappaletta yhdessä tai useammassa ulottuvuudessa ja lisäksi se ainakin osaksi ulottuu keraamisen kappaleen yhdelle ulkopinnalle. Tällaisella pinnalla keraaminen kappale saatetaan kosketukseen ulkopuolisesta lähteestä tulevan vieraan metallin kanssa, joka 15 on koostumukseltaan erilainen kuin yhtenäinen, metallinen ainesosa tai komponentti ja joka voidaan sekoittaa yhtenäisen metallisen ainesosan kanssa.
Tapahtuu näiden kahden metallin keskinäinen diffuusio (eli keraamisessa 20 kappaleessa alunperin olevan metallia sisältävän ainesosan ulkoinen diffuusio ja vieraan metallin sisäinen diffuusio). Toisen tai molempien metallien ainesosien tulee mielellään olla sulassa muodossa metallien . . keskinäisen diffuusion helpottamiseksi. Vieraan metallin määrä, koske- tusalue vieraan metallin kanssa, lämpötila-alueet ja aika, joksi keraa-25 minen kappale jätetään kosketukseen vieraan metallin kanssa, valitaan siten, että näiden kahden metallin keskinäisen diffuusion toivottu määrä saavutetaan. Huomattava osa keraamisessa kappaleessa alunperin olleesta metallia sisältävästä ainesosasta korvataan ainakin osittain vieraan metallin yhdellä tai useammalla ainesosalla, jolloin vieraasta 30 metallista tulee kiinteä osa keraamista kappaletta. Tämän ansiosta keraamisen kappaleen metallipitoisuus ja sitä myötä sen tietyt ominaisuudet muuntuvat.
Tämän keksinnön mukainen itsekantava keraaminen kappale käsittää moni-35 kiteisen hapettumisreaktiotuotteen, jolla on (a) yhdistyneitä reaktio-tuotteen kristallitteja, jotka on muodostettu sulan perusmetallin ha- 5 84809 pettumisella hapettimen kanssa ja (b) yhtenäinen metallia sisältävä aineosa, joka ulottuu ainakin osittain keraamisen kappaleen pintaan (pintoihin). Ainakin osa tätä metallista ainesosaa korvataan tietyllä vieraan metallin määrällä, joka metalli on koostumukseltaan (eli ainek-5 siltaan ja/tai osuuksiltaan) erilainen kuin aikaisemmin muodostunut, yhtenäinen metallinen ainesosa, jolloin hapetin-metalli-hapettumisreak-tiosta alunperin tuotetun keraamisen kappaleen yksi tai useampi ominaisuus muuntuu.
10 Tässä erittelyssä ja jäljempänä seuraavissa patenttivaatimuksissa käytettyinä allaolevat termit määritetään seuraavasti:
Termin "keraaminen" ei tule virheellisesti käsittää olevan rajoitetun keraamiseen kappaleeseen sanan klassisessa merkityksessä, eli siten, 15 että se muodostuu kokonaan epämetallisista ja epäorgaanisista materiaaleista, vaan pikemminkin se viittaa kappaleeseen, joka on joko koostumukseltaan tai hallitsevilta ominaisuuksiltaan pääasiassa keraaminen, vaikka kappale sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä yhtä tai useampaa metallista ainesosaa (yhtenäistä tai epäyhtenäistä), jotka on 20 saatu perusmetallista tai tuotettu hapettimesta, lisäaineesta tai täyteaineesta, tyypillisimmin alueella 1-40 tilavuusprosenttia, mutta voi sisältää enemmänkin metallia.
"Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yleensä yhtä tai useampaa metallia 25 missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai näiden yhdistelmälle tai jakanut elektroneja viimeksimainittujen kanssa. Tämän määritelmän mukaan "hapettumisreaktiotuote" siis sisältää yhden tai useamman metallin reaktion tuotteen hapettimen kanssa, joita metalleja ovat esiraer-30 kiksi tässä yhteydessä mainitut metallit.
"Hapetin" tarkoittaa yhtä tai useampaa elektronin vastaanotinta tai yhdistettä, joka jakaa elektroneja toisen aineen kanssa, ja se voi olla kiinteä, nestemäinen tai kaasumainen (höyry) tai jokin näiden yhdistel-35 mä (esim. kiinteä aine ja kaasu) prosessiolosuhteissa.
6 84809
Termeissä "perusmetalli" ja "vieras metalli" käytettynä "metalli" viittaa suhteellisen puhtaisiin metalleihin, kaupallisesti saatavissa oleviin metalliin epäpuhtauksineen ja/tai lisäainesosineen sekä metallien seoksiin ja metallien muodostamiin yhdisteisiin. Kun tietty metalli S mainitaan, se tulisi tulkita tämä määritelmä mielessä, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita. Kun esimerkiksi alumiini on perusmetallina, alumiini voi olla suhteellisen puhdas metalli (esim. kaupallisesti saatava alumiini, puhtaudeltaan 99,7 %) tai 1100-alumiini, jossa on nimellisiä epäpuhtauksia noin 1 paino-% piitä sekä rautaa tai alumiini-10 seoksia kuten 5052, jossa on nimellisiä epäpuhtauksia noin 2,5 paino-% magnesiumia.
Kuvio 1 on kaaviokuva keraamisesta kappaleesta, jota on käsitelty tämän keksinnön menetelmän mukaisesti.
15
Kuvio 2 on kaaviokuva, joka esittää tämän keksinnön menetelmän mukaista suoritusmuotoa.
Kuvio 3a on 1000 kertaa suurennettu optinen mikrovalokuva erässä 1 tuo-20 tetusta keraamisesta kappaleesta, jota käytettiin esimerkissä 1 ennen sen metallisen ainesosan muuntamista.
Kuvio 3b on tietokoneella tarkennettu, 1000 kertaa suurennettu röntgen-sädekartoitus kuviosta 3a, jossa on käytetty energiaa hajottavaa spekt-25 rometriaa läsnäolevan alumiinin havainnollistamiseksi.
Kuvio 3c on 1000 kertaa suurennettu optinen mikrovalokuva erässä 1 tuotetusta ja esimerkissä 1 käytetystä keraamisesta kappaleesta sen jälkeen, kun sen metallinen ainesosa on muunnettu esimerkin 1 mukaisesti.
30
Kuvio 3d on tietokoneella tarkennettu, 1000 kertaa suurennettu röntgen-sädekartoitus kuviosta 3c, jossa on käytetty energiaa hajottavaa spekt-rometriaa läsnäolevan nikkelimetallin havainnollistamiseksi.
7 84809
Kuvio 4a on 1000 kertaa suurennettu optinen mikrovalokuva erässä 3 tuotetusta ja esimerkissä 3 käytetystä keraamisesta kappaleesta ennen sen metallisen ainesosan muuntamista.
5 Kuvio 4b on tietokoneella tarkennettu, 1000 kertaa suurennettu röntgen-sädekartoitus kuviosta 4a, jossa on käytetty energiaa hajottavaa spekt-rometriaa läsnäolevan alumiinimetallin havainnollistamiseksi.
Kuvio 4c on 1000 kertaa suurennettu optinen mikrovalokuva erässä 3 tuo-10 tetusta ja esimerkissä 3 käytetystä keraamisesta kappaleesta sen jälkeen, kun sen metallinen ainesosa on muunnettu esimerkin 3 mukaisesti.
Kuvio 4d on tietokoneella tarkennettu, 1000 kertaa suurennettu röntgen-sädekartoltus kuviosta 4c, jossa on käytetty energiaa hajottavaa spekt-15 rometriaa läsnäolevan kuparimetallin havainnollistamiseksi.
Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti itsekantava keraaminen kappale, jolla on yhtenäinen metallinen ainesosa, joka ainakin osittain ulottuu ulkopinnalle (tai -pinnoille), saatetaan kosketukseen vieraan metallin 20 kanssa, mikä aiheuttaa väkevyysgradientin. Keraaminen kappale ja vieras metalli kuumennetaan tyypillisesti keraamisessa kappaleessa olevan yhtenäisen metallin sulamispisteen yläpuolella tai vieraan metallin tai molempien metallien sulamispisteen yläpuolella olevaan lämpötilaan. Keskinäinen diffuusio metallisen ainesosan ja vieraan metallin välillä 25 tapahtuu väkevyysgradientin vuoksi. Merkittävä tai huomattava osa metallia sisältävästä ainesosasta korvataan vieraalla metallilla, joka muodostaa kiinteän osan lopullisesta keraamisesta kappaleesta muuntaen tai muuttaen siten keraamisen kappaleen ominaisuuksia. Vaikka keksintöä kuvataan alla viitaten erityisesti alumiiniin perusmetallina, tuli-30 si ymmärtää, että muitakin perusmetalleja voidaan käyttää, kuten esimerkiksi piitä, titaania, tinaa, sirkoniumia ja hafniumia.
Kuvioon 1 viitaten järjestetään ensin itsekantava keraaminen kappale 10, joka on tehty esimerkiksi minkä tahansa yllämainitun, hakijan pa-• 35 tentin mukaan. Perusmetalli, esimerkiksi alumiini, johon voidaan lisätä lisäaine (kuten alla on yksityiskohtaisemmin selvitetty), järjestetään 8 84809 esiasteeksi hapettumisreaktiotuotteelle. Perusmetalli sulatetaan sopivalla lämpötila-alueella hapettavassa ympäristössä tai välittömästi sen vieressä. Tässä lämpötilassa tai tällä lämpötila-alueella sula metalli reagoi hapettimen kanssa muodostaen monikiteisen hapettumisreaktio-5 tuotteen. Ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta pidetään kosketuksissa sulan metallin ja hapettimen kanssa näiden välillä, jolloin sula metalli vetäytyy hapettumisreaktiotuotteen läpi ja kosketukseen hapettimen kanssa siten, että hapettumisreaktiotuote jatkaa muodostumistaan hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen väli-10 sellä rajapinnalla. Reaktiota jatketaan niin kauan, että muodostuu monikiteinen keraaminen kappale, joka muodostuu olennaisesti hapettumisreaktiotuotteesta 12 ja yhtenäisestä metallia sisältävästä ainesosasta tai komponentista 14 hajautettuna tai levitettynä monikiteisen materiaalin osaan tai olennaisesti koko monikiteiseen materiaaliin.
15 Tämä metallinen ainesosa, joka on muodostunut paikan päällä monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen aikana, ainakin osittain ulottuu keraamisen kappaleen ainakin yhdelle pinnalle, kuten pinnoille 15. Tulisi ymmärtää, että monikiteisessä materiaalissa voi esiintyä jonkin verran epäyhtenäistä metallia ja myös tyhjiöitä tai huokoisuutta 20 (eivät näy), jotka ovat saattaneet korvata jonkin verran yhtenäistä metallista ainesosaa, mutta metallin (yhtenäisen ja epäyhtenäisen) ja tyhjiöiden tilavuusprosentit riippuvat paljolti sellaisista tekijöistä kuin lämpötila, aika, lisäaineet ja perusmetallin tyyppi.
25 Keraaminen kappale saatetaan myöhemmin yhdellä tai useammalla sen pinnoista 15 kosketukseen toisen tai vieraan metallin 16 kanssa, joka on saatu ulkoisesta lähteestä, ja kappale voidaan sijoittaa sopivaan as-• ' tiaan tai upokkaaseen 18, jolloin tapahtuu keskinäinen diffuusio. (Kat so kuvio 2). Tulisi ymmärtää, että keskinäinen diffuusio paikan päällä, 30 monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen aikana syntyneen metallisen ainesosan ja ulkoisesta lähteestä tulevan metallin välillä voi olla kiinteä-kiinteä, kiinteä-nestemäinen, nestemäinen-kiinteä tai nestemäinen-nestemäinen, joten tällaiset termit viittaavat vieraan metallin ja alkuperäisen keraamisen kappaleen metallisen ainesosan ti-35 laan, tässä järjestyksessä. Olosuhdetta nestemäinen-nestemäinen pide-V·: tään normaalisti parhaimpana, koska sillä saadaan edullisesti muunnet- 9 84809 tu lopputuote lyhyemmässä ajassa. Jopa kilnteän-kiinteän keskinäisen diffuusion tapauksessa voi esiintyä nestemäisen vaiheen etenemistä, jos diffuusiolämpötila on yhtenäisten metallien minimisulamispisteen yläpuolella, kuten eutektisen järjestelmän ollessa kyseessä. Vieras metal-5 li, joka voi olla suhteellisen puhdas metalli, metalliseos tai metallien välinen yhdiste, valitaan siten, että se muuttaa yhtenäisen metallia sisältävän ainesosan koostumuksen muuntaen siten lopullisen keraamisen tuotteen ominaisuuksia. Muunnettuja ominaisuuksia ovat tyypillisesti esimerkiksi murtolujuus, kovuus, kulumisen kestävyys, sähkön-10 johtokyky, lämmönjohtavuus tai kemiallinen stabiliteetti (eli syöpy-misen- tai hapettumisenkestävyys, jne.). Keraamisen kappaleen käyttökohde määrää, mitä ominaisuuksia on muunnettava tai optimoitava valitun vieraan metallin avulla.
15 Valittu toinen tai vieras metalli riippuu paljolti toivotuista lopullisista ominaisuuksista ja myös tietyistä muista tekijöistä kuten lämpötila, aika, sekoittuvuus, jne., kuten alla on yksityiskohtaisemmin selvitetty. Sopivia vieraita metalleja yhtenäisen metallin (mukaanlukien metalliseokset ja metallien väliset yhdisteet) korvaamiseksi 20 ovat esimerkiksi nikkeli, hopea, rauta, titaani, kupari, uraani, kromi, koboltti, vanadiini, pii, molybdeeni, volframi, germanium, tina, magnesium, yttrium, sirkonium, hafnium, niobium, molybdeeni, mangaani, platina, palladium, kulta, sinkki, alumiini ja lyijy sekä näiden seokset ja metallien väliset yhdisteet mukaanlukien ruostumattomat teräk-25 set, hiiliteräkset ja erikoismetalliseokset kuten tavaramerkit
Inconels®, Hastelloys®, Waspalloys®, Monels® ja Stellites®, joista - jokainen käsittää erilaisia seoksia. Inconel-seokset ovat nikkeli-kro- miseoksia, Hastelloy-seokset ovat pääasiassa kromi-molybdeeni-, nikke-li-koboltti-kromi- tai kromi-volframi-seoksia, Waspalloy-seokset ovat 30 pääasiassa kromi-koboltti-seoksia, Monel-seokset ovat pääasiassa nikke-li-kupari-seoksia, ja Stelliitit ovat pääasiassa kobolttiin perustuvia seoksia. Nämä kaikki voivat lisäksi sisältää muita metalleja.
~ Esimerkiksi kuviossa 1 ja 2 esitetyssä suositeltavassa suoritusmuodossa : - 35 keraaminen kappale 10 upotetaan tai vajotetaan vieraan metallin 16 sulahauteeseen upokkaaseen 18. Tarvittaessa keraaminen kappale voidaan 10 84809 upottaa osittain vieraan metallin sulahauteeseen, jolloin voidaan rajoittaa metallin syrjäytyksen syvyyttä keraamisessa kappaleessa, erityisesti tietyssä pinnassa tai ainoastaan pinnan vieressä. Jos esimerkiksi vieras metalli sisällytetään keraamiseen kappaleeseen sen syöpy-5 misenkestävyyden tai kovuuden parantamiseksi, saattaa olla välttämätöntä tai toivottavaa muuntaa ainoastaan pinta (pinnat). Vieraan metallin 16 määrä on tyypillisesti suurempi kuin keraamisessa kappaleessa 10 aikaisemmin muodostuneen, saavutettavissa olevan, yhdistyneen metallia sisältävän ainesosan määrä. Tällä tavoin saavutetaan helpommin metallia 10 sisältävän ainesosan maksimi- tai optimikorvaaminen vieraalla metallilla. Toisin sanoen on edullista käyttää riittävää määrää vierasta metallia siten, että kun tasapaino on saavutettu, alkuperäisen metallia sisältävän ainesosan kokonaispitoisuus on huomattavasti alempi kuin vieraan metallin pitoisuus, jolloin saavutetaan alkuperäisen metallisen 15 ainesosan täydellisempi korvaaminen vieraalla metallilla. Vieraan metallin määrä on tyypillisesti 5-50 kertaa suurempi kuin yhtenäisen metallisen ainesosan määrä tai ainakin sama kuin yhtenäisen metallin korvattavan osan määrä, mutta määrä voi olla suurempikin. Tämä tila-vuusero riippuu sellaisista tekijöistä kuin toivottu korvausprosentti 20 ja korvaamisen toivottu syvyys keraamisessa kappaleessa. Jos esimerkiksi e-alumiinoksidistä koostuva keraaminen kappale, joka on muodostettu alumiiniperusmetallin hapettamisella ilmassa ja josta huomattava määrä . . alumiinia sisältävää ainesosaa korvataan nikkelillä, on suositeltavaa käyttää ainakin 20 kertaa enemmän vierasta nikkelimetallia korvaamaan "25 noin 95 tilavuus-% alkuperäisestä yhdistyneestä alumiinia sisältävästä ainesosasta, mikä lisää lopullisen keraamisen kappaleen lujuus- ja ruosteenkesto-ominaisuuksia. Vierasta metallia voidaan haluttaessa käyttää prosessissa pienempi määrä, kun halutaan korvata vähemmän alkuperäistä metallia sisältävää ainesosaa, eli jätetään keraamiseen kappa-30 leeseen tarkoituksellisesti huomattava määrä alkuperäistä metallia sisältävää ainesosaa. Tämä lopputulos olisi tarkoituksenmukainen muodostettaessa esimerkiksi seoksia vieraan metallin ja alkuperäisen metallisen ainesosan välillä, joiden seosten ominaisuudet olisivat erilaiset tai paremmat kuin alkuperäisen ainesosan tai vieraan metallin ·...- 35 ominaisuudet.
11 84809
Toinen tekijä määritettäessä korvaamista tilavuussuhteiden yhteydessä on vieraan metallin liukenevuus tai sekoittuvuus metallia sisältävän ainesosan kanssa. Näin ollen metallien keskinäinen diffuusio ja toisen metallin korvaaminen toisella lisääntyy liukenevuuden tai sekoittu-S vuuden lisääntyessä.
Metallien keskinäisen diffuusion määrää tai astetta voidaan säädellä sen ajan pituudella, jonka keraaminen kappale on kosketuksessa vieraan metallin kanssa. Kosketusaika voi olla suhteellisen lyhyt sellaisten 10 suoritusmuotojen yhteydessä, joissa korvaaminen tapahtuu ainoastaan keraamisen kappaleen pinnalla tai sen lähellä. Toisin sanoen keraamisen kappaleen pinnalla (pinnoilla) oleva metallia sisältävä ainesosa korvattaisiin vieraalla metallilla, mikä jättäisi keraamisen kappaleen jäljelläolevan osan tai sisäosan olennaisesti muuttumattomaksi.
15 Lämpötila sekä aika valitaan siten, että diffuusion syvyyttä ja diffuusion etenemistahtia voidaan säädellä. Esimerkiksi lämpötila voidaan pitää toisen tai kummankin metallin sulamispisteen alapuolella kiinteän-kiinteän diffuusion tai kiinteän-nestemäisen diffuusion saavuttamisek-20 si, jotka molemmat ovat tavallisesti hitaampia kuin nestemäinen-neste-mäinen diffuusio. Alemmat lämpötilat ovat hyödyllisiä, kun korvaaminen tapahtuu keraamisen kappaleen pinnalla tai sen lähellä pikemminkin kuin läpi koko kappaleen. Lisäksi lämpötila voidaan valita muuttamaan (las-kemaan tai nostamaan) metallien viskoosisuutta ja/tai sekoittuvuutta, 25 mikä muuttaa diffuusion etenemistahtia. Lämpötilaa voidaan myös käyttää, kun lopputuotteeseen halutaan tiettyjä metalliseoksia tai metallien välisiä yhdisteitä.
Järjestelmän prosessointiaika- ja lämpötila saattavat täten riippua mo-30 nista tekijöistä kuten keraamisessa kappaleessa olevan metallia sisältävän ainesosan alkuperäisestä koostumuksesta, vieraan metallin koostumuksesta, toivotusta keskinäisestä diffuusion määrästä ja keraamiseen kappaleeseen haluttavasta korvaamisen syvyydestä. Käytettävän lämpötilan tulisi useimmissa tapauksissa mielellään olla ainakin toisen metal-35 Iin sulamispisteen yläpuolella ja useimmissa tapauksissa mielellään molempien metallien sulamispisteen yläpuolella. Lisäksi korkeampi läm- 12 84809 pötila voidaan valita diffuusion etenemistahdin lisäämiseksi. Suoritusmuodossa, jossa α-alumiinioksidista koostuva keraaminen kappale muodostetaan alumiiniperusmetallista ja ilmasta, mikä tuottaa alumiinime-tallia sisältävän ainesosan, ja nikkeliä käytetään vieraana metallina, 5 suositeltava lämpötila-alue nestemäiselle-nestemäiselle diffuusiolle on noin 1650°C, joka on nikkelin sulamispiste tai hieman sen yläpuolella, samoin kuin alumiinin ja minkä tahansa prosessissa muodostuneen metallien välisen yhdisteen sulamispisteen yläpuolella. Samaten kun nikkelin tilavuussuhde metallia sisältävään ainesosaan on 20:1, noin 95 % 10 metallia sisältävästä ainesosasta voidaan korvata nikkelillä noin 55-75 tunnissa tai lyhyemmässä ajassa, edellyttäen että noin 0,254-0,3175 cm paksua ja yhtenäistä metallia sisältävää näytettä on käytetty. Tulisi kuitenkin ymmärtää, että nämä tilavuussuhteet sekä aika- ja lämpötilaolosuhteet ovat ainoastaan havainnollistavia ja että prosessiolosuh-15 teitä voidaan muuttaa. Kiinteä-kiinteä diffuusio voidaan suorittaa nikkelin sulamispisteen alapuolella mutta alumiinin sulamispisteen yläpuolella olevassa lämpötilassa, mutta diffuusion etenemistahti olisi hitaampi. Prosessi voidaan myös viedä läpi korkeassa lämpötilasssa mutta alumiinin sulamispisteen alapuolella olevassa lämpötilassa kiin-20 teän-kiinteän diffuusion ollessa kyseessä, mikä saattaa olla tarkoituksenmukaista, kun korvaaminen tapahtuu ainoastaan keraamisen kap-' paleen hyvin rajoitettuun pintasyvyyteen.
Keraamisen kappaleen ja/tai vieraan metallikappaleen järjestelmää voi-: 25 daan haluttaessa ravistaa tai täristää sekoittumisen edistämiseksi ja näin parantaa diffuusioprosessia. Erityisesti ultraäänienergiaa voi-- daan ohjata keraamisen kappaleen ja vieraan metallin sisältävään upok kaaseen tai astiaan diffuusion etenemistahdin lisäämiseksi. Upokasta tai keraamista kappaletta voidaan vaihtoehtoisesti mekaanisesti ravis-30 taa tai liikuttaa koko prosessin tai prosessin osan aikana.
Nestemäistä-nestemäistä diffuusiota soveltavassa suositeltavassa suoritusmuodossa keraaminen kappale poistetaan upokkaasta vieraan metallin • ollessa vielä sulaa. Liian metallin annetaan valua pois keraamisen 35 kappaleen pinnoilta. On havaittu, että kostuttaminen ja/tai pintajänni-tysilmiö on tavallisesti riittävä pitämään muunnetun metallia sisältä- 13 84809 vän ainesosan keraamisessa kappaleessa. Keraamisen kappaleen pinnat voidaan jälkikäsitellä tai puhdistaa hiomalla, työstämällä, hiekkapuhalluksella, peittaamalla tai muulla vastaavalla menetelmällä, tai ne voidaan jättää sellaisiksi kuin ne ovat.
5
Kuten yllä on selitetty, keraaminen kappale tuotetaan sopivasta perusmetallista hakijan patenttien prosessien mukaisesti. Yhdessä tämän keksinnön suositeltavassa suoritusmuodossa sekarakenne tuotetaan käyttämällä täyteaineen massaa, joka on sijoitettu perusmetallin pinnan 10 viereen ja kosketukseen sen kanssa, ja prosessia jatketaan, kunnes hapettumisreaktiotuote on suodattunut täyteainepetiin sen rajalle asti, joka voidaan määrittää sopivalla rajoittimella. Täyteainemassa, joka on mielellään esimuotiksi muotoiltu, on riittävän huokoinen tai läpäisevä salliakseen hapettimen, kaasufaasihapettimen ollessa kyseessä, läpäistä 15 täyteaineen ja tulla kosketukseen metallin kanssa ja mahdollistaa ha-pettumisreaktiotuotteen kasvu täyteaineessa. Hapetin voi vaihtoehtoisesti sisältyä täyteaineeseen tai käsittää sen. Täyteaine voi sisältää minkä tahansa sopivan materiaalin kuten hiukkasia, jauheita, levykkeitä, onttoja kappaleita, palloja, kuituja, karvoja, jne., jotka ovat 20 tyypillisesti keraamisia materiaaleja. Myös metallista täyteainetta voidaan käyttää, kuten metallihiukkasia tai -kuituja, jos ne on suojattu päällysteellä diffuusiolta vieraan metallin kanssa tai jos on toi-::: vottavaa muuttaa myös täyteaineen ominaisuuksia keskinäisellä diffuu siolla vieraan metallin kanssa. Täyteainepeti voi lisäksi sisältää 25 vahvikesauvoista, levyistä tai langoista muodostetun ristikon. Näissä monikiteisissä keraamisissa rakenteissa, mukaanlukien keraamiset seka-rakenteet, hapettumisreaktiotuotteen kristalliitit ovat tyypillisesti • yhtenäisiä ja metallia sisältävä ainesosa on ainakin osittain yhtenäis tä ja se ulottuu keraamisen kappaleen ulkopinnalle.
30
Kuten hakijan patenteissa on selvitetty, perusmetallin yhteydessä käytetyt lisäaineet voivat tietyissä tapauksissa vaikuttaa suotuisasti ·;- hapettumisreaktioprosessiin, erityisesti alumiinia perusmetallina so veltavissa järjestelmissä. Lisäaineen toiminta tai toiminnot voivat 35 riippua monista muistakin tekijöistä kuin itse lisäaineesta. Tällaisia tekijöitä ovat esimerkiksi lisäaineiden tietty yhdistelmä kahta tai 14 84809 useampaa lisäainetta käytettäessä, ulkoisesti levitetyn lisäaineen käyttö yhdessä perusmetallin kanssa lejeeratun lisäaineen kanssa, lisäaineen (lisäaineiden) pitoisuus, hapettava ympäristö ja prosessiolo-suhteet.
5
Perusmetallin yhteydessä käytetty lisäaine tai käytetyt lisäaineet (1) voi olla järjestetty alumiiniperusmetalliin lisättävinä ainesosina, (2) voidaan levittää ainakin osaan perusmetallin pinnasta tai (3) voidaan levittää tai sisällyttää koko täyteaineeseen tai esimuottiin tai osaan 10 niistä, tai mitä tahansa kahta tai useampaa tekniikkaa (1), (2) ja (3) voidaan käyttää. Lejeerattua lisäainetta voidaan esimerkiksi käyttää yksinään tai yhdessä ulkoisesti levitetyn lisäaineen kanssa. Tekniikan (3) tapauksessa, jossa ylimääräinen lisäaine tai -aineet levitetään täyteaineeseen, levitys voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla ta-15 valla, kuten hakijan patenteissa on selvitetty.
Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita erityisesti ilman ollessa hapettimena ovat magnesium, sinkki ja pii joko yksin tai yhdessä toistensa kanssa tai yhdessä muiden lisäaineiden kanssa, kuten alla on 20 kuvattu. Nämä metallit tai metallien sopiva lähde voidaan lisätä alu- miinipohjaiseen perusmetalliin noin 0,1-10 painoprosentin pitoisuuksina perustuen saatavan lisätyn metallin kokonaispainoon. Näitä lisäaineita tai niiden sopivaa lähdettä (esim. MgO, ZnO tai Si02) voidaan käyttää myös ulkoisesti perusmetalliin. Alumiinioksidinen keraaminen rakenne on 25 täten saavutettavissa alumiinipiiseoksen ollessa perusmetallina ja j'-'; ilman ollessa hapettimena käyttämällä MgO:ta pintalisäaineena siten, että sen määrä on suurempi kuin noin 0,0008 grammaa per neliösenttimet-rl hapetettavaa perusmetallia ja suurempi kuin 0,003 grammaa per ne-liösenttimetri perusmetallia, jolle MgO levitetään.
. 30
Lisäesimerkkeinä lisäaineista, jotka ovat tehokkaita ilmalla hapetettavien alumiiniperusmetallien yhteydessä mainittakoon natrium, germanium, tina, lyijy, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yksittäin tai yhdessä yhden tai useamman muun lisäaineen kanssa 35 riippuen hapettimesta ja prosessiolosuhteista. Harvinaiset maan alku-: - aineet kuten serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat is 84809 myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen erityisesti käytettyinä yhdessä muiden lisäaineiden kanssa. Kaikissa hakijan patenteissa mainitut lisäaineet ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen kasvua alumiinipohjaisissa perusmetallijär-5 jestelmissä.
Kiinteää, nestemäistä tai kaasufaasihapetinta (kaasu-) tai tällaisten hapettimien yhdistelmää voidaan käyttää, kuten yllä on selvitetty. Tyypillisiä hapettimia ovat rajoituksitta esimerkiksi happi, typpi, 10 halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri ja näiden yhdisteet tai yhdistelmät kuten piidioksidi (hapen lähteenä), metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni ja propeeni (hiilen lähteenä) ja seokset kuten ilma, Hj/HjO ja C0/C03, joista kaksi jälkimmäistä (eli Hj/HjO ja C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämään ympäristön happi-15 aktiviteettia.
Vaikka mitä tahansa sopivia hapettimia voidaan käyttää, keksinnön erityisiä suoritusmuotoja kuvataan alla viitaten kaasufaasihapettimien käyttöön. Jos kaasua tai kaasufaasihapetinta, esim. ilmaa, kaasufaasi-20 hapettimena käytetään yhdessä täyteaineen kanssa, täyteaine on läpäisevä kaasufaasihapettimelle siten, että täyteainepedin joutuessa alttiiksi hapettimelle kaasufaasihapetin läpäisee täyteainepedin ja saapuu kosketukseen siinä olevan sulan perusmetallin kanssa. Termi "kaasu-faasihapetin" tarkoittaa höyrystynyttä tai normaalisti kaasumaista 25 materiaalia, joka tuottaa hapettavan ilmakehän. Esimerkiksi happea tai happea sisältäviä kaasuseoksia (mukaanlukien ilman) pidetään parempina kaasufaasihapettimina alumiinin ollessa perusmetallina, ja ilmaa arvostetaan tavallisesti sen ilmeisen taloudellisuuden vuoksi. Kun hapetin tunnistetaan tietyn kaasun tai höyryn sisältäväksi tai käsittäväksi, 30 tämä tarkoittaa hapetinta, jossa tunnistettu kaasu tai höyry on perusmetallin ainoa, hallitseva tai ainakin merkittävä hapetin käytetyssä hapettavassa ympäristössä saaduissa olosuhteissa. Vaikka esimerkiksi Ilman pääainesosa on typpi, ilman happipitoisuus on perusmetallin ainoa hapetin, koska happi on merkittävästi voimakkaampi hapetin kuin typpi.
35 Ilma määrittyy tämän vuoksi "happea sisältävänä kaasuhapettimena" eikä "typpeä sisältävänä kaasuhapettimena". Esimerkiksi "typpeä sisältävästä 1« 84809 kaasuhapettlmesta" tässä yhteydessä käytettynä ja patenttivaatimuksissa on "muodostuskaasu", joka sisältää noin 96 tilavuus-% typpeä ja noin 4 tilavuus-% vetyä.
5 Kun käytetään kiinteää hapetinta, se on tavallisesti hajautettu koko täyteainepetiin tai perusmetallin viereisen pedin osaan täyteaineeseen sekoitettujen hiukkasten muodossa tai ehkä päällysteinä täyteainehiuk-kasten päällä. Mitä tahansa sopivaa kiinteää hapetinta voidaan käyttää mukaanlukien alkuaineet, kuten boori ja hiili, tai pelkistyvät yhdis-10 teet, kuten piidioksidi, tai tietyt boridit, joilla on alhaisempi läm-pödynaaminen stabiliteetti kuin perusmetallin boridireaktiotuotteella. Kun esimerkiksi booria tai pelkistyvää boridia käytetään kiinteänä hapettimena alumiiniperusmetallille, saatava hapettumisreaktiotuote on alumiiniboridia.
15
Joissakin tapauksissa hapettumisreaktio saattaa edetä niin nopeasti kiinteän hapettimen kanssa, että hapettumisreaktiotuote pyrkii sulautumaan prosessin eksotermisen luonteen vuoksi. Tämä tapahtuma voi heikentää keraamisen kappaleen mikrorakenteellista yhtenäisyyttä. Tämä nopea 20 eksoterminen reaktio voidaan välttää sekoittamalla koostumukseen suhteellisen inerttisiä täyteaineita, joilla on alhainen reaktiivisuus. Tällaiset täyteaineet absorboivat reaktion lämmön minimoiden lämmön-häviövaikutusta. Esimerkkinä tällaisesta sopivasta inerttisestä täyteaineesta mainittakoon sellainen täyteaine, joka on identtinen aiotun 25 hapettumisreaktiotuotteen kanssa.
Jos käytetään nestemäistä hapetinta, koko täyteainepeti tai perusmetallin viereinen osa siitä kyllästetään hapettimella. Täyteaine voidaan esimerkiksi päällystää tai upottaa hapettimeen täyteaineen kyllästämi-____ 30 seksi. Viittaus nestemäiseen hapettimeen tarkoittaa sellaista hapetinta, joka on nestemäinen hapettumisreaktio-olosuhteissa, ja nestemäisellä hapettimella voi näin olla kiinteä esiaste, kuten suola, joka on sulassa muodossa hapettumisreaktio-olosuhteissa. Nestemäinen hapetin voi vaihtoehtoisesti olla nestemäinen esiaste, esim. materiaalin liuos, 35 jota käytetään kyllästämään koko täyteaine tai osa siitä ja joka sulatetaan tai liuotetaan hapettumisreaktio-olosuhteissa sopivan hapetin- 17 84809 osuuden saavuttamiseksi. Esimerkkejä nestemäisistä hapettimista ovat tässä määritettyinä alhaissulatteiset lasit.
Rajoitinta voidaan käyttää täyteaineen tai esimuotin yhteydessä hapet-5 tumisreaktiotuotteen kasvun tai kehittymisen estämiseksi rajoittimen ulkopuolella, kun kaasufaasivaihehapettimia käytetään keraamisen kappaleen muodostamiseen. Sopiva rajoitin voi olla mikä tahansa materiaali, yhdiste, alkuaine, kooste tai vastaava, joka tämän keksinnön proses-siolosuhteissa säilyttää osan yhtenäisyyttään, ei ole haihtuva ja on 10 mielellään läpäisevä kaasufaasihapettimelle sekä pystyy paikallisesti estämään, negatiivisesti aktivoimaan, pysäyttämään, häiritsemään, ehkäisemään, jne. hapettumisreaktiotuotteen jatkuvan kasvun. Sopivia rajoittimia alumiiniperusmetallin yhteydessä ovat kalsiumsulfaatti (kipsi), kalsiumsilikaatti ja portlandsementti sekä näiden seokset, 15 jotka levitetään tyypillisesti lietteenä tai pastana täyteaineen pintaan. Nämä rajoittimet voivat myös sisältää sopivan palavan tai haihtuvan materiaalin, joka eliminoituu kuumennettaessa, tai materiaalin, joka hajoaa kuumennettaessa, rajoittimen huokoisuuden ja läpäisevyyden lisäämiseksi. Rajoitin voi edelleen sisältää sopivan tulenkestävän 20 hiukkasmaisen materiaalin, mikä vähentää mitä tahansa mahdollista kutistumista tai halkeilemista, jota muutoin saattaisi esiintyä prosessin aikana. Hiukkasmainen materiaali, jolla on olennaisesti sama laajene-miskerroin kuin täyteainepedillä tai esimuotilla, on erityisen tarkoituksenmukainen. Jos esimerkiksi esimuotti käsittää alumiinioksidin ja 25 saatava keramiikka käsittää alumiinioksidin, rajoitin voidaan sekoittaa alumiinioksidihiukkasten kanssa, joiden seulamitta on mielellään noin 20-1000, mikä vastaa noin 10-850 mikronin huokoskokoa mutta voi olla hienompikin. Muita sopivia rajoittimia ovat tulenkestävä keramiikka tai metallipäällykset, jotka ovat avoimia ainakin toisesta päästään sal-30 liakseen kaasufaasihapettimen läpäistä pedin ja tulla kosketukseen sulan perusmetallin kanssa.
Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksinnön tiettyjen ominaisuuksien käyttöä.
35 is 84809 α-alumiinoksldla ja yhtenäistä alumiinia sisältävät keraamiset kappaleet valmistettiin kutakin viittä allaesitettyä esimerkkiä varten hapettamalla ilmassa 5052-alumiiniseosta perusmetallina (sisältäen nimellisesti 2,5 painoprosenttia magnesiumia Ja noin 1 painoprosenttia muita S aineita) ylläkuvatun menetelmän mukaisesti. Piidioksidi (miinus 140-raekoko) lisäaineena levitettiin ulkoisesti kunkin metalliharkon yläpintaan, ja kukin harkko sijoitettiin alumiinioksidiseen tulenkestävään rakeiseen petiin (raekoko 90, El Alundum, Norton Co.) siten, että kasvupinta oli samassa tasossa pedin pinnan kanssa ja suoraan alttiina 10 ilmalle. Kunkin erän prosessiolosuhteet on esitetty allaolevassa taulukossa 1. Röntgensädekartoitusanalyysi, jossa käytettiin energiaa hajottavaa spektrometriaa, joka havainnollisti vaiheiden alkeishajonnan saaduissa keraamisissa kappaleissa, vahvisti metallisen alumiinin läsnäolon. Alumiinin yhtenäisyys on osoitettu sähkönjohtavuusmittauksilla.
IS Samaa röntgensädetekniikkaa käytettiin erän 1 (esimerkki 1) ja erän 3 (esimerkki 3) keraamisissa kappaleissa kunkin metallisen ainesosan muuntamisen jälkeen. Näistä analyyseistä saadut optiset mikrovalokuvat ja tietokoneella tarkennetut kartat on esitetty kuviossa 3a-d ja 4a-d tässä järjestyksessä.
20 19 84809 TAULUKKO 1
S PROSESSIOLOSUHTEET
Ulkoinen Jähmettymispisteen Aika jähmettymis-
Erä Harkkokoko lisäaine lämpötila pisteen lämpötilassa 10 1 2 tankoa 1 g 1125°C 72 tuntia 21,6cm x 5,1 cm x 1,27 cm 5 tunnin lämmitysaika 5 tunnin jäAhdytysaika 2 8 tankoa 1 g 1125°C 17 päivää 15 22,9 cm x 5,1 cm x 1,27 cm 5 tunnin lämmitysaika 20 tunnin jäähdytysaikä 3 8 tankoa 12 g 1125°C 154 tuntia 5,1 cm x 22,9 cm x 1,27 cm 10 tunnin lämmitysaika 20 plus 15 tunnin jäähdytysaika 2 levyä 20,3 cm x 22,9 cm x 0,64 cm 4 1 tanko 4,9 g 1050°C 192 tuntia 25 5,1 cm x 22,9 cm x 1,27 cm 6 tunnin lämmitysaika 20 tunnin jäähdytysaika 5 3 tankoa 1 g 1125°C 168 tuntia 22,9 cm x 20,5 cm x 1,27 cm 10 tunnin lämmitysaika 30 30 tunnin jäähdytysaika
Esimerkki 1 35 20,06 grammaa painava nikkeliaihio sijoitettiin erässä 1 tuotetun ke raamisen kappaleen päälle, joka painoi 7,63 grammaa ja oli mitoiltaan 20 84809 2,54 -0,6875 cm x 0,4375 cm x 0,1875 cm paksu. Tämä nikkelin ja keramiikan kooste käärittiin nikkelifolioon (0,127 mm paksu). Koostetta kuumennettiin 1200°C:ssa 69 h tuntia 25 cm1 minuutissa virtaavassa ar-gonkaasuilmakehässä. Saadulla keraamisella kappaleella oli yhtenäinen, S metallia sisältävä ainesosa, joka käsitti Ni-Al-vaiheet sisältäen noin 33,0-48,3 paino-% nikkeliä, 51,2-66,4 paino-% alumiinia sekä pieniä määriä piitä, kuten energiaa hajottava röntgensädeanalyysi osoitti. Kuvio 3a on optinen 1000 kertaa suurennettu mikrovalokuva erän 1 keraamisesta tuotteesta, ja kuvio 3b on energiaa hajottavalla spektromet-10 rialla saatu, tietokoneella tarkennettu kartoitus tästä tuotteesta, joka osoittaa alumiinimetallisen ainesosan. Kuvio 3c on 1000 kertaa suurennettu optinen mikrovalokuva tämän esimerkin 1 lopullisesta tuotteesta muuntamisen jälkeen, ja energiaa hajottavalla spektrometrialla saatua, tietokoneella tarkennettua kartoitusta tästä tuotteesta käy-15 tettiin havainnollistamaan nikkelin jakautumista kuviossa 3d. Nämä kartoitukset esittävät selvästi alkuperäisen metallisen ainesosan muuntumisen syrjäyttämällä ainakin osa alumiinia nikkelillä.
Efllmeidskl 2 20
Esimerkin 1 menettely toistettiin erän 2 6,36 grammaa painavaa keraamista aihiota ja 15,9 grammaa painavaa nikkeliaihiota käyttämällä, mutta lämpötila oli 1525°C ja pitoaika 66,5 tuntia. Lopullisessa tuotteessa oleva yhtenäinen metallinen ainesosa analysoitiin energiaa ha-25 jottavalla röntgensädeanalyysillä, joka osoitti sen sisältävän noin 94,5 paino-% nikkeliä ja 5,5 paino-% alumiinia.
Esimerkki 3 30 Erän 3 2,70 grammaa painava keraaminen kappale (mitoiltaan 0,9375 cm x 0,375 cm x 0,125 cm) asetettiin keraamiseen laivaan ja peitettiin 38,90 grammalla kuparirakeita (puhtaudeltaan 99,9 %). 1000 kertaa suurennettu optinen mikrovalokuva erän 3 tuotteesta on esitetty kuviossa 4a, ja tämä sama tuote on esitetty kuviossa 4b, joka on 1000 kertaa suurennet-35 tu, energiaa hajottavalla spektrometrialla saatu, tietokoneella tarkennettu kartoitus alumlinimetallln läsnäolon osoittamiseksi. 4,90 gramman 21 84809 alumlinioksidiaihio sijoitettiin rakeiden päälle estämään kappaletta kellumasta. Koostetta kuumennettiin 24 tunnin ajan 1250°C:ssa argonilma-kehässä, joka virtasi 5-10 cn^/min. Lopullisen keraamisen tuotteen yhtenäisessä metallisessa ainesosassa oleva keskimääräinen kuparipitoi-S suus oli noin 41,2 paino-% ja alumiinin noin 57,8 paino-%, ja loppuosa sisälsi vähäisiä määriä piitä ja magnesiumia. Kuvio 4c on 1000 kertaa suurennettu optinen mikrovalokuva muunnetusta tuotteesta, ja kuvio 4d havainnollistaa kuparin jakaanttunista, joka on määritetty tietokoneella tarkennetulla, energiaa hajottavalla röntgensädekartoituksella.
10
Esimerkki, 4 1,92 gramman näyte (mitoiltaan 0,8125 cm x 0,3125 cm x 0,125 cm) erän 4 keraamisesta kappaleesta sijoitettiin kannelliseen 1018-terässälliöön 15 kokonaispainon ollessa 19,53 grammaa ja kuumennettiin keraamisessa laivan muotoisessa kappaleessa 1350°C:ssa 48 1/4 tuntia. Lopullisen keraamisen tuotteen metalliset ainesosat sisälsivät ainoastaan noin 66,1 paino-% alumiinia ja huomattavia määriä rautaa ja mangaania 1018-teräksestä osoittaen, että vieras metalli oli osittain korvannut alku-20 peräisen metallisen ainesosan.
. . Esimerkki 5
Erän 5 keraaminen kappale mitoiltaan 1,27 cm x 0,1 cm x 0,375 cm sijoi-25 tettiin keraamiseen upokkaaseen ja peitettiin 125 grammalla puhdistettuja hopearakeita (S-166, Fisher Scientific Co.). Upokkaan reunoihin kiinnitetty poikittaistanko esti näytteen kellumisen. Koostetta kuumennettiin 1000°C:ssa ilmassa 16 tunnin ajan. Analyysi osoitti lopullisen tuotteen metallisen ainesosan sisältävän noin 97 paino-% hopeaa ja noin ____ 30 3 paino-% alumiinia.

Claims (10)

22 84809
1. Menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi, jolla on modifioitu metallia sisältävä ainesosa, tunnettu siitä, että S menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: (a) muodostetaan itsekantava keraaminen kappale, joka käsittää (i) monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen muodostettuna sulan perusmetal-liesiasteen hapettamisella hapettimen kanssa ja (li) yhtenäisen metal- 10 lia sisältävän ainesosan, joka on ainakin osittain ulottuu keraamisen kappaleen yhdelle tai useammalle pinnalle; (b) saatetaan mainitun keraamisen kappaleen ainakin yksi pinta kosketuksiin vieraan metallin kanssa, joka on erilainen kuin yhtenäinen IS metallia sisältävä ainesosa, lämpötilassa ja aikana, jotka ovat riittävät yhtenäisen metallia sisältävän ainesosan ja vieraan metallin välisen diffuusion aiheuttamiseksi, ja jolloin keraamista kappaletta ja/tai vierasta metallia sekoitetaan kosketusvaiheen aikana, jolloin ainakin osa metallia sisältävästä ainesosasta korvautuu ainakin osittain vie-20 raalla metallilla, jolloin tuotetaan modifioitu metallia sisältävä ainesosa keraamiseen kappaleeseen; ja . . (c) otetaan talteen keraaminen kappale, joka käsittää modifioidun me tallia sisältävän ainesosan. \ 25
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keksintö, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää metallin, joka valitaan ryhmästä, joka koostuu alumiinista, piistä, titaanista, tinasta, sirkoniumista ja hafniu-mista. 30
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keksintö, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiinia ja metallia sisältävä ainesosa käsittää alumiinia.
4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen keksintö, tunnettu siitä, että vieras metalli käsittää ainakin yhden aineen, joka valitaan 23 84809 seuraavasta ryhmästä: nikkeli, rauta, hopea, titaani, vanadiini, kupari, uraani, koboltti, kromi, molybdeeni, pii, volframi, germanium, tina, magnesium, yttrium, sirkonium, hafnium, niobium, mangaani, platina, palladium, kulta, sinkki, alumiini ja lyijy sekä näiden seokset, -5 metallien väliset yhdisteet ja näiden yhdistelmät.
5. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 4 mukainen keksintö, tunnettu siitä, että vieraan metallin tilavuusmäärä on ainakin viisi kertaa suurempi kuin yhtenäisen, metallia sisältävän ainesosan määrä, ennen kos- 10 ketukseen saattamista.
6. Patenttivaatimuksen 1,2,3,4 tai 5 mukainen keksintö, tunnet-t u siitä, että lämpötila mainitun kosketusvaiheen aikana on korkeampi kuin ainakin yhden vieraan metallin, yhtenäisen metallia sisältävän 15 ainesosan tai jonkun vieraan metallin ja yhtenäisen metallia sisältävän ainesosan yhdistelmän sulamispiste.
7. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 4 mukainen keksintö, tunnettu siitä, että itsekantava keraaminen kappale edelleen käsittää täyteai- 20 neen, joka edullisesti on esimuotoiltu esimuotiksi ja monikiteisellä hapettumisreaktiotuotteella suodattunut.
8. Minkä tahansa edeltävien patenttivaatimusten mukainen menetelisä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi perusmetallin hapet- 25 tamisella, tunnettu siitä, että menetelmä edelleen käsittää seuraavat vaiheet: (a) kuumennetaan perusmetalli kaasfufaasihapettimen läsnäollessa sulan metallimassan muodostamiseksi ja sulan perusmetallin annetaan reagoida hapettimen kanssa lämpötilassa, joka on perusmetallin sulamispisteen yläpuolella, mutta tuloksena saadun hapetusreaktiotuot-30 teen sulamispisteen alapuolella, muodostamaan hapettumisreaktiotuote, joka on kosketuksessa sulan metallin ja hapettimen kanssa näiden välillä; (b) ylläpidetään lämpötilaa metallin pitämiseksi sulana ja sula metalli vetäytyy progressiivisesti hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta siten, että tuoretta hapettumisreaktiotuotetta muodostuu ... 35 jatkuvasti hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktio tuotteen välisellä rajapinnalla, ja (c) jatketaan reaktiota riittävän 24 84809 pitkän ajan keraamisen kappaleen tuottamiseksi, joka käsittää hapettu-misreaktiotuotteen ja yhtenäisen, metallia sisältävän ainesosan, joka ainesosa ainakin osittain ulottuu keraamisen kappaleen ulkopinnalle, joka menetelmä käsittää A), että saatetaan keraamisen kappaleen ulko-5 pinta kosketukseen vieraan metallin kanssa, joka on erilainen kuin perusmetalli, jotta voidaan luoda väkevyysgradientti vieraan metallin ja yhdistyneen metallia sisältävän ainesosan välille, jolloin kosketus-aika on riittävä vieraan metallin ja yhtenäisen metallia sisältävän ainesosan keskinäiselle diffuusiolle, jolloin ainakin osa yhtenäisestä 10 metallia sisältävästä ainesosasta korvautuu keraamisesta kappaleesta vieraalla metallilla ja (B) keraaminen kappale otetaan talteen.
9. Itsekantava keraaminen kappale, tunnettu siitä, että se käsittää (a) monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen muodostettuna sulan 15 perusmetallin kuten alumiiniperusmetallin hapettamisella hapettimen kanssa ja (b) yhtenäisen metalleja sisältävän ainesosan, edullisesti 1-40 tilavuusprosenttia keraamisesta kappaleesta, joka ainakin osittain ulottuu mainitun keraamisen kappaleen yhdelle tai useammalle pinnalle ja josta ainakin osa on saatu ulkoisesta lähteestä keskinäisen diffuu-20 sion avulla, mikä tapahtuu monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen muodostamisen jälkeen, jolloin keskinäinen diffuusio tapahtuu paikan päällä monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen aikana jääneen - . ensimmäisen metallin ja ulkoisesta lähteestä tulevan toisen metallin välillä, jolloin keraamisella kappaleella on yksi tai useampi ominai-25 suus, jotka on modifioitu niihin ominaisuuksiin nähden, jotka sillä oli ennen diffuusiota.
10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen keraaminen kappale, tunnettu siitä, että monikiteistä hapetusreaktiotuotetta on suodattunut täyteai- 30 neeseen, joka täyteaine koostuu ainoastaan yhdestä aineesta tai se on kahden tai useamman täyteaineen seos. 25 84 809
FI873078A 1986-08-13 1987-07-13 Keramiska stycken med en modifierad metallinnehaollande komponent och foerfaranden foer tillverkning av dessa. FI84809C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/896,481 US4868143A (en) 1986-08-13 1986-08-13 Methods of making ceramic articles with a modified metal-containing component
US89648186 1986-08-13

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI873078A0 FI873078A0 (fi) 1987-07-13
FI873078A FI873078A (fi) 1988-02-14
FI84809B true FI84809B (fi) 1991-10-15
FI84809C FI84809C (fi) 1992-01-27

Family

ID=25406292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI873078A FI84809C (fi) 1986-08-13 1987-07-13 Keramiska stycken med en modifierad metallinnehaollande komponent och foerfaranden foer tillverkning av dessa.

Country Status (29)

Country Link
US (2) US4868143A (fi)
EP (1) EP0256963B1 (fi)
JP (1) JP2505209B2 (fi)
KR (1) KR950002337B1 (fi)
CN (1) CN87105586A (fi)
AT (1) ATE70859T1 (fi)
AU (1) AU595913B2 (fi)
BG (1) BG50271A3 (fi)
BR (1) BR8703516A (fi)
CA (1) CA1294992C (fi)
CS (1) CS275799B6 (fi)
DD (1) DD284670A5 (fi)
DE (1) DE3775492D1 (fi)
DK (1) DK165502C (fi)
ES (1) ES2038201T3 (fi)
FI (1) FI84809C (fi)
GR (1) GR3004021T3 (fi)
HU (1) HU202168B (fi)
IE (1) IE60169B1 (fi)
IL (1) IL83094A (fi)
IN (1) IN168339B (fi)
MX (1) MX170921B (fi)
NO (1) NO872854L (fi)
NZ (1) NZ220947A (fi)
PH (1) PH25041A (fi)
PL (1) PL155243B1 (fi)
PT (1) PT85451B (fi)
SU (1) SU1676457A3 (fi)
YU (1) YU46662B (fi)

Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5266415A (en) * 1986-08-13 1993-11-30 Lanxide Technology Company, Lp Ceramic articles with a modified metal-containing component and methods of making same
US5122488A (en) * 1986-08-13 1992-06-16 Lanxide Technology Company, Lp Ceramic articles with a modified metal-containing component and methods of making same
US5104835A (en) * 1986-09-16 1992-04-14 Lanxide Technology Company, Lp Surface bonding of ceramic bodies
US4960736A (en) * 1986-09-16 1990-10-02 Lanxide Technology Company, Lp Surface bonding of ceramic bodies
US5086019A (en) * 1986-09-16 1992-02-04 Lanxide Technology Company, Lp Reservoir feed method of making ceramic composite structures and structures made thereby
US5238886A (en) * 1986-09-16 1993-08-24 Lanxide Technology Company, Lp Surface bonding of ceramic bodies
US5268339A (en) * 1986-09-17 1993-12-07 Lanxide Technology Company, Lp Method for in situ tailoring the component of ceramic articles
US5633213A (en) * 1986-09-17 1997-05-27 Lanxide Technology Company, Lp Method for in situ tailoring the component of ceramic articles
US5167271A (en) * 1988-10-20 1992-12-01 Lange Frederick F Method to produce ceramic reinforced or ceramic-metal matrix composite articles
US5004034A (en) * 1988-11-10 1991-04-02 Lanxide Technology Company, Lp Method of surface bonding materials together by use of a metal matrix composite, and products produced thereby
US5004714A (en) * 1989-01-13 1991-04-02 Lanxide Technology Company, Lp Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby
US5149678A (en) * 1989-01-13 1992-09-22 Lanxide Technology Company, Lp Method of modifying ceramic composite bodies by a post-treatment process and articles produced thereby
IL92397A0 (en) * 1989-01-30 1990-07-26 Lanxide Technology Co Ltd Method of producing self-supporting aluminum titanate composites and products relating thereto
DE3914010C2 (de) * 1989-04-26 1995-09-14 Osaka Fuji Corp Verfahren zur Herstellung von Metall-Keramik-Verbundwerkstoffen sowie Verwendung des Verfahrens zur Steuerung der Materialeigenschaften von Verbundwerkstoffen
US5232040A (en) * 1990-07-12 1993-08-03 Lanxide Technology Company, Lp Method for reducing metal content of self-supporting composite bodies and articles formed thereby
US5500182A (en) * 1991-07-12 1996-03-19 Lanxide Technology Company, Lp Ceramic composite bodies with increased metal content
US5503122A (en) * 1992-09-17 1996-04-02 Golden Technologies Company Engine components including ceramic-metal composites
US5626914A (en) * 1992-09-17 1997-05-06 Coors Ceramics Company Ceramic-metal composites
US5614043A (en) 1992-09-17 1997-03-25 Coors Ceramics Company Method for fabricating electronic components incorporating ceramic-metal composites
US5525374A (en) * 1992-09-17 1996-06-11 Golden Technologies Company Method for making ceramic-metal gradient composites
US6338906B1 (en) 1992-09-17 2002-01-15 Coorstek, Inc. Metal-infiltrated ceramic seal
US6143421A (en) * 1992-09-17 2000-11-07 Coorstek, Inc. Electronic components incorporating ceramic-metal composites
US5676907A (en) * 1992-09-17 1997-10-14 Coors Ceramics Company Method for making near net shape ceramic-metal composites
US5350003A (en) * 1993-07-09 1994-09-27 Lanxide Technology Company, Lp Removing metal from composite bodies and resulting products
AUPP798898A0 (en) 1998-12-31 1999-01-28 Ceramic Fuel Cells Limited Electrically conductive ceramics
US20090095436A1 (en) * 2007-10-11 2009-04-16 Jean-Louis Pessin Composite Casting Method of Wear-Resistant Abrasive Fluid Handling Components
US20150197860A1 (en) * 2014-01-10 2015-07-16 Hua-Li Lee Process of Producing a Ceramic Matrix Composite
CN105132784A (zh) * 2015-09-10 2015-12-09 苏州莱特复合材料有限公司 一种抗压高硬度的复合金属陶瓷材料及其制备方法
CN108149109A (zh) * 2017-12-27 2018-06-12 洛阳神佳窑业有限公司 金属陶瓷材料
CN108149100A (zh) * 2017-12-27 2018-06-12 洛阳神佳窑业有限公司 火喷嘴用金属陶瓷材料
CN108149099A (zh) * 2017-12-27 2018-06-12 洛阳神佳窑业有限公司 一种金属陶瓷材料

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2741822A (en) * 1951-01-29 1956-04-17 Carborundum Co Preparation of refractory products
US3031340A (en) * 1957-08-12 1962-04-24 Peter R Girardot Composite ceramic-metal bodies and methods for the preparation thereof
US3255027A (en) * 1962-09-07 1966-06-07 Du Pont Refractory product and process
US3298842A (en) * 1963-03-22 1967-01-17 Du Pont Process for preparing hollow refractory particles
US3285714A (en) * 1963-04-02 1966-11-15 Clevite Corp Refractory metal composite
US3296002A (en) * 1963-07-11 1967-01-03 Du Pont Refractory shapes
US3419404A (en) * 1964-06-26 1968-12-31 Minnesota Mining & Mfg Partially nitrided aluminum refractory material
US3473987A (en) * 1965-07-13 1969-10-21 Du Pont Method of making thin-walled refractory structures
US3421863A (en) * 1966-03-04 1969-01-14 Texas Instruments Inc Cermet material and method of making same
US3437468A (en) * 1966-05-06 1969-04-08 Du Pont Alumina-spinel composite material
US3789096A (en) * 1967-06-01 1974-01-29 Kaman Sciences Corp Method of impregnating porous refractory bodies with inorganic chromium compound
US3473938A (en) * 1968-04-05 1969-10-21 Du Pont Process for making high strength refractory structures
US3608170A (en) * 1969-04-14 1971-09-28 Abex Corp Metal impregnated composite casting method
US3770488A (en) * 1971-04-06 1973-11-06 Us Air Force Metal impregnated graphite fibers and method of making same
US3867177A (en) * 1972-01-05 1975-02-18 Dow Chemical Co Impregnation of porous body with metal
US3864154A (en) * 1972-11-09 1975-02-04 Us Army Ceramic-metal systems by infiltration
US3868267A (en) * 1972-11-09 1975-02-25 Us Army Method of making gradient ceramic-metal material
JPS49107308A (fi) * 1973-02-13 1974-10-11
JPS539254B2 (fi) * 1973-03-26 1978-04-04
US3973977A (en) * 1973-11-01 1976-08-10 Corning Glass Works Making spinel and aluminum-base metal cermet
US4600481A (en) * 1982-12-30 1986-07-15 Eltech Systems Corporation Aluminum production cell components
ATE53863T1 (de) * 1983-02-16 1990-06-15 Moltech Invent Sa Gesinterte metall-keramikverbundwerkstoffe und ihre herstellung.
IT1206330B (it) * 1983-10-19 1989-04-14 Telettra Lab Telefon Filtri per microonde a piu'cavita'.
US4713360A (en) * 1984-03-16 1987-12-15 Lanxide Technology Company, Lp Novel ceramic materials and methods for making same
NZ211405A (en) * 1984-03-16 1988-03-30 Lanxide Corp Producing ceramic structures by oxidising liquid phase parent metal with vapour phase oxidising environment; certain structures
NZ212704A (en) * 1984-07-20 1989-01-06 Lanxide Corp Producing self-supporting ceramic structure
US4731115A (en) * 1985-02-22 1988-03-15 Dynamet Technology Inc. Titanium carbide/titanium alloy composite and process for powder metal cladding
US4713300A (en) * 1985-12-13 1987-12-15 Minnesota Mining And Manufacturing Company Graded refractory cermet article

Also Published As

Publication number Publication date
EP0256963A3 (en) 1988-08-17
NO872854D0 (no) 1987-07-09
IL83094A0 (en) 1987-12-31
BR8703516A (pt) 1988-04-05
FI873078A (fi) 1988-02-14
KR950002337B1 (ko) 1995-03-16
ATE70859T1 (de) 1992-01-15
DE3775492D1 (de) 1992-02-06
NO872854L (no) 1988-02-15
EP0256963A2 (en) 1988-02-24
JP2505209B2 (ja) 1996-06-05
PT85451B (pt) 1990-06-29
JPS6350360A (ja) 1988-03-03
FI873078A0 (fi) 1987-07-13
IE60169B1 (en) 1994-06-15
SU1676457A3 (ru) 1991-09-07
GR3004021T3 (fi) 1993-03-31
DK165502B (da) 1992-12-07
NZ220947A (en) 1989-11-28
DD284670A5 (de) 1990-11-21
IE871789L (en) 1988-02-13
BG50271A3 (en) 1992-06-15
KR880002774A (ko) 1988-05-11
DK165502C (da) 1993-04-19
YU46662B (sh) 1994-01-20
AU595913B2 (en) 1990-04-12
HU202168B (en) 1991-02-28
AU7622087A (en) 1988-02-18
PL155243B1 (en) 1991-10-31
IL83094A (en) 1991-06-30
CN87105586A (zh) 1988-04-13
PH25041A (en) 1991-01-28
FI84809C (fi) 1992-01-27
EP0256963B1 (en) 1991-12-27
MX170921B (es) 1993-09-22
IN168339B (fi) 1991-03-16
US5106698A (en) 1992-04-21
DK389287D0 (da) 1987-07-27
PT85451A (en) 1987-08-01
DK389287A (da) 1988-02-14
CS275799B6 (en) 1992-03-18
HUT46619A (en) 1988-11-28
CA1294992C (en) 1992-01-28
US4868143A (en) 1989-09-19
ES2038201T3 (es) 1993-07-16
YU143087A (en) 1989-02-28
PL267166A1 (en) 1988-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI84809B (fi) Keramiska stycken med en modifierad metallinnehaollande komponent och foerfaranden foer tillverkning av dessa.
FI83952C (fi) Foerfarande foer framstaellning av sjaelvbaerande keramiska struktur.
US5266415A (en) Ceramic articles with a modified metal-containing component and methods of making same
EP0261062B1 (en) Modified ceramic structures and methods of making the same
FI84811B (fi) Foerfarande foer att producera en sjaelvbaerande keramisk struktur samt ett sjaelvbaerande keramiskt stycke.
US5024794A (en) Self-supporting ceramic structures and methods of making the same
US5063185A (en) Modified ceramic structures and methods of making the same
IE61215B1 (en) Method for in situ tailoring the metallic component of ceramic articles and articles made thereby
FI86410B (fi) Foerfarande foer tillverkning av ett sjaelvbaerande keramiskt stycke.
US5122488A (en) Ceramic articles with a modified metal-containing component and methods of making same
US5204299A (en) Modified ceramic structures
US5185302A (en) Dense skin ceramic structure and method of making the same
IE62826B1 (en) Method for producing self-supporting ceramic bodies with refined microstructures

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP