FI84810B - Poroes keramisk sammansaettning med taet yta och foerfarande foer framstaellning av en saodan. - Google Patents

Description

8481 0

Tiheän pinnan omaava huokoinen keraaminen sekarakennekappale ja menetelmä sellaisen valmistamiseksi Porös keramisk sammansättning med tät yta och förfarande för framställning av en sädan 5 10

Keksinnön kohteena on menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakenne-kappaleen valmistamiseksi, jolla on huokoinen keerna, jolla puolestaan on tiheä pintakerros keernan kanssa yhtenäisesti muodostettuna.

15 Keksinnön kohteena on myös menetelmällä valmistettu keraaminen sekarakennekappale .

Esillä oleva keksintö liittyy yleisesti itsekantaviin huokoisiin keraamisiin sekarakennekappaleisiin, joilla on tiivis pintakerros, ja mene-20 telmiin tällaisten kappaleiden tuottamiseksi lähes lopulliseen muotoonsa, joiden kappaleiden kulumis-, lujuus- ja lämpöominaisuudet ovat entistä parempia.

Tämän hakemuksen aihe liittyy hakijan US-patenttiin n:o 4 713 360 ni-25 mellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit .*·. ja menetelmiä niiden valmistamiseksi". US-patentti 4 713 360 esittää menetelmän itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi, jotka on kasvatettu hapettumisreaktiotuotteena perusmetallieslasteesta. Sulan perusmetallin annetaan reagoida kaasufaasihapettimen kanssa hapet-30 tumisreaktiotuotteen muodostamiseksi, ja metalli etenee hapettumistuot-teen läpi kohti hapetinta kehittäen siten jatkuvasti keraamista moniki-teis-tä kappaletta, joka voidaan tuottaa siten, että sillä on yhtenäinen metallinen ainesosa. Prosessia voidaan edistää käyttämällä lejee-rattua lisäainetta, kuten tapauksessa, jossa alumiiniperusmetalli hape-35 tetaan ilmassa. Tätä menetelmää parannettiin käyttämällä ulkoisia lisäaineita levitettyinä esiastemetallin pintaan, kuten on kuvattu US-pa-tentissa 4 853 352, joka on myönnetty 1.8.1989, nimellä Marc S. New- 2 84810 kirk et ai ja nimeltään "Menetelmiä itsekantavien keraamisten sekara- kennekappaleiden valmistamiseksi".

Keksinnön aihe liittyy myös US-patenttiin n:o 4 851 375 nimellä Marc S. 5 Newkirk et ai ja nimeltään "Keraamiset sekarakennekappaleet ja menetelmiä niiden valmistamiseksi". Tämä US-patentti 4 851 375 kuvaa uutta menetelmää itsekantavien keraamisten sekarakennekappaleiden tuottamiseksi kasvattamalla hapettumisreaktiotuote perusmetallista täyteaineen läpäisevään massaan, jolloin täyteaine suodatetaan keraamisella matrii-10 silla.

Sekarakennekappaleita, jotka käsittävät metalliboridin, metallisen ainesosan ja valinnaisesti inerttisen täyteaineen, on kuvattu US-pa-tentissa n:o 4 777 014, nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään 15 "Menetelmä itsekantavien kappaleiden valmistamiseksi ja menetelmällä tehdyt tuotteet". Tämän keksinnön mukaisesti sula perusmetalli suodattuu boorilähteen massaan, joka voidaan sekoittaa inerttisen täyteaineen kanssa, ja reagoi boorilähteen kanssa muodostaen perusmetallin boridin. Olosuhteita säädellään sekarakennekappaleen aikaansaamiseksi, joka 20 sisältää vaihtelevia tilavuusprosentteja keramiikkaa ja metallia.

Yhteistä kaikille näille hakijan patenteille on keraamisen kappaleen suoritusmuotojen kuvaus, joka kappale käsittää hapettumisreaktiotuot-teen yhdistettynä yhdessä tai useammassa ulottuvuudessa (tavallisesti 25 kolmessa ulottuvuudessa) ja yhden tai useamman metallisen ainesosan tai komponentin. Metallin määrä, joka tyypillisesti sisältää perusmetallin hapettumattomia ainesosia ja/tai hapettimesta tai täyteaineesta pelkistynyttä metallia, riippuu sellaisista tekijöistä kuin lämpötila, jossa hapettumisreaktiotuote muodostetaan, aika, jona hapettumisreaktion t 30 sallitaan edetä, perusmetallin koostumus, lisäaineen läsnäolo, minkä tahansa hapettimen tai täyteaineen pelkistyneiden ainesosien läsnäolo, jne.

Kaikkien edellä mainittujen patenttien koko sisältöihin viitataan ni-35 menomaan tämän hakemuksen yhteydessä.

3 84810

Viime vuosina on esiintynyt yhä lisääntyvää mielenkiintoa keraamisten materiaalien käyttöön rakennekomponentteina ympäristöissä, joissa metalliset rakenne-elimet ovat aikaisemmin olleet hallitsevia. Sysäyksenä tälle mielenkiinnolle on ollut keramiikan paremmuus metalleihin 5 verrattuna suhteessa tiettyihin ominaisuuksiin kuten ruosteenkesto, kovuus, kimmokerroin, lämmöneristys- tai lämmönjohtavuusominaisuudet ja tulenkestävyys. Tämän seurauksena keraamisia komponentteja on valittu, tai niitä on kehitteillä, käytettäviksi moottorin komponentteina, läm-mönvaihtimina, leikkaavina työkaluina, laakereina ja kulumispintoina, 10 pumppuina ja laivojen osina.

Yllämainittujen käyttöalueiden joukosta keraamisten materiaalien liittäminen polttomoottoreihin tarjoaa merkittävän mahdollisuuden toiminnan parantamiseen ja saatavan suorituskyvyn parantamiseen. Keramiikal-15 la on alemmat kitkakertoimet kuin metalleilla, jonka ansiosta keramiikan mekaaniset ominaisuudet ovat paremmat kuin monien metallien ominaisuudet, mikä pitää paikkansa jopa polttomoottorin korkeassa lämpö-tilaympäristössä. Keramiikalla on myös suotuisammat mitanpitävyysomi-naisuudet laajalla lämpötila-alueella. Tietyt keraamiset komponentit 20 toimivat lämmmöneristiminä metalleihin verrattuna, ja tämäkin antaa mahdollisuuden moottorin hyötysuhteiden parantamiseen, koska suuri osa (raporttien mukaan jopa 75 %) polttoaineen energiasta voidaan menettää hukkalämpönä. Adiabaattisen polttomoottorin suunnittelun tavoite käytettäessä keramiikkaa ja sen alhaista lämmönjohtavuutta mutta hyvää 25 mitanpitävyyttä tulee lähelle toteutumistaan yritettäessä käyttää täydellisemmin hyväksi polttoaineen energia-arvoa. Keraamisen materiaalin kehitystä edistävät siis pitkään vallalla olleet käytännön tarpeet.

Keraamisten komponenttien muut ominaisuudet ovat kuitenkin rajoitta-30 neet niiden täydellistä käyttämistä tietyissä ympäristöissä, joissa tarvitaan rakenne-elimiä, joilla on hyvä rakenteellinen yhtenäisyys sekä pienempi taipumus eroosion tai kavitaation aiheuttamaa kulumista vastaan. Täysin tiheät keraamiset materiaalit täyttävät tietenkin joitakin näistä vaatimuksista; täysin tiheän keramiikan ja erityisesti 35 muodoltaan monimutkaisen keraamikan valmistaminen on kuitenkin vai- 4 84810 keata, koska massatuotannossa vaaditaan myös edullista osa-osalta tuot tamista.

Tiheiden keraamisten komponenttien valmistuksessa on saavutettu rajoi-5 tetusti menestystä joko rakenteeseen kiinteästi liittyvinä kappaleina tai sekarakennekappaleina. Yksi tällainen lähestymistapa on kuvattu Seufertille myönnetyssä US-patentissa 3 437 468. Tämä patentti liittyy alumiinloksidista/spinellistä koostuviin keraamisiin sekarakenteisiin. Kuvatussa prosessissa sula alumiini peitetään paksulla kerroksella hie-10 nosti jakautuneita magnesiumsilikaattihiukkasia. Sula alumiini kulkeutuu hiukkaskerroksen läpi, jossa se osittain hapetetaan alumiinin ja magnesiumsilikaatin hapettumisen vähentämisen avulla sekä hapettumisella ilmakehän hapen välityksellä. Prosessi tuottaa lopuksi monia oksidivaiheita ja metallivaiheita sisältävän sekarakenteen; nimittäin 15 spinellin, alfa-alumiinioksidin, vapaan piin ja/tai piialumiinin vaiheen, joka on ilmoitettu välimetalliksi, sisältäen tavallisesti myös alkeis- tai vapaata alumiinia. Reaktio on luonteeltaan hidas, ja hapettumista edistetään esimerkiksi alkalimetallioksidin avulla. Tuote otetaan talteen ja jauhetaan toivottuun hiukkaskokoon ja sekoitetaan sit-20 ten sopivien hartsien kanssa muovailtujen, korkeakitkaisten artikkeleiden muodostamiseksi.

Muitakin yrityksiä on esiintynyt keraamisten rakenteiden tuottamiseksi, joissa on lähestytty toivotun kappaleen lopullista muotoa, käyttämällä 25 hiukkasmaista esiastemetallia ja ilmahapetusta. Talsman US-patentti 3 255 027, Oberlinin US-patentti 3 473 938 ja Sowardsin US-patentti 3 473 987 kuvaavat tällaisia prosesseja kiinteästi rakenteeseen liittyvien runkorakenteiden, esimerkiksi kennoston, tuottamiseksi. Patentissa '027 ;’· hiukkasmainen alumiini tai alumiiniseos yhdistetään metallioksidijuok- 30 suttimen kanssa ja se voi myös sisältää hiukkasmaisen tulenkestävän täyteaineen. Seos hapetetaan alumiinin muuttamiseksi korundiksi. Saadaan yleisesti huokoinen rakenne, jolla on luontaisesti alhaiset lujuusominaisuudet.

35 Patentin saaja kuvaa patentin '027 keksintöä siten, että se tuottaa rakenteen, jolla on sisäinen tyhjiö. Patentin '938 tavoitteena on poistaa 5 84810 tämä haittapuoli sisällyttämällä alkuperäiseen seokseen vanadiiniyhdis-teen, joka prosessiolosuhteissa aiheuttaa alumiinioksidisiltojen muodostumisen. Patentin '987 tarkoituksena on myös parantaa Talsman kaksi-seinämäisen alumiinioksidituotteen lujuutta hapettamalla alumiinimalli-5 neet palkan päällä, jos mallineet on päällystetty alumiinijauheella, juoksuttimella ja tulenkestävällä täyteaineella.

Seufertin US-patentti 3 298 842 kuvaa menetelmää onttojen tulenkestävien hiukkasten, esimerkiksi onttojen alumiinioksidihiukkasten muodos-10 tamiseksi. Alumiinihiukkasten tai alumiiniseoshiukkasten huokoinen seos, tulenkestävä laimennin ja katalyytti kuumennetaan ilmassa noin 650°C:en yläpuolella olevaan lämpötilaan, joka on kuitenkin sen lämpötilan alapuolella, jossa tulenkestävän laimentimen itsesitoutuminen tai sintrautuminen tapahtuisi. Metallihiukkaset hapettuvat pinnoiltaan 15 kuluttaen vapaan metallin ja jättäen jälkeen tyhjiön onttojen tulenkestävien hiukkasten saamiseksi, jotka on fyysisesti erotettu tulenkestävästä laimentimesta. Laimennin voi tässä prosessissa olla inerttinen tai reaktiivinen; sen ollessa edellinen se on läsnä määrässä, joka on ainakin viisi kertaa metallisen ainesosan määrä, ja jälkimmäisessä 20 tapauksessa se on läsnä määrässä, joka on ainakin seitsenkertainen metallisen ainesosan määrään verrattuna. Nämä huomattavat laimenninmää-rät ovat välttämättömiä hapettuneiden hiukkasten agglomeraation minimoimiseksi ja tämän vuoksi jatkuvasti sidotun rakenteen välttämiseksi, joka tekisi toivottujen alumiinioksidihiukkasten talteenoton vaikeam-25 maksi. Näiden periaatteiden mukaisesti seos edelleen kuumennetaan suhteellisen ei-tiiviissä muodossa, jotta voidaan vähentää laimentimen taipumusta sitoutua ja edistää hapettimen vapaata pääsyä seoksen alumiiniin. Patentin haltija suosittelee ainakin 60 %:n tai mieluummin 70 %:n huokoisuuksia.

:Y: 30

Vaikka keraamisten kappaleiden valmistamista kohtaan on osoitettu pal-____ jon mielenkiintoa ja huomattavia yrityksiä on tehty niiden valmistamiseksi, mukaanlukien keraamisten kappaleiden valmistamisen paikan päällä tapahtuvan esiastemetallien hapettamisen avulla, näistä aikaisemmista 35 yrityksistä on yhdessä tai useammassa suhteessa puuttunut sellaisten tuotteiden kehittäminen, joiden rakenteellinen yhtenäisyys tekee ne 6 84810 kauppa-artikkeleiksi soveltuviksi. Esimerkiksi alumiinin migraatio kalvokonfiguraatiosta kaksiseinämäisen keraamisen rakenteen kehittämiseksi haittaa vakavasti tällä tavoin valmistetun kappaleen soveltuvuutta rakennekomponenttina, koska siitä puuttuu lujuutta, erityisesti 5 puristus- ja/tai taivutuslujuutta. Jotkut itse valmistustekniikoista ovat vaivalloisia vaatien mallineiden toistuvia päällystyksiä tai vastaavia sekä kuivausvaiheita.

Tällaisten menetelmien puutteellisuuksista, joissa käytetään paikan 10 päällä tapahtuvaa jauheiden, kalvojen ja lankojen hapettamista keraamisten kappaleiden luomiseen, mainittakoon edelleen tällaisten kappaleiden erittäin huono kontaktikulumisen ja eroosionvastustamisen kyky. Juuri aikaisemman tekniikan tason mukaisten tuotteiden luontainen huokoisuus johtaa niiden heikkoihin rakenne- ja kulumisominaisuuksiin, ja 15 tämä on paljolti rajoittanut tällaisten keksintöjen käytännön soveltuvuutta.

Menetelmät, jotka hapettavat mallineen ja täten pyrkivät saavuttamaan tämän päämäärän, rajoittuvat tuottamaan luontaisesti heikkoja rakentei-20 ta. Toisaalta muut yritykset, joilla on tähän mennessä saavutettu hyväksyttävän lujuuden omaavia keraamisia rakennekomponentteja, ovat rajoittuneet korkeita paineita ja lämpötiloja edellyttäviin valmistusprosesseihin niiden ainesosien sintrautumisen ja tihentymisen aikaansaamiseksi, mikä tekee valmistuskustannukset epäedullisiksi. Näin ollen 25 nykyisestä tekniikan tasosta puuttuvat pääasiassa menetelmät hyödyllisten rakennekappaleiden tuottamiseksi.

Esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 30 a) valmistetaan esimuotti käsittäen täyteaineen ja perusmetallin hajau- ..... tettuna täyteaineeseen ja jossa perusmetallin tilavuusprosentti on riittävä muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen määrän, joka ylittää esimuotissa saatavissa olevan vapaan tilavuuden; 35 7 84810 b) sulatetaan perusmetalli hapettimen läsnäollessa ja saatava sulan perusmetallin annetaan reagoida sen kanssa muodostamaan hapettumisreak-tlotuote; S c) sula perusmetalli kulkeutuu hapettumlsreaktlotuotteeseen kohti hape-tlnta hapettumlsreaktlotuotteen muodostumisen jatkamiseksi esimuotissa, jotta koko vapaa tilavuus olennaisesti täyttyisi ja koska perusmetallia, jota on hajautettuna täyteaineessa, kulkeutuu hapetusreaktiotuot-teeseen, muodostuu samanaikaisesti tyhjiöitä olennaisesti läpi koko 10 esimuotin poistuvan perusmetallin tilalle, jotka tyhjiöt ainakin osittain käänteisesti toistavat sanotun perusmetallin geometrian; d) jatketaan sanottua reaktiota ajan, joka riittää sulan perusmetallin kulkeutumiseksi edelleen hapettumlsreaktlotuotteen läpi kohti hapetinta 15 ja ainakin esimuotin yhteen pintaan hapettumisreaktiotuotteen tiiviin pintakerroksen muodostamiseksi ainakin yhdelle pinnalle, joka on olennaisesti vapaa tyhjiöistä, muodostaen täten suhteellisen tiheän pintakerroksen; ja 20 e) otetaan talteen saatu keraaminen sekarakennekappale.

Keksinnön mukainen keraaminen sekarakennekappale on taas pääasiassa tunnettu siitä, että se käsittää yhtenäisen keraamisen pintakerroksen, joka on suhteellisesti tiiviimpi kuin muu osa keraamisesta sekaraken-25 teestä, jossa ainakin osa yhtenäisestä keraamisesta pintakerroksesta käsittää hapetusreaktiotuotteen.

Keksinnön edullisilla suoritusmuodoilla on alivaatimusten mukaiset tunnusmerkit.

30

Esillä oleva keksintö tuottaa itsekantavia keraamisia kappaleita, joilla on suhteellisen tiiviin pintakerroksen ympäröimä huokoinen keerna, jotta voidaan saavuttaa keraaminen rakennekappale, jolla on toivotut ominaisuudet kuten parannetut kulumisenkesto- ja lämpöominaisuudet.

35 Tämän keksinnön mukaan tuotetut keraamiset kappaleet voivat lisäksi toimia rakenne-eliminä tiiviin pintakerroksen kuormankantokyvyn ansios- 8 84810 ta. Suositeltavassa suoritusmuodossa tämän keksinnön mukaisella tuotteella on olennaisesti tiheän, kulumista kestävän, paremman lujuuden omaavan kerroksen ympäröimä huokoinen keerna, joka kerros on noin 5-15 % keraamisen kappaleen seinämän paksuudesta.

5

Itsekantavia keraamisia sekarakennekappaleita, joilla on huokoinen keerna ja tiheä pintakerros kiinteästi keernaan muodostettuna, valmistetaan perusmetallin säädellyllä hapettumisreaktiolla hapettimen kanssa hapettumisreaktiotuotteen "kasvattamiseksi". Menetelmään liittyy ennal-10 tamäärätyn muodon omaavan esimuotin valmistaminen, joka käsittää perusmetallin ja täyteaineen, jossa menetelmässä perusmetalli hajautetaan täyteaineeseen. Perusmetallin tilavuusprosentti on riittävä muodostamaan tietyn määrän hapettumisreaktiotuotetta, mikä ylittää kaiken saatavissa olevan spatiaalitilavuuden esimuotissa ja täten tuottaa perus-15 metallin jäännöstilavuuden hapettumisreaktion edelleen kehittämiseksi ja edelleen tiheän pintakerroksen kehittämiseksi. Toisin sanoen perusmetallin hapettumisesta johtuva hapettumisreaktiotuotteen tilavuusprosentti on suurempi kuin mikä tahansa perusmuotissa alunperin huokoisuutena ilmenevä paikallinen tilavuus sekä mikä tahansa tilavuus, joka 20 on syntynyt esimuottiin perusmetallin tai sen hapettumisreaktiotuotteen reaktiosta täyteaineen kanssa tämän keksinnön mukaisen prosessin aikana. Prosessiolosuhteita säädellään, jotta perusmetalli voidaan pitää sulassa tilassa hapettimen läsnäollessa, jonka kanssa se reagoi kosketuksessa ollessaan muodostaakseen hapettumisreaktiotuotetta. Prosessia 25 jatketaan sulan metallin kulkeutumiseksi hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta, jotta voidaan muodostaa lisää hapettumisreaktiotuotet-ta metallin joutuessa kosketukseen hapettimen kanssa esimuotissa ja täyttää siinä esiintyvä mikä tahansa huokoisuus. Samanaikaisesti muodostuu tyhjiöitä läpi koko esimuotin, jotka olennaisesti tai osittain 30 jäljentävät perusmetallin konfiguraation sellaisena kuin se oli alkuperäisessä esimuotissa. Kun esimuotin mikä tahansa alkuperäinen huokoi-suus on täytetty hapettumisreaktiotuotteella, jäljellä oleva sula me-talli jatkaa siirtymistään säädetyissä prosessiolosuhteissa hapettumisreaktiotuotteen läpi Ja kohti hapetinta esimuotin ainakin yhteen pin-35 taan kehittääkseen lisää hapettumisreaktiotuotetta olennaisen tiheänä kerroksena, joka peittää huokoisen keernan ja muodostaa kiinteän osan 9 84810 sitä, joka keerna kehittyy alkuperäisestä esimuotista. Tiheä kerros, joka kasvaa esimuotin ulkopinnan yli, on olennaisesti vapaa tyhjiöistä, jotka muodostuvat alunperin esimuottiin jakautuneen perusmetallin konfiguraation käänteisestä toistosta, ja on tämän vuoksi olennaisesti 5 tiheä suhteessa keernaan. Saatavalla itsekantavalla sekarakenteella, jolla on tiheä ulkokerros, on paremmat kulumis- ja eroosio-ominaisuudet kuin huokoisella keernalla, ja huokoisella keernalla on tai se osoittaa parempia lämmöneristysominaisuuksia suhteessa tiheään kerrokseen. Seka-rakennekappaleella on yleensä myös parannettu lämmönjohtavuus sen pin-10 nan kanssa yhdensuuntaisiin suuntiin tiheässä pintakerroksessa, sekä alempi lämmönjohtavuus kohtisuoraan pintaansa huokoisen keernansa läpi. Nämä luontaiset piirteet hallitaan, ja jälkikäsitellyn kappaleen saatavat ominaisuudet viimeistellään osittain valitsemalla sopivat esimuotin aineosat, käytettävä hapetin tai käytettävät hapettimet sekä 15 sopivat prosessiolosuhteet.

Tämän keksinnön mukaisen sekarakennekappaleen piirteistä mainittakoon edelleen kappaleen rakenteellinen lujuus, joka johtuu pintakerroksen tiheämmästä, hienorakeisemmasta mikrorakenteesta suhteessa keernaan.

20 Rakennekappaleeseen kohdistuvat jännitykset, kuten vääntö- ja taivutus-jännitykset, maksimoituvat tyypillisesti arvoltaan rakennekappaleen pinnalla. Näin ollen tämän keksinnön mukaisen sekarakennekappaleen luja, tiheä pintakerros maksimoi jännitteen muutoin heikolle, huokoiselle keernalle rakenteellisten tarpeiden täyttämiseksi säilyttäen sa-25 maila kuitenkin keernan alhaisen lämmönjohtavuuden ja kevyen painon piirteet.

Juuri ylläkuvatut piirteet yhdistettynä tämän keksinnön mukaisiin seka-rakennekappaleisiin täyttävät itse asiassa ihanteellisesti vaatimukset, 30 joita on viime aikoina esitetty lämpömoottoreissa esiintyvien kuuman vyöhykkeen komponenttien yhteydessä. Muun muassa polttokammion sisävai-pat, sylinterin sisävaipat, männänpäät, poistokaasuaukon sisävaipat, pakosarjat ja turpiinin pesät ovat esimerkkejä lämpömoottorin komponenteista, joissa vaaditaan korkeaa pintalämmönjohtavuutta komponentin 35 pintojen kanssa yhdensuuntaisiin suuntiin "kuumien pisteiden" ja liiallisen lämpörasituksen estämiseksi sekä alhaista lämmönjohtavuutta täi- 10 8 4 8 1 0 laisia pintoja kohtisuoraan oleviin suuntiin vähemmän lämpöä kestävien komponenttien vahingoittumisen estämiseksi ja/tai lämpöhäviön estämiseksi; korkeita veto-, taivutus- ja puristuslujuuksia sellaisten jännitysten kestämiseksi kuin palamisjännitys tai jännitykset, joita esiin-5 tyy tällaisia komponentteja valettaessa sisäkkeinä metallivaluihin; hyviä kulumisenkesto-ominaisuuksia kuten joko liukukosketuksen kulumis -kestävyys (esimerkiksi dieselmoottorin sylinterin sisävaipan yhteydessä) ja/tai eroosionkestävyys peittämättömiä palamistuotteita vastaan kuten hiiltä vastaan (esimerkiksi poistokaasuaukkojen sisävaippojen 10 yhteydessä); alhaista pintahuokoisuutta tiivistyneiden palamistuottei-den estämiseksi kuten veden pääsyn estämiseksi huokosiin, joissa se jäätyisi ja aiheuttaisi murtumia; ja kevyttä painoa.

Huokoiset keraamiset komponentit ovat tyypillisesti liian heikkoja 15 kestämään valumetallien läsnäolon ympärillään, mikä olisi toivottavaa monissa lämpömoottorisovelluksissa. Tämä pitää erityisesti paikkansa onttojen huokoisten rakenteiden yhteydessä kuten keraamiset poistokaasuaukkojen sisävaipat, sylintereiden sisävaipat, polttokammiot, jne., jotka pyrkivät halkeilemaan ja murskautumaan valumetallin kutis-20 tuessa sitä jäähdytettäessä. On havaittu, että monilla tämän keksinnön mukaisilla tuotteilla on riittävä lujuus tällaisten metallivalujen sallimiseen ympärillään ilman halkeamisen tai murskautumisen vaaraa.

Tämän keksinnön mukaisen prosessin esimuotti koostuu perusmetallista ja 25 täyteaineesta, jossa sanottu perusmetalli on hajautunut sanotun täyteaineen läpi. Täyteaine voi olla joko ei-reaktiivinen tai reaktiivinen perusmetallin kanssa prosessin olosuhteissa. Yhden keksinnön suoritusmuodon mukaisesti esimuotti voi olla muodostunut alumiiniperusmetalli-hiukkasista ja alumiinioksiditäyteainehiukkasista, jotka tässä kuva-30 tuissa prosessiolosuhteissa muodostavat ei-reaktiivisen seoksen. Tällaisessa suoritusmuodossa käytetään yhtä tai useampaa lisäainetta, kuten edelleen tässä yhteydessä selvitetään, lejeerattuna alumiinipe-rusmetalliin tai hajautettuna täyteaineen läpi, tai molempia, jotta voidaan helpottaa perusmetallin hapettumista ja perusmetallin kulkua 35 reaktiotuotteensa läpi. Tätä ei-reaktiivista seosta käsitellään hapet-tumisreaktioprosessilla, kuten on kuvattu, jotta voidaan kehittää huo- 11 8481 0 koista keramiikkaa, jolla on tiheä pintakerros. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa reaktiivinen seos voi olla muodostettu perusmetallista ja täyteaineesta, jolla on metallinen ainesosa, joka on pelkistettävissä sulalla perusmetallilla hapettumis-pelkistymisreaktiossa. Tässä tapauk-5 sessa perusmetallia on läsnä stökiömetrisessä määrässä, joka ylittää määrän, joka tarvitaan reagoimiseen täyteaineen metallisen yhdisteen ainesosan kanssa, jotta voidaan taata riittävä määrä jäänne- tai reagoimatonta perusmetallia, joka osallistuu myöhempään hapettumisreaktioon hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi tiheänä kerroksena.

10 Tässä vaihtoehtoisessa menetelmässä esimuotti kuumennetaan lämpötilaan, joka on riittävä hapettumispelkistymisreaktion aloittamiseksi (eli "reaktion aloittavaan" lämpötilaan) ennen perusmetallin mitään olennaista ilmakehä11istä hapettumista, jolloin hapettumis-pelkistymistuote muodostuu ensin olennaisesti esimuotin massan läpi. Monissa tapauksissa 15 hapettumis-pelkistymisreaktio on eksoterminen, kuumentaen nopeasti esimuotin ja avustaen perusmetallin muuttamisessa sen sulaan reaktiiviseen muotoon. Tämän keksinnön yhdessä variaatiossa kaikki hapettumis-pelkistymisreaktiota seuraavat vaiheet suoritetaan olennaisesti isotermisissä olosuhteissa; lämpötilan muunnoksia voidaan kuitenkin käyttää säätämään 20 tai sovittamaan pintakerroksen mikrorakennetta ja kasvua.

Lähes lopullisen muotonsa saanut kappale voidaan saada aikaan perusmetallin ja täyteaineen koosteen sopivalla yhdistämisellä raa'aksi esi-muotiksi, jolla on muodonpito-ominaisuudet ja säätelemällä tämän jäl-25 keen reaktiota (reaktioita), jotka syntyvät kuumentamisen myötä. Esimuotin huokoistilavuus on tyypillisesti ainakin noin 5 %, mutta mieluummin kuitenkin alueella noin 25-35 %. Tämä huokoistilavuus tasapainotetaan reaktiivisen perusmetallin tilavuutta vastaan, jonka perusmetallin hapettumisreaktiotuote ylittää huokoistilavuuden; toisin sanoen 30 metallia on oltava riittävä määrä sen takaamiseksi, että hapettumisreaktiotuote tai hapettumis-pelkistymisreaktiotuote täyttää nämä esimuotin välitilat (hiukkasten välinen huokoistilavuus plus mikä tahansa spatiaalitilavuus, joka on syntynyt esimuottiin prosessin aikana).

Tämän jälkeen hapettumisreaktiotuote muodostaa tiheän pinnan.

35 12 8 4 81 0

Tiheä kerros muodostui pääasiassa hapettumisreaktiotuotteesta. Lisäksi tämä tiheä kerros voi sisältää esimerkiksi jäännösperusmetallia, minkä tahansa metallisen yhdisteen pelkistynyttä (metallista) ainesosaa, joka kulkeutui hapettumis-pelkistymisreaktioon, seoksen tai perusmetallin ja 5 sen ainesosan tai minkä tahansa pelkistyneen metallin välistä yhdistettä riippuen sellaisista tekijöistä kuin käytetty täyteainetyyppi, pro-sessiolosuhteet ja lisäaineiden käyttö. Perusmetallin ja täyteaineen ei-reaktiivisesta koosteesta tehdyt keraamiset kappaleet voivat sisältää noin 25 tilavuus-% tai enemmän metallisia ainesosia, mielellään 10 noin 5-10 %. Perusmetallin ja täyteaineen reaktiivisista koosteista valmistetut keraamiset kappaleet voivat sisältää noin 20-40 % tai enemmän metallisia ainesosia, mutta mielellään noin 25-35 %.

Yllä tiivistetyn menetelmän mukaisesti tuotetuilla kappaleilla sekä 15 erityisesti suositeltaviksi luokitelluilla kappaleilla on olennaisesti parempi rakenteellinen yhtenäisyys verrattuna aikaisemman tekniikan tason mukaisiin samantyyppisiin kappaleisiin sekä merkittävästi paremmat lämpöominaisuudet (esim. eristysominaisuudet) ja hyvät kulumisenkesto-ominaisuudet. Tämän keksinnön mukaiset keraamiset sekarakennekappaleet 20 voivat toimia edullisesti rakennekomponentteina lämpömoottoreissa ja vastaavissa ympäristöissä, joissa vaaditaan sellaisia teknisiä ominaisuuksia kuin alhainen paino, lujuus, kuluminen, eroosio ja korroosio.

Tässä erittelyssä ja jäljempänä seuraavissa patenttivaatimuksissa seu-25 raavilla termeillä on seuraavat merkitykset:

Termin "keraaminen" ei tule virheellisesti olettaa olevan rajoitetun keraamiseen kappaleeseen sanan klassisessa merkityksessä, eli siinä merkityksessä, että se muodostuu kokonaan ei-metallisista ja epäorgaa-30 nisistä materiaaleista, vaan pikemminkin se viittaa kappaleeseen, joka on pääasiassa keraaminen joko koostumukseltaan tai hallitsevilta ominaisuuksiltaan, vaikka kappale voi sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä yhtä tai useampaa metallista ainesosaa, jotka on saatu perusmetallista tai pelkistetty täyteainehapettimesta tai lisäaineesta, tyy-35 pillisimmin alueella noin 1-40 tilavuus-%, mutta voivat sisältää enemmänkin metallia.

13 84 81 0 "Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yhtä tai useampaa metallia missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli (metallit) on luovuttanut elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai näiden yhdistelmälle tai jakanut elektroneja viimeksimainittujen kanssa. Tämän määritelmän 5 mukaan "hapettumisrektiotuote" siis sisältää yhden tai useamman metallin reaktion tuotteen hapettimen kanssa, joita ovat happi, typpi, muo-dostuskaasu (noin 96 % typpeä ja 4 % vetyä), halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri ja niiden yhdisteet ja yhdistelmät mukaanlukien esimerkiksi pelkistyvät metalliyhdisteet, metaanin, 10 etaanin, propaanin, asetyleenin, eteenin, propeenin ja seokset kuten ilma, Hj/HjO ja C0/C02, joista kaksi jälkimmäistä (eli Hj/H20 ja C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämään ympäristön happiaktiviteettia.

"Hapetin" tarkoittaa yhtä tai useampaa sopivaa elektronin vastaanotinta 15 tai yhdistettä, jolla on yhteisiä elektroneja toisen aineen kanssa, jotka reagoivat perusmetallin kanssa näissä olosuhteissa ja voivat olla kiinteitä, nestemäisiä tai kaasuja (höyryjä) tai joitakin näiden yhdistelmiä (esim. kiinteä aine ja kaasu) prosessiolosuhteissa.

20 "Perusmetalli" viittaa metalliin, esimerkiksi alumiiniin, titaaniin, piihin, sirkoniumiin, hafniumiin, tinaan jne., joka on esiaste moni-kiteiselle hapettumisreaktiotuotteelle ja sisältää tämän metallin suhteellisen puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina epäpuh-tauksineen ja/tai lisäainesosineen tai seoksena, jossa ko. metallin 25 esiaste on pääainesosa; ja kun tietty metalli mainitaan perusmetallina, esim. alumiini, identifoitu metalli tulisi lukea tämä määritelmä mielessä, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita.

Termin "täyteaine" on tässä yhteydessä tarkoitettu sisältävän joko yk- ____ 30 sittäisiä ainesosia tai ainesosien seoksia, jotka voivat olla joko -·· reaktiivisia tai ei-reaktiivisia ja voivat olla yhdessä tai useammassa faasissa sekä voivat sisältää yhden tai useamman hapettimen tai ei yhtään hapetinta. Täyteainetta voidaan käyttää hyvin monessa muodossa kuten jauheina, hiutaleina, levykkeinä, mikropalloina, karvoina, kupli-35 na, jne., ja se voi olla joko tiheä tai huokoinen.

I* 8481 0

Piirustusten lyhyt kuvaus:

Kuvio 1 on valokuva allaolevan esimerkki l:n mukaisesta, keraamisesta sekarakennekappaleesta valmistetusta poistokaasuaukon sisävaipasta.

5

Kuvio 2 on mikrovalokuva kuvion 1 sisävaipan seinämän poikkileikkauksesta.

Kuvio 3 on mikrovalokuva allaolevan esimerkin 2 sekarakenteen poikki-10 leikkauksesta.

Kuvio 4 on valokuva allaolevan esimerkin 3 mukaisesta, keraamisesta sekarakennekappaleesta valmistetusta poistokaasuaukon sisävaipasta.

15 Kuvio 5 on mikrovalokuva, joka esittää alfa-alumiinioksidia sisältävän metallin muodostaman pintakerroksen allaolevan esimerkin 6 mukaisella keraamisella kappaleella.

Kuvio 6 on valokuva allaolevan esimerkin 8 mukaisesta metallivalusta ja 20 poistokaasuaukon sisävaipasta.

Tämän keksinnön mukaan tehdyt keraamiset sekarakennekappaleet on valmistettu esimuotista käsittäen perusmetallin ja täyteaineen yhtenäisen koosteen, jossa sanottu perusmetalli on jakautuneena sanottuiin täyteai-25 neeseen. Esimerkkeinä koosteista, joissa perusmetalli on jakautunut täyteaineeseen, mainittakoon esimerkiksi perusmetallijauhe sekoitettuna täyteaineena toimivan keraamisen jauheen tai keraamisten jauheiden seoksen kanssa. Muita esimerkkejä ovat perusmetallin huokoinen rakenne, jossa on aukkoja, jotka osittain ulottuvat pintaan asti. Huokoset voi-30 vat tämän keksinnön mukaisen menetelmän prosessiolosuhteissa olla täytetyt keraamisella jauheella, tai lyhyet metallikuidut keraamisten levykkeiden kanssa sekoitettuina, tai metalliseulakerrosten kooste täytettynä keraamisilla karvoilla tai metallihiutaleiden tai metallirakei-den ja keraamisten mikropallojen seos. Kooste valmistetaan toivottuun 35 muotoon esimuotin aikaansaamiseksi. Esimuotti varustetaan riittävällä raakalujuudella käsittelyn kestämiseksi, ja se on muodoltaan mielellään 15 8 4 81 0 lähes tuotettavan keraamisen kappaleen lopullisen muodon mukainen. Esimuotti voi olla huokoinen siinä mielessä, että se ei ole täysin tiheä mutta sisältää välihuokosia täyteaineen hiukkasten tai elementtien välillä ja perusmetallin ja täyteaineen hiukkasten tai elementtien 5 välillä. Suositeltavassa suoritusmuodossa on riittävästi huokoisuutta, joka tekee esimuotin läpäiseväksi kaasumaiselle hapettimelle. Esimuotti on myös aina läpäisevä siinä suhteessa, että se mahdollistaa hapettu-misreaktiotuotteen kehittymisen tai kasvun matriisina esimuotissa olennaisesti häiritsemättä, järkyttämättä tai muutoin muuttamatta esimuotin 10 peruskonfiguraatiota tai -geometriaa. Esimuotissa vallitseva, hapettu-misreaktiotuotematriisin kehittymiselle tarvittava spatiaalitilavuus on tyypillisesti ainakin noin 5 % esimuotin kokonaistilavuudesta ja mieluummin ainakin 25 % esimuotin tilavuudesta. Optimilujuuden ja -yhtenäisyyden omaava keraaminen sekarakennekappale saadaan esimuotin koos-15 tumuksesta, jossa hapettimen kanssa hapettumisen läpikäyvän perusmetallin tilavuusprosentti toivotun hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi ylittää esimuotin huokoistilavuuden, kuten alla on yksityiskohtaisesti selitetty. Näin ollen spatiaalitilavuus, joka on saatavissa ha-pettumisreaktiotuotematriisin kehittymiselle esimuotissa, voi vaihdella 20 noin 5 %:sta käytännön rajaan noin 65 % ja on mielellään alueella noin 25-35 %.

Tämän keksinnön mukaisessa prosessissa voidaan käyttää yhtä tai useampaa hapetinta. Esimerkiksi kiinteä hapetin voi muodostaa täyteaineen 25 tai olla täyteaineen ainesosa, ja sitä voidaan käyttää samanaikaisesti kaasufaasihapettimen kanssa tai siitä erillään. Jos esimerkiksi esimuotti sisältää kiinteän hapettimen ja siinä ei ole avointa huokoisuutta, esimuotissa esiintyvä hapettumisreaktiotuote on perusmetallin ja kiinteän hapettimen tuote. Jos esimuottia ympäröi ainoastaan kaasu-30 faasihapetin, esimuotin pinnalle kehittyvä tiheä kalvo on perusmetallin ja kaasufaasihapettimen hapettumisreaktiotuote. Jos esimuottia ympäröi inerttinen kaasu ja se on sijoitettu kiinteästä hapettimesta muodostuvaan jauhepohjaan, kehittyvä tiheä pintakerros on perusmetallin ja esimuottia ympäröivän jauhemaisen hapettimen hapettumisreaktiotuote. Jos 35 inerttinen täyteaine sekoitetaan esimuottia ympäröivän kiinteän jauhemaisen hapettimen kanssa, saadaan inerttisen täyteaineen sisältävä i6 84810 tiheä pintakerros. Nestemäistä hapetinta voidaan käyttää esimerkiksi sisällyttämällä esimuottiin kiinteä hapetin täyteaineeksi, joka kiinteä hapetin sulaa ennen prosessilämpötilaan saapumistaan.

5 Suositeltavassa suoritusmuodossa esimuotti ladataan uuniin, varustetaan kaasufaaslhapettimella ja kuumennetaan sopivalle lämpötila-alueelle, jotta saadaan aikaan heikon esimuotin muuttuminen rakennekomponentiksi. Kuumennussykli voi vaihdella riippuen täyteaineen reaktiivisuudesta suhteessa perusmetalliin. Tämän keksinnön mukaisessa suositeltavassa 10 suoritusmuodossa esimuotti ladataan uuniin, joka on esikuumennettu reaktiolämpötilaan. Jos lisäaineita tarvitaan, ne sisällytetään esimuottiin tai lisätään perusmetalliin tai sekä että. Perusmetalli sulatetaan optimaalisesti menettämättä esimuotin mitanpitävyyttä, mutta lämpötila on hapettumisreaktiotuotteen ja täyteaineen sulamispisteen 15 alapuolella. Sula perusmetalli reagoi kaasufaasihapettimen kanssa muodostaakseen hapettumisreaktiotuotetta. Esimuotin huokoisuus on riittävä hapettumisreaktiotuotteen aikaansaamiseksi olennaisesti häiritsemättä tai syrjäyttämättä esimuotin rajoja. Sulan perusmetallin jatkuva alt-tiinaolo hapettavalle ympäristölle saa aikaan sulan metallin kulkemisen 20 hapettumisreaktiotuotteen läpi vetäen progressiivisesti sulaa metallia hapettumisreaktiotuotteeseen ja sen läpi kohti hapettimen ilmakehää, mikä aiheuttaa moniklteisen hapettumisreaktiotuotteen progressiivisen kasvun. Hapettumisreaktiotuote kasvaa esimuotin välitiloihin. Samanaikaisesti sulan metallin siirtyminen tai eteneminen luo tyhjiöitä (jotka 25 tulee erottaa huokosista), jotka pyrkivät olennaisesti käänteisesti toistamaan alkuperäisten perusmetallihiukkasten koon ja muodon. Perusmetallin tilavuusprosentti on enemmän kuin riittävä muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen tilavuuden ylittäen esimuotin alkuperäisen huo-koistilavuuden, ja näin ollen tämän perusmetallin vaadittavan ylijäämän — 30 hyväksikäyttö verrattuna alkuperäiseen huokoistilavuuteen takaa sen, että jälkimmäinen täyttyy hapettumisreaktiotuotteella prosessin aikana. Jos perusmetallin tilavuusprosentti on liian alhainen, saatava rakenne on heikko alikehittyneen keraamisen matriisin vuoksi, jolloin tiheää kerrosta ei muodostu. Toisaalta liika perusmetalli voi olla haitallista 35 siksi, että lopullinen tuote sisältää liikaa metallia lopullista käyttökohdetta ajatellen. Kun alumiiniperusmetallin annetaan reagoida il- I? 8481 0 massa, toivottava alue tälle metallille on noin 30-50 tilavuusprosenttia koko esimuotista.

Hapettumisreaktiotuotteen alkuperäinen kasvu sulista metallihiukkasista 5 täyttää esimuotin hiukkasten väliset huokoset ja luo tyhjiöt, kuten yllä on esitetty. Menettelyn jatkaminen edistää jäljelläolevan sulan metallin jatkuvaa siirtymistä ulospäin hapettumisreaktiotuotteen läpi ja kohti esimuotin ainakin yhtä pintaa, kunnes hapettumisreaktiotuotteen kasvu on saavuttanut pinnan (pinnat). Hapettumisreaktiotuotetta muodos-10 tuu tämän jälkeen esimuotin pinnalle (pinnoille). Saatava pinta on tiheä suhteessa viimeistellyn sekarakennekappaleen pinnanalaiseen vyöhykkeeseen tai keernaan, koska pinnan hapettumisreaktio tapahtuu hiuk-kasmaisen perusmetallin ollessa olennaiseti poissa, joka metalli on esiaste tyhjiölle, ja näin pinta on olennaisesti vapaa tyhjiöistä.

15 Viimeistellyn sekarakennekappaleen keerna (eli tiheän pinnan alapuolella oleva osa tai vyöhyke) on sen mukaisesti suhteellisen huokoinen tyhjiöiden muodostumisen vuoksi, kun taas kappaleen pinta on suhteellisen tiheä muodostuen hapettumisreaktiotuotteesta ja mistä tahansa reagoimattomista tai hapettumattomista metallisista ainesosista kuten 20 hapettumattomasta perusmetallista. Tämä tiheä kerros muodostaa tyypillisesti pienen muoto-osan tuotteen tilavuudesta riippuen paljolti perusmetallin tilavuusosuudesta esimuotissa, lopullisen tuotteen mitta-paksuudesta, joita molempia säädellään aiottua lopullista käyttökohdetta ajatellen, ja se voi tyypillisesti olla noin 0,1-1 millimetriä, 25 mielellään 0,2-0,5 millimetriä. Lämpömoottorissa käytettävässä rakenne-komponentissa, jonka poikkileikkauksellinen paksuus on noin 0,635 cm (1/4 tuumaa), tiheän kerroksen paksuus olisi tyypillisesti noin 0,2 millimetriä. Tiheä kerros säilyy jäähdytettäessä ja sillä on olennaisesti parempi kulumisenkestävyys verrattuna kappaleen huokoiseen keer-— 30 naan sekä kitkakulumista että eroosiokulumista ajatellen, kun taas keraamisella sekarakennekappaleella on ylipäänsä erinomaiset lämpöomi-naisuudet rakennesovelluksille.

Saatava keraaminen sekarakennekappale sisältää esimuotin suodatettuna 35 rajoilleen asti keraamisella matriisilla käsittäen monikiteisen materiaalin, joka koostuu olennaisesti perusmetallin hapettumisreaktio- 18 8481 0 tuotteesta hapettimen kanssa ja valinnaisesti yhdestä tai useammasta metallisesta ainesosasta kuten perusmetallin hapettumattomista ainesosista tai täyteaineen pelkistyneistä ainesosista tai molemmista. Edelleen tulisi ymmärtää, että tyhjiöt kehittyvät perusmetallihiukkasten 5 osittaisella tai olennaisesti täydellisellä korvaamisella, mutta tyhjiöiden tilavuusprosentti riippuu paljolti sellaisista olosuhteista kuin lämpötila, aika, perusmetallin tyyppi, perusmetallin tilavuusosuus ja lisäaineen pitoisuudet. Näissä monikiteisissä keraamisissa rakenteissa hapettumisreaktiotuotteen kristalliitit ovat tyypillisesti yh-10 tenäisiä yhdessä tai useammassa ulottuvuudessa, mielellään kolmessa ulottuvuudessa, ja sulan perusmetallin etenemisen synnyttämät metalliset ainesosat voivat olla ainakin osittain yhtenäisiä. Tämän keksinnön mukaisella keraamisella sekarakennetuotteella on yleensä hyvin määritetyt rajat sekä alkuperäisen esimuotin likimääräiset mitat ja geometri-15 nen konfiguraatio, jonka esimuotin päällä on kehittynyt tiheä kalvoker-ros. Honikiteinen keraaminen sekarakenne käsittää metallisia ainesosia kuten hapettumatonta perusmetallia, jonka määrä riippuu paljolti sellaisista tekijöistä kuin prosessiolosuhteet, perusmetallissa olevat lisäainesosat ja lisäaineet, vaikka tietyissä tapauksissa se ei sisällä 20 lainkaan metallia, kuten esimerkissä 7 on havainnollistettu. Metallin tilavuusprosentti voidaan sovittaa täyttämään tuotteelta edellytettävät lopulliset ominaisuudet, ja useissa sovelluksissa, kuten moottorikom-ponenttien yhteydessä, lopullisen komponentin metallipitoisuudeksi suositellaan noin 5-10 prosenttia tai vähemmän. Tämän suositeltavan 25 suoritusmuodon yhteydessä havaitaan, että täyteaine on olennaisesti reagoimaton perusmetallin kanssa prosessiolosuhteissa. Vaikka keksintöä kuvataan tässä painottaen erityisesti alumiinin käyttöä ja alumiinipe-rusmetallin erityisiä suoritusmuotoja, se tehdään ainoastaan asian havainnollistamiseksi, ja tulee ymmärtää, että muitakin metalleja kuten 30 piitä, titaania, sirkoniumia, tinaa, jne., voidaan käyttää, jotka täyttävät tai jotka voidaan lisätä täyttämään tämän keksinnön kriteerit. Yhdessä erityisessä suoritusmuodossa hiukkasten muodossa oleva alu-miiniperusmetalli sekoitetaan alumiinioksidihiukkastäyteaineen kanssa ja yhdistetään läpäisevään raakaan esimuottiin. Tässä suoritusmuodossa 35 käytetään yhtä tai useampaa lisäainetta, kuten edelleen kuvataan, hajautettuna täyteaineeseen tai muodostaen osan täyteainetta tai lisät- » 84810 tynä alumiiniperusmetalliin tai molempia. Esimuotti voidaan luoda tai muodostaa mihin tahansa ennaltamäärättyyn tai toivottavaan kokoon tai muotoon millä tahansa tavanomaisella menetelmällä, kuten esimerkiksi liukuvalulla, ruiskupuristuksella, siirtopuristuksella, sedimentti-5 valulla, tyhjömuovauksella, jne. prosessoimalla mikä tahansa sopiva täyteaine kuten metallioksidit, boridit, karbidit ja vastaavat. Täyteaine voidaan sitoa yhteen muodostamaan raakaesimuotin millä tahansa sopivalla sideaineella, esimerkiksi polyvinyylialkoholilla tai vastaavalla, joka ei häiritse keksinnön reaktioita tai jätä ei - toivottavia 10 jäännössivutuotteita keraamiseen sekarakennetuotteeseen.

Esimerkkejä materiaaleista, jotka ovat hyödyllisiä valmistettaessa tämän keksinnön mukaista esimuottia valitusta perusmetallista ja hapet-tumisjärjestelmästä riippuen, voivat olla yksi tai useampi seuraavista: 15 alumiinioksidi, piikarbidi, piialumiinioksinitridi, sirkoniumoksidi, sirkoniumboridi, titaaninitridi, bariumtitanaatti, boorinitridi, pii-nitridi, erilaiset rautaseokset, esim. rauta-kromi-alumiini-seokset, hiili ja näiden seokset. Esimuotissa voidaan kuitenkin käyttää mitä tahansa sopivaa materiaalia. Jos esimerkiksi alumiinia käytetään perus-20 metallina ja alumiininitridi on aiottu hapettumisreaktiotuote, alu- miininitridi- ja/tai alumiinioksidihiukkaset olisivat esimerkkejä esi-muotille sopivista materiaaleista; jos sirkoniumia käytetään perusmetallina ja sirkoniumnitridi on aiottu hapettumisreaktiotuote, sirko-niumdiboridihiukkaset olisivat esimuotille sopiva koostumus; jos titaa-25 nia käytetään perusmetallina ja titaaninitridi on aiottu hapettumisreaktiotuote, alumiinioksidi- ja/tai titaanidiboridihiukkasista koostuva esimuotti olisi sopiva; jos tinaa käytetään perusmetallina ja tina-oksidi on aiottu hapettumisreaktiotuote, alumiinioksidihiukkasista koostuva esimuotti olisi sopiva; tai jos piitä käytetään perusmetallina ____ 30 ja piinitridi on aiottu hapettumisreaktiotuote, piinitridihiukkasista koostuva esimuotti olisi sopiva.

Perusmetallihiukkasten tulisi olla sopivan kokoisia muodostaakseen käänteisen toiston yhteydessä tyhjiöitä, jotka voivat edistää keraamis-35 ten ominaisuuksien lämpöominaisuuksia, muttei kuitenkaan niin suuria, että ne huonontaisivat tuotteen rakenteellista lujuutta tai yhtenäi- 20 8481 0 syyttä. Nain ollen perusmetallin hiukkasten verkkoseulamitta, joka on noin 50-500, mielellään 100-250, on hyödyllinen. Nämä seulamitat vastaavat noin 25-300 mikronin, edullisesti 50-150 mikronin keskimääräistä hiukkaskokoa. Sopivien täyteaineiden seulamitta on noin 10-1000, joka 5 vastaa noin 10-2000 mikronin keskimääräistä hiukkaskokoa tai se on jopa hienompi, tai voidaan käyttää verkkoseulamittojen ja - tyyppien sekoitusta. Täyteaineen yhteydessä termiä "hiukkanen" käytetään laajasti sisältämään jauheet, kuidut, karvat, pallot, levykkeet, agglomeraatit ja vastaavat. Esimuotti voidaan ladata esikuumennettuun uuniin ja va-10 rustaa hapettimella kuten ilmalla, joka on prosessilämpötilassa. Esimuotti voidaan haluttaessa kuumentaa hitaasti tai suhteellisen nopeasti (ottaen tarkasti huomioon lämmön aiheuttaman rasituksen syntymisen) prosessilämpötilaan tai sen alueelle, joka on perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuo-15 lella.Jos esimerkiksi alumiinia käytetään perusmetallina ja ilmaa ha-pettimena, tämä lämpötila on tyypillisesti alueella noin 850-1450eC ja mieluummin alueella noin 900-1350°C.

Perusmetallin ja täyteaineen kooste voi vaihtoehtoisesti olla reaktii-20 vinen käsittäen täyteaineen, joka reagoi perusmetallin kanssa. Toisin sanoen reaktiivinen täyteaine sisältää metallisen ainesosan, esim. piidioksidin tai boorin, jonka sula perusmetalli pelkistää prosessi-olosuhteissa. Esimuotti voi olla kokonaan muodostunut reaktiivisesta · täyteaineesta, tai tämä täyteaine voi olla yhden tai useamman inertti- 25 sen täyteaineen yhdistelmä. Keraaminen sekarakennekappale voidaan valmistaa esimerkiksi sekoittamalla alumiiniperusmetallihiukkasia piidioksidia sisältävän hiukkasmaisen täyteaineen kanssa, esimerkiksi vesipitoisen alumosilikaattisaven kanssa, ja suorittamalla prosessi ilmassa noin 900-1200°C: ssa.

;V: 30 Tässä suoritusmuodossa perusmetalli valitaan pitäen mielessä useita tekijöitä. Sitä täytyy olla volymetrisesti enemmän suhteessa hapettu-- misreaktuotteeseensa suhteessa potentiaalisesti saatavissa olevaan esimuotin tilavuuteen sekä stökiömetrisesti enemmän kuin täyteaineen 35 reaktiivisen ainesosan määrä. Tämä ylimäärä takaa, että riittävä määrä perusmetallia käy läpi reaktion täyteaineen kanssa ja ylläpitää jäi- 21 8481 0 jelle jäävää määrää hapettumisreaktiolle hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi esimuotin pinnalle. Täyteaine valitaan siten, että se on reaktiivinen perusmetallin kanssa hapettumis-pelkistymisreaktiossa. Näin ollen täyteaine koostuu reaktiivisesta ainesosasta, joka on tyy-5 pillisesti metallia sisältävä kuten savessa oleva piidioksidiainesosa ja pelkistettävissä sulalla perusmetallilla tuottaakseen hapettumis-pelkistymistuotteen olennaisesti läpi koko esimuotin massan. Vaikka siis on olemassa lukuisia sopivia perusmetalleja ja lukuisia sopivia täyteaineita, ne on koordinoitava keskenään näiden toiminnallisten 10 tavoitteiden saavuttamiseksi.

Ko. suositeltavassa suoritusmuodossa reaktiivisen koosteen käsittävä esimuotti kuumennetaan hapettumis-pelkistymisreaktion aloittamiseksi ennen alumiinikomponentin mitään olennaista ilmakehällistä hapettu-15 mistä. Esimuotin hidasta kuumentamista hapetinta sisältävässä ilmakehässä on siis vältettävä. Esimuotti sijoitetaan uuniin, joka on esi-kuumennettu prosessilämpötila-alueelle. Kun hapettumis-pelkistymisreaktio on aloitettu, se pyrkii olemaan itsensäylläpitävä, koska se on eksoterminen, ja tämän vuoksi esimuotin lämpötila voi jonkin verran 20 nousta. Hapettumis-pelkistymisreaktio etenee nopeasti ja olennaisesti esimuotin massan läpi kehittäen tässä vaiheessa kappaleen, joka koostuu hapettumis-pelkistymistuotteesta, reaktiivisen täyteaineen pelkistyneistä ainesosista ja jäljellä olevasta perusmetallista, joka on käytettävissä hapettumisreaktiolle kaasufaasihapettimen kanssa. Hapet-25 tumis-pelkistymisreaktion loppuvaiheessa, jossa ainakin suurin osa painonmuutoksesta tapahtuu, menettelyä jatketaan, kuten yllä on kuvattu, hapettumisreaktiotuotteen kasvattamiseksi ja tiheän kerroksen muodostamiseksi. Esimuotin huokoset täyttyvät hapettumisreaktiotuotteella, mikä johtaa tyhjiöiden samanaikaiseen muodostumiseen, ja jäljellä oleva 30 perusmetalli kulkeutuu reaktiotuotteen läpi pintaan muodostaen hapettumisreaktiolla toivotun tiheän pintakerroksen.

Tässä vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa kuumennusprosessi on tämän vuoksi olennaisesti kaksivaiheinen. Ensimmäinen vaihe nostaa lämpötilan 35 reaktion aloittavaan lämpötilaan hapettumis-pelkistymisreaktion aloittamiseksi, ja toinen vaihe saa aikaan ja ylläpitää sulan metallin kul- 22 84 81 0 kua kehittyvän hapettumisreaktion läpi tiheän pintakerroksen muodostamiseksi. Tämä kuumennusvaihe on mielellään isoterminen identifioitavien vaiheiden läsnäolosta huolimatta; isoterminen siinä mielessä, että uunin lämpötila (joka tulee erottaa esimuotin lämpötilasta) pysyy olen-5 naisesti vakiona.

Tässäkin yhteydessä keraamisessa kappaleessa oleva metallisten ainesosien tilavuusprosentti voi vaihdella, ja se voidaan edelleen sovittaa lopputuotteen toivottujen ominaisuuksien mukaiseksi. Lopullinen tuote 10 käsittää tyypillisesti noin 20-40 tilavuusprosenttia metallisia ainesosia ja mielellään 25-35 %. Tiheä kerros muodostaisi myös pienen murto--osan tuotteen kokonaistilavuudesta, kuten yllä on selvitetty.

Erityisissä lämpötila- ja hapetusilmakehäolosuhteissa tietyt perus-15 metallit täyttävät tämän keksinnön hapetusilmiölle tarvittavat kriteerit ilman erityisiä lisäyksiä tai muutoksia. Kuten yllämainituissa hakijan patenteissa on kuvattu, perusmetallin kanssa yhdessä käytetyt lisäaineet voivat kuitenkin vaikuttaa suotuisasti hapettumisreaktiop-rosessiin tai edistää sitä. Vaikka tässä yhteydessä ei ole tarkoituk-20 senmukaista sitoutua mihinkään tiettyyn, lisäaineiden toimintaa koskevaan teoriaan tai selitykseen, on selvää, että jotkut niistä ovat hyödyllisiä tapauksissa, joissa sopivia pintaenergiasuhteita perusmetallin ja sen hapettumisreaktiotuotteen välillä ei luontaisesti esiinny. Näin ollen tietyt lisäaineet ja lisäaineiden yhdistelmät, jotka vähentävät 25 kiinteää-nestemäistä rajapintaenergiaa, pyrkivät edistämään tai kiihdyttämään monikiteisen rakenteen kehittymistä, joka on muodostettu metallin hapettamisella kanavia sisältävään rakenteeseen sulan metallin kulkua varten, kuten tämän keksinnön mukainen prosessi edellyttää. Lisäaineiden toisena tehtävänä voi olla keraamisen matriisin kasvuilmi-30 ön aloittaminen ilmeisesti joko toimimalla kiteytysaineena stabiilien hapettumisreaktiokristalliittien muodostumiselle tai hajottamalla jollakin tavalla alunperin passiivinen hapettumistuotekerros tai molempia. Tätä jälkimmäistä lisäaineiden luokkaa ei ehkä tarvita luomaan tämän keksinnön mukaista keraamista kasvuilmiötä, mutta tällaiset lisäaineet 35 voivat olla tärkeitä vähentämään mitä tahansa tällaisen kasvun hauto- 23 8481 0 misaikaa useiden perusmetallijärjestelmien kaupallisesti käytännöllisiin rajoihin.

Lisäaineiden toiminta tai toiminnot voivat riippua monista muistakin 5 tekijöistä kuin itse lisäaineista. Näitä tekijöitä ovat esimerkiksi lisäaineiden tietty yhdistelmä kahta tai useampaa lisäainetta käytettäessä, ulkoisesti tuodun lisäaineen käyttö yhdessä perusmetalliin lisätyn lisäaineen kanssa, lisäaineen pitoisuus, hapettava ympäristö ja prosessiolosuhteet.

10

Perusmetallin yhteydessä käytetty lisäaine tai käytetyt lisäaineet (1) voidaan järjestää perusmetalliin lisättyinä ainesosina, (2) voidaan levittää ainakin osaan esimuotin perusmetallin ainesosien pinnasta tai (3) voivat olla täyteaineeseen tai sen osaan lisättyjä tai toimitet-15 tuja, tai mitä tahansa kahden tai useamman tekniikan (1), (2) ja (3) yhdistelmää voidaan käyttää. Lejeerattua lisäainetta voidaan esimerkiksi käyttöä yhdessä ulkoisesti lisätyn lisäaineen kanssa. Tekniikan (3) tapauksessa, jossa lisäaine tai lisäaineet lisätään täyteaineeseen tai muodostavat osan täyteainetta, lisäys voidaan suorittaa millä tahansa 20 sopivalla tavalla kuten hajauttamalla lisäaineet esimuotin osan tai koko massan läpi päällysteinä tai hiukkasten muodossa, mielellään perusmetallin viereiseen täyteaineen osaan. Minkä tahansa lisäaineen lisäys esimuottiin voidaan suorittaa lisäämällä kerros yhtä tai useampaa lisäainetta esimuottiin ja sen alueelle, mukaanlukien mitkä 25 tahansa sen sisäiset aukot, välit, väylät, välitilat tai vastaavat, jotka tekevät sen läpäiseväksi. Tapauksessa, jossa lisäaine levitetään ainakin osaan esimuotin perusmetallin ainesosien pinnasta, monikiteinen oksidirakenne yleensä kasvaa läpäisevässä täyteaineessa olennaisesti yli lisäainekerroksen (eli lisätyn lisäainekerroksen syvyyden yli).

30 Yksi tai useampi lisäaine voidaan joka tapauksessa ulkoisesti levittää perusmetallin ainesosien pintaan ja/tai läpäisevään täyteaineeseen. Lisäksi perusmetalliin lejeerattuja ja/tai perusmetallin ainesosien pintaan ulkoisesti levitettyjä lisäaineita voidaan auttaa lisäaineella (lisäaineilla), jotka on lisätty esimuottiin tai muodostavat osan sii-35 tä. Näin ollen perusmetalliin lejeerattujen ja/tai perusmetalliin ulkoisesti lisättyjen lisäaineiden pitoisuuden mitä tahansa puutteelli- 24 8481 0 suuksia voidaan kompensoida ko. lisäaineen (lisäaineiden) lisäpitoisuu-della, joka lisäaine on lisätty täyteaineeseen tai muodostaa osan siitä, ja päinvastoin.

5 Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita ovat erityisesti ilman ollessa hapettimena esimerkiksi magneslummetaili ja sinkkimetalli joko yhdessä toistensa kanssa tai yhdessä muiden alla kuvattujen lisäaineiden kanssa. Nämä metallit tai metallien sopiva lähde voidaan lejeerata alumiinipohjaiseen perusmetalliin pitoisuuksina, jotka ovat kullekin 10 noin 0,1-10 painoprosenttia perustuen saatavan lisätyn metallin kokonaispainoon. Minkä tahansa lisäaineen pitoisuusalue riippuu sellaisista tekijöistä kuin lisäaineiden yhdistelmä ja prosessilämpötila. Tällä alueella olevien pitoisuuksien on havaittu aloittavan keraamisen kasvun, edistävän metallin kulkua ja vaikuttavan suotuisasti saatavan 15 hapettumisreaktiotuotteen kasvumorfologiaan.

Lisäesimerkkejä lisäaineista, jotka ovat höydyllisiä alumiiniperus-metallin yhteydessä, ovat natrium, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yksittäin tai yhdessä yhden tai useamman 20 muun lisäaineen kanssa hapettiraesta ja prosessiolosuhteista riippuen. Natriumia ja litiumia voidaan käyttää hyvin pieninä määrinä, miljoonasosien suuruusluokassa, tyypillisesti noin 100-200 osaa per miljoona, ja kumpaakin voidaan käyttää yksin tai yhdessä tai yhdistelmänä muun lisäaineen (muiden lisäaineiden) kanssa. Harvinaiset maan alkuaineet 25 kuten serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen käytettyinä yhdessä muiden lisäaineiden kanssa.

Kuten US-patentissa numeroltaan 4 923 832, myönnetty 8.5.1990, ja osoi-30 tettu siirron saajalle, on selvitetty, rajoitinta voidaan käyttää ehkäisemään hapettumisreaktiotuotteen kasvua tai kehittymistä rajoittimen lähtöpinnan ulkopuolelle. Tätä mahdollisuutta voidaan käyttää estämään tiheän kerroksen muodostuminen esimuotin pinnoille, joilla tällainen kerros olisi ei-toivottava, minkä vuoksi se antaa mahdollisuuden kehit-35 tää tiheä kerros selektiivisesti esimuotin pinnalle. Rajoitinta käytettäisiin tyypillisesti ainoastaan yhdessä kaasufaasihapettimen kanssa, 25 8 4 8 1 0 koska muutoin tiheän kerroksen selektiivistä säätelyä esimuotin pinnalla voidaan helposti kontrolloida tekemällä mahdolliseksi hapettimen, esim. kiinteän tai nestemäisen hapettimen, saatavuus. Sopiva rajoitin voi olla mikä tahansa materiaali, yhdiste, alkuaine, seos tai vastaava, 5 joka tämän keksinnön prosessiolosuhteissa ylläpitää yhtenäisyyttä, ei ole haihtuva ja on mielellään läpäisevä kaasufaasihapettimelle sekä pystyy paikallisesti ehkäisemään, negatiivisesti aktivoimaan, pysäyttämään, häiritsemään, estämään, jne., hapettumisreaktiotuotteen jatkuvan kasvun. Kalsiumsulfaatti (kipsi), kalsiumsilikaatti, portlandsementti 10 ja näiden seokset 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, jotta voitaisiin lisätä rajoittimen huokoisuutta ja läpäisevyyttä. Rajoitin voi edelleen sisältää sopivia 15 tulenkestäviä hiukkasia mahdollisen kutistumisen tai halkeilun vähentämiseksi, jota muutoin saattaisi esiintyä prosessin aikana. Hiukkaset, joilla on olennaisesti sama laajenemiskerroin kuin täyteainepedillä, olisivat erityisesti tarkoituksenmukaisia. Jos esimerkiksi esimuotti käsittää alumiinioksidin ja saatava keramiikka käsittää alumiinioksi-20 dia, rajoitin voidaan sekoittaa alumiinioksidihiukkasten kanssa, joiden seulamitta on mielellään noin 20-1000, joka vastaa noin 10-850 mikronin keskimääräistä hiukkaskokoa.

Esimerkki 1 25

Keraamisesta sekarakenteesta koostuva mäntämoottorin poistokaasuaukon sisävaippa, jolla oli huokoinen keerna ja tiheä pintakerros, valmistettiin tämän keksinnön mukaisesti seuraavasti: 30 Alumiinioksidiliete valmistettiin sekoittamalla 245 osaa A-17-alumiinioksidia (Alcoa) 60 osaan vettä leikkaussekoittimessa. Seitsemän tip-— paa Darvan-7:ää (Darvan -7 on kaupallisesti, yhtiöstä R.T. Vanderbilt

Company, Inc., saatavissa oleva dispergointiaine, joka muodostuu nat-riumpolyelektrolyytista) per 300 g erä (R.T. Vanderbilt Co., Norwalk, 35 CT 06855) lisättiin hitaasti alumiinioksidin hajauttamiseksi. Sekoittamista jatkettiin 2 tunnin ajan hyvän lietteen aikaansaamiseksi. Liete 26 8 4 8 1 0 asetettiin rullaparin päälle, jotta se voitiin pitää jatkuvasti liikkeessä. Liete sijoitettiin jäähdyttimeen ennen liukuvalua, jotta se voitiin lämmittää nolla-asteiseen lämpötilaan. Lietteen jäähdyttäminen minimoi reaktion alumiiniseosjauheen (jota käytettiin tässä esimerkissä 5 perusmetallina) ja veden välillä. Kun liete oli jäähtynyt 0°C:en, se poistettiin jäähdyttimestä ja siihen lisättiin 126 osaa -200 seulami-tan, joka vastaa noin 100 mikronin keskimääräistä hiukkaskokoa, alumiiniseosj auhetta (taulukon A koostumuksien mukaan) ja sitä sekoitettiin noin 20 sekuntia. Alumiiniseosperusmetallijauhetta sisältävä liete 10 kaadettiin välittömästi kipsimuottiin, jonka syvennys oli muotoiltu mäntämoottorin poistokaasuaukon sisävaipan konfiguraation mukaan, ja kaadettiin pois noin 40 sekunnissa 3,6 mm paksun esimuotin tuottamiseksi. Esimuotti vapautettiin muotista ja kuivattiin uunissa 80°C:ssa 24 tunnin ajan. Esimuotin kutistuma liukuvalun ja kuivauksen aikana oli 15 vähemmän kuin 1 %. Esimuotti kuumennettiin myöhemmin ilmassa 1000"C:seen 12 tunnin ajan ja pidettiin tässä lämpötilassa 30 tuntia. Tämän jälkeen lämpötila nostettiin 1300°C:seen 6 tunnin aikana, ja kappaletta pidettiin tässä lämpötilassa 12 tuntia. Lämpötila alennettiin sen jälkeen huoneen lämpötilaan 20 tunnin aikana.

20

Muodostuneessa sekarakennekappaleesta koostuvassa poistokaasuaukon sisävaipassa oli yhtenäinen 0,2-0,3 mm paksu tiheä pintakerros sekä sisä- että ulkopinnalla ja huokoinen keernaseinämä. Valokuva saadusta poistokaasuaukon sisävaipan rakenteesta on esitetty kuviossa 1. Esi-25 muotin painoprosentiksi tuli 16,7 % kuumennusvaiheen aikana, mikä johtui perusmetallin hapettamisesta ilmalla. Osan paksuus lisääntyi esi-muottivaiheesta lopulliseen osaan 3,6 mmrstä 4,6 mm:in.

Läpileikkaus tiheäkerroksisesta, huokoisesta keernasta koostuvasta 30 sekarakenteellisesta poistoaukon sisävaipasta on esitetty kuviossa 2.

35 27 848 1 0 ΤΑίπιικκη a

Jauheen kokoalue Tina Sinkki Kupari Nikkeli Pii Rauta 5 -200 seulamitta 1,71 % 3,50 % 4,21 % 0,07 % 8,12 % 1,22 % -80+200 seulamitta 1,30 % 3,42 % 4,28 % 0,12 % 8,63 % 1,29 % 10 Jauheen kokoalue Magnesium Kromi Mangaani Titaani Alumiini -200 seulamitta 0,10% 0,06% 0,21% 0,8% Loppuosa -80+200 seulamitta 0,16% 0,09% 0,21% 0,8% Loppuosa 15

Esimerkki 2 Tämä esimerkki esittää tiheän kerroksen muodostumisen lietteestä tuo-20 tettuun kappaleeseen sisältäen reaktiivisen täyteaineen (EPK-kaoliini) käytettynä alumiiniperusmetallijauheen kanssa.

Seitsemänkymmentä osaa EPK-kaoliinia (Feldspar Corporation, Edgar, Florida) sekoitettiin 30 osaan vettä sekoittimessa ja sekoitettiin 25 leikkaustahdissa 2 tunnin ajan. Noin 12 tippaa Darvan-7:ä lisättiin per 300 gramman erä kaoliinin hajauttamiseksi. Kun liete oli valmistettu, 100 osaa lietettä sekoitettiin 70 osaan (seulamitta -80+100, joka vastaa noin 150-175 mikronin keskimääräistä hiukkaskokoa) alumiiniseos-jauhetta (sama koostumus kuin -80+200 seulamitan (keskimääräinen hiuk-30 kaskoko noin 100-175 mikronia) jauheella esimerkissä 1) noin 20 sekunnin ajan. Liete valettiin tasaiselle kipsikiekolle muodostamaan 3-4 mm paksun kiekon halkaisijaltaan 2,54 cm. Valettu kappale kuivattiin 80°C:ssa 24 tunnin ajan ja kuumennettiin uunissa 1000°C:ssa ilmassa 24 tunnin ajan. Kuumennus- ja jäähdytysajat olivat pituudeltaan noin 1 35 tunti. Kuumennuksen jälkeen näytteellä oli huokoinen sisäosa muodostuen huokoisesta keernasta, jonka huokoset olivat kooltaan ja muodoltaan 28 84 8 1 0 suunnilleen samanlaiset kuin esiasteisella alumiiniseosjauheella, sekä tiheä kerros. Tiheän kerroksen paksuus oli noin 0,2 mm. Röntgensäde-analyysi osoitti kappaleen sisältävän alfa-Alj0j:a, piitä ja alumiiniseosta.

5

Saadun sekarakennekappaleen läpileikkauksen esittävä mikrovalokuva on esitetty kuviossa 3.

Esimerkki 3 10 Tämä esimerkki osoittaa, että tiheän kerroksen muodostuminen ei ole riippuvainen perusmetallijauheen hiukkaskoosta. Valmistettiin alumiini-oksidiliete sekoittamalla 245 osaa A-17:ä 60 osaan vettä leikkausse-koittimessa. Seitsemän tippaa Darvan-7:ä (R.T. Vanderbilt Co., Norwalk, 15 CT 06855) per 300 gramman erä lisättiin alumiinioksidin hajauttamiseksi. Sekoittamista jatkettiin 2 tuntia hyvän lietteen koostumuksen aikaansaamiseksi. Liete sijoitettiin rullaparin päälle sen pitämiseksi liikkeessä. Liete sijoitettiin jäädyttimeen ennen liukuvalua, jotta se voitiin jäähdyttää 0"C:en. Kun liete oli jäähdytetty 0°C:en, se pois-20 tettiin jäädyttimestä ja jaettiin kolmeen erään. Kolmea eri hiukkasko-koa (-200 seulamitta, -80+200 seulamitta, -80+100 seulamitta, samat koostumukset kuin esimerkissä 1) olevia alumiiniseosjauheita (126 osaa alumiiniseosjauhetta 300 osaan lietettä) lisättiin erillisiin eriin, joissa ne toimivat perusmetallina. Lietettä alumiinijauheineen sekoi-25 tettiin 20 sekuntia, jonka jälkeen ne liukuvalettiin kipsimuotissa poistokaasuaukon sisävaippaa varten. Lietettä poistettiin 40-70 sekuntia. Liukuvaletut esimuotit poistettiin muotista, ja niitä kuivattiin 80°C:ssa 24 tunnin ajan. Esimuotit ladattiin uuniin, ja lämpötila nostettiin 1000°C:en 12 tunnin aikana. Lämpötilaa pidettiin 1000°C:ssa 20 30 tuntia, ja se kohotettiin myöhemmin 1300®C:en 6 tunnin ajaksi. Kun lämpötilaa oli pidetty 1300°C:ssa 12 tuntia, se alennettiin huoneen lämpötilaan 20 tunnissa. Taulukossa B on esitetty yhteenveto kokeen tuloksista. Kuviossa 4 on esitetty valokuva tehdystä poistokaasuaukon sisä-vaipasta.

35 29 8481 0

TAULUKKO B

AI.seos- AI.seos- Kutistuma Painon Halk. Paks.

perusmet.- perusmet.- liukuvalun lisäys muutos muutos 5 jauheen jauhe ja kuivauk- kuum. kuum. kuum.

koko sen aikana jälkeen jälkeen jälkeen % % % % % Huom.

10 - 200 34* väh. kuin 1 15,7 1,7 32 Hyvä seulamitta yhtenäi nen pintakerros 15 (-80+200) 34* väh. kuin 1 29,6 2,5 32 Hyvä seulamitta yhtenäi nen pintakerros 20 (-80+100) 34* väh. kuin 1 20,6 4,0 35 Hyvä seulamitta yhtenäi nen pintakerros 25 * Prosentteina lietteessä olevien kuiva-aineiden kokonaispainosta.

30

Esimerkki 4 Tämä esimerkki osoittaa, että perusmetalliseoksen suhde täyteaineeseen on tärkeä tiheän kerroksen muodostumiselle. Valmistettiin kaksi lietet-35 tä, joista toinen sisälsi alumiinioksidia (A-17, Alcoa) ja toinen EPK-kaoliinia (Feldspar Corporation, Edgar, Florida 32049). Alumiinioksidi-liete valmistettiin sekoittamalla 245 osaa A-17:ä 60 osaan vettä. Alumiinioksidi hajautettiin käyttämällä 7 tippaa/300 g erä Darvan-7:ä (R.T. Vanderbilt Co., Norwalk, CT). EPK-liete valmistettiin sekoitta-40 maila 70 osaa EPK:ta 30 osaan vettä. Myös tässä lietteessä käytettiin hajauttimena Darvan-7:ä (12 tippaa/300 g:n erä). Lietettä sekoitettiin noin kahden tunnin ajan korkeassa leikkaustahdissa, ja ne siirrettiin myöhemmin rullaparille, jossa niitä pidettiin liikkeessä. Juuri ennen 30 8481 0 liukuvalua alumiiniperusmetalllseosjauhe (kuten esimerkin 1 -80+200 seulamitan erä) sekoitettiin lietteiden kanssa, ja lietteet valettiin välittömästi kipsimuottiin ja tyhjennettiin 40 sekunnin jälkeen muodostamaan 3-4 mm paksun esimuotin. Alumiiniseosjauheen suhde ja kuumennus-5 lämpötilat on esitetty taulukossa C.

TAULUKKO C

AI.seos- Ai- Kuum.lämpö- Kuum. Kalvonmuodostumista 10 perusmet.- jauheen tila aika koskevat huomautuk- jauheen koko (°C) (h) set prosentti*** lietteessä 15 29* (-80+200 1300 24 Yhtenäistä kerrosta seulamitta (Lämmitysaika 15 h ei muodostunut. Pin- Jäähdytysaika 23 h) nan ulkonäkö laikukas .

20 34* (-80+200 1300 24 Tiheä kerros muodos- seulamitta (Lämmitysaika 15 h tui tasaisesti.

25 Jäähdytysaika 23 h) 50** (-80+100 1000 1/3 Pintaan muodostui seulamitta (Lämmitysaika H h tiheä, tasainen 30 Jäähdytysaika h h) kerros.

43,4** (-80+100 1000 2 Kerrosta ei muodostu- seulamitta (Lämmitysaika H h nut, ulkonäkö laiku- 35 Jäähdytysaika h) kas.

* alumiinioksidillete 40 ** EPK-liete *** prosentteina kuiva-aineiden kokonaispainosta

Havaittiin, että kun perusmetaliiseosjauheen osuus alumiinloksidiliet-teessä oli 29 % (kuiva-aineiden kokonaispainosta), tiheää kerrosta ei 45 muodostunut, kun taas tiheä kerros muodostui, kun 34 % saman seoksen metallijauhetta sisältävä liete kuumennettiin samalla tavalla.

3i 8481 0

Vastaava ilmiö havaittiin EPK:ta sisältävissä lietteissä. Kun perus-metalliseosjauheen osuus oli 43,4 % (kuiva-aineiden kokonaispainosta), kerrosta ei muodostunut. Kappaleen ulkonäkö oli laikukas. Kun 50 % samaa perusmetalliseosjauhetta sisältävä, liukuvalettu kappale kuumen-5 nettiin vastaavissa olosuhteissa mutta lyhyempinä aikoina (2 tuntia vs. 1/3 tuntia), muodostui tasainen, tiheä kerros.

Esimerkki 5 10 Tämä esimerkki osoittaa, että tiheän kerroksen muodostuminen tapahtuu myös puristetuissa esimuoteissa ja että esimuottien muodostamismenetelinä (esim. liukuvalu edellisissä esimerkeissä vs. puristaminen tässä esimerkissä) ei ole ratkaiseva tiheän kalvokerroksen muodostumiselle.

15 Tässä tapauksessa 66 % A-17-alumiinioksidia (Alcoa) sekoitettiin erikseen kahta eri kokoa (seulamitat -200 ja -80+200) olevan alumiiniperus-metalliseosjauheen kanssa (sama seos kuin esimerkissä 1). Sekoittaminen suoritettiin huhmareessa ja petkeleellä 30 minuutin aikana, kunnes saatiin tasainen seos. Nämä seokset puristettiin teräsmuotissa 1,27 cm 20 paksuina ja 2,34 cm halkaisijaisina kuulina paineessa 68,9 MPa ilman sideaineita. Kappaleet sijoitettiin myöhemmin tulenkestävälle alumiini-oksidilaatalle ja kuumennettiin. Kuumentamisaikataulu oli seuraava: kappaleiden lämpötila nostettiin 1000°C:een 12 tunnissa, pidettiin 1000°C:ssa 30 tuntia, nostettiin 1300°C:een 6 tunnissa, pidettiin 25 1300°C:ssa 12 tuntia, ja jäähdytettiin huoneen lämpötilaan 20 tunnissa.

Tutkimuksen tulokset on esitetty taulukossa D.

. ff:' n 84810 taiiuihko n AI.seos- Al-seos- Halkaisijäin Paksuuden Painon Kerroksen muo- perusme- perusme- muutos kuu- muutos muutos dostumista 5 taliijau- tallijau- mennettaessa kuumennet- kuumen- koskevat heen pro- heen koko- (%) taessa netta- huomautuk- sentti*** alue (%) essa set (%) 10 34 -200 9 12,4 13,4 tiheä tasai- seulamitta nen kerros 15 34 -80+200 6,2 18,2 22,9 tiheä tasai- seulamitta nen kerros 20 Esimerkki 6 Tämä esimerkki osoittaa, että tiheä kerros muodostuu tapauksissa, joissa keraaminen kappale sisältää enemmän kuin yhden keraamisen vaiheen ja joissa esimuotissa käytetään reaktiivista täyteainetta.

25 Tässä tapauksessa seriumsirkonaattia ja litiumsirkonaattia (seulomitta -200, Electronic Space Products, International, Westlake, CA 91362) sekoitettiin erikseen ennaltamäärätyissä suhteissa (esitetty taulukossa E) alumiiniseosperusmetallijauheen kanssa (sama seos kuin esimerkis-30 sä 1). Seokset sekoitettiin perinpohjaisesti akaattihuhmareessa h tunnin aikana. Ne puristettiin myöhemmin 2,54 cm:n halkaisijaisiksi kuuliksi mekaanisessa puristimessa paineessa 68,9 MPa ilman voiteluainetta. Esimuovatut kuulat kuumennettiin myöhemmin ilmassa. Kuumennussykli oli seuraava: uunin lämpötila nostettiin 1000°C:een 12 tunnissa, pidet-35 tiin 1000°C:ssa 24 tuntia, nostettiin 1000°C:sta 1300°C:een 6 tunnissa, pidettiin 1300°C:ssa 12 tuntia, ja jäähdytettiin 1300°C:sta huoneen lämpötilaan 20 tunnissa.

Näiden tutkimusten tulokset on esitetty taulukossa E.

40 33 84 8 1 0 I ο ο Λ g S § O «O P I P 2 E Ρ ^

Id3 , Φ P -h p S:id ϊ , -H Γ

0 Λ ' -C Φ H » S ' -M S

H+MI P HÄ iS-H S·'

Id Id dl x «3 <U --J «J P«J ·* G Λ *ίβ ® cg *"i 5-1 si« P .* P p<uC φ *: P £, c n ·ρ n

emi * e (0 P £ (0 :λφλ S

•H O <0 ’«-Hi >ijÄ 2 e 2 5 p J2 ft * B » <0 :«JC Ä * p a cc

C C IM Φ O (VJ

a) ai o e co

~ e ~ C Ή -H -H rH

1 I C Γ^Ο,-Η Cir,oaH < G C <

φ I C a> CM ~C ~ fxjC -H-H -H -H

Η·Η 3 M C -H ,· O ,· «H O iJ-H -H J

0 my X οι «< P tr» Peer» i h q° q°h i

Iid> 3 0) i N® N I <o <Ö* ^ <o e PC* (0 1C M ICid li IM S O nH ho n|

tn p φ e h <w*p · ή p o s e o < ·< e o S

:(d id O O Iid H Φ 01 0)H 01 II (OOP-H -H O P (0 H > ,C S -o (0UP U <0 P N θ' β N hl JfitSlO' e ai

Ό I

e tn e e «o C O Φ 0) e r- 't

WWpSW(0--' - I - I

X 3 o r» O id 3 3 3 -h '-r no h g Λ S X e (0 3

§ e I

E-I <0 C* «J

•n C C P

•H M φ W

to to O

-H (0 >0 (0 VO N· C

«03Cr - I - I -H

X p C <0 <#> o t" g H3C>!^ H ft (0 e Φ·η w

K B S <0 -H

<0 e o * 1 o -H I C * H P Φ

3 in no σι dl to C

e * X (0 00 en - - o O Φ ODCr-* - - n· cr» ΦΦΌ C oi C id# in vo no no MW Ή

-H >iC>!^ <N O * * 2J

io ta φ -h ia ίο e

ft in B (0 *P ·*Η *H

tn en ιβ <0 (0 (0 (0 i p p P P (0 «J Λ φ OP P OP P ·Η·Η>

CC O -H -H O -H -H P P -H

Φ rH — (NS B n) s B PPG

oi id# +(ö o (0 + <o oio (0(ö>i .CO*— oh oh OH OH (0(0 CAi »C no C «C no p CC<0

(0 O ΙΦ ΙΦ ΙΦ ΙΦ OOC

ho,* '—in ^ tn ^ tn '—tn .* .* -h p p Φ i -h -h p iip tn tn p tn e e S § e i 3 id oi e 3 a) ιβ P *o tn ·η h tn > φ o p p o

•rl ft-H p * * Φ Ή P

e i h ft —. * -k * * tn h ft

>! *-*H <#> N· O O

— Φ (0 C w n in n in • C P Φ *

H -H φ Φ -rl * -K

rt!(0BÄP * * * in o in o in o in h H ro no m m 8481 0

Havaittiin, että hieman metallia sisältävä, harmaa alfa-alumiini-oksi-dikerros (katso kuvion 5 mikrovalokuva) muodostui, kun 34 ja 50 % kahta eri kokoa olevaa perusalumiiniseosjauhetta ja seriumsirkonaattia sisältävä seos kuumennettiin. Kappaleiden sisäosa oli hyvin huokoinen, eikä 5 sisältänyt mitään havaittavia määriä alumiinia tai piitä (röntgensäde-hajautusanalyysillä todettuna). Sekarakennekappaleiden, jotka tuotettiin käyttäen esimuotissa seriumsirkonaattia, havaittiin sisältävän seuraavia aineita: alfa-Al20J( Ce • TjZr. Μ02 ja tetragoninen sirkoniumoksi-di, ja kappaleet, joissa käytettiin Li2Zr03:a esimuotissa, sisälsivät 10 seuraavia aineita: gamma-LiAl02, monokliininen Zr02 ja LiAl50g lopullisessa tuotteessa.

Esimerkki 7 15 Tämä esimerkki osoittaa, että tiheä kerros voidaan selektiivisesti kehittää sekarakennekappaleeseen käyttämällä rajoitinta, joka estää kalvon ei-toivotun kasvun esimuotin valituille pinnoille koeolosuhteissa.

Tässä kokeessa valmistettiin kaksi identtistä esimuottikappaletta, 20 jotka oli tarkoitettu mäntämoottorin poistokaasuaukon sisävaipoiksi, käyttäen esimerkissä 3 esitettyä menettelyä. Molemmat aukot sisälsivät 34 % -200 seulamitan alumiiniseosjauhetta (sama seos kuin esimerkissä 1). Toinen esimuotti päällystettiin lietteellä, joka sisälsi kipsiä ja 30 % raekokoa 500 olevaa piidioksidia, joka toimi rajoittimena kalvon 25 kasvulle johtuen siitä, että alumiiniseos ei pysty kostuttamaan tätä materiaalia. Päällyste levitettiin esimuotin sisäpinnalle, ja sisäpintaa ei päällystetty.

Toisessa esimuotissa mitään pintoja ei päällystetty yllämainitulla 30 rajoittimella. Molemmat kappaleet asetettiin tulenkestävälle alumiini- ____; oksidilevylle ja kuumennettiin ilmassa. Kuumentaminen muodostui seuraa- vista vaiheista: lämpötila nostettiin 1000°C:een 18 tunnissa, pidettiin 1000°C:ssa 20 tuntia, jonka jälkeen uuni jäähdytettiin huoneen lämpötilaan 10 tunnissa. Kuumentamisen jälkeen havaittiin, että ensimmäinen 35 esimuotti oli tuottanut huokoisen kappaleen, jolla oli tiheä tasainen kerros ulkopinnalla, jota ei ollut päällystetty rajoittimella, mutta 35 8 4 8 1 0 mitään kerrosta ei ollut kehittynyt sisäpinnalle, joka oli päällystetty rajoittimella. Esimuottikappaleella, jolla ei ollut rajoitinta kummallakaan pinnalla, oli tiheä ja tasainen kerros molemmilla pinnoilla sekä huokoinen ke e ma.

5

Esimerkki 8 Tämä esimerkki osoittaa, että tiheällä kerroksella varustettu poisto-kaasuaukon sisävaippa on kyllin vahva kestämään jännitykset valettaessa 10 alumiiniseosta sen ympärille, mitä voidaan edellyttää tuotettaessa moottorin sylinterin kantta.

Tiheällä kerroksella varustetun poistokaasuaukon sisävaipan valmistamiseksi sekoitettiin sekoittimessa korkeassa leikkaustahdissa 245 osaa A-15 17-alumiinioksidia 60 osaan vettä. Seitsemän tippaa Darvan-7:ä per 300 gramman erä lisättiin vähitellen lietteeseen sekoittamisen jatkuessa. Lietettä sekoitettiin 2 tuntia, ja se siirrettiin myöhemmin rullaparil-le, jossa se pidettiin jatkuvassa liikkeessä. Ennen liukuvalua liete siirrettiin jäähdyttimeen ja jäähdytettiin 0°C:een. Kun liete oli jääh-20 dytetty, siihen sekoitettiin 135 osaa -80+100 seulamitan alumiinijau-hetta (per -80+200 seulamitan erä esimerkin 1 seosta) 20 sekunnin aikana. Liete valettiin välittömästi kipsimuottiin ja tyhjennettiin 40 sekunnissa. Prosessi tuotti esimuotin, joka oli 3,8 mm paksu ja jonka ulkohalkaisija oli 39,2 mm. Esimuotti poistettiin muotista ja kuivat-25 tiin 80°C:ssa 24 tunnin ajan. Kuivattu esimuotti asetettiin tulenkestävälle alumiinoksidilevylle ja kuumennettiin ilmassa. Kuumentamisproses-sin vaiheet olivat seuraavat: uunin lämpötila nostettiin 1000°C:een 12 tunnissa, pidettiin 1000°C:ssa 48 tuntia, nostettiin 1300°C:een 12 tunniksi, jonka jälkeen uuni jäähdytettiin 1300°C:sta huoneen lämpötilaan 30 20 tunnissa.

Kuumentamisen Jälkeen havaittiin, että saadulla keraamisella sekaraken-teisella poistoaukon sisävaipalla oli tiheä 0,2-0,3 mm paksu kerros sekä sisä- että ulkopinnoillaan. Aukon halkaisija oli suurentunut : 35 39,2 mm:stä 39,9 mm:in, kun taas paksuus oli lisääntynyt 3,8 mm:stä 4,4 mm:in.

36 8481 0 Tämä keraaminen sekarakenne esikuumennettlin tämän jälkeen 400°C:een ja asetettiin teräsmuottiin. Sula alumiiniseos, jonka koostumus oli nimellisesti sama kuin esimerkissä 1, kaadettiin aukon ympärille 700°C:ssa.

5 Valun annettiin jäähtyä, ja se poistettiin myöhemmin muotista. Kuviossa 6 on esitetty metallivalu, jossa poistokaasuaukon sisävaippa on paikoillaan. Sisävaippa ei ollut halkeillut tai vääntynyt, mikä osoittaa, että poistokaasuaukon sisävaippa oli kyllin vahva kestämään valuproses-sin aikana esiintyvät jännitykset.

10

Claims (30)

37 84810

1. Menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakennekappaleen valmistamiseksi, jolla on huokoinen keerna, jolla puolestaan on tiheä pintakerros 5 keernan kanssa yhtenäisesti muodostettuna, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: a) valmistetaan esimuotti käsittäen täyteaineen ja perusmetallin hajautettuna täyteaineeseen ja jossa perusmetallin tilavuusprosentti on 10 riittävä muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen määrän, joka ylittää esimuotissa saatavissa olevan vapaan tilavuuden; b) sulatetaan perusmetalli hapettimen läsnäollessa ja saatavan sulan perusmetallin annetaan reagoida sen kanssa muodostamaan hapettumisreak- 15 tiotuote; c) sula perusmetalli kulkeutuu hapettumisreaktiotuotteeseen kohti hape-tinta hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen jatkamiseksi esimuotissa, jotta koko vapaa tilavuus olennaisesti täyttyisi ja koska perusmetal- 20 lia, jota on hajautettuna täyteaineessa, kulkeutuu hapetusreaktiotuot-teeseen, muodostuu samanaikaisesti tyhjiöitä olennaisesti läpi koko esimuotin poistuvan perusmetallin tilalle, jotka tyhjiöt ainakin osittain käänteisesti toistavat perusmetallin geometrian; 25 d) jatketaan reaktiota ajan, joka riittää sulan perusmetallin kulkeutumiseksi edelleen hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta ja ainakin esimuotin yhteen pintaan hapettumisreaktiotuotteen tiiviin pintakerroksen muodostamiseksi ainakin yhdelle pinnalle, joka on olennaisesti vapaa tyhjiöistä, muodostaen täten suhteellisen tiheän pinta-30 kerroksen; ja e) otetaan talteen saatu keraaminen sekarakennekappale.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 35 että hapetin sisältää kaasufaasihapettimen, joka edullisesti on ilma, 38 8 4 8 1 0 happi, typpi tai kaasuseos, joka sisältää 96 tilavuus-% typpeä ja 4 tilavuus-% vetyä.

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että täyteaine on olennaisesti reagoimaton prosessiolosuhteissa.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esimuotti sisältää reaktiivista täyteainetta, johon sisäl- 10 tyy hapettumis-pelkistymisreaktiossa sulalla perusmetallilla pelkistyvää metallista ainesosaa, että perusmetallia on läsnä esimuotissa määrässä, joka stökiömetrisesti ylittää täyteaineen metallisen ainesosan määrän, joka menetelmä edelleen käsittää esimuotin kuumentamisen reak-tiolämpötilaan hapettumis-pelkistymisreaktion aloittamiseksi ja hapet-15 tumis-pelkistymistuotteen muodostamiseksi olennaisesti läpi koko esimuotin ilman, että perusmetalli olennaisesti hapettuisi ilmakehän vaikutuksesta tätä ennen.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että esimuotti on yleisesti muodonpitävä esimuotti, jonka huo-koistilavuus on ainakin noin 5 %.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että huokoistilavuus on alueella noin 25-45 %. 25

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli valitaan seuraavasta ryhmästä: alumiini, pii, titaani, tina, sirkonium ja hafnium.

8. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine sisältää seuraavasta ryhmästä valitun ainesosan: alumiinin, piin, tinan, kuparin, sinkin, raudan, nikkelin, kromin, sirko-niumin, hafniumin, koboltin ja volframin oksidit, nitridit tai karbidit sekä niiden seokset. : 35 39 8481 0

9. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli koostuu alumiinista ja sisältää edelleen siihen liittyvän lisäaineen lähteen ja jossa lisäaineen lähde valitaan seuraavasta ryhmästä: magnesium, sinkki, pii, germanium, tina, lyijy, boori, nat- 5 rium, litium, kalsium, fosfori, yttrium, harvinaiset maan metallit ja niiden seokset.

10. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keraaminen sekarakennekappale sisältää ainakin noin 5 tilavuus- 10 prosenttia metallisia ainesosia.

11. Patenttivaatimuksen 1 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että asetetaan osaan esimuotin pintaa rajoitinta, joka ainakin vähentää tiheän pintakerroksen muodostumisen määrää. 15

12. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli on alumiini ja täyteaine sisältää ainesosan, joka valitaan seuraavasta ryhmästä: kaoliini, savi, aluminosilikaatti 3Al203 · 2Sj02, kordieriitti, piidioksidi tai mulliitti. 20

13. Minkä tahansa ylläolevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetin sisältää boorin lähteen kiinteänä hapettimena.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yksi esimuotin pinta on kiinteän hapettimen läheisyydessä.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiinteä hapetin on sekoitettu olennaisen reagoimattomaan täyteai- 30 neeseen.

16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine lisäksi sisältää hapettimen.

17. Patenttivaatimuksen 14 tai 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetin lisäksi käsittää boorin lähteen. 40 8 4 8 1 0

18. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää metallin, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu alumiini, pii, titaani, tina, zirkonium ja hafnium.

19. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää materiaalin, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu seuraavien metallien oksidit, nitridit tai karbidit: alumiini, pii, tina, kupari, sinkki, rauta, nikkeli, kromi, zirkonium, hafnium, koboltti, volframi ja niiden seokset. 10

20. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää talteenotetun keraamisen sekarakennekappaleen asettamisen muottiin ja metallin valun mainitun keraamisen sekarakennekappaleen ympärille. 15

21. Patenttivaatimuksen 20 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että valumetalli käsittää alumiinin tai alumiiniseoksen.

22. Patenttivaatimuksen 11 tai 20 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että perusmetalli on alumiini, hapetin sisältää ilman ja rajoitin sisältää aineksia, jotka on valittu seuraavasta ryhmästä: kalsium-sulfaatti, kalsiumsilikaatti, portlandsementti, kipsi, wollastoniitti ja niiden yhdistelmät.

23. Jonkin patenttivaatimuksen 1-22 menetelmällä valmistettu keraaminen sekarakennekappale, tunnettu siitä, että se käsittää yhtenäisen keraamisen pintakerroksen, joka on suhteellisesti tiiviimpi kuin muu osa keraamisesta sekarakenteesta, jossa ainakin osa yhtenäisestä keraamisesta pintakerroksesta käsittää hapetusreaktiotuotteen. 30

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen keraaminen sekarakennekappale, tunnettu siitä, että mainitussa esimuotissa oleva vapaa tilavuus käsittää noin 5-65 %. 41 84810

25. Patenttivaatimuksen 23 mukainen keraaminen sekarakennekappale, tunnettu siitä, että pinta-alue käsittää noin 5-15 % kappaleen paksuudesta.

26. Patenttivaatimuksen 25 mukainen keraaminen sekarakennekappale, tunnettu siitä, että kappaleen lämmönjohtavuus on kohtisuorasti pinta-alueeseen alhaisempi kuin lämmönjohtavuus suunnassa, joka on yhdensuuntainen pinta-alueen kanssa.

27. Patenttivaatimuksen 26 mukainen keraaminen sekarakenne, tun nettu siitä, että ainakin osa kappaleesta on valettu metalliin.

28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen keraaminen sekarakennekappale, tunnettu siitä, että kappaleen paksuus on noin 0,1-1,0 mm. 15

29. Patenttivaatimuksen 26 tai 28 mukainen keraaminen sekarakennekappale, tunnettu siitä, että kappale käsittää ainakin yhden seu-raavista: polttokammion vuorauksen, sylinterin vuorauksen, männänpään, poistokaasuaukon vuorauksen, poistokaasujen putkijohdon ja turbiinin 20 pesän.

30. Patenttivaatimuksen 29 mukainen keraaminen sekarakennekappale, tunnettu siitä, että hapetusreaktiotuote on suotautunut täyteaineeseen keraamisen sekarakennepintakerroksen muodostamiseksi, joka 25 täyteaine muodostuu ainoastaan yhden laatuisesta täyteaineesta, tai se on useamman täyteaineen seos. « 84810