FI86296B - Foerfarande foer framstaellning av formade keramiska strukturer genom utnyttjande av en begraensare. - Google Patents

Foerfarande foer framstaellning av formade keramiska strukturer genom utnyttjande av en begraensare. Download PDF

Info

Publication number
FI86296B
FI86296B FI872020A FI872020A FI86296B FI 86296 B FI86296 B FI 86296B FI 872020 A FI872020 A FI 872020A FI 872020 A FI872020 A FI 872020A FI 86296 B FI86296 B FI 86296B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
preform
oxidant
reaction product
oxidation reaction
base metal
Prior art date
Application number
FI872020A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI872020A0 (fi
FI872020A (fi
FI86296C (fi
Inventor
Robert C Kantner
Marc S Newkirk
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 FI872020A0 publication Critical patent/FI872020A0/fi
Publication of FI872020A publication Critical patent/FI872020A/fi
Publication of FI86296B publication Critical patent/FI86296B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI86296C publication Critical patent/FI86296C/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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/10—Isostatic pressing, i.e. using non-rigid pressure-exerting members against rigid parts or dies
    • 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
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111—Fine ceramics
    • C04B35/117—Composites
    • 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
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • 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
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62844—Coating fibres
    • C04B35/62847—Coating fibres with oxide ceramics
    • C04B35/62852—Alumina or aluminates
    • 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
    • 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
    • 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
    • C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
    • C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
    • 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
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/003—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts
    • C04B37/005—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating by means of an interlayer consisting of a combination of materials selected from glass, or ceramic material with metals, metal oxides or metal salts consisting of glass or ceramic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/32—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C43/36—Moulds for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/3642—Bags, bleeder sheets or cauls for isostatic pressing
    • B29C2043/3652—Elastic moulds or mould parts, e.g. cores or inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/709—Articles shaped in a closed loop, e.g. conveyor belts
    • B29L2031/7096—Rings or ring-like articles
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34—Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/349—Clays, e.g. bentonites, smectites such as montmorillonite, vermiculites or kaolines, e.g. illite, talc or sepiolite
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/401—Alkaline earth metals
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/402—Aluminium
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/405—Iron group metals
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/40—Metallic constituents or additives not added as binding phase
    • C04B2235/407—Copper
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/42—Non metallic elements added as constituents or additives, e.g. sulfur, phosphor, selenium or tellurium
    • C04B2235/428—Silicon
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5248—Carbon, e.g. graphite
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5418—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof
    • C04B2235/5436—Particle size related information expressed by the size of the particles or aggregates thereof micrometer sized, i.e. from 1 to 100 micron
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/54—Particle size related information
    • C04B2235/5463—Particle size distributions
    • C04B2235/5472—Bimodal, multi-modal or multi-fraction
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C04B2235/6027—Slip casting
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6587—Influencing the atmosphere by vaporising a solid material, e.g. by using a burying of sacrificial powder
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/66—Specific sintering techniques, e.g. centrifugal sintering
    • C04B2235/661—Multi-step sintering
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/94—Products characterised by their shape
    • 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
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/95—Products characterised by their size, e.g. microceramics
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/02—Aspects relating to interlayers, e.g. used to join ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/04—Ceramic interlayers
    • C04B2237/06—Oxidic interlayers
    • C04B2237/064—Oxidic interlayers based on alumina or aluminates
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/32—Ceramic
    • C04B2237/36—Non-oxidic
    • C04B2237/365—Silicon carbide
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/61—Joining two substrates of which at least one is porous by infiltrating the porous substrate with a liquid, such as a molten metal, causing bonding of the two substrates, e.g. joining two porous carbon substrates by infiltrating with molten silicon
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/62—Forming laminates or joined articles comprising holes, channels or other types of openings
    • 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
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/50—Processing aspects relating to ceramic laminates or to the joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/76—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc
    • C04B2237/765—Forming laminates or joined articles comprising at least one member in the form other than a sheet or disc, e.g. two tubes or a tube and a sheet or disc at least one member being a tube

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Materials For Medical Uses (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Cephalosporin Compounds (AREA)
  • Table Devices Or Equipment (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

86296
Menetelmä muotoiltujen keraamisten rakenteiden valmistamiseksi rajoitinta käyttäen Förfarande för framställning av formade keramiska strukturer genom utnyttjande av en begränsare 5
Keksinnön kohteena on menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tai 10 keraamisen sekarakenteen valmistamiseksi itsekantavan keraamisen seka-rakenteen käsittäessä keraamisella matriisimateriaalilla suotautuneen täyteaineen massan tai muotoillun esimuotin, perusmetallin hapettamisen avulla monikiteisen materiaalin tuottamiseksi, joka käsittää perusmetallin ja ainakin yhden hapettimen, joka sisältää kaasufaasihapetinta, 15 välisen hapettumisreaktiotuotteen ja valinnaisesti yhden tai useamman metallisen ainesosan.
Tämän keksinnön kohteena ovat laajasti ottaen menetelmät itsekantavien keraamisten kappaleiden valmistamiseksi. Tarkemmin ottaen tämän keksin-20 nön kohteena ovat menetelmät muotoiltujen itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi mukaanlukien muotoillut keraamiset rakenteet, jotka on esiastemetallin hapettumisreaktiolla kasvatettu rajoittimeen, jotta saadaan aikaan pinta, kehä, raja tai vastaavien lopullisten muotojen tuottamiseksi.
25 ···' Viime vuosina on esiintynyt yhä lisääntyvää mielenkiintoa käyttää kera miikkaa rakennesovelluksiin, joihin aikaisemmin käytettiin metalleja. Sysäyksenä tälle mielenkiinnolle on ollut keramiikan paremmuus suhtees-: sa tiettyihin ominaisuuksiin kuten ruostumattomuus, kovuus, kimmoker- : 30 roin ja tulenkestävyys metalleihin verrattuna. Mielenkiintoa on lisän- nyt edelleen se, että nämä ominaisuudet nyt sulkevat monien nykyaikaisten komponenttien ja järjestelmien suorituskyvyn rakenteelliset rajat ,·. ; tavanomaisesti käytetyissä materiaaleissa. Esimerkkejä alueista, joilla ... näitä käyttömahdollisuuksia on, ovat moottorikomponentit, lämmönvaihti- 35 met, työstökoneet, laakerit ja kulutuspinnat, pumput sekä meriteolli- V1: suuden laitteet.
• · · · · • # · 2 86296
Nykyiset yritykset lujempien, luotettavampien ja sitkeämpien keraamisten tuotteiden tuottamiseksi keskittyvät pääasiassa (1) parempien prosessointimenetelmien kehittämiseen monoliittiselle keramiikalle ja (2) keraamisten matriisirakenteiden kehittämiseen. Sekarakenne koostuu 5 heterogeenisesta materiaalista, kappaleesta tai tuotteesta, joka on tehty kahdesta tai useammasta eri materiaalista, jotka on läheisesti yhdistetty rakenteen toivottujen ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Kaksi eri materiaalia voidaan läheisesti yhdistää esimerkiksi upottamalla toinen toisen matriisiin. Keraaminen matriisisekarakenne käsittää tyy-10 pillisesti keraamisen matriisin, joka sisältää yhden-tai useammanlaisia täyteaineita tai esimuotin materiaaleja kuten hiukkasia, kuituja, tankoja tai vastaavia.
Metallien korvaaminen keramiikalla tuottaa useita tunnettuja rajoituk-15 siä tai vaikeuksia, kuten mitoittamisessa, kyvyssä tuottaa monimutkaisia muotoja, lopputuotteelta vaadittavien ominaisuuksien aikaansaamisessa sekä kustannuksissa. Useissa vireillä olevissa patenttihakemuksissa, jotka kuuluvat samalle hakijalle kuin tämä hakemus, nämä rajoitukset tai vaikeudet on voitettu, ja niissä on esitetty uusia menetel-20 miä, joilla voidaan luotettavasti tuottaa keraamisia materiaaleja sekä sekarakenteita. Hakijan US-patentti 4,713,360, joka on hyväksytty 15.12.1987 ja vastaa suomalaista patenttijulkaisua nro 83 764 nimellä ... Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit ja *\ menetelmät niiden valmistamiseksi", kuvaa yleisesti menetelmän itsekan- ** *· 25 tavien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi, jotka on kasvatettu ha- pettumisreaktiotuotteena perusmetallin esiasteesta. Sulan metallin -. ·; annetaan reagoida kaasufaasihapettimen kanssa muodostamaan hapettumis- : "·· reaktiotuotteen, ja metalli vaeltaa hapettumistuotteen läpi kohti hape- : tinta ja hapettuu edelleen kehittäen näin jatkuvasti keraamista raoniki- 30 teistä kappaletta. Prosessia voidaan korostaa käyttämällä sekoitettua ____: lisäainetta siten kuin sitä on käytetty, kun hapetetaan alumiinia il- massa muodostamaan α-aluminiumoksidisia keraamisia rakenteita. Menetelmää parannettiin levittämällä lisäaineita esiastemetallin pintaan, kuten on esitetty hakijan US-patentissa 4,853,352, joka on hyväksytty 35 1.8.1989 ja vastaa suomalaista patenttijulkaisua 83 952 nimeltään "Me- 3 86296 netelmät itsekantavien keraamisten materiaalien valmistamiseksi", nimellä Marc S. Newkirk et ai.
Tätä hapettumisilmiötä käytettiin hyväksi tuotettaessa sekarakenteisia 5 keraamisia kappaleita, kuten on kuvattu hakijan US-patentissa 4,851,375, joka on hyväksytty 25.7.1989 ja vastaa suomalaista patenttijulkaisua 83 630 nimellä Marc S. Newkirk ja molemmat nimeltään "Keraamiset sekarakennekappaleet ja menetelmät niiden valmistamiseksi". Näissä hakemuksissa ja patenteissa on esitetty uusia menetelmiä itsekanta-10 van keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi kasvattamalla hapettumis-reaktiotuote perusmetallin esiasteesta läpäisevään täyteainemassaan, jolloin keraaminen matriisi sulkee sisäänsä täyteaineen. Saatavalla sekarakenteella ei kuitenkaan ole mitään määritettyä tai ennaltamäärät-tyä geometriaa, muotoa tai konfiguraatiota.
15
Menetelmä keraamisten sekarakennekappaleiden tuottamiseksi, joilla on ennaltamäärätty geometria tai muoto, on esitetty hakijan US-patentissa 5,017,526, joka vastaa suomalaista patenttihakemusta 872021 ja on nimeltään "Muotoillut keraamiset sekarakenteet ja menetelmät niiden val-20 toistamiseksi" ja nimellä Newkirk et ai. Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti kehittyvä hapettumisreaktiotuote suodattuu läpäisevään esi-muottiin kohden määritetyn pintarajan suuntaa. Keraamiset rakenteet, joilla on ontelo, jonka sisäinen geometria kääntäen toistaa alkuperäi-sen perusmetallikappaleen muodon, on esitetty hakijan US-patentissa • ; 25 4,828,785, joka on hyväksytty 9.5.1989 ja vastaa suomalaista patentti julkaisua 84343 nimellä Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmä keraa-misten sekarakennekappaleiden valmistamiseksi käänteisellä muodon toistamisella ja menetelmällä saadut tuotteet".
·.'.· 30 Kaikkien edellämainittujen hakijan patenttihakemusten ja patenttien koko kuvauksiin viitataan nimenomaan tässä hakemuksessa.
Avainelementti käytettäessä yllämainittujen, hakijan patenttien ja . vireillä olevien hakemusten menetelmiä lopullisen tai lähes lopullisen 35 keraamisen kappaleen tuottamiseksi, mukaanlukien sekarakennekappaleet, "“· jotka olennaisesti säilyttävät alkuperäisen muodon ja täyteaineen tai * 86296 esimuotin mitat, on minimoida tai estää keraamisen matriisin ylikasvu yli määritettyjen pintarajojen. Pintarajojen ylikasvu voidaan pääasiassa estää ohjaamalla monikiteisen keraamisen matriisin suodattuminen mille tahansa määritetyille pintarajoille, mikä voidaan saada aikaan 5 esimerkiksi käyttämällä ennaltamäärättyä perusmetallin määrää, järjestämällä esimuottiin suotuisa hapettumiskinetiikka, kuluttamalla loppuun hapettava ilmakehä tai alentamalla reaktiolämpötilaa. Mitkä tahansa näistä vaiheista saattavat vaatia tarkkaa valvontaa tai tarkkaavaisuutta, jottei tapahdu olennaisesti ollenkaan monikiteistä ylikasvua yli 10 minkään määritetyn pintarajan, mutta siitä huolimatta ei ehkä saada tuotetuksi toivotunlaista lopullista muotoa tai lähes lopullista muotoa, tai tarvitaan lisätyöstöä tai jälkikäsittelyä.
Esillä olevan keksinnön avulla on mahdollista luotettavasti järjestää 15 raja tai pääasiassa estää kehittyvän hapettumisreaktiotuotteen ylikas— vu, mikä on toivottavaa lopullisia muotoja muodostettaessa erityisesti suurten yksittäisten kappaleiden tai monimutkaisella geometrialla muodostettujen kappaleiden yhteydessä.
20 Tämän keksinnön avulla saadaan laajasti ottaen itsekantava keraaminen kappale, joka tuotetaan perusmetallin hapettumisreaktiolla muodostamaan monikiteinen materiaali, joka muodostuu olennaisesti perusmetallin hapettumisreaktiotuotteesta yhden tai useamman hapettimen kanssa, joka sisältää kaasufaasihapettimen ja valinnaisesti yhdestä tai useammasta 25 metallisesta ainesosasta, ja jolla on rajoittimella määritetty pintara-“·*·' ja. Kaasufaasihapetinta voidaan käyttää kiinteän tai nestemäisen hapet- timen yhteydessä, kuten alla on yksityiskohtaisemmin selitetty. Rajoi-: · tinta käytetään pinnan, kehän, rajan tai vastaavan järjestämiseksi ; keraamiselle kappaleelle.
30 ·;··· Tämän keksinnön avulla saadaan edelleen laajasti ottaen toivotun, en- .*:*. naltamäärätyn muodon omaava keraaminen sekarakenne. Tämän suoritusmuo- • don mukaan pintarajalla varustetun täytemateriaalin muotoillun massan *-··' päälle asetetaan rajoitin, joka estää keraamisen kappaleen muodostumi- 35 sen sen yli toiselle puolelle. Hapettumisreaktiotuotteen kehittyminen 5 86296 tai kasvu suodattuu muotoiltuun massaan ja päättyy olennaisesti rajoit-timeen.
Tämän keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että 5 menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: (a) valinnaisesti järjestetään ainakin osa perusmetallista niin, että ainakin osittain erilleen perusmetallista on rajoitin, joka häiritsee, ehkäisee tai lopettaa hapet-tumisreaktiotuotteen kasvun tai kehittymisen keraamisen kappaleen ainakin yhden pinnan aikaansaamiseksi; (b) perusmetalli kuumennetaan sula-10 mispisteensä yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteensa sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan sulaa perusmetallia olevan massan muodostamiseksi, (c) valinnaisesti saatetaan täyteainemassan tai muotoillun esimuotin vyöhyke kosketuksiin sulan perusmetallin kanssa siten, että täyteainemassalla tai muotoillulla esimuotilla on ainakin 15 yksi vastaavanlaisella rajoittimella kuin kohdassa (a) määritetty pinta ainakin osittain erillään kosketusvyöhykkeestä siten, että hapettumis-reaktiotuotteen muodostuminen tapahtuu täyteainemassaan tai muotoiltuun esimuottiin ja kohti rajoittimen suuntaa, (d) annetaan mainitun sulan perusmetallin reagoida mainitussa lämpötilassa hapettimen kanssa muo-20 dostamaan hapettumisreaktiotuotteen, (e) pidetään ainakin osa hapet- tumisreaktiotuotteesta kosketuksissa sulan perusmetallin ja hapettimen kanssa näiden välissä, jotta sula perusmetalli voi kulkeutua hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti rajoitinta ja kosketuksiin hapettimen kanssa siten, että tuoreen hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen . ; 25 jatkuu hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen .·· välisellä rajapinnalla, jolloin täyteainemassaa käytettäessä hapettu- !'*. misreaktiotuote suotautuu täyteainemassaan tai muotoiltuun esimuottiin, ja (f) jatketaan reaktiota kunnes hapettumisreaktiotuote tulee kosketuksiin mainitun rajoittimen kanssa keraamisen kappaleen tuottamiseksi, 30 tai keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi, jonka pinta on rajoittimen määrittämä.
! : : Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti itsekantava keraaminen kappale / . tuotetaan järjestämällä rajoitin ainakin osittain erilleen perusmetal- 1..* 35 lista. Perusmetalli kuumennetaan sulamispisteensä yläpuolella mutta ♦ hapettumisreaktiotuotteen alapuolella olevaan lämpötilaan muodostamaan » · · • » 6 86296 sulaa metallimassaa, ja tässä lämpötilassa tai tällä lämpötila-alueella sula metalli reagoi kaasufaasihapettimen kanssa muodostaen hapettumis-reaktiotuotteen. Tulisi ymmärtää, että käytettävä lämpötila-alue tai haluttu lämpötila ei saa ulottua koko lämpötilaväIin yli. Ainakin osaa 5 hapettumisreaktiotuotteesta pidetään kontaktissa sulan metallin ja hapettimen kanssa ja näiden välillä, jotta sulaa metallia vetäytyy monikiteisen materiaalin läpi kohti rajoitinta ja kosketuksiin hapettimen kanssa siten, että hapettumisreaktiotuote jatkaa muodostumistaan hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen väli-10 sellä rajapinnalla, ja valinnaisesti, jättäen metallisia ainesosia hajaantuneiksi tai jakaantuneiksi läpi monikiteisen materiaalin. Tulisi ymmärtää, että monikiteisessä materiaalissa saattaa esiintyä huokoisuutta osan tai koko metallifaasin tilalla, mutta huokosten tilavuusprosentti riippuu paljolti esimerkiksi lämpötilasta, ajasta ja perusme-15 tallin tyypistä. Reaktiota jatketaan tuottamaan keraaminen kappale, joka on kasvatettu rajoittimen määrittämään pintaan tai rajaan.
Keraamista sekarakennetta tämän keksinnön mukaisella menetelmällä tyypillisimmin muodostettaessa perusmetalli sijoitetaan täyteainemateriaa-20 lipedin viereen ja mielellään kosketuksiin sen kanssa, jolla täytemateriaalilla on ennaltamäärätty malli tai muoto, se on esim. esimuottina siten, että rajoittimella varustetun esimuotoillun pedin pinta sijaitsee ulospäin, tai poispäin tai erillään perusmetallista. Hapettuinis-reaktiotuotteen muodostuminen ja kasvu tapahtuu tässä pedissä kohti ra-25 joittimella varustettua pintaa. Reaktiota jatketaan, kunnes monikitei-nen hapettumisreaktiotuote on suotautunut esimuotoiltuun massaan tuot-·" - tamaan keraaminen sekarakenne, jolla on pedin konfiguraatio tai geo- * metriä, siten, että rajoitin estää tai lopettaa kasvun saaden siten \ . aikaan lopullisen tai lähes lopullisen muotoisen kappaleen.
30 Tämän keksinnön materiaaleilla voi olla huomattavan yhtenäisiä ominai-suuksia läpi koko poikkileikkauksensa paksuuteen, jota tähän mennessä - i on ollut vaikeata saavuttaa tavanomaisilla prosesseilla tuotettaessa ·, ; tiheitä keraamisia rakenteita. Näitä materiaaleja tuottavalla proses- 35 silla vältetään myös korkeat kustannukset, jotka liittyvät joihinkin ’I* tavanomaisiin keramiikantuotantomenetelmiin kuten hieno, korkea puh- 7 86296 taus, tasainen jauheenvalraistus, kuumapuristus ja isostaattinen kuuma-puristus. Tämän keksinnön tuotteet soveltuvat tai valmistetaan käytettäviksi kauppatuotteina, joiden, kuten tässä on käytetty, on tarkoitus rajoituksitta sisältää teolliset, rakenteelliset ja tekniset keraamiset 5 kappaleet sovelluksissa, joissa sähköön, kulumiseen, lämpöön, rakenteisiin tai muihin vastaaviin liittyvät piirteet tai ominaisuudet ovat tärkeitä tai hyödyllisiä; eikä niiden ole tarkoitus sisältää kierto-tai jätemateriaaleja, joita saattaisi esiintyä ei-toivottuina sivutuotteina sulia metalleja prosessoitaessa.
10 Tässä selityksessä ja seuraavissa patenttivaatimuksissa käytettynä allaolevat termit määritetään seuraavasti:
Termiä "keraaminen" ei tule tulkita rajoittuneeksi keraamiseen kappa-15 leeseen sanan klassisessa merkityksessä, eli siten, että se muodostuu kokonaan ei-metallia olevista ja epäorgaanisista materiaaleista, vaan se viittaa pikemminkin kappaleeseen, joka on pääasiassa keraaminen suhteessa joko koostumukseen tai hallitseviin piirteisiin, vaikka kappale saattaa sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä yhden tai useara-20 man metallin ainesosia, jotka on saatu perusmetallista tai tuotettu ha-pettimesta tai lisäaineesta, tyypillisimmin alueella 1-40 tilavuus-%, mutta voi sisältää enemmänkin metallia.
- "Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yleensä yhtä tai useampaa metallia -'· : 25 missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut elek- .··. troneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai niiden yhdistelmälle tai ; sillä on yhteisiä elektroneja viimeksimainittujen kanssa. Tämän määri telmän mukaan "hapettumisreaktiotuote" siis sisältää yhden tai useamman metallin reaktion tuotteen hapettimen kanssa.
- 30 "Hapetin" tarkoittaa yhtä tai useampaa elektronivastaanotinta tai elek-. : tronijakajaa ja voi olla alkuaine, alkuaineiden yhdistelmä, yhdiste tai V : yhdisteiden yhdistelmä mukaanlukien pelkistyvät yhdisteet, ja on kaasu- .·. : mainen, kiinteä tai nestemäinen prosessiolosuhteissa.
35 8 86296 "Perusmetalli” viittaa metalliin, esim. alumiiniin, joka on esiaste monikiteiselle hapettumisreaktiotuotteelle ja sisältää tämän metallin suhteellisen puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina epäpuhtauksineen ja/tai seosaineosineen tai seoksena, jossa metal— 5 liesiaste on pääainesosa; ja kun tietty metalli mainitaan perusmetallina, esim. alumiini, tämä metalli tulisi lukea tämä määritelmä mielessä, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita.
Kuvio 1 on eritelty perspektiivikuva esimuotista esimerkin 1 mukaan 10 valmistettuna.
Kuvio 2 on poikki leikkauskuva kuvion 1 kootusta esimuotista.
Kuvio 3 on tasokuva kuvion 2 esimuotista esittäen perusmetallilevyn 15 ennen esimuotin kanssa kontaktiin saattamista.
Kuvio 4 on tasokuva esimuotin ja perusmetallin kokoonpanosta esimerkin 1 mukaisesti.
20 Kuvio 5 on poikkileikkauskuva kuvion 4 linjalta 5-5 päällystettynä rajoittimella esimerkin 1 mukaisesti.
Kuvio 6 on poikkileikkauskuva kuvion 5 päällystetystä kokoonpanosta sijoitettuna tulenkestävässä astiassa olevaan inerttiseen petiin.
25 * Kuviot 7a ja 7b ovat valokuvia pysty- ja vaakatasossa, tässä järjes- tyksessä, esimerkin 1 mukaan muodostetusta sekarakenteesta.
Kuvio 8 on valokuva poikkileikkauksellisesta sekarakenneupokkaasta, . 30 joka on muodostettu esimerkin 2 mukaan, esittäen upokkaan sisäpintaa.
Kuvio 9 on valokuva sekarakennekappaleen ulkopinnasta muodostettuna esimerkin 3 mukaisesti.
35 Kuvio 10 on valokuva saatavasta sekarakenteesta esimerkin 4 mukaan valmistettuna.
S; 9 86296
Kuvio 11 on valokuva saatavasta sekarakenteesta esimerkin 5 mukaan valmistettuna.
Kuvio 12 on eritelty perspektiivikuva esimerkin 6 ruostumatonta terästä 5 olevasta rajoitinkokoonpanosta.
Kuvio 13a on perspektiivikuva esimerkin 8 ruostumatonta terästä olevasta rajoittimesta.
10 Kuvio 13b on poikkileikkauskuva kuvion 13a rajoittimen kokoonpanosta perusmetallin päällä sijoitettuna tulenkestävässä astiassa olevaan inerttiseen petiin, kuten esimerkissä 8.
Kuvio 14 on valokuva kahdesta sekarakennekappaleesta esimerkin 8 mukaan 15 valmistettuna.
Tämän keksinnön mukaisesti perusmetalli, johon voidaan sekoittaa lisäaine (kuten alla on yksityiskohtaisemmin selitetty) ja on esiaste ha-pettumisreaktiotuotteelle, muodostetaan harkoksi, harkoksi, tangoksi, 20 levyksi tai vastaavaksi inerttisessä pedissä, upokkaassa tai muussa tulenkestävässä astiassa. Perusmetallin yhteyteen asetetaan rajoitin, joka on ainakin osittain erillään perusmetallista. Rajoitin asettaa pinnan, kehän tai rajan keraamiselle kappaleelle siten, että hapettu-misreaktiotuotteen kasvu tai kehitys estetään tai lopetetaan rajoitti-* *.: 25 mella. Astia, sen sisältö ja rajoitin sijoitetaan myöhemmin uuniin, : : johon syötetään hapetinta sisältäen kaasufaasihapettimen. Tämä kooste kuumennetaan hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolelle mutta perusmetallin sulamispisteen yläpuolella oleviin lämpötiloihin, jotka esimerkiksi alumiinin yhteydessä ilmaa kaasufaasihapettimena käytettä-30 essä ovat yleensä noin 850-1450°C ja mieluummin noin 900-1350°C. Tällä . . käytettävällä lämpötilavälillä tai -alueella muodostuu sulaa metallia * ' oleva massa tai esiintymä, ja joutuessaan hapettimen kanssa kosketuk siin, sula metalli reagoi muodostaen kerroksen hapettumisreaktiotuotet-: ·.: ta. Ollessaan jatkuvasti alttiina hapettavalle ympäristölle sula metal- .***. 35 li vetäytyy kasvavassa määrin aikaisemmin muodostuneeseen hapettumis- reaktiotuotteeseen ja sen läpi hapettimen suuntaan ja rajoitinta kohti.
10 86296
Hapettimen kanssa kosketuksiin joutuessaan sula metalli reagoi muodostaen uuden hapettumisreaktiotuotteen ja täten muodostaen jatkuvasti paksumman hapettumisreaktiotuotteen jättäen taas valinnaisesti metallisia ainesosia hajaantuneina monikiteisen materiaalin läpi. Sulan metal-5 Iin reaktiota hapettimen kanssa jatketaan, kunnes hapettumisreak- tiotuote on kasvanut rajoittimelle, joka estää tai ehkäisee hapettumisreaktiotuotteen kasvun ja tuottaa lopullisen muotoisen tai lähes lopullisen muotoisen keraamisen kappaleen. Näin tämän keksinnön rajoitin ehkäisee tai lopettaa monikiteisen materiaalin kasvun ja auttaa tuotta-10 maan hyvin määritetyn, lopullisen muotoisen tai lähes lopullisen muotoisen keraamisen kappaleen.
Tulisi ymmärtää, että saatavassa monikiteisessä materiaalissa saattaa esiintyä huokoisuutta, joka voi olla metallifaasin (-faasien) osittais-15 ta tai lähes täydellistä korvautumista, mutta huokosten tilavuusprosentti riippuu paljolti esimerkiksi lämpötilasta, ajasta, perusme-tallityypistä ja lisäaineiden pitoisuuksista. Näissä monikiteisissä keraamisissa rakenteissa hapettumisreaktiotuotekristalliitit on tyypillisesti keskenään yhdistetty useammassa kuin yhdessä ulottuvuudessa, 20 mieluummin kolmessa ulottuvuudessa, ja metalli voi olla ainakin osittain yhtenäistä. Rajoittimen ansiosta keraamisella tuotteella on yleensä hyvin määritetyt rajat huolimatta metallin tilavuuspitoisuudesta tai ' huokoisuudesta.
25 Tämän keksinnön mukainen rajoitin voi olla mikä tahansa sopiva rajoi- - tin, joka häiritsee, ehkäisee tai lopettaa hapettumisreaktiotuotteen ;·. kasvun tai kehittymisen. Sopiva rajoitin voi olla mikä tahansa materi- - · aali, yhdiste, alkuaine, seos tai vastaava, joka tämän keksinnön pro- sessiolosuhteissa säilyttää osan yhtenäisyyttä, ei ole haihtuvaa ja on 30 mielellään läpäisevä kaasufaasihapettimelle sekä pystyy paikallisesti ehkäisemään, myrkyttämään, pysäyttämään, häiritsemään, estämään jne.
’·* ' hapettumisreaktiotuotteen jatkuvan kasvun.
• · · —: On ilmeistä, että yksi rajoitinkategoria on se luokka materiaaleja, ·_ 35 joita kulkeutunut sula perusmetalli ei olennaisesti kostuta. Tämäntyyp- ··· pisellä rajoittimella on olennaisesti vähän tai ei ollenkaan yhtymis- n 86296 taipumusta sulaan metalliin, ja rajoitin lopettaa tai ehkäisee kasvun. Muut rajoittunet pyrkivät reagoimaan kulkeutuneen sulan perusmetallin kanssa ehkäistäkseen lisäkasvua sulautumalla kuljetettuun metalliin ja laimentamalla sitä huomattavasti tai muodostamalla kiinteitä reaktio-5 tuotteita, esim. metallien välisiä yhdisteitä, jotka estävät sulan metallin etenemisprosessin. Tämäntyyppinen rajoitin voi olla metalli tai metalliseos, mukaanlukien minkä tahansa tätä varten sopivan esiasteen kuten oksidin, pelkistyvän metalliyhdisteen tai tiheän keramiikan. Johtuen kasvunehkäisy- tai lopetusprosessin luonteesta tämäntyyppisellä 10 rajoittimella kasvu voi ulottua rajoittimeen tai jonkin verran sen yli, ennen kuin kasvu loppuu. Rajoitin kuitenkin vähentää lopullista työstöä tai hiontaa, jota tuote voi edellyttää. Kuten yllä on todettu, rajoit-timen tulisi mielellään olla läpäisevä tai huokoinen, ja tämän vuoksi kiinteää, läpäisemätöntä seinämää käytettäessä rajoitin tulisi avata 15 ainakin yhdellä vyöhykkeellä tai toisesta päästään tai molemmista päistään, jotta kaasufaasihapetin voidaan saattaa kosketuksiin sulan perusmetallin kanssa.
Tämän keksinnön yhteydessä erityisen hyödyllisiä, sopivia rajoittimia 20 ovat alumiiniperusmetalleja käytettäessä kalsiumsulfaatti, kalsiumsili-kaatti ja trikalsiumfosfaatti, joita kuljetettu sula perusmetalli ei olennaisesti kostuta. Tällaiset rajoittimet voidaan tyypillisesti syöt-tää lietteenä tai pastana täyteainepedin pinnoille, joka on mielellään : esimuotoiltu esimuotiksi. Rajoitin voi myös sisältää sopivaa palavaa 25 tai haihtuvaa materiaalia, joka eliminoituu kuumennettaessa, materiaa-’ Iin, joka hajoaa kuumennettaessa, jotta voitaisiin lisätä rajoittimen huokoisuutta ja läpäisevyyttä. Rajoitin voi edelleen sisältää sopivia - - tulenkestäviä hiukkasia mahdollisen kutistumisen tai halkeilemisen vähentämiseksi, jota voi muutoin esiintyä prosessin aikana. Hiukkaset, 30 jolla on olennaisesti sama laajenemiskerroin kuin täyteainepedillä, on erityisen toivottava. Jos esimerkiksi esimuotti käsittää aluminiumoksi-dia ja saatava keramiikka käsittää aluminiumoksidia, rajoittimeen voi-daan sekoittaa aluminiumoksidihiukkasia, joiden seulakoko on mielellään ••••j noin 20-1000, mikä vastaa n. 10-850 mikronin hiukkaskokoa. Aluminium- *. 35 oksidihiukkaset voidaan sekoittaa kalsiumsulfaattiin esimerkiksi suh- *··· teessä noin 10:1 - 1:10 suositeltavan suhteen ollessa noin 1:1. Yhdessä i2 86296 keksinnön edullisessa suoritusmuodossa rajoitin sisältää seoksen kalsiumsulfaattia (eli kipsiä) ja portlandsementtiä. Portlandsementti voidaan sekoittaa kipsin kanssa suhteessa 10:1 — 1:10 portlandsementin suositeltavan suhteen kipsiin nähden ollessa noin 1:3. Portlandsement-5 tiä voidaan haluttaessa käyttää yksinään rajoitinmateriaalina.
Toinen suositeltava suoritusmuoto, alumiiniperusmetalleja käytettäessä, käsittää kipsin sekoitettuna piidioksidiin stökiömetrisessä määrässä, mutta kipsiä voi olla enemmän. Prosessoinnin aikana kipsi ja piidioksi-10 di reagoivat muodostaen kalsiumsilikaattia, jolloin saadaan erittäin hyödyllinen rajoitin siinä mielessä, että se on olennaisesti vapaa halkeamista. Edelleen toisenlaisessa suoritusmuodossa kipsiin sekoitetaan noin 25-40 paino-% kalsiumkarbonaattia. Kuumennettaessa kalsium-karbonaatti hajoaa erittäen hiilidioksidia ja lisäten siten rajoittimen 15 huokoisuutta.
Muita erityisen hyödyllisiä rajoittimia alumiinipohjaisille perusmetal-lijärjestelmille ovat rautamateriaalit, esim. ruostumaton terässäiliö, kromioksidi ja muut tulenkestävät oksidit, joita voidaan käyttää pää-20 liseinämänä tai -säiliönä täyteainepetiin tai kerroksena täyteainepedin pintaan. Muita rajoittimia ovat tiheät, sintratut tai sulatetut keramiikat kuten alumiinioksidi. Nämä rajoittimet ovat tavallisesti lä-' '· päisemättömiä ja ovat siksi joko erikoisvalmisteisia huokoisuuden sal- : limiseksi tai vaativat avoimen osan, esim. avoimen pään. Nämä rajoitti- ·“: 25 met voivat muodostaa hauraan tuotteen reaktio-olosuhteissa, ja ne voi- : daan poistaa esim. hiomalla keraamisen kappaleen paljastamiseksi.
- · Rajoitin voidaan valmistaa tai tuottaa missä tahansa sopivassa muodos sa, koossa ja profiilissa ja on mielellään läpäisevä kaasufaasihapetti-30 melle. Rajoitinta voidaan soveltaa tai käyttää kalvona, pastana, lietteenä, läpäisevänä tai läpäisemättömänä levykkeenä tai levynä, tai * verkkomaisena tai reikäisenä rainana kuten metallisena tai keraamisena :“*· verkkona tai kankaana tai näiden yhdistelmänä. Rajoitin voi myös sisäl- tää jotakin täyteainetta ja/tai sideainetta.
35 • · · *»« i3 86296
Rajoittimen koko ja muoto riippuvat keraamisen tuotteen toivotusta muodosta. Ainoastaan esimerkin vuoksi todettakoon, että jos rajoitin on sijoitettu tai sijaitsee ennaltamädrätyn välimatkan päässä perusmetallista, keraamisen matriisin kasvu loppuisi tai estyisi paikallisesti 5 siinä, missä se kohtaa rajoittimen. Yleensä keraamisen tuotteen muoto on päinvastainen kuin rajoittimen muoto. Jos esimerkiksi kovero rajoitin on ainakin osittain erillään perusmetallista, monikiteinen kasvu tapahtuu koveron rajoittimen rajan ja perusmetallin pinta—alueen määrittämässä volumetrisessä tilassa. Kasvu loppuu olennaisesti koverolla 10 rajoittimella. Kun rajoitin on poistettu, jäljelle jää keraaminen kappale, jonka ainakin yksi kupera osa määrittyy rajoittimen koveruudella. Tulisi huomata, että huokoisuutta omaavassa rajoittimessa saattaa esiintyä monikiteisen materiaalin ylikasvua huokosten läpi, vaikka tällainen ylikasvu voidaan voimakkaasti rajoittaa tai eliminoida tehok-15 kaammilla rajoitinmateriaaleilla. Tällaisessa tapauksessa, sen jälkeen kun rajoitin on poistettu kasvaneesta monikiteisestä keraamisesta kappaleesta, mikä tahansa monikiteinen ylikasvu voidaan poistaa keraamisesta kappaleesta hiomalla, hiekkapuhalluksella tai vastaavalla, jotta saataisiin tuotetuksi toivottu keraaminen osa, jossa ei ole jäljellä 20 monikiteisen materiaalin ylikasvua. Jotta asiaa voitaisiin edelleen havainnollistaa, perusmetallista erillään oleva rajoitin, jolla on sylinterimäinen ulkonema metallin suuntaan, tuottaa keraamisen kappa-• leen, johon syntynyt sylinterimäinen syvennys kääntäen toistaa sylin- ·.: terimäisen ulkoneman saman halkaisijan ja syvyyden.
25 : Jotta voitaisiin saavuttaa vähäistä tai ei minkäänlaista monikiteisen materiaalin ylikasvua keraamisia sekarakenteita muodostettaessa, rajoi- • tin voidaan sijoittaa tai asettaa hyvin lähelle minkä tahansa täyte-ainepedin tai esimuotin määritettyä pintarajaa. Rajoittimen sijoittami- 30 nen pedin tai esimuotin määritetylle pintarajalle voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, kuten esimerkiksi kerrostamalla määritetty pintaraja rajoittimella. Tällainen rajoitinkerros voidaan levit-tää maalaamalla, upottamalla, silkkiviIralla, haihduttamalla tai muu-—: toin lisäämällä rajoitin nesteenä, lietteenä tai pastana tai ruiskutta- * 35 maila haihtuva rajoitin tai yksinkertaisesti asettamalla kerros kiinte ää hiukkasrajoitinta tai levittämällä kiinteä ohut. rnjoitlnlevyke tai i4 86296 -kalvo määritetylle pintarajalle. Kun rajoitin on paikoillaan, moniki-teisen hapettumisreaktiotuotteen kasvu loppuu sen saavutettua esimuotin määritetyn pintarajan ja joutuessaan kosketuksiin rajoittimen kanssa.
5 Esillä olevan keksinnön edullisessa suoritusmuodossa muodostetaan läpäisevä muotoiltu esimuotti (kuvattu alla yksityiskohtaisemmin), jolla on ainakin yksi määritetty pintaraja, jolloin ainakin osa määritetystä pintarajasta käsittää rajoittimen tai jonka päällä on rajoitin. Ymmärretään, että termi "esimuotti" voi sisältää ryhmän erillisiä esimuotte-10 ja, jotka lopuksi liitetään yhtenäiseksi sekarakenteeksi, mikä on alla yksityiskohtaisemmin selitetty. Esimuotti sijoitetaan yhden tai useamman perusmetallipinnan tai perusmetallin pinnan osan viereen tai näiden kanssa kosketuksiin siten, että ainakin osa määritetystä pintarajasta, jolla on tai jonka päällä on rajoitin, sijoitetaan yleensä erilleen tai 15 ulospäin metallipinnasta, hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen tapahtuu esimuottiin kohti rajoittimeen päättyvää, määritettyä pintara-jaa. Läpäisevä esimuotti on osa koosteesta, ja uunissa kuumennettaessa perusmetalli ja esimuotti ovat alttiina kaasufaasihapettimelle tai sen ympäröimiä, jota voidaan käyttää yhdessä kiinteän tai nestemäisen ha-20 pettimen kanssa. Reaktioprosessia jatketaan, kunnes hapettumisreaktiotuote on suotautunut esimuottiin ja tulee kosketuksiin määritetyn pintarajan kanssa, jolla on tai jonka päällä on rajoitin. Tyypillisim-mässä tapauksessa esimuotin ja monikiteisen matriisin rajat olennai-sesti yhtyvät; mutta yksittäiset ainesosat esimuotin pinnoilla voivat 25 olla alttiina tai työntyä matriisista, ja tämän vuoksi suodattautuminen : ja sisäänsulkeminen eivät ehkä ole täydellisiä siinä mielessä, että matriisi täydellisesti ympäröisi tai kapseloisi esimuotin. Rajoitin - · estää, ehkäisee tai lopettaa kasvun sen joutuessa kosketuksiin rajoit timen kanssa, eikä monikiteisen materiaalin "ylikasvua" olennaisesti 30 esiinny. Saatava keraaminen sekarakennetuote sisältää esimuotin, jonka keraaminen matriisi käsittäen monikiteisen materiaalin, on suodattanut ‘ sen rajoille tai sulkenut sen sisäänsä, joka oleellisesti muodostuu perusmetallin hapettumisreaktiotuotteesta hapettimen kanssa sekä valin-naisesti yhdestä tai useammasta metallisesta ainesosasta kuten perus-35 metallin hapettumattomista ainesosista tai hapettimen pelkistetyistä ainesosista.
li is 86296
Suositeltava suoritusmuoto, jossa käytetään rajoitinta esimuotin kanssa, on esitetty mukana seuraavissa kuvioissa 1-7, ja sitä on edelleen selitetty esimerkissä 1. Tässä esimuotti voi tyypillisesti käsittää 5 piikarbidin, jonka seulamitta U.S. standardin mukaan on 500, mikä vastaa noin 40 mikronin hiukkaskokoa. Määritetty pintaraja päällystetään läpäisevällä kerroksella CaSOA:ä (kipsiä), jonka tehtävänä on toimia rajoittimena. Tämä kerros syötetään tiksotrooppisena lietteenä tai pastana, joka sitten kovettuu hydrolyysin avulla helpottaen koosteen 10 käsittelyä. Kun koko kooste on kuumennettu uunissa prosessilämpötila-alueelle, monikiteinen hapettumisreaktiotuote kasvaa ja suodattaa esimuotin määritetylle pintarajalle. CaS04 estää monikiteisen materiaalin ylikasvun suodatetun esimuotin määritetyn pintarajan yli. Kun CaS0A:ä on kuumennettu hapettumisreaktioprosessin aikana, se on dehydrotoitunut 15 helpottaen poistettavuuttaan esimuotin pinnalta kevyellä hiekkapuhalluksella, raaputtamalla tai kaatamalla hankaavassa jauheessa tai karkeassa hiekassa.
Vielä muunlaisessa suoritusmuodossa sekarakenteen tuottamiseksi, jolla 20 on negatiivinen ontelomalli, joka kääntäen toistaa perusmetalliesias-teen positiivisen mallin, rajoitin itse valitaan siten, että sillä on riittävä rakenteellinen yhtenäisyys koosteen tukemiseen. Hiukkasmaista täytemateriaalia tiivistetään ainakin muotoillun perusmetallin esias-: teen osan ympärille, mutta hiukkasten tihkumista huokoisen rajoittimen •'•.j 25 läpi ei tulisi esiintyä. Jotta täyteaineen tihkuminen vältettäisiin, rajoitin sisältää huokoisen tai reikäisen säiliön kuten kuoren tai hoikin (esim. metalliseulan), joka ympäröi hiukkasmaista täyteainetta. Jos tämä kuori ei prosessiolosuhteissa ole rakenteellisesti vahva, kuorta voidaan vahvistaa toisella, vahvemmalla hoikilla (esim. keraami-' * 30 sella, teräs- tai terässeossylinterillä), joka on järjestetty samankes- kisesti reikäisen kuoren kanssa. Sylinteri on malliltaan rei'itetty ’· *: salliakseen kaasufaasihapettimen läpäistä hoikin ja kuoren ja tulla ·.· · kosketuksiin sulan perusmetallin kanssa, mutta sylinterin ja kuoren : yhdistelmä estää hiukkasmaista täyteainetta tihkumasta rajoittimen .··. 35 läpi. Täyteaineen pinnan geometria on yhdenmukainen säiliön sisäpinnan kanssa, jonka sitten toistaa saatava sekarakennetuote. Kuvio 12 ja 86296 esimerkki 6 kuvaavat tätä rajoittimen suoritusmuotoa metallisen säiliön muodossa pystysuuntaista koostetta varten.
Tulisi ymmärtää, että tietyt rajoittimet, joihin tässä on viitattu, 5 saattavat läpikäydä kemiallisia muutoksia tai muunnoksia prosessiolo-suhteissa koostumukseensa tai lajiinsa nähden. Jos esimerkiksi käytetyn rajoittimen koostumus käsittää seoksen kalsiumsulfaatti (kipsi) ja alumiinioksidihiukkasia prosessiolosuhteissa, seos voi muodostaa kal-siumalumiinioksisulfaattia. AISI 304 -ruostumattomasta teräksestä koos-10 tuva rajoitin voi prosessiolosuhteissa hapettua metallioksidin aineksille. Mitkä tahansa ei-toivotut jäljelle jäävät rajoitinmateriaalit voidaan helposti poistaa keraamisesta kappaleesta.
Tätä keksintöä käyttämällä saatu keraaminen sekarakenne on tavallisesti 15 koherentti tuote, jossa noin 5-98 tilavuus-% keraamisen sekarakenne- tuotteen kokonaistilavuudesta koostuu yhdestä tai useammasta esimuotin materiaalista suotautuneena esimuotin määritetylle pintarajalle moniki-teisen materiaalin matriisilla. Alumiinin ollessa perusmetalli moni-kiteisen materiaalin matriisi sisältää tavallisesti noin 60-99 tila-20 vuusprosenttia (monikiteisen materiaalin tilavuudesta) perusmetallin toisiinsa yhdistyneitä α-alumiinioksidiainesosia ja noin 1-40 tilavuus-% (sama pohja) perusmetallin hapettumattomia ainesosia.
.···. Vaikka tätä keksintöä kuvataan tämän jälkeen painottaen erityisesti . 25 järjestelmiä, joissa alumiinia tai alumiiniseosta käytetään perusmetal- .] Iina ja alumiinioksidi on aiottu hapettumisreaktiotuote, se tehdään ainoastaan esimerkkien esittämisen vuoksi, ja tulee ymmärtää, että tätä keksintöä voidaan sen opetuksia käyttämällä soveltaa muihin järjestelmiin, joissa perusmetallina käytetään muita metalleja kuten tinaa, 30 piitä, titaania, sirkoniumia, jne. ja aiottu hapettumisreaktiotuote on -' · tämä metallioksidi, -nitridi, -boridi, -karbidi tai vastaava. Näin ollen rajoitin saattaa olla riippuvainen sellaisista tekijöistä kuin perusmetallin valinta, lisäaineet, keraaminen matriisi, täyteaineen . koostumus ja prosessiolosuhteet. Kalsiumsulfaatti voi olla hyödyllinen 35 rajoitin tällaisissa muissa järjestelmissä, kun olosuhteet ovat suun- nilleen samanlaiset kuin alumiinin yhteydessä, kuten esimerkiksi käy- i7 86296 tettäessä tinaa ja ilman ollessa hapetin. Toisaalta kalsiumsulfaatti ei olisi sopiva rajoitin prosessille, joka on toteutettu lämpötila-alueella tai reaktio-olosuhteissa, joissa kalsiumsulfaatti ei ole stabiili, esim. titaani typpi-ilmakehässä, mikä hapettumisreaktio on yli 2000°C:en 5 lämpötilassa. Tällaisissa korkean lämpötilan reaktioissa esimerkiksi tiheää alumiinioksidikeramiikkaa tai sirkoniumoksidikeramiikkaa, joka muutoin täyttää rajoittimen tässä esitetyt kriteerit, voitaisiin käyttää, joka kestää prosessin korkean lämpötilan ja samalla säilyttää rajoittimen edellyttämät piirteet.
10 Tämän keksinnön mukaisessa prosessissa kaasufaasihapetin on normaalisti kaasumainen tai höyrystynyt prosessiolosuhteissa tuottaakseen hapettavan ilmakehän kuten ilman. Tyypillisiä kaasufaasihapettimia ovat esimerkiksi seuraavat alkuaineet tai yhdisteet tai seuraavien alkuaineiden 15 tai yhdisteiden yhdistelmät, mukaanlukien haihtuvat tai haihdutettavat alkuaineet, yhdisteet tai yhdisteiden ainesosat tai seokset: happi, typpi, halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, tel-luuri ja niiden yhdisteet tai yhdistelmät, esim. metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni, propyleeni (hiilivedyt hiilen lähteenä) ja 20 seokset kuten ilma, H2/H20 ja C0/C02, joista kaksi viimeksimainittua (eli H2/H20 ja C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämään ympäristön happiak-tiivisuutta. Happi ja happea sisältävät kaasuseokset (mukaanlukien ilman) ovat sopivia kaasufaasihapettimia, joista ilmaa tavallisesti pidetään parempana sen ilmeisestä taloudellisuudesta johtuen. Kun kaa-25 sufaasihapetin tunnistetaan tietyn kaasun tai höyryn käsittäväksi tai -- sisältäväksi, tämä tarkoittaa kaasufaasihapetinta, jossa tunnistettu . . kaasu tai höyry on perusmetallin ainoa, hallitseva tai ainakin merkit tävä hapetin käytetyssä hapettavassa ympäristössä aikaansaaduissa olosuhteissa. Vaikka esimerkiksi ilman pääainesosa on typpi, ilman happi-30 pitoisuus on normaalisti perusmetallin ainoa hapetin käytetyssä hapet-'.· * tavassa ympäristössä aikaansaaduissa olosuhteissa. Tämän vuoksi ilma määrittyy "happea sisältävänä kaasuhapettimena" muttei "typpeä sisältä- ____: vänä kaasuhapettimena". Esimerkkinä "typpeä sisältävästä kaasuhapetti- mesta", kuten tässä on käytetty, ja patenttivaatimuksissa on "muodos-·.·. 35 tuskaasu", joka tyypillisesti sisältää noin 96 tilavuus-% typpeä ja *...· noin 4 tilavuus-% vetyä.
ie 8 6 2 96
Hapetin voi myös sisältää kiinteän hapettimen ja/tai nestemäisen ha-pettimen, joka on prosessiolosuhteissa kiinteää tai nestemäistä. Kiinteää hapetinta ja/tai nestemäistä hapetinta käytetään yhdessä kaasu-5 faasihapettimen kanssa. Kiinteää hapetinta käytettäessä se on tavallisesti hajaantunut tai sekoittunut koko täyteainepedin tai esimuotin läpi tai perusmetallin viereisen pedin tai esimuotin osan läpi hiukkas-muodossa tai päällysteenä pedin tai esimuotin hiukkasten päällä. Mitä tahansa sopivaa kiinteää hapetinta voidaan käyttää mukaanlukien alkuai-10 neet, kuten hiili tai boori, tai pelkistyvät yhdisteet kuten oksidit tai boridit, joilla on alempi lämpödynaaminen stabiliteetti kuin perusmetallin oksidi- tai boridireaktiotuotteella.
Jos nestemäistä hapetinta käytetään kaasu£aasihapettimen yhteydessä, se 15 voi olla hajaantuneena koko täyteainepedin tai esimuotin läpi tai perusmetallin viereisen, näiden osan läpi edellyttäen, että tällainen nestemäinen hapetin ei estä sulan metallin pääsyä kaasufaasihapetti-meen. Nestemäinen hapetin viittaa sellaiseen hapettimeen, joka on hapettumisreaktio-olosuhteissa nestemäinen, ja näin nestemäisellä hapet-20 timella voi olla kiinteä esiaste kuten suola, joka on sulaa tai nestemäistä hapettumisreaktio-olosuhteissa. Nestemäinen hapetin voi vaih-- ; toehtoisesti olla nestemäinen esiaste, esim. materiaalin liuos, jota : käytetään peittämään osa täyteainepedin tai esimuotin huokoisista pin- .···. noista tai ne kaikki ja joka sulatetaan tai liuotetaan prosessiolosuh- • · 25 teissä sopivan hapetinosuuden tuottamiseksi. Esimerkkejä nestemäisistä hapettimista siten kuin ne tässä on määritetty ovat alhaissulatteiset . lasit.
Vaikka keksintöä kuvataan alla sekarakennekappaleita muodostettaessa 30 viitaten erityisesti esimuottiin, tulisi ymmärtää, että irralliset V · täyteainepedit ovat myös sovellettavissa ja hyödyllisiä tätä keksintöä .···. käytettäessä.
. Esimuotin tulisi olla riittävän huokoinen tai läpäisevä antaakseen 35 kaasufaasihapettimen läpäistä esimuotin ja tulla kosketuksiin perus- metallin kanssa. Esimuotin tulisi myös olla riittävän läpäisevä mahdol- li 19 86296 listaakseen hapettumisreaktiotuotteen kasvun esimuotissa olennaisesti häiritsemättä, järkyttämättä tai muutoin muuttamatta esimuotin konfiguraatiota tai geometriaa. Siinä tapauksessa, että esimuotti sisältää kiinteän hapettimen ja/tai nestemäisen hapettimen, joka voi seurata 5 kaasufaasihapetinta, esimuotin tulisi olla riittävän huokoinen tai läpäisevä salliakseen tai hyväksyäkseen hapettumisreaktiotuotteen kasvun, joka saa alkunsa kiinteästä ja/tai nestemäisestä hapettimesta. Tulisi ymmärtää, että milloin tahansa tässä yhteydessä viitataan "esimuottiin" tai "läpäisevään esimuottiin", se tarkoittaa läpäisevää esimuottia, 10 jolla on edellämainitut huokoisuus- ja/tai läpäisevyysominaisuudet, ellei muuta ole todettu.
Läpäisevät esimuotit voidaan luoda tai muodostaa mihinkä tahansa ennalta määrättyyn toivottuun kokoon tai muotoon millä tahansa tavanomai-15 silla menetelmillä, kuten liukuvalulla, ruiskupuristuksella, siirtopu-ristuksella, tyhjämuovauksella tai muulla tavoin prosessoimalla mikä tahansa sopiva materiaali (mitä tahansa sopivia materiaaleja), jotka on muualla lähemmin tunnistettu ja kuvattu. Kuten aikaisemmin mainittiin, läpäisevä esimuotti voi sisältää kiinteän hapettimen ja/tai nestemäisen 20 hapettimen käytettynä yhdessä kaasufaasihapettimen kanssa sen toimiessa hapettimena. Läpäisevä esimuotti tulisi valmistaa ainakin yhdellä pin-tarajalla varustettuna ja siten, että se säilyttää huomattavan muodon ;\f yhtenäisyyden ja raakalujuuden sekä mitallisen luotettavuuden sen jäl- keen, kun keraaminen matriisi on suotautunut siihen ja se ympäröi tä-.·. ; 25 män. Läpäisevän esimuotin tulisi kuitenkin olla riittävän läpäisevä ;· hyväksymään kasvavan monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen. Läpäisevän . . esimuotin tulisi myös olla sellainen, että perusmetalli voi sen kostut- ' ‘ taa sekä aineksiltaan sellainen, että monikiteinen hapettumisreaktio- tuote voi sitoutua tai tarttua esimuottiin ja sen alueelle, jotta saa-30 daan tuotetuksi korkean yhtenäisyyden ja hyvin määritetyt rajat omaava ·.· · keraaminen sekarakennetuote.
Esimuotti voi olla minkä tahansa kokoinen tai muotoinen, kunhan se on • kosketuksissa perusmetallin metallipinnan kanssa tai sijaitsee sen ---·· 35 vieressä ja sillä on ainakin yksi pintaraja päällä olevan rajoittimen kanssa, joka määrittää määräpään kasvavalle monikiteiselle matriisille.
2» 86296
Ainoastaan esimerkin vuoksi todettakoon, että esimuotti voi olla muodoltaan puolipallo siten, että litteä pintaraja on kosketuksissa perusmetallin pinnan kanssa ja kuvunmuotoinen pintaraja edustaa määritettyä pintarajaa, jonne monikiteisen materiaalin tulee kasvaa; tai esimuotti 5 voi olla muodoltaan kuutiomainen siten, että yksi suorakulmainen pinta-raja koskettaa perusmetallin metallipintaa ja jäljellä olevat viisi suorakulmaista pintarajaa ovat kohdepisteitä kasvavalle monikiteiselle matriisille. Hapettumisreaktiotuotteen kasvusta saatava monikiteisen materiaalin matriisi kasvatetaan yksinkertaisesti läpäisevään esimuot-10 tiin, jotta se suodattaa ja sulkee sisäänsä jälkimmäisen määritetylle pintarajalleen rajoittimen kanssa sitä olennaisesti häiritsemättä tai syrjäyttämättä.
Tämän keksinnön mukainen läpäisevä esimuotti voi olla muodostettu mistä 15 tahansa sopivasta materiaalista, kuten keraamisista ja/tai metallisista hiukkasista, jauheista, kuiduista, karvoista, langoista, osasista, ontoista kappaleista tai palloista, lankakankaasta, kiinteistä palloista, jne., tai näiden yhdistelmistä. Esimuotin materiaalit voivat käsittää joko irtonaisen tai sidotun järjestelmän tai järjestelyn, jossa on 20 rakoja, aukkoja, välitiloja tai vastaavia, jotta esimuotista tulisi läpäisevä hapettimelle ja sulan perusmetallin suodattumiselle hapettu-misreaktiotuotteen kasvun muodostumisen sallimiseksi esimuotin konfigu-: raatiota muuttamatta. Esimuotti voi sisältää verkkorakenteen, joka .···. koostuu vahvikesauvoista, tangoista, putkista, pikkuputkista, levyistä, . .. 25 langoista, palloista tai muista hiukkasista, lankakankaasta, keraami-‘ sesta tulenkestävästä kankaasta tai vastaavasta tai minkä tahansa edel- • 4 \ , lä mainittujen yhdistelmästä toivottuun muotoon etukäteen järjestetty- • ·’ nä. Edelleen esimuotin materiaali voi (materiaalit voivat) olla homo geenisia tai heterogeenisiä. Esimuotin sopivat materiaalit, kuten ke- * * 30 raamiset jauheet tai hiukkaset, voidaan liittää yhteen millä tahansa : · sopivalla sideaineella tai vastaavalla, joka ei häiritse tämän keksin- .**·. non reaktioita tai jätä mitään ei-toivottuja jäännesivutuotteita keraa miseen sekarakennetuotteeseen. Sopivien hiukkasten, kuten piikarbidin tai alumiinioksidin, raekoko voi olla seulamitaltaan noin 10-1000 tai 35 pienempi, mikä vastaa noin 10-2000 mikronin hiukkaskokoa, tai voidaan ·_φ - käyttää myös raekokojen tai -tyyppien sekoitusta. Hiukkasia voidaan 2i 86296 muokata tunnetuilla tai tavanomaisilla tekniikoilla kuten muodostamalla hiukkasista liete orgaaniseen sideaineeseen, kaatamalla liete muottiin ja antamalla muotin sitten kovettua kuivaamalla tai kovettamalla korkeassa lämpötilassa.
5
Sopivista materiaaleista, joita voidaan käyttää tämän keksinnön mukaisen läpäisevän esimuotin tai täyteainepedin muodostuksessa ja valmistuksessa, mainittakoon kolme hyödyllistä materiaaliluokkaa, jotka voidaan tunnistaa läpäisevälle esimuotille sopivina materiaaleina.
10
Ensimmäinen luokka sisältää ne kemialliset laadut, jotka prosessin lämpötila- ja hapettumisolosuhteissa eivät ole haihtuvia, ovat lämpödynaa-misesti stabiileja, eivätkä reagoi sulan perusmetallin kanssa tai liukene liikaa sulaan perusmetalliin. Alan asiantuntijat tuntevat lukui-15 siä, tällaiset kriteerit täyttäviä materiaaleja, kun perusmetallina on alumiini ja ilmaa tai happea käytetään hapettimena. Tällaisia materiaaleja ovat seuraavien yksimetalliset oksidit: alumiini, Al203; serium, Ce02; hafnium, Hf02; lantaani, La203; neodyymi, Nd203; praseodyymi, erilaiset oksidit; samarium Sm203; skandium, Sc203; torium, Th02; uraani, 20 U02; yttrium, Y203; ja sirkonium, Zr02. Lisäksi suuri joukko binäärisiä, tertiäärisiä ja korkeamman asteen metallisia yhdisteitä, kuten spinelli * ; Mg0.Al203, sisältyy tähän stabiilien tulenkestävien yhdisteiden luok- ; ‘ · kaan.
25 Toinen esimuotille sopivien materiaalien luokka käsittää ne materiaalit, jotka eivät ole luontaisesti stabiileja suositeltavan suoritusmuodon mukaisessa hapettavassa ja korkean lämpötilan ympäristössä, mutta joita voidaan käyttää hajoamisreaktioiden suhteellisen hitaasta kinetiikasta johtuen. Piikarbidi mainittakoon esimerkkinä silloin, kun 30 alumiinia käytetään hapen tai ilman kanssa keraamista alumiinioksidi--.· - matriisia muodostettaessa. Tämä materiaali hapettuisi täysin olosuh- teissä, joita tarvitaan alumiinin hapettamiseen, ellei käytettäisi suojaavaa piioksidikerrosta, joka muodostuu ja peittää piikarbidihiuk-. kaset piikarbidin edelleen hapettumisen rajoittamiseksi.
35 22 86296
Kolmannen luokan tämän keksinnön esimuotille sopivia materiaaleja muodostavat ne materiaalit, joiden ei lämpödynaamisin ja kineettisin perustein oleteta selviävän hapettavassa ympäristössä tai sulalle metallille alttiina olosta, jota tarvitaan keksintöä käytettäessä. Tällaiset 5 materiaalit voidaan tehdä yhteensopiviksi tämän keksinnön prosessin kanssa, jos (1) ympäristö tehdään vähemmän aktiiviseksi käyttämällä hapetuskaasuina H20:ta tai C0/C02:ta tai (2) levittämällä niihin päällyste, kuten alumiinioksidi, joka tekee lajin kineettisesti reagoimattomaksi hapettumisympäristössä. Esimerkki tällaisesta materiaaliluo-10 kasta olisi hiilikuitu käytettynä yhdessä sulan alumiiniperusmetallin kanssa. Jos alumiini hapetetaan ilmalla tai hapella esimerkiksi 1250°C:ssa, jotta saadaan luoduksi sanottuja kuituja sisältävän esimuo-tin käsittävä matriisi, hiilikuitu pyrkii reagoimaan sekä alumiinin (muodostaen alumiinikarbidia) että hapettavan ympäristön (muodostaen 15 CO:ta tai C02:ta) kanssa. Nämä ei-toivotut reaktiot voidaan välttää päällystämällä hiilikuitu (esim. alumiinioksidilla) perusmetallin ja/-tai hapettimen kanssa tapahtuvan reaktion estämiseksi. Hiilikuidun taipumusta reagoida hapettimen kanssa voidaan vaihtoehtoisesti kontrolloida käyttämällä C0/C02-ilmakehää hapettimena, joka pyrkii olemaan 20 hapettava alumiinille muttei mukana olevalle hiilikuidulle.
Tämän keksinnön yhteydessä käytettävää esimuottia voidaan käyttää yk-sittäisenä esimuottina tai esimuottien liitoksena muodostamaan moni-mutkaisempia muotoja. On havaittu, että monikiteinen matriisimateriaali .·. ; 25 voidaan kasvattaa viereisten, kosketuksissa olevien esimuottiliitoksen .. osien lävitse sitomaan vierekkäiset esimuotit yhdistetyksi tai yhtenäi- . seksi keraamiseksi sekarakenteeksi. Esimuottien liitos järjestetään ' * siten, että hapettumisreaktiotuotteen kasvun suunta on esimuottiryhmää kohti ja sen sisään, jotta kooste saadaan suodatettua ja suljettua 30 esimuottiryhmän rajoittimelle sitoen ne yhteen. Tällä tavoin monimut-.· ’ kaisia keraamisia sekarakenteita voidaan muodostaa yhtenäisenä kappa- ."·. leena, jota muulla tavoin ei voida tavanomaisilla valmistustekniikoilla ____; tuottaa. Tulisi ymmärtää, että milloin tahansa tässä yhteydessä viita- . taan "esimuottiin", se tarkoittaa esimuottia tai esimuottien ryhmää, 35 ellei toisin ole ilmoitettu.
• * 23 86296
Edelleen keksinnön toisenlaisessa suoritusmuodossa, kuten hakijan patenteissa ja patenttihakemuksissa on selvitetty, lisäaineiden lisääminen perusmetallin yhteyteen voi vaikuttaa suotuisasti hapettumisreak-tioprosessiin. Lisäaineen toiminta tai toiminnot voivat riippua monista 5 muista tekijöistä kuin itse lisäaineesta. Näitä tekijöitä ovat esimerkiksi käytetty perusmetalli, haluttu lopputuote, käytetty lisäaineiden yhdistelmä kahta tai useampaa lisäainetta käytettäessä, ulkoisesti lisätyn lisäaineen käyttö lejeeratun lisäaineen kanssa, lisäaineen pitoisuus, hapettumisympäristö ja prosessiolosuhteet.
10
Perusmetallin yhteydessä käytettävä lisäaine (käytettävät lisäaineet) (1) voidaan järjestää perusmetallin lejeerausainesosina, (2) voidaan levittää ainakin osaan perusmetallin pinnasta tai (3) voidaan levittää täyteainepetiin tai esimuottiin tai osaan siitä, esim. esimuotin tuki-15 vyöhykkeeseen, tai mitä tahansa kahden tai useamman tekniikan (1), (2) ja (3) yhdistelmää voidaan käyttää. Sekoitettua lisäainetta voidaan esimerkiksi käyttää ulkoisesti levitetyn lisäaineen kanssa. Tekniikan (3) tapauksessa, jossa lisäaine tai lisäaineet levitetään täyteaine-petiin tai esimuottiin, levitys voidaan suorittaa millä tahansa sopi-20 valla tavalla, kuten hajauttamalla lisäaineet esimuotin osaan tai sen koko massaan päällysteinä tai hiukkasmuodossa sisältäen mielellään ·'''; ainakin osan perusmetallin viereisestä esimuotista. Minkä tahansa lisä aineiden lisääminen esimuottiin voidaan myös suorittaa syöttämällä ker-.*·*. ros yhtä tai useampaa lisäainetta esimuottiin ja sen sisään mukaanluki- ·**. 25 en mitkä tahansa sen sisäisistä aukoista, raoista, väylistä, väliti-.' loista tai vastaavista, jotka tekevät sen läpäiseväksi. Käytännöllinen tapa minkä tahansa lisäaineen levitykseen on koko pedin pelkkä upotta-··’ minen lisäaineen nesteeseen (esim. liuokseen). Lisäaineen lähde voidaan myös järjestää sijoittamalla jäykkä lisäainekappale kosketuksiin perus-30 metallipinnan osan ja esimuotin kanssa ja näiden välille. Esimerkiksi ohut levy piitä sisältävää lasia (lisäaineena hyödyllinen alumiinipe-.**·. rusmetallin hapettumiselle) voidaan sijoittaa perusmetallin pinnalle.
Kun alumiiniperusmetalli (jossa voi olla sisäisesti sekoitettua Mg:ia) . piitä sisältävän materiaalin peittämänä sulatetaan hapettavassa ympä- 35 ristössä (esim. alumiinin ollessa ilmassa noin 850-1450°C:ssa, mielel-lään noin 900-1350°C: ssa) , tapahtuu monikiteisen keraamisen materiaalin 24 86296 kasvua läpäisevään esimuottiin. Tapauksessa, jossa lisäaine on ulkoisesti levitetty ainakin osaan perusmetallin pinnasta, monikiteinen oksidirakenne yleensä kasvaa läpäisevässä esimuotissa oleellisesti lisäainekerroksen yli (eli yli levitetyn lisäainekerroksen syvyyden).
5 Joka tapauksessa yksi tai useampi lisäaine voidaan ulkoisesti levittää perusmetallin pintaan ja/tai läpäisevään esimuottiin. Lisäksi perusmetallin kanssa lejeerattuja lisäaineita ja/tai perusmetalliin ulkoisesti levitettyjä lisäaineita voidaan tukea esimuottiin levitetyllä lisäaineella (levitetyillä lisäaineilla). Näin ollen perusmetallin kanssa 10 lejeerattujen ja/tai perusmetalliin ulkoisesti levitettyjen lisäaineiden pitoisuuksien mitä tahansa vajavaisuuksia voidaan auttaa esimuottiin levitettyjen lisäaineiden (levitetyn lisäaineen) lisäpitoisuudella ja päin vastoin.
15 Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita erityisesti ilman ollessa hapettimena ovat esimerkiksi magnesiummetalli ja sinkkimetalli yhdessä toistensa kanssa tai yhdessä muiden lisäaineiden kanssa, kuten alla on kuvattu. Nämä metallit tai metallien sopiva lähde voidaan le-jeerata alumiinipohjaiseen perusmetalliin kullekin noin 0,1-10 paino-20 prosentin pitoisuuksina, jotka perustuvat saatavan sekoitetun metallin kokonaispainoon. Tällä alueella olevien pitoisuuksien on havaittu aloittavan keraamisen kasvun, lisäävän metallin kulkua sekä vaikuttavan : suotuisasti saatavan hapettumistuotteen kasvumorfologiaan. Minkä tahan- sa yhden lisäaineen pitoisuus riippuu sellaisista tekijöistä kuten 25 lisäaineiden yhdistelmä ja prosessilämpötila.
_ Muita lisäaineita, jotka ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapet- • tumisreaktion kasvua alumiinipohjaisissa perusmetallijärjestelmissä, ovat esimerkiksi pii, germanium, tina ja lyijy erityisesti yhdessä * 30 magnesiumin tai sinkin kanssa käytettynä. Yksi tai useampi näistä muis- '·/· * ta lisäaineista tai niiden sopiva lähde lejeerataan alumiiniperusmetal- lijärjestelmään pitoisuuksina, jotka ovat noin 0,5-14 painoprosenttia >a. kokonaisseoksesta; toivottavampi kasvun kinetiikka ja kasvun morfologia . saadaan kuitenkin lisäainepitoisuuksilla 1-10 paino-% kokonaisperusme- 35 talliseoksesta. Lisäaineena lyijy sekoitetaan yleensä alumiinipohjai-·. seen perusmetalliin ainakin 1000°C:en lämpötilassa, jotta parannettai-
II
25 86296 siin sen alhaista liukenevuutta alumiiniin; muiden seoskomponenttien, esim. tinan, lisääminen kuitenkin yleensä lisää lyijyn liukenevuutta ja sallii seosmateriaalin lisäämisen alemmassa lämpötilassa.
5 Olosuhteista riippuen voidaan käyttää yhtä tai useampaa lisäainetta, kuten yllä on selvitetty. Esimerkiksi alumiinin ollessa perusmetalli ja ilman ollessa hapetin erityisen hyödyllisiä lisäaineiden yhdistelmiä ovat (a) magnesium ja pii tai (b) magnesium, sinkki ja pii. Näissä esimerkeissä magnesiumin suositeltava pitoisuus jää noin 0,1-3 paino-10 prosenttiin, sinkin noin 1-6 painoprosenttiin ja piin noin 1-10 painoprosenttiin.
Lisäesimerkkejä lisäaineista, jotka ovat hyödyllisiä alumiiniperusme-tallin yhteydessä, ovat natrium, litium, kalsium, boori, fosfori ja 15 yttrium, joita voidaan käyttää yksittäin tai yhdessä yhden tai useamman lisäaineen kanssa hapettimesta ja prosessiolosuhteista riippuen. Natriumia ja litiumia voidaan käyttää hyvin pieninä määrinä miljoonasosien alueella, tyypillisesti noin 100-200 miljoonasosaa, ja kutakin voidaan käyttää yksin tai yhdessä tai yhdistelmänä toisen lisäaineen (muiden 20 lisäaineiden) kanssa. Harvinaiset maametallit kuten serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat samaten hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen käytettyinä yhdessä muiden lisäaineiden kanssa.
26 86296 Tällainen lisäainekerros voidaan levittää maalaamalla, upottamalla, silkkiseulalla, haihduttamalla tai muutoin levittämällä lisäaine nesteen tai pastan muodossa tai ruiskuttamalla tai yksinkertaisesti asettamalla kerros kiinteää hiukkasmaista lisäainetta tai kiinteä ohut 5 lisäainelevy tai -kalvo perusmetallin pinnalle. Lisäaine voi, muttei sen tarvitse, sisältää joko orgaanisia tai epäorgaanisia sideaineita, apuaineita, liuottimia ja/tai paksuntimia. Mieluiten lisäaineet levitetään jauheina perusmetallin pintaan tai hajautetaan ainakin täyteaineen osan läpi. Yksi erityisen suositeltava menetelmä lisäaineiden levittä-10 miseksi perusmetallin pinnalle on käyttää hyväksi lisäaineiden nestemäistä suspensiota veden/orgaanisen sideaineen seosta, joka suihkutetaan perusmetallin pintaan tuottamaan kiinnitarttuvan päällysteen, joka helpottaa sekoitetun perusmetallin käsittelyä ennen prosessointia.
15 Ulkoisesti käytettynä lisäaineet levitetään tavallisesti osaan perusmetallin pinnasta yhtenäisenä päällyksenä. Lisäaineen määrä on tehokas laajalla alueella suhteessa perusmetallin määrään, johon se lisätään, ja alumiinin yhteydessä kokeilla ei ole pystytty osoittamaan ylä- eikä alatoimintarajoja. Käytettäessä esimerkiksi piitä piidioksidin muodos-20 sa, joka on ulkoisesti levitetty lisäaineena alumiinipohjaiseen perusmetalliin ilman tai hapen toimiessa hapettimena, niinkin alhaiset mää-: rät kuin 0,00003 grammaa piitä per gramma perusmetallia tai noin 0,0001 grammaa piitä per alttiina olevan perusmetallin pinnan neliösenttimetri yhdessä magnesiumin ja/tai sinkin lähteen omaavan, toisen lisäaineen .·. ; 25 kanssa tuottavat monikiteisen keraamisen kasvuilmiön. On myös havaittu, -· että keraaminen rakenne on saavutettavissa alumiinipohjaisesta perusme tallista ilmaa tai happea hapettimena käyttäen käyttämällä MgO:ta lisäaineena siten, että sen määrä on suurempi kuin 0,0008 grammaa lisäainetta per gramma hapetettavaa perusmetallia ja suurempi kuin 0,003 30 grammaa lisäainetta per neliösenttimetri perusmetallin pintaa, jolle
MgO levitetään. On ilmennyt, että lisäaineiden määrän lisääminen jossa-kin määrin lyhentää keraamisen sekarakenteen tuottamiseen tarvittavaa reaktioaikaa, mutta tämä riippuu sellaisista tekijöistä kuin lisäaineen • cyyPPi> perusmetalli ja reaktio-olosuhteet.
35 V 86296
Perusmetallin ollessa alumiini, joka on sisäisesti seostettu magnesiumilla, ja ilman tai hapen ollessa hapetin on havaittu, että magnesium ainakin osittain hapettuu lejeeringistd noin 820-950°C:en lämpötiloissa. Tällaisissa magnesium-seosteisissa järjestelmissä magnesium 5 muodostaa magnesiumoksidi- ja/tai spinellivaiheen sulan alumiinilejee-ringin pinnalla, ja tällaisen kasvuprosessin aikana magnesiumyhdisteet pääosin perusmetallilejeeringin alkuoksidipinnalle (eli "löhtöpinnal-le") kasvavassa keraamisessa rakenteessa. Tällaisissa magnesium-seosteisissa järjestelmissä alumiinioksidiperustainen rakenne tuotetaan 10 täten erillään lähtöpinnalla olevasta, suhteellisen ohuesta spinelli-kerroksesta. Tämä lähtöpinta voidaan haluttaessa helposti poistaa hiomalla, työstämällä, kiilloittamalla tai hiekkapuhalluksella.
Keksintöä havainnollistetaan seuraavin esimerkein, jotka on esitetty 15 ainoastaan havainnollistamisen vuoksi, eivätkä muodosta mitään rajoituksia.
ESIMERKKI 1 20 Viitaten yksityiskohtaisesti kuvioihin 1-7, joissa samat numerot aina viittaavat vastaaviin osiin, monimutkainen keraaminen kappale muodostettiin esimuotin suotautumisella keraamisen matriisin avulla. Kuten kuvioissa 1 ja 2 on esitetty, esimuotti käsitti kolmen erikseen valmistetun esimuotin ryhmän komponentit 10, 12 ja 14, jotka liitettiin yh-25 teen orgaanisella sideaineella (Elmerin puuliimalla). Jokainen kolmesta esimuottikomponentista muodostettiin samalla tavanomaisella menetelmdl-lä, jossa piikarbidihiukkaset sekoitettiin tasaisesti orgaanisen side-aineliuoksen kanssa (Elmerin puuliima ja vesi suhteessa 4:1); ja saatu . seos kaadettiin silikonikautsumuottiin ja annettiin kuivua ilmassa 30 kovaksi. Esimuottikomponentit 10 ja 12 sisälsivät kumpikin 500 karkea-"·* rakeista piikarbidihiukkasta sekoitettuna yllämainittuun orgaaniseen : : sideaineliuokseen ennen kumimuottiin kaatamista. Esimuottikomponentti ·;··· 14 käsitti 220 karkearakeista piikarbidihiukkasta samalla tavoin kösi- *. teltynä kuin komponentit 10 ja 12 esimuotin geometriaa lukuunottamatta.
• · · ···· 35 Esimuotin komponentit käsittivät kaksi ketjupyörää 10 ja 12, kumpikin *···" ulkohalkaisijaltaan 7,62 cm (3 tuumaa) ja paksuudeltaan 0,1875 cm (3/16 28 86296 tuumaa), varustettuna keskiöavainreiän muotoisella porauksella 16; sekä yhden sylinterin 14, ulkohalkaisijaltaan 4,14 cm (1,63 tuumaa), sisä-halkaisijaltaan 2,87 cm (1,13 tuumaa) ja korkeudeltaan 0,838 cm (0,33 tuumaa). Nämä kolme jäykkää esimuottikomponenttia järjestettiin pitkin 5 akselia a-b, joka on esitetty kuvion 1 eritellyssä perspektiivikuvassa, siten että esimuottikomponentti 10 saatettiin kosketuksiin esimuotti-komponentin 14 pinnan 15 kanssa; ja esimuottikomponentin 12 pinta 11 saatettiin kosketuksiin esimuottikomponentin 14 pinnan 13 kanssa. Kootun esimuotin saatava geometria, joka on yleisesti osoitettu kohdassa 10 18, on esitetty kuviossa 2.
Kaupallisesta alumiinilejeeringistä 380.1 koostuva yleisesti suorakulmainen levy 19 toimii perusmetallina. Tämä lejeerinki hankittiin Belmont Metals Inc.-yhtiöltä, ja sen nimellisesti tunnistettu koostumus 15 oli 8-8,5 paino-% Si:tä, 2-3 paino-% Zn:ää ja 0,1 paino-% Mg:tä aktiivina lisäaineena sekä 3,5 % Cu;ta sekä Fe:tä, Mn:ää ja Ni:tä, mutta varsinainen Mg-pitoisuus oli joskus korkeampi alueella 0,17-0,18 %.
Levy 19 oli noin 12,7 cm (5 tuumaa) pitkä, 10,16 cm (4 tuumaa) leveä ja 0,0762 cm (0,30) tuumaa paksu, ja sillä oli ympyränmuotoinen poraus, 20 joka sijaitsi suunnilleen levyn geometrisessa keskiössä. Levy 19 sahattiin kahtia tämän keskiöporauksen puolittamiseksi, jolloin saatiin puoliympyrän muotoiset syvennykset 20 ja 21. Halkaistu levy 19 koottiin : tämän jälkeen liikuttamalla levyn 19 puolikkaita kohti esimuottia 18 akselia c-d pitkin ja päittäiskosketukseen siten, että esimuottikom- : 25 ponentin 14 koko ulkopintaa ympäröivät levyn 19 syvennykset 20 ja 21.
Näiden kahden syvennyksen 20 ja 21 nyt muodostama keskiöreikä oli hal-kaisijaltaan hieman suurempi kuin esimuottikomponentin 14 ulkohalkaisi-ja, jotta mahdollistettaisiin lejeeringin lämpölaajeneminen prosessoinnin aikana. Saatu kooste on esitetty kuviossa 4.
‘ 30 ’ Rajoitinkerros 22 paksuudeltaan 0,076-0,152 cm (0,03-0,06 tuumaa) ja käsittäen kipsi-lietteen (Bondexin, joka sisälsi noin 35 paino-% kal-siumkarbonaattia; Bondex Inc., St. Louis, MO) levitettiin kuviossa 4 * esitetyn koosteen kaikille pinnoille, joka kooste asetettiin alttiiksi ···· 35 ilmakehälle. Esimuottikomponenttien 10 ja 12 ja levyn 19 välistä tilaa 24 ei kuitenkaan täytetty rajoittimella kuumennetun lejeeringin lämpö- h 29 86296 laajenemisen sallimiseksi. Rajoitin levitettiin maalaamalla alttiina olevat pinnat lietteellä, ja rajoittimen 22 annettiin kovettua ja sitten kuivua huoneen lämpötilassa liiallisen kosteuden poistamiseksi. Kuvio 5 esittää kootun järjestelmän rajoitinkerroksella levitettynä.
5
Kuvion 5 kooste upotettiin alumiinihiukkaspetiin 25 (El Alundum; Norton Co., raekoko seulamitaltaan 90, mikä vastaa noin 160 mikronin hiukkas-kokoa), joka sijoitettiin tulenkestävään astiaan 26. Tämä kuviossa 6 esitetty kooste sijoitettiin uuniin (joka ilmastoitiin ilmanvirtauksen 10 sallimiseksi) 250°C:ssa ja kuumennettiin nopeudella 300°C/tunti 1000°C:-een. Järjestelmää pidettiin 1000°C:ssa 96 tunnin ajan, ja kooste poistettiin kuumana, jotta liika alumiinilejeerinki voitiin kaataa pois sulana (mikä saatiin aikaan murtamalla pois osa lejeerinkiä peittävää rajoitinta ja kaatamalla sula metalli tämän jälkeen pois).
15
Prosessilämpötilan kuivattama kipsi-rajoitin voitiin helposti poistaa koosteen pinnalta kevyellä hiekkapuhalluksella sekarakenteen pintaa häiritsemättä. 1
Koosteen tutkiminen paljasti, että keraaminen a-alumiinioksidimatriisi (a-alumiinioksidi tunnistettiin materiaalin röntgensädediffraktioana-lyysillä) oli suodattunut esimuotin 18 läpi rajoittimen peittämille ; * · rajapinnoille asti, mutta ei ollut kasvanut näiden rajapintojen yli.
: Lisäksi sula lejeerinki oli muodostanut oksidikalvon rajoitinkerroksen : 25 22 alapuolelle; oksidin kasvamista sulasta seoskappaleesta ei kuiten kaan esiintynyt tämän oksidikalvon yli alueilla, jotka eivät kosket-taneet esimuottia. Oksidikalvo voitiin helposti poistaa kevyellä hiekkapuhalluksella, ja valokuvat saadusta keraamisesta artikkelista on esitetty kuvioissa 7a ja 7b.
!. 30 Tämä esimerkki havainnollistaa kipsiä sisältävän rajoittimen hyödylli-syyttä (kalsiumkarbonaatin kanssa), koska se estää esimuotin ylikasvua suotautuvalla keraamisella matriisilla saaden siten lopullisen muodon.
*' Tämä esimerkki osoittaa lisäksi kipsirajoittimen kyvyn pitää tehokkaas- ·-·· 35 ti sisällään sulan alumiinin vähentäen siten seosesiasteen menetystä 30 86296 hapettumiselle ennen esimuotin suotautumista, mikä minimoi esimuotti-kappaleen täydelliseen suotautumiseen tarvittavaa seosesiasteen määrää.
ESIMERKKI 2 5
Sileällä sisäpinnalla varustettu sylinterimäinen sekarakenne valmistettiin yhdestä päästä suljetun upokkaan muotoon (pituudeltaan 5,08 cm (2 tuumaa), ulkohalkaisijaltaan 2,54 cm (1 tuuma) ja seinämäpaksuudel-taan 3 mm) kasvattamalla keraaminen matriisi upokasesimuottiin, jonka 10 sisäpinnat oli päällystetty rajoitinmateriaalilla.
Esimuotti valmistettiin tavanomaisella liukuvalutekniikalla. Liete, joka käsitti 47,6 paino-% alumiinioksidihiukkasia (El Alundum, Norton Co., seulamitta 1000, mikä vastaa n. 12 mikronin hiukkaskokoa), 23,7 15 paino-% Kaolin-savea (EPK, Georgia Kaolin, Union, NJ„ 98 % vähemmän kuin 20 μπι:η hiukkaskoko) ja 28,5 paino-% vettä, sekoitettiin tasaisesti ja kaadettiin kipsimuottiin, jolla oli esimuotin toivottu geometria. Esimuottiupokasta valettiin noin 20 minuuttia, kuivattiin 90°C:ssa ja esikuumennettiin tämän jälkeen ilmassa 700°C:ssa noin 30 minuutin ajan.
20
Esimuotti päällystettiin sisäpinnoiltaan lietetyllä seoksella, joka käsitti 70 paino-% Bondex kipsiä ja 30 paino-% piidioksidihiukkasia : (seulamitaltaan 500, mikä vastaa noin 40 mikronin hiukkaskokoa), ja rajoitinkerroksen annettiin kovettua ja kuivua liiallisen kosteuden : 25 poistamiseksi.
. . Tulenkestävä astia täytettiin osittain alumiinilejeeringillä 380.1 (jolla oli sama, nimellisesti identifioitu koostumus kuin esimerkissä 1) ja kuumennettiin, kunnes lejeerinki oli sulaa. Esimuotti täytettiin 30 sirkoniumoksidipalloilla (halkaisijaltaan 0,375 cm (3/8 tuumaa)) ja sijoitettiin sulan alumiinin täyttämään tulenkestävään astiaan siten, että sulan metallin taso ympäröi esimuottia ja olennaisesti peitti sen • · · ulkogeometrian valumatta upokkaan sisään. Sirkoniumoksidipalloja käy- • tettiin antamaan upokkaalle riittävän painon, jotta voitettaisiin sen • · · 35 kelluvuus sulassa alumiinissa ja pidettäisiin näin esimuotin ulkopinta kosketuksissa sulan lejeeringin kanssa. Kerros kuivaa kipsijauhetta, 31 86296 jota seurasi kerros piidioksidia, sijoitettiin sulan lejeeringin päälle sulan lejeeringin hapettumisen lieventämiseksi muutoin alttiina olevalla pinnalla. Tämä kooste sijoitettiin uuniin (joka oli ilmastoitu ilmanvirtauksen sallimiseksi), jonka lämpötila oli 1000°C, ja pidettiin 5 siellä 96 tuntia.
Kooste poistettiin uunista; ja jäähdyttämisen jälkeen keraaminen upokas ja ympäröivä liikalejeerinki poistettiin tulenkestävästä astiasta, sirkoniumoksidipallot poistettiin ja kappale poikkileikattiin ylä- ja 10 alapäästään paljastaen sekarakenteen. Reaktio-olosuhteiden kuivattama rajoitin voitiin helposti poistaa kevyesti hiekkapuhaltamalla poikki-leikatun kappaleen sisäosa. Poikkileikattujen pintojen tutkiminen osoitti, että α-alumiinioksidimatriisi oli täydellisesti suodattunut esimuotin läpi (minkä osoitti röntgensädejauhediffraktioanalyysi mate-15 riaalista) esimuotin sisäosassa olevalle rajoitinkerrokselle asti, muttei tämän kerroksen yli. Kuvioon 8 viitaten liika reagoimaton alumiini 30 ympäröi keraamisen sekarakenteen 32 ulkopuolta. Hajoitinker-roksella päällystetyn sekarakenteen sisäpinta 34 on sileä eikä osoita ylikasvua, mikä saa aikaan sisäseinämän suuren puhtauden. Liikalejee-20 rinki voidaan poistaa sulattamalla ja erottamalla keraaminen osa seka-rakennetta vahingoittamatta tai huonontamatta.
Poistetun rajoitinmateriaalin röntgensädejauhediffraktioanalyysi osoitti rajoittimen prosessin jälkeisen koostumuksen olevan hallitse-·,' 25 vasti kalsiumsilikaattia sisältäen vähäisiä määriä reagoimatonta kal siumsulfaattia ja piidioksidia (β-kvartsin muodossa).
ESIMERKKI 3 30 Kulmanmuotoinen keraaminen sekarakenneputki, jonka toinen pää oli avoin ja toinen suljettu ja jolla oli sileä ulkopinta, valmistettiin suodat-: : tamalla esimuotti keraamisella matriisilla.
*. Esimuotti tuotettiin tavanomaisella sedimenttivalutekniikalla. Valmis- 35 tettiin yhtenäinen seos, Joka käsitti 65 paino-% alumiinioksidihiukka-’-·· siä (seulamitta 500, mikä vastaa noin 40 mikronin hiukkaskokoa, 38 32 86296
Alundum, Norton Co.), 30 paino-% alumiinioksidihiukkasia seulamitaltaan 200, mikä vastaa noin 70 mikronin hiukkaskokoa (38 Alundum) ja 5 paino-% piimetallihiukkasia (seulamitta 500, mikä vastaa noin 40 mikronin hiukkaskokoa). Seos lietettiin orgaanisen sideaineliuoksen kanssa (ku-5 ten esimerkissä 1 on kuvattu), kaadettiin silikonikautsumuottiin ja kuivattiin kovaksi. Esimuotti poistettiin muotista, jäännekosteus poistettiin kuivaamalla, ja esimuotti esikuumennettiin ilmassa 1300°C:ssa 2 tunnin ajan.
10 Rajoitinmateriaali levitettiin esimuotin ulkopinnalle päällystämällä pinta noin 0,2 mm paksulla kerroksella lietettyä seosta, joka käsitti 50 paino-% Bondex kipsiä ja 50 paino-% alumiinioksidihiukkasia (38 Alundum, Norton Co., seulamitta 500, mikä vastaa noin 40 mikronin hiukkaskokoa). Rajoitinkerroksen annettiin kovettua ja se kuivattiin liika- 15 kosteuden poistamiseksi; ja päällystetty esimuotti sijoitettiin tulenkestävään astiaan ja tuettiin tulenkestävillä alumiinioksidipalloilla (halkaisijaltaan 1,27-1,905 cm (h-3/4 tuumaa)) siten, että esimuotin avoin pää oli samalla tasolla alumiinioksidipallojen kanssa.
20 Kooste sijoitettiin uuniin 1000°C:ssa esimuotin kuumentamiseksi reak-tiolämpötilaan. Uuni avattiin ja sula alumiinilejeerinki 380.1 (jolla oli sama nimellinen koostumus kuin esimerkissä 1) kaadettiin esimuotin avoimeen päähän avoimen pään tasoon asti, ja näin esimuotin koko sisä-: : geometria oli kosketuksissa sulan lejeerinkikappaleen kanssa.
; - : 25
Koostetta pidettiin 1000°C:ssa 96 tunnin ajan, jonka jälkeen se pois-• · tettiin uunista kuumana, ja liika reagoimaton lejeerinki kaadettiin keraamisesta putkesta sen ollessa vielä sulaa.
30 Keraamisen putken jäähdytyksen jälkeen rajoitinkerros poistettiin ulkopinnalta kevyellä hiekkapuhalluksella. Keraaminen putki poikkileikat-tiin noin 0,635 cm (1/4 tuumaa) avoimesta päästä. Poikkileikatun seka-rakenteen tutkiminen osoitti, että α-alumiinioksidimatriisi (röntgensä-•# dejauhediffraktioanalyysillä todettuna) oli täydellisesti suodattunut 35 esimuotin läpi ulkoiselle rajoitinkerrokselle asti. Kuviossa 9 esitetyn 33 86296 keramiikan ulkopinta, joka oli päällystetty rajoittimella, osoitti tasaista morfologiaa eikä lainkaan ylikasvua.
Poistetun rajoitinmateriaalin prosessin jälkeinen analyysi osoitti 5 rajoittimen koostumuksen olevan hallitsevasti kalsiumalumiinioksisul-faattia (CaAAl6012S0*) sisältäen vähäisiä määriä o—alumiinioksidia ja reagoimatonta kalsiumsulfaattia, mikä osoitti rajoitinmateriaalien konversion prosessiolosuhteissa.
10 ESIMERKKI 4
Keraaminen ketjupyörä valmistettiin suodattamalla esimuotti keraamisella matriisilla ja käyttämällä rajoitinmateriaalia kontrolloimaan ketjupyörän pinnan geometriaa.
15
Esimuotti (jolla oli samat mitat ja geometria kuin esimerkin 1 esimuot-tikomponenteilla 10 ja 12) valmistettiin tavanomaisella sedimenttivalu-tekniikalla, jossa piikarbidihiukkasia (seulamitta 500, mikä vastaa n. 40 mikronin hiukkaskokoa) sekoitettiin tasaisesti orgaanisen side-20 aineliuoksen kanssa (kuten esimerkissä 1 on kuvattu), kaadettiin sili-konikautsumuottiin ja annettiin kovettua 6 tunnin ajan. Liika vesi ...* poistettiin sedimentin pinnalta ja esimuotti kuivattiin. 2-3 grammaa : piimetallia (seulamitta 2,0, mikä vastaa n. 3500 mikronin hiukkaskokoa) : : hajautettiin tasaisesti alumiinilejeeringistä 380.1 muodostetun kiekon 25 pinnalle, joka kiekko oli halkaisijaltaan 8,89 cm (3b tuumaa) ja 1,27 cm (h tuumaa) paksu. Jäykkä esimuotti poistettiin muotista ja sijoitet-tiin lejeerinkipinnalle piin kanssa siten, että esimuottiketjupyörän pohjapinta (samanlainen kuin esimuotin 10 pinta 9 kuviossa 1) oli kosketuksissa lejeeringin ympyrämäisen pinnan kanssa.
' J 30 ' Koko esimuotin ja lejeeringin yhdistelmä päällystettiin kaikilta pal- jastetuilta pinnoiltaan rajoitinmateriaalilla. Rajoitinmateriaali muo- * ♦ · ····· dostui vesimäisestä lietetystä seoksesta, jossa oli 25 paino-% kipsiä *, (Bondex), 25 paino-% portlandsementtiä (Type 1, Keystone, Bath, PA), 25 ·«* ··*· 35 paino-% piidioksidia (Crystobalite, CED Minerals, Ohio, seulamitta 200, *♦··* mikä vastaa n. 60 mikronin hiukkaskokoa) ja 25 paino-% alumiinioksidi- " 86296 hiukkasia (38 Alundum, Norton, raekoko 36). Liete levitettiin yhdistelmän kaikille paljastetuille pinnoille 0,159-0,3175 cm (1/16-1/8 tuumaa) paksuna kerroksena ja annettiin kovettua, jonka jälkeen se kuivattiin liikakosteuden poistamiseksi. Rajoittimella päällystetty kooste sijoi-5 tettiin tulenkestävään astiaan piikarbidihiukkaspedin (raekoko 24, mikä vastaa n. 700 mikronin hiukkaskokoa) päälle.
Ylläoleva kooste sijoitettiin uuniin (joka oli ilmastoitu ilmanvirtauksen sallimiseksi) ja kuumennettiin 5 tunnin ajan 900°C:ssa. Uunin lämpö-10 tila pidettiin 900°C:ssa 80 tuntia ja jäähdytettiin sitten 5 tunnin kuluessa. Kooste otettiin pois uunista, ja kooste poistettiin pohjasta. Rajoitinkerros poistettiin koosteen pinnoilta kevyellä hiekkapuhalluksella, ja liika lejeerinki erotettiin keraamisesta ketjupyörästä. Kuviossa 10 esitetyssä keraamisessa ketjupyörässä ei oleellisesti esiin-15 tynyt a-alumiinioksidimatriisin ylikasvua rajoitinmateriaalilla päällystetyllä pinnalla. Ketjupyörän pinnalla olevat muutamat yksittäiset ylikasvupisteet johtuvat puutteellisuuksista rajoittimen päällystyksessä (eli halkeamista tai ilmapusseista), eivätkä ole itse rajoittimen tunkeutumisen aiheuttamia.
20 ESIMERKKI 5 : Keraaminen ketjupyörä valmistettiin rajoittimella päällystetyn esimuot- tin suotautumisella esimerkin 4 mukaisesti ja sen menettelyä käyttäen .’· : 25 paitsi, että rajoitinmateriaali sisälsi ainoastaan portlandsementtiä y. (Type 1, Keystone Co.).
Vesimäinen portlandsementtiliete levitettiin 0,159-0,3175 cm (1/16-1/8 tuuman) kerroksena ketjupyöräesimuotin ja 380.l-alumiinilejeerinki- 30 kiekon yhdistelmään, kuten esimerkissä 4 (mukaanlukien piikerroksen kuten esimerkissä oli kuvattu). Rajoitinkerroksen annettiin kovettua ja se kuivattiin liikakosteuden poistamiseksi. Päällystetty yhdistelmä —: sijoitettiin piikarbidihiukkaspetiin (seulamitta 24, mikä vastaa noin 700 mikronin hiukkaskokoa), joka oli asetettu tulenkestävään astiaan, ···· 35 kuten esimerkissä 4. Kooste sijotettiin uuniin ja kuumennettiin 10 • * tunnin ajan 900°C:een, jossa sitä pidettiin 80 tunnin ajan. Uunia jääh- li 35 86296 dytettiin 5 tunnin ajan, ja kooste poistettiin. Päällystetty yhdistelmä poistettiin pedistä, rajoitinkerros poistettiin vaivattomasti keraamisen sekarakenteen pinnalta kevyellä hiekkapuhalluksella, liika lejee-rinki erotettiin keraamisesta sekarakenneketjupyörästä.
5
Saadun keraamisen sekarakenteen tutkiminen osoitti, että a-alumiini-oksidimatriisi oli suodattunut esimuotin läpi täysin rajoitinkerrokseen asti. Portlandsementtirajoitinkerros esti tehokkaasti keraamisen matriisin ylikasvun esimuotin rajojen yli. Keraaminen sekarakenneketju-10 pyörä on esitetty kuviossa 11. Kuten esimerkissä 4, yksittäiset ylikas-vuesiintymät ketjupyörän pinnalla johtuvat epätäydellisyyksistä rajoit-timen päällystyksessä, eivät tämän tunkeutumisesta.
ESIMERKKI 6 15
Keraaminen sekarakenne, joka oli muodoltaan sylinterimäinen ja halkaisijaltaan noin 8,255 cm (3 1/4 tuumaa) sekä pituudeltaan 66 cm (26 tuumaa), valmistettiin käyttämällä lieriömäistä rajoitinta, jotta artikkelille saataisiin ulkoinen lieriömäinen muoto. Rajoitin, joka on 20 esitetty erilteltynä perspektiivikuvana kuviossa 12, käsitti kolmiosaisen ruostumattoman teräsrakenteen (numero 304 ruostumaton teräs, jonka nimellinen koostumus oli 0,08 paino-% C:tä, 2 % Mn:ää, 1 % Si:tä, . 0,045 % P:tä, 0,03 % S:ää, 18-20 % Cr:ää, 8-12 % Niitä lopun ollessa
Feitä), joka käsitti rei'itetyn lieriön 50, sihtivaipan 52 ja pohjaren-\| 25 kaan 54. Rei'itetyn lieriön 50 sisähalkaisija oli 8,255 cm (3 1/4 tuu maa), ja se oli valmistettu 22 ruostumattomasta teräksestä, joka oli pinnaltaan tasaisesti rei'itetty 0,15875 cm (0,0625 tuumaa) halkaisi-jaisilla rei'illä siten, että 40 % lieriön pinta-alasta oli avoin ilman diffuusiolle. Sihtivaippa 52 oli ulkohalkaisijaltaan noin 8,255 cm 30 (3 1/4 tuumaa) ja 0,20 cm (0,080 tuumaa) paksu, ja se sisälsi 0,040 cm (0,016 tuumaa) halkaisijaisia reikiä siten, että 30 % sen pinta-alasta : oli avoin ilman diffuusiolle. Pohjarengas 54 oli myös valmistettu 22 ruostumattomasta teräksestä. Sihtivaippaa 52 käytettiin estämään täyte-ainehiukkasia virtaamasta ulos läpi ulkoholkissa olevien suurempien ···· 35 reikien prosessoinnin aikana.
36 8 6 2 96
Ruostumaton teräsrajoitin järjestettiin pitkin kuvion 12 akselia e-f. Alumiinitanko (jonka sekoitettu koostumus käsitti 10 paino-% piitä ja 3 paino-% magnesiumia), joka oli 66 cm (26 tuumaa) pitkä ja halkaisijaltaan 2,70 cm (1 1/16 tuumaa) ja jolla oli 16 ripamaista ulkonemaa kes-5 kiön alueella kahden kolmasosan alueella pituudestaan, peitettiin tasaisesti koko pinnaltaan piidioksidihiukkaskerroksella (pääasiassa seulamitta 100 tai suurempi, vastaa n. 130 mikronin hiukkaskokoa), jota käytettiin lisäaineena ja levitettiin siihen orgaanisen sideaineen kanssa. Tanko sijoitettiin pitkittäin lieriömäisen rajoitinyhdistelmän 10 keskiöön. Yhdistelmä täytettiin tämän jälkeen tasaisesti esisekoitetul-la täyteaineella käsittäen 95 paino-% alumiinioksidihiukkasia (E38 Alundum, Norton Co., seulamitta 90, mikä vastaa noin 160 mikronin hiukkaskokoa) ja 5 paino-% piidioksidia (seulamitta pääosin 100 tai suurempi, vastaa n. 130 mikronin hiukkaskokoa), jotka näin ympäröivät ja 15 tukivat alumiinitankoa.
Ylläoleva järjestelmä sijoitettiin tulenkestävään astiaan siten, että se seisoi pohjarenkaansa varassa. Saatu kooste sijoitettiin uuniin (joka oli ilmastoitu ilmanvirtauksen sallimiseksi) ja kuumennettiin 10 20 tunnin ajan 1250°C:een. Uunia pidettiin 1250°C:ssa 225 tunnin ajan, jonka jälkeen se jäähdytettiin 30 tunnin pituisessa syklissä, ja kooste poistettiin.
Saadun sekarakennemateriaalin tutkiminen osoitti keraamisen lieriön 25 käsittäen a-alumiinioksidimatriisin, joka sulki sisäänsä alumiinioksidi täyteaineen ja jolla oli ruostumattoman teräsrajoittimen ulkomitat sekä sisäonkalo, joka toisti alkuperäisen perusmetallikoosteen muodon. Koska rajoitinta käytettiin muodostettaessa lieriömäistä keraamista kappaletta, vaadittiin ainoastaan hiontaa tekemään keraamisen lieriön 30 pinta sileäksi. Ellei rajoitinta käytettäisi, keraamisella tuotteella olisi epäsäännöllinen muoto, mikä vaatisi runsasta työstöä ja hiontaa.
..λ’ 35 37 86296 F.STHF.RKKT 7
Keraaminen sekarakennekappale valmistettiin suodattamalla keraaminen matriisi muotoiltuun esimuottiin, joka päällystettiin rajoittimella, 5 jotta keraamisen matriisin kasvu saatiin pidettyä esimuotin mitoissa.
Esimuotti, mitoiltaan 5,08 cm (2 tuumaa) sivu ja 1,27 cm (4 tuumaa) paksu, valmistettiin tavanomaisella sedimenttivalutekniikalla, jossa vesimäinen liete käsittäen 98 paino-% piikarbidihiukkasia (tasainen 10 seos, jossa oli 70 paino-% 500-raekoon hiukkasia ja 30 paino-% 220 raekoon hiukkasia), 1,75 paino-% lateksia (Cascorex Latex EA-4177, Bordon Co.) ja 0,25 paino-% polyvinyylialkoholia kaadettiin silikoni-kautsumuottiin, jossa sen annettiin kovettua. Liika vesi poistettiin sedimentin päältä, ja esimuotti kuivattiin ilmassa. Kuivattu esimuotti 15 kuumennettiin 1250°C:ssa ilmassa 24 tunnin ajan.
Pyöreä kiekko alumiiniseoksesta 380.1 (jolla oli sama nimellinen koostumus kuin esimerkissä 1 eritelty), jonka halkaisija oli 7,62 cm (3 tuumaa) ja paksuus 1,27 cm (h tuumaa), oli päällystetty 2 gramman 20 kerroksella piimetallia (seulamitta -20) tasaisesti levitettynä pyöreälle päälipinnalle, ja esimuotti sijoitettiin tämän pinnan päälle.
Ylläkuvattu esimuotin ja kerrostetun seoskiekon yhdistelmä päällystettiin kehältään (eli esimuotin ja kiekon kaikilta pinnoilta lukuunotta-25 matta esimuotin ja kiekon päittäispintoja) vesimäisellä lietteellä käsittäen kalsiumsilikaattia (Vansil W10, R.T. Vanderbilt, Norwalk, CT) siten, että päällyste täydellisesti ympäröi tämän yhdistelmän. Rajoit-tiraena toimiva päällyste kuivattiin, ja rajoittimen ympäröimä yhdistelmä upotettiin piikarbidihiukkasiin (raekoko 24, mikä vastaa n. 700 30 mikronin hiukkaskokoa) tulenkestävään astiaan siten, että esimuotin päällystetty neliömäinen päälipinta saatettiin alttiiksi ilmakehälle ja olennaisesti samaan tasoon pedin tason kanssa.
*_ Ylläoleva kooste sijoitettiin uuniin ja kuumennettiin 5 tunnin ajan --35 900°C:een. Uunia pidettiin 900°C:ssa 100 tunnin ajan, jonka jälkeen se jäähdytettiin 5 tunnin ajan ja kooste poistettiin uunista.
38 86296
Rajoittiraella päällystetty yhdistelmä poistettiin pedistä ja rajoitin erotettiin yhdistelmästä kevyellä hiekkapuhalluksella. Koosteen tutkiminen osoitti, että α-alumiinioksidista koostuva keraaminen matriisi, 5 joka oli muodostettu alumiinikiekon hapettamisella, oli suodattunut esimuotin rajoittimen rajoittamalle esimuotin kehälle asti. Esimuotin yksittäinen satunnainen ylikasvu johtui epätäydellisyyksistä rajoittimen päällystyksessä, eikä sanotun rajoittimen koostumuksen tunkeu-masta.
10 ESIMERKKI 8
Tuotettiin keraaminen kappale, jolla oli rajoittimella rajatut, määritetyt suorakulmaiset mitat ja joka valmistettiin ruostumattomasta te-15 räksestä (AISI 304, paksuus 22) suorakulmaiseksi rakenteeksi. Viitaten yksityiskohtaisesti kuvioihin 13a ja 13b, joissa samat numerot viit-taavat aina samoihin osiin, rajoittimella 79 indikoitu, avoimella päällä varustettu suorakulmainen kappale käsitti kaksi suorakulmaista si-vuseinämää 80 ja 84, mitoiltaan 24,13 cm (9½ tuumaa) pitkiä ja 6,35 cm 20 (2½ tuumaa) leveitä, kaksi suorakulmaista sivuseinämää 82 ja 88, mi toiltaan 11,43 cm (4½ tuumaa) pitkiä ja 6,35 cm (2½ tuumaa) leveitä sekä yhden rei'itetyn päälipinnan 86, mitoiltaan 24,3 cm (9½ tuumaa) pitkä ja 11,43 cm (4½ tuumaa) leveä, jossa oli reiät 87, jotka tasai-sesti peittivät sen pinnan ilmanvaihdon sallimiseksi. Rajoitin sijoi-: 25 tettiin uuniin ja kuumennettiin ilmassa 1000°C:ssa 24 tunnin ajan, jonka · _ jälkeen se poistettiin uunista. Kuumennuksen avulla rajoitin päällys- !’ . tettiin pinnaltaan oksidipäällysteellä.
Kaksi alumiinilejeeringistä 380.1 valmistettua suorakulmaista tankoa '· 30 (joilla oli sama nimellisesti tunnistettu koostumus kuin esimerkissä 1), mitoiltaan 22,9 cm (9 tuumaa) pitkiä, 10,2 cm (4 tuumaa) leveitä ja 3,8 cm (1½ tuumaa) paksuja, sijoitettiin kumpikin erillisten tulenkestävien astioiden 98 sisältämiin erillisiin alumiinioksidihiukkaspetei-hin 96 (El Alundum, Norton Co., seulamitta 90, mikä vastaa n. 160 mik-35 ronin hiukkaskokoa) siten, että tangon 22,9 x 10,2 cm (9 x 4 tuumaa) pinta asetettiin altiiksi ilmakehälle ja oleellisesti samaan tasoon ίι 39 86296 alumiinioksihiukkaspohjan kanssa, ja jäljellä olevat tangon viisi pintaa upotettiin pohjakerroksen alapuolelle. Kaksi grammaa lisäainetta, piidioksidia, hajautettiin tasaisesti kummankin tangon paljastetulle 22,9 x 10,2 cm (9 x 4 tuumaa) pinnalle. Viitaten yksityiskohtaisesti 5 nyt kuvioon 13b rajoitin sijoitettiin toisen upotetuista alumiinitan-goista 90 päälle siten, että neljän sivuseinämän marginaalireunat 91 upotettiin alumiinioksidihiukkaspetiin suunnilleen seostangon syvyyteen, jolloin rajoitin ympäröi seostankoa muttei ollut kosketuksissa sen kanssa. Rajoitin ympäröitiin edelleen alumiinioksidihiukkasilla (El 10 Alundum kuten yllä) siten, että sivuseinämien ulkopinnat upotettiin olennaisesti astiaan 98 sijoitettuun petiin 96, jolloin tila 94 jäi seostangon 88 pinnan 90 ja päälipinnan sisäpuolen välille.
Nämä kaksi upotettua alumiinitankoa, joista toinen oli päällystetty 15 yllämainitulla rajoittimella (kuten kuviossa 13b on esitetty), sijoitettiin uuniin (joka oli ilmastoitu ilmanvirtauksen sallimiseksi) ja kuumennettiin 1080°C:een 10 tunnin aikana. Uunia pidettiin 1080°C:ssa 55 tunnin ajan ja jäähdytettiin sitten 10 tunnin ajan, jonka ajanjakson lopussa upotetut tangot sisältävät astiat poistettiin uunista.
20
Muodostetut keraamiset kappaleet poistettiin vastaavista alumiinioksi-dipedeistä, ja rajoitin poistettiin toisesta keraamisesta kappaleesta. Rajoittimen kanssa valmistetun keraamisen kappaleen 102 tutkiminen osoitti, että kappale muodostui tilaan 94 ja että sitä rajoittivat : 25 rajoittimen sivuseinämät, jolloin saatiin keraaminen kappale, jolla oli .**·. rajoittimen kehän määrittämä suorakulmainen kehä. (katso kuvio 14).
: Keraamisen kappaleen kasvu ei kuitenkaan täysin saavuttanut rajoittimen .! päälipintaa, ja tämän vuoksi keraamisen kappaleen päälipinta ei ollut niin rajattu. Kuviossa 14 on myös esitetty toinen keraaminen kappale 30 100, joka on muodostunut edellämainitun alumiiniseoksen hapettumisesta ilmassa ilman rajoitinta ja jolla on epäsäännöllinen pinta rajoittamat-• · tomasta kasvusta johtuen.
.·*. Tämä esimerkki osoittaa, kuinka hyödyllinen rajoitin on määrittämään 35 suhteellisen suuren keraamisen komponentin mitat, Joka on valmistettu 40 86296 alumiinin hapettamisella ilmassa, mikä johtaa valmistuksen jälkeisen prosessoinnin huomattavaan 1levenemiseen toivottua muotoa tuotettaessa.
ESIMERKKI 9 5
Esimuottikappale valmistettiin piikarbidista (raekoko seulamitaltaan 500, mikä vastaa n. 25 mikronin hiukkaskokoa) ja varustettiin sitten 380.1 -alumiiniseoksella, kuten esimerkissä 7. Tämä kooste päällystettiin kaikilta pinnoiltaan (paitsi esimuotin ja seoksen väliseltä raja-10 pinnalta) keraamisesta luutuhkasta koostuvalla rajoitinmateriaalilla (trikalsiumfosfaatti, Hamill and Gillespie Inc., Livingston, NJ). Rajoitin kuivattiin, ja kooste upotettiin piikarbidihiukkasiin (raekoko 24, mikä vastaa n. 700 mikronin hiukkaskokoa) tulenkestävään astiaan siten, että päällystetyn esimuotin pääliosa oli alttiina ilmakehälle.
15
Kooste kuumennettiin ilmassa 900°C:een 5 tunnin aikana, pidettiin 900°C:ssa 100 tunnin ajan ja jäähdytettiin 5 tunnin kuluessa, jonka jälkeen se poistettiin uunista.
20 Rajoittimella päällystetty kooste poistettiin pedistä, ja lievä yli- kasvu, jota esiintyi seoksen ja esimuotin välisellä rajapinnalla, voitiin helposti poistaa koputtamalla. Rajoitin poistettiin sekarakenne-tuotteesta hiekkapuhalluksella. Tuotteen tutkiminen osoitti a-alumiini-·"*: oksidia sisältävän keraamisen matriisin suodattuneen esimuotin rajoit- 25 timen määrittämälle kehälle asti.

Claims (13)

1. Menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tai keraamisen sekara-kenteen valmistamiseksi itsekantavan keraamisen sekarakenteen käsit-5 täessä keraamisella matriisimateriaalilla suotautuneen täyteaineen massan tai muotoillun esimuotin, perusmetallin hapettamisen avulla monikiteisen materiaalin tuottamiseksi, joka käsittää perusmetallin ja ainakin yhden hapettimen, joka sisältää kaasufaasihapetinta, välisen hapettumisreaktiotuotteen ja valinnaisesti yhden tai useamman metalli -10 sen ainesosan, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seu- raavat vaiheet: (a) valinnaisesti järjestetään ainakin osa perusmetallista niin, että ainakin osittain erilleen perusmetallista on rajoitin, joka häiritsee, ehkäisee tai lopettaa hapettumisreaktiotuotteen kasvun tai kehittymisen keraamisen kappaleen ainakin yhden pinnan aikaansaami-15 seksi; (b) perusmetalli kuumennetaan sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteensa sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan sulaa perusmetallia olevan massan muodostamiseksi, (c) valinnaisesti saatetaan täyteainemassan tai muotoillun esimuotin vyöhyke kosketuksiin sulan perusmetallin kanssa siten, että täyteainemassalla tai 20 muotoillulla esimuotilla on ainakin yksi vastaavanlaisella rajoitti -mella kuin kohdassa (a) määritetty pinta ainakin osittain erillään kosketusvyöhykkeestä siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen tapahtuu täyteainemassaan tai muotoiltuun esimuottiin ja kohti ' ' rajoittimen suuntaa, (d) annetaan mainitun sulan perusmetallin reagoida 25 mainitussa lämpötilassa hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreak-tiotuotteen, (e) pidetään ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksissa sulan perusmetallin ja hapettimen kanssa näiden välissä, jotta sula perusmetalli voi kulkeutua hapettumisreaktiotuotteen läpi . - kohti rajoitinta ja kosketuksiin hapettimen kanssa siten, että tuoreen 30 hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, jolloin täyteainemassaa käytettäessä hapettumisreaktiotuote suotautuu täyteainemassaan tai muotoiltuun esimuottiin, ja (f) jatketaan reak-tiota kunnes hapettumisreaktiotuote tulee kosketuksiin mainitun rajoit-.···. 35 timen kanssa keraamisen kappaleen tuottamiseksi, tai keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi, jonka pinta on rajoittimen määrittämä. 42 86296
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitin kulkeutuneen sulan metallin kanssa kosketuksiin joutuessaan (a) ei olennaisesti kostu kulkeutuneesta sulasta perusmetallista ja/tai (b) reagoi kulkeutuneen sulan perusmetallin kanssa sen ollessa 5 kosketuksissa sulan perusmetallin kanssa ainakin yhden reaktiotuotteen muodostamiseksi, joka olennaisesti ehkäisee sulan perusmetallin kulkeutumisen hapettumisreaktiotuotteen läpi.
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että rajoitin käsittää ainakin yhden materiaalin, joka valitaan ryhmästä, joka koostuu kalsiumsulfaatista, kalsiumsilikaatista, port-landsementistä, trikalsiumfosfaatista, tai näiden seoksista ja valinnaisesti sisältää piidioksidia ja kalsiumkarbonaattia ja/tai haihdutettavaa materiaalia, joka haihtuu kuumennettaessa ja lämpötilassa, joka 15 on mainitun hapettumisreaktiotuotteen alapuolella, jotta rajoittimesta tulisi läpäisevä mainitulle kaasufaasissa olevalle hapettimelle.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitin lisäksi sisältää (a) ainkin yhtä täyteainemateriaalia, 20 kuten alumiinioksidia ja edullisesti hiukkasmuodossa, jolloin mainitulla hiukkasmaisella täyteainemateriaalilla on olennaisesti sama laajene-miskerroin kuin täyteaineella tai esimuotilla, jotka ovat sisällytettyinä keraamisen matriisin sisäpuolelle.
5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitin koostuu ruostumattomasta teräksestä ja tiheästä keramiikasta tai molemmista.
6. Patenttivaatimuksen 1,2,3,4, tai 5 mukainen menetelmä, t u n -30 n e t t u siitä, että perusmetalli käsittää materiaalin, joka valitaan . . ryhmästä, joka koostuu alumiinista, piistä, titaanista, tinasta, sirko- ; niumista ja hafniumista.
*·.; 7. Jonki patenttivaatimuksen 1,2,3,4,5 tai 6 mukainen menetelmä, 35 tunnettu siitä, että hapetin käsittää ainakin yhden kiinteän hapettimen kuten piidioksidin, boorin tai pelkistyvän boridin tai nes- 43 8 6 2 9 6 temäisen hapettimen kuten matalassa lämpötilassa sulavan lasin tai kiinteän ja nestemäisen hapettimen yhdistelmän, jotka on sisällytetty täyteaineeseen tai esimuottiin.
8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, mainittu kaasufaasissa oleva hapetin käsittää hapettimen, joka valitaan ryhmästä, joka koostuu happea sisältävästä kaasusta, typpeä sisältävästä kaasusta, arseenista, hiilestä, boorista, seleenistä, telluurista, H2/H20 -seoksesta, metaanista, etaanista, propaanista, 10 asetyleenista, eteenistä, propyleenista, piidioksidista ja C0/C02 -seoksesta tai näiden seoksista.
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esimuotti käsittää ainakin yhtä materiaalia ryhmästä, joka 15 koostuu piidioksidista, piikarbidista, alumiinioksidista ja päällystetystä hiilikuidusta, joka edullisesti on päällystetty alumiinioksidilla.
10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että se käsittää lisäksi lisäaineen lähteen käytettynä yhdessä mainitun perusmetallin kanssa, kuten magnesiumin, sinkin, piin, germa-niumin, tinan, lyijyn, boorin, natrium, litiumin, kalsiumin, fosforin, yttriumin ja harvinaisen maametallin. ‘ ' 25
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, että perusmetalli käsittää alumiinin ja monikiteinen materiaali käsittää edelleen spinellin lähtöpinnan, joka on muodostettu perusmetallin, lisäaineen lähteen ja hapettimen hapettumisreaktiotuotteena.
12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, , . että perusmetalli käsittää alumiinin ja ainakin yhden perusmetallin j ' kanssa lejeeratun lisäaineen lähteen ja/tai ainakin yhden perusmetallin ’** * pintaan levitetyn lisäaineen lähteen.
13. Jonkin patenttivaatimuksen 1,2,3,4,5,7,9,10,11 tai 12 mukainen *. menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumii- • · » • · * 44 8 6 2 9 6 nln käytettynä yhdessä lisäaineen lähteen kanssa, hapetin käsittää ilmaa, kuumennusvaihe on 850-1450°C ja hapettumisreaktiotuote käsittää alumiinioksidia. 5 « 86296
FI872020A 1986-05-08 1987-05-06 Foerfarande foer framstaellning av formade keramiska strukturer genom utnyttjande av en begraensare. FI86296C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US86102486 1986-05-08
US06/861,024 US4923832A (en) 1986-05-08 1986-05-08 Method of making shaped ceramic composites with the use of a barrier

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI872020A0 FI872020A0 (fi) 1987-05-06
FI872020A FI872020A (fi) 1987-11-09
FI86296B true FI86296B (fi) 1992-04-30
FI86296C FI86296C (fi) 1992-08-10

Family

ID=25334663

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI872020A FI86296C (fi) 1986-05-08 1987-05-06 Foerfarande foer framstaellning av formade keramiska strukturer genom utnyttjande av en begraensare.

Country Status (30)

Country Link
US (1) US4923832A (fi)
EP (1) EP0245193B1 (fi)
JP (1) JP2518847B2 (fi)
KR (1) KR950004064B1 (fi)
CN (1) CN1033021C (fi)
AT (1) ATE74339T1 (fi)
AU (1) AU591280B2 (fi)
BG (1) BG50155A3 (fi)
BR (1) BR8702282A (fi)
CA (1) CA1313942C (fi)
CS (1) CS275463B2 (fi)
DE (2) DE245193T1 (fi)
DK (1) DK166963B1 (fi)
ES (1) ES2000419T3 (fi)
FI (1) FI86296C (fi)
GR (1) GR3005073T3 (fi)
HU (1) HU198429B (fi)
IE (1) IE60942B1 (fi)
IL (1) IL82463A (fi)
IN (1) IN167358B (fi)
MX (1) MX166922B (fi)
NO (1) NO175676C (fi)
NZ (1) NZ220182A (fi)
PH (1) PH26793A (fi)
PL (1) PL154669B1 (fi)
PT (1) PT84843B (fi)
RU (1) RU2039023C1 (fi)
TR (1) TR23773A (fi)
YU (1) YU46617B (fi)
ZA (1) ZA872585B (fi)

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5236786A (en) * 1986-05-08 1993-08-17 Lanxide Technology Company, Lp Shaped ceramic composites with a barrier
US5340655A (en) * 1986-05-08 1994-08-23 Lanxide Technology Company, Lp Method of making shaped ceramic composites with the use of a barrier and articles produced thereby
US4960736A (en) * 1986-09-16 1990-10-02 Lanxide Technology Company, Lp Surface bonding of ceramic bodies
US5104835A (en) * 1986-09-16 1992-04-14 Lanxide Technology Company, Lp Surface bonding of ceramic bodies
US5238886A (en) * 1986-09-16 1993-08-24 Lanxide Technology Company, Lp Surface bonding of ceramic bodies
US5516595A (en) * 1986-09-16 1996-05-14 Lanxide Technology Company, Lp Production of ceramic and ceramic-metal composite articles with surface coatings
US5633213A (en) * 1986-09-17 1997-05-27 Lanxide Technology Company, Lp Method for in situ tailoring the component of ceramic articles
US5268339A (en) * 1986-09-17 1993-12-07 Lanxide Technology Company, Lp Method for in situ tailoring the component of ceramic articles
TR23487A (tr) * 1986-12-22 1990-02-01 Lanxide Technology Co Ltd Sekilli seramik bilesikleri yapma yoentemi
US5202059A (en) * 1987-06-12 1993-04-13 Lanxide Technology Company, Lp Coated ceramic filler materials
US5523270A (en) * 1987-07-06 1996-06-04 Lanxide Technology Company, Lp Complex perovskite oxidation reaction products
YU125388A (en) * 1987-07-06 1990-04-30 Lanxide Technology Co Ltd Processes for shaping complex products of oxidation reactions including supra conducting articles
US5102864A (en) * 1987-07-06 1992-04-07 Lanxide Technology Company, Lp Methods for forming complex oxidation reaction products including superconducting articles
US4873038A (en) * 1987-07-06 1989-10-10 Lanxide Technology Comapny, Lp Method for producing ceramic/metal heat storage media, and to the product thereof
US4849266A (en) * 1987-11-03 1989-07-18 Lanxide Technology Company, Lp Compliant layer
US4957779A (en) * 1988-02-18 1990-09-18 Lanxide Technology Company, Lp Method for producing a protective layer on a ceramic body
DE3812266C1 (fi) * 1988-04-13 1989-08-24 Nils Prof. Dr. 2107 Rosengarten De Claussen
US5553657A (en) * 1988-11-10 1996-09-10 Lanxide Technology Company, Lp Gating means for metal matrix composite manufacture
IL92396A0 (en) * 1989-01-13 1990-07-26 Lanxide Technology Co Ltd Method of producing ceramic composite bodies
US5185298A (en) * 1989-05-30 1993-02-09 Lanxide Technology Company, Lp Method of making ceramic composite bodies incorporating filler material and bodies produced thereby
US5120580A (en) * 1989-07-07 1992-06-09 Lanxide Technology Company, Lp Methods of producing ceramic and ceramic composite bodies
US5262203A (en) * 1989-07-07 1993-11-16 Lanxide Technology Company, Lp Methods of producing ceramic and ceramic composite bodies
IL94958A (en) * 1989-07-21 1995-05-26 Lanxide Technology Co Ltd A method for producing complex and connected bodies by infiltrating an autogenous vacuum and macro-complex bodies thus formed
US5163498A (en) * 1989-11-07 1992-11-17 Lanxide Technology Company, Lp Method of forming metal matrix composite bodies having complex shapes by a self-generated vacuum process, and products produced therefrom
ATE151470T1 (de) * 1990-05-09 1997-04-15 Lanxide Technology Co Ltd Verfahren mit sperrwerkstoffe zur herstellung eines verbundwerkstoffes mit metallmatrix
US5851686A (en) * 1990-05-09 1998-12-22 Lanxide Technology Company, L.P. Gating mean for metal matrix composite manufacture
US5505248A (en) * 1990-05-09 1996-04-09 Lanxide Technology Company, Lp Barrier materials for making metal matrix composites
DE4039530A1 (de) * 1990-05-29 1991-12-05 Claussen Nils Reaktionsgebundener mullit-haltiger keramikformkoerper, seine herstellung und seine verwendung
US5154425A (en) * 1990-10-19 1992-10-13 Lanxide Technology Company, Lp Composite golf club head
JPH06503523A (ja) * 1990-12-05 1994-04-21 ランキサイド　テクノロジー　カンパニー，リミティド　パートナーシップ 成形のための成形用具の材料
WO1992022517A1 (en) * 1991-06-19 1992-12-23 Lanxide Technology Company Novel aluminum nitride refractory materials and methods for making the same
US5214011A (en) * 1991-08-30 1993-05-25 Bfd, Incorporated Process for preparing ceramic-metal composite bodies
CA2132430A1 (en) * 1992-03-20 1993-09-30 William Bayard Johnson Method for forming bodies by reactive infiltration
US5306676A (en) * 1993-03-09 1994-04-26 Lanxide Technology Company, Lp Silicon carbide bodies and methods of making the same
US5350003A (en) * 1993-07-09 1994-09-27 Lanxide Technology Company, Lp Removing metal from composite bodies and resulting products
US5728638A (en) * 1996-08-21 1998-03-17 Bfd, Inc. Metal/ceramic composites containing inert metals
US5837047A (en) * 1996-12-11 1998-11-17 Ashland Inc. Heat curable binder systems and their use
JP4014254B2 (ja) * 1997-07-18 2007-11-28 日本碍子株式会社 Ｓｉ濃度段階的変化型Ｓｉ−ＳｉＣ材料及びＳｉ濃度段階的変化型ＳｉＣ繊維強化Ｓｉ−ＳｉＣ複合材料並びにこれらの製造方法
JP3987201B2 (ja) * 1998-05-01 2007-10-03 日本碍子株式会社 接合体の製造方法
US20060060633A1 (en) * 2004-09-22 2006-03-23 Battelle Memorial Institute High strength insulating metal-to-ceramic joints for solid oxide fuel cells and other high temperature applications and method of making
US20090095436A1 (en) * 2007-10-11 2009-04-16 Jean-Louis Pessin Composite Casting Method of Wear-Resistant Abrasive Fluid Handling Components
US8426328B2 (en) 2009-09-24 2013-04-23 C. Robert Kline Surface-etched etched alumina/SiC mini-whisker composite material and uses thereof
CN101800348A (zh) * 2010-04-01 2010-08-11 张家港保税区灿勤科技有限公司 Tm模介质谐振器
CN106518036A (zh) * 2016-09-20 2017-03-22 崔松伟 一种低收缩膨胀率陶瓷制品及其制备方法
CN106518018A (zh) * 2016-09-20 2017-03-22 崔松伟 一种陶瓷制品及其制备方法
CN107724137A (zh) * 2016-09-23 2018-02-23 成都九十度工业产品设计有限公司 一种缆绳的生产方法
CN107083526A (zh) * 2017-06-23 2017-08-22 巢湖市兰天大诚门窗幕墙有限公司 一种具有电磁屏蔽功能的幕墙基板材料

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1362237A (en) * 1920-08-09 1920-12-14 Ros Dudley De Oxidation of tin
US2741822A (en) * 1951-01-29 1956-04-17 Carborundum Co Preparation of refractory products
US3108887A (en) * 1959-05-06 1963-10-29 Carborundum Co Refractory articles and method of making same
DE1131195B (de) * 1959-06-24 1962-06-14 Union Carbide Corp Vorrichtung zur Herstellung von Aluminiumnitrid
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
US3296002A (en) * 1963-07-11 1967-01-03 Du Pont Refractory shapes
US3262763A (en) * 1964-02-19 1966-07-26 Du Pont High temperature-resistant materials of aluminum, boron, nitrogen, and silicon and preparation thereof
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
DE1567844A1 (de) * 1965-08-13 1970-10-22 Tokyo Shibaura Electric Co Methode zur Herstellung einer gesinterten Masse von Aluminium-Nitrid
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
US3538231A (en) * 1969-03-25 1970-11-03 Intern Materials Oxidation resistant high temperature structures
GB1303072A (fi) * 1969-11-26 1973-01-17
US3864154A (en) * 1972-11-09 1975-02-04 Us Army Ceramic-metal systems by infiltration
US3973977A (en) * 1973-11-01 1976-08-10 Corning Glass Works Making spinel and aluminum-base metal cermet
JPS5325300A (en) * 1976-08-20 1978-03-08 Nippon Crucible Co Process for preparing betaatype silicon carbide particle
SU1011527A1 (ru) * 1981-11-17 1983-04-15 Предприятие П/Я А-3481 Способ получени двуокиси олова
GB2127709A (en) * 1982-10-06 1984-04-18 Univ Edinburgh Manufacture of aluminium nitride
DE3381519D1 (de) * 1983-02-16 1990-06-07 Moltech Invent Sa Gesinterte metall-keramikverbundwerkstoffe und ihre herstellung.
JPS60127208A (ja) * 1983-12-15 1985-07-06 Toshiba Corp 窒化アルミニウム粉末の製造方法
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
US4828785A (en) * 1986-01-27 1989-05-09 Lanxide Technology Company, Lp Inverse shape replication method of making ceramic composite articles
MX164959B (es) * 1986-05-08 1992-10-09 Lanxide Tecnology Company Lp Un metodo para producir un cuerpo compuesto ceramico

Also Published As

Publication number Publication date
NO175676B (no) 1994-08-08
EP0245193A2 (en) 1987-11-11
FI872020A0 (fi) 1987-05-06
PL154669B1 (en) 1991-09-30
NO175676C (no) 1994-11-16
JP2518847B2 (ja) 1996-07-31
ES2000419T3 (es) 1993-03-01
HUT46615A (en) 1988-11-28
IE60942B1 (en) 1994-09-07
CA1313942C (en) 1993-03-02
NO871828L (no) 1987-11-09
YU46617B (sh) 1994-01-20
FI872020A (fi) 1987-11-09
NO871828D0 (no) 1987-05-04
DE3777871D1 (de) 1992-05-07
ES2000419A4 (es) 1988-03-01
RU2039023C1 (ru) 1995-07-09
KR870011061A (ko) 1987-12-19
ATE74339T1 (de) 1992-04-15
ZA872585B (en) 1987-09-30
IL82463A0 (en) 1987-11-30
PL265520A1 (en) 1988-07-21
AU7261787A (en) 1987-11-12
TR23773A (tr) 1990-09-12
IL82463A (en) 1991-06-30
IE871144L (en) 1987-11-08
AU591280B2 (en) 1989-11-30
US4923832A (en) 1990-05-08
CN87103352A (zh) 1988-03-30
DK233287A (da) 1987-11-09
EP0245193B1 (en) 1992-04-01
BG50155A3 (en) 1992-05-15
PT84843A (en) 1987-06-01
CS8703236A3 (en) 1992-02-19
DE245193T1 (de) 1988-05-19
GR3005073T3 (fi) 1993-05-24
CN1033021C (zh) 1996-10-16
PT84843B (pt) 1990-02-08
PH26793A (en) 1992-10-13
HU198429B (en) 1989-10-30
FI86296C (fi) 1992-08-10
DK166963B1 (da) 1993-08-09
NZ220182A (en) 1990-06-26
BR8702282A (pt) 1988-02-17
JPS6330377A (ja) 1988-02-09
MX166922B (es) 1993-02-15
EP0245193A3 (en) 1988-03-23
IN167358B (fi) 1990-10-13
CS275463B2 (en) 1992-02-19
DK233287D0 (da) 1987-05-07
YU81387A (en) 1988-08-31
KR950004064B1 (ko) 1995-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI86296B (fi) Foerfarande foer framstaellning av formade keramiska strukturer genom utnyttjande av en begraensare.
RU1776254C (ru) Способ изготовлени композиционного материала
US5024795A (en) Method of making shaped ceramic composites
FI86631C (fi) Foerfarande foer tillverkning av keramiska sammansatta kroppar med upprepad ytform och med foerfarandet aostadkomma stycken.
RU1787148C (ru) Способ изготовлени изделий из керамического композиционного материала
FI90055C (fi) Foerfarande foer framstaellning av formade keramiska sammansatta strukturer
US5017526A (en) Methods of making shaped ceramic composites
JPH03153832A (ja) 成形された金属マトリックス複合体の製造方法
US5436209A (en) Set up for making shaped ceramic composites with the use of a barrier means and articles produced thereby
BG60552B1 (bg) Метод за получаване на керамично композиционно тяло с канали за флуид
FI85972C (fi) Foerfarande foer tillverkning av keramiska sammansatta kroppar med hjaelp av omvaend aotergivning av ett modellmaterial som avlaegsnas.
FI90056C (fi) Foerfarande foer framstaellning av en formad keramisk komponent genom att upprepa formen pao en modell som kan avslaegsnas
CA1328666C (en) Method of making shaped ceramic composites with the use of a barrier
US5000892A (en) Method of making ceramic composite articles by inverse shape replication of an expendable pattern
IE61840B1 (en) Method for producing mold-shaped ceramic bodies

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP