FI86410B - Foerfarande foer tillverkning av ett sjaelvbaerande keramiskt stycke. - Google Patents

Description

5 86410

Menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen valmistamiseksi Förfarande för tillverkning av ett sj älvbärande keramiskt stycke

Keksinnön kohteena on menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi, joka käsittää monikiteisen materiaalin, joka on saatu kahdesta eri hapetusvaiheesta hapetusreaktiotuotteena ainakin yhdestä perusmetallista hapettimen kanssa, käsittäen seuraavat vaiheet, joissa 10 ensin muodostetaan ensimmäinen itsekantava huokoinen keraaminen kappale: (a) kuumennetaan ensimmäinen perusmetalli lämpötilaan, joka on ensimmäisen perusmetallin sulamispisteen yläpuolella, mutta ensimmäisen 15 hapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella, ensimmäisen sulan perusmetallimassan muodostamiseksi ja annetaan ensimmäisen sulan perusmetallin reagoida ensimmäisen hapettimen kanssa mainitussa lämpötilassa ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi, ja pidetään ensimmäinen hapetusreaktiotuote kosketuksessa ensimmäisen sulan perusmetal-20 Iin massan ja ensimmäisen hapettimen kanssa näiden välillä, (b) pidetään mainittua lämpötilaa yllä, jolloin sulaa metallia vetäytyy vähitellen ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen läpi kohti ensimmäistä hapetinta siten, että ensimmäinen hapetusreaktiotuote jatkaa muodos- 25 tumistaan ensimmäisen hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen ensimmäi-sen hapetusreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla.

Esillä oleva keksintö liittyy siis yleisesti ottaen menetelmään itse-"·'· kantavan keraamisen kappaleen muuntamiseksi, joka muodostuu ensimmäi- 30 sestä monikiteisestä materiaalista,jossa on yhtenäistä huokoisuutta, sisällyttämällä toinen monikiteinen materiaali ainakin osaan ensimmäisen keraamisen kappaleen huokoisuudesta. Tarkemmin määritettynä tämän keksinnön kohteena ovat menetelmät itsekantavien keraamisten kappalei-** " den valmistamiseksi, jotka on muodostettu ensimmäisen ja toisen perus- ‘ 35 metallin hapetusreaktiotuotteena.

Tämän hakemuksen aihe liittyy hakijan US-patenttiin 4,713,360, joka hyväksyttiin 15.12.1987 ja vastaa suomalaista kuulutusjulkaisua 83764 2 86410 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit ja menetelmiä niiden valmistamiseksi". Tässä patentissa esitetään menetelmä itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi kasvatettuina hapetusreaktiotuotteena perusmetalliesiasteesta. Sulan perusme-5 tallin annetaan reagoida kaasufaasihapettimen kanssa hapetusreaktio- tuotteen muodostamiseksi, ja metalli kulkee hapetusreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta kehittäen näin jatkuvasti monikiteistä keraamista kappaletta, joka voidaan tuottaa siten, että siinä on yhtenäistä metallista ainesosaa ja/tai yhtenäistä huokoisuutta. Prosessia voidaan edis-10 tää sekoittamalla lisäainetta esimerkiksi hapetettaessa alumiiniperus-metallia ilmassa. Tätä menetelmää parannettiin käyttämällä ulkoisia lisäaineita levitettyinä esiastemetallin pintaan, kuten on esitetty hakijan US-patentissa 4,853,352, joka on hyväksytty 1.8.1989 ja vastaa suomalaista kuulutusjulkaisua 83952 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja 15 nimeltään "Menetelmiä itsekantavien keraamisten materiaalien valmistamiseksi" .

Tämän hakemuksen aihe liittyy myös hakijan US-patenttiin 4,851,375, joka on hyväksytty 25.7.1989 ja vastaa suomalaista kuulutusjulkaisua 20 83630 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Keraamiset sekaraken- nekappaleet ja menetelmiä niiden valmistamiseksi". Tässä patentissa esitetään uusi menetelmä itsekantavien keraamisten sekarakenteiden tuottamiseksi kasvattamalla hapetusreaktiotuote perusmetallista täyte-. . aineen läpäisevään massaan suodattaen siten täyteaine keraamisella mat- / 25 riisillä.

Kaikkien edellä mainittujen patenttien koko selityksiin viitataan nimenomaan tämän hakemuksen yhteydessä.

30 Yhteistä kaikille näille hakijan patenttihakemuksille on keraamisen kappaleen suoritusmuotojen esittäminen, joka kappale käsittää hapetus-: reaktiotuotteen ja valinnaisesti perusmetalliesiasteen yhtä tai useam- ·. paa hapettumatonta ainesosaa tai huokosia tai sekä että. Hapetusreak- tiotuotteessa voi esiintyä yhtenäistä huokoisuutta, joka voi korvata 35 metallifaasin osittain tai lähes täydellisesti. Yhtenäinen huokoisuus riippuu paljolti sellaisista tekijöistä kuin lämpötila, jossa hapetus- li 3 86410 reaktiotuote muodostetaan, ajanjakso, jonka aikana hapetusreaktion annetaan edetä, perusmetallin koostumus, lisAaineiden läsnäolo jne. Osa yhtenäisestä huokoisuudesta ulottuu keraamisen kappaleen ulkopinnalle tai -pinnoille, tai saadaan ulottumaan prosessin jälkeisellä vaiheella 5 kuten työstämällä, leikkaamalla, hiomalla, murtamalla, jne.

Keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että (c) jatketaan reaktiota niin kauan, että saadaan tuotetuksi ensimmäinen 10 itsekantava keraaminen kappale, käsittäen mainitun ensimmäisen hapetus - reaktiotuotteen ja ainakin yhden tilavuus-%:n huokoisuutta mainitun huokoisuuden ollessa tuloksena ainakin yhdestä käsittelyvaiheesta, joka on jokin seuraavista käsittelyvaiheista: (i) valvotaan lämpötilaa, jossa ensimmäinen hapetusreaktiotuote muodostuu; (ii) valvotaan ensim-15 mäisen hapetusreaktiotuotteen muodostumisajan pituutta; (iii) vaihdellaan ensimmäisen perusmetallin koostumusta; (iv) yhdistetään lisäaineita ensimmäiseen perusmetalliin; (v) altistetaan muodostunut itsekantava rakenne sen sisältämän metallin kaasuuntumisatmosfäärille; (vi) muodostuneelle itsekantavalle rakenteelle suoritetaan poraus, työstö tai 20 hajotus osiin, Ja (vii) altistetaan muodostunut sekarakennekappale huuhteluaineelle; (d) suunnataan toisen perusmetallin massa ja ensimmäinen keraaminen : kappale suhteessa toisiinsa siten, että toisen perusmetallin sulamis- 25 ja hapettumisreaktio kaasufaasihapettimen kanssa aiheuttaa toisen pe-I *. rusmetallin toisen monikiteisen hapetusreaktiotuotteen muodostumisen 'Ί [ kohti ensimmäisen keraamisen kappaleen yhtenäistä huokoisuutta ja huo koisuuteen; ja 30 (e) kuumennetaan toinen perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta ensimmäisen ja toisen hapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle muodostamaan sulan toisen perusmetallin :*·*; massan, ja sanotulla lämpö ti la-alueella 4 86410 (i) annetaan sulan toisen perusmetallin massan reagoida kaasufaasiha-pettlmen kanssa sanotun toisen monlkltelsen hapetusreaktlotuotteen muodostamiseksi; 5 (li) pidetään ainakin osa toisesta hapetusreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan toisen perusmetallin massan ja kaasufaasihapettimen kanssa näiden välillä, jolloin toinen perusmetalli vetäytyy toisen monikitei-sen materiaalin läpi kohti hapetinta siten, että toinen hapetusreak-tiotuote jatkaa muodostumistaan kaasufaasihapettimen ja aikaisemmin 10 muodostuneen toisen hapetusreaktlotuotteen välisellä rajapinnalla, ja (lii) jatketaan reaktiota niin kauan, että ainakin osa ensimmäisen keraamisen kappaleen huokoisuudesta suotautuu toisella hapetusreak-tiotuotteella, jolloin muodostuu haluttu itsekantava keraaminen kappa-15 le.

Keksintöön kuuluu myös ensimmäisen keraamisen kappaleen valmistaminen seuraavissa vaiheissa. Ensimmäinen perusmetalli kuumennetaan muodostamaan sulan perusmetallin massan, jonka annetaan reagoida tietyssä läm-20 pötilassa ensimmäisen hapettimen kanssa muodostamaan ensimmäisen hape-tusreaktiotuotteen. Ensimmäinen hapetusreaktiotuote pidetään kosketuksessa ensimmäisen sulan perusmetallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä, ja lämpötilaa pidetään yllä sulan metallin vetäytymiseksi • · vähitellen ensimmäisen hapetusreaktlotuotteen läpi kohti hapetinta 25 siten, että ensimmäinen hapetusreaktiotuote jatkaa muodostumistaan ; * hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen ensimmäisen hapetusreaktiotuot- teen välisellä rajapinnalla. Reaktiota jatketaan prosessilämpötila-alueella niin kauan, että saadaan tuotetuksi ensimmäinen itsekantava keraaminen kappale, joka koostuu monikiteisestä materiaalista, käsittä-30 en ensimmäisen hapetusreaktlotuotteen ja sisältäen huokoisuutta ja/tai yhtä tai useampaa metallista ainesosaa. Tämän menetelmän parannus kä-·'·.· sittää seuraavat vaiheet: (1) ensimmäiseen monikiteiseen materiaaliin tuotetaan valittu huokoisuusaste joko kontrolloimalla sopivasti ylläkuvattuja olosuhteita sitä valmistettaessa tai jälkikäsittelyllä (tai 35 molemmilla). Vaiheen (1) jälkeen toinen perusmetalli ja ensimmäinen monikiteinen materiaali suunnataan suhteessa toisiinsa siten, että

II

5 86410 toisen monikiteisen hapetusreaktiotuotteen muodostuminen tapahtuu kohti ensimmäisen monikiteisen materiaalin huokoisuutta ja huokoisuuteen. Tämän jälkeen ensimmäisen keraamisen kappaleen ylläkuvatut valmistusvaiheet toistetaan toiseen perusmetalliin ja ensimmäiseen monikiteiseen 5 materiaaliin toisen, kaasufaasihapettimen kanssa. Tällöin muodostuu toinen hapetusreaktiotuote, ja reaktiota jatketaan niin kauan, että toinen hapetusreaktiotuote suodattuu ainakin osaan ensimmäisen monikiteisen materiaalin huokoisuudesta muodostaen siten keraamisen rakenteen.

10 Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu itsekantava keraaminen rakenne käsittää seuraavaa. Ensimmäinen keraaminen kappale, joka koostuu ensimmäisestä monikiteisestä hapetusreaktiotuotteesta muodostettuna ensimmäisen sulan perusmetallin hapettamisella hapettimen kans-15 sa ja jossa on yhtenäistä huokoisuutta, joka ainakin osittain ulottuu keraamisen kappaleen yhdelle tai useammalle pinnalle; ja toinen moniki-teinen hapetusreaktiotuote muodostettuna toisen sulan perusmetallin hapettamisella hapettimen kanssa ja hajautettuna ainakin osaan yllämainitusta huokoisuudesta.

20 Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettyinä allaolevat termit määritetään seuraavasti:

Termin "keraaminen" ei tule virheellisesti käsittää olevan rajoitetun . 25 keraamiseen kappaleeseen termin klassisessa merkityksessä, eli siinä merkityksessä, että se muodostuu kokonaan ei-metallia olevista ja epäorgaanisista materiaaleista, vaan se viittaa pikemminkin kappaleeseen, joka on pääasiassa keraaminen joko koostumukseltaan tai useimmilta ominaisuuksiltaan, vaikka kappale sisältää vähäisiä tai huomattavia 30 määriä yhtä tai useampaa metallista ainesosaa ja/tai huokoisuutta (yhtenäistä ja erillistä), tyypillisimmin alueella noin 1-40 tilavuuspro-| senttiä tai metallisia ainesosia voi olla enemmänkin.

"Hapetusreaktiotuote" tarkoittaa yleensä yhtä tai useampaa metallia 35 missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut ...· elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai näiden yhdistelmälle 6 86410 tai silla on yhteisiä elektroneja viimeksimainittujen kanssa. Taman määritelmän mukaan "hapetusreaktiotuote" siis sisältää yhden tai useamman metallin reaktiotuotteen hapettimen kanssa, kuten esimerkiksi tässä kuvattujen kanssa.

5 "Hapetin" tarkoittaa yhtä tai useampaa sopivaa elektronin vastaanotinta tai ainetta, jolla on yhtenäisiä elektroneja toisen aineen kanssa ja se voi olla kiinteä, nestemäinen tai kaasumainen (höyry) tai jokin näiden yhdistelmä (esim. kiinteä aine ja kaasu) keraamisen kasvun vaatimissa 10 prosessiolosuhteissa.

"Perusmetallin" tarkoitetaan viittaavan suhteellisen puhtaisiin metal-leihin, kaupallisesti saataviin metalleihin epäpuhtauksineen ja/tai lisäaineosineen ja seoksiin sekä metallien välisiin yhdisteisiin. Kun 15 tietty metalli mainitaan, tunnistettu metalli tulisi tulkita tämä määritelmä mielessä, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita. Jos esimerkiksi alumiini on perusmetalli, alumiini voi olla suhteellisen puhdas metalli (esim. 99,7-prosenttisesti puhdas kaupallisesti saatava alumiini) tai 1100-alumiini, jolla on nimellisiä epäpuhtauksia noin 1 paino-20 prosentti piitä sekä rautaa, tai alumiiniseoksia kuten 5052.

Kuvio 1 on kaaviokuva keraamisesta kappaleesta, jossa on yhtenäistä huokoisuutta ja yhtenäistä metallia.

25 Kuvio IA on kuvion 1 linjoja A-A pitkin otettu suurennettu kuva.

Kuvio 2 on kaaviomainen, osittain poikkileikkauksellinen kuva kuvion 1 keraamisesta kappaleesta sen jälkeen, kun huomattava osa yhtenäisestä metallista on poistettu.

30

Kuvio 3 on kaaviokuva keraamisesta kappaleesta sijoitettuna inerttiseen ' petiin upokkaaseen, joka asetetaan uuniin yhtenäisen metallin kaasuun- tumiseksi.

35 Kuvio 4 on kaaviokuva keraamisesta kappaleesta sisällytettynä uutto-aineliuottimeen yhtenäisen metallin poistamiseksi.

Il 7 86410

Kuvio 5 on kaaviokuva koosteesta, jossa ensimmäisen keraamisen kappaleen päälle on sijoitettu toinen perusmetalli ja joka on asetettu inerttiseen petiin tulenkestävään astiaan.

5 Kuviot 6-10 ovat 400 kertaa suurennettuja mikrovalokuvia näytteiden poikkileikkauksista, jotka näytteet on valmistettu kuten esimerkeissä 1 ja 2 on kuvattu.

Tämän keksinnön menetelmän mukaan tuotetaan ensimmäinen itsekantava 10 keraaminen kappale, jossa on yhtenäistä huokoisuutta. Yhtenäinen huokoisuus on ainakin osittain avointa tai ulottuu ulkopinnalle (tai -pinnoille) tai saadaan ulottumaan prosessin jälkeen tapahtuvalla käsittelyllä. Merkittävä tai huomattava osa yhtenäisestä huokoisuudesta täyttyy, suodattuu tai vastaavaa toisella monikiteisellä materiaalilla, 15 josta tulee yhtenäinen osa tuotteena saatavaa keraamista kappaletta, jolloin se muuntaa, parantaa tai edistää ensimmäisen keraamisen kappaleen tiettyjä ominaisuuksia. Vaikka keksintöä kuvataan alla viitaten erityisesti alumiiniin sekö ensimmäisenä että toisena perusmetallina, tulisi ymmärtää, että muutkin perusmetallit ovat sovellettavissa, kuten 20 pii, titaani, sirkonium ja hafnium.

Viitaten ensin kuvioon 1 saadaan aikaan itsekantava ensimmäinen moniki-teinen keraaminen kappale 12, joka on valmistettu esimerkiksi minkä tahansa yllämainitun hakijan patenttihakemuksen menetelmien mukaan.

25 Tämän mukaisesti ensimmäistä perusmetallia, esim. alumiinia, johon voidaan lisätä lisäaine (kuten alla on yksityiskohtaisemmin selvitetty), käytetään esiasteena ensimmäiselle hapetusreaktiotuotteelle. Ensimmäinen perusmetalli sulatetaan sopivalla lämpötila-alueella ensimmäisessä hapettavassa ympäristössä tai välittömästi sen vieressä. Sopiva lämpö-30 tila on ensimmäisen perusmetallin lämpötilan yläpuolella, mutta ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella. Tässä lämpö-: tilassa tai tällä lämpötila-alueella sula ensimmäinen perusmetalli reagoi hapettimen kanssa muodostaen ensimmäisen monikiteisen hapetusreaktiotuotteen. Ainakin osa ensimmäisestä hapetusreaktiotuotteesta 35 pidetään kosketuksessa sulan ensimmäisen perusmetallin ja ensimmäisen •hapettimen kanssa näiden välillä, jolloin sulaa ensimmäistä perusmetal- 8 86410 lia vetäytyy ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen läpi ja kosketukseen ensimmäisen hapettimen kanssa. Tällä tavoin ensimmäinen hapetusreak-tiotuote jatkaa muodostumistaan ensimmäisen hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla.

5 Reaktiota jatketaan niin kauan, että muodostuu monikiteinen ensimmäinen keraaminen kappale 12, joka käsittää tai sisältää olennaisesti ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen (johon viitataan yleensä numerolla 10) ja jossa on yhtenäistä huokoisuutta 13 ja/tai yhtenäistä metallista ainesosaa 14 (kuvio IA). Yhtenäinen metallinen ainesosa 14, jota joskus 10 kutsutaan yksinkertaisesti metalliksi tai metallin ainesosaksi 14, käsittää perusmetallin hapettumattomia ainesosia ja voi sisältää lisäaineita ja muita metallin sulkeumia. Yhtenäinen huokoisuus 13 sekä yhtenäinen metallinen ainesosa 14 ovat yhtenäisiä yhdessä tai useammassa ulottuvuudessa ja ovat hajautettuina tai levitettyinä olennaisesti 15 koko ensimmäiseen monikiteiseen materiaaliin 12 tai osaan siitä. Tämä huokoisuus 13 ja metalli 14, jotka ovat muodostuneet paikan päällä ensimmäisen monikiteisen hapetusreaktiotuotteen muodostumisen aikana, ovat molemmat ainakin osittain avoimia tai ulottuu ensimmäisen keraamisen kappaleen 12 ainakin yhdelle pinnalle, kuten pinnoille 15, tai ne 20 voidaan saada ulottumaan esimerkiksi työstämällä tai murtamalla. Osa huokoisuudesta 13 ja metallista 14 voidaan eristää saarekkeiksi. Huokoisuuden 13 (yhtenäisen tai erillisen) ja metallisen ainesosan 14 (yhtenäisen ja erillisen) tilavuusprosentit riippuvat paljolti sellai-. . sista olosuhteista kuin lämpötila, aika, lisäaineet, ja ensimmäinen 25 perusmetallin tyyppi, jota on käytetty ensimmäistä keraamista kappaletta 10 valmistettaessa.

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa olennaisesti tai pääasiassa kaikki yhtenäinen metalli 14 poistetaan tai pitäisi poistaa ensimmäisen : 30 itsekantavan keraamisen kappaleen 12 tuottamiseksi, jossa on yhtenäistä huokoisuutta 13 hajautettuna olennaisesti koko monikiteiseen materiaaliin tai osaan siitä, kuten kuviossa 2 on havainnollistettu. Jotta voidaan poistaa kaikki yhtenäinen metalli 14 tai huomattava osa siitä, hapetusreaktioprosessi voidaan saattaa loppuun; toisin sanoen kun me-35 tallifaasi on täydellisesti reagoinut tai lähes täydellisesti reagoinut muodostamaan hapetusreaktiotuotteen, yhtenäinen metallinen ainesosa 14

II

9 86410 vedetään pois keraamisesta kappaleesta 12, mikä jättää sen tilalle yhtenäistä huokoisuutta 13, ja hapetetaan muodostamaan pinnalleen (pinnoilleen) 15 lisää keramiikkaa.

5 Jos prosessi viedään loppuun, hapetusreaktiotuotteessa esiintyy suurempi tilavuusprosentti huokoisuutta 13, joka on ainakin osittain yhtenäistä. Esimerkiksi ensimmäinen keraaminen kappale, joka on muodostettu ilmassa käsitellystä alumiinista noin 1125°C:ssa, voi sisältää noin 20-30 tilavuusprosenttia metallia 14 ja noin 2-5 tilavuuspro-10 senttiä huokoisuutta 13, kun kasvu pysäytetään, ennen kuin kaikki ensimmäinen perusmetalli on hapetettu; ja jos prosessi viedään loppuun kaiken ensimmäisen perusmetallin hapettamiseksi, se voi sisältää noin 1-3 tilavuusprosenttia metallisia ainesosia 14 ja noin 25-30 tilavuusprosenttia (tai enemmän) tyhjiöitä tai huokosia (huokoisuutta).

15

Toinen menetelmä tai tapa yhtenäisen metallin 14 poistamiseksi on sijoittaa ensimmäinen keraaminen kappale inerttiseen petiin 18, joka sijoitetaan upokkaaseen tai muuhun tulenkestävään astiaan 20 (ks. kuvio 3). Astia 20 ja sen sisältö sijoitetaan sitten uuniin, jossa vallitsee 20 inerttinen ilmakehä (esim. argon tai mikä tahansa muu reagoimaton kaasu), ja kuumennetaan lämpötiloihin, joissa metallisella ainesosalla 14 on korkea höyryn paine. Tämä lämpötila tai edullinen lämpötila-alue voi vaihdella riippuen sellaisista tekijöistä kuin ensimmäisen perusmetallin koostumus, kuumentamisaika ja metallisen ainesosan 14 lopullinen 25 koostumus ensimmäisessä keraamisessa kappaleessa. Yhtenäinen metalli 14 kaasuuntuu keraamisesta kappaleesta missä tahansa sopivassa lämpötilassa, mutta lisää hapetusreaktiotuotetta ei muodostu inerttisen ilmakehän vuoksi. Näitä lämpötiloja ylläpitämällä yhtenäinen metalli 14 jatkaa kaasuuntumistaan ja uunista poistumista esimerkiksi uunissa olevan • 30 sopivan ilmanvaihtokanavan kautta.

;'· · Kolmas menetelmä tai tapa yhtenäisen metallin 14 poistamiseksi on upot- taa ensimmäinen keraaminen kappale 12 sopivaan uuttoaineeseen 22 yhtenäisen metallin 14 liuottamiseksi tai hajauttamiseksi ulos (ks. kuvio 35 4). Uuttoaine 22 voi olla hapan tai emäksinen liuos tai kaasu, mikä riippuu sellaisista tekijöistä kuin metallin 14 koostumus, upotusaika, 10 86410 jne. Käytettäessä alumiinia ensimmäisenä perusmetallina, jolloin alumiinia sisältyy yhtenäiseen metalliin 14, on havaittu, että HC1 on sopiva hapan aine. Jos keraaminen kappale sisältää piitä, NaOH ja/tai KOH-liuokset ovat hyväksyttäviä emäksisiä aineita. Keraamisen kappaleen 5 upotusaika uuttoaineeseen 22 riippuu metalliainesosan 14 määrästä ja tyypistä ja siitä, missä yhtenäinen metalli 14 sijaitsee pintaan (pintoihin) 15 nähden. Mitä syvemmällä yhtenäinen metalli 14 on ensimmäisessä keraamisessa kappaleessa 12, sitä kauemmin kestää tällaisen metallin 14 uuttaminen tai syövyttäminen ja sitä pidemmäksi aikaa kerää-10 minen kappale on jätettävä uuttoaineeseen 22. Tätä poistovaihetta voidaan helpottaa kuumentamalla uuttoainetta tai sekoittamalla uuttoaineen haudetta. Kun ensimmäinen keraaminen kappale 10 on poistettu uutoksesta 22, se tulee pestä vedellä jäljelle jääneen uuttoaineen poistamiseksi.

15 Kun olennaisesti tai pääasiassa kaikki yhtenäinen metalli 14 on poistettu, saadaan itsekantava keraaminen kappale, joka käsittää monikitei-sen hapetusreaktiotuotteen muodostettuna sulan perusmetalliesiasteen hapettamisella hapettimen kanssa ja jossa on yhtenäistä huokoisuutta 13 käsittäen noin 5-45 tilavuusprosenttia ensimmäisestä keraamisesta kap-20 paleesta 12.

Toinen monikiteinen materiaali muodostetaan toisesta perusmetallista hapettamalla se toisen kaasufaasihapettimen kanssa prosessissa, joka on . . ensimmäisen keraamisen kappaleen valmistusprosessin kanssa samanlainen 25 tai identtinen ja jossa toinen perusmetalli ja ensimmäinen keraaminen kappale suunnataan suhteessa toisiinsa siten, että muodostuva toinen monikiteinen materiaali suodattuu ainakin osaan ensimmäisen keraamisen kappaleen huokoisuudesta. Suodattuminen voidaan rajoittaa ensimmäisen keraamisen kappaleen ensimmäiseen vyöhykkeeseen, tai se voidaan ulottaa 30 olennaisesti läpi koko ensimmäisen keraamisen kappaleen tilavuuden. Kun toisen monikiteisen materiaalin suodattuminen on rajoitettu ensimmäisen : keraamisen kappaleen ensimmäiseen vyöhykkeeseen, toisen monikiteisen materiaalin suodattuminen ei olennaisesti vaikuta ensimmäisen keraamisen kappaleen toisen, suodattumattoman vyöhykkeen huokoisuuteen. Toi-35 sella, suodattumattomalla vyöhykkeellä voi näin olla suurempi huokoi- H 86410 suus kuin tuotteen keraamisen rakenteen ensimmäisellä, suodattuneella vyöhykkeellä.

Toinen menetelmä on poistaa metalliainesosa 14 ainoastaan ensimmäisen 5 keraamisen kappaleen 12 ensimmäisestä vyöhykkeestä tai poistaa ensimmäisen vyöhykkeen ainesosa, joka on hyödyllisempi kuin ensimmäisen keraamisen kappaleen toinen vyöhyke. Tämä voidaan helposti suorittaa esimerkiksi sisällyttämällä ainoastaan osa ensimmäisestä keraamisesta kappaleesta 12 uuttoaineeseen 22 (kuvio 4).

10

Toinen monikiteinen materiaali muodostetaan hakijan patenttihakemuksissa esitettyjen tekniikoiden avulla, ja yksi tällainen menetelmä on kuvattu esimerkissä 5, jossa ensimmäisellä keraamisella kappaleella 12 on paljon huokoisuutta 13 tai sitä on lisätty (jälkiprosessoinnin avul-15 la) ja vastaavasti pienentynyt metallinen ainesosa 14 on sijoitettu inerttiseen petiin 18' tulenkestävään astiaan 20'. Toisen perusmetallin 24 massa sijoitetaan ensimmäisen keraamisen kappaleen 12 päälle. Huokoisuus 13 ulottuu ensimmäisen keraamisen kappaleen 12 pintaan 15. Kuviossa 5 esitetty kooste kuumennetaan toivottuun reaktiolämpötilaan, 20 joka on toisen perusmetallin massan 24 sulamispisteen yläpuolella mutta ensimmäisen keraamisen kappaleen 12 hapetusreaktiotuotteen ja toisen perusmetallin 24 toisen hapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella. Tämä kooste kuumennetaan hapettavassa ympäristössä, esim. ilman . . ilmakehässä, jolloin alkaa toisen monikiteisen materiaalin kasvu ensim- 25 mäisen keraamisen kappaleen 12 huokoisuuteen 13. Kasvua jatketaan täyttämään huokoisuus toivottuun määrään asti, kuten olennaisesti läpi koko toisen keraamisen kappaleen 24 tai siihen sisältyvään toivottuun määrään asti. Kun reagoiminen on viety loppuun, kooste jäähdytetään ja saatu keraaminen sekarakenne erotetaan täyteaineesta 18' ja jäljelle • : : 30 jääneestä toisesta perusmetallista 24, jos sitä on jäljellä.

.*. : Seuraavat ei-rajoittavat esimerkit esitetään tämän keksinnön mukaisen menetelmän havainnollistamiseksi.

...V 35 12 86410

Esimerkki 1

Yhtenäistä huokoisuutta sisältävät keraamiset materiaalit valmistettiin hakijan patenttihakemusten menetelmien mukaisesti. Suorakulmaiset har-5 kot mitoiltaan 10,2 cm x 22,9 cm x 3,81 cm (4 tuumaa x 9 tuumaa x lh tuumaa) valmistettiin näin alumiiniseoksesta 5052, joka sisälsi nimellisesti 2,4 % magnesiumia eikä enempää kuin 0,5 % piitä ja rautaa.

Kukin harkko upotettiin yksitellen alumiinioksidihiukkasiin, joiden hiukkaskoko oli n. 165 mikronia, (Norton El Alundum, seulamitta 90) 10 tulenkestävään upokkaaseen, ja alumiiniharkon 10,2 cm x 22,9 cm (4 x 9 tuuman) pinta asetettiin olennaisesti samaan tasoon pedin pinnan kanssa noin 0,635 cm (1/4 tuumaa) upokkaan aukon alapuolelle. Ohut kerros Si02-hiukkasia, joiden hiukkaskoko oli n. 100 mikronia (seulamitta 140), sijoitettiin paljastetulle metallipinnalle lisäaineena reaktion edistä-15 miseksi.

Upokkaat ja niiden sisältö sijoitettiin uuniin, jossa ne kuumennettiin ilmassa asettumispisteeseen 1125°C ja jossa niitä pidettiin 160 tuntia. Tämä alttiinaoloaika valittiin, jotta alumiiniperusmetalli hapettuisi 20 niin täydellisesti kuin mahdollista, ja tulokseksi saatiin yhtenäistä huokoisuutta sisältävää alfa-alumiinioksidikeramiikkaa. Metallin hapet-tumistuotteiden jäähdyttäminen tapahtui tasaisesti 10 tunnin aikana.

Keraamisen hapetustuotteen suuri huokoisuus vahvistettiin mikroskoop-25 pisella tutkimuksella hiotusta poikkileikkauksesta, kuten esimerkissä 6 on esitetty, joka on 400 kertaa suurennettu optinen mikrovalokuva, jossa harmaa materiaali on alfa-alumiinioksidia, vaaleampi materiaali on joko piitä (kirkasta) tai alumiinia (täplikästä) ja tummat alueet ovat huokosia. Alkuainepitoisuuden (piin tai alumiinin) arvoitiin kap-30 paleessa olevan noin 3 tilavuusprosenttia.

Seuraavaksi muodostuneen keraamisen materiaalin annettiin suodattua uudelleen kasvaneella hapetusreaktiotuotteella käyttämällä kahta erilaista alumiiniseosta. Tätä tarkoitusta varten huokoisesta keramiikasta 35 leikattiin suorakulmaiset kappaleet mitoiltaan noin 5,08 cm x 1,905 cm x 1,27 cm (2 tuumaa x 3/4 tuumaa x h tuumaa). Leikkauspaikat valittiin, li 13 8641 0 jotta voitiin eliminoida keramiikan alkuperäisellä sisäpinnalla mahdollisesti oleva spinellikerros tai ulkopinnalla mahdollisesti olevat tiheämmät kerrokset. Nämä kappaleet sijoitettiin yksitellen alumiiniseoksesta koostuvien suorakulmaisten harkkojen päälle, mitoiltaan 5 5,08 cm x 2,54 cm x 1,27 cm (2 tuumaa x 1 tuumaa x h tuumaa) siten, että 5,08 x 1,905 cm (2 x 3/4 tuuman) keraamiset ja 5,08 x 5,08 cm (2 x 2 tuuman) metalliset pinnat olivat vierekkäin.

Käytettiin kahta erilaista alumiiniseosta: seos 712,2 nimelliskoostu-10 otukseltaan 5,0-6,5 % Zn, 0,5-0,65 % Mg, 0,4-0,6 % Cr, 0,4 % Fe, 0,25 % Cu, 0,15-0,25 % Ti, 0,15 % Si ja 0,1 * Mn ja seos 380,1 nimelliskoostu-mukseltaan 7,5-9,5 % Si, 3,0-4,0 % Cu, 2,97 % Zn, 1,0 % Fe, 0,5 % Mn, 0,5 % Ni, 0,35 % Sn ja 0,1 % Mg. Tässä yhteydessä varsinaisesti käytetyn 380,1-seoksen havaittiin kuitenkin sisältävän noin 0,17-0,18 % 15 magnesiumia. Korkeamotan magnesiumtason uskotaan olevan tärkeä mitä tulee magnesiumin vakiintuneeseen vaikutukseen lisäaineena tai hapetus-reaktion edistäjänä.

Ylläkuvatut keramiikan ja seoksen koosteet sijoitettiin erillisiin 20 tulenkestäviin upokkaisiin ja ympäröitiin kerroksella noin 1,27 cm (¼ tuumaa) paksuja wollastoniittihiukkasia. Wollastoniittia, joka sisältää sulan seoksen ja rajaa hapetusreaktion keraamisten kappaleiden tyhjään tilaan, käytetään rajoittimena.

25 Upokkaat ja niiden sisältö sijoitettiin uuniin ja kuumennettiin ilmassa asettumispisteeseen 900°C 5 tunnin kuumennusjakson aikana. Näytteitä pidettiin asettumispisteessä 30 tuntia ja jäähdytettiin sen jälkeen huoneen lämpötilaan 5 tunnin aikana. Jäähdytetyt keraamiset kappaleet poistettiin pedistä, eikä niiden ulkonäössä tai geometriassa havaittu ·"; 30 merkittäviä muutoksia.

: Keraamiset kappaleet poikkileikattiin, koottiin, hiottiin ja tutkittiin optisesti jälleensuodattumiskokeen tulosten saamiseksi. Tutkimus paljasti hyvän jälleensuodattumisen huokoiseen keramiikkaan sekä seoksen 35 380,1 että 712,2 yhteydessä. Kuvioissa 6 ja 8 esitetään jälleensuodat- tunut tuote seoksista 380,1 ja 712,2 tässä järjestyksessä 400 kertaa 14 86410 suurennettuna. Merkillepantavaa on yhtenäinen keraaminen reaktiotuote, joka korvaa alkuperäisen keramiikan yhtenäisen huokoisuuden. Tuloksena on paljon tiheämpi kappale, jossa näyttää olevan vain eristynyttä jäljelle jäävää huokoisuutta.

5

Esimerkki 2 Tässä esimerkissä keraamisen reaktiotuotteen annetaan suodattua uudelleen huokoiseen keraamiseen materiaaliin, joka on valmistettu erilai-10 sissa olosuhteissa kuin esimerkissä 1. Tässä tapauksessa huokoinen kappale tuotettiin hapettamalla 10 painoprosenttia piitä, 3 painoprosenttia magnesiumia ja loput alumiinia sisältävä seos asettumispistees-sä 1250°C 80 tuntia. Kaikilta muilta osiltaan alkuperäisen huokoisen keramiikan valmistus oli identtinen esimerkissä 1 esitetyn menetelmän 15 kanssa. Tämän materiaalin mikrorakenne on esitetty kuviossa 9 400- kertaisena suurennoksena.

Keraamisen reaktiotuotteen annettiin suodattua uudelleen huokoiseen keramiikkaan esimerkin 1 mukaisella tavalla, jossa 712,2-seosta kuumen-20 nettiin 900°C:ssa. Kuvio 10 esittää myös 400-kertaisen suurennoksen saadun materiaalin poikkileikkauksesta. Havaittiin, ettei suodattuminen ollut täydellistä 30 tunnin aikana 900°C:ssa. Kuviossa 10 näkyy suodattuneen ja vaikutuksetta jääneen materiaalin välinen rajapinta (kohti kuvion 10 ylä- ja alasivua tässä järjestyksessä). Kuten esimerkissä 1, 25 jälleensuodattuneessa materiaalissa havaittiin uutta kasvanutta keraamista reaktiotuotetta, joka täytti rakenteen yhtenäisen huokoisuuden.

Kuten edellä on selvitetty, ensimmäinen keraaminen kappale tuotetaan sopivasta ensimmäisestä perusmetallista hakijan patenttihakemuksissa 30 esitettyjen prosessien mukaan. Tämän keksinnön yhdessä edullisessa suoritusmuodossa sekarakenne tuotetaan käyttämällä hyväksi läpäisevää . . täyteainepetiä tai massaa, joka on sijoitettu ensimmäisen perusmetallin pinnan viereen ja sen kanssa kosketukseen, ja prosessia jatketaan, kunnes hapetusreaktio on suodattunut täyteainepetiin sen rajalle asti, 35 joka voidaan rajata sopivalla rajoittimella. Täyteaineen massa, joka on mielellään esimuotiksi muotoiltu, on riittävän huokoinen tai läpäisevä li is 86410 salliakseen hapettimen, kaasufaasihapettimen tapauksessa, läpäistä täyteaine ja tulla kosketukseen ensimmäisen perusmetallin kanssa sekä saadakseen aikaan ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen kasvun täyteaineessa. Ensimmäinen hapetin voi vaihtoehtoisesti sisältyä täyteainee-5 seen tai käsittää sen. Täyteaine voi sisältää mitä tahansa sopivia materiaaleja kuten hiukkasia, jauheita, levykkeitä, onttoja kappaleita, palloja, kuituja, karvoja, jne., jotka ovat tyypillisesti keraamisia materiaaleja. Täyteainepeti voi edelleen sisältää vahviketankojen, levyjen tai lankojen ristikkorakenteen. Näissä monikiteisissä keraami-10 sissa rakenteissa, mukaanlukien keraamiset sekarakenteet, hapetusreaktiotuotteen kristalliitit ovat tyypillisesti yhtenäisiä ja huokoisuus ja/tai metallinen ainesosa ovat ainakin osittain yhtenäistä ja ulottuu keraamisen kappaleen ulkopinnalle.

15 Kuten hakijan patenttihakemuksissa on selvitetty, ensimmäisen ja/tai toisen perusmetallin yhteydessä käytetyt lisäaineet voivat tietyissä tapauksissa vaikuttaa suotuisasti hapetusreaktioprosesseihin, erityisesti alumiinia perusmetallina käyttävissä järjestelmissä. Lisäaineen toiminta tai toiminnat voivat riippua monista muistakin tekijöistä kuin 20 itse lisäaineesta. Tällaisia tekijöitä ovat esimerkiksi lisäaineiden tietty yhdistelmä käytettäessä kahta tai useampaa lisäainetta yhdessä perusmetalliin sekoitetun lisäaineiden kanssa, lisäaineen (lisäaineiden) pitoisuudet, hapettava ympäristö ja prosessiolosuhteet.

25 Ensimmäisen ja/tai toisen perusmetallin kanssa yhdessä käytetty lisäaine tai käytetyt lisäaineet (1) voidaan järjestää perusmetalliin sekoitettavina ainesosina, (2) voidaan levittää ainakin osaan perusmetallin pinnasta tai (3) voidaan täyteainetta käytettäessä levittää tai sisällyttää koko täyteaineeseen tai esimuottiin tai osaan näistä, tai mitä 30 tahansa kahden tai useamman tekniikan (1), (2) ja (3) yhdistelmää voidaan käyttää. Sekoitettua lisäainetta voidaan esimerkiksi käyttää yksin . . tai yhdessä toisen, ulkoisesti levitetyn lisäaineen kanssa. Tekniikan (3) tapauksessa, jossa lisäaine tai -aineet lisätään täyteaineeseen, levitys voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, kuten haki-*:* 35 jän patenttihakemuksissa on selvitetty.

16 8 6 41 G

Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita erityisesti ilman ollessa hapettimena ovat magnesium, sinkki ja pii joko yksin tai yhdessä toistensa kanssa tai yhdessä muiden lisäaineiden kanssa, kuten alla on kuvattu. Nämä metallit tai metallien sopiva lähde voidaan lisätä alu-5 miinipohjaiseen perusmetalliin pitoisuuksina noin 0,1-10 painoprosenttia perustuen saatavan seostetun metallin kokonaispainoon. Näitä lisäaineita tai niiden sopivaa lähdettä (esim. MgO, ZnO tai Si02) voidaan käyttää perusmetalliin myös ulkoisesti. Näin ollen alumiinioksidinen keraaminen rakenne on saavutettavissa alumiini-piiseoksen ollessa pe-10 rusmetallina ja ilman ollessa hapettimena käyttämällä MgO:ta pintalisä-aineena määrässä, joka on suurempi kuin noin 0,0008 grammaa per gramma hapetettavaa perusmetallia tai suurempi kuin 0,003 grammaa per neliö-senttimetri perusmetallia, johon MgO lisätään.

15 Lisäesimerkkejä lisäaineista, jotka ovat tehokkaita ilmalla hapetettavien alumiiniperusmetallien yhteydessä, ovat natrium, germanium, tina, lyijy, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yksin tai yhdessä yhden tai useamman muun lisäaineen kanssa hapet-timesta ja prosessiolosuhteista riippuen. Harvinaiset maametallit kuten 20 serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen käytettyinä yhdessä muiden lisäaineiden kanssa. Kuten hakijan patenttihakemuksissa on selvitetty, kaikki lisäaineet ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapetusreaktiotuotteen kasvua alumiinipohjaisissa perusmetallijärjestelmissä.

' 25

Kiinteää, nestemäistä tai kaasufaasihapetinta tai tällaisten hapettimi-en yhdistelmää voidaan käyttää ensimmäisen perusmetallin kanssa ja kaasufaasihapetinta toisen perusmetallin kanssa. Tyypillisiä hapettimia ovat rajoituksitta esimerkiksi happi, typpi, halogeeni, rikki, fosfori, 30 arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri ja niiden yhdisteet ja yhdistelmät, kuten esimerkiksi piidioksidi (hapen lähteenä), metaani, etaa-ni, propaani, asetyleeni, eteeni ja propyleeni (hiilen lähteenä) sekä seokset kuten ilma, H2/H20 ja C0/C02, joista kaksi jälkimmäistä (eli H2/H20 ja C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämään ympäristön happiaktivi-35 teettia.

π 86410

Vaikka mitä tahansa sopivia hapettimia voidaan käyttää, kuten yllä on kuvattu, kaasufaasihapetinta, jota käytetään toisen perusmetallin kanssa, pidetään parempana ensimmäisen perusmetallin yhteydessä; tulisi kuitenkin ymmärtää, että kahden tai useamman tyyppisiä hapettimia voi-5 daan käyttää ensimmäisen perusmetallin yhteydessä. Toisen perusmetallin hapettamiseen käytettävä hapetin on kaasufaasihapetin, jolle ensimmäinen keraaminen kappale tai ainakin se osa siitä, joka suodatetaan toisella monikiteisellä materiaalilla, on läpäisevä tai tehdään läpäiseväksi jälkikäsittelyllä. Kaasufaasihapetin läpäisee ensimmäisen keraa-10 misen kappaleen tai sen valitun vyöhykkeen ja saapuu siinä kosketukseen toisen perusmetallin kanssa hapettaakseen sen ja muodostaa toisen moni-kiteisen materiaalin ensimmäisen keraamisen kappaleen huokoisuuteen.

Jos kaasufaasihapetinta käytetään ensimmäisen perusmetallin ja täyteaineen kanssa, täyteaine on läpäisevä kaasufaasihapettimelle siten, 15 että täyteainepedin joutuessa alttiiksi hapettimelle, kaasufaasihapetin läpäisee täyteainepedin tullen kosketukseen siinä olevan sulan perusmetallin kanssa. Termi "kaasufaasihapetin" tarkoittaa kaasuuntunutta tai normaalisti kaasumaista materiaalia, joka tuottaa hapettavan ilmakehän. Esimerkiksi happi tai happea sisältävät kaasuseokset (mukaanlukien 20 ilman) ovat edullisia kaasufaasihapettimia, kun oksidi on toivottu ha-petusreaktiotuote, ja ilmaa pidetään tavallisesti parempana ilmeisistä taloudellisista syistä johtuen. Kun hapetin tunnistetaan tietyn kaasun tai höyryn käsittäväksi tai sisältäväksi, tämä tarkoittaa hapetinta, jossa tunnistettu kaasu tai höyry on ainoa, hallitseva tai ainakin 25 merkittävä perusmetallin hapetin hapettavan ympäristön olosuhteissa.

Vaikka esimerkiksi ilman pääainesosa on typpi, ilman happipitoisuus on ainoa hapetin perusmetallille, koska happi on huomattavasti voimakkaampi hapetin kuin typpi. Tämän vuoksi ilma määrittyy "happea sisältävänä kaasuhapettimena" mutta ei "typpeä sisältävänä kaasuhapettimena". Esi-30 merkki "typpeä sisältävästä kaasuhapettimesta" tässä ja patenttivaatimuksissa käytettynä on "muodostuskaasu", joka sisältää noin 96 tilavuusprosenttia typpeä ja noin U tilavuusprosenttia vetyä.

Kun käytetään kiinteää hapetinta ensimmäisen perusmetallin ja täyte-35 aineen yhteydessä, se on tavallisesti hajautettuna läpi koko täyteainepedin tai toivotun keraamisen sekarakennekappaleen käsittävän pedin is 8641 0 osuuden läpi täyteaineeseen sekoitettujen hiukkasten muodossa tai ehkä päällysteinä täyteainehiukkasten päälle. Mitä tahansa sopivaa kiinteää hapetinta voidaan näin käyttää mukaanlukien alkuaineet, kuten boori ja hiili, tai pelkistyvät yhdisteet, kuten piidioksidi tai tietyt boridit, S joiden lämpödynaaminen stabiliteetti on alhaisempi kuin perusmetallin boridireaktiotuotteella. Kun esimerkiksi booria tai pelkistyvää boridia käytetään kiinteänä hapettimena alumiinipohjaiselle ensimmäiselle perusmetallille, saatava hapetusreaktiotuote on alumiiniboridi.

10 Joissakin tapauksissa ensimmäisen perusmetallin hapetusreaktio voi edetä niin nopeasti kiinteän hapettimen kanssa, että hapetusreaktiotuote pyrkii sulamaan prosessin eksotermisestä luonteesta johtuen. Tämä ilmiö voi heikentää keraamisen kappaleen mikrorakenteellista yhtenäisyyttä. Tätä nopeata eksotermista reaktiota voidaan parantaa sekoit-15 tamalla koostumukseen suhteellisen inerttisiä täyteaineita, joilla on alhainen reaktiivisuus. Esimerkki tällaisesta sopivasta inerttisestä täyteaineesta on sellainen, joka on identtinen aiotun hapetusreaktio-tuotteen kanssa.

20 Jos käytetään nestemäistä hapetinta ensimmäisen perusmetallin ja täyteaineen yhteydessä, koko täytainepeti tai toivotun keraamisen sekaraken-nekappaleen käsittävä sen osa kyllästetään hapettimella. Täyteaine voidaan esimerkiksi päällystää hapettimella tai kostuttaa hapettimeen sisällyttämällä täyteaineen kyllästämiseksi. Viittaus nestemäiseen 25 hapettimeen tarkoittaa sellaista hapetinta, joka on nestemäinen hape-tusreaktio-olosuhteissa, ja näin ollen nestemäisellä hapettimella voi olla kiinteä esiaste, kuten suola, joka on sulassa muodossa hapetus-reaktio-olosuhteissa. Nestemäinen hapetin voi vaihtoehtoisesti olla nestemäinen esiaste, kuten materiaalin liuos, jota käytetään kyllästä-30 mään koko täyteaine tai osa siitä ja joka sulatetaan tai hajotetaan hapetusreaktio-olosuhteissa sopivan hapettimen osuuden saavuttamiseksi. Esimerkkejä nestemäisistä hapettimista ovat tässä määritettyinä alhais-sulatteiset lasit.

35 Kuten US-patentissa 4,923,832, joka on hyväksytty 8.5.1990 ja vastaa suomalaista patenttihakemusta 872020 ja joka on siirretty samalle siir- il « 86410 ron saajalle, on kuvattu, rajoitinta voidaan käyttää täyteaineen tai esimuotin yhteydessä ehkäisemään ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen kasvua tai kehittymistä rajoittimen ulkopuolelle, kun kaasufaasihapet-timia käytetään keraamista kappaletta muodostettaessa. Tämä rajoitin S helpottaa keraamisen kappaleen muodostumista määritettyjen rajojen sisälle. Sopiva rajoitin voi olla materiaali, yhdiste, alkuaine, seos tai vastaava, joka tämän keksinnön mukaisissa prosessiolosuhteissa säilyttää osan yhtenäisyyttään, ei ole haihtuva ja on mielellään läpäisevä kaasufaasihapettimelle sekä pystyy paikallisesti ehkäisemään, 10 negatiivisesti aktivoimaan, pysäyttämään, häiritsemään, estämään, jne., hapetusreaktiotuotteen jatkuvan kasvun. Alumiiniperusmetallille sopivia rajoittimia ovat kalsiumsulfaatti (kipsi), kalsiumsilikaatti, portland-sementti ja näiden seokset, jotka levitetään tyypillisesti lietteenä tai pastana täyteaineen pintaan. Nämä rajoittimet voivat myös sisältää 15 sopivan palavan tai haihtuvan materiaalin, joka eliminoituu kuumennettaessa, tai materiaalin, joka hajoaa kuumennettaessa, jolloin rajoittimen huokoisuus ja läpäisevyys lisääntyy. Rajoitin voi edelleen sisältää sopivia tulenkestäviä hiukkasia mahdollisen kutistumisen tai halkeilun vähentämiseksi, jota muutoin voi esiintyä prosessin aikana. Hiukkaset, 20 joilla on olennaisesti sama laajenemiskerroin kuin täyteainepedillä tai esimuotilla, on erityisen edullinen. Jos esimerkiksi esimuotti käsittää alumiinioksidin ja saatava keramiikka käsittää alumiinioksidin, rajoitin voidaan sekoittaa alumiinioksidihiukkasiin, joiden hiukkaskoko on mielellään noin 10-850 mikronia (seulamitta on noin 20-1000) tai vielä 25 hienompi. Muita sopivia rajoittimia ovat tulenkestävä keramiikka tai metallikotelot, jotka ovat avoimia ainakin toisesta päästään salliakseen kaasufaasihapettimen läpäistä pedin ja tulla kosketukseen sulan perusmetallin kanssa.

Claims (16)

20 86 41 0 Pätenet ivaat imuks e t

1. Menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi, joka käsittää monikiteisen materiaalin, joka on saatu kahdesta eri hapetusvai-5 heesta hapetusreaktiotuotteena ainakin yhdestä perusmetallista hapet-timen kanssa, käsittäen seuraavat vaiheet, joissa ensin muodostetaan ensimmäinen itsekantava huokoinen keraaminen kappale (12): (a) kuumennetaan ensimmäinen perusmetalli lämpötilaan, joka on ensim-10 mäisen perusmetallin sulamispisteen yläpuolella, mutta ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen (10) sulamispisteen alapuolella, ensimmäisen sulan perusmetallimassan muodostamiseksi ja annetaan ensimmäisen sulan perusmetallin reagoida ensimmäisen hapettimen kanssa mainitussa lämpötilassa ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi, ja pidetään 15 ensimmäinen hapetusreaktiotuote (10) kosketuksessa ensimmäisen sulan perusmetallin massan ja ensimmäisen hapettimen kanssa näiden välillä, (b) pidetään mainittua lämpötilaa yllä, jolloin sulaa metallia vetäytyy vähitellen ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen (10) läpi kohti ensim- 20 mäistä hapetinta siten, että ensimmäinen hapetusreaktiotuote (10) jatkaa muodostumistaan ensimmäisen hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen (10) välisellä rajapinnalla, tunnettu siitä, että 25 (c) jatketaan reaktiota niin kauan, että saadaan tuotetuksi ensimmäinen itsekantava keraaminen kappale (12), käsittäen mainitun ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen (10) ja ainakin yhden tilavuus-%:n huokoisuutta mainitun huokoisuuden (13) ollessa tuloksena ainakin yhdestä käsittely- 30 vaiheesta, joka on jokin seuraavista käsittelyvaiheista: (i) valvotaan lämpötilaa, jossa ensimmäinen hapetusreaktiotuote muodostuu; (ii) valvotaan ensimmäisen hapetusreaktiotuotteen muodostumisajan pituutta; (iii) vaihdellaan ensimmäisen perusmetallin koostumusta; (iv) yhdistetään lisäaineita ensimmäiseen perusmetalliin; (v) altistetaan muodostu-35 nut itsekantava rakenne sen sisältämän metallin kaasuuntumisatmosfäärille; (vi) muodostuneelle itsekantavalle rakenteelle suoritetaan po- 2i 86410 raus, työstö tai hajotus osiin, ja (vii) altistetaan muodostunut seka· rakennekappale huuhteluaineelle; (d) suunnataan toisen perusmetallin (24) massa ja ensimmäinen keraami-S nen kappale (10) suhteessa toisiinsa siten, että toisen perusmetallin (24) sulamis- ja hapettumisreaktio kaasufaasihapettimen kanssa aiheuttaa toisen perusmetallin toisen monikiteisen hapetusreaktiotuotteen muodostumisen kohti ensimmäisen keraamisen kappaleen yhtenäistä huokoisuutta (13) ja huokoisuuteen; ja 10 (e) kuumennetaan toinen perusmetalli (24) sulamispisteensä yläpuolella mutta ensimmäisen ja toisen hapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle muodostamaan sulan toisen perusmetallin massan, ja sanotulla lämpötila-alueella 15 (i) annetaan sulan toisen perusmetallin (24) massas reagoida kaasufaasihapettimen kanssa sanotun toisen monikiteisen hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi; 20 (ii) pidetään ainakin osa toisesta hapetusreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan toisen perusmetallin massan ja kaasufaasihapettimen kanssa näiden välillä, jolloin toinen perusmetalli (24) vetäytyy toisen monikiteisen materiaalin läpi kohti hapetinta siten, että toinen hapetus-reaktiotuote jatkaa muodostumistaan kaasufaasihapettimen ja aikaisemmin 25 muodostuneen toisen hapetusreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, ja (iii) jatketaan reaktiota niin kauan, että ainakin osa ensimmäisen keraamisen kappaleen huokoisuudesta (13) suotautuu toisella hapetus-reaktiotuotteella, jolloin muodostuu haluttu itsekantava keraaminen · 30 kappale.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen keraamisen kappaleen (12) huokoisuuden suotautuminen toisella hapetusreaktiotuotteella tapahtuu ainoastaan sen yhdessä vyö-35 hykkeessä ja ensimmäisen keraamisen kappaleen (12) toinen vyöhyke on .· *. vapaa toisesta hapetusreaktiotuotteesta. 22 8641 0

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä ensimmäiseen keraamiseen kappaleeseen (12) lisäksi sisällytetään täyteaineen läpäisevä massa.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaineen läpäisevä massa käsittää muotoillun esimuotin ja että suodattuminen esimuottiin tuottaa ensimmäisen keraamisen kappaleen (12) keraamisena sekarakennekappaleena, jonka muoto vastaa esimuottia.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen perusmetallin hapettamiseen käytetty hapetin eroaa toisen perusmetallin hapettamiseen käytetystä hapettimesta.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että ensimmäinen ja toinen perusmetalli (24) valitaan ryhmästä, joka koostuu alumiinista, piistä, titaanista, tinasta, sirkoniumista ja hafniumista.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että sanottu ensimmäinen perusmetalli ja toinen perusmetalli (24) ovat kumpikin alumiiniperusmetallia.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen kaasufaasihapetin käsittää ilmaa. : 25

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, ·.· että sanottu ensimmäinen hapetin ja toinen kaasufaasihapetin ovat kum pikin ilmaa.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään hyväksi lisäainetta ensimmäisen perusmetallin ja/tai toisen perusmetallin (24) yhteydessä.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 35 että sekä ensimmäinen että toinen perusmetalli (24) käsittävät alu- 23 8641 0 miiniperusmetalleja ja molemmat monikiteiset hapetusreaktiotuotteet käsittävät pääasiassa alumiinioksidia.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että ensimmäisen keraamisen kappaleen (12) huokoisuus (13) on noin 5-45 tilavuusprosenttia ennen kuin toinen hapetusreaktiotuote suotautuu siihen.

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että ensimmäinen keraaminen kappale (12) sisältää ainakin yhtä yhdistynyttä metallista aineosaa (14), joka ainakin osittain ulottuu ensimmäisen keraamisen kappaleen (12) ainakin yhdelle pinnalle ja että ensimmäinen keraaminen kappale (12) saatetaan kontaktiin uuttoaineen (22) kanssa ennen sen huokoisuuden (13) suodattumista hapetusreaktiotuot- 15 teella, jotta siitä voidaan ainakin osittain liuottaa mainittu metallinen ainesosa.

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen perusmetalli ja toinen perusmetalli ovat olennaisesti 20 identtiset koostumukseltaan.

15. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen perusmetalli eroavat toisistaan koostumukseltaan. 25

16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen keraaminen kappale (12) sisältää ainakin yhtä yhtenäistä metallista ainesosaa (14), joka ainakin osittain ulottuu ensimmäisen keraamisen kappaleen (12) ainakin yhteen pintaan (15) ja että : 30 ensimmäinen keraaminen kappale (12) altistetaan korotetulle lämpötilal le inertissä atmosfäärissä, mainitulla metallisella ainesosalla on korkea höyrynpaine ja se poistuu siksi ensimmäisestä keraamisesta kappaleesta (12) ennen ensimmäisen keraamisen kappaleen (12) huokoisuuden (13) suotautumista toisella hapetusreaktiotuotteella. 35 24 8641 0