FI86631C - Foerfarande foer tillverkning av keramiska sammansatta kroppar med upprepad ytform och med foerfarandet aostadkomma stycken. - Google Patents

Description

β 6 6 3 i

Menetelmä keraamisten sekarakennekappaleiden valmistamiseksi, joilla on toistettu pinnanmuoto ja menetelmällä aikaansaadut kappaleet Förfarande för tillverkning av keramiska sammansatta kroppar 5 med upprepad ytform och med förfarandet ästadkomna stycken 10 Keksinnön kohteena on menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakennekap-paleen tuottamiseksi, jolla on negatiivinen malli, joka kääntäen toistaa perusmetalliesiasteen positiivisen mallin, joka sekarakennekappale käsittää: 15 1) keraamisen matriisin, joka on saatu alumiini- tai muun perusmetallin hapettamisella monikiteiseksi materiaaliksi, joka käsittää i) alumiini-tai muun perusmetallin ja ilman tai muun hapettimen välisen hapettumis-reaktiotuotteen ja valinnaisesti (ii) yhden tai useamman metallisen ainesosan; ja 20 2) täyteaineen, joka on matriisin ympäröimä.

Keksinnön kohteena on myös itsekantava keraaminen sekarakennekappale.

25 Esillä olevan keksinnön kohteena ovat laajasti ottaen keraamiset seka-rakennekappaleet, joilla on muotojäljennetty osa, sekä menetelmät näiden valmistamiseksi. Keksinnön kohteena ovat erityisesti keraamiset sekarakennekappaleet, jotka käsittävät täyteaineen sisäänsä sulkevan monikiteisen matriisin ja joilla on perusmetalliesiasteen positiivisen 30 mallin käänteistoistolla muotoiltu negatiivinen malli, sekä menetelmät sekarakenteiden valmistamiseksi suodattamalla täyteainepeti perusmetalliesiasteen hapettumisreaktiotuotteella, jonka esiasteen positiivinen malli on kääntäen toistettu muodostamaan keraamisen sekarakenteen negatiivisen mallin.

Tämän hakemuksen kohde liittyy samaan aiheeseen kuin hakijan US-patent-ti 4,851,375, joka vastaa suomalaista patenttijulkaisua 83630 nimeltään "Keraamiset sekarakenteet ja menetelmiä niiden valmistamiseksi". Tämä 35 86631 2 patentti kuvaa uutta menetelmää itsekantavan keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi kasvattamalla hapettumisreaktiotuotetta perusmetallista täyteaineen läpäisevään massaan. Saatavalla sekarakenteella ei kuitenkaan ole mitään määritettyä tai ennaltamäärättyä konfiguraatiota.

5

Menetelmä keraamisen tuotteen kasvattamiseksi hapettumisreaktiolla on yleisesti esitetty hakijan US-patentissa 4,713,360, joka vastaa suomalaista patenttijulkaisua 83764 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit ja menetelmiä niiden valmistamisek-10 si". Kuten yllämainitussa hakijan patentissa on kuvattu, epätavallisen hapettumisilmiön käyttö, jota ilmiötä voidaan vahvistaa käyttämällä le-jeerattua lisäainetta, mahdollistaa itsekantavien keraamisten kappaleiden valmistamisen, jotka on kasvatettu hapettumisreaktiotuotteena esi-asteisesta perusmetallista, sekä menetelmän näiden valmistamiseksi.

15 Menetelmää parannettiin käyttämällä esiasteisen perusmetallin pintaan levitettyjä ulkoisia lisäaineita, kuten on esitetty US-patentissa 4,853,352, joka vastaa suomalaista patenttijulkaisua 83952 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmiä itsekantavien keraamisten materiaalien valmistamiseksi".

20

Menetelmä keraamisten kappaleiden muodostamiseksi, joilla on yksi tai useampi muotoiltu syvennys, on esitetty hakijan US-patentissa 4,828,785, joka vastaa suomalaista patenttijulkaisua 84343 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmä keraamisten sekarakenne-25 artikkelien valmistamiseksi toistamalla niiden muoto käänteisesti ja tällä menetelmällä saadut artikkelit". Keraamiseen kappaleeseen muodostettu syvennys toistaa käänteisesti perusmetallin positiivisen mallin tai muotin muodon, joka perusmetalli on sisällytetty yhteensopivaan täyteaineeseen ja on kokonaan sen ympäröimä, joka täyteaine on riittä-30 vän yhteensopiva mahdollistaakseen differentiaalilämpölaajenemisen täyteaineen ja perusmetallin välillä sekä metallin sulamispisteen tila-vuusmuutoksen ja joka itsesitoutuu sopivassa lämpötilassa sen takaamiseksi, että syvennys, joka on muodostettu perusmetallin siirtymisellä täyteaineeseen (muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen), ei luhistu 35 paine-eron vuoksi, joka on syntynyt kehittyvän syvennyksen seinämän poikki syvennyksenmuodostussiirtymisen tuloksena.

86631 3 Tässä hakemuksessa viitataan nimenomaan kunkin edellämainitun hakijan patentin koko sisältöön.

5 Viime vuosina on esiintynyt yhä lisääntyvää mielenkiintoa keramiikan käyttöön rakennesovelluksissa, joihin on aiemmin käytetty metalleja. Sysäyksenä tälle mielenkiinnolle on ollut keramiikan paremmuus suhteessa tiettyihin ominaisuuksiin kuten ruostumattomuuteen, kovuuteen, kira-mokertoimeen ja tulenkesto-ominaisuuksiin metalleihin verrattuna.

10

Nykyiset yritykset tuottaa lujempia, luotettavampia ja kovempia keraamisia artikkeleita keskittyvät suurelta osin (1) parannettujen prosessointimenetelmien kehittämiseen monoliittiselle keramiikalle ja (2) uusien materiaalikoostumusten, pääasiassa keraamisten matriisisekara-15 kenteiden kehittämiseen. Sekarakenteella tarkoitetaan sellaista rakennetta, joka käsittää kahdesta tai useammasta eri materiaalista tehdyn heterogeenisen materiaalin, kappaleen tai artikkelin, jotka materiaalit on perinpohjin yhdistetty sekarakenteen toivottujen ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Esimerkiksi kaksi erilaista materiaalia voidaan pe-20 rusteellisesti yhdistää sisällyttämällä toinen toisen matriisiin. Keraaminen matriisisekarakenne käsittää tyypillisesti keraamisen matriisin, joka sisältää yhden- tai useammanlaisen täyteaineen hiukkasten, kuitujen, tankojen tai vastaavien muodossa.

25 Perinteiset menetelmät keraamisten artikkeleiden valmistamiseksi sisältävät seuraavat yleiset vaiheet: (1) keraamisen aineen valmistaminen jauheen muodossa; (2) jauheiden hiominen tai jauhaminen erittäin hienojen hiukkasten aikaansaamiseksi; (3) jauheiden muodostaminen toivotun muodon omaavaksi kappaleeksi (varustettuna kutistumisvaralla myöhemmän 30 prosessoinnin aikana) esimerkiksi yksiakselisella puristuksella, isostaattisella puristuksella, ruiskupuristuksella, nauhavalulla, liukuva-lulla tai millä tahansa usealla muulla tekniikalla; (4) kappaleen tiivistäminen kuumentamalla se korkeaan lämpötilaan siten, että yksittäiset jauhehiukkaset sulautuvat toisiinsa muodostamaan yhtenäisen raken-35 teen; mielellään ilman paineen käyttöä (eli paineettomalla sintrauksel-la), vaikka joissakin tapauksissa vaaditaan lisäkäyttövoimaa, joka 86631 4 voidaan järjestää ulkoisen paineen avulla joko yksiakselisesti (eli kuumapuristamalla) tai isostaattisesti (eli isostaattisella kuumapuris-tuksella); ja (5) tarvittaessa jälkikäsittely, joka usein tapahtuu timanttihionnalla.

5

Huomattava osa nykyisestä työstä on suuntautunut kohti parannettuja jauheprosessointitekniikoita. Tällaisen kehitystyön painopiste on ollut kahdella alueella: (1) parannetut menetelmät erittäin hienojen yhtenäisten jauhemateriaalien tuottamiseksi käyttäen liukoishyytelö-, plas-10 ma- ja lasertekniikoita ja (2) parannetut tiivistys- ja puristusmene- telmät, mukaanlukien paremmat tekniikat sintraukseen, kuumapuristukseen ja isostaattiseen kuumapuristukseen. Näiden yritysten tavoitteena on tuottaa tiheitä, hienorakeisia, virheettömiä mikrorakenteita, ja parannuksia keramiikan suoritusominaisuuksissa on joillakin alueilla saavu-15 tettukin. Nämä saavutukset pyrkivät kuitenkin johtamaan huomattaviin kustannusten lisäyksiin keraamisia rakenteita tuotettaessa. Näin ollen kustannukset muodostavat päärajoituksen keramiikan kaupallisissa sovelluksissa .

20 Toinen rajoitus keramiikkateknologiassa, jota vaikeuttaa nykyinen keraaminen prosessointi, on mitoitus. Tavanomaiset, tihentämiseen tarkoitetut prosessit (eli jauhehiukkasten välisten aukkojen poistamiseen tarkoitetut prosessit) eivät sovi yhteen suurten yksikappaleisten keraamisten rakenteiden sovellusmahdollisuuksien kanssa. Artikkelikoon 25 suurentuminen tuottaa useita ongelmia mukaanlukien esimerkiksi prosessien lisääntyneet ylläpitoajat, ehdottomat vaatimukset yhtenäisistä prosessiolosuhteista suurella prosessivolyymilla, osien halkeileminen epäyhtenäisestä tihentymisestä tai lämmön aiheuttamista jännityksistä johtuen, osien vääntyminen ja kokoonpainuminen sintrauksen aikana, 30 liialliset kokoonpuristumis voimat ja muotin mitat kuumapuristusta . . käytettäessä sekä huomattavat paineastiakustannukset johtuen sisätila- vuuden ja seinämäpaksuuden aiheuttamista vaatimuksista isostaattisen kuumapuristuksen yhteydessä.

35 Kun näitä perinteisiä menetelmiä sovelletaan valmistettaessa keraamisia sekarakennematriisiaineita, syntyy lisävaikeuksia. Vakavimmat ongelmat 5 86631 liittyvät todennäköisesti tiivistämisvaiheeseen, yllä numero (4). Normaalisti parhaimpana pidetty menetelmä, paineeton sintraus, voi olla vaikea tai mahdoton hiukkasmuotoisten sekarakenteiden yhteydessä, jos materiaalit eivät ole erittäin yhteensopivia. Ja mikä tärkeämpää, nor-5 maali sintraus on mahdoton useimmissa kuitusekarakenteisiin liittyvissä tapauksissa silloinkin, kun materiaalit ovat yhteensopivia, koska matriisin hiukkasten yhteensulautumista estävät kuidut, jotka pyrkivät estämään tihentyvien jauhehiukkasten tarvittavan syrjäytyksen. Nämä vaikeudet on joissakin tapauksissa voitettu pakottamalla tiivistymis-10 prosessi läpi käyttämällä ulkoista painetta korkeassa lämpötilassa.

Tällaiset menetelmät voivat kuitenkin aiheuttaa useita ongelmia, kuten esimerkiksi vahvikekuitujen murtumisen tai vahingoittumisen käytettyjen ulkoisten voimien vuoksi, rajoittuneen kyvyn tuottaa monimutkaisia muotoja (erityisesti yksiakselisen kuumapuristuksen yhteydessä) ja yleensä 15 korkeita kustannuksia, jotka johtuvat alhaisesta prosessituottavuudesta ja joskus vaadittavista laajoista jälkikäsittelytöistä.

Muita vaikeuksia voi syntyä myös sekoitettaessa jauheita karvojen tai kuitujen kanssa sekä kappaleenmuodostusvaiheessa, yllä numero (3), 20 jossa on tärkeätä ylläpitää sekarakenteen toisen vaiheen tasaista jakaantumista matriisiin. Valmistettaessa esimerkiksi karvavahvisteista keraamista sekarakennetta jauheiden ja karvojen virtausprosessit, jotka liittyvät sekoitusmenettelyyn ja kappaleen muodostamiseen, voivat joh-— taa vahvikekarvojen epäyhtenäisyyksiin ja ei-toivottuihin suuntaumi- 25 siin, mikä puolestaan johtaa suoritusominaisuuksien heikkenemiseen.

Hakijan patentit kuvaavat uusia prosesseja, jotka ratkaisevat joitakin näistä perinteisen keraamisen teknologian ongelmista kuten niissä on yksityiskohtaisemmin kuvattu, mukaanlukien monimutkaisen muodon omaavi-30 en syvennysten muodostamisen, jossa käänteisesti toistetaan esimuotoillun perusmetallin esiasteen muotti. Tämä keksintö yhdistää nämä prosessit uusien lisämenetelmien avulla, jotka mahdollistavat keraamisten kappaleiden muodostamisen, mukaanlukien monimutkaiset muodot, lopulliseen muotoon tai lähelle lopullista muotoa tekniikalla, joka ei edelly-35 tä itsesitovien täyteaineiden käyttöä. Tämä keksintö tarjoaa myös hyvin joustavat mahdollisuudet valittaessa mallia tai toistettavaa mallia, 6 8 6 6 o i mukaanlukien sisäänmenevät muodot kuten ontelot tai syvennykset, joiden suun halkaisija tai leveys on pienempi kuin niiden sisäosat. Toisin sanoen tämän keksinnön mukainen menetelmä ei ole rajoittunut tuottamaan muotoja, jotka voidaan irrottaa matriisista tai muotista. Valmistetta-5 essa keraamisia artikkeleita, joilla on tällaisia sisäänmeneviä muodostumia, yllämainittua vaihetta (3) käyttävät, aikaisemman tekniikan tason mukaiset menetelmät eivät ole mahdollisia, koska sisäistä mallinetta tai muottia ei voida poistaa sen jälkeen, kun keraaminen kappale on muodostunut sen ympärille.

10 Tämän keksinnön avulla on mahdollista valmistaa ennaltamäärätyn muotoisia keraamisia sekarakenteita epätavallisella hapettumisilmiöllä, jolla voitetaan tunnettuihin prosesseihin liittyvät vaikeudet ja rajoitukset. Tällä menetelmällä saadaan aikaan keraamisia kappaleita, 15 joilla on tyypillisesti suuri kestävyys ja murtolujuus, mekanismilla, joka on suorempi, käyttökelpoisempi ja halvempi kuin tavanomaiset menetelmät .

Tämän keksinnön avulla on myös mahdollista luotettavasti tuottaa ke-20 raamisia kappaleita, joiden muotoillut konfiguraatiot ovat kooltaan ja paksuudeltaan sellaisia, että niitä on vaikeata tai mahdotonta toistaa tällä hetkellä saatavilla olevan teknologian avulla.

Keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että mene-25 telmä käsittää seuraavat vaiheet: (a) aikaansaadaan alumiini- tai muu perusmetalliesiaste, jolla on 1) positiivinen malliosa mallin käänteistä toistoa varten ja 2) ei-toistava osa; 30 (b) sijoitetaan ainakin perusmetalliesiasteen positiivinen malliosa mukautuvaan yhteyteen mukautuvan täyteainepedin kanssa ja käyttämällä kasvunsäätöolosuhteita edistämään hapettumisreaktiotuotteen kasvua positiivisesta malliosasta mainittuun täyteaineeseen ja estämään täl- 35 laista kasvua ei-toistavasta osasta, ja että mukautuva täyteaine (i) on läpäisevä ilmalle tai muulle hapettimelle ainakin, kun ilman tai muun 86631 7 hapettimen edellytetään koskettavan sulaa perusmetallia vaiheessa (c) ja (ii) on läpäisevä hapettumisreaktiotuotteen kasvun suodattumisella täyteaineeseen; 5 (c) kuumennetaan perusraetalliesiaste sulamispisteensä yläpuolelle mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle, tai sijoitetaan positiivinen malli lämpötilaan 850-1450°C perusmetallin ollessa alumiini, muodostamaan sulaa alumiini- tai muuta perusmetallimassaa, ja mainitussa lämpötilassa 10 (1) annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuote, (2) pidetään ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksissa 15 sulan metallin ja ilman tai muun hapettimen kanssa näiden välissä sulan metallin progressiiviseksi vetäytymiseksi sulasta metallimassasta hapettumisreaktiotuotteen läpi ja kosketuksiin hapettimen kanssa täyte-ainepedissä samanaikaisesti negatiivisen mallin muodostamiseksi täyte-ainepetiin hapettumisreaktiotuotteen jatkaessa muodostumistaan sanotun 20 hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, ja (3) jatketaan reaktiota täyteainepedin sisällyttämiseksi ainakin osittain hapettumisreaktiotuotteeseen jälkimmäisen kasvun välityksellä 25 negatiivisen mallin omaavan sekarakennekappaleen muodostamiseksi; ja (d) erotetaan saatava itsekantava keraaminen sekarakennekappale liiasta täyteaineesta ja mahdollisesta reagoimattomasta perusmetallista.

30 Keksinnön mukainen sekarakenne on taas pääasiassa tunnettu siitä, että sekarakennekappaleella on negatiivinen malli, joka käänteisesti toistaa perusmetalliesiasteen positiivisen mallin, ja on aikaansaatu sulan perusmetalliesiasteen ja hapettimen välisellä reaktiolla siten, että 35 perusraetalliesiaste on saatettu mukautuvan täyteainepedin yhteyteen, jolloin hapettumisreaktion myötä perusmetalliesiastetta tyhjentyy alku- 86631 8 peräisestä asemasta, koska hapettumisreaktiotuotteen kasvu tapahtuu positiivisesta malliosasta täyteaineeseen, ja hapettumisreaktion tuloksena on saatu yhtenäinen monikiteinen mat-5 riisi, joka on olennaisesti ilman koloja.

Tämän keksinnön mukaisesti on järjestetty menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakennekappaleen tuottamiseksi, jolla on negatiivinen malli, joka kääntäen toistaa perusmetalliesiasteen positiivisen mallin. 10 Keraaminen sekarakennekappale käsittää täyteaineen sisäänsä sulkevan keraamisen matriisin, joka on saatu perusmetallin hapettamisella muodostamaan monikiteisen materiaalin, joka muodostuu olennaisesti sanotun perusmetallin hapettumisreaktiotuotteesta hapettimen kanssa, esimerkiksi kaasu£aasihapettimen kanssa, ja valinnaisesti yhdestä tai useammasta 15 metallisesta ainesosasta. Menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: perusmetallin esiaste, jolla on positiivinen malliosa käänteistoistoa varten sekä ei-toistava osa, sijoitetaan mukautuvaan yhteyteen yhteensopivan täyteainepedin kanssa kasvunsäätöolosuhteissa edistämään hapettumisreaktiotuotteen kasvua positiivisesta malliosasta ja estämään tällaista 20 kasvua ei-toistavasta osasta. Täyteaine on tarvittaessa läpäisevä ha-pettimelle (kuten hapettimen ollessa kaasufaasihapetin) antaakseen hapettimen tulla kosketuksiin sulan perusmetallin kanssa kuten alla on kuvattu ja on joka tapauksessa läpäisevä hapettumisreaktiotuotteen täyteaineen läpi tapahtuvan kasvun suodattumiselle. Paikoilleen sijoi-25 tettu perusmetalliesiaste kuumennetaan sulamispisteensä yläpuolelle, mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle muodostamaan erän sulaa metallia, ja tällä lämpötila-alueella sulan metallin annetaan reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen. Ainakin osa hapettumisreaktiotuot-30 teestä pidetään tällä lämpötila-alueella ja kosketuksissa sulan metallin ja hapettimen kanssa sekä näiden välillä, jotta sulaa metallia vetäytyy progressiivisesti sulasta metallierästä hapettumisreaktiotuotteen läpi ja kosketuksiin hapettimen kanssa täyteainepedissä siinä tapahtuvan hapettumisreaktion aikaansaamiseksi. Samanaikaisesti alkaa 35 negatiivinen malli kehittyä ja muodostuu lopulta täyteainepetiin hapettumisreaktiotuotteen jatkaessa muodostumistaan hapettimen ja aikai- 9 86631 seromin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla. Tätä reaktiota jatketaan tällä lämpötila-alueella riittävän pitkän ajan niin, että täyteainepeti ainakin osittain suodattuu tai uppoaa hapettu-misreaktiotuotteeseen jälkimmäisen kasvun avulla muodostelmaan sekara-5 kennekappaleen, jolla on yllämainittu negatiivinen malli. Lopuksi saatu itsekantava keraaminen sekarakennekappale erotetaan liiasta täyteaineesta ja reagoimattomasta perusmetallista, jos tätä on jäljellä.

Keksinnön muut ominaisuudet sisältävät yhden tai useamman seuraavista 10 piirteistä yksin tai yhdistelmänä: perusmetalliesiaste sijoitetaan kosketuksiin yhteensopivan täyteainepedin kanssa siten, että perusme-talliesiasteen ei-toistava osa on erillään täyteainepedistä; käytetään hyväksi kasvunsäätöolosuhteita levittämällä ulkoinen lisäaine sanottuun positiiviseen malliosaan; sisällytetään hapetin yhteensopivaan täyte-15 aineeseen; käytetään hapettamatonta kaasua tai tyhjiöprosessiympäris-töä; asetetaan perusmetalliesiasteen ei-toistavan osan päälle rajoitin tai kasvua estävä väline, joka ehkäisee hapettumisreaktiotuotteen kasvua sen läpi. Tässä yhteydessä ja jäljempänä seuraavissa patenttivaatimuksissa käytettynä termi "ehkäisee kasvua" on kyllin laaja sisältääk-20 seen merkityksen "estää kasvun". Edelleen tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä viittaus "lisäämällä ulkoinen lisäaine sanottuun positiiviseen malliosaan" tai vastaavanlaiset sanat tulee ymmärtää siten, että ne merkitsevät yhtä tai useampaa seuraavista tekniikoista ja sisältävät yhden tai useamman seuraavista tekniikoista: levitetään 25 lisäaine suoraan perusmetalliesiasteen valituille pinnoille ja levitetään lisäaine yhteensopivalle täyteaineelle tai täyteaineeseen alueella, joka on perusmetalliesiasteen valittuja pintoja vastapäätä, niiden vieressä tai niiden kanssa kosketuksissa.

30 Yksi keksinnön ominaisuuksista on, että yhteensopiva täyteaine on myös itsesitoutuva ainakin kun sen edellytetään kestävän paine-eroja, jotka muodostuvat hapettumisreaktiotuotteen poikki siitä aiheutuvasta kasvusta j ohtuen.

35 86631 ίο

Edelleen yksi keksinnön ominaisuuksista on, että on järjestetty itse-kantava keraaminen sekarakennekappale, jolla on negatiivinen malli, joka kääntäen toistaa perusmetallin muotin tai esiasteen positiivisen 5 mallin, Jolla esiasteella on yllämainitun positiivisen mallin käsittävän osan lisäksi ei-toistava osa. Keraaminen sekarakennekappale käsittää monikiteisen matriisin, johon sisältyy täyteaine, joka on saatu yhteensopivasta täyteainepedistä, jota vastaan perusmetalliesiaste on sijoitettu alkuperäiseen paikkaan sen positiivisen mallin kanssa mukau-10 tuvaan kosketukseen täyteaineen ja sen ei-toistavan osan kanssa erilleen täyteainepedistä. Perusmetalliesiasteen positiivinen malli toistuu poistettaessa metalliesiaste alkuperäisestä paikastaan muodostamaan käänteisesti toistetun negatiivisen mallin samanaikaisesti sulan perusmetalliesiasteen hapettumisreaktion kanssa, joka esiaste on siirtynyt 15 alkuperäisestä paikastaan muodostamaan monikiteisen matriisin. Matriisi muodostuu olennaisesti perusmetalliesiasteen monikiteisestä hapettu-misreaktiotuotteesta hapettimen kanssa ja valinnaisesti yhdestä tai useammasta metallisesta ainesosasta tai huokosista tai molemmista, kuten tässä tekstissä on muualla yksityiskohtaisemmin kuvattu.

20 Tämän keksinnön materiaalit voidaan kasvattaa olennaisesti yhtenäisin ominaisuuksin läpi koko poikkileikkauksensa paksuuteen, jota tähän mennessä on ollut vaikeata saavuttaa tavanomaisin prosessein muotoiltuja keraamisia rakenteita tuotettaessa. Näitä materiaaleja tuottavaa 25 prosessia hyväksikäyttämällä vältetään myös tavanomaisiin keramiikan-tuotantoprosesseihin liittyvät korkeat kustannukset, mukaanlukien hieno, korkea puhtaus, tasainen jauheenvalmistus, raakakappaleen muodostaminen, sideaineen loppuunpalaminen, sintraus, kuumapuristus ja isostaattinen kuumapuristus. Tämän keksinnön mukaiset tuotteet soveltuvat 30 tai valmistetaan käytettäviksi kauppa-artikkeleina, jotka tässä yhteydessä on tarkoitettu sisältämään rajoituksitta teolliset, rakenteelliset ja tekniset keraamiset kappaleet sellaisissa sovelluksissa, joissa sähkö-, kulumis-, lämpö- ja muut piirteet ja ominaisuudet ovat tärkeitä tai hyödyllisiä ja joiden ei ole tarkoitettu sisältävän kierto- tai 35 jätemateriaaleja, joita saattaisi syntyä ei-toivottuina sivutuotteina sulia metalleja prosessoitaessa.

11 86651 Tässä erittelyssä ja jäljempänä seuraavissa patenttivaatimuksissa käytettynä allaolevat termit määritetään seuraavasti: 5 Termin "keraaminen" ei tule aiheettomasti käsittää olevan rajoitettu keraamiseen kappaleeseen sanan klassisessa merkityksessä eli siinä mielessä, että se muodostuu kokonaan metallittomista ja epäorgaanisista materiaaleista, vaan pikemminkin se viittaa kappaleeseen, joka on hallitsevasti keraaminen joko suhteessa koostumukseen tai hallitseviin 10 ominaisuuksiin, vaikka kappale voi sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä yhtä tai useampaa metallista ainesosaa, jotka on saatu perusmetallista tai pelkistetty hapettimesta tai lisäaineesta tyypillisimmin alueella 1-40 tilavuus-%, mutta voi sisältää enemmänkin metallia.

15 "Hapettumisreaktio" tarkoittaa yleensä yhtä tai useampaa metallia missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai niiden yhdistelmälle tai jakanut elektroneja viimeksimainittujen kanssa. Tämän määritelmän mukaisesti "hapettumisreaktiotuote" siis sisältää yhden tai useamman metallin 20 reaktion tuotteen hapettimen kanssa kuten tässä hakemuksessa on kuvattu.

"Hapetin" tarkoittaa yhtä tai useampaa sopivaa elektronin vastaanotinta tai ainetta, jolla on yhteisiä elektroneja toisen aineen kanssa ja se 25 voi olla kiinteä, nestemäinen tai kaasu (höyry) tai jokin näiden yhdistelmä (esim. kiinteä aine ja kaasu) prosessiolosuhteissa.

"Perusmetalli" viittaa metalliin, esim. alumiiniin, joka on esiaste monikiteiselle hapettumisreaktiotuotteelle ja sisältää tämän metallin 30 suhteellisen puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina epäpuhtauksineen ja/tai lejeerausainesosineen tai lejeerinkinä, jossa tämä metalliesiaste on pääainesosa: ja kun tietty metalli mainitaan perusmetallina, esim. alumiini, identifioitu metalli tulisi tulkita tämä määritelmä mielessä, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita.

35 12 B 6 6 61

Keraamisen sekarakennekappaleen "negatiivinen malli" (eli geometria) tarkoittaa kappaleen mallia, joka on käänteisesti toistettu perusmetal-liesiasteen positiivisesta mallista (eli geometriasta).

5 Perusmetalliesiasteen "positiivinen malli" tarkoittaa perusmetallin mallia (eli geometriaa), joka on käänteisesti toistettu muodostamaan keraamisen kappaleen negatiivisen mallin. On tärkeätä huomata, että termejä "negatiivinen" ja "positiivinen" käytetään tässä yhteydessä ainoastaan merkityksessä toisen suhde toiseen osoittamaan, että toisen 10 mallin geometria on yhdenmukainen toisen mallin geometrian kanssa.

Tarkoitus ei ole millään tavoin rajoittaa muototyyppejä, jotka voivat käsittää "negatiivisen mallin" tai "positiivisen mallin".

"Käänteisesti toistettu" tarkoittaa, että keraamisen sekarakennekappa-15 leen negatiivinen malli käsittää pinnat, jotka ovat yhdenmukaisia perusmetalliesiasteen positiivisen malliosan kanssa.

Kuvio 1 on perspektiivikuva perusmetalliesiasteesta, joka on muotoiltu tuottamaan sen toisella puolella positiivisen mallin ja sen vastakkai-20 sella puolella ei-toistavan osan;

Kuvio IA on perspektiivikuva kuvion 1 perusmetalliesiasteesta käännettynä 180° pääpitkittäisakselinsa ympäri kuviossa 1 olevasta asennosta; 25 Kuvio 2 on kaaviomainen pystypoikkileikkauskuva, joka esittää hieman pienennetyssä mittakaavassa kuvioiden 1 ja IA muotoillun perusmetalliesiasteen koosteen tulenkestävässä astiassa yhteensopivan täyteaineen kerroksen ja sen tukeman, päälleasetetun hiukkasmaisen inerttisen materiaalin kerroksen välisellä rajapinnalla; 30

Kuvio 3 on perspektiivikuva keksinnön mukaisesta keraamisesta sekara-kennekappaleesta sen jälkeen, kun karheat pinnat on hiottu pois ja joka on tehty kuvion 2 koostetta käyttäen varustettuna täyteaine- ja rajoi-tinkerrosten välisellä rajapinnalla tasossa X-X; 35 13 86631

Kuvio 4 on osittainen perspektiivikuva keksinnön mukaisesta keraamisesta sekarakennekappaleesta ennen kuin karheat pinnat on hiottu pois ja joka on tehty kuvion 2 koostetta käyttäen varustettuna täyteaine- ja rajoitinkerrosten välisellä rajapinnalla tasossa Y-Y; 5

Kuvio 5 on osittainen pystykuva osittaisena leikkauksena ja suurennetussa mittakaavassa kuvioiden 1 ja IA perusmetalliesiasteesta, jossa kerros ulkoista lisäainetta on lisätty sen positiiviseen malliosaan; 10 Kuvio 6 on kaaviomainen pystypoikkileikkauskuva muotoillun perusmetal-liesiasteen koosteesta sisällytettynä rajoittimen sisään ja sijoitettuna tulenkestävään astiaan siten, että perusmetalliesiasteen positiivinen malliosa on mukautuvassa kosketuksessa yhteensopivan täyteaineen kanssa; 15

Kuvio 7 on perspektiivikuva keksinnön mukaisesta keraamisesta sekarakennekappaleesta, joka on tehty kuvion 6 koostetta käyttämällä;

Kuvio 8 on perspektiivikuva perusmetalliesiasteesta muotoiltuna siten, 20 että sen ulkopinnat tuottavat positiivisen mallin ja sen läpi ulottuvan lieriömäisen porauksen pinta tuottaa ei-toistavan osan;

Kuvio 8A on perspektiivikuva kuvion 8 perusmetalliesiasteesta käännettynä 180° pääpitkittäisakselinsa ympäri kuviossa 8 olevasta asennosta; 25

Kuvio 8B on pystysivukuva kuvioiden 8 ja 8A perusmetalliesiasteesta varustettuna lieriömäisellä porauksella, joka sijaitsee esiasteessa ja työntyy ulos esiasteen lieriömäisen porauksen jommastakummasta päästä; 30 Kuvio 9 on kaaviomainen pystypoikkileikkauskuva kuvion 8B muotoillun perusmetalliesiasteen koosteesta sijoitettuna tulenkestävään astiaan koosteeseen, joka sisältää yhteensopivan täyteaineen ja rajoittimen;

Kuvio 10 on perspektiivikuva, josta osia on poistettu ja ositettu, 35 perusmetalliesiasteesta, joka on muotoiltu samalla tavalla kuin kuvi- 8 6 6 31 14 oiden 1 ja IA esiaste tai identtisesti niiden kanssa ja on rajoittimen ympäröimä; ja

Kuvio 11 on kaaviomainen pystypoikkileikkauskuva kuvion 10 muotoillun 5 perusmetalliesiasteen ja rajoittimen koosteesta sijoitettuna tulenkestävään astiaan koosteeseen, joka sisältää yhteensopivan täyteaineen ja rajoittimen.

Esillä olevaa keksintöä käytettäessä perusmetalliesiaste järjestetään 10 muotoillun artikkelin muotoon, jonka yksi osa muodostuu positiivisesta mallista, jonka muoto tai geometria toistetaan käänteisesti viimeistellyn keraamisen sekarakenteen negatiivisena mallina, ja yksi osa muodostaa ei-toistavan osan. Tämän keksinnön menettelyä noudattaen monimut-kaisesti muotoiltuja negatiivisia malleja voidaan käänteisesti toistaa 15 viimeistellyssä keraamisessa sekarakenteessa keramiikan muodostumisen tai kasvun aikana, pikemminkin kuin muotoilemalla tai työstämällä keraaminen kappale. Perusmetalliesiaste voidaan sopivasti muotoilla millä tahansa sopivalla menettelyllä; esimerkiksi raetallikappale kuten tanko, billetti tai harkko voidaan sopivasti työstää, valaa, muovata, ruisku-20 valaa tai muutoin muotoilla tuottamaan perusmetalliesiasteen. Perus- metalliesiasteessa voi olla uria, porauksia, syvennyksiä, kerrostumia, paksunnoksia, laippoja, ulokkeita, ruuvin kierteitä ja vastaavia siihen muodostettuna sekä olakkeita, holkkeja, kiekkoja, tankoja tai vastaavia siihen järjestettynä, jotta saadaan toivotun konfiguraation mukainen 25 positiivinen malli. Perusmetalliesiaste voi käsittää yhden tai useamman yhtenäisen, sopivasti muotoillun metallikappaleen siten, että kun sen positiivinen malliosa on sijoitettu mukautuvaan kosketukseen yhteensopivan täyteainepedin kanssa (ja ei-toistava osa on erillään täyte-ainepedistä), positiivinen malli määrittää välittömästi perusmetalli-: 30 esiasteen massan vieressä sijaitsevan täyteainepedin muotoillun segmentin. Kun perusmetalliesiaste sulatetaan Ja hapettumisreaktiotuote suodattuu täyteainepetiin, saatavassa keraamisessa sekarakennekappaleessa kehittyy muotoiltu negatiivinen malli. Näin tämä keksintö toistaalta tarjoaa edun valmistaa negatiivinen malli työstämällä tai muutoin muo-35 toilemalla metallia, pikemminkin kuin hiomalla tai työstämällä keramiikkaa, jotka ovat paljon vaikeampia ja kalliimpia prosesseja.

15 8 6 6 31

Keksinnön menetelmää toteutettaessa perusmetalliesiaste sijoitetaan siten, että sen positiivinen malliosa on mukautuvassa kosketuksessa yhteensopivan täyteainepedin kanssa hallituissa kasvuolosuhteissa, mikä 5 edistää hapettumisreaktiotuotteen kasvua pääasiassa tai yksinomaan positiivisesta malliosasta ja yhteensopivaan täyteainepetiin, kun taas hapettumisreaktiotuotteen kasvu ei-toistavasta osasta ehkäistään tai estetään. Kasvunsäätöolosuhteet voidaan saada aikaan tai niitä voidaan lisätä järjestämällä perusmetallin hapettumisreaktiokinetiikkaa, joka 10 on suotuisampaa positiivisen malliosan vieressä tai sen läheisyydessä kuin ei-toistavan osan vieressä. Tulokseksi saadaan hapettumisreaktiotuotteen suotuisa kasvu tai kehittyminen yhteensopivassa täyteainepe-dissä ja täyteainepetiin positiivisesta malliosasta sekä tällaisen kasvun ehkäistyminen tai eliminointi ei-toistavasta osasta. Esimerkiksi 15 sopiva ulkoinen lisäaine voidaan levittää positiiviseen malliosaan tai sen päälle, mikä lisää kasvua perusmetalliesiasteen osista, joihin se on levitetty, kuten ylläkuvatussa hakijan US-patentissa 4,853,352 on yksityiskohtaisesti selitetty. Tällainen lisäaine voidaan levittää ulkoisesti perusmetalliesiasteen positiivisen malliosan pintaan ja/tai 20 voidaan syöttää yhteensopivaan täyteaineeseen, joka on positiivista malliosaa vastapäätä, mielellään positiivisen malliosan vieressä tai sen kanssa kosketuksissa. Ja edelleen kiinteä hapetin ja/tai nestemäinen hapetin (selitetty yksityiskohtaisemmin alla) voidaan sisällyttää täyteainepetiin positiivisen malliosan vieressä olevaan sektioon tai 25 vyöhykkeeseen. Tämän vuoksi kasvu tapahtuu tai helpottuu hapettimen suuntaan.

Monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen kasvunsäätö voidaan saada aikaan sopivalla rajoittimella tai kasvunestovälineellä, kuten on kuvattu 30 suoritusmuodoissa hakijan US-patentissa 4,923,832, joka vastaa suomalaista patenttihakemusta 872020. Tehokkaita rajoittimia ovat materiaalit, joita kuljetettu sula perusmetalli ei kostuta prosessiolosuhteis-sa, eli sulalla metallilla ja rajoittimella ei olennaisesti ole yhdis-tymistaipumusta, minkä vuoksi kasvu estyy. Voidaan käyttää myös rajoit-35 tiraia, jotka pyrkivät reagoimaan kuljetetun sulan perusmetallin kanssa lisäkasvun ehkäisemiseksi. Hyödyllisiä rajoittimia ovat erityisesti 16 8 6 β 3 ] kalsiumsulfaatti, kalsiumsilikaatti, portlandsementti, metalillejeerin-git, kuten ruostumaton teräs ja tiheät tai sulatetut keramiikat kuten alumiinioksidi, jota voidaan käyttää alumiinin ollessa perusmetallina. Rajoitin voi sisältää komponenttinaan myös sopivan palavan tai haihtu-5 van materiaalin, joka eliminoituu kuumennettaessa tai materiaalin, joka hajoaa kuumennettaessa, jotta rajoitin saadaan läpäiseväksi tai jotta rajoittimen huokoisuutta ja läpäisevyyttä voidaan lisätä. Rajoitin on päällystetty perusmetallin ei-toistavaan osaan tai on asetettu sen päälle ja on mielellään sellaista materiaalia, joka mukautuu tämän osan 10 pinnan tai muodon kanssa, mikä minimoi tai eliminoi ei-toivottua kasvua. Voidaan käyttää myös tekniikoiden yhdistelmää, eli rajoitin voidaan päällystää perusmetalliesiasteen ei-toistavaan osaan tai asettaa sen päälle, ja ulkoinen lisäaine voidaan levittää positiiviseen malli-osaan ja/tai positiivista malliosaa vastapäätä olevaan täyteaineeseen. 15 Perusmetalliesiasteen ei-toistava osa voidaan pitää erillään täyteaine-pedistä, vaikka sitä ei ole päällystetty rajoittimella tai rajoitinvä-lineellä, eli se voidaan jättää alttiiksi ilmakehälle olosuhteiden ollessa sellaiset, että hapettumisreaktiotuotteen kasvu ilmakehässä ehkäistään tai estetään lukuunottamatta perusmetalliesiasteen niitä 20 pintoja, joihin ulkoisen lisäaineen tai kiinteän tai nestemäisen hapet-timen pääsy tehdään mahdolliseksi.

Vaikka keksintöä kuvataan alla yksityiskohtaisesti viitaten erityisesti alumiiniin suositeltavana perusmetallina, muita sopivia, tämän keksin-25 nön kriteerit täyttäviä perusmetalleja ovat, mutta eivät ole siihen rajoitettu, pii, titaani, tina, sirkonium ja hafnium.

Kuten yllä on todettu, voidaan käyttää kiinteää, nestemäistä tai kaasu-faasihapetinta tai tällaisten hapettimien yhdistelmää. Tyypillisiä 30 hapettimia ovat rajoituksitta esimerkiksi happi, typpi, halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri, ja näiden yhdisteet ja yhdistelmät kuten metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni ja propeeni (hiilen lähteenä), Si02 (hapen lähteenä) ja seokset kuten ilma, H2/H70 ja C0/C02, joista kaksi jälkimmäistä (eli H?/H20 ja 35 C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämään ympäristön happiaktiviteettia.

17 βό631

Vaikka mitä tahansa sopivia hapettimia voidaan käyttää, keksinnölle ominaisia suoritusmuotoja kuvataan alla viitaten kaasufaasihapetinten käyttöön. Jos kaasufaasihapetinta käytetään, täyteaine on läpäisevä kaasufaasihapettimelle siten, että asetettaessa täyteainepeti alttiiksi 5 hapettimelle kaasufaasihapetin läpäisee täyteainepedin tullakseen kosketuksiin siinä olevan sulan perusmetallin kanssa. Termi "kaasufaasiha-petin" tarkoittaa höyrystynyttä tai normaalisti kaasumaista materiaalia, joka tuottaa hapettavan atmosfäärin. Esimerkiksi happea (mukaanlukien ilman) sisältävät happi- tai kaasuseokset ovat suositeltavia kaa-10 sufaasihapettimia, kuten alumiinin ollessa perusmetalli, ilma on tavallisesti suositumpi ilmeisistä taloudellisista syistä johtuen. Kun hapetin identifioidaan tiettyä kaasua tai höyryä sisältävänä tai käsittävänä, tämä tarkoittaa hapetinta, jossa identifioitu kaasu tai höyry on perusmetallin ainoa, hallitseva tai ainakin merkittävä hapetin käyte-15 tyssä hapettavassa ympäristössä saaduissa olosuhteissa. Vaikka esimerkiksi ilman pääainesosa on typpi, ilman happipitoisuus on ainoa tai hallitseva hapetin perusmetallille, koska happi on merkittävästi voimakkaampi hapetin kuin typpi. Tämän vuoksi ilma määrittyy "happea sisältävänä kaasu" -hapettimena muttei "typpeä sisältävänä kaasu" -hapet-20 timena. Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä esimerkki "typpeä sisältävästä kaasu" -hapettimesta on "muodostuskaasu", joka sisältää noin 96 tilavuus-% typpeä ja noin 4 tilavuus-% vetyä.

Kun käytetään kiinteää hapetinta, se voidaan hajauttaa läpi koko täy-25 teainepedin tai käytettäessä kaasufaasihapettimen yhteydessä ainoastaan perusmetallin viereisen osan läpi. Hapetinta voidaan käyttää hiukkas-muodossa täyteaineeseen sekoitettuna ja/tai päällystyksenä täyteaine-hiukkasten päällä. Mitä tahansa sopivaa kiinteää hapetinta voidaan käyttää mukaanlukien alkuaineet kuten boori, tai hiili tai pelkistyvät 30 yhdisteet kuten piidioksidi (hapen lähteenä) tai tietyt boridit, joilla on alempi lämpödynaaminen stabiliteetti kuin perusmetallin boridireak-tiotuotteella. Jos kiinteää hapetinta käytetään yhdessä kaasufaasihapettimen kanssa, hapettimet valitaan siten, että ne sopivat yhteen keksinnön tarkoitusten kanssa.

35 18 86631

Jos käytetään nestemäistä hapetinta, koko täyteainepeti tai sulan metallin vieressä oleva osa päällystetään, kastellaan esimerkiksi upottamalla, hajautetaan tai muutoin sisällytetään hapettimeen koko täyteaineen tai sen osan kyllästämiseksi. Viitattaessa nestemäiseen hapetti-5 meen tarkoitetaan sellaista hapetinta, joka on neste hapettumisreaktio-olosuhteissa, ja näin nestemäisellä hapettimella voi olla kiinteä esiaste kuten suola, joka on sulaa hapettumisreaktio-olosuhteissa. Nestemäisellä hapettimella voi vaihtoehtoisesti olla nestemäinen esiaste, esimerkiksi materiaaliliuos, jota käytetään päällystämään tai kyllästä-10 mään koko täyteaine tai osa siitä ja joka sulatetaan tai hajotetaan hapettumisreaktio-olosuhteissa tuottamaan sopivan hapettimen osuuden. Esimerkkejä nestemäisistä hapettimista ovat tässä määritettyinä alhais-sulatteiset lasit. Jos nestemäistä hapetinta käytetään yhdessä kaasu-faasihapettimen kanssa, nestemäistä hapetinta tulisi käyttää siten, 15 että kaasufaasihapettimen pääsyä sulaan perusmetalliin ei estetä.

Tiettyjä olosuhteita ajatellen voi olla edullista käyttää kiinteää hapetinta ja/tai kiinteää hapetinta yhdessä kaasufaasihapettimen kanssa. Tällainen lisähapettimien yhdistelmä voi olla erityisen hyödyllinen 20 perusmetallin hapettumista lisäämään muodostaakseen hapettumisreaktio-tuotteen mieluiten täyteainepetiin ja erityisesti positiivisen mallin viereen, pikemminkin kuin sen rajojen ulkopuolelle tai ei-toistavaan osaan. Toisin sanoen käyttämällä tällaisia lisähapettimia positiivisen malliosan viereisessä täyteainepedissä voidaan luoda ympäristö siihen 25 pedln osaan tai vyöhykkeeseen, joka on suotuisampi perusmetallin ha- pettumiskinetiikaile kuin pedin tämän osan tai vyöhykkeen ulkopuolella oleva ympäristö. Tämä parannettu ympäristö on hyödyllinen edistämään hapettumisreaktiotuotteen matriisin kasvua pedissä sen rajalle asti ja eliminoi tai minimoi ylikasvua, eli kasvua täyteainepedin rajan ulko-30 puolelle.

Keksinnön yhteydessä käytettävä mukautuva täyteaine voi olla yksi tai useampi aine tarkoitukseen soveltuvasta, laajasta materiaalivalikoimas-ta. Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä termi "mukau-35 tuva", silloin kun se viittaa täyteaineeseen, tarkoittaa, että täyteaine on aine, joka voidaan tiivistää muotoillun perusmetalliesiasteen 19 86631 ympärille, asettaa sitä vastaan tai kiertää sen ympärille ja joka mukautuu esiasteen sektioiden tai osien malliin tai muotoon, jota esiastetta vasten se on asetettu mukautuvaan kosketukseen. Jos esimerkiksi täyteaine käsittää hiukkasmaista ainetta, esimerkiksi tulenkestävän 5 metallioksidin hienoja rakeita, perusmetalliesiasteen positiivinen malli sijoitetaan mukautuvaan kosketukseen täyteaineen kanssa siten, että positiivinen malli määrittää täyteaineessa olevan muodon, joka on yhdenmukainen positiivisen mallin kanssa eli sen negatiivi. Ei kuitenkaan ole välttämätöntä, että täyteaine on hienojen hiukkasten muodossa. 10 Täyteaine voi esimerkiksi käsittää lankoja, kuituja tai karvoja tai sellaisia materiaaleja kuin metallivilla. Täyteaine voi myös käsittää joko heterogeenisen tai homogeenisen yhdistelmän yhtä tai useampaa tällaista komponenttia tai geometrista konfiguraatiota, esimerkiksi yhdistelmän pieniä hiukkasraaisia rakeita tai karvoja. Välttämätöntä on 15 ainoastaan se, että täyteaineen fyysinen konfiguraatio sallii perusmetalliesiasteen positiivisen mallin sijoittamisen mukautuvaan kosketukseen täyteaineen massaa vastaan siten, että täyteaine tarkasti mukautuu positiivisen mallin pintoihin siten, että sekarakennekappaleeseen lopuksi muodostunut negatiivinen malli on perusmetalliesiasteen positii-20 visen mallin negatiivi. Jälkimmäinen muodostaa täten alussa mukautuvan täyteaineen pedin muotoillun segmentin.

Keksinnön yhteydessä hyödyllinen, mukautuva täyteaine on sellainen, joka alla kuvatuissa, keksinnön mukaisissa hapettumisreaktio-olosuh-25 teissä on läpäisevä hapettimen läpikululle jälkimmäisen ollessa kaasu-faasihapetin. Joka tapauksessa täyteaine on myös läpäisevä hapettumis-reaktiotuotteen kasvulle tai kehittymiselle lävitseen. On ilmeistä, että hapettumisreaktion aikana sula perusmetalli kulkee hapettumisreaktiotuotteen läpi, joka muodostuu reaktion ylläpitämiseksi. Tämä hapet-30 tumisreaktiotuote on yleensä läpäisemätön ympäröivälle ilmakehälle, ja sen vuoksi uunin ilmakehä, esimerkiksi ilma, ei voi kulkea sen läpi. Kuten yllämainitussa, hakijan patentissa 4,828,785 on selitetty, kasvavan hapettumisreaktiotuotteen läpäisemättömyys uunin ilmakehälle johtaa paine-ero-ongelmaan hapettumisreaktiotuotteen sulkiessa sisäänsä onka-35 lon, jonka sulan perusmetallin siirtyminen muodostaa. Tämä ongelma voitetaan yllämainitussa hakijan patentissa käyttämällä itsesitoutuvaa 20 8665 Ί yhteensopivaa täyteainetta, joka, kuten siinä on määritetty, on täyteaine, joka perusmetallin sulamispisteen yläpuolella olevassa lämpötilassa ja lähellä hapettumisreaktion lämpötilaa mutta sen alapuolella osittain sintrautuu tai muutoin sitoutuu itseensä ja hapettumisreak-5 tiotuotteen kasvavaan kerrokseen riittävästi saaden aikaan rakenteellista lujuutta kasvavan onkalon ulkopuolelta säilyttääkseen muotin toistetun geometrian kehittyvässä onkalossa ainakin siihen asti, kunnes kasvavan hapettumisreaktiotuotteen rakenne saavuttaa riittävän paksuuden ollakseen itseknntava paine-eroa vastaan, joka kehittyy muodostuvaa 10 onkaloa määrittävän kasvavan hapettumisreaktiotuotteen seinämän poikki. Itsesitoutuvan täyteaineen ei kuitenkaan tule sintrautua tai itsesitou-tua liian alhaisessa lämpötilassa, koska jos näin käy, se voi haljeta johtuen lämpölaajenemisesta ja tilavuuden muutoksesta perusmetallia sulatettaessa, kun jälkimmäistä kuumennetaan käyttölämpötilaan. Toisin 15 sanoen itsesitoutuvan täyteaineen tulisi säilyttää mukautuvuutensa kompensoidakseen tilavuusmuutosten eron itsensä ja perusmetallin välillä jälkimmäistä kuumennettaessa ja sulatettaessa ja sitten itsesitou-tuakseen tuottaakseen mekaanista lujuutta kehittyvälle onkalolle hapettumisreaktion edetessä. Tämän keksinnön mukaisen tekniikan avulla väl-20 tetään kuitenkin useissa tapauksissa paine-ero-ongelma, koska perus-metalliesiasteella on (ei-toistava) osa, josta hapettumisreaktiotuo-tetta ei kasvateta, ei ainakaan merkittävissä määrin, joten ei muodostu onkaloa, joka on täysin kasvavan hapettumisreaktiotuotteen ympäröimä. Ilmakehälle läpäisemättömiä rajoittimia voidaan kuitenkin käyttää ja 25 joissakin tapauksissa kehittää siten, että ne estävät uunin ilmakehän pääsyn muodostuvaan onkaloon, mikä johtaa paine-eron syntymiseen kasvavan hapettumisreaktiotuotteen seinämien poikki. Tällaisissa olosuhteissa itsesitoutuvaa täyteainetta käytetään tuomaan mekaanista lujuutta ainakin alkukasvuvaiheen aikana, kuten yllä on kuvattu.

30

Siten kuin tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa on luonnehdittu mukautuvia täyteaineita, termi "itsesitoutuva" tarkoittaa täyteaineita, jotka asetettuna mukautuvaan kosketukseen perusmetallin positiivisen mallin kanssa säilyttävät riittävän mukautuvuuden kompensoiden perusme-35 tallin sulamispisteen tilavuusmuutoksen ja lämpölaajenemiseron perusmetallin ja täyteaineen välillä ja ovat ainakin välittömästi positiivi- 86631 21 sen mallin viereisellä tukivyöhykkeellä olennaisesti itsesitoutuvia mutta ainoastaan hapettumisreaktiolämpötilan alapuolella ja riittävän lähellä sitä salliakseen yllämainitun kompensoinnin. Tällainen täyteaineen itsesitoutuvuus tuo mukanaan riittävän koheesiolujuuden, joka 5 säilyttää käänteisesti toistetun negatiivisen mallin paine-eroja vastaan, jotka kehittyvät sen poikki perusmetallin liikkuessa täyteaineeseen.

Kuten yllä on yleisesti todettu, täyteaine voi olla itsesitoutuva missä 10 tahansa tapauksessa, vaikka sen ei tällainen tarvitse kaikissa tapauksissa olla.

Ei ole välttämätöntä, että täyteaineen koko massa tai peti käsittää mukautuvan täyteaineen tai tarvittaessa itsesitoutuvan täyteaineen, 15 vaikka tällainen järjestely kuuluukin keksinnön pääkohtiin. Täyteaineen on oltava mukautuva ja/tai itsesitoutuva ainoastaan siinä osassa täyte-ainepetiä, joka on perusmetallin positiivisen mallin vieressä ja sen muotoilema. Toisin sanoen täyteaineen on oltava mukautuva ja/tai itsesitoutuva ainoastaan riittävän syvälle mukautuvuuden ollessa kyseessä 20 mukautuakseen perusmetalliesiasteen positiiviseen malliin ja itsesitou-tuvuuden ollessa kyseessä tuottaakseen riittävän mekaanisen lujuuden tietyssä tilanteessa. Täyteainepedin tasapainon ei tarvitse olla mukautuva ja/tai itsesitoutuva.

25 Täyteaineen ei tule missään tapauksessa sintrautua, sekoittua tai reagoida siten, että muodostuu läpäisemätön massa, joka estää hapettumis-reaktiotuotteen suodattumisen sen läpi tai kaasufaasihapetinta käytettäessä estää tällaisen kaasufaasihapettimen kulun sen läpi. Täyteaineen tulee edelleen olla riittävän mukautuva kompensoidakseen lämpölaajene-30 miseron perusmetallin ja täyteaineen välillä koostetta lämmitettäessä ja metallin tilavuusmuutoksen sitä lämmitettäessä säilyttäen samalla hyvin läheisesti perusmetalliesiasteen positiivisen mallin.

Tämän keksinnön mukaista prosessia käytettäessä perusmetallin, täyte-35 ainepedin ja, jos seuraavia käytetään, rajoittimen tai kasvunestimen kooste kuumennetaan metallin sulamispisteen yläpuolella mutta hapettu- 86631 22 misreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan, jolloin saadaan kappale tai allas sulaa metallia hapettavassa ympäristössä. Hapettimen kanssa kosketuksiin joutuessaan sula metalli reagoi muodostaen kerroksen hapettumisreaktiotuotetta. Ollessaan edelleen 5 alttiina hapettavalle ympäristölle sopivalla lämpötila-alueella jäljelläoleva sula metalli vetäytyy progressiivisesti hapettumisreaktiotuot-teeseen ja sen läpi hapettimen suuntaan ja hapettimen kanssa kosketuksiin joutuessaan muodostaa lisää hapettumisreaktiotuotetta. Ainakin osa hapettumisreaktiotuotetta pidetään kosketuksissa sulan perusmetallin ja 10 hapettimen kanssa näiden välillä, jolloin saadaan aikaan monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen jatkuvaa kasvua täyteainepedissä ja sisällytetään täyteaine monikiteiseen hapettumisreaktiotuotteeseen. Moniki-teinen matriisimateriaali jatkaa kasvua niin kauan kuin sopivia hapettumisreaktio-olosuhteita pidetään yllä.

15

Prosessia jatketaan kunnes hapettumisreaktiotuote on suodattanut ja sisäänsä sulkenut toivotun määrän täyteainetta. Saatava keraaminen sekarakennetuote sisältää keraamisen matriisin sisäänsä sulkeman täyteaineen käsittäen monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen ja sisältäen 20 valinnaisesti yhden tai useamman perusmetallin hapettumattoman tai metallisen ainesosan tai aukkoja tai molempia. Näissä monikiteisissä matriiseissa hapettumisreaktiotuotteen kristalliitit ovat tyypillisesti toisiinsa yhdistyneitä useammassa kuin yhdessä ulottuvuudessa, mielellään kolmessa ulottuvuudessa, ja metallin sulkeumat tai aukot ovat 25 osittain toisiinsa yhdistyneitä. Kun prosessia ei jatketa perusmetallin tyhjenemisrajan yli, saatava keraaminen sekarakenne on tiheä ja olennaisesti vailla aukkoja. Kun prosessi viedään loppuun, eli kun niin paljon metallia kuin mahdollista on hapetettu prosessiolosuhteissa, keraamiseen sekarakenteeseen muodostuu huokosia yhdistyneen metallin 30 tilalle. Tämän keksinnön avulla saatava keraaminen sekarakennetuote omaa pääasiassa perusmetalliesiasteen positiivisen malliosan alkuperäiset mitat ja geometrisen konfiguraation negatiivin sovitettuna sulamispisteen ja lämpölaajenemiseron tilavuusmuutoksille perusmetalliesiasteen prosessoinnin aikana suhteessa muodostettuun ja jäähdytettyyn 35 sekarakennekappaleeseen.

8663! 23

Viitaten nyt piirustuksiin tulisi huomata, että kaikki elementit eivät välttämättä ole mittakaavan mukaisia. Esimerkiksi kuvioissa 9-11 esitetyn paperin tai ohuen pahvin ainesosien paksuutta on liioiteltu esityksen selventämiseksi. Kuviossa 1 esitetään perusmetalliesiaste 2 varus -5 tettuna siihen muotoillulla mallilla, johon on viitattu positiivisena mallina ja joka olennaisesti käsittää suorakulmaisen uran 4 ja lieriö-mäisesti muotoillun syvennyksen 6, joka voi esitetyn mukaisesti olla sileä reikä tai kierteistetty reikä muodostettuna pintaan 8 ja suorakulmainen taso 9, joka projisoituu ylöspäin (kuten kuviossa 1 on esi-10 tetty) pinnasta 8. Ura 4, syvennys 6 ja taso 9 on muodostettu perusme-talliesiasteen 2 pintaan 8, ja yhdessä ne käsittävät positiivisen mallin, joka kääntäen toistetaan kuten alla on kuvattu kuvion 3 keraamisen artikkelin yhteydessä. Perusmetalliesiasteella 2 on myös olkalaippa 11, joka etenee sen sivusta 7a siten, että olkalaipan 11 toinen sivu on 15 samassa tasossa pinnan 8 kanssa ja muodostaa pinnan 8 ulokkeen. Perus-metalliesiasteen 2 loppuosa käsittää pinnan 10 (kuvio IA), joka sijaitsee vastapäätä pintaa 8 ja neljää sivua 7a,7b (kuvio 1), 7c ja 7d (kuviot IA ja 2). Pinta 10, sivut 7a-7b ja se osa olkalaipasta 11, joka ei muodosta osaa pinnasta 8, käsittävät perusmetaliiesiasteen 2 ei-toista-20 van osan, kun hiukkasmaisen inerttisen materiaalin 16 ja täyteaineen 14 välinen rajapinta on tasossa X-X (kuvio 2), kuten alla on kuvattu.

Tässä yhteydessä ja jäljempänä seuraavissa patenttivaatimuksissa käytettynä termi "inerttinen materiaali" viittaa hiukkasmaiseen materiaaliin, joka on olennaisesti inerttinen sulalle perusmetallille ja jota 25 sula perusmetalli ei voi kostuttaa prosessiolosuhteissa, eli sulatta-mis- ja hapettumisreaktio-olosuhteissa.

Kuvio 2 esittää perusmetalliesiastetta 2 sijoitettuna tulenkestävään astiaan 12, esimerkiksi alumiinioksidiastiaan, joka sisältää kaksiker-30 roksisen pedin hiukkasmaista materiaalia siten, että astian 12 alaosa on täytetty mukautuvalla täyteaineella 14 ja astian 12 yläosa (yleensä tason X-X yläpuolella) on täytetty mukautuvalla, inerttisellä materiaalilla 16. Perusmetalliesiasteen 2 ei-toistava osa on se osa, jonka inerttinen materiaali 16 peittää ja joka ei siis ole kosketuksissa 35 täyteaineen 14 pedin kanssa. Perusmetalliesiaste 2 voi käsittää minkä tahansa sopivan perusmetallin, esimerkiksi alumiiniperusmetallin. Pe- 86631 24 rusmetalliesiasteen 2 positiivinen malli 4,6,8 ja 9 on sijoitettu mukautuvaan yhteyteen mukautuvan täyteainepedin 14 kanssa siten, että mukautuva täyteaine täyttää uran 4 ja lieriömäisesti muotoillun syvennyksen 6 ja rajoittuu pintaan 8 sekä tason 9 pintoihin mukautuen posi-5 tiivisen mallin vastaaviin muutoksiin. Mukautuva täyteaine 14 ulottuu täten tason X-X yläpuolelle ainoastaan uran 4 ja lieriömäisen syvennyksen 6 kohdalla. Perusmetalliesiasteen ei-toistava osa on näin sisällytettynä inerttiseen materiaaliin 16. Mukautuva täyteaine 14 ei ulotu uran 4 vastakkaisten avoimien päiden ulkopuolelle siten, että uran 4 10 vastakkaisissa päissä on rajapinta mukautuvan täyteaineen 14 ja inert-tisen materiaalin 16 välillä. Jos on tarpeellista tai toivottavaa, sopiva pidätin, kuten paperi, pahvi, muovikalvo, metallilevy (mielellään rei'itetty metallilevy) tai seula, voidaan sijoittaa uran 4 kumpaankin vastakkaiseen päähän, jotta voitaisiin estää mukautuvan täyte-15 aineen 14 tihkuminen ja/tai inerttisen materiaalin 16 sekoittuminen mukautuvan täyteaineen 16 kanssa kokoonpanon aikana.

Kuvion 2 koostetta kuumennettaessa riittävän korkeaan lämpötilaan perusmetalliesiasteen 2 sulattamiseksi kaasufaasihapetin, joka tunkeutuu 20 rajoitinmateriaalin pedin ja mukautuvan täyteaineen läpi ja on siten kosketuksissa sulan metallin kanssa, hapettaa sulan metallin ja siitä johtuva hapettumisreaktiotuotteen kasvu suodattuu mukautuvan täyteaineen 14 petiin. Kasvava hapettumisreaktiotuote ei läpäise inerttistä materiaalia 16, joka tämän vuoksi toimii tehokkaasti siten, että se 25 pidättää sulan metallin hapettumisreaktiotuotteen kasvulle. Esimerkiksi perusmetallin ollessa alumiiniperusmetallia ja ilman ollessa hapetin hapettumisreaktiolämpötila voi olla noin 850-1450°C, mielellään 900-1350°C, ja hapettumisreaktiotuote on alumiinioksidia, tyypillisesti alfa-alumiinioksidia. Sula metalli siirtyy läpi hapettumisreaktiotuot-30 teen muodostuvan kalvon tilavuudesta, jossa aikaisemmin sijaitsi perus-metalliesiaste 2, ja reaktion jatkuessa inerttisen materiaalin pedin 16 tilan, jossa aikaisemmin sijaitsi perusmetalliesiaste 2, tyhjentää osittain tai olennaisesti kokonaan sulan perusmetallin siirtyminen hapettumisreaktiotuotteen läpi sen ulkopinnalle, jossa se joutuu koske-35 tuksiin kaasufaasihapettimen kanssa mukautuvassa täyteainepedissä 14 ja hapettuu muodostaakseen lisää hapettumisreaktiotuotetta. Inerttisen 86631 25 materiaalin 16 hiukkasten liikkuminen sulan perusmetallin tyhjentämään tilaan, eli perusmetalliesiasteen 2 alkuperäiseen paikkaan, on hyväksyttävää, koska sillä ei pitäisi olla negatiivista vaikutusta kasvavaan keraamiseen kappaleeseen. Jos kuitenkin on käytetyn positiivisen mallin 5 geometriasta johtuen toivottavaa tai välttämätöntä, voidaan käyttää jäykkää pidätintä tällaisen liikkeen estämiseksi. Sopiva jäykkä pidätin voitaisiin esimerkiksi sijoittaa perusmetalliesiasteen 2 pinnalle 10 hiukkasmaisen inerttisen materiaalin 16 pitämiseksi paikoillaan sulan perusmetallin suodattuessa täyteaineen 14 petiin.

10

Saatava hapettumisreaktiotuote käsittää monikiteisen keraamisen materiaalin, joka voi sisältää sulan perusmetallin hapettumattomien ainesosien sulkeumia. Kun toivottu määrä keraamisen matriisin kasvua on saavutettu, koosteen annetaan jäähtyä ja saatava keraaminen sekaraken-15 ne, jonka mitat on esitetty katkoviivalla 18 kuviossa 2, erotetaan inerttisestä materiaalista 16 ja liiasta mukautuvasta täyteaineesta sekä astiaan 12 jääneestä reagoimattomasta perusmetallista, jos tätä on jäljellä. Reagoimaton perusmetalli, jos tätä on jäljellä, ja mikä tahansa ohut oksidikerros, joka on muodostunut inerttisen materiaalin 16 20 rajapintaan, voidaan helposti erottaa keraamisesta sekarakenteesta.

Näin muodostunut keraaminen sekarakenne toistaa kääntäen positiivisen mallin muodon, ja keraamisen kappaleen loppuosa voidaan muotoilla toivotulla tavalla työstämällä tai hiomalla tai muutoin muotoilemalla se toivottuun ulkomuotoon. Kuten kuviossa 3 on havainnollistettu, esimer-25 kiksi viimeistellyllä keraamisella sekarakennekappaleella 20 on toistettu pinta, eli negatiivinen malli, joka on uran 4, syvennyksen 6 ja perusmetalliesiasteen 2 laipan 9 määrittämän positiivisen mallin negatiivi. Keraamisen sekarakennekappaleen 20 toistettu negatiivinen malli sisältää loven 21, joka on laipan 9 toistettu negatiivinen malli, sekä 30 navan 22, joka on syvennyksen 6 toistettu negatiivinen malli. Loven 21 mitat ovat yhdenmukaiset laipan 9 mittojen kanssa, ja navan 22 mitat ovat yhdenmukaiset syvennyksen 6 mittojen kanssa. Samalla tavoin suorakulmion muotoinen taso 24 on yhdenmukainen uran 4 kanssa ja käsittää sen kääntäen toistetun negatiivisen mallin. Sekarakennekappaleen 20 35 pinta 26 on samaten perusmetalliesiasteen 2 pinnan 8 kääntäen toistettu negatiivinen malli. Sekarakennekappaleen 20 jäljelläolevat osat, esim.

86631 26 sivut 28a ja 28b sekä kaksi sivua (eivät näy kuviossa 3) tässä järjestyksessä vastapäätä sivuja 28a ja 28b ja pintaa 26 vastapäätä oleva pinta (ei näy kuviossa 3) on muotoiltu työstämällä, hiomalla tai muutoin muotoilemalla tason X-X alapuolelle kasvatettu, keraamisen kappa-5 leen yleensä pitkulaisen muotoinen ulkopinta, jonka muoto on yleisesti osoitettu kuviossa 2 katkoviivalla 18. Koska olkalaippa 11 on sisällytetty inerttiseen materiaaliin 16 (kun rajapinta inerttisen materiaalin 16 ja täyteaineen 14 välillä on tasossa X-X) ainoastaan sen osan olka-laipasta 11, joka käsittää pinnan 8 pidennyksen, ollessa kosketuksissa 10 täyteaineen 14 kanssa, olkalaippa 11 ei jäljenny keraamiseen kappaleeseen 20. Tässä suoritusmuodossa olkalaipan 11 tarkoituksena on lisätä keraamisen kappaleen 20 pituutta (mitattuna sen pääpituusakselia pitkin) , koska täyteaineen 14 ja esiasteen 2 mukautuvan yhdistymisen pinta-alaa (pinnalla 8) lisää olkalaipan 11 leveys. Jos esimerkiksi jäte-15 tään huomioimatta mikä tahansa keraamisen kappaleen 20 hiomisen aiheuttama esilyhentyminen sen Jälkikäsiteltyjen pintojen 28,28a, jne. aikaansaamiseksi, keraamisen kappaleen 20 pituus tason 24 ja sen sivupinnan 28a välillä on esitetty kuviossa 3 mitalla L', joka on olennaisesti sama kuin mitta L kuviossa 1. Jos olkalaippa 11 jätettäisiin pois 20 perusmetalliesiasteesta 2, keraamisen kappaleen 20 pituus L' (kuvio 3) olisi olennaisesti sama kuin mitta s kuviossa 1.

Valitsemalla sopiva materiaali täyteaineeksi ja pitämällä yllä hapettumisreaktio-olosuhteita riittävän pitkän ajan kaiken sulan perusmetal-25 Iin tyhjentämiseksi olennaisesti rajoittimesta, joka esitetyssä suoritusmuodossa muodostuu pedistä 16, saadaan aikaan luotettava perusote-talliesiasteen 2 positiivisen mallin käänteistoisto keraamisen kappaleen 20 pinnan 26, tason 24, navan 22 ja loven 21 avulla. Jos reagoimatonta perusmetallia jää jäljelle keraamiseen kappaleeseen, se voidaan 30 helposti poistaa saatavasta keraamisesta kappaleesta luotettavan kään-: ’ teistoiston paljastamiseksi. Koska perusmetalliesiasteen 2 (ja sen vuoksi toistetun muodon 21,22,26,24) esitetty muoto on suhteellisen ‘ yksinkertainen, paljon monimutkaisemmalla geometrialla varustettuja positiivisia malleja voidaan muodostaa perusmetalliesiasteeseen 2 ja 35 kääntäen toistaa luotettavasti sekarakenteisen keraamisen kappaleen negatiivisena mallina esillä olevan keksinnön tekniikoiden avulla.

27 B6631

Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa perusmetalliesiaste 2 voitaisiin sisällyttää syvemmälle mukautuvan täyteaineen 14 petiin tai pedin 14 korkeutta voitaisiin lisätä tason Y-Y osoittamalle tasolle tai mille 5 tahansa tasojen X-X ja Y-Y väliselle tasolle. Mukautuva täyteaine 14 voitaisiin ulottaa jopa tason Y-Y yläpuolelle peittämään osan perusme-talliesiasteen 2 pinnasta 10 edellyttäen, että osa siitä jätetään vapaaksi kosketuksesta täyteaineen kanssa, jotta vältettäisiin hapettu-misreaktiotuotteen täysin sisäänsä sulkeman syvennyksen muodostuminen. 10 Positiivisen malliosan koko lisääntyy täyteainepedin 14 korkeuden noustessa sisältämään sen osan perusmetalliesiasteen 2 sivuja 7a,7b,7c ja 7d, jonka mukautuva täyteaine 14 sulkee sisäänsä. Hapettumisreaktio-tuotteen kasvua ei tällöin tapahtuisi ainoastaan pinnan 8 ja uran 4, syvennyksen 6 ja laipan 9 pintojen läpi, vaan myös perusmetalliesias-15 teen 2 sivujen 7a-7d sen osan läpi, jota ympäröi täyteaine 14 ja joka on sen kanssa kosketuksissa. Tällaisessa tapauksessa perusmetalliesiasteen 2 ei-toistava osa olisi se osa, joka olisi jäänyt erilleen täyteaineesta 14, kuten esimerkiksi vain perusmetalliesiasteen pinta 10 mukautuvan täyteaineen ulottuessa tasoon Y-Y.

20

Kuvio 4 esittää läpileikkausperspektiivikuvaa keraamisesta kappaleesta 30, joka on saatu käyttämällä keksintöä kuvion 4 koosteen mukaisesti, jossa rajapinta täyteaineen 14 ja inerttisen materiaalin 16 välillä on tasossa Y-Y siten, että täyteaine 14 on mukautuvassa yhteydessä metal-25 liesiasteen 2 jokaisen pinnan kanssa pintaa 10 lukuunottamatta. Tässä järjestelyssä pinta 10 käsittää kokonaisuudessaan perusmetalliesiasteen ei-toistavan osan, jonka positiivinen malli koostuu pinnasta 8 sekä sivuista 7a,7b,7c ja 7d sisältäen täten uran 4, syvennyksen 6 ja laipan 9 lisäksi olkalaipan 11. Käytettäessä keksinnön mukaista prosessia . 30 siten, että täyteaine 14 ulottuu tasoon Y-Y hapettumisreaktiotuotteen kasvu muodostaa keraamisen sekarakennekappaleen, kuten yleisesti on esitetty katkoviivalla 19 kuviossa 2. Saatava keraaminen kappale 30, sen jälkeen kun se on erotettu liiasta täyteaineesta 14 ja inerttisestä materiaalista 16, on esitetty kuviossa 4 ennen kuin se on hiottu tai 35 työstetty (tarvittaessa) pitkin pintoja, jotka ovat yleensä yhdenmukaiset kuvion 3 keraamisen kappaleen 20 sivupintojen 28a, 28b ja vierek- 8 6 6 5 ! 28 käisten sivu- ja pohjapintojen (eivät näy kuviossa 3) kanssa. Keraaminen kappale 30 on esitetty kuviossa 4 siinä tilassa, jossa se on poistettu astiasta 12, ja sillä on ulkopinta 32, pohjapinta 34 (kuviossa 4 esitettynä) sekä seinämäpinnat 36a,36b ja 36c, jotka tässä järjestyk-5 sessä käsittävät negatiiviset mallit, jotka kääntäen toistavat perusme-talliesiasteen 2 sivupinnat 7a,7b ja 7c. (Perusmetalliesiasteen 2 sivupinnan 7d kääntäen toistava sisäseinämän pinta on jätetty pois kuvion 4 läpileikkauskuvasta, joka on rinnan poisjätetyn, sivupinnan 7d kääntäen toistavan sisäseinämän kanssa mutta siitä sisäänpäin.) Hapettumisreak-10 tiotuotteen kasvu täyteaineen 14 niiden osien läpi, jotka ovat mukautuvat yhteydessä kuvion 2 sivupintojen 7a-7d kanssa, johtaa vastakkaisten sisäseinämien 36a,36b,36c ja neljännen sisäseinämän (ei esitetty, toistaa kääntäen pinnan 7d) muodostumiseen, jolloin saadaan yleensä suorakulmion muotoinen syvennys 38, jota määrittävät yllämainitut sisäseinä-15 mät ja pinta 26'. Pinta 26' käsittää esiasteen 2 pinnan 8 kääntäen toistavan negatiivisen mallin ja vastaa yleensä kuvion 3 suoritusmuodon pintaa 26. Pinnassa 26' on lovi 21', napa 22' ja taso 24', jotka yleisesti vastaavat kuvion 3 suoritusmuodon lovea 21, napaa 22 ja tasoa 24. Keraamisella kappaleella 30 on lisäksi sisäseinämän 36 juurella lovi 20 tai kanava 40, joka on negatiivinen malli, joka kääntäen toistaa esiasteen 2 olkalaipan 11. Keraaminen kappale 30 voidaan valinnaisesti jäl-kikäsitellä esimerkiksi hiomalla tai työstämällä lattapintojen aikaansaamiseksi, kuten kuviossa 4 on katkoviivoin (numeroimattomin) ehdotettu.

25

Ajateltaessa ylläolevaa kuvausta erimuotoisista keraamisista kappaleista, jotka on saatu muuttamalla esiasteen 2 suhteellista asemaa täyteaineen 14 ja inerttisen materiaalin 16 väliseen rajapintaan, voidaan havaita, että esiasteesta 2 saatu sula perusmetalli etenee ja kasvaa ha-;V: 30 pettumisreaktiotuotteena täyteaineen 14 petiin esiasteen 2 niiden alueiden läpi, jotka ovat kosketuksissa esiasteen 2 pinnan kanssa tai yhdistyvät sen kanssa. Jos oletetaan, että käytetään materiaaleja ja olosuhteita, joilla saadaan aikaan hapettumisreaktiotuotteen kasvu esiasteen 2 kaikkien pintojen läpi, joiden kosketusta ei estetä rajoit-_ 35 timella, havaitaan, että sula perusmetalli tyhjentää tilan, jossa ai kaisemmin sijaitsi esiaste 2, ja kasvaa hapettumlsreaktiotuotteena 86631 29 täyteaineeseen 14 toistaen luotettavasti kääntäen saatavaan itsekanta-vaan keraamiseen sekarakennekappaleeseen rajapinnan konfiguraation perusmetalliesiasteen 2 positiivisen mallin ja läpäisevän täyteaineen 14 välillä, joka on sijoitettu mukautuvaan yhteyteen sen kanssa. Jos 5 esimerkiksi täyteaineen 14 ja inerttisen materiaalin 16 välinen rajapinta sijoitettaisiin tasojen X-X ja Y-Y välille, sisäseinämien 36a,36b,36c ja pintaa 7d toistavan sisäseinämän korkeus ja näin ollen syvennyksen 38 syvyys vähenisivät vastaavasti. Jos esimerkiksi täyteaineen 14 ja inerttisen materiaalin 16 välinen rajapinta olisi tasossa Z-10 Z, yllämainittujen sisäseinämien korkeus olisi pienempi kuin navan 22' tai tason 24' korkeus.

Tulisi ymmärtää, että täyteaineen läpäisevät ja mukautuvat ominaisuudet, kuten yllä on kuvattu, ovat täyteaineen kokonaiskoostumuksen omi-15 naisuuksia ja että täyteaineen yksittäisillä ainesosilla ei tarvitse olla yhtään tai kaikkia näitä ominaisuuksia. Näin ollen täyteaine voi käsittää yhden materiaalin, saman materiaalin hiukkasten seoksen, jotka ovat erilaisia seulamitaltaan (hiukkaskooltaan), tai kahden tai useamman materiaalin seoksia. Jälkimmäisessä tapauksessa täyteaineen jotkut 20 ainesosat eivät ehkä ole riittävän läpäiseviä tai mukautuvia, mutta täyteaineella, jonka ainesosia ne ovat, on vaadittava mukautuvuus ja läpäisevyys muiden materiaalien läsnäolon ansiosta. Lukuisilla materiaaleilla, jotka ovat hyödyllisiä täyteaineita keraamisessa sekaraken-teessa antaen sille toivotut ominaisuudet, on myös ylläkuvatut läpäise-25 vät ja mukautuvat ominaisuudet.

Täyteaineen yksittäisiä ainesosia ajatellen yksi sopiva täyteaineaines-osaluokka sisältää ne kemialliset laadut, jotka prosessin lämpötila- ja hapettumisolosuhteissa eivät ole haihtuvia, ovat lämpödynaaraisesti sta-30 biileja, eivätkä reagoi sulan perusmetallin kanssa tai liukene siihen liikaa. Alan asiantuntijat tuntevat lukuisia nämä kriteerit täyttäviä aineita tapauksessa, jossa alumiiniperusmetallia käytetään ilman tai hapen ollessa hapettimena. Tällaisia materiaaleja ovat yksimetalliset oksidit: alumiini, Al203; serium, Ce02; hafnium, Hf02; lantaani, La203; 35 neodyymi, Nd203; praseodyymi, erilaiset oksidit; samarium, Sm203; skan-dium, Sc203; torium, Th02; uraani, U02; yttrium, Y203; sirkonium, Zr02.

30 86651

Lisäksi lukuisia binaarisia, tertiaarisia ja korkeamman asteen metallisia yhdisteitä kuten spinelli, MgO.Al203, sisältyy tähän stabiilien tulenkestävien yhdisteiden luokkaan.

5 Toisen luokan sopivia täyteaineyhdisteitä muodostavat ne, jotka eivät ole luontaisesti stabiileja suositeltavan suoritusmuodon mukaisessa hapettumis- ja korkean lämpötilan ympäristössä, mutta jotka hajoamis-reaktioiden suhteellisen alhaisesta kinetiikasta johtuen voidaan sisällyttää täyteainefaasiksi kasvavaan keraamiseen kappaleeseen. Yhtenä 10 esimerkkinä mainittakoon piikarbidi.

Tämä materiaali hapettuisi täysin olosuhteissa, jotka vaaditaan esimerkiksi alumiinin hapettamiseksi hapen tai ilman kanssa keksinnön mukaisesti, ellei läsnä olisi suojaavaa kerrosta piioksidia, joka muo-15 dostuu ja peittää piikarbidihiukkaset rajoittaakseen edelleen piikarbi-din hapettumista. Suojaava piioksidikerros sallii piikarbidihiukkasten myös sintrautua tai sitoutua lievästi toisiinsa ja muihin täyteaineen ainesosiin prosessin hapettumisreaktio-olosuhteissa alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman tai hapen ollessa hapettimena.

20

Kolmannen luokan sopivia täyteaine-ainesosia muodostavat ne, esimerkiksi hiilikuidut, joiden ei lämpödynaamisin tai kineettisin perustein oleteta selviävän hapettavasta ympäristöstä tai alttiinaolosta suositeltavaan suoritusmuotoon liittyvälle sulalle alumiinille, mutta jotka 25 voidaan tehdä sopiviksi prosessille, jos 1) ympäristö tehdään vähemmän aktiiviksi käyttämällä esimerkiksi C0/C02:ta hapettavana kaasuna tai 2) levittämällä siihen päällyste, kuten alumiinioksidi, joka tekee lajin kineettisesti reagoimattomaksi hapettavassa ympäristössä tai sen ollessa alttiina sulalle metallille.

30

Kuten hakijan patenteissa on kuvattu, keksinnön lisäsuoritusmuodossa metalliin voidaan lisätä lisäaineita, mikä vaikuttaa suotuisasti hapet-tumisreaktioprosessiin. Lisäaineen toiminta tai toiminnot voivat riippua lukuisista tekijöistä, muistakin kuin itse lisäaineesta. Näitä 35 tekijöitä ovat esimerkiksi käytetty perusmetalli, toivottu lopputuote, käytetty lisäaineiden yhdistelmä kahta tai useampaa lisäainetta käytet- 31 80631 täessä, ulkoisesti levitetyn lisäaineen käyttö yhdessä lejeeratun lisäaineen kanssa, hapettava ympäristö ja prosessiolosuhteet.

Lisäaine tai -aineet 1) voidaan järjestää perusmetallin seostavina 5 ainesosina, 2) voidaan levittää ainakin osalle perusmetallin pintaan, tai 3) voidaan lisätä täyteaineeseen tai osaan täyteainepedistä, esimerkiksi riittävän syvälle täyteaineeseen, jotta tapahtuu mukautuminen perusmetalliesiasteen positiiviseen malliin, tai mitä tahansa tekniikoiden 1), 2) ja 3) yhdistelmää voidaan käyttää. Lejeerattua lisäainet-10 ta voidaan esimerkiksi käyttää yhdessä ulkoisesti lisätyn lisäaineen kanssa. Tekniikan 3) tapauksessa, jossa lisäaine tai -aineet lisätään täyteaineeseen, lisäys voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, kuten hajauttamalla lisäaineet täyteaineen massan osan tai koko massan läpi päällysteinä tai hiukkasten muodossa sisältäen mielellään 15 ainakin osan perusmetallin viereistä täyteainepetiä. Lisäaineiden lisäys täyteaineeseen voidaan myös suorittaa levittämällä kerros yhtä tai useampaa lisäainetta petiin ja sen sisään mukaanlukien mitkä tahansa sen sisäisistä aukoista, raoista, väylistä, välitiloista tai vastaavista, jotka tekevät sen läpäiseväksi. Sopiva tapa minkä tahansa lisäai-20 neen lisäämiseksi on yksinkertaisesti sisällyttää koko peti lisäaine-nesteeseen (esim. liuokseen). Lisäainelähde voidaan myös järjestää saattamalla jäykkä kappale lisäainetta kosketuksiin perusmetallin pinnan ja täyteainepedin osan kanssa ja näiden välille. Ohut levy piitä sisältävää lasia (lisäaineena hyödyllinen alumiiniperusmetallin hapet-25 tumiselle) voidaan esimerkiksi sijoittaa perusmetallin pinnalle. Kun piitä sisältävällä materiaalilla päällystetty alumiiniperusmetalli (joka voidaan sisäisesti seostaa Mg:llä) kuumennetaan hapettavassa ympäristössä (esim. alumiini ilmassa, lämpötila noin 850-1450°C, mielellään 900-1350°C), tapahtuu monikiteisen keraamisen materiaalin kasvu 30 läpäisevään petiin. Tapauksessa, jossa lisäaine lisätään ulkoisesti ainakin osaan perusmetallin pinnasta, monikiteinen oksidirakenne yleensä kasvaa läpäisevässä täyteaineessa olennaisesti lisäainekerroksen ulkopuolelle (eli levitetyn lisäainekerroksen syvyyden ulkopuolelle). Yksi tai useampi lisäaine voidaan joka tapauksessa levittää ulkoisesti 35 perusmetallin pintaan ja/tai läpäisevään petiin. Lisäksi perusmetalliin lejeerattuja lisäaineita ja/tai perusmetallin ulkoisesti lisättyjä 86631 32 lisäaineita voidaan tukea täyteainepetiin lisätyllä lisäaineella (lisätyillä lisäaineilla). Näin ollen perusmetallin kanssa lejeerattujen lisäaineiden ja/tai perusmetalliin ulkoisesti lisättyjen lisäaineiden pitoisuuksien mitä tahansa puutteellisuuksia voidaan kompensoida petiin 5 lisättyjen lisäaineiden lisäpitoisuuksilla ja päin vastoin.

Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita erityisesti ilman ollessa hapettimena ovat esimerkiksi magnesiummetalli ja sinkkimetalli yhdessä toistensa kanssa tai yhdessä muiden alla kuvattujen lisäainei-10 den kanssa. Näitä metalleja tai sopivaa metallien lähdettä voidaan seostaa alumiinipohjaiseen perusmetalliin kummankin pitoisuuden ollessa noin 0,1-10 paino-% perustuen saatavan seostetun metallin kokonaispainoon. Tällä alueella olevien pitoisuuksien on todettu aloittavan keraamisen kasvua lisäävän metallin kulkua ja vaikuttavan suotuisasti saata-15 van hapettumisreaktiotuotteen kasvumorfologiaan. Kunkin lisäaineen pitoisuus riippuu sellaisista tekijöistä kuin lisäaineiden yhdistelmä ja prosessilämpötila.

Muita lisäaineita, jotka ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapet-20 tumisreaktion kasvua alumiinipohjaisissa perusmetallijärjestelmissä, ovat esimerkiksi pii, germanium, tina ja lyijy erityisesti käytettynä yhdessä magnesiumin tai sinkin kanssa. Yksi tai useampi tällainen lisäaine tai niiden sopiva lähde lejeerataan alumiiniperusmetallijärjestel-mään kunkin pitoisuuden ollessa noin 0,5-15 paino-% kokonaisseoksesta; 25 toivottavampi kasvukinetiikka ja kasvumorfologia saadaan kuitenkin lisäaineiden pitoisuuksien ollessa alueella 1-10 paino-% kokonaisperus-metalliseoksesta. Lisäaineena lyijy lejeerataan yleensä alumiinipohjaiseen perusmetalliin ainakin 1000°C:n lämpötilassa, jotta autettaisiin sen alhaista 1iukenevuutta alumiiniin: muiden lejeerausainesosien, 30 esim. tinan, lisääminen yleensä lisää lyijyn liukenevuutta ja sallii lejeerausmateriaalin lisäämisen alemmassa lämpötilassa.

Olosuhteista riippuen voidaan käyttää yhtä tai useampaa lisäainetta, kuten yllä on selvitetty. Jos esimerkiksi alumiini on perusmetalli ja 35 ilma hapetin, erityisen hyödyllisiä lisäalneyhdistelmiä ovat a) magnesium ja pii tai b) magnesium, sinkki ja pii. Näissä esimerkeissä suosi- 86631 33 teltava magnesiumpitoisuus jää alueelle noin 0,1-3 paino-%, sinkin pitoisuus alueelle noin 1-6 paino-% ja piin pitoisuus alueelle 1-10 paino - %.

5 Perusmetallin ollessa alumiini, joka on sisäisesti seostettu magnesiumilla, ja hapetusvälineen ollessa ilma tai happi on havaittu, että magnesium ainakin osittain hapettuu seoksesta lämpötila-alueella 820-950°C. Tällaisissa magnesiumseosteisissa järjestelmissä magnesium muodostaa magnesiumoksidi- ja/tai spinellifaasin sulan alumiiniseoksen 10 pinnalle, ja kasvuprosessin aikana tällaiset magnesiumyhdisteet jäävät pääosin perusmetalliseoksen lähtöoksidipinnalle (eli "lähtöpinnalle") kasvavassa keraamisessa rakenteessa. Tällaisissa magnesiumseosteisissa järjestelmissä alumiinioksidiperustainen rakenne tuotetaan täten erillään lähtöpinnalla olevasta suhteellisen ohuesta spinellikerroksesta.

15 Haluttaessa tämä lähtöpinta voidaan helposti poistaa esimerkiksi hiomalla, työstämällä, kiilloittamalla tai hiekkapuhaltamalla. Lisäksi erittäin ohut (esim. ohuempi kuin noin 2 μπι) magnesiumoksidia on havaittu ulkopinnalla, joka voidaan haluttaessa helposti poistaa esimerkiksi hiekkapuhalluksella.

20

Muita alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita ovat natrium, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yksittäin tai yhdessä yhden tai useamman lisäaineen kanssa hapettimesta ja prosessiolosuhteista riippuen. Natriumia ja litiumia voidaan käyttää 25 hyvin pieninä määrinä miljoonasosien alueella, tyypillisesti 100-200 miljoonasosaa, ja kumpaakin voidaan käyttää yksin tai yhdessä tai yhdistelmissä muiden lisäaineiden kanssa. Harvinaiset maametallit, kuten serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium, ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen erityisesti käytettynä 30 yhdessä muiden lisäaineiden kanssa.

Kuten yllä on huomautettu, perusmetalliin ei ole välttämätöntä lejee-rata mitään lisäainetta. Esimerkiksi yhden tai useamman lisäaineen selektiivinen levittäminen perusmetallin koko pinnalle tai sen osalle 35 sallii paikallisen keraamisen kasvun perusmetallin pinnalta tai sen osalta ja mahdollistaa monikiteisen keraamisen materiaalin kasvun lä- 34 80631 päisevdän täyteaineeseen valituilla alueilla. Näin ollen monikiteisen keraamisen materiaalin kasvua läpäisevään petiin voidaan säädellä sijoittamalla lisäaine paikallisesti perusmetallin pinnalle. Lisätty lisäainepdällyste tai -kerros on ohut suhteessa perusmetallikappaleen 5 paksuuteen, ja hapettumisreaktiotuotteen kasvu tai muodostuminen läpäisevään petiin ulottuu olennaisesti lisäainekerroksen ulkopuolelle, eli levitetyn lisäainekerroksen syvyyden ulkopuolelle. Tällainen lisä-ainekerros voidaan levittää maalaamalla, sisällyttämällä, silkkiseulal-la, haihduttamalla tai muutoin lisäämällä lisäaine nesteen tai pastan 10 muodossa tai ruiskuttamalla tai yksinkertaisesti asettamalla kerros kiinteää hiukkasmaista lisäainetta tai kiinteä ohut lisäainelevy tai -kalvo perusmetallin pinnalle. Lisäaine voi, mutta sen ei tarvitse, sisältää orgaanisia tai epäorgaanisia sideaineita, apuaineita, liuottimia ja/tai paksuntimia. On suositeltavaa lisätä lisäaineet jauheina 15 perusmetallin pintaan tai hajauttaa ne ainakin osan täyteainetta läpi. Yksi erityisen suositeltava menetelmä lisäaineiden levittämiseksi perusmetallin pintaan on käyttää lisäaineiden nestesuspensiota veden ja orgaanisen sideaineen seoksessa perusmetallin pintaan suihkutettuna, jotta saadaan kiinnittyvä päällyste, joka helpottaa seostetun perusme-20 tallin käsittelyä ennen prosessointia.

Ulkoisesti käytettynä lisäaineet lisätään tavallisesti osaan perusmetallin pinnasta yhtenäisenä päällysteenä. Lisäaineen määrä on tehokas laajalla alueella suhteessa perusmetallin määrään, johon se on lisätty, 25 ja alumiinin ollessa kyseessä kokeilla ei ole pystytty osoittamaan ylä-eikä alatoimintarajoja. Käytettäessä esimerkiksi piitä piidioksidin muodossa, joka on ulkoisesti lisätty lisäaineena alumiinipohjaiseen perusmetalliin ilman tai hapen ollessa hapettimena, niinkin alhaisia määriä kuin 0,0001 grammaa piitä per neliösenttimetri perusmetallin 30 ulkoisesti seostettua pintaa tai noin 0,00003 grammaa piitä per gramma hapetettavaa perusmetallia voidaan käyttää tuottamaan monikiteinen keraaminen kasvuilmiö. Yhtä tai useampaa muuta lisäainetta voidaan käyttää: esimerkiksi piilisäainetta voidaan täydentää lisäaineella, joka käsittää magnesiumia ja/tai sinkin lähteen. On havaittu myös, että ' 35 keraaminen rakenne on saavutettavissa alumiinipohjaisesta perusmetal lista ilman tai hapen ollessa hapettimena käyttäen MgO:ta tai MgAl204:ä „ 86631 35 tai molempia lisäaineena määrässä, joka on suurempi kuin 0,003 grammaa Mg:tä per neliösenttimetri perusmetallin ulkoisesti seostettua pintaa tai suurempi kuin 0,0008 grammaa Mg:tä per gramma hapetettavaa perusmetallia.

5

Ylläkuvattuja lisäaineen lisäystekniikoita 2) ja 3), eli lisäaineen ulkoista lisäystä ainakin osaan perusmetallin pinnasta tai täyte-ainepetiin tai osaan täyteainepedistä, voidaan käyttää keksinnön suoritusmuodossa, jossa hapettumisreaktiotuotteen kasvunsäätö saadaan 10 aikaan tällaisella lisäaineen ulkoisella lisäyksellä. Materiaalit ja olosuhteet voidaan valita siten, että merkittävää hapettumisreaktiotuotteen kasvua ei tapahdu niistä perusmetallin osista, joista puuttuu ulkoinen lisäaine, ja perusmetalliesiastetta ei lejeerata riittävällä lisäaineella hapettumisreaktion helpottamiseksi. Kun ulkoista lisäai-15 netta käytetään ainoastaan perusmetalliesiasteen positiivisen malliosan yhteydessä, rajoitin voidaan jättää pois ei-toistavasta osasta, Tulee kuitenkin ymmärtää, että lisäaineen ulkoista lisäystä voidaan myös käyttää yhdessä rajoittimen kanssa.

20 Ulkoisen lisäaineen käyttötekniikka on havainnollistettu kuviossa 5, jossa perusmetalliesiaste 2 on sisällytetty mukautuvan täyteaineen 14 petiin siten, että perusmetalliesiasteen kaikki pinnat mukaanlukien sen ei-toistava osa ovat mukautuvassa yhteydessä mukautuvan täyteaineen 14 kanssa. Tällainen sisällyttäminen saavutettaisiin esimerkiksi korvaa-25 maila kuvion 2 inerttisen materiaalin 16 peti mukautuvalla täyteaineella siten, että tulenkestävä astia 12 on kokonaan täytetty mukautuvan täyteaineen 14 pedillä ja että perusmetalliesiaste 2 on siihen sisällytetty. Kuvion 5 suoritusmuodossa lisäaineen ulkoista lisäystä on käytetty antamaan sama vaikutus, joka saavutettaisiin kuvion 2 suoritus-30 muodossa, jos mukautuvan täyteainepedin 14 ja hiukkasmaisen inerttisen materiaalipedin 16 välinen rajapinta olisi tasossa X-X. Tämän vaikutuksen aikaansaamiseksi lisäainekerros 40 levitetään peittämään pinnasta 8 koostuva positiivisen malliosan koko pinta, jolla, kuten yllä on kuvattu kuvioiden 1-4 suoritusmuotoihin viitaten, on ura 4, syvennys 35 6 ja siihen muodostettu laippa 9 ja jossa olkalaippa 11 muodostaa sen jatkeen. Pinnat 10,7a,7c,7b ja 7d sekä lisäaineella 40 päällystämättö- 36 86 631 mät olkalaipan pinnat muodostavat yhdessä perusmetalliesiasteen 2 ei-toistavan osan kuviossa 5 havainnollistetussa suoritusmuodossa (pinta 7b ei näy kuviossa 5). Kuvion 5 suoritusmuodossa käytetyt hapettumisreaktio-olosuhteet ovat sellaiset, että lisäainekerroksen 40 edellyte-5 tään edistävän hapettumisreaktiotuotteen kasvua, ja lisäainekerroksen 40 jäädessä pois hapettumisreaktiotuotteen kasvua estetään tai ehkäistään riittävästi, jotta vältettäisiin hapettumisreaktiotuotteen merkittävissä määrin tapahtuva muodostuminen perusmetalliesiasteen 2 pinnoilta käsittäen sen ei-toistavan osan. Näin ollen tässä suoritusmuodossa 10 perusmetalliesiaste ei sisältäisi lainkaan tai sisältäisi riittämättömän määrän lejeerattua lisäainetta hapettumisreaktiotuotteen kasvun edistämiseksi saatavissa olosuhteissa. Sellaiset tekijät kuin perusmetallin koostumus, hapettimen koostumus ja määrä ja toimintalämpötila määräävät, vaatiiko tietty perusmetalli lisäaineen käyttöä voidakseen 15 muodostaa hapettumisreaktiotuotetta hyväksyttävällä nopeudella. Kuviossa 5 esitetyllä järjestelyllä ja olosuhteissa, joissa lisäainekerros 40 vaaditaan edistämään merkittävää hapettumisreaktiotuotteen kasvua, mitään merkittävää kasvua ei tapahdu ei-toistavasta osasta, vaikka se on mukautuvassa kosketuksessa mukautuvan täyteainepedin 14 kanssa, joka 20 on läpäisevä hapettumisreaktiotuotteen kasvulle lävitseen. Lisäainekerroksen 40 sijasta tai sen lisäksi sopivaa lisäainetta voidaan käyttää mukautuvan täyteaineen 14 pedin niissä osissa tai vyöhykkeissä, jotka ovat vastapäätä perusmetalliesiasteen 2 positiivista malliosaa, sen vieressä tai kosketuksissa sen kanssa. Edelleen kiinteää tai nestemäis-25 tä hapetinta voidaan käyttää tällaisissa täyteainepedin vyöhykkeissä aikaansaamaan suotuisaa kasvun kinetiikkaa positiivisessa malliosassa. Koosteesta saatava tuote, joka on osittain esitetty kuviossa 5, olisi samanlainen tai identtinen kuviossa 3 esitetyn keraamisen sekarakenne-kappaleen kanssa.

30

Kuvio 6 esittää keksinnön suoritusmuotoa, jossa perusmetalliesiaste 2' on sisällytetty mukautuvan täyteaineen 14 petiin, joka itse jää yleensä suorakulmaisen sulkeuman 42 sisään, joka on tehty huokoisen rajoitinma-teriaalin käsittävästä aineesta. Sulkeuma 42 on olennaisesti mukautuvan 35 täyteaineen 14 ja siihen sisällytetyn perusmetalliesiasteen 2' täyt-tämä. Huokoinen rajoitinmateriaali, josta sulkeuma 42 on tehty, voi 37 f? 6 6 31 esimerkiksi käsittää ruostumattoman terässeulan. Sulkeumalla 42 on ylä-ja alapintoihinsa 42a ja 42b (katso kuvio 6) muodostettu ympyränmuotoinen aukko, ja pari ympyränmuotoisia lieriömäisiä putkia 44a,44b on työnnetty näiden aukkojen läpi ulottuen perusmetalliesiasteen 2' vas-5 taaviin vastakkaisiin pintoihin 46,48. Putket 44a,44b on kumpikin täytetty inerttisellä materiaalilla 16, ja itse putket voi olla muodostettu huokoisesta rajoitinmateriaalista tai seulasta, joka on identtinen tai samanlainen sulkeuman 42 rajoittimen tai seulan kanssa. Perusmetal-liesiasteella 2' on tässä suoritusmuodossa pinnasta 48 ulkoneva laippa 10 50. Kuviossa 6 näkyvät sivupinnat 52a,52c ja perusmetalliesiasteen 2' etupinta 52d. (Termejä "sivu-" ja "etu-" on edelläolevassa lauseessa käytetty kuvion 6 esitystavan mukaan.) Perusmetallin 2' takapinta (kuvion 6 mukaan) ei näy kuviossa 6. Tulee ymmärtää, että perusmetalliesiasteen 2' kaikki kuvatut pinnat ovat mukautuvassa kosketuksessa 15 sulkeumassa 42 olevaan täyteaineeseen 14 lukuunottamatta vastakkaisten pintojen 46 ja 48 ympyränmuotoisia osia, jotka ovat inerttisen materiaalin 16 hiukkasten peittämiä, jotka puolestaan tässä järjestyksessä sijaitsevat putkissa 44a ja 44b. Näin ollen perusmetalliesiasteen 2' koko pinta käsittää positiivisen malliosan lukuunottamatta inerttisen 20 materiaalin 16 peittämää kahta ympyränmuotoista segmenttiä, jotka käsittävät perusmetalliesiasteen 2' vastaavat ei-toistavat osat. Koska sulkeuma 42 muodostaa rajoittimen hapettumisreaktiotuotteen kasvulle, hiukkasmaisen materiaalin pedin 15 ei tarvitse olla mukautuva täyteaine eikä inerttinen materiaali. Sulkeumasta 42 ja putkista 44a,44b muodos-25 tettua koostetta voidaankin tukea tulenkestävässä astiassa millä tahansa tavoin. On kuitenkin tarkoituksenmukaista tukea koostetta hiukkasmaisen materiaalin 15 pedissä, joka voi, muttei sen tarvitse olla, inerttinen materiaali. Jos sulkeuma 42 ei itse olisi rajoitin hapettumisreaktiotuotteen kasvulle, pedin 15 tai ainakin sen osan, joka si-30 jaitsee sulkeuman 42 vieressä ja ympäröi sitä, tulisi käsittää inerttisen materiaalin.

Kun kuvion 6 kooste lämmitetään riittävän korkeaan lämpötilaan perusmetallin sulattamiseksi ja kun sula perusmetalli saapuu kosketukseen 35 sopivan nestemäisen, kiinteän ja/tai kaasufaasihapettimen kanssa, tapahtuu sulan metallin hapettuminen samoin kuin hapettumisreaktiotuot- 38 8 6 6 31 teen kasvu perusmetalliesiasteen 2' positiivisesta malliosasta. Kun reaktion annetaan edetä keraamisen kappaleen toivotun kasvun aikaansaamiseksi (valinnaisesti, perusmetallin loputtua tilavuudesta, jossa aiemmin sijaitsi perusmetalliesiaste 2'), hapettumisreaktiotuote kas-5 vaa sulkeuman 42 sisäpinnan määrittämälle rajalle. Sulkeuman 42 tilavuus suhteessa perusmetalliesiasteen 2' tilavuuteen on helposti valittavissa siten, että saadaan hapettumisreaktiotuotteen tilavuus, joka täyttää sulkeuman 42 sisältyvän mukautuvan täyteaineen 14 tilavuuden välitilat.

10

Kuviossa 7 on esitetty keraaminen sekarakennekappale 54, joka on saatu kuvion 6 koostetta käyttämällä. Keraamisella sekarakennekappaleella 54 on yleisesti tasainen yläpinta ja sivupinnat 58, 60, jotka näkyvät kuviossa 7. Nämä pinnat ovat yleensä yhtäläiset sulkeuman 42 vastaavien 15 sisäpintojen kanssa. Lieriömäinen aukko 62a ulottuu yläpintaan 56 ja vastaa yleensä sulkeumaan 42 sisältyvän putken 44a tilavuutta. Vastaava lieriömäinen aukko 62b ulottuu keraamisen sekarakennekappaleen 54 alapintaan (numeroimaton) ja vastaa sulkeumaan 42 sisältyvän putken 44b tilavuutta. Perusmetalliesiasteen 2' alunperin kattama tilavuus tyh-20 jenee perusmetallin hapettumisen aikana ja johtaa yleisesti suorakulmion muotoiseen syvennykseen 64, joka on muodostunut keraamiseen sekara-kenteeseen 54 ja esitetty katkoviivoin kuviossa 7. Syvennyksen 64 alapinta (kuvion 7 mukaan) sisältää siihen muodostuneen uran 66, joka on perusmetallin esiasteen 2' laipan 50 pinnan käänteinen jäljenne. Putket — 25 44a,44b ovat kuvion 6 koosteessa inerttisen materiaalin 16 hiukkasten täyttämiä. Koska inerttinen materiaali on läpäisevää, se mahdollistaa putkien 44a,44b kautta pääsyn ympäröivään ilmakehään reaktion aikana muodostuvalla syvennyksellä 64 siten, että syvennys 64 ei ole missään vaiheessa kokonaan suljettu ja tiivistetty ympäröivältä ilmakehältä 30 kasvavan hapettumisreaktiotuotteen toimesta. Kuten yllä on selvitetty, näin vältetään hapettumisreaktiotuotteen kasvavaan, onttoon kappaleeseen vaikuttavan paine-eron ongelma johtuen siitä, että hapettumisreaktiotuote on läpäisemätön ympäröivälle ilmalle tai ilmakehälle.

35 Kuvioissa 8, 8A ja 8B on esitetty perusmetalliesiasteen 68 suoritusmuoto, esimerkiksi alumiiniperusmetalliesiasteen, jolla on yleisesti 39 86631 suorakulmion muotoinen konfiguraatio, pinnat 70,74 ja sivut 72a,72b,72c ja 72d. Perusmetalliesiasteella 68 on suorakulmion muotoinen taso 76, joka ulkonee sen pinnasta 74. Taso 76 etenee olennaisesti rinnan ja yhtä laajasti sivujen 72a ja 72c kanssa. Lieriömäinen reikä 78 ulottuu 5 perusmetalliesiasteen 68 läpi pinnasta 70 pintaan 74.

Kuvio 9 esittää perusmetalliesiasteen 68 sijoitettuna tulenkestävään astiaan 80 perusmetalliesiasteen 68 koosteeseen mukautuvan täyteaineen ja rajoittimen tai kasvunestimen kanssa. Tässä suoritusmuodossa lie-10 riömäinen rajoitin 82, joka estää tai ehkäisee kasvua, on mitoitettu ja konfiguroitu siten, että se voidaan liu'uttaen työntää lieriömäiseen aukkoon 78 kosketuksiin koko sen lieriömäisen pinnan kanssa. Kuten kuvioissa 8B ja 9 on esitetty, lieriömäinen rajoitin 82 on pidempi kuin reikä 78 ja osa siitä projisoituu ulospäin sen kummastakin päästä.

15 Kuvion 9 läpileikkauskuva esittää lieriömäisen rajoittimen 82 rakenteen, joka esitetyssä suoritusmuodossa käsittää keskireiän 82b, joka voi olla valmistettu kipsistä, sijoitettuna paksusta paperista tai ohuesta pahvista tehtyyn putkeen 82a, jota on käytetty rajoittimen alkuperäisen konfiguraation aikaansaamiseksi. Kuumennettaessa paperi 20 tai pahvi palaa loppuun tai haihtuu, eikä enää ole mukana prosessissa. Ylä- ja alapäästään avoin, suorakulmion muotoinen rajoitin (kuten kuviosta 9 näkyy) on esitetty läpileikkauksena kuviossa 9, ja se on muodostunut neljästä seinämästä, jotka tässä järjestyksessä etenevät rinnan perusmetalliesiasteen 68 sivujen 72a,72b,72c ja 72d kanssa ja niis-25 tä erillään. Rajoitin 88 on täten suorakulmaisen putken lyhyen osan muotoinen. Ainoastaan kolme rajoittimen 88 seinämistä näkyy kuviossa 9 seinämän 88b ja poikkileikkauksena esitettyjen seinämien 88a ja 88c selventämiseksi. Kuten jälkimmäisistä kahdesta seinämästä on esitetty, kummankin sisäpinta muodostuu kerroksesta kipsiä, joka seinämissä 88a 30 ja 88c on esitetty poikkileikkauksena kerroksina 88a' ja 88c'. Ulompi, paksu paperi- tai pahvikerros on esitetty läpileikkauksena kerroksina 88a" ja 88b".

Perusmetalliesiaste 68 yhdessä sen lieriömäiseen aukkoon työnnetyn 35 lieriömäisen rajoittimen 82 kanssa on sisällytetty suorakulmaiseen rajoittimeen 88 sijoitetun mukautuvan täyteaineen 84 petiin. Rajoitin B 6 6 31 40 88 ja sen sisältö on sisällytetty inerttisen materiaalin 86 petiin, josta se on erotettu rajoittimella 88. Tässä suoritusmuodossa perusme-talliesiasteen 68 ei-toistava osa on varustettu lieriömäisen aukon 78 lieriömäisellä pinnalla, joka on kosketuksissa ja yhdenmukainen lie-5 riömäisen rajoittimen 82 ulkopinnan kanssa. Perusmetalliesiasteen 68 jäljelläolevat pinnat käsittävät sen positiivisen mallin, kun hapettu-misreaktiotuotteen kasvu perusmetalliesiasteesta 68 ylläkuvatuissa, sopivissa olosuhteissa tapahtuu näistä pinnoista läpi mukautuvan täyteaineen 84 petiin. Hapettumisreaktiotuotteen kasvu pakotetaan pysähty-10 mään, kun kasvava hapettumisreaktiotuote saapuu kosketuksiin rajoittimen 82 ja 88 ja inerttisen materiaalin 86 kanssa, tässä järjestyksessä. Kuviossa 9 esitetty järjestely tuottaa keraamisen kappaleen, jonka konfiguraatio on identtinen tai olennaisesti samanlainen ylläkuvatun kanssa ja joka on esitetty kuviossa 7 kuvion 6 koosteesta saatuna. Ei 15 siis ole välttämätöntä toistaa kuvion 7 keraamisen kappaleen kuvausta.

Kuvioissa 10 ja 11 on esitetty toinen menetelmä keraamisen sekaraken-nekappaleen tuottamiseksi, joka on samanlainen tai identtinen kuviossa 3 esitetyn kappaleen kanssa ja joka sopivan rajoittimen avulla säätelee 20 hapettumisreaktion kasvun määrää, jolloin vältetään työstämisen tai hiomisen tarve, mitä tarvitaan kuvion 4 keraamisen kappaleen epäsäännöllisten osien muotoilemiseen (joka kappale muodostettiin käyttämällä kuvion 2 koostetta). Kuten kuviossa 10 on esitetty, perusmetalliesiaste 2' on muodoltaan samanlainen tai identtinen kuvioiden 1,1A ja 2 perus-25 metalliesiasteen 2 kanssa. Perusmetalliesiasteella 2' on täten tasainen pinta 10', vastakkainen pinta 8', josta ulkonee suorakulmainen taso 9' ja johon on muodostunut ura 4' ja lieriömäinen reikä tai syvennys 6'. Olkalaippa 11' etenee perusmetalliesiasteen 2' toista sivua pitkin, joka esiaste on rajoittimen 90 koteloima, joka puolestaan itse asiassa 30 käsittää molemmista päistään avoimen, paksusta paperista tai ohuesta pahvista koostuvan, suorakulmion muotoisen laatikon. Suorakulmainen rajoitin 90 on vuorattu kipsillä samalla tavoin kuin kuvion 9 suoritusmuodon suorakulmainen rajoitin 88. Kuten kuviossa 10 on esitetty, suorakulmainen rajoitin 90 käsittää täten seinämät 90a,90b,90c ja 90d; 35 asian selventämiseksi suurin osa seinämää 90d on jätetty pois kuviosta 10. Kullakin seinämistä 90a-90d on kovennetusta kipsistä tehty sisä- 4i 8 6 6 31 vuoraus, mikä näkyy parhaiten poikkileikätusta seinämästä 90c, josta näkyy pahvin ulkoseinämä 90c' varustettuna sisäkipsivuorauksella 90c". Perusmetalliesiasteen 2' pinnalla 10' on siihen lisätty kipsipäällyste 92.

5

Viisi perusmetalliesiasteen 2' kuudesta pääpinnasta on täten rajoit-timen peittämiä käsittäen esitetyssä suoritusmuodossa kerroksen kipsiä. Kuten kaikkien kuvattujen kipsi/pahvirajoittimien tapauksissa pahvi tai paperi toimii muottina, jolle kipsi voidaan lisätä märässä tai plasti-10 sessa tilassaan, jonka jälkeen sen annetaan kuivua ja kovettua jäykäksi rajoittimeksi. Pahvin tehtävänä on myös vahvistaa kipsirajoitinta ja auttaa estämään halkeilua ja murtumista käsittelyn aikana sekä koostettaessa rajoitinta ja perusmetalliesiastetta tulenkestävään astiaan. Kuten aiemmin on osoitettu, paperi tai pahvi ja kipsi voidaan korvata 15 millä tahansa muilla sopivilla materiaaleilla.

Kun hapettumisreaktiotuotteen kasvu on näin ehkäisty tai estetty ra-joittimella, pinta 8', ura 4', reikä 6' ja taso 9' yhdessä käsittävät perusmetalliesiasteen 2' positiivisen mallin, ja sen jäljelläolevat 20 pinnat käsittävät perusmetalliesiasteen 2' ei-toistavan osan.

Kuvio 11 esittää perusmetalliesiastetta 2' ja siihen liittyvää rajoitinta 90 sisällytettynä hiukkasinaisen inerttisen materiaalin 94 petiin, sisältäen esiasteen 2' yläpuolella olevassa tilassa mukautuvan täyteai-25 neen 96. Suorakulmaisen rajoittimen 90 yläosa (kuten kuvioissa 10 ja 11 on kuvattu) ulottuu perusmetalliesiasteen 2' pinnan 8' yläpuolelle, ja näin sen tehtävänä on erottaa mukautuvan täyteaineen 96 peti inerttisen materiaalin 94 hiukkasten pedistä, joka on sijoitettu tulenkestävään astiaan 98. Kuumentamalla kuvion 11 kooste sopivaan korkeaan lämpöti-30 laan ja pitämällä sitä tässä lämpötilassa riittävän pitkän ajan ylläkuvattujen menetelmien mukaisesti saadaan keraaminen sekarakennekappale, joka on samanlainen tai identtinen kuviossa 3 esitetyn kappaleen kanssa, kuten allaolevalla esimerkillä osoitetaan.

35 Esilläolevaa keksintöä käyttämällä saadut keraamiset sekarakenteet muodostavat tavallisesti tiheän yhtenäisen massan, jossa noin 5-98 . 8 6 6 3 '1 42 tilavuus-% sekarakenteen kokonaistilavuudesta muodostuu yhdestä tai useammasta täyteaineen ainesosasta sisällytettynä monikiteiseen keraamiseen matriisiin. Kun perusmetalli on alumiini ja ilma tai happi on hapetin, monikiteinen keraaminen matriisi sisältää tavallisesti noin 5 60-99 paino-% (monikiteisen matriisin painosta) yhdistynyttä alfa-alu- miinioksidia ja noin 1-40 paino-% (sama peruste) hapettumattomia metallisia ainesosia, esimerkiksi perusmetallista.

Keksintöä havainnollistetaan edelleen seuraavin ei-rajoittavin esimer-10 kein.

Egfl-fflerfckj, \

Perusmetalliesiaste työstettiin kuvioissa 1, IA ja 10 esitettyyn muo-15 toon. Esiaste työstettiin alumiiniseos 380,1-aihiosta, joka oli hankittu Belmont Metals Inc. -yhtiöltä, ja sen nimelliskoostumus oli 8-8,5 paino-% piitä, 2-3 paino-% sinkkiä, 0,1 paino-% magnesiumia, 3,5 paino-% kuparia sekä rautaa, mangaania ja nikkeliä, vaikka magnesiumpitoisuus oli joskus korkeampi kuin alueella 0,17-0,18 %. Saatu muotoiltu perus-20 metalliesiaste oli varustettu rajoittimella, kuten kuviossa 10 on ra-joittimilla 90,92 havainnollistettu. Kuvion 10 rajoitinta 90 vastaava rajoitin käsitti pahvimuotin, jolle kipsi (Bondex, hankittu Bondex Companyltä) levitettiin noin 0,16-0,32 cm (1/16-1/8 tuumaa) paksuna kerroksena. Kuvion 10 rajoitinta 92 vastaava rajoitin käsitti kerroksen ; 25 samaa kipsiä noin 0,16-0,32 cm (1/16-1/8 tuumaa) paksuna kerroksena.

Näin kuvioissa 1, IA ja 10 esitettyjen perusmetalliesiasteen pintoja 10,7a,7b, 7c ja 7d vastaavat pinnat päällystettiin rajoitinmateriaalil-la, ja ne käsittivät esiasteen ei-toistavan osan. Pinta 8, ura 4, reikä 6 ja taso 9 olivat vapaat rajoitinmateriaalista ja käsittivät näin 30 perusmetalliesiasteen positiivisen osan. Kuvion 11 rajoitinta 90 vastaava rajoitin ulottui noin 1,59 cm (5/8 tuumaa) perusmetalliesiasteen pinnan 8 yläpuolelle. Täyteaine, joka käsitti tasaisen seoksen alu-miinioksidihiukkasia (38 Alundum, hankittu Norton Companyltä), joka puolestaan sisälsi 70 paino-% 220 raekoon hiukkasia, mikä vastaa noin 35 50 mikronia, ja 30 paino-% 500 raekoon hiukkasia, mikä vastaa noin 25 mikronia, sekä piimetallihiukkasia suhteessa 7 paino-% Alundum-hiukkas- 43 8 6631 ten kokonaispainosta, sijoitettiin esiasteen yläpuolella olevaan vapaaseen tilaan, joka oli järjestetty kuvion 10 rajoitinta 90 vastaavalla rajoittimella. Täyteaine sijoitettiin täten mukautuvaan yhteyteen pinnan 8, uran 4, reiän 6 ja tason 9 tuottaman positiivisen mallin kanssa.

5 Rajoittimen, täyteaineen ja perusmetalliesiasteen kooste sijoitettiin inerttisen materiaalipedin päälle ja sisällytettiin siihen, joka peti sisälsi alumiinioksidihiukkasia (El Alundum, hankittu Norton Companyltä) kuviossa 11 esitetyllä tavalla. Inerttinen materiaalipeti vastaa kuvion 11 kohtaa 94, ja se oli olennaisesti samassa tasossa kuvion 11 10 kohtaa 90 vastaavan rajoittimen yläosan kanssa.

Saatu kooste sijoitettiin uuniin ja kuumennettiin ilmassa 1000°C:ssa 28 tunnin ajan. Koosteen annettiin jäähtyä ja perusmetalliesiasteesta kasvatettu keraaminen sekarakennekappale poistettiin tulenkestävästä 15 astiasta, ja liika täyteaine ja rajoitin poistettiin siitä kevyellä hiekkapuhalluksella. Saatiin keraaminen kappale, joka oli muodoltaan yleisesti kuviossa 3 esitetyn mukainen ja joka osoittautui perusmetalliesiasteen positiivisen mallin erittäin luotettavaksi käänteiseksi jälj enteeksi.

20

Esimerkki 2

Aihio samaa alumiiniseosta kuin esimerkissä 1 käytetty työstettiin ja porattiin, jolloin saatiin perusmetalliesiaste, jolla oli kuvioissa 8 25 ja 8A kuvattu muoto ja kokonaismitat 6,35 cm (2k tuumaa) pitkä, 3,175 cm (1 1/4 tuumaa) leveä ja 1,746 cm (11/16 tuumaa) paksu sekä lieriö mäinen reikä (joka vastasi kuvioiden 8 ja 8A kohtaa 78) halkaisijaltaan 1,905 cm (3/4 tuumaa). Suorakulmainen taso (joka vastasi kuvioiden 8 ja 8A kohtaa 76) oli 0,16 cm (1/16 tuumaa) paksu (korkeus kuvioiden 8 ja 30 8A kohtaa 74 vastaavan pinnan yläpuolella) ja 0,635 cm (1/4 tuumaa) leveä. Kipsillä (Bondex, Bondex Company) täytetty paperiputki työnnettiin reikään, jonka putken ulkohalkaisija oli yhdenmukainen ja kosketuksissa lieriömäisen reiän kanssa, ja lieriömäinen rajoitin ulottui noin 0,635 cm (1/4 tuumaa) ulos lieriömäisen reiän kummastakin vastak-35 kaisesta päästä. Kipsi (Bondex, Bondex Companyn toimittama) levitettiin paksuna kerroksena paksulle paperille vastakkaisista päistään avoimen, 44 8 6 6 31 suorakulmaisen laatikon muotoon, joka oli noin 7,62 cm (3 tuumaa) pitkä, 3,81 cm (1¾ tuumaa) leveä ja 3,175 cm (1 1/4 tuumaa) korkea. Tämä kipsipäällysteinen laatikko vastaa kuvion 9 rajoitinta 88.

5 Pohjakerros inerttistä materiaalia, joka oli seulamitaitaan 90, mikä vastaa noin 160 mikronia, El Alundumia Norton Companyltä, sijoitettiin tulenkestävään upokkaaseen. Suorakulmaisen rajoittimen toinen avoin pää sijoitettiin inerttisen materiasiikerroksen päälle, ja perusmetalli-esiaste (lieriömäinen rajoitin työnnettynä sen reikään) sisällytettiin 10 täyteainepetiin (joka vastaa kuvion 9 kohtaa 84), joka sijaitsi suorakulmaisessa rajoittimessa, kuten kuviossa 9 on olennaisesti esitetty. Täyteaine oli sama kuin esimerkissä 1 käytetty, ja se täytti olennaisesti suorakulmaisen rajoittimen. Esimerkissä 1 käytetyn tyyppinen inerttinen materiaali (joka vastaa kuvion 9 kohtaa 86) lisättiin suun-15 nilleen samalle korkeudelle kuin täyteaine, ja tulokseksi saatiin kooste, joka oli olennaisesti kuviossa 9 esitetyn kaltainen. Saatu kooste sijoitettiin uuniin ja kuumennettiin ilmassa 1000°C:ssa 28 tunnin ajan. Tämän jälkeen koosteen annettiin jäähtyä ja saatu keraaminen sekaraken-nekappale poistettiin tulenkestävästä astiasta 80, ja siihen kiinnitty-20 nyt liika täyteaine ja rajoitinmateriaali poistettiin kevyellä hiekka-puhalluksella. Tulokseksi saatiin keraaminen kappale, joka oli olennaisesti kuviossa 7 esitetyn kaltainen ja joka luotettavasti käänteisesti toisti perusmetalliesiasteen positiivisen malliosan.

25 Molemmissa esimerkeissä 1 ja 2 mukautuva täyteaine, joka sijoitettiin kosketuksiin perusmetalliesiasteen positiivisen mallin kanssa, on it-sesitoutuva, mukautuva täyteaine siten, että muodostuvaan hapettumis-reaktiotuotteeseen vaikuttava mikä tahansa paine-ero kestettiin täyteaineen itsesitoutuvan luonteenpiirteen ansiosta. Toisin sanoen, jos 30 paine-eroa esiintyisi hapettumisreaktiotuotteen muodostuvan vaipan poikki sen vuoksi, että sulan perusmetallin siirtyminen hapettumisreaktiotuotteen edelleen muodostamiseksi jättää jälkensä syvennyksen alennettua painetta, täyteaineen itsesitoutuva ominaisuus tuottaa riittävän mekaanisen lujuuden vastustamaan mekaanisia voimia, joita paine-ero 35 aiheuttaa muodostuvan hapettumisreaktiotuotteen vaippaan. Näissä kahdessa esimerkissä rajoittimen muodostava ohut kipsikerros oli kuitenkin 45 86631 riittävän läpäisevä ilmalle siten, että ilma kulki sen läpi ja tasasi syvennyksessä tai tyhjiössä olevan paineen, jonka etenevä perusmetalli oli muodostanut.

5 Vaikka yllä on kuvattu ainoastaan muutama keksinnön suoritusmuoto yksityiskohtaisesti, alan asiantuntijat ymmärtävät helposti, että esillä olevaan keksintöön liittyy monia muita yhdistelmiä ja muunnelmia kuin mitä esimerkeissä on esitetty.

10

Claims (26)

1. 46 B 6 6 31
2. 1. Menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakennekappaleen tuottamiseksi, jolla on negatiivinen malli, joka kääntäen toistaa perusmetalliesi-5 asteen positiivisen mallin, joka sekarakennekappale käsittää: 1. keraamisen matriisin, joka on saatu alumiini- tai muun perusmetallin hapettamisella monikiteiseksi materiaaliksi, joka käsittää i) alumiini -tai muun perusmetallin ja ilman tai muun hapettimen välisen hapettumis- 10 reaktiotuotteen ja valinnaisesti (ii) yhden tai useamman metallisen ainesosan; ja 2. täyteaineen, joka on matriisin ympäröimä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 15 (a) aikaansaadaan alumiini- tai muu perusmetalliesiaste, jolla on 1) positiivinen malliosa mallin käänteistä toistoa varten ja 2) ei-toistava osa; 20 (b) sijoitetaan ainakin perusmetalliesiasteen positiivinen malliosa mukautuvaan yhteyteen mukautuvan täyteainepedin kanssa ja käyttämällä kasvunsäätöolosuhteita edistämään hapettumisreaktiotuotteen kasvua positiivisesta malliosasta mainittuun täyteaineeseen ja estämään tällaista kasvua ei-toistavasta osasta, ja että mukautuva täyteaine (i) on 25 läpäisevä ilmalle tai muulle hapettimelle ainakin, kun ilman tai muun hapettimen edellytetään koskettavan sulaa perusmetallia vaiheessa (c) ja (ii) on läpäisevä hapettumisreaktiotuotteen kasvun suodattumisella täyteaineeseen; 30 (c) kuumennetaan perusmetalliesiaste sulamispisteensä yläpuolelle mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle, tai sijoitetaan positiivinen malli lämpötilaan 850-1450°C perusmetallin ollessa alumiini, muodostamaan sulaa alumiini- tai muuta perusmetallimassaa, ja mainitussa lämpötilassa 35 47 96631 (1) annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuote, (2) pidetään ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksissa 5 sulan metallin ja ilman tai muun hapettimen kanssa näiden välissä sulan metallin progressiiviseksi vetäytymiseksi sulasta metallimassasta ha-pettumisreaktiotuotteen läpi ja kosketuksiin hapettimen kanssa täyte-ainepedissä samanaikaisesti negatiivisen mallin muodostamiseksi täyte-ainepetiin hapettumisreaktiotuotteen jatkaessa muodostumistaan sanotun 10 hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, ja (3) jatketaan reaktiota täyteainepedin sisällyttämiseksi ainakin osittain hapettumisreaktiotuotteeseen jälkimmäisen kasvun välityksellä 15 negatiivisen mallin omaavan sekarakennekappaleen muodostamiseksi; ja (d) erotetaan saatava itsekantava keraaminen sekarakennekappale liiasta täyteaineesta ja mahdollisesta reagoimattomasta perusmetallista.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, että kasvunsäätöolosuhteet hapetusreaktiotuotteen muodostumisen ehkäisemiseksi käsittävät sen, että perusmetalliesiaste sijoitetaan kosketuksiin mukautuvan täyteainepedin kanssa siten, että perusmetalli-esiasteen ei-toistava osa ei ole kosketuksissa täyteainepedin kanssa. 25
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, että kasvunsäätöolosuhteet hapetusreaktiotuotteen muodostumisen ehkäisemiseksi käsittävät sen, että järjestetään väline peittämään ainakin osa perusmetallin ei-toistavasta osasta hapettumisreaktiotuot- 30 teen kasvun estämiseksi ei-toistavasta osasta.
5. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 35 (a) hapetin käsittää kaasufaasihapettimen, edullisesti happea sisältä vän kaasun tai typpeä sisältävän kaasun, esim. ilmaa tai muodostus- 48 8 6 6 31 kaasua, joka sisältää 96 t-% typpeä ja 4 t-% vetyä ja/tai se on halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, tellurium, pii, metaani, etaani, propaani, asetyleeni, etyleeni, propyleeni ja niiden seokset, ja (b) väline kasvun estämiseksi on, tai siitä tulee vaiheen 5 (c) reagoimisolosuhteissa, läpäisevä kaasufaasihapettiraelle ja väline kasvun estämiseksi käsittää edullisesti kipsikerroksen.
6. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasvunsäätöolosuhteet hapetusreaktiotuotteen muodostumisen eh- 10 käisemiseksi käsittää sen, että ainakin osa ei-toistavasta osasta päällystetään inertin aineen kerroksella.
7. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, että kasvunsäätöolosuhteet hapetusreaktiotuotteen muodostumisen eh- 15 käisemiseksi käsittävät sen, että ainakin osa ei-toistavasta osasta päällystetään elimellä hapetusreaktiotuotteen kasvun ehkäisemiseksi.
8. 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mukautuva täyteaine käsittää aineen, joka on valittu ryh- 20 mästä, johon kuuluu ontot kappaleet, hiukkasmaiset aineet, kuidut, karvat, pallot, teräsvilla, levyt, aggregaatti, viirat, sauvat, tangot, levykkeet, pelletit, putket, tulenkestävät kuitukankaat, putkilot ja niiden seokset.
9. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää aineen, joka on valittu ryhmästä, joka käsittää ainakin yhden seuraavista: alumiinioksidi, piioksidi, piikar-bidi, piialumiinioksinitridi, sirkoniumoksidi, bariumtitanaatti, boo-rinitridi, piinitridi, magnesiumaluminaatti, rautaseokset, rauta-kromi-30 alumiiniseos, hiili, alumiini ja niiden seokset.
10. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasvunsäätöolosuhteet hapetusreaktiotuotteen muodostumisen ehkäisemiseksi käsittävät sen, että Lisätään ulkoinen lisäaine positiivi-35 seen malliosaan. 49 86631
11. 10. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasvunsäätöolosuhteet hapetusreaktiotuotteen muodostumisen ehkäisemiseksi käsittävät sen, että perusmetallikappale sijoitetaan kosketuksiin mukautuvan täyteainepedin kanssa siten, että perusmetallikap- 5 paleen ei-toistava osa ei ole kosketuksissa täyteainepedin kanssa.
12. 11. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasvunsäätöolosuhteet hapetusreaktiotuotteen muodostumisen ehkäisemiseksi käsittävät sen, että ei-toistavan osan päällä on elin, 10 joka ehkäisee hapetusreaktiotuotteen kasvun.
13. 12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mukautuva täyteaine on itsesitoutuva ainakin silloin, kun sen edellytetään vastustavan paine-eroa, joka muodostuu hapettumisreak- 15 tiotuotteen yli tämän kasvun vuoksi.
14. 13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kasvunsäätöolosuhteet hapetusreaktiotuotteen muodostumisen ehkäisemiseksi käsittävät sen, että järjestetään ainakin osittain siten, 20 että sisällytetään kiinteä hapetin tai nestemäinen hapetin tai molemmat siihen osaan mukautuvasta täyteainepedistä, joka on positiivisen mal-liosan vieressä.
15. 14. Menetelmä minkä tahansa aikaisemman patenttivaatimuksen mukaisesti, 25 tunnettu siitä, että perusmetalli valitaan ryhmästä, joka koostuu alumiinista, piistä, titaanista, tinasta, sirkoniumista ja hafniu-mista ja niiden seoksista.
16. 15. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen menetelmä, tunnet-30 t u siitä, että se käsittää, että perusmetalli seostetaan ainakin yhdellä lisäaineella ainakin yhdellä seuraavista menetelmistä: (a) sekoitetaan ainakin yksi lisäaine perusmetalliin ja 35 (b) lisätään ainakin yksi lisäaine kerroksena ainakin osaan perusmetal- likappaleen positiivisen mallin pintaan, ja 50 86631 (c) saatetaan ainakin yksi lisäaine ainakin osittain mukautuvan täyteaineen sisäpuolelle positiivisen mallin läheisyydessä.
17. 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että lisäaine käsittää ainakin yhden aineen, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu magnesium, sinkki, pii, germanium, tina, lyijy, boori, natrium, litium, kalsium, fosfori, yttrium, lantaani, serium, praseodymium, neodymium ja samarium.
18. 17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä lisäksi muodostetaan alkupinta, joka käsittää spinellin perusmetallin ja keraamisen matriisin välisellä rajapinnalla, jossa spinelli on perusmetallin sekä lisäaineen ja hapettimen hapetusreak-tiotuotteena, ainakin osalla monikiteistä ainetta. 15
19. 18. Itsekantava keraaminen sekarakennekappale, joka käsittää: 1. keraamisen matriisin, joka on saatu alumiini- tai muun perusmetallin hapettamisella monikiteiseksi materiaaliksi, joka käsittää i) alumiini- 20 tai muun perusmetallin ja ilman tai muun hapettimen välisen hapettumis-reaktiotuotteen ja valinnaisesti (ii) yhden tai useamman metallisen ainesosan; ja 2. täyteaineen, joka on matriisin ympäröimä, 25 tunnettu siitä, että sekarakennekappaleella on negatiivinen malli, joka käänteisesti toistaa perusmetalliesiasteen positiivisen mallin, ja on aikaansaatu sulan 30 perusmetalliesiasteen ja hapettimen välisellä reaktiolla siten, että perusmetalliesiaste on saatettu mukautuvan täyteainepedin yhteyteen, jolloin hapettumisreaktion myötä perusmetalliesiastetta tyhjentyy alkuperäisestä asemasta, koska hapettumisreaktiotuotteen kasvu tapahtuu positiivisesta malliosasta täyteaineeseen, 35 si 86631 ja hapettumisreaktion tuloksena on saatu yhtenäinen monikiteinen matriisi, joka on olennaisesti ilman koloja.
20. 19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen itsekantava keraaminen sekaraken- 5 nekappale, tunnettu siitä, että monikiteinen matriisi käsittää perusmetallin ja kaasufaasihapettimen hapettumisreaktiotuotteen.
21. 20. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen itsekantava keraaminen seka-rakennekappale, tunnettu siitä, että sisältää ainakin 1 tila- 10 vuusprosentin metallisia ainesosia.
22. 21. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen itsekantava keraaminen seka-rakennekappale, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiinia ja hapettumisreaktiotuote käsittää alfa-alumiini- 15 oksidia tai alumiininitridiä.
23. 22. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen itsekantava keraaminen seka-rakennekappale, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää titaanin ja hapettumisreaktiotuote käsittää ti laariini Lridiä . 20
24. 23. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen itsekantava keraaminen seka-rakennekappale, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää piitä ja hapettumisreaktiotuote käsittää piikarbidia.
25. 24. Patenttivaatimuksen 18 tai 19 mukainen itsekantava keraaminen seka- rakennekappale, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhden aineen, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu alumiini-oksidi, pii, piikarbidi, piialumiinioksinitridi, sirkoniumoksidi, ba-riumtitanaatti, boorinitridi, piinitridi, magnesiumaluminaatti, rau-30 taseokset, rauta-kromi-alumiini-seos, hiili ja alumiini.
26. 52 B6631