FI88021B - Keramisk sammansatt kropp, foerfarande foer framstaellning av denna samt dess anvaendning - Google Patents

Keramisk sammansatt kropp, foerfarande foer framstaellning av denna samt dess anvaendning Download PDF

Info

Publication number
FI88021B
FI88021B FI873931A FI873931A FI88021B FI 88021 B FI88021 B FI 88021B FI 873931 A FI873931 A FI 873931A FI 873931 A FI873931 A FI 873931A FI 88021 B FI88021 B FI 88021B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
filler
metal
ceramic
oxidant
parent metal
Prior art date
Application number
FI873931A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI873931A0 (fi
FI873931A (fi
FI88021C (fi
Inventor
Marc S Newkirk
H Daniel Lesher
Original Assignee
Lanxide Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lanxide Technology Co Ltd filed Critical Lanxide Technology Co Ltd
Publication of FI873931A0 publication Critical patent/FI873931A0/fi
Publication of FI873931A publication Critical patent/FI873931A/fi
Publication of FI88021B publication Critical patent/FI88021B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI88021C publication Critical patent/FI88021C/fi

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41A—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS COMMON TO BOTH SMALLARMS AND ORDNANCE, e.g. CANNONS; MOUNTINGS FOR SMALLARMS OR ORDNANCE
    • F41A21/00—Barrels; Gun tubes; Muzzle attachments; Barrel mounting means
    • F41A21/02—Composite barrels, i.e. barrels having multiple layers, e.g. of different materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
    • C04B35/652—Directional oxidation or solidification, e.g. Lanxide process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B37/00—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating
    • C04B37/02—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles
    • C04B37/021—Joining burned ceramic articles with other burned ceramic articles or other articles by heating with metallic articles in a direct manner, e.g. direct copper bonding [DCB]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565—Cooling rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6587—Influencing the atmosphere by vaporising a solid material, e.g. by using a burying of sacrificial powder
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/401—Cermets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/402—Aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/403—Refractory metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2237/00—Aspects relating to ceramic laminates or to joining of ceramic articles with other articles by heating
    • C04B2237/30—Composition of layers of ceramic laminates or of ceramic or metallic articles to be joined by heating, e.g. Si substrates
    • C04B2237/40—Metallic
    • C04B2237/405—Iron metal group, e.g. Co or Ni
    • C04B2237/406—Iron, e.g. steel

Description

Ö 8 O 21
Keraaminen sekarakennekappale, menetelmä sen valmistamiseksi ja sen käyttö
Keramisk sammansatt kropp, förfarande för framställning av denna samt dess användning 5
Keksinnön kohteena on menetelmä keraamisen sekarakennekappaleen tuotta-10 miseksi, jota kotelointielin pitää puristusjännityksen alaisena ja joka sekarakennekappale käsittää (1) keraamisen matriisin, joka on saatu hapettamalla perusmetalli monikiteisen materiaalin muodostamiseksi, joka puolestaan sisältää (i) perusmetallin ja hapettimen välisen hapet-tumisreaktiotuotteen ja valinnaisesti (ii) yhden tai useamman metallin 15 ainesosia, ja (2) matriisin sisäänsä sulkeman täyteaineen massan.
Keksinnön kohteena on myös menetelmällä valmistettu itsekantava keraaminen sekarakenne, sekä tämän käyttö.
20 Tämän keksinnön kohteena ovat laajalti ottaen keraamiset sekarakenteet, joissa on kotelointielin sekarakenteen pitämiseksi puristusjännityksen alaisena, sekä menetelmät näiden valmistamiseksi. Tarkemmin sanottuna keksinnön kohteena ovat keraamiset sekarakenteet, jotka käsittävät täyteaineen sisäänsä sulkevan monikiteisen keraamisen matriisin ja 25 joissa on kotelo keraamisen sekarakenteen pitämiseksi puristusjännityksen alaisena, sekä menetelmät sekarakenteiden valmistamiseksi.
Tämän hakemuksen aihe liittyy hakijan US-patenttiin 4,851,375, joka vastaa suomalaista patenttihakemusta FI-860491, nimellä Marc S. Newkirk ' : 30 et ai ja nimeltään "Keraamiset sekarakenteet ja menetelmiä niiden val- .. mistamiseksi". Tässä patentissa esitetään uusi menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi kasvattamalla hapettumisreak-tiotuote perusmutallista täyteaineen läpäisevään massaan. 1
Menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi perusmetallin esiasteen hapettamisella on esitetty yleisesti hakijan US-patentissa - : : 4,713,360, joka vastaa suomalaista patenttihakemusta 851043 nimellä : Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit ja 2 88021 menetelmiä niiden valmistamiseksi”. Tämän hapettumisilmiön keksiminen, jota ilmiötä voidaan edistää käyttämällä lisäainetta perusmetallissa, mahdollistaa toivotun kokoisten, itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamisen kasvatettuna esiasteperusmetallin hapettumisreaktiotuottee-5 na.
Yllämainittua menetelmää parannettiin käyttämällä ulkoisia lisäaineita levitettyinä esiasteperusmetallin pintaan, kuten on kuvattu hakijan US-patentissa 4,853,352, joka vastaa suomalaista patenttihakemusta 852831 10 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmiä itsekantavien keraamisten materiaalien valmistamiseksi".
Ylläkuvattuja menetelmiä kehitettiin edelleen siten, että mahdollistettiin itsekantavien keraamisten rakenteiden muodostaminen, jotka 15 sisältävät yhden tai useamman ontelon, joka toistaa käänteisesti mukautuvaan täyteainepetiin sijoitetun muotoillun esiasteperusmetallin positiivisen muotin geometrian, joka täyteaine on itsesitoutuva tietyissä olosuhteissa, kuten on kuvattu hakijan US-patentissa 4,828,785, joka vastaa suomalaista patenttihakemusta 870336 nimellä Marc S. Newkirk et 20 ai ja nimeltään "Menetelmä keraamisten sekarakenteldon valmistamiseksi muodon käänteisellä toistolla ja menetelmällä saadut tuotteet".
Ylläkuvattuja menetelmiä kehitettiin lisäksi edelleen siten, että mahdollistettiin itsekantavien keraamisten kappaleiden muodostaminen, ____: 25 joilla on negatiivinen malli, joka toistaa käänteisesti täyteaineen • · massaa vasten sijoitetun perusmetalliesiasteen positiivisen mallin, kuten on kuvattu hakija US-patentissa 4,859,640, joka vastaa suomalais-.. . ta patenttihakemusta 872664 nimellä Marc S. Newkirk ja nimeltään "Mene telmä keraamisten sekarakenteiden valmistamiseksi, joissa on kääntei-30 sesti toistetut pinnat ja menetelmällä saadut tuotteet"
Kaikkien edellä olevien sekä alla mainittujen hakijan patenttien koko sisältöihin viitataan nimenomaan tämän hakemuksen yhteydessä. 1
Keramiikan käyttö sellaisissa rakennesovelluksissa on viime vuosina lisääntynyt, joissa on aikaisemmin käytetty metalleja. Sysäyksenä tälle 38021 3 mielenkiinnolle on ollut keramiikan paremmuus metalleihin tiettyihin ominaisuuksien osalta, joita ovat ruosteenkestokyky, kovuus, kimmokerroin ja tulenkestävät ominaisuudet.
5 Viimeaikaiset yritykset tuottaa lujempia, luotettavampia ja sitkeämpiä keraamisia artikkeleita keskittyvät pääasiassa (1) monoliittisen keramiikan parempien prosessointimenetelmien kehittämiseen ja (2) uusien materiaaliseosten, nimenomaan keraamisten matriisisekarakenteiden, kehittämiseen. Sekarakenne on sellainen rakenne, joka käsittää kahdesta 10 tai useammasta erilaisesta meteriaalista valmistetun heterogeenisen materiaalin, kappaleen tai artikkelin, joka on kiinteästi yhdistetty sekarakenteen toivottujen ominaisuuksien aikaansaamiseksi. Kaksi erilaista materiaalia voidaan yhdistää kiinteästi esimerkiksi sulkemalla toinen toisen matriisin sisään. Keraaminen matriisisekarakenne käsittää 15 tyypillisesti keraamisen matriisin, joka ympäröi yhtä tai useampaa erilaista täyteainetta, kuten hiukkasia, kuituja, sauvoja tai vastaavia.
Hakijan patenteissa kuvataan uusia prosesseja, joilla ratkaistaan joitakin perinteiseen keraamiseen teknologiaan liittyviä ongelmia ja ra-20 joituksia sekarakenteita valmistettaessa esimerkiksi tiivistämällä tai sintraamalla. Tässä keksinnössä hakijan patenttien mukaisiin menetelmiin on sisällytetty uusia piirteitä muotoiltujen keraamisten sekara-kenteiden muodostamiseksi, joilla on kotelointielin sekarakenteeseen kiinteästi muodostettuna, jotta se voidaan pitää puristuksen alaisena. 25 Tämä keksintö mahdollistaa lisäksi tietyllä ennaltamäärätyllä geometrialla varustettujen keraamisten sekarakenteiden valmistamisen hapettu-misreaktioilmiön avulla, jolloin voitetaan tunnettuihin prosesseihin .. . liittyvät vaikeudet ja rajoitukset ja lisäksi saadaan paikan päällä, hapettumisreaktioprosessin aikana muodostettu yhtenäinen väline, jonka - 30 avulla keraamista sekarakennetta pidetään puristusjännityksen alaisena.
Keraamisella alalla on tunnettua, että keramiikka on puristuslujuudeltaan yleensä paljon vahvempaa kuin vetolujuudeltaan. Jos keramiikkaa " alistetaan paineen alaiseksi esimerkiksi paineistamalla keraamisen put- : : ken sisähalkaisija, keramiikka on tällöin vetojännityksen alaisena. Jos 35 keramiikkaan kehittyy halkeama sen ollessa vetojännityksen alaisena, keramiikka pirstaantuu. Tämän vuoksi on toivottavaa estää tämä katast- 38021 4 rofaalinen luhistuminen, mikä voidaan saada aikaan tämän keksinnön mukaisella menetelmällä ja tuotteella järjestämällä paikan päällä tuotettava puristus, jotta keraamista sekarakennetta voidaan pitää puristuksen alaisena.
5
Jo pitkään on ollut tunnettua, että suotuisasti esijännitetyistä osista voi tulla käyttökohteissa erittäin lujia, koska tällaisten osien käytössä kohtaamat jännitykset voivat ensin itse asiassa toimia siten, että ne purkavat esijännitykset ennen kuin ne tuovat osaan jännityksen. 10 Kun keramiikkaa käytetään vetojännityksen alaisissa käyttökohteissa, max. laskettu potentiaali saavutetaan esijännittämällä tällaiset materiaalit puristuksen alaisena erityisesti siksi, että niiden puristuslu-juudet voivat olla joissakin tapauksissa kertoimen 5 luokkaa tai suurempia kuin niiden vetolujuudet. Ennen tätä keksintöä keraamisen osan 15 esijännittäminen metalliholkilla oli erittäin kallista ja vaivalloista. Keraamisen ja metallisen komponentin mittapoikkeaman tuli olla erittäin pieni ja näiden kahden tuli olla melkein täydellisen yhdenmukaisia, jotta voitiin luoda sopiva määrä yhtenäistä jännitystä keramiikkaan nähden ja välttää erittäin suurten kosketusjännitteiden syntyminen, 20 jotka aiheuttavat keramiikan luhistumisen. Tämä tila on saavutettu ainoastaan tyypillisesti keraamisen osan ja metalliholkin huolellisella ja kalliilla suuritoleranssisella hionnalla pinnoista, joista ne jakautuvat. Tämän keksinnön avulla voitetaan nämä ongelmat ja tarve tällaiseen hiontaan uudella tekniikalla, kuten tämän hakemuksen yhteydessä on . 25 kuvattu.
Keksinnön mukainen sekarakenne on pääasiassa tunnettu siitä, että . . menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 30 (a) kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapet- tumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle sulan perusmetallin massan muodostamiseksi; ' (b) saatetaan sula perusmetalli kosketukseen täyteaineen massan kanssa .1. 35 hapettimen läsnäollessa, jolloin ainakin osa täyteaineesta sisältyy kotelointielimeen ja on mukautuvassa yhteydessä kotelointielimen sisä- 38021 5 pinnan kanssa, joka sisäpinta määrittää täyteaineen massan pintarajan siten, että hapettumisreaktiotuotetta muodostuu täyteaineen massassa ja kohti pintarajaa tai sitä pitkin; ja 5 (c) mainitulla lämpötila-alueella (1) annetaan sulan metallin reagoida hapettimen kanssa hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi, (2) pidetään ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan perusmetallin ja hapettimen kanssa sekä näiden välillä, jotta sula perusmetalli voi vetäytyä progressiivisesti hapettumisreaktiotuotteen läpi 10 kohti hapetinta siten, että hapettumisreaktiotuote jatkaa mudostumis-taan täyteaineessa hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, ja (3) jatketaan reaktiota, kunnes monikiteinen materiaali on suodattunut täyteaineeseen pintara-jalle asti keraamisen sekarakennekappaleen tuottamiseksi ja (4) otetaan 15 keraaminen sekarakennekappale talteen, johon kotelointielin on sisäisesti sovitettuna niin, että sekarakennekappale on puristusjännityksen alaisena.
Keksinnön mukainen sekarakenne on pääasiassa tunnettu siitä, että se 20 käsittää keraamisen sekarakennekappaleen kotelointielimeen sisäisesti sovitettuna keraamisen sekarakennekappaleen pitämiseksi puristusjännityksen alaisena, keraamisen sekarakennekappaleen käsittäessä täyteai-.. . neen ja täyteaineen sisäänsä sulkevan monikiteisen keraamisen matrii- sin, joka keraaminen matriisi käsittää perusmetallin ja hapettimen * 25 välisen yhdistyneen hapettumisreaktiotuotteen.
: “ Keksinnön mukaista sekarakennetta käytetään kiväärin piipussa, joka käsittää keraamisen vuorauksen, joka vuoraus tehdään holkkivälineen sisään sen pitämiseksi puristusjännityksen alaisena ja joka vuoraus 30 käsittää keraamisen täyteaineen ja monikiteisen keraamisen matriisin, joka sulkee sisäänsä täyteaineen, joka monikiteinen keraaminen matriisi muodostuu olennaisesti (i) perusmetallin ja hapettimen välisestä yhdistyneestä hapettumisreaktiotuotteesta ja (ii) metallisista ainesosista ja/tai huokosista.
: 35 6 38021 Tämän keksinnön mukaisesti saadaan aikaan menetelmä keraamisen sekara-kennekappaleen tuottamiseksi, jolla on sisäisesti siihen sovitettu kotelointielin sekarakenteen pitämiseksi puristusjännityksen alaisena. Keraaminen matriisi saadaan hapettamalla perusmetalli monikiteisen 5 materiaalin muodostamiseksi, joka käsittää perusmetallin ja hapettimen välisen hapettumisreaktiotuotteen sekä valinnaisesti yhden tai useamman metallisen ainesosan. Menetelmän mukaisesti täyteaineen peti asetetaan perusmetallin päälle, ja petiä ympäröi ainakin osittain kotelointielin. Perusmetalli kuumennetaan sulamispisteensä yläpuolella, mutta hapetus -10 reaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle muodostamaan sulan perusmetallin massan. Perusmetalli ja täyteainepeti suunnataan suhteessa toisiinsa siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen tapahtuu kohti täyteainepetiä ja kohti koteloa. Yllämainitulla lämpötila-alueella sula perusmetalli reagoi hapettimen kanssa 15 muodostaen hapettumisreaktiotuotteen, ja ainakin osa hapettumisreaktio-tuotteesta pidetään kosketuksessa sulan metallin ja hapettimen kanssa näiden välillä niin, että sula metalli voi vetäytyä progressiivisesti hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu täyteaineen massassa hapettimen ja 20 aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla. Reaktiota jatketaan, kunnes monikiteinen materiaali on suodattunut täyteaineen massaan kotelon sisäpintaan (sisäpintoihin) keraamisen sekarakennekappaleen tuottamiseksi. Jäähdyttämisen yhteydessä kotelointielin, joka on sisäisesti sovitettu suhteessa sekarakennekappa-25 leeseen, sitoutuu sekarakennekappaleeseen saattaen sekarakenteen puristusjännityksen alaiseksi. Puristuksen alaisena tuotettu keramiikka on hyödyllinen siinä mielessä, että se estää vetomurtuman kehittymisen keraamiseen kappaleeseen ja ehkäisee lisäksi keraamisen kappaleen ka-: : : tastrofaalisen luhistumisen.
30 : Kuten hakijan patenteissa on kuvattu, monikiteisellä hapettumisreak- ·;·. tiotuotteella on yhdistyneitä kristalliitteja, jotka ovat yleensä yh distyneet kolmessa ulottuvuudessa.
7 G S O 21
Metallinen ainesosa ja/tai huokoisuus on jakautuneena tai hajautuneena keraamiseen kappaleeseen, joka voi olla tai ei ole yhdistynyt riippuen prosessiolosuhteista, perusmetallista, lisäaineesta jne.
5 Kotelointielin valitaan tyypillisesti siten, että sillä on suurempi lämpölaajenemiskerroin kuin keraamisella sekarakennekappaleella, jolloin monikiteistä keraamista kappaletta ja kotelointielintä jäähdytettäessä kotelointielin pyrkii kutistumaan nopeammin kuin keraaminen sekarakennekappale ja saattaa siihen puristuksen, mikä johtuu sen kiin-10 teästä sitoutumisesta sanottuun kappaleeseen. Eräässä edullisessa suoritusmuodossa kotelointielin, joka voi olla valmistettu teräksestä, esim. ruostumattomasta teräksestä, käsittää lieriömäisen elimen tai hoikin, jolloin keraamiselle kappaleelle saadaan lieriömäinen konfiguraatio .
15 Tällä keksinnöllä saadaan myös aikaan itsekantava keraaminen sekaraken-ne, joka käsittää monikiteiseen keraamiseen matriisiin sisällytetyn täyteaineen (esim. esimuotin). Keraaminen matriisi saavutetaan perusmetallin hapettumisreaktiolla esiasteena hapettimen kanssa, jolloin muo-20 dostuu yhdistynyt hapettumisreaktiotuote ja valinnaisesti yksi tai useampi metallinen ainesosa. Kotelointielin, joka on sijoitettu täyteaineen päälle ja yhdistetty kiinteästi paikan päällä keraamiseen matriisiin, on sovitettu sisäisesti keraamiseen sekarakennekappaleeseen sen pitämiseksi puristusjännityksen alaisena.
: ·' 25 ' Termiä "keraaminen" ei tule ymmärtää olevan rajoitettu keraamiseen kap paleeseen termin perinteisessä merkityksessä eli siinä merkityksessä, ’*· että se muodostuu kokonaan epämetallisista ja epäorgaanisista materiaa- : : : leista, vaan se viittaa pikemminkin kappaleeseen, joka on pääasiassa 30 keraaminen joko koostumukseltaan tai pääasiallisilta ominaisuuksiltaan, .*. : vaikka kappale voi sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä yhtä tai useampaa perusmetallista saatua tai hapettimesta tai lisäaineesta pelkistettyä metallista ainesosaa, tyypillisimmin alueella noin 1-40 tilavuusprosenttia, mutta se voi sisältää enemmänkin metallia.
35 38021 8 "Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yleensä yhtä tai useampaa metallia missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli (metallit) on luovuttanut elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai näiden yhdistelmälle tai jakanut elektroneja viimeksimainittujen kanssa. Tämän 5 määritelmän mukaisesti "hapettumisreaktiotuote" sisältää siis yhden tai useamman metallin ja hapettimen välisen reaktiotuotteen, kuten esimerkiksi tässä hakemuksessa mainitut.
"Hapetin" tarkoittaa yhtä tai useampaa sopivaa elektronin vastaanotinta 10 tai ainetta, jolla on yhteisiä elektroneja toisen aineen kanssa ja se voi olla kiinteä aine, neste tai kaasu (höyry) tai jokin näiden yhdistelmä, kuten kiinteä aine ja kaasu, prosessiolosuhteissa.
"Perusmetalli" viittaa metalliin, esim. alumiiniin, joka on monikitei-15 sen hapettumisreaktiotuotteen esiaste ja sisältää tämän metallin suhteellisen puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina epä-puhtauksineen ja/tai lisättyine ainesosineen tai seoksena, jossa tämän metalliesiaste on pääainesosa; ja kun tietty metalli mainitaan perusmetallina, esim. alumiini, tunnistettu metalli tulisi tulkita tämä 20 määritelmä mielessä, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita.
"Sisäinen sovite" tarkoittaa kotelointielimen luontaista ominaisuutta asettaa puristusjännitystä kiinteästi sidottuun keraamiseen kappaleeseen, kun sitä jäähdytetään prosessiolosuhteista.
: 25
Kuvio 1 on kaaviomainen, osittain poikkileikkauksellinen pystykuva : koosteesta, joka sisältää säiliön ja lähdeperusmetallin massat sekä '·· täyteainepedillä varustetun kotelointielimen; 30 Kuvio IA on suurennetussa mittakaavassa esitetty kuva siten, että siitä ,·. : on poistettu kuvion 1 koosteen se osa, joka on osoitettu kuvion 1 kat- koviivoitetulla alueella A;
Kuvio 2 on osittain poikkileikkauksellinen pystykuva itsekantavasta 35 keraamisesta sekarakenteesta, jossa on siihen sisäisesti sovitettuna 9 33021 kotelointielin ja joka on tehty käyttämällä kuvion 1 täyteainepedin koostetta tämän keksinnön mukaisesti; ja
Kuvio 2A on kuvion 2 linjaa A-A pitkin otettu kuva.
5 Tätä keksintöä sovellettaessa perusmetallin massan sisältävä kooste sulatetaan sulan perusmetallin aikaansaamiseksi, joka saatetaan kosketukseen ainakin osittain kotelointielimeen sisältyvän täyteaineen massan kanssa. Täyteaineeseen koskettavaan kotelointielimen osaan viita-10 taan kotelointielimen sitoutumispintana. Kotelointielin voi koteloida koko täyteaineen massan tai osan siitä, joka täyteaine voi koostua irtonaisesta, hiukkasmaisesta täyteainepedistä tai muotoillusta esi-muottitäyteaineesta (kuten alla on kuvattu) ja joka sisältää hapettimen tai on sen läpäisemä. Kooste järjestetään hapettavaan ympäristöön ja 15 kuumennetaan perusmetallin sulamispisteen yläpuolella olevalle mutta perusmetallin hapettumisreaktiotuotteen sulmamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle. Hapettimen kanssa kosketukseen tullessaan sula perusmetalli reagoi muodostaen hapettumisreaktiotuotteen ja aloittaen siten täyteaineen suodattamisen kasvavalla monikiteisellä materi-20 aalilla sekä täyteaineen sisällyttämisen viimeksmainittuun materiaaliin, joka saadaan perusmetallin hapettamisella. Tällainen hapettuminen, joka sisältää täyteaineen sisällyttämisen hapettumisreaktiotuot-teeseen, on kuvattu yksityiskohtaisesti hakijan patenteissa.
: - 25 Tätä keksintöä sovellettaessa prosessia jatketaan, kunnes monikiteinen materiaali on suodattanut ja sulkenut sisäänsä täyteaineen ja kasvanut • kosketukseen kotelointielimen sitoutumispinnan kanssa. Joissakin ta- • '·· pauksissa ainoastaan osa saatavasta keraamisesta kappaleesta koteloi daan kotelointielimeen. Muissa tapauksissa useampaa kuin yhtä koteloin-30 tielintä voidaan käyttää yksittäisen keraamisen sekarakennekappaleen yhteydessä. Kotelointielimen (-elimien) ulkopuolella olevan keraamisen sekarakenteen kappaleen osan muotoa, jos tätä on olemassa, voidaan säätää järjestämällä täyteaine tai täyteaineen sopiva osuus muotoiltuna esimuottina allakuvatun mukaisesti tai sijoittamalla mukautuvan täyte-35 ainepeti muotoiltuun ra joi tt luteen, kuten on kuvattu toisessa hakijan US-patentissa 4,923,832, joka on jätetty 8.5.1986 nimellä Marc S. New- 10 33021 kirk et ai ja nimeltään "Menetelmä muotoiltujen keraamisten sekaraken-teiden valmistamiseksi käyttämällä rajoitinta”. Rajoitin pysäyttää hapettumisreaktion muodostaman monikiteisen materiaalin kasvun. Kuten on selvitetty, rajoitin, kuten kipsi, voidaan levittää myös esimuotin 5 pintaan.
Perusmetalli voidaan järjestää perusmetallivaraston muotoon, joka täydentää täyteaineen massan kanssa kosketuksessa olevan perusmetallin ensimmäistä lähdettä niiden menetelmien mukaisesti, jotka on esitetty 10 toisessa hakijan US-patentissa 4,900,699, joka on jätetty samanaikaisesti tämän hakemuksen kanssa nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Säiliösyöttömenetelmä keraamisten sekarakenteiden valmistamiseksi". Perusmetallivaraston massa virtaa painovoimavirtausyhteyden vaikutuksesta täydentämään lähdeperusmetallia, joka on kulutettu hapet-15 tumisreaktioprosessissa, mikä takaa sen, että perusmetallia on runsaasti saatavilla prosessin jatkamiseksi, kunnes toivottu määrä monikiteis-tä materiaalia on muodostunut hapettumisreaktion avulla. Saatava keraaminen sekarakennetuote sisältää sisällytetyn täyteaineen ja sisäisesti sovitetun kotelointielimen. Keraamisen sekarakennetuotteen pintarajat 20 kotelointielimen ympärillä voidaan määrittää ainakin osaksi kotelointielimen sitoutumispinnan tai sisäosan geometrialla, kun kotelointielin koteloi täyteaineen tai osan siltä. Tällaisessa tapauksessa keraamisen sekarakenteen muoto on yhdenmukainen kotelointielimen sisäosan tai sitoutumispinnan kanssa, joka elin toimii rajoittimena ja määrittää 25 täten keraamisen sekarakenteen sisägeometrian tai -muodon hyvin paljon : samalla tavalla kuin muotin sisäpinta määrittää siihen muotoillun koh teen ulkogeometrian.
Keksinnön joissakin suoritusmuodoissa perusmetalli tai sen osa, johon 30 viitataan perusmetallin lähdekappaleena, voidaan sisällyttää mukautu-; vaan täyteainepetiin tai sijoittaa sen kanssa mukautuvaan yhteyteen.
Mukautuva täytaine mukautuu perusmetallin lähdekappaaleen muotoon sillä tuloksella (kuten on selvitetty yllämainituissa hakijan US-patenteissa 4,828,785 ja 4,854,648), että saatavaan keraamiseen sekarakenteeseen on ' 35 muodostunut malli tai yksi tai useampi ontelo, joka vastaa perusmetal-
Iin lähdekappaleen muotoa. Perusmetallin lähdekappale voi käsittää 11 Π S O 21 yhden tai useamman kappaleen ja se voi olla yksinkertainen lieriö, tanko, harkko tai vastaava tai se voi olla sopivasti muotoiltu millä tahansa sopivalla menetelmällä esimerkiksi siten, että perusmetallin tanko, billetti tai harkko voidaan sopivasti työstää, valaa, muovata, 5 pursottaa tai muutoin muokata tuottamaan muotoillun perusmetallin läh-dekappaleen. Perusmetallin lähdekappaleella voi näin olla yksi tai useampi ura, reikä, syvennys, taso, uloke, laippa, ruuvin kierre ja vastaava siihen muodostettuna. Sillä voi olla myös tai vaihtoehtoisesti yksi tai useampi uloke, holkki, kiekko, tanko ja vastaava siihen koot-10 tuna, jotta voidaan tuottaa mikä tahansa toivottu konfiguraatio. Keraamiseen sekarakennekappaleeseen näin muodostunut malli tai ontelo voi sisältää jäljelle jäänyttä perusmetallia tai on sen täyttämä, joka perusmetalli jähmettyy uudelleen, kun rakenteen annetaan jäähtyä prosessoinnin jälkeen. Uudelleen jähmettynyt perusmetalli voidaan valin-15 naisesti poistaa sen sisältämästä mallista tai ontelosta, kuten alla on kuvattu. Saatava muotoiltu keraaminen sekarakennetuote käsittää näin täyteaineen, jonka monikiteinen keraaminen matriisi on sulkenut sisäänsä ja joka on sisäisesti sovitettu yhteen tai useampaan kotelointieli-meen. Itse keraaminen matriisi voi valinnaisesti sisältää perusmetallin 20 hapettumattomia ainesosia tai aukkoja tai molempia, ja sillä on valitulla muodolla varustettu pintageometria. (Keraamiseen matriisiin valinnaisesti hajaantuneita perusmetallin hapettumattomia ainesosia ei . tule sekoittaa uudelleen jähmettyneeseen perusmetalliin, jota on jäänyt jäljelle malliin tai onteloon, jota suotautunut perusmetallimassa on 25 muodostanut täyteainepetiin.
Vaikka keksintöä kuvataan alla yksityiskohtaisesti viitaten erityisesti alumiiniin suositeltavana perusmetallina, muita sopivia perusmetalleja, jotka täyttävät tämän keksinnön kriteerit mutta eivät ole niihin ra-30 joittuneita, ovat pii, titaani, tina, sirkonium Ja hafnium. Alumiinin : ollessa perusmetallina keksinnön erityisiä suoritusmuotoja ovat alfa- alumiinioksidi ja alumiininitridi hapettumisreaktiotuotteena; titaani perusmetallina ja titaaninitridi tai tltaaniboridi hapettumisreaktiotuotteena; pii perusmetallina ja piikarbidi, piiboridi tai piinitridi ' 35 hapettumisreaktiotuotteena.
12 88021
Voidaan käyttää kiinteää, nestemäistä tai kaasufaasihapetinta tai tällaisten hapettimien yhdistelmää. Tyypillisiä kaasufaasihapettimia ovat rajoituksetta happi, typpi, halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri Ja niiden yhdisteet ja yhdistelmät kuten pii-5 dioksidi (hapen lähteenä), metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni ja propyleeni (hiilen lähteinä) sekä seokset kuten ilma, H2/H20 ja C0/C02, joista kaksi jälkimmäistä (eli H2/H20 ja C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämään ympäristön happiaktiivisuutta. Keksinnön mukainen keraaminen rakenne voi siis käsittää hapettumisreaktiotuotteen, joka 10 sisältää yhden tai useamman oksidin, nitridin, karbidin, boridin ja oksinitridin. Tarkemmin sanottuna hapettumisreaktiotuote voi olla esimerkiksi yksi tai useampi seuraavista alumiinioksidi, alumiininitridi, piikarbidi, piiboridi, alumiiniboridi, titaaninitridi, sirkoniumnitridi, titaaniboridi, sirkoniumboridi, piinitridi, hafniumboridi ja tina-15 oksidi.
Vaikka mitä tahansa sopivia hapettimia voidaan käyttää, keksinnön erityisiä suoritusmuotoja kuvataan alla kaasufaasihapettimien käyttöön viitaten. Jos käytetään kaasu- tai höyryhapetinta, eli kaasufaasihape-20 tinta, täyteaine on läpäisevä kaasufaasihapettimelle siten, että täyte-ainepedin tullessa alttiiksi hapettimelle kaasufaasihapetin läpäisee täyteainepedin tullen kosketukseen siinä olevan sulan perusmetallin kanssa. Happea (mukaanlukien ilman) sisältävät happi- tai kaasuseokset ovat esimerkiksi suositeltavia kaasufaasihapettimia alumiinin ollessa • ’.· 25 perusmetallina, joista ilmaa pidetään tavallisesti parempana sen ilmei- sestä taloudellisuudesta johtuen. Kun kaasufaasihapetin tunnistetaan tietyn kaasun tai höyryn sisältäväksi tai käsittäväksi, tämä tarkoittaa hapetinta, jossa tunnistettu kaasu tai höyry on perusmetallin ainoa, hallitseva tai ainakin merkittävä hapetin käytettävässä hapettavassa 30 ympäristössä vallitsevissa olosuhteissa. Vaikka esimerkiksi ilman pää-ainesosa on typpi, ilman happipitoisuus on perusmetallin ainoa tai hal-litseva hapetin, koska happi on merkittävästi voimakkampi hapetin kuin typpi. Tämän vuoksi ilma määritetään "happea sisältävänä kaasuhapetti-: : mena" muttei "typpeä sisältävänä kaasuhapettimena". Esimerkki "typpeä ; 35 sisältävästä kaasuhapettimesta" tässä yhteydessä ja patenttivaatimuk- 13 88021 sissa käytettynä on "muodostuskaasu", joka sisältää 96 tilavuusprosenttia typpeä ja 4 tilavuusprosenttia vetyä.
Kun käytetään kiinteää hapetinta, se on tavallisesti hajautuneena koko 5 täyteainepedin läpi tai perusmetallin viereisen pedin osan läpi täyteaineeseen sekoitettujen hiukkasten muodossa tai ehkä päällysteenä täy-teainehiukkasten päällä. Mitä tahansa sopivaa kiinteää hapetinta voidaan käyttää mukaanlukien alkuaineet kuten boori tai pelkistyvät yhdisteet kuten piidioksidi tai tietyt boridit, joiden lämpödynaaminen sta-10 bilisuus on alhaisempi kuin perusmetallin boridireaktiotuotteella. Kun esimerkiksi booria tai pelkistyvää boridia käytetään kiinteänä hapet-timena alumiiniperusmetallille, saatava hapettumisreaktiotuote on alu-miiniboridi.
15 Joissakin tapauksissa hapettumisreaktio voi edetä niin nopeasti, kiinteän hapettimen yhteydessä, että hapettumisreaktiotuote pyrkii sulamaan prosessin eksotermisestä luonteesta johtuen. Tämä ilmiö voi heikentää keraamisen kappaleen mikrorakenteellista yhtenäisyyttä. Tämä nopea eksoterminen reaktio voidaan välttää sekoittamalla koosteeseen suhteel-20 lisen inerttisiä täyteaineita, joilla on alhainen reaktivisuus. Tällaiset täyteaineet imevät reaktion lämmön minimoiden mitä tahansa lämmön-karkaamisvaikutusta. Esimerkki tällaisesta sopivasta inerttisestä täyteaineesta on täyteaine, joka on identtinen aiotun hapettumisreaktio-·*’’ tuotteen kanssa.
ί V 25 : Jos käytetään nestemäistä hapetinta, täyteaineen koko peti tai sen sulan metallin viereinen osa päällystetään hapettimella tai kostutetaan hapettimella esimerkiksi sisällyttämisen avulla täyteaineen kyllästämi-seksi. Viittaus nestemäiseen hapettimeen tarkoittaa sellaista hapetin-30 ta, joka on neste hapettumisreaktio-olosuhteissa, ja näin ollen neste-. . mäisellä hapettimella voi olla kiinteä esiaste, kuten suola, joka on * ‘ sulassa muodossa hapettumisreaktio-olosuhteissa. Nestemäisellä hapetti- '·* * mella voi olla vaihtoehtoisesti nestemäinen esiaste, kuten materiaalin liuos, jota käytetään kyllästämään koko täyteaine tai sen osa ja joka 35 sulatetaan tai hajotetaan hapettumisreaktio-olosuhteissa tuottamaan 14 •38021 sopivan hapettimen osuuden. Esimerkkejä nestemäisistä hapettimista ovat tässä käytettyinä alhaissulatteiset lasit.
Hapetinta, joka on nestemäinen tai kiinteä prosessiolosuhteissa, voi-5 daan käyttää kaasufaasihapettimen yhteydessä. Tällaiset lisähapettimet voivat olla erityisen hyödyllisiä edistämään perusmetallin hapettumista mielellään täyteainepedissä tai esimuotissa, pikemminkin kuin sen rajapintojen yli. Toisin sanoen tällaisten lisähapettimien käyttö voi luoda esimuottiin ympäristön, joka on suotuisampi perusmetallin hapettumis-10 kinetiikalle kuin esimuotin ulkopuolella olevalle ympäristölle. Tämä parannettu ympäristö on hyödyllinen edistämään matriisin kehittymistä esimuotissa sen rajalle asti ja minimoimaan ylikasvua.
Perusmetallin varastomassa voidaan sopivasti sisällyttää hiukkasmaisen 15 inerttisen materiaalin petiin, joka on inerttinen tai läpäisemätön sulalle perusmetallille. Inerttisen materiaalin peti sisältää näin ollen sulan perusmetallin säiliön ja syöttää metallia tyypillisesti inerttisen materiaalin pedissä olevan aukon kautta lähdemassaan, Joka on sisällytetty täyteainepetiin. Perusmetallivaraston massasta muodos-20 tettu lieriömäinen tai puolipallon muotoinen harkko voidaan sijoittaa esimerkiksi siten, että sen ulkoneva osuus on suotautuneen massan päällä täyteainepedissä.
" Perusmetalli voidaan vaihtoehtoisesti järjestää muotoilematta sitä ja 25 toistamatta sen muotoa tai sen osan muotoa keraamiseen sekarakennekap-: paleeseen. Näin ollen perusmetallin mitä tahansa muotoa voidaan käyt- tää, kun perusmetallin muotoa ei toisteta keraamiseen sekarakennekappa-leeseen. Tämän vuoksi täyteaineen massan kanssa kosketuksessa oleva sula perusmetalli voidaan tällaisissa tapauksissa järjestää sulana 30 metallina tai minkä tahansa sopivan muotoisena billettinä tai harkkona.
. . Täyteainepeti voi käsittää mukautuvan täyteainepedin tai muotoillun täyteaine-esimuotin. Kokoonpanon konfiguraatio voi olla sellainen, että saadaan riittävä perusmetallin syöttö kosketukseen täyteaineen kanssa, - tai perusmetallin varastointimassa voidaan järjestää korvaamaan täyte· 35 aineen kanssa kosketuksessa olevaa lähdeperusmetallia, sulan perusmetallin siirtyessä täyteaineeseen. Jos sulaa metallia syötetään riittä- 0 8 021 15 västi varaston massasta lähdemassaan, joka on sisällytettynä mukautuvaan täyteaineeseen tai mukautuvassa kosketuksessa sen kanssa, reaktion loppuessa sen jälkeen kun hapettumisreaktiotuote on kasvanut toivottuun kokoon, hapettumaton sula perusmetalli jähmettyy uudelleen ja keraami-5 sessa rakenteessa oleva ontelo tai malli täyttyy uudelleen jähmettyneellä perusmetallilla. Jos perusmetallin kokonaissyöttö on kuitenkin riittämätön pitämään onteloa tai mallia perusmetallin täyttämänä, ontelo tai malli voi olla tyhjä tai ainoastaan osaksi uudelleen jähmettyneen perusmetallin täyttämä. Mikä tahansa tällainen uudelleen jähmetty-10 nyt perusmetalli voidaan haluttaessa poistaa keraamisen sekarakenne- tuotteen ontelosta tai mallista myöhemmässä prosessointivaiheessa muotoillun sekarakenteen tuottamiseksi, jolla on tyhjä aukko tai malli, joka toistaa perusmetallin lähdemassan geometrian.
15 Tämän keksinnön yhteydessä sovellettava täyteaine voi olla yksi tai useampi laajasta, tarkoitukseen soveltuvien materiaalin luokasta. Täyteaine voi olla "mukautuva" täyteaine, joka termi tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä tarkoittaa sitä, että täyteaine voidaan sijoittaa kotelointielimeen ja että se mukautuu kotelointielimen 20 sisägeometriaan. Mukautuva täyteaine voi myös mukautua siihen sisällytetyn perusmetallin lähteen massaan, tai se voidaan sijoittaa mukautuvaan yhteyteen täyteaineen kanssa, kuten yllä on kuvattu. Jos täyteaine käsittää esimerkiksi hiukkasmaista materiaalia, esimerkiksi tulenkestä-vän metallioksidin kuten alumiinioksidin hienoja rakeita, täyteaine : ‘ 25 mukautuu säiliön tai kotelointielimen sisägeometriaan, johon se on : sijoitettu. Ei kuitenkaan ole välttämätöntä, että täyteaine on hienojen hiukkasten muodossa ollakseen mukautuva täyteaine. Täyteaine voisi esimerkiksi olla kuitujen kuten hienoksi pilkottujen kuitujen muodossa tai villamaisen kuitumateriaalin kuten teräsvillan muodossa. Täyteaine 30 voi myös käsittää kahden tai useamman tällaisen geometrisen konfiguraa-. . tion yhdistelmän, eli esimerkiksi hienojen hiukkasmaisten rakeiden ja kuitujen yhdistelmän. Tässä yhteydessä käytettynä mukautuvan täyteaineen käyttämiselle on ainoastaan välttämätöntä, että täyteaineen fysikaalinen konfiguraatio on sellainen, että se sallii täyteaineen täyttä-35 vän siihen sijoitetun rajoitin-kotelointielimen sisäpinnan konfiguraation ja mukautuvan siihen. Tällainen mukautuva täyteaine mukautuu myös 16 ' J S O 21 tarkasti perusmetallin suotautuneen massan tai sen osan pintoihin, joka massa tai sen osa on sisällytetty mukautuvan täyteaineen massaan tai on sijoitettu sen kanssa mukautuvaan yhteyteen. Voidaan käyttää mitä tahansa hyödyllistä täyteaineen muotoa tai muotojen yhdistelmää, kuten 5 yhtä tai useampaa seuraavista vaihtoehdoista: onttoja kappaleita, hiukkasia, jauheita, kuituja, karvoja, palloja, kuplia, teräsvilloja, le-vyjä, aggregaatteja, lankoja, tankoja, sauvoja, levykkeitä, kuulia, putkia, tulenkestäviä kuitukankaita, pikkuputkia tai näiden seoksia.
10 Täyteaine voi käsittää myös muotoillun esimuotin, joka on valmistettu tai muodostettu mihinkä tahansa ennaltamäärättyyn tai toivottuun kokoon tai muotoon millä tahansa tavanomaisella menetelmällä, joita ovat liu-kuvalu, ruiskupuristus, siirtomuovaus, tyhjömuovaus tai muu minkä tahansa sopivan täyteaineen (sopivien täyteaineiden) prosessointi, joiden 15 täyteaineiden tyyppi on tarkemmin tunnistettu ja kuvattu muussa osassa tätä tekstiä. Täyteaine-esimuotti, joka on läpäisevä perusmetallin ja kaasufaasihapettimien hapettumisreaktiosta saadun monikiteisen materiaalin kasvulle, voi sisältää tai käsittää kiinteän hapettimen ja/tai nestemäisen hapettimen, jota voidaan käyttää kaasufaaslhapettimen yh-20 teydessä. Esimuotilla on pintaraja ja sen tulisi säilyttää riittävän muodon yhtenäisyys ja raakalujuusmittatarkkuuden saavuttamiseksi sen jälkeen, kun keraaminen matriisi on sen suodattanut huolimatta siitä, että se on kyllin läpäisevä mahdollistamaan kasvavan monikiteisen mat-riisin. Esimuottitäyteaineilla on mielellään 5-90 tilavuusprosentin : ; 25 huokoisuus ja mieluummin noin 25-50 tilavuusprosentin huokoisuus. Huo- koinen esimuotti tulisi mielellään pystyä kostuttamaan sulalla perusme-tallilla prosessilämpötilaolosuhteissa, jotta voitaisiin edistää monikiteisen materiaalin kehittymistä esimuottitäyteaineeseen keraamisen - . sekarakennetuotteen tuottamiseksi, jolla on korkea yhtenäisyys ja hyvin 30 määritetyt rajat.
Täyteaineet, joista esimuotti on tehty, kuten keraamiset jauheet tai hiukkaset, voidaan sitoa yhteen millä tahansa sopivalla sideaineella kuten polyvinyylialkoholilla tai vastaavalla, joka ei häiritse tämän . . 35 keksinnön mukaisia reaktioita tai jätä keraamiseen sekarakennetuottee seen ei-toivottuja jäännesivutuotteita. Voidaan käyttää esimerkiksi 08021 17 sopivia hiukkasia kuten piikarbidia tai alumiinioksidia, joiden rae-tai US-standardin mukainen seulamitta on noin 10-1000 tai hienompi, mikä vastaa 10-2000 mikronin hiukkaskokoa, tai seulamittojen ja tyyppien seosta. Hiukkaset voidaan muokata tunnetuilla tai tavanomaisilla 5 tekniikoilla kuten muodostamalla hiukkasliete orgaaniseen sideaineeseen, kaatamalla liete muottiin ja antamalla osan tämän jälkeen jähmettyä esimerkiksi kuivaamalla korkeassa lämpötilassa.
Tarkemmin sanottuna, mitä sopiviin materiaaleihin tulee, joita voidaan 10 käyttää läpäisevää esimuottia muodostettaessa tai valmistettaessa, muualla kuvatut kolme täyteaineluokkaa ovat sopivia materiaaleja läpäiseväksi esimuottitäyteaineeksi.
Vaikka täyteaine on esimuottitäyteaine tai mukautuvan täyteaineen irto-15 naisesti tiivistetty peti tai massa, yksi tai useampi kotelointielin koteloi tai ympäröi täyteaineen osittain tai täysin siten, että täyteaineen sisäänsä sulkevan monikiteisen materiaalin kasvu ulottuu kote-lointielimen (-elimien) sitoutumispintaan (pintoihin), jotta kotelointielin (-elimet) voidaan kutistesovittaa sisäisesti keraamiseen seka-20 rakenteeseen. Kotelointielin voidaan valmistaa mistä tahansa sopivasta materiaalista, ja sillä voi olla mikä tahansa toivottu muoto, joka mahdollistaa ainakin täyteaineen osan koteloimisen. Se voidaan valmistaa esimerkiksi metallista kuten teräksestä tai ruostumattomasta teräksestä tai nikkeliseoksesta, jota myydään tavaramerkillä Inconel®. Inconel I · 25 käsittää 39,0-87,9 paino-% Ni, 14,0-31,0 paino-% Cr, 0-24,6 paino-% Fe : : sekä vähäisiä määriä C, Mg, S, Si, Cu, Ti, Ai, Co, Mb. Kotelointieli- mellä voi olla rei'itetty tai huokoinen rakenne, jotta kaasufaasihapet-timen kulku sen lävitse on mahdollista. Tietyissä tapauksissa voi olla toivottavaa tai välttämätöntä päällystää kotelointielin tai järjestää 30 se kerroksella, joka suojelee tällaista elintä joko hapettumiselta, . . perusmetallin ja/tai täyteaineen syövyttämiseltä tai molemmilta proses- siolosuhteissa.
: Viitaten nyt piirustuksiin kuvio 1 esittää koostetta 10, jolla on säi- 35 liökammio 12 ja kotelointielin 14 sijoitettuna säiliökammion 12 alapuolelle ja yhdistettynä siihen säiliökammion 12 lattiassa 28 olevan aukon 18 38 021 (numeroimattoman) kautta. Kotelointielin 14 koostuu seulasta 16 ja revitetystä lieriöstä 18, joka seulan 16 tavoin on konfiguraatioltaan olennaisesti lieriömäinen. Kotelointielimen 14 sisäsitoutumispintaa määrittää seula 16 (kuviot 1 ja IA), joka on sijoitettu revitettyyn 5 lieriöön 18 ja joka on sen vahvistama. Lieriö 18 toimii ulkoisena, jäykkänä elimenä, joka vahvistaa lieriömäistä seulaa 16 ja on muodostanut siihen reVitysten 20 mallin (kuvio IA). Lieriö 18 on kyllin jäykkä säilyttäen prosessoinnin aikana siihen sisällytetyn mukautuvan täyteaineen pedin 38 muodon. Seula 16 voi olla tulenkestävä kangas tai metal-10 li, esimerkiksi ruostumaton terässeula. Havainnollistetussa suoritusmuodossa se on punottu, avoinverkkoinen ruostumaton terässeula, jonka monet aukot on suunnattu lieriön 18 reikien 20 kanssa siten, että kotelointielin 14 on huokoinen ja tätä myötä avoin ympäröivän ilmakehän päädylle sisäänsä. Useita kulmarautavahvikkeita 22 on sijoitettu toi-15 sistaan erilleen lieriön 18 ulkopinnan ympärille, ja niitä pitävät paikoillaan kiristysrenkaat 32 rakenteen vahvistamiseksi. Perustus 24, joka voi olla joko kiinteä tai huokoinen rakenne, sulkee kotelointielimen 14 pohjan.
20
Varastokammio 12, joka on muodoltaan myös lieriömäinen ja halkaisijaltaan suurempi kuin kotelointielin 14, on varaston seinämien 26 ja lattian 28 ympäröimä, jotka ovat lävistämätöntä rakennetta. Havinnolliste-tussa suoritusmuodossa hiukkasmaisen inerttisen materiaalin peti 30 25 tukee perusmetallivaraston kappaletta 34 varastokammiossa 12. Varasto-kappaleen 34 yläosa on muodoltaan yleisesti lieriömäinen, joka yläosa on liitetty sisäänpäin suippenevaan kartion muotoiseen osaan, josta ulkonee uloke tullen kosketukseen lattian 28 pohjassa lähdekappaleen 36 kanssa, joka on muodoltaan pitkänomainen ja yleisesti lieriömäinen ja 30 halkaisijaltaan huomattavasti pienempi kuin varastokappale 34. Lähde-kappaleella 36 on kolmen yleisesti lieriömäisten tai kiekon muotoisten ulokkeiden sarja 36a,36b ja 36c, ja se on sijoitettu kotelointielimeen 14 sijoitettuun täyteaineen 38 massaan. 1
Kotelointielin 14 on mukautuvan täyteaineen 38 pedin täyttämä, johon lähdekappale 36 on sijoitettu ja etenee perusmetallin lieriömäisenä 19 33021 keernana täyteainemateriaalia olevassa pedissä. Lähdekappale 36 ja/tai täyteaine 38 voidaan käsitellä lisäaineella tai ne voivat sisältää lisäaineen hapettumisreaktion helpottamiseksi. Perusmetalliin voidaan lisätä yhtä tai useampaa lisäainetta, tai yhtä tai useampaa lisäainetta 5 voidaan levittää ulkoisesti lähdekappaleeseen 36 tai sen osiin. Tämän lisäksi tai tämän asemasta yhtä tai useampaa lisäainetta voidaan lisätä täyteaineeseen 38 ainakin lähdekappaleen 36 läheisyyteen. Varastokam-miossa 12 oleva hiukkasmainen inerttinen materiaali 30 ei kostu sulan perusmetallin virtauksesta ja on sen vuoksi tälle virtaukselle inertti-10 nen ja läpäisemätön siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostu- minentai kasvu inerttisen materiaalin 30 pedin läpi ei ole mahdollista.
Tämän mukaisesti sula perusmetallivarasto voi painovoiman vaikutuksesta virrata lähteeseen 36 täydentämään perusmetallia, jotka on suodattunut 15 mukautuvan täyteainepetiin 38 ja hapettunut siinä. Esimerkiksi kun kyseessä on alumiiniperusmetalli inerttinen materiaali 30 voi käsittää hiukkasmaisen El Alundumin, joka on Norton Companyn tuote. Joissakin tapauksissa voi olla toivottavaa eristää tai suojella varastokammiota 12 ympäröivältä ilmakehältä. Tällaisissa tapauksissa varaston kansile-20 vyä voidaan käyttää sulkemaan varastokammion 12 yläaukko ympäröivältä ilmakehältä, ja tiivistyslevyä voidaan käyttää sulkemaan varastokammion 12 ja kotelointielimen 14 välinen (numeroimaton) aukko lukuunottamatta aukkoa, joka sallii perusmetallin kulun lävitseen.
*: 25 Tiivistämällä mukautuvan täyteaineen 38 peti kotelointielimeen 14 se - ' mukautuu seulan 16 määrittämän elimen 14 sisä- tai sitoumispinnan kans sa, jolloin kotelointielimen 14 sisäkonfiguraatio määrittää täyteaineen pedin pintarajan ja elimen, johon keraaminen sekarakenne on sisäisesti . . kutistussovitettu. Tällainen tiivistäminen mukauttaa täyteaineen lisäk- 30 si lähdekappaleen 36 muotoon siten, että jälkimmäinen määrittää ja täyttää mukautuvan täyteaineen 38 massassa olevan muotoillun ontelon.
Kooste 10 sijoitetaan uuniin, joka sisältää sopivan kaasufaasihapetti-.'V. men tai johon tällainen hapetin on syötetty, jos tällaista hapetinta 35 käytetään. (Muutoin käytetään inerttistä kaasua tai tyhjiötä.) Kaasu-*· faasihapetin voi käsittää ilmakehän ilmaa, jossa tapauksessa sopivia ::3021 20 ilmanvaihtoaukkoja käytetään uunissa tuottamaan kaasufaasihapettimen lähteen päästämällä ilmaa uunin sisäosaan. Täyteainepedin kooste 10 voidaan tukea uuniin pystyasentoon millä tahansa sopivalla tukielimel-lä, jota ei kuvassa näy. Varastokammiota 12 pidetään kotelointielimen 5 14 yläpuolella siten, että sulaa perusmetallia virtaa painovoiman vai kutuksesta varastosta 34 lähteeseen 36. Kaasufaasihapetin tulee mukautuvan täyteaineen 38 petiin lieriön 18 reikien ja huokoisen seulan 16 aukkojen kautta.
10 Hapettumisreaktiotuotteen kasvu etenee ylläkuvatun mukaisesti, kun sulaa metallia vetäytyy hapettumisreaktiotuotteen kasvavan massan läpi, jonka pinnalle se hapetetaan, ja muodostaa lisää hapettumisreaktio-tuotetta. Kun kasvava monikiteinen materiaali saavuttaa huokoisen seulan 16, sen lisäkasvun pysäyttää seulan 16 muodostama rajoitin lieriön 15 18 tukemana. Monikiteinen materiaali kasvaa näin täyttäen täysin kote lointielimen 14 ja on siihen täten sisäisesti sovitettu. Koska moniki-teisen materiaalin kasvun pysäyttää kotelointielimen 14 tehokkaasti muodostama rajoitin, se täyttää täysin kotelointielimen ja on siihen sisäisesti sovitettu. Kasvava monikiteinen materiaali on olennaisesti 20 täysin mukautunut kotelointielintä vasten siten, että se pysyy varmasti koossa ja koteloituu siihen jäähdytettäessä. Kun lieriö 18 käsittää lisäksi materiaalin, jolla on suurempi lämpölaajenemiskerroin kuin keraamisella sekarakennekappaleella, eli kun se esimerkiksi käsittää metallin kuten ruostumattoman teräksen tai nikkeliseoksen kuten aikai-: 25 senunin mainitun Inconel® -seoksen ja kun tällainen sekarakennekappale on koostettu esimerkin 1 mukaisesti, saavutetaan myös lämpökutistumis-; sovite. Kun kooste näin ollen kuumennetaan reaktiolämpötilaan, ruostu- mattomasta teräksestä tai nikkeliseoksesta valmistettu lieriö laajenee ja monikiteinen materiaali kasvaa täyttämään lämpölaajenneen lieriön.
30 Kun kooste jäähdytetään, sekä keraaminen sekarakenne että kotelointi-. . lieriö kutistuvat. Koska teräksisen tai nikkeliseoksisen lieriön 18 lämpölaajeneminen ja supistuminen on kuitenkin merkittävästi voimakkaampaa kuin suurella osalla rakenteen 40 keraamista materiaalia, saavutetaan lieriön 18 tiukka kutIstumissovite keraamisen sekarakenteen 40 35 ympärille rakenteen jäähtyessä prosessoinnin loputtua, mikä parantaa -3021 21 keraamisen rakenteen 40 ominaisuuksia luomalla siihen suotuisan esijännityksen.
Keraamisen sekarakenteen poistaminen voidaan toteuttaa purkamalla täy-5 teainepedin kooste 10. Puristusrenkaiden 32 irrottaminen irrottaa kul-marautavahvikkeet 22 ja sallii keraamisen sekarakenteen erottamisen niistä sekä perustasta 24, jolla sekarakenteella on kotelointielin 14 ympärilleen sisäisesti kutistumissovitettuna. Kotelointielin 14 on näin asennettu pysyvästi keraamiseen sekarakenteeseen 40. Keraaminen sekara-10 kenne 40 voidaan leikata poikittain kotelointielimen 14 yläosasta tai läheltä sitä (kuten kuviosta 1 näkyy), jotta saadaan aikaan olennaisesti lieriömäinen, koteloitunut keraaminen sekarakenne, kuten kuviossa 2 on esitetty. Keraamisella sekarakenteella 40 on sisäreikä 42, joka on kopio lähdekappaleen 36 muodosta, johon sisältyy kolmen suurentuneen 15 kammion sarjan (joista ainoastaan kaksi, 42a ja 42b, on näkyvissä kuviossa 2). Suurentuneet kammiot ovat lähdekappaleen 36 lieriömäisten ulokkeiden 36a, 36b ja 36c kopioita tässä järjestyksessä. Uudelleen jähmettynyt perusmetalli, joka muodostuu reikään 42, kun kooste jäähdytetään hapettumisreaktion loputtua, voidaan poistaa millä tahansa sopi-20 valla tavalla, jos niin halutaan. Esimerkiksi suunnilleen reiän 42 halkaisijainen reikä voidaan porata uudelleen jähmettyneen perusmetallin massan poistamiseksi, ja jäljellä oleva perusmetalli, jota esiintyy enimmäkseen suurentuneissa kammioissa, kuten kammioissa 42a ja 42b, voidaan poistaa kemiallisesti liuottamalla. Esimerkiksi kloorivetyhap-‘ · : 25 poa voidaan käyttää tällä tavoin alumiiniperusmetallin yhteydessä.
: Kloorivetyhappo liuottaa alumiinin, muttei vaikuta heikentävästi kerää- : . . miseen sekarakenteeseen. Joissakin tapauksissa voi olla toivottavaa jättää perusmetallin keerna tai sen osa paikoilleen lopullisen tuotteen - . aikaansaamiseksi, jolla on metallinen keerna.
30
Keraamisen sekarakenteen 40 ulkopinta mukautuu seulan 16 ulkoiseen lieriömäiseen pintaan, eli on sen kanssa yhdenmukainen, ja seulan kudos-mallin läpi työntyvä karkea tai kuvioittunut pinta auttaa lukitsemaan sisäisesti kutistussovitetun kotelointielimen, eli kotelointielimen 14, 35 paikoilleen. Sisäänpäin työntyviä elimiä voidaan järjestää lieriöön 18 lisäämään sisäisen sovituksen lujuutta. Kotelointielimien 14, joiden 8 8021 22 konfiguraatioiden yhteydessä voi olla välttämätöntä tai toivottavaa järjestää niveltyyppisen liitoksen avulla yksi tai useampi lisämetal-livarasto sulan perusmetallin syöttämiseksi useista kohdista lähdemas-saan 36, jotta voidaan helpottaa hapettumisreaktiotuotteen kasvua täy-5 teainepedin 38 koko tilavuuden läpi.
Kuten kuvioissa 2 ja 2A on havainnollistettu, kotelointielin, joka käsittää esimerkiksi lieriön 18 sisäisesti kutistussovitettuna keraamisen sekarakenteen 40 ympärille, voi toimia tuottamaan välineen, jonka 10 avulla voidaan asentaa toinen elin. Kuviot 2 ja 2A havainnollistavat suoritusmuotoa, jossa kotelointielimellä 14 varustettu keraaminen seka-rakenne sisältää lisäksi laipallisen putkielimen asennettuna koteloin-tielimeen 14. Tämä saadaan aikaan sovittamalla koteloitu keraaminen rakenne putkielimellä 44, jolla on toisessa päässään laippa 44a. Put-15 kielin 44 voi olla valmistettu kiinteästä läpäisemättömästä rakenteesta, kuten putken tai putkituksen osasta, ja sillä voi olla toinen laippa (ei näy kuvioissa) kiinnitettynä siihen päähän, joka on vastapäätä sitä päätä, johon laippa 44a on kiinnitetty, jotta saadaan aikaan lai-pallinen kanava, jolla on sen läpi ulottuvalla reiällä 42 varustettu 20 keraaminen sekarakennekeerna. Putkielin 44 voidaan pistehitsata laipan 44a (ja sen vastakkaisen pään) ulkopinnasta rei'itettyyn lieriöön 18, jos tämä katsotaan toivottavaksi tai välttämättömäksi.
" Kuvioissa 2 ja 2A havainnollistetun suoritusmuodon etuna on kyky kas- 25 vattaa keraaminen sekarakenne sitoutuvaan kosketukseen kuumennetun, lämpölaajenneen rei'itetyn lieriön 18 kanssa, jolloin voidaan jäähdytettäessä tuottaa kutistussovitettu metallin koteloima keraaminen keer-narakenne. Keksinnön mukaisen tekniikan etuna tunnettuihin tekniikoihin verrattuna, joilla metallinen kotelo kutistussovitetaan aikaisemmin 30 valmistetun keraamisen keernan ympärille, on tunnettujen tekniikoiden vaatimus saavuttaa keraamisen keernan ulkohalkaisijan ja metallisen kotelon sisällälka 1 .sijan erittäin tarkat toleranssit. Nämä tarkat toleranssit ovat välttämättömiä siinä mielessä, että keraamisen keernan ja : ; metallisen kotelon välinen lämpölaajenemisen ja kutistumisen ero si- 35 joittuu kapealle alueelle, jolloin kuumennettu kotelo pystyy liukumaan keraamisen keernan yli ja jäähdytettäessä supistumaan, jotta keraami- 23 ' o f n > o U Z ! seen keernaan saadaan sopiva määrä tartuntavoimaa. Tarkkoja toleransseja vaaditaan lisäksi sen vuoksi, että saadaan aikaan tarkka mukautuvuus metallisen ja keraamisen pinnan välille kosketusjännitysten välttämiseksi, jotka voivat aiheuttaa keraamisen kappaleen luhistumisen. Tämän 5 keksinnön mukainen tekniikka ei edellytä keraamisen keernan ja metallisen lieriön työstämistä tällaisten tarkkojen toleranssien saavuttamiseksi. Tämän sijasta valitaan sopivalla halkaisijalla varustettu metallinen lieriö, ja keraaminen sekarakenne kasvatetaan lieriön sisäpinnassa ja sisäpintaan, jotta se voidaan tarkasti sitoa ja mukauttaa jälkim-10 mäiseen. Lieriö tai lieriön sisävuoraus muodostaa rajoittimen, johon hapettumisreaktiotuote kasvaa mutta jonka ulkopuolelle se ei kasva, mikä saa aikaan tarkan sisäisen sovitteen. Sopivalla, lieriön ja keraamisen sekarakennekappaleen välisellä lämpölaajenemiserolla saadaan aikaan esijännityksen oikea taso koostetta jäähdytettäessä. Tapauksis-15 sa, joissa koteloiva metalli ei voi olla läpäisevää rakennetta, sen päälle voidaan sovittaa sopivasta läpäisemättömästä rakenteesta koostuvan kotelon tai putken pituus, kuten kuvioissa 2 ja 2A on havainnollistettu putkielimen 44 avulla. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Keraaminen sekarakenne, johon kotelointielin kutistussovitetaan sisäi 2 sesti, käsittää ylläkuvatun mukaisesti täyteaineen sisäänsä sulkevan 3 keraamisen matriisin, joka täyteaine voi olla mukautuva täyteaine tai 4 muotoiltu esimuotin massa, kuten alla on yksityiskohtaisesti kuvattu.
5
Yksi sopiva täyteaineiden luokka käsittää ne kemialliset lajikkeet, 6 jotka prosessin lämpötila- ja hapettamisolosuhteissa eivät ole haihtu 7 via, ovat lämpödynaamisesti stabiileja, eivätkä reagoi liikaa sulan 8 perusmetallin kanssa tai liukene siihen. Alan asiantuntijat tuntevat 9 useita, tällaiset kriteerit täyttäviä materiaaleja, kun alumiinia käy- 10 - - tetään perusmetallina ja ilmaa tai happea käytetään hapettimena. Täl- 11 laisia materiaaleja ovat seuraavien yksimetalliset oksidit: alumiini, 12
Al203; serium, Ce02; hafnium, HfOz; lantaani, La203; neodyymi, Nd203; 13 praseodyymi, erilaiset oksidit; samarium, Sm203; skandium, Sc203; to- 14 rium, Th02; uraani, U02; yttrium, Y203; ja sirkonium, Zr02. Lisäksi suuri 15 määrä binaarisia, tertiaarisia ja korkeamman asteen metallisia yhdis- 16 teitä, kuten spinelli, Mg0.Al203, sisältyy tähän stabiilien tulenkestävien yhdisteiden luokkaan.
24 "8021
Toisen luokan sopivia täyteaineita tai täyteainekomponentteja muodostavat ne aineet, jotka eivät ole sisäisesti stabiileja edullisessa hapettavassa ja korkean lämpötilan ympäristössä, mutta jotka voidaan hajo-5 amisreaktioiden suhteellisen alhaisesta kinetiikasta johtuen sisällyttää täyteainefaasiksi kasvavaan keraamiseen kappaleeseen. Esimerkki kaupallisesta merkityksestä on SiC. Tämä materiaali hapettuisi täysin olosuhteissa, joita tarvitaan hapettamaan alumiini hapen tai ilman kanssa keksinnön mukaisesti, ellei olisi piioksidin suojaavaa kerrosta, 10 joka muodostuu ja peittää SiC-hiukkaset SiC:n edelleen hapettumisen rajoittamiseksi. Suojaava piioksidikerros mahdollistaa myös SiC-hiuk-kasten sintraantumisen tai sitoutumisen toisiinsa ja täyteaineen muihin ainesosiin.
I S Kolmannen luokan sopivia täytonliie 1 la muodoslaval a lunni kuten hiilikuidut, joiden ei lämpödynaamisin tai kineettisin perustein oleteta selviävän tietyistä hapettavista ympäristöistä, joita tarvitaan keksinnön tiettyjä suoritusmuotoja sovellettaessa, tai suositeltavaan suoritusmuotoon liittyvästä altistamisesta sulalle alumiinille, mutta jotka 20 voidaan tehdä yhteensopiviksi tämän keksinnön mukaisen prosessin kanssa, jos 1) ympäristö tehdään vähemmän aktiiviseksi käyttämällä esimerkiksi H20:ta tai C0/C02:ta hapettavina kaasuina tai 2) levittämällä niihin päällystettä, kuten alumiinioksidi, joka tekee lajin kineetti-sesti reagoimattomaksi hapettavassa ympäristössä.
25
Yleisesti ottaen hyödyllisiksi havaittuja täyteaineita ovat yksi tai useampi seuraavista: alumiinioksidi, piidioksidi, piikarbidi, piialu-miinioksinitridi, sirkoniumoksidi, bariumtitanaatti, boorinitridi, . piinitridi, spinelli, rautaseokset, pii-kromi-alumiini -seos, hiili ja 30 alumiini.
Keksinnön lisäsuoritusmuotona, ja kuten hakijan patenteissa on selvitetty, lisäaineiden lisääminen metalliin voi vaikuttaa suotuisasti hapettumisreaktioprosessiin. Lisäaineen toiminta tai toiminnot voivat 35 riippua monista muistakin tekijöistä kuin itse lisäaineesta. Näitä tekijöitä ovat esimerkiksi käytettävä perusmetalli, toivottava loppu- 25 8 8 021 tuote, lisäaineiden tietty yhdistelmä kahta tai useampaa lisäainetta käytettäessä, ulkoisesti levitetyn lisäaineen käyttäminen yhdessä le-jeeratun lisäaineen kanssa, lisäaineen pitoisuus, hapettava ympäristö ja prosessiolosuhteet.
5
Lisäaine tai lisäaineet voidaan järjestää (1) perusmetalliin lisättyinä ainesosina, (2) voidaan lisätä ainakin osaan perusmetallin suotautu-neesta pohjasta tai (3) voidaan lisätä täyteaineeseen tai perusmetallin lähteen massan viereiseen täyteainepedin osaan, tai mitä tahansa kahden 10 tai useamman tekniikan (1),(2) ja (3) yhdistelmää voidaan käyttää. Yhtä tai useampaa perusmetalliin lisättyä lisäainetta voidaan käyttää esimerkiksi yhdessä yhden tai useamman lisäaineen kanssa, jotka on levitetty ulkoisesti perusmetallin suotautuneen pedin koko pintaan tai osaan siitä. Tekniikan (3) tapauksessa, jossa lisäaine tai lisäaineet 15 lisätään täyteaineeseen, lisäys voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, kuten hajauttamalla lisäaineet täyteaineen koko massan tai sen osan läpi päällysteenä täyteainehiukkasten päällä tai hiukkasten muodossa, jolloin mielellään ainakin osa täyteainepedistä sijoitetaan välittömästi perusmetallin suotautuneen massan viereen. Minkä 20 tahansa lisäaineiden lisäys täyteaineeseen voidaan suorittaa myös levittämällä yksi tai useampi lisäainekerros täyteainepetiin ja sen sisään, mukaanlukien mitkä tahansa sen sisäiset aukot, raot, väylät, välitilat tai vastaavat, jotka tekevät sen läpäiseväksi. Sopiva tapa minkä tahansa lisäaineen lisäämiseen on yksinkertaisesti sisällyttää V 25 täyteaineen koko peti lisäainemateriaalinesteeseen (esim. liuokseen).
- : : Lisäaineen lähde voidaan myös järjestää sijoittamalla lisäaineen jäykkä - : massa kosketukseen ainakin perusmetallin pinnan osan ja täyteainepedin kanssa näiden välille. Ohut kerros piitä sisältävää lasia (joka on hyödyllinen lisäaineena alumiiniperusmetallin hapettumiselle) voidaan 30 sijoittaa esimerkiksi perusmetallin pinnalle. Kun piitä sisältävällä . . materiaalilla päällystetty alumiiniperusmetalli (joka voi olla sisäi- sesti seostettu magnesiumilla) sulatetaan hapettavassa ympäristössä (esim. hapetettaessa alumiinia ilmassa noin 850-1450°C:ssa, mieluummin : : : noin 900-1350°C:ssa), tapahtuu monikiteisen materiaalin kasvu lä- - - 35 päisevään pohjaan. Tapauksessa, jossa lisäaine on levitetty ulkoisesti ainakin osaan perusmetallin pinnasta, monikiteinen oksidirakenne kasvaa 26 88021 yleensä läpäisevässä täyteaineessa olennaisesti lisäainekerroksen ulkopuolelle (eli lisätyn lisäainekerroksen syvyyden ulkopuolelle). Yksi tai useampi lisäaine voidaan joka tapauksessa levittää ulkoisesti perusmetallin pintaan ja/tai läpäisevään petiin. Lisäaineita, jotka on 5 lisätty perusmetalliin ja/tai levitetty ulkoisesti perusmetalliin voidaan lisäksi avustaa täyteainepetiin lisätyllä lisäaineella (lisätyillä lisäaineilla). Näin ollen lisäaineiden mitä tahansa puutteellisuuksia, jotka on lisätty perusmetalliin ja/tai levitetty ulkoisesti perusmetalliin, voidaan kompensoida petiin lisättyjen vastaavien lisäaineiden 10 lisäpitoisuuksilla ja päin vastoin.
Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita ovat erityisesti ilman ollessa hapeltLmena magnesium, sinkki Ja pii joko yksin tai yhdessä toistensa kanssa tai yhdessä muiden lisäaineiden kanssa, kuten tässä 15 yhteydessä on selvitetty. Nämä metallit tai metallien sopiva lähde voidaan lisätä alumiinipohjaiseen perusmetallin pitoisuuksina kullekin noin 0,1-10 painoprosenttia perustuen saatavan lisätyn metallin kokonaispainoon. Näitä lisäaineita tai niiden sopivaa lähdettä, joita ovat esimerkiksi MgO, AnO tai Si02, voidaan käyttää ulkoisesti perusmetal-20 liin. Näin ollen alumiinioksidinen keraaminen rakenne on saavutettavissa alumiini-pii-seoksen ollessa perusmetallina ja ilman ollessa hapet-timena käyttämällä MgO:ta pintalisäaineena määrässä, joka on suurempi kuin 0,0008 grammaa per gramma hapetettavaa perusmetallia ja suurempi kuin noin 0,003 grammaa per neliösenttimetri perusmetallin pintaa, 25 johon MgO levitetään.
Lisäesimerkkejä lisäaineista, jotka ovat tehokkaita alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman ollessa hapettimena, ovat natrium, germanium, ·, tina, lyijy, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan 30 käyttää yksittäin tai yhdessä yhden tai useamman lisäaineen kanssa ha-. . pettimesta ja prosessiolosuhteista riippuen. Harvinaiset maametallit kuten serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen käytettyinä erityisesti yhdessä muiden lisäaineiden kanssa. Kaikki lisäaineet, kuten 35 hakijan patenteissa on selvitetty, ovat tehokkaita edistämään moniki- 27 '>8G21 teisen hapettumisreaktiotuotteen kasvua alumiinipohjaisissa perusmetalli järjestelmissä.
Tämän keksinnön avulla saatava keraaminen sekarakenne on tavallisesti 5 tiheä, yhtenäinen massa, jossa noin 5-98 tilavuusprosenttia sekaraken-teen kokonaistilavuudesta koostuu yhdestä tai useammasta täyteaineen ainesosasta, jotka on sisällytetty monikiteiseen matriisimateriaaliin. Monikiteinen matriisimateriaali sisältää tavallisesti alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman tai hapen ollessa hapettimena noin 60-98 paino-10 prosenttia (monikiteisen materiaalin painosta) yhdistynyttä alfa-alumiinioksidia ja noin 1-40 painoprosenttia (peruste sama) perusmetallin hapettumattomia ainesosia.
Tämän keksinnön tarjoamat esijännityspiirteet soveltuvat erityisesti 15 sisäisesti paineistettujen kappaleiden suunnitteluun ja valmistukseen, joita voidaan käyttää esimerkiksi kiväärin piippuina tai tykkien putkina. Kiväärin piiput sisältävät tyypillisesti erittäin korkeapaineisia sisäisiä ympäristöjä, joissa yhdistyy eroosio, korroosio ja kosketus-kuluminen ja jotka edellyttävät tarkkaa toleranssia, suoruutta ja mo-20 nissa tapauksissa rihlausgeometriaa. Esimerkissä 1 havainnollistetuin keinoin voidaan valmistaa rihlattu tai suorareikäinen keraaminen sekarakenne, joka sisältää metallisen hoikin kutistussovitettuna siten, että tällainen sekarakenne saatetaan puristuksen alaiseksi. Kun kiväärin piipusta ammutaan, se paineistuu ja purkaa ensin keraamisessa seka-25 rakenteessa olevat puristusjännitykset ennen kuin se luo mitään veto-jännityksiä. Keraamisesta sekarakenteesta voi näin muodoin tulla vetolujuudeltaan merkittävästi voimakkaampi tässä konfiguraatiossa kuin ei-esijännitetyssä konf iguraatiossa.
'. . 30 Keraamisia sekarakenteita, jotka ovat koostumukseltaan samanlaisia kuin esimerkissä 1, on koestettu hiukkaseroosion kestokyvyltään, ja niiden kulumisen on havaittu olevan kaksi kertaa tai enemmän alhaisempi täl-" laisissa kokeissa kuin Stelliitti-seoksen 6. Stelliittiä käytetään ·„’ · nykyään kiväärin piipun vuorauksena konekivääreissä. Tällä keksinnöllä 35 on erityisiä etuja verrattuna kivääriin piipun vuoraukseen aikaisemmis-.···. sa keraamisissa menetelmissä, mikä johtuu sen ainutlaatuisista ominai- 08021 28 suuksista valmistettaessa hyvin suuria keramiikkavuorattuja piippuja sekä myös pieniä piippuja.
Keksintöä havainnollistetaan edelleen seuraavan ei-rajoittavan esimer-5 kin avulla.
Esimerkki I
Jotta voitiin valmistaa keraaminen sekarakenne, jonka päälle oli suo-10 raan sijoitettu metallinen holkki, Inconel® 601 -metalliseoksesta (International Nickel Co.) koostuva Schedule 40 -putki (vastaten kuvion 1 kohtaa 18) ulkohalkaisijaltaan 1,94 cm ja pituudeltaan 15,2 cm lävistettiin useilla rei'illä, jotka olivat kukin halkaisijaltaan 0,19 cm. Reiät porattiin putken koko lieriömäiseen runkoon 0,38 cm keskuksin 15 tasaisen rivin malliin. 304-seoksista, ruostumattomasta teräksestä valmistettua rei'itettyä levyä, joka oli 0,82 cm paksu ja varustettu 0,41 cm halkaisijaisilla rei'illä, käytettiin sisävuorauksena (vastaten kuvion 1 kohtaa 16) poratulle Inconel® -metalliputkelle. Rei’illä saatiin aikaan pinta-alaltaan 22-prosenttisesti avoin levy. Rei'itetty 20 ruostumaton teräs valittiin toimimaan rajoittimena matriisin kasvulle näiden esimerkkien yhteydessä.
Alumiiniseoksesta koostuva perusmetallielin, joka seos sisälsi 10 prosenttia piitä ja 3 prosenttia magnesiumia, käsitti perusmetallin läh-25 teen ja perusmetallin säiliön, kuten kuviossa 1 on havainnollistettu.
Tässä esimerkissä käytettiin perusmetallin säiliötä (vastaten kuvion 1 kohtaa 34), joka oli muodoltaan suippenematon ja lieriömäinen ja jonka halkaisija oli 1,27 cm ja korkeus 5,08 cm, ja perusmetallin lähde (vastaten kuvion 1 kohtaa 36) oli halkaisijaltaan 1,905 cm ja pituudeltaan 30 15,24 cm, ja säiliö liitettiin yhteen ruuvikierteellä ja sisällytettiin täyteaineen massaan (vastaten kuvioiden 1 ja IA mukautuvan täyteaineen 38 massaa), jonka seos sisälsi 5 painoprosenttia kaupallista hiekkaa - : (piidioksidia) ja 95 painoprosenttia 90-raekokoista 38-Alundumia (seu- lamitta 90 vastaa n. 160 mikronia), joka on Norton Companyn toimittamaa '"· 35 hiukkasmaista alumiinioksidia. Täyteaineen seosta kuumennettiin noin . · . 1250°C:en 24 tunnin ajan ja sen annettiin sitten jäähtyä ympäristön 8 8 021 29 lämpötilaan, jonka jälkeen jäähdytetty seos jyrsittiin ja sijoitettiin ruostumattomalla teräksellä vuorattuun rei'itettyyn Schedule 40 -Inconel® -putkeen. Perusmetallin lähdemassa päällystettiin kerroksella puuliimaa (jota myydään tavaramerkillä Elmer's) ja hiekkaa. Säiliön 5 massa upotettiin 90-raekokoisesta 38 Alundumista koostuvaan petiin 304-seoksiseen ruostumattomasta teräksestä valmistettuun kammioon, joka vastasi kuvion 1 kohtaa 12 ja jolla oli lattiassaan halkaisijaltaan 5,08 cm oleva reikä (esitetty numeroimattomana kuviossa 1). Inconel®-putken yläosa hitsattiin 5,08 cm reiän kehälle. Jotta saatava kooste 10 voitiin tukea pystyasentoon, sen Inconel® -putken osa (vastaten kuvion 1 kohtaa 14) sijoitettiin rei'itettyyn 304-seoksiseen, ruostumattomasta teräksestä valmistettuun, sisähalkaisijaltaan 8,89 cm olevaan tukilie-riöön ja lävistettiin 0,094 cm halkaisijaisilla rei'illä, jotta saatiin tukilieriön 40-prosenttisesti avoin pinta-ala. Tukilieriön pituus oli 15 sellainen, että se tuki säiliökammiota (vastaten kuvion 1 kohtaa 12) tukilieriön yläosasta. Tämä järjestely piti perusmetallin ja täyteaineen koosteen pystyasennossa siten, että säiliön massa oli suoraan pystyyn sijoitettuna lähdemassan yläpuolella. Saatu tuettu kooste sijoitettiin tulenkestävään, avoimeen säiliöön ja kuumennettiin ilman 20 ilmakehällä varustetussa uunissa 10 tuntia 1245°C:en lämpötilassa, pidettiin 1245°C:ssa 100 tuntia ja jäähdytettiin sitten 30 tunnin aikana 125°C:en, jonka jälkeen sen annettiin jäähtyä ympäristön lämpötilaan. Keraaminen sekarakennekappale oli kasvanut Schedule 40-Inconel ruostumattomasta teräksestä valmistetun lieriön koteloon ja sulkenut sisäänsä 25 täyteaineen massan. Jäähdytettäessä Inconel® -kotelon havaittiin tuot-: · : taneen erittäin tiukan sovitteen keraamisen sekarakennekappaleen ympä- rille, ja sen uskottiin tuottaneen puristusjännityksen sanottuun keraa-C*.*. miseen sekarakennekappaleeseen suuremmasta lämpölaajenemiskertoimesta johtuen. Kun uudelleen jähmettynyt perusmetalli poistettiin keraamisen • · 30 kappaleen reiästä poraamalla ja kemiallisella (kloorivetyhappo-) käsit telyllä, paljastui sen läpi ulottuva reikä, joka toisti alkuperäisen lähdemassan ruuvikierteen konfiguraation.
Kuten ylläesitetyssä esimerkissä on havinnollistettu, keraamisen seka-35 rakennekappaleen suora mukautuminen Inconel® -hoikkiin saatiin aikaan 30 SS021 tämän keksinnön mukaisella prosessilla ilman, että keraamis-metallista rajapintaa tarvittiin hioa.
Vaikka yllä on kuvattu yksityiskohtaisesti ainoastaan muutama keksinnön 5 mukainen suoritusmuoto, alan asiantuntijat huomaavat helposti, että tähän keksintöön liittyy monia muitakin yhdistelmiä ja muunnelmia kuin mitä yllä on esimerkein kuvattu.

Claims (32)

3i 38021
1. Menetelmä keraamisen sekarakennekappaleen tuottamiseksi, jota kote-lointielin pitää puristusjännityksen alaisena ja joka sekarakennekappa-5 le käsittää (1) keraamisen matriisin, joka on saatu hapettamalla perusmetalli monikiteisen materiaalin muodostamiseksi, joka puolestaan sisältää (i) perusmetallin ja hapettimen välisen hapettumisreaktiotuot-teen ja valinnaisesti (ii) yhden tai useamman metallin ainesosia, ja (2) matriisin sisäänsä sulkeman täyteaineen massan, tunnettu 10 siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: (a) kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapet-tumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle sulan perusmetallin massan muodostamiseksi; 15 (b) saatetaan sula perusmetalli kosketukseen täyteaineen massan kanssa hapettimen läsnäollessa, jolloin ainakin osa täyteaineesta sisältyy kotelointielimeen ja on mukautuvassa yhteydessä kotelointielimen sisäpinnan kanssa, joka sisäpinta määrittää täyteaineen massan pintarajan 20 siten, että hapettumisreaktiotuotetta muodostuu täyteaineen massassa ja kohti pintarajaa tai sitä pitkin; ja (c) mainitulla lämpötila-alueella (1) annetaan sulan metallin reagoida hapettimen kanssa hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi, (2) pide- ' 25 tään ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan perus- : · metallin ja hapettimen kanssa sekä näiden välillä, jotta sula perusme- ·'" talli voi vetäytyä progressiivisesti hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta siten, että hapettumisreaktiotuote jatkaa mudostumis-taan täyteaineessa hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumis-30 reaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, ja (3) jatketaan reaktiota, kunnes monikiteinen materiaali on suodattunut täyteaineeseen pintara-jalle asti keraamisen sekarakennekappaleen tuottamiseksi ja (4) otetaan keraaminen sekarakennekappale talteen, johon kotelointielin on sisäisesti sovitettuna niin, että sekarakennekappale on puristusjännityksen 35 alaisena. :) S O 2 '1
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiiniperusmetallia.
3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että hapetin käsittää happea sisältävän kaasun, hapettumisreaktiotuote käsittää alumiinioksidin ja mainittu lämpötila-alue on noin 850-1450°C.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happea sisältävä kaasu käsittää ilmaa. 10
5. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä sisältää kaasufaasihapettimen ja ainakin yhden kiinteän hapettimen ja nestemäisen hapettimen sisällytettynä ainakin osaan täyteainetta. 15
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiinteä hapetin valitaan piidioksidista, boorista ja vaatimuksen 1 vaiheiden (a)-(c) mukaisissa olosuhteissa pelkistyvistä metallibori-deista koostuvasta ryhmästä. 20
7. Patenttivaatimuksen 1,3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu ____; siitä, että perusmetalli valitaan alumiinista, piistä, titaanista, .. . tinasta, sirkoniumista ja hafniumista koostuvasta ryhmästä. ; 25
8. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaine valitaan piidioksidista, piikarbidistä, alumiini-oksidista, sirkoniumoksidista, magnesiumaluminaatista ja näiden seoksista koostuvasta ryhmästä.
9. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että käytetään ainakin yhtä sopivaa lisäainetta perusmetallin yhteydessä.
10 Ti, AI, Co, Mb, Fecral-metalli, jonka koostumus on 18,0-27,0 paino-% Cr, 51,0-73,0 paino-% Fe sekä 5,0-25,0 paino-% Ai, Fecralloy-metalli, jonka koostumus on 18,0-27,0 paino-% Cr, 51,0-73 paino-% Fe, 5,0-25,0 paino-% Ai ja 1,2-1,9 paino-% Y, Hastalloy-metalli, jonka koostumus on 9,0-74 paino-% Ni, 0-29,5 paino-% Cr, 0-21,0 paino-% Fe, 0-2 paino-%
10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 35 että hapetin on kaasufaasihapetin ja kotelointielin sekä täyteaine ovat läpäiseviä sanotulle kaasufaasihapettimelle. o8G21
11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kotelointielin käsittää sisäisen verkkomaisen vuorauksen ja ulkoisen jäykän hoikin. 5
12. Patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että kotelointielin valitaan seuraavista: ruostumaton teräs, Inconel® -metalli, jonka koostumus on 39,0-87,9 paino-% Ni, 14,0-31,0 paino-% Cr, 0,0-24,6 paino-% Fe ja pieniä määriä C, Mg, S, Si, Cu,
13. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kotelointielin käsittää metallin, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu titaani, sirkonium ja teräs. 25
: · : 14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kotelointielin käsittää materiaalin, jonka lämpölaajenemiskerroin on suurempi kuin keraamisen sekarakennekappaleen.
15. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kotelointielin on vuorattu suojakerroksella, joka estää kaiken olennaisen perusmetallin, täyteaineen Ja hapettiraen aiheuttaman kotelointielimen syövytyksen vaiheiden a) - c) prosessiolosuhteissa. 1
15 Mg, 0-1 paino-% Si, 0-2,5 paino-% Cu, 0-0,5 paino-% AI, 0-26,0 paino-% Mb, 0-5,7 paino-% Co sekä pieniä määriä C, S, Ti ja Incoloy -metalli, jonka koostumus on 30-46 paino-% Ni, 0-23,5 paino-% Cr, 22,5-51 paino-% Fe, 0-1,5 paino-% Mg, 0-0,5 paino-% Si, 0-3,0 paino-% Cu, 0-2,1 paino-% Ti, 0-0,6 paino-% Ai, 0-4,7 paino-% Co, 0-3,5 paino-% Mb, 0-13,0 paino-
16. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen vaihetta a) ainakin osa perusmetallista on muotoiltu kivää- 88021 rin piipun reiäksi, tai ainakin kiväärin piipun reiän osaksi, täten muodostaen muotoillun perusmetallilähdekappaleen, ja ainakin osa muotoillusta perusmetallilähdekappaleesta sijoitetaan mukautuvaan kosketukseen täyteaineen kanssa. 5
17. Jonkin patenttivaatimuksen 1-16 mukaisella menetelmällä valmistettu itsekantava keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että se käsittää keraamisen sekarakennekappaleen kotelointielimeen sisäisesti sovitettuna keraamisen sekarakennekappaleen pitämiseksi puristusj^nni-10 tyksen alaisena, keraamisen sekarakennekappaleen käsittäessä täyteaineen ja täyteaineen sisäänsä sulkevan monikiteisen keraamisen matriisin, joka keraaminen matriisi käsittää perusmetallin ja hapettimen välisen yhdistyneen hapettumisreaktiotuotteen.
18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen keraaminen sekarakenne, tun nettu siitä, että kotelointielin käsittää seuraavasta ryhmästä valitun metallin: ruostumaton teräs, Inconel® -metalli, jonka koostumus on 39,0-87,9 paino-% Ni, 14,0-31,0 paino-% Cr, 0,0-24,6 paino-% Fe ja pieniä määriä C, Mg, S, Si, Cu, Ti, Ai, Co, Mb, Fecral-metalli, jonka 20 koostumus on 18,0-27,0 paino-% Cr, 51,0-73,0 paino-% Fe sekä 5,0-25,0 paino-% Ai, Fecralloy-metalli, jonka koostumus on 18,0-27,0 paino-% Cr, 51,0-73 paino-% Fe, 5,0-25,0 paino-% AI ja 1,2-1,9 paino-% Y, Hastallo-. . y-metalli, jonka koostumus on 9,0-74 paino-% Ni, 0-29,5 paino-% Cr, 0- 21,0 paino-% Fe, 0-2 paino-% Mg, 0-1 paino-% Si, 0-2,5 paino-% Cu, 0-25 0,5 paino-% Ai, 0-26,0 paino-% Mb, 0-5,7 paino-% Co sekä pieniä määriä C, S, Ti ja Incoloy- metalli, jonka koostumus on 30-46 paino-% Ni, 0- 23,5 paino-% Cr, 22,5-51 paino-% Fe, 0-1,5 paino-% Mg, 0-0,5 paino-% Si, 0-3,0 paino-% Cu, 0-2,1 paino-% Ti, 0-0,6 paino-% Ai, 0-4,7 paino-% Co, 0-3,5 paino-% Mb, 0-13,0 paino-% Co sekä pieniä määriä C, S, Ai. 30
19. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että kotelointielin käsittää lieriömäisen hoikin ja keraaminen sekarakennekappale käsittää hoikin koteloiman lieriön. 35 -) 8 021
20. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että keraaminen matriisi sisältää ainakin l:stä tilavuusprosentista noin 40 tilavuusprosenttiin metallisia ainesosia.
20. Co sekä pieniä määriä C, S, Ai.
21. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että perusmetalli on alumiini ja hapettumis-reaktiotuote on alfa-alumiinioksidi.
22. Patenttivaatimuksen 17 tai 18 mukainen keraaminen sekarakenne, 10 tunnettu siitä, että keraaminen sekarakenne ja kotelointielin käsittävät kiväärin piipun tai kiväärin piipun vuorauksen.
23. Patenttivaatimuksen 17 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää ainakin yhden metallin, 15 joka on pii, titaani, tina, sirkonium ja/tai hafnium.
24. Patenttivaatimuksen 17 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että hapetin käsittää ainakin yhden seuraavista: kiinteän hapettimen, nestemäisen hapettimen tai kaasufaasihapettlmen. 20
25. Patenttivaatimuksen 17 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että täyteaine käsittää ainakin yhden aineen, joka on valittu seuraavista: ontot kappaleet, hiukkasmaiset aineet, kuidut, teräsvillat, levykkeet, viirat, sauvat, pelletit, putket ja kuitukan- : 25 kaat.
: 26. Patenttivaatimuksen 17 mukainen keraaminen sekarakenne, tun nettu siitä, että se lisäksi käsittää kuoren, joka käsittää perusmetallia, että keraaminen sekarakennekappale määrittää kuoren muodon. 30
27. Patenttivaatimuksen 17 mukaisen keraamisen sekarakenteen käyttö kiväärin piipussa, joka käsittää keraamisen vuorauksen, tunnettu siitä, että vuoraus tehdään holkkivälineen sisään sen pitämiseksi puristusjännityksen alaisen*! Ja Joka vuoraus käsittää keraamisen täyte -35 aineen ja monikiteisen keraamisen matriisin, joka sulkee sisäänsä täyteaineen ja että monikiteinen keraaminen matriisi muodostuu olennaises- UÖ021 ti (i) perusmetallin ja hapettimen välisestä yhdistyneestä hapettumis-reaktiotuotteesta ja (ii) metallisista ainesosista ja/tai huokosista.
28. Patenttivaatimuksen 27 mukainen käyttö, tunnettu siitä, 5 että keraamisella vuorauksella on rihlattu reikä.
29. Patenttivaatimuksen 27 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että keraaminen matriisi koostuu alumiinioksidista ja keraaminen täyteaine koostuu alumiinioksidista. 10
30. Patenttivaatimuksen 29 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että matriisi sisältää alumiinia.
31. Patenttivaatimuksen 30 mukainen käyttö, tunnettu siitä, 15 että alumiinin paino on noin 40 prosenttia matriisin painosta.
32. Patenttivaatimuksen 27 mukainen käyttö, tunnettu siltä, että keraaminen vuoraus on muodostettu monikiteisen matriisin suotautu-misella keraamiseen täyteaineeseen, täyteaineen ollessa putkenmuotoinen 20 esimuotti. 1 2 Patenttivaatimuksen 27 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että keraamisella vuorauksella on reikä, joka saadaan sulan perusmetallin syrjäyttämisellä ja hapettamisella vuorausta muodostettaessa. : 25 2 Patenttivaatimuksen 33 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että keraaminen vuoraus on sellainen, että se saadaan tulokseksi hapettamalla sula perusmetalli hapettimen kanssa perusmetallisauvaa ympäröivien keraamisten täyteainehiukkasten huokoisessa massassa ja suo- 30 dattamalla ja kasvattamalla saatava keraaminen hapettumisreaktiotuote täyteaineen massaan ja sen läpi, kun sauvasta saatavaa sulaa metallia vetäytyy jatkuvasti sanotun reaktiotuotteen läpi. 37 β 8 021
FI873931A 1986-09-16 1987-09-10 Keramisk sammansatt kropp, foerfarande foer framstaellning av denna samt dess anvaendning FI88021C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US90807386A 1986-09-16 1986-09-16
US90807386 1986-09-16

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI873931A0 FI873931A0 (fi) 1987-09-10
FI873931A FI873931A (fi) 1988-03-17
FI88021B true FI88021B (fi) 1992-12-15
FI88021C FI88021C (fi) 1993-03-25

Family

ID=25425123

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI873931A FI88021C (fi) 1986-09-16 1987-09-10 Keramisk sammansatt kropp, foerfarande foer framstaellning av denna samt dess anvaendning

Country Status (28)

Country Link
EP (1) EP0262076B1 (fi)
JP (1) JP2593889B2 (fi)
KR (1) KR880003861A (fi)
CN (1) CN87106037A (fi)
AT (1) ATE74341T1 (fi)
AU (1) AU599699B2 (fi)
BG (1) BG48213A3 (fi)
BR (1) BR8704680A (fi)
CA (1) CA1300947C (fi)
CS (1) CS276730B6 (fi)
DD (1) DD278752A5 (fi)
DE (1) DE3777937D1 (fi)
DK (1) DK169619B1 (fi)
FI (1) FI88021C (fi)
HU (1) HU204243B (fi)
IE (1) IE61216B1 (fi)
IL (1) IL83803A (fi)
IN (1) IN168485B (fi)
MX (1) MX170295B (fi)
NO (1) NO873794L (fi)
NZ (1) NZ221747A (fi)
PH (1) PH25604A (fi)
PL (1) PL156549B1 (fi)
PT (1) PT85712B (fi)
RU (1) RU2021384C1 (fi)
TR (1) TR24640A (fi)
YU (1) YU171587A (fi)
ZA (1) ZA876900B (fi)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4871008A (en) * 1988-01-11 1989-10-03 Lanxide Technology Company, Lp Method of making metal matrix composites
CN111024462A (zh) * 2018-10-09 2020-04-17 中国科学院金属研究所 实现高静水压力及精确测温控温的试样设计及实验方法
CN109678550A (zh) * 2019-02-25 2019-04-26 上海富驰高科技股份有限公司 一种陶瓷和金属的多层叠加连接结构
CN112794711B (zh) * 2021-01-14 2022-06-10 东北大学 一种尖晶石-镁基陶瓷型芯及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4851375A (en) * 1985-02-04 1989-07-25 Lanxide Technology Company, Lp Methods of making composite ceramic articles having embedded filler

Also Published As

Publication number Publication date
MX170295B (es) 1993-08-16
DK481087A (da) 1988-04-11
DK481087D0 (da) 1987-09-15
BR8704680A (pt) 1988-04-26
PT85712B (pt) 1994-01-31
AU599699B2 (en) 1990-07-26
PL267683A1 (en) 1988-07-21
FI873931A0 (fi) 1987-09-10
CS276730B6 (en) 1992-08-12
DK169619B1 (da) 1994-12-27
FI873931A (fi) 1988-03-17
JP2593889B2 (ja) 1997-03-26
NO873794D0 (no) 1987-09-11
CA1300947C (en) 1992-05-19
HU204243B (en) 1991-12-30
PL156549B1 (en) 1992-03-31
IL83803A0 (en) 1988-02-29
IE61216B1 (en) 1994-10-19
JPS6379767A (ja) 1988-04-09
DD278752A5 (de) 1990-05-16
IE872477L (en) 1988-03-16
CN87106037A (zh) 1988-06-29
RU2021384C1 (ru) 1994-10-15
EP0262076B1 (en) 1992-04-01
YU171587A (en) 1989-02-28
PH25604A (en) 1991-08-08
KR880003861A (ko) 1988-05-30
FI88021C (fi) 1993-03-25
CS8706607A2 (en) 1991-09-15
ZA876900B (en) 1988-03-17
IN168485B (fi) 1991-04-13
IL83803A (en) 1991-08-16
HUT46610A (en) 1988-11-28
NO873794L (no) 1988-03-17
ATE74341T1 (de) 1992-04-15
DE3777937D1 (de) 1992-05-07
EP0262076A1 (en) 1988-03-30
AU7834287A (en) 1988-03-24
TR24640A (tr) 1991-12-25
PT85712A (pt) 1988-10-14
BG48213A3 (en) 1990-12-14
NZ221747A (en) 1990-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI84343B (fi) Foerfarande foer framstaellning av ett sjaelvbaerande keramiskt kompositstycke och ett saodant kompositstycke.
FI93945B (fi) Menetelmä metallimatriisisekarakenteiden valmistamiseksi ja metallimatriisikappale
KR960000474B1 (ko) 직접 접촉식 열저장 매체의 제조방법 및 그 제품
FI86631C (fi) Foerfarande foer tillverkning av keramiska sammansatta kroppar med upprepad ytform och med foerfarandet aostadkomma stycken.
FI85848C (fi) Foerfarande foer framstaellning av en sjaelvbaerande sammansatt keramisk struktur samt sjaelvbaerande keramisk sammansatt struktur.
FI89588B (fi) Foerfarande foer producering av en sjaelvbaerande keramisk kropp med en eller flera kanaler samt sjaelvbaerande keramisk sammansatt kropp
KR950008592B1 (ko) 자립성 세라믹 복합체 구조물 제조 방법 및 자립성 세라믹 표층을 가진 금속 구조물
US4822759A (en) Ceramic composite structures having intrinsically fitted encasement members thereon & methods of making the same
FI88021B (fi) Keramisk sammansatt kropp, foerfarande foer framstaellning av denna samt dess anvaendning
US5015609A (en) Ceramic composite structures having intrinsically fitted encasement members thereon and methods of making the same
US4918034A (en) Reservoir feed method of making ceramic composite structures and structures made thereby
FI85972B (fi) Foerfarande foer tillverkning av keramiska sammansatta kroppar med hjaelp av omvaend aotergivning av ett modellmaterial som avlaegsnas.
EP0277902B1 (en) Assembly for making ceramic composite structures and method of using the same
FI89589C (fi) Foerfarande foer producering av en formad sjaelvbaerande keramisk kropp
US4996176A (en) Reservoir feed method of making ceramic composite structures and structures made thereby

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: LANXIDE TECHNOLOGY COMPANY, LP