FI88022B - Foerbaettrad metod foer framstaellning av sammansatta keramiska strukturer genom anvaendning av metallslagg - Google Patents

Description

88022

Parannettu menetelmä keraamisten sekarakenteiden tuottamiseksi metallikuonaa käyttämällä Förbättrad metod för framställning av sammansatta keramiska strukturer genom användning av metallslagg 5

Keksinnön kohteena on menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakennekap-paleen tuottamiseksi, joka käsittää (1) keraamisen matriisin, joka 10 saadaan aikaan perusmetallin hapettamisella monikiteisen materiaalin muodostamiseksi, joka käsittää (i) perusmetallin ja ainakin yhden hapettunen välisen hapettumisreaktiotuotteen ja (2) ainakin yhtä täyteainetta matriisiin sisällytettynä, jossa menetelmässä suunnataan perusmetalli ja läpäisevä täyteainemassa suhteessa toisiinsa siten, että ha-15 pettumisreaktiotuotteen muodostuminen tapahtuu kohti täyteainemassaa ja massaan; ja kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan sulan perusmetallin massan muodostamiseksi, ja annetaan sulan perusmetallin reagoida ainakin yhden hapettimen kanssa mainitussa 20 lämpötilassa hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi, ja mainitussa lämpötilassa pidetään ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan metallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä, jotta sulaa metallia voisi vetäytyä hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti ainakin yhtä hapetinta ja kohti viereistä täyteainemassaa ja - 25 massaan siten, että tuoreen hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen . : jatkuu täyteainemassassa hapettimen tai hapettimien ja aikaisemmin “· muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, ja reak- *. tion annetaan jatkua niin kauan, että ainakin osa sanotusta täyteai neesta suodattuu hapetusreaktiotuotteella.

30 Tämän keksinnön kohteena on uusi menetelmä käyttää metallikuonaa keraamista sekarakennetta tuotettaessa. Tarkemmin sanottuna tämän keksinnön kohteena on parannus menetelmään keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi "kasvattamalla" monikiteinen materiaali, joka käsittää hapettumisreak-·. 35 tiotuotteen perusmetallista täyteaineen läpäisevään massaan, käsittäen • metallia sulatettaessa tuotettavan hienoksi jauhetun metallikuonan.

2 i - rs r\ /-> j 8 U 2 Δ

Kun tiettyjä metalleja tai metalliseoksia sulatetaan uudelleen tai pidetään sulassa tilassa uunissa tai upokkaassa, metallit hapettuvat osittain muodostaen metallikuonan, joka sisältää pääasiassa tämän metallin oksidia ja itse metallia sekä pienempiä määriä epäpuhtauksia ja 5 alkuaineita lisäaineina, joita on läsnä näiden epäpuhtauksien ja lisäaineina käytettävien alkuaineiden sulassa metallissa ja/tai yhdisteissä (kuten oksideissa ja halideissa). Kuona kelluu sulan metallin massan pinnalla ja on erotettavissa siitä juoksuttamalla tai jollakin muulla tekniikalla. Metalliteollisuudessa sitä pidetään tavallisesti jätetuot-10 teenä, johon liittyy sen runsaiden määrien hävittämisen ongelma, vaikka menetelmät metallin tai kuonan muiden arvo-osien t a 11 eenot. t nmi seks i ovat tunnettuja. Tunnetaan esimerkiksi menetelmiä käytettävissä olevan aktivoituneen alumiinioksidin saamiseksi kuonasta (kuten on esitetty US-patentissa 4,075,284) sekä kuonan muuntamiseksi käytettävissä ole-15 vaksi tulenkestäväksi materiaaliksi puristamalla ja kuumentamalla se kuivausuunissa (kuten on esitetty US-patentissa 4,523,949).

Tässä käytettynä termi "kuona" tarkoittaa tavallisesti oksidi- tai nit-ridirikasta, kiinteävaiheista materiaalia, joka on muodostunut sulan 20 metallin massan pintaan tai uunin seinämän, sulan metallin ja kaasuil-makehän väliseen kolmivaiheeseen rajapintaan. Se on fysikaalinen seos sulautuneesta metallista ja hapettamisella muodostetusta keramiikasta. Kuona on ohut, heikko ja kelluva kerros, joka poistetaan tyypillisesti jätematerianlinn erottamalla se fysikaalisesti sulan metallin massasta, 25 esimerkiksi juoksuttamalla.

Sulan metallin pinnasta juoksutettu kuona voi sisältää jopa 60 painoprosenttia metallia, josta osa muodostuu suurina, muodottomina sulkeumina. Kuona murskataan tavallisesti, ja suuremmat metallikappaleet ero-30 tetaan fysikaalisesti murenevasta keramiikasta, ja poistettu metalli palautetaan sulatusuuniin. Toinen kuonan lähde on löydettävissä valimo-toimintojen yhteydestä, kuten sulatteen reaktiivisen metallin ainesosien kloorauksesta tai valimosulatteiden lisäyksestä. Tällaisissa toiminnoissa syntynyt kuona sisältää liukenevia suoloja, joiden on havaittu 35 estäv/lu multa käyttösovelluksia.

3 O 8 022

Viime vuosina on esiintynyt yhä lisääntyvää mielenkiintoa metallien korvaamiseen keramiikalla, koska keramiikka on tietyiltä ominaisuuksiltaan parempaa kuin metallit. Tätä korvaamista rajoittavat tai vaikeuttavat kuitenkin useat eri tekijät, kuten lastuttavuus, kyky tuottaa 5 monimutkaisia muotoja, lopulliselta käyttökohteelta vaadittavien ominaisuuksien täyttäminen sekä kustannukset. Monet näistä rajoituksista ja vaikeuksista on voitettu keksinnöillä, jotka on esitetty saman hakijan patenttihakemuksissa kuin tämä hakemus ja esitetty tämän hakemuksen myöhemmässä osassa ja joissa esitetään uusia menetelmiä, joilla voidaan 10 luotettavasti tuottaa keraamisia materiaaleja muotoillut sekarakenteet mukaanlukien. Keraamiset sekarakenteet vaativat sekarakenteelle sopivan täyteaineen, jotta voidaan saavuttaa toivottavat lopulliset ominaisuudet.

15 Seuraavat hakijan patentit kuvaavat uusia menetelmiä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi hapettamalla perusmetalli, jotta voidaan muodostaa hapettumisreaktiotuotteen monikiteinen materiaali ja valinnaisesti metallisia ainesosia: 20 (A) US-patentti 4,713,360 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit ja menetelmät niiden valmistamiseksi"; (B) US-patentti 4,853,352 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmiä itsekantavien keraamisten materiaalien valmistamiseksi"; ja : 25 (C) US-patentti 4,851,375 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Keraamiset sekarakenneartikkelit ja menetelmiä niiden valmistamiseksi" .

30 (D) US-patentti 4,923,832 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmä muotoiltujen keraamisten sekarakennekappaleiden valmistamiseksi käyttämällä rajoitinta".

Kaikkien yllämainittujen hakijan patenttien koko kuvauksiin viitataan 35 tämän hakemuksen yhteydessä.

4 88022

Kuten hakijan patenteissa on selvitetty, uusia monikiteisiä keraamisia materiaaleja tai monikiteisiä keraamisia sekarakennemateriaaleja tuotetaan perusmetallin ja kaasufaasihapettimen välisellä hapettumisreaktiolla, joka hapetin on höyrystynyt tai normaalisti kaasumainen materi-5 aali, kuten hapettava ilmakehä. Menetelmä on esitetty yleisesti yllämainitussa hakijan patentissa "A". Tämän yleisen prosessin mukaisesti perusmetalli, esim. alumiini, kuumennetaan sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan korkeaan lämpötilaan muodostamaan sulan perusmetallin massa, joka kaa-10 sufaasihapettimen kanssa kosketukseen tulleessaan reagoi muodostaen hapettumisreaktiotuotteen. Tässä lämpötilassa hapettumisreaktiotuote tai ainakin osa siitä on kosketuksessa sulan perusmetallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä, ja sulaa metallia vetäytyy tai kulkeutuu muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen läpi ja kohti hapetinta. 15 Hapettimen kanssa kosketukseen tullessaan kulkeutunut sula metalli muodostaa lisää hapettumisreaktiotuotetta aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen pintaan. Prosessin jatkuessa lisää metallia kulkeutuu tämän monlkiteisen hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen läpi "kasvattaen" si ten Jatkuvasti yhdistyneistä kristalli itclsta muodostu -20 vaa keraamista rakennetta. Saatava keraaminen kappale voi sisältää metallisia ainesosia, kuten perusmetallin hapettumattomia ainesosia ja/tai tyhjiöitä. Oksidin ollessa hapettumisreaktiotuotteena happi tai happea sisältävät kaasuseokset (mukaanlukien ilman) ovat sopivia hapet-: timia, joista ilmaa pidetään tavallisesti parempana ilmeisistä ta- 25 loudellista syistä johtuen. Hapettumista käytetään kuitenkin sen laajassa merkityksessä kaikissa hakijan patenteissa sekä tässä hakemuksessa, ja se viittaa metallin hapettimelle menettämiin tai sen kanssa yhteisiin elektroneihin, joita voivat olla yksi tai useampi alkuaine ja/tai yhdiste. Muutkin alkuaineet kuin happi tai yhdisteet voivat siis 30 toimia hapettimina, kuten alla on yksityiskohtaisemmin selvitetty.

Tietyissä tapauksissa perusmetalli voi vaatia yhden tai useamman lisäaineen käyttöä, jotka voivat vaikuttaa hyödyllisesti hapettumisreaktiotuotteen kasvuun tai helpottaa sitä, ja lisäaineet järjestetään perus-35 metalliin lisättyinä ainesosina. Esimerkiksi alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman ollessa hapettimena magnesium- tai piilisäaineet, mai- 8 802 2 5 nitaksemme ainoastaan kaksi lisäaineiden suuresta luokasta, lisätään alumiinin kanssa ja käytetään hyväksi perusmetallina. Saatava hapettu-misreaktiotuote käsittää alumiinioksidin, tyypillisesti alfa-alumiinioksidin.

5

Yllämainitussa hakijan patentissa "B" kuvataan lisäparannusta, joka perustuu siihen havaintoon, että sopivat ylläkuvatut kasvuolosuhteet voidaan saada aikaan lisäaineita vaativille perusmetalleille levittämällä yksi tai useampi lisäaine perusmetallin pintaan tai pintoihin, 10 jolloin vältetään tarve lisätä perusmetalliin lisäaineita, esimerkiksi magnesium-, sinkki- ja piimetalleja, alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman ollessa hapettimena. Tämän parannuksen myötä on mahdollista käyttää kaupallisesti saatavia metalleja ja seoksia, jotka muutoin eivät sisältäisi sopivia lisättyjä koostumuksia. Tämä havainto on hyö-15 dyllinen myös siinä mielessä, että keraaminen kasvu voidaan saada aikaan perusmetallin pinnan yhdelle tai useammalle valitulle alueelle pikemminkin kuin umpimähkäisesti, mikä tekee prosessin tehokkaammin sovellettavaksi levittämällä lisäaine esimerkiksi ainoastaan perusmetallin pinnan yhteen osaan tai osiin tai ainoastaan yhteen pintaan.

20

Uusia keraamisin sekarakonteita ja menetelmiä niiden valmistamiseksi on kuvattu ja niille on myönnetty patentti yllämainitussa hakijan paten-: tissa "C", joissa käytetään hyväksi hapettumisreaktioita keraamisten : : sekarakenteiden tuottamiseksi käsittäen monikiteisen keraamisen matrii- 25 sin suodattaman olennaisesti inerttisen täyteaineen. Läpäisevän täyteaineen massan viereen sijoitettu perusmetalli kuumennetaan muodostamaan sulan perusmetallin massa, jonka annetaan reagoida kaasufaasihapettimen kanssa ylläkuvatun mukaisesti hapettumisreaktiotuotteen muodostamisek-. . si. Kun hapettumisreaktiotuote kasvaa ja suodattuu viereiseen täyteai- 30 neeseen, sulaa perusmetallia vetäytyy aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen läpi täyteaineen massaan ja reagoi hapettimen kanssa muodostaen lisää hapettumisreaktiotuotetta aikaisemmin muodostuneen tuotteen pinnalla, kuten yllä on kuvattu. Hapettumisreaktiotuotteen ... saatava kasvu suodattaa tai sulkee sisäänsä täyteaineen ja johtaa ke- 35 raamisen sekarakenteen muodostumiseen, joka käsittää täyteaineen sisäänsä sulkeman monikiteisen keraamisen matriisin.

6 ”802 2

Kuten US-patentissa 4,923,832 on selvitetty, keraamisen hapettumisreak-tiotuotteen kasvu voidaan olennaisesti rajoittaa täyteaineen läpäisevään massaan päällystämällä massan päätepinnat rajoittimella, joka 5 estää tai ehkäisee paikallisesti kasvuprosessin jatkumisen. Alumiinipe-rusmetallin yhteydessä kalsiumia sisältävät aineet, kuten kipsi tai kalsiumsulfaatin ja kalsiumkarbonaatin seos, portlandsementti (kalsium-aluminaatti-piidioksidi) ja wollastoniitti (kalsium-silikaatti), jotka on tyypillisesti tehty läpäiseviksi, ovat hyödyllisiä rajoitinmateriaa-10 leja. Ruostumaton teräs 304, jonka seulamitta on tyypillisesti esimerkiksi AISI 304 ja paksuus noin 22, on myös osoittautunut hyödylliseksi raj oittimeksi.

Yllämainitut hakijan patentit kuvaavat näin monikiteisten keraamisten 15 tuotteiden tuottamista, mukaanlukien keraamiset sekarakenteet, jotka ovat helposti "kasvatettavissa" toivottuihin paksuuksiin, joita tähän mennessä on uskottu olevan vaikeata ellei mahdotontakin saavuttaa tavanomaisilla keraamisilla prosessointitekniikoilla. Tässä keksinnössä esitetään lisäparannus keraamisten sekarakennetuotteiden tuottamiseen.

20

Keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että ainakin .:.· yhtä hienoksijauhettua kuona-ainetta käytetään ainakin osana läpäisevää : ' täyteainemassaa, joka kuonamateriaali on saatu sulattamalla metallia tai hapettamalla ainakin yhtä metallia ilmassa, ja jolla kuona-aineella - - 25 on affiniteetti hapetusreaktiotuotetta kohtaan hapetusreaktiotuotteen muodostumisen edesauttamiseksi täyteainemassaan, joka sisältää kuonaa.

Tämän keksinnön kohteena on parannettu menetelmä monikiteisen keraami-. . sen sekarakenteen tuottamiseksi suodattamalla täyteaineen läpäisevä 30 massa tai peti keraamisella matriisilla käsittäen monikiteisen hapet-tumisreaktiotuotteen kasvatettuna sulan perusmetallin hapettamisella, : : kuten on selvitetty yllämainituissa hakijan patenteissa. Sulattamisen ja valimotoimintojen yhteydessä jätteenä tai ei-toivottuna sivutuottee-. na muodostunut metallikuona tarjoaa hyödyllisen täyteaineen lähteen ja • · 35 parantaa edelleen kinetiikkaa ja morfologiaa, kuten alla on yksityis kohtaisemmin selvitetty.

7 ί · ο ° ο π o o ui l Tätä keksintöä käytettäessä perusmetalli kuumennetaan hapettimen läsnäollessa muodostamaan sulan metallin massan, joka on kosketuksessa läpäisevän täyteaineen massan kanssa. Tämän keksinnön yhteydessä hapetin 5 voi olla kiinteä, nestemäinen tai kaasufaasissa tai näiden seos, kuten alla on yksityiskohtaisesti selvitetty. Hapettumisreaktiotuote muodostuu sulan metallin tullessa kosketukseen hapettimen kanssa, ja proses-siolosuhteita pidetään yllä, jotta sula metalli voi vähitellen vetäytyä muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen läpi ja kohti hapetinta siten, 10 että muodostuu jatkuvasti hapettumisreaktiotuotetta, joka suodattuu täyteaineeseen.

Kuumennusvaihe suoritetaan perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevissa 15 lämpötiloissa, ja kuumentamista jatketaan niin kauan, että saadaan tuotettua toivotun kokoinen monikiteinen keraaminen sekarakenne. Saatava keraaminen kappale voi sisältää yhtä tai useampaa metallista ainesosaa, kuten hapettumatonta perusmetallia, ja/tai tyhjiöitä tai molempia .

20 Tämän keksinnön parannus perustuu siihen havaintoon, että itsekantava keraaminen sekarakenne voidaan saavuttaa käyttämällä täyteaineena metallin sulattamisen aikana syntynyttä hienoksi jauhettua metallikuonaa.

' ' Tämän täyteaineen massa tai peti muodostetaan läpäiseväksi massaksi, • 25 toisin sanoen massaksi, joka on läpäisevä perusmetallin hapettumisreak tiotuotteen kasvulla, ja se voi käsittää hiukkasmaisen pedin tai läpäisevän esimuotin. Metallikuona valmistetaan (1) murskaamalla tai jyrsimällä kuona hienoon hiukkaskokoon ja seulomalla saatava jauhe sopivan . . kokoisiksi osasiksi; (2) analysoimalla kuona ja säätämällä se toivot- 30 tuun kemialliseen koostumukseen; ja (3) valmistamalla kooste läpäisevää massaa varten, joka voidaan sekoittaa toisten täyteaineen ainesosien : tai materiaalien ja/tai lisäaineiden kanssa, ja muodostamalla se valin naisesti muotoilluksi esimuotiksi. Perusmetallin massan kanssa koske-tuksessa oleva esimuotin lähtöpinta (-pinnat) päällystetään haluttaessa 35 ylimääräisellä lisäaineella. Myös esimuotin rajat tai päätepinnat voidaan päällystää rajoittimella lopullisen muotoisen keraamisen sekara- 8 0 8 022 kenteen saavuttamiseksi. Saatavan täyteaineen massa, joka on mielellään läpäiseväksi esimuotiksi muotoiltu, sijoitetaan perusmetallin viereen tai suunnataan suhteessa siihen ja saatetaan alttiiksi hapettumisreak-tioprosessille. Tätä reaktioprosessia jatketaan niin kauan, että aina-5 kin osa täyteaineen massasta suodattuu monikiteisellä hapettumisreak-tiotuotteella siten, että saadaan tuotettua toivotuilla mitoilla varustettu keraaminen sekarakenne.

Tarkemmin sanottuna perusmetalli sijoitetaan tai suunnataan suhteessa 10 täyteaineen läpäisevään massaan siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen tapahtuu kohti täyteaineen massaa ja massaan. Hapettumisreaktiotuotteen kasvu suodattaa tai sulkee sisäänsä täyteaineen massan muodostaen siten toivotun keraamisen sekarakenteen. Täyteaine voi olla irtonainen tai sidottu kooste, jossa on välejä, aukkoja tai välitiloja, 15 ja peti tai massa on läpäisevä kaasufaasihapettimelle ja hapettumisreaktiotuotteen kasvulle. Tässä yhteydessä käytettynä "täyteaineen" on tarkoitettu viittaavan kahdesta tai useammasta materiaalista koostuvan joko homogeeniseen tai heterogeeniseen seokseen. Kuonasta saadulla täyteaineella voL näin olla siihen sekoitettuna yhtä tai useampaa lisä-20 täyteainetta, jota tavallisesti käytetään keraamisten sekarakenteiden valmistuksessa. Edelleen lopullisen sekarakennetuotteen tuottamiseen käytettävä perusmetalli voi olla koostumukseltaan olennaisesti sama tai erilainen kuin kuonanmuodostusmetalli, joka muodostaa täyteaineeseen käytettävän kuonan.

25

Hapettumisreaktiotuote kasvaa täyteaineeseen sitä hajottamatta tai syrjäyttämättä, jonka tuloksena muodostuu suhteellisen tiheä keraaminen sekarakenne käyttämättä korkeita lämpötiloja ja korkeita paineita, jotka ovat tyypillisiä muille keraamisten matriisisekarakenteiden val-30 mistusprosesseille. Tämän keksinnön mukaan tuotetuilla keraamisilla sekarakenteilla on erittäin hyödyllisiä sähkö-, kulumis-, lämpö- ja rakenneominaisuuksia, ja niitä voidaan työstää, hioa, kiillottaa, jne. tuotteiden aikaansaamiseksi, jotka soveltuvat moniin erilaisiin teolli-.. . siin käyttökohteisiin.

35 9 38022 Tässä erittelyssä ja patenttivaatimuksissa seuraavilla termeillä on seuraava merkitys:

Termin "keraaminen" ei tule epäasianmukaisesti ajatella olevan rajoi-5 tetun keraamiseen kappaleeseen sanan klassisessa merkityksessä eli siinä merkityksessä, että se muodostuu kokonaan ei-metallisista ja epäorgaanisista materiaaleista, vaan pikemminkin se viittaa kappaleeseen, joka on hallitsevasti keraaminen joko koostumukseltaan tai hallitsevilta omaisuuksiltaan, vaikka kappale voi sisältää vähäisiä tai 10 huomattavia määriä yhtä tai useampaa perusmetallista saatua tai hapet-timesta, lisäaineesta tai pelkistyvästä täyteaineesta pelkistynyttä metallista ainesosaa sekoitettuna kuonatäyteaineen kanssa, tyypillisimmin alueella noin 1-40 tilavuusprosenttia, mutta se voi sisältää enemmänkin metallia.

15 "Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yhtä tai useampaa metallia missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli tai metallit ovat luovuttaneet elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai näiden yhdistelmälle tai ollut yhteisiä elektroneja viimeksimainittujen kanssa.

20 Tämän määritelmän mukaisesti "hapettumisreaktiotuote" siis sisältää yhden tai useamman metallin ja hapettimen välisen reaktiotuotteen, joita ovat happi, typpi, halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, ‘ : boori, seleeni, telluuri, ja näiden yhdisteet tai yhdistelmät, kuten ammoniakki, metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni, propyleeni 25 ja seokset kuten ilma, N2/H2, H2/H20 ja C0/C02, joista kaksi viimeksi-mainittua (eli H2/H20 ja C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämällä ympäristön happiaktiviteettia.

"Hapetin" tarkoittaa yhtä tai useampaa elektronin vastaanotinta tai • ' 30 ainetta, jolla on yhteisiä elektroneja toisen aineen kanssa, ja se voi olla alkuaine, alkuaineiden yhdistelmä, yhdiste, tai yhdisteiden yhdis-telmä ja on prosessiolosuhteissa höyry, kiinteä aine tai neste.

"Perusmetalli" viittaa metalliin, esim. alumiiniin, joka on esiaste 35 monikiteiselle hapettumisreaktiotuotteelle ja sisältää tämän metallin suhteellisen puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina epä- Q p O ·) 10 puhtauksineen ja/tai siihen lisättyine ainesosineen tai seoksena, jossa tämä metalliesiaste on pääainesosa; ja kun tietty metalli mainitaan perusmetallina, esim. alumiini, identifioitu metalli tulisi tulkita tämän määritelmän mukaan, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita.

5

Keksinnön muut piirteet ja edut käyvät ilmi alla esitettävästä yksityiskohtaisesta kuvauksesta.

Tuotettaessa itsekantavia keraamisia sekarakenteita tämän keksinnön 10 mukaisesti perusmetalli kuumennetaan sulassa tilassa hapettimen läsnäollessa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen, joka suodattuu täyteaineen petiin tai massaan. Käytettävä täyteaine käsittää metallikuonan, joka on jauhettu hienoksi ja seulottu sopivaan hiukkaskokoon. Esimerkit kaupallisesti sulatetuista metalleista ja seoksista, jotka muodostavat 15 kuonaa ja soveltuvat tähän tarkoitukseen, perustuvat alumiiniin, titaaniin, sinkkiin, magnesiumiin ja kupariin. Seoksista saatavat kuonat ovat erityisen sopivia käytettäviksi täyteaineena, joita kuonia saadaan esimerkiksi alumiini/magnesium-seoksista, kupari/tina-seoksista (pronsseista), kupari/alumiini-seoksista (alumiinipronsseista), kupari/sink-20 ki-seoksista (messingeistä), kupari/nikkeli- ja kupari/nikkeli/rauta-seoksista. Seoskuonien käyttö on erityisen hyödyllistä, koska lisätyt alkuaineet tuottavat usein lisäaineita, joita tarvitaan keraamisen mat-' : riisin kasvulle, kuten alla on selvitetty.

·1·'· 25 Nitridikuona on hyödyllinen tuotettaessa keraamisia sekarakennemate- riaaleja sulan perusmetallin hapettamisreaktiolla typpi-ilmakehässä, kuten on selvitetty hakijan US-patentissa "C". Sulatusvaiheen aikana sula metalli tai seos, joka on kosketuksessa typpeä sisältävän ilmakehän, kuten typpikaasun, ammoniakin tai muodostuskaasun (N2/H2-seoksen) 30 kanssa, muodostaa nitridikuonaa. Seokset, joissa nitridikuonaa muodostuu helposti, perustuvat alumiiniin, piihin, titaaniin ja sirkoniumiin. Tällaista nitridikuonaa, joka tavallisesti olisi jätetuote, käytetään hyväksi arvokkaana täyteaineena.

35 Kuonaa sisältävät täyteaineet osoittavat affiniteettia hapettumisreak- tiotuotteelle, joka kasvatetaan lopullisen sekarakenteen tuontanto- n 8 U 2 2 11 prosessin aikana, mikä johtuu ilmeisesti affiniteetista samanlaisten aineiden välillä prosessiolosuhteissa; toisin sanoen kasvavalla reaktiotuotteella on ilmeinen affiniteetti sopivasti valittavalle metalli -kuonalle. Tämän affiniteetin vuoksi on havaittu lisääntynyttä kasvun 5 kinetiikkaa, ja tämän vuoksi kasvu tapahtuu jonkin verran nopeammassa tahdissa verrattuna olennaisesti samaan prosessiin, jossa käytetään inerttistä täyteainetta.

Yksi tekijä, joka ilmeisesti auttaa näiden ominaisuuksien parantamises-10 sa, on lisäaineen käyttäminen läheisessä yhteydessä täyteaineen kanssa. Kuonaa muodostava metalli voi esimerkiksi sisältää yhden tai useamman ainesosan lisäaineena, joka on hyödyllinen lisäaineena edistämään perusmetallin hapettumisreaktiota. Tällaiset materiaalit hajautetaan koko kuonan tai sen osan läpi, ja ne voidaan sitoa läheisesti kuonan keraa-15 misen ainesosan mikrorakenteen kanssa tai lisätä kuonan pääasiassa metallisen ainesosan kanssa. Kun kuona on jauhettu käytettäväksi täyteaineena, tämä täyteaineeseen osana sisältyvä lisäaine toimii tällöin hyödyllisenä lisäaineena lopullista sekarakennetta tuotettaessa. Esimerkiksi pii on yleinen ainesosa alumiiniseoksessa, ja pii on hyödylli-20 nen lisäaine alumiinin ilmassa tapahtuvalle hapettamisreaktiolle. Merkittävä prosenttiosuus piistä seostuu kuonassa olevan alumiinin kanssa. Kun tätä kuonaa käytetään täyteaineena, tämä täyteaine sisältää sisäänrakennetun lisäaineen, jota käytetään valmistettaessa alumiinioksi-disekarakennetta. Lisäesimerkkinä mainittakoon, että magnesiumia sisäl-25 tävistä alumiiniseoksista saatava kuona sisältää magnesiumarvoja (MgO, MgAlz0<,, ja metallinen alumiini, jolla on korkea Mg-pitoisuus), jotka ovat lisäaineena tehokkaita alumiinin hapettamisreaktiolle joko happi-tai typpihapettimen kanssa. 1 2 3 4 5 6

Kuonan päämetallin affiniteetti hapetinta kohtaan tulisi myös ottaa 2 huomioon tämän keksinnön yhteydessä. Metallien sanotaan usein olevan 3 enemmän tai vähemmän jaloja. Tässä tapauksessa "jalo" viittaa metallin 4 affiniteettiin tiettyä hapetinta kohtaan, toisin sanoen mitä alempi 5 metallin taipumus on hapettua, sitä jalompi se on. Kun kuonakerros 6 muodostetaan metalliseoksen pintaan, tämän seoksen vähemmän Jalot ainesosat pyrkivät näin keskittymään tämän kuonan keraamiseen faasiin.

>) 8 G 2 2 12

Kun esimerkiksi alumiini-magnesium-pii-seoksia hapetetaan, kuonan keraaminen faasi pyrkii sisältämään magnesiumoksidin ja alumiinioksidin yhdisteitä.

5 Kuten yllä on mainittu, kuonan magnesiumarvot tuottavat erittäin tehokkaan lisäaineen alumiinin hapettamiselle ja edistävät edelleen täyteaineen ja reaktiotuotteen kostutusta alumiiniperusmetallilla. Jalompi pii pyrkii keskittymään kuonaan sulkeutuneeseen jäännösmetalliin. Kun jalo metallioksidi saatetaan lisäksi kosketukseen vähemmän jalon sulan 10 metallin kanssa, se pelkistyy tyypillisesti muodostaen vähemmän jalon metallin oksidin sekä pelkistyneen jalon metallin ja vähemmän jalon metallin jäännöspitoisuuden seoksen. Metallin välisiä yhdisteitä voi tällöin muodostua metalliseokseen jalomman metallin ja vähemmän jalon metallin välille. Kun esimerkiksi kupari-rauta-nikkeli-seoksen kuona, 15 joka sisältää kuonaa muodostavan seoksen ainesosien oksideja, saatetaan kosketukseen sulan alumiiniperusmetallin massan kanssa, muodostuu alu-miinioksidinen keraaminen faasi ja alumiini-kupari-rauta-nikkeli-metal-liseos. Seokseen muodostuu jäähdytyksen yhteydessä alumiini- ja kupari-metallien välistä sakkaa. Jalon metallioksidin pelkistyminen tuottaa 20 lisäksi hapettimen kiinteän lähteen, joka pyrkii edistämään kaasufaasi-hapettamisprosessin täsmällistä ja yhtenäistä alkamista.

Lisäaineina toimivien alkuaineiden lisääminen jäännösmetallifaasiin keraamiseen sekarakenteeseen voi parantaa sekarakenteen ominaisuuksia, 25 kuten lujuutta ja lujuuden pysyvyyttä lämpötilassa ja max. käyttölämpötilassa. Joissakin tapauksissa alhaissulatteinen alumiiniperusmetalli on mahdollista täysin korvata korkeampisulatteisilla metalleilla, joita ovat esimerkiksi Fe, Ni, Cu tai Si. 1 2 3 4 5 6

Lopulliselle sekarakennetuotteelle täyteaineen lähteenä käytettävä 2 kuona jauhetaan toivottuun kokoon esimerkiksi iskujyrsinnällä, valssi- 3 jyrsinnällä, kartiorouhinnalla, murskaamalla tai muulla tavanomaisella 4 tekniikalla riippucui paljolti toivotusta hiukkaskoosta ja monikiteisen 5 materiaalin koostumuksesta. Jauhettu tai jyrsitty kuona seulotaan ja 6 otetaan talteen käytettäväksi täyteaineena. Voi olla tarkoituksenmukaista murskata kuona ensin noin 0,64-1,3 cm:n (1/4-H tuuman) kokoisik- 13 88022 si suuriksi kappaleiksi leukamurskaimella, vasaramyllyllä jne. ja tämän jälkeen hienommiksi hiukkasiksi (seulamitta 50 tai hienompi, joka vastaa n. 300 mikronin hiukkaskokoa) esimerkiksi iskujyrsinnällä. Hiukkaset seulotaan tyypillisesti toivotun kokoisten osasten aikaansaamisek-5 si. Sopivien täyteaineiden kokoalue voi vaihdella välillä 100-500 (-25-150 mikronia) tai olla hienompi valmistettavasta keraamisesta seka-rakenteesta ja lopullisesta käyttökohteesta riippuen.

Kuten yllä on selvitetty, kuona voi sisältää metallisia ainesosia, 10 kuten hapettumatonta kuonaa muodostavaa metallia. Metallin määrä voi vaihdella laajalla alueella noin 30-60 painoprosenttia, ja voi olla joskus suurempikin, riippuen paljolti kuonan erottamisen tehokkuudesta. Voi olla tarkoituksenmukaista erottaa ainakin osa metallista kuonan keraamisesta osasta, ennen kuin materiaalia käytetään täyteaineena.

15 Tämä erottaminen voidaan toteuttaa sopivasti sen jälkeen, kun metalli-kuona on murskattu tai jauhettu. Kuonan keraaminen faasi on tavallisesti helpommin hajotettavissa kuin metalli, ja tämän vuoksi on joissakin tapauksissa mahdollista erottaa osittain nämä kaksi ainesosaa toisistaan jauhamalla ja seulomalla. Suuremman määrän keraamista faasia si-20 sältävä jauhettu osuus (tai jauhettu kuona ilman metallin erottamista) voidaan tämän jälkeen käsitellä kemiallisesti yhdessä tai useammassa vaiheessa metallin poistamiseksi. Jauhettu materiaali voidaan ensin esimerkiksi uuttaa hapossa tiettyjen metallien (esim. alumiinin) pois-: tamiseksi, pestä, uuttaa tämän jälkeen emäksisestä muiden metallien 25 poistamiseksi (esim. piin), pestä uudelleen, jonka jälkeen saadaan suhteellisen metalliton kuona.

Kuonatäyteaineessa oleva mikä tahansa hapettumaton metalli on myös hiukkasmaisessa muodossa. Jos kuonaa muodostava metalli on sama kuin 30 perusmetalli tai jos sillä on suurempi affiniteetti hapetinta kohtaan, eli se on vähemmän jalo, tällainen metalli käy läpi hapettumisreaktion siten, että se jättää tyhjiöitä keraamiseen matriisiin, jotka kooltaan vastaavat metallin hiukkasia. Tällaiset keraamiseen matriisiin hajautuneet tyhjiöt voivat olla toivottavia tai ei - toivottavia riippuen seka-35 rakenteelle ja sen lopulliselle käyttökohteelle halutuista ominaisuuksista. Jos lopputuotteeseen halutaan suuri tilavuusprosentti tyhjiöitä 'S 8 022 14 esimerkiksi sekarakenteen lämpöeristyksen lisäämiseksi, on hyödyllistä käyttää suurta määrää täyteainetta, jossa on hapettumatonta perusmetallia. Tämä sisäänrakennettu huokoisuus voidaan rajoittaa osaan sekara-kenteesta muodostamalla yksinkertaisesti täyteaineen kerrostettu peti, 5 joka käsittää (1) täyteaineen ja hiukkasmaisen metallin ja (2) suhteellisen puhtaan täyteaineen (metalli poistettu) tai toisesta lähteestä tulevan täyteaineen.

Kuonalla on tyypillisesti vaihteleva koostumus riippuen kuonalle vali-10 tun metalliseoksen esiasteesta. Jotta tällaista kuonaa voidaan käyttää täyteaineena keraamiselle sekarakennekappaleelle, voi olla tarkoituksenmukaista säätää sen koostumusta. Tämä voidaan saada aikaan murskaamalla kuona ja sekoittamalla se hienossa hiukkaskoossa sen koostumuksen homogenoimiseksi. Koostumus analysoidaan tämän jälkeen kemiallisesti ja 15 säädetään tiettyyn koostumukseen lisäämällä siihen koostumukseltaan tunnettuja muita ainesosia joko jauheen tai nesteen muodossa. Kuona, jolla on nyt tunnettu ja säädetty koostumus, voidaan sekoittaa muiden täyteaineiden kanssa, joita ovat esimerkiksi hiukkaset, kuidut, levykkeet, sauvat, karvat, pallot, kuplat, metallivilla, langat, aggregaat-20 ti, tangot, viirakangas, kuulat, putket, tulenkestävä kuitu, hiutaleet, jauheet, ontot kappaleet, jne. Ja vastaavat, läpäisevän täyteaineen massan muodostamiseksi. Läpäisevä täyteainemassa voidaan haluttaessa muotoilla läpäiseväksi esimuotiksi.

• 25 On huomattava, että tämän keksinnön mukaisesti kuonaa muodostava hape tin voi olla olennaisesti sama tai erilainen kuin hapetin, jota käytetään lopullista keraamista sekarakennetuotetta muodostettaessa. Tämä voi olla tarkoituksenmukaista siinä mielessä, että se sallii täyteai-. . neen käyttämisen, jolla on useita yllälueteltuja etuja, mutta hapettu- 30 misreaktiotuote on kemialliselta koostumukseltaan erilainen. Tämän suoritusmuodon mukaan on esimerkiksi mahdollista valmistaa alumiiniok-sidisen kuonatäyteaineen massa ja muodostaa keraaminen tuote suodattamalla tämä massa alumiiniperusmetallin nitridointireaktiotuotteella, jolloin saadaan a I uml i n I oks 1 Läy t le 1 tien a Lumi lnlnlt ridlnon mat r 1 Is 1 seka-35 rakenne, kuten alla on esimerkeissä täydellisemmin kuvattu.

3 8 02 2 15

Vaikka t/l(.'l keksintöä kuvataan tässä yhteydessä painottaen eri ty i.sest i alumiinia tai alumiiniseosta perusmetallina ja alumiinioksidia aiottuna hapettumisreaktiotuotteena, viittaus tehdään ainoastaan esimerkkien esittämiseksi, ja tulee ymmärtää, että tätä keksintöä voidaan tässä 5 esitettyjen piirteiden mukaisesti soveltaa muihinkin järjestelmiin, joissa muita metalleja, kuten tinaa, piitä, titaania, sirkoniumia, jne., käytetään perusmetalleina. Aiottu hapettumisreaktiotuote voi lisäksi olla perusmetallin metallioksidi, -nitridi, -boridi, -karbidi tai vastaava.

10

Hieman tarkemmin sanottuna perusmetalli ja metallikuonan käsittävän täyteaineen läpäisevä massa sijoitetaan toistensa viereen ja suunnataan suhteessa toisiinsa siten, että hapettumisreaktiotuotteen kasvu tapahtuu ylläkuvatun mukaisesti kohti täyteaineen suuntaa, jotta täyteaine 15 tai sen osa suodattuu kasvavalla hapettumisreaktiotuotteella ja sulkeutuu sen sisään. Tämä perusmetallin ja täyteaineen sijoittaminen ja suuntautuminen toisiinsa nähden voidaan suorittaa yksinkertaisesti upottamalla perusmetallin massa hiukkasmaisen täyteaineen petiin tai sijoittamalla perusmetallin yksi tai useampi massa täyteaineen petiin 20 tai muuhun koosteeseen tai näiden viereen. Kokoonpano järjestetään siten, että hapettumisreaktiotuotteen kasvu läpäisee tai suodattaa ainakin osan täyteaineesta. Täyteaine voi käsittää myös esimerkiksi sekoitettuja jauheita tai muita hiukkasia, aggregaatin, tulenkestävää kuitua, pikkuputkia, karvoja, palloja, levykkeitä tai vastaavia tai 25 näiden yhdistelmiä. Sopivia täyteaineita voivat lisäksi olla esimerkiksi metallioksidit, -nitridit tai -karbidit, kuten alumiinioksidi, mag-nesiumoksidi, hafniumoksidi, sirkoniumoksidi, piikarbidi, piinitrididi, sirkoniumnitridi, titaaninitridi, jne., kuten hakijan patenteissa on - . selvitetty.

30

Perusmetallin ja täyteaineen kooste järjestetään sopivaan tulenkestävään astiaan ja sijoitetaan uuniin hapettimen läsnäollessa, kuten kaa-: suhapettimen (esim. ilman) yhteydessä. Tämä kooste kuumennetaan hapet- ... tumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella mutta perusmetallin 35 sulamispisteen yläpuolella oleviin lämpötiloihin, jotka esimerkiksi alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman ollessa hapettimena, ovat 16 o c n o o 'jollei yleensä noin 850-1450°C ja mielellään noin 900-1350°C. Tällä lämpötila-välillä tai -alueella muodostuu sulan metallin massa tai allas, ja hapettimen kanssa kosketukseen joutuessaan sula metalli reagoi muodostaen kerroksen hapettumisreaktiotuotetta. Ollessaan jatkuvasti alttiina 5 hapettavalle ympäristölle sula metalli vetäytyy vähitellen aikaisemmin muodostuneeseen hapettumisreaktiotuotteeseen ja sen läpi hapettimen suuntaan. Tullessaan kosketukseen hapettimen kanssa sula metalli reagoi muodostaen lisää hapettumisreaktiotuotetta sekä jatkaa muodostumistaan täyteaineen massassa ja muodostaa näin vähitellen paksumman hapettumis-10 reaktiotuotteen jättäen valinnaisesti metallisia ainesosia hajautuneiksi läpi monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen. Reaktioprosessia jatketaan niin kauan, että hapettumisreaktiotuote suodattuu ainakin osaan pedistä tai esimuotin toivottuun rajaan asti muodostaen näin keraamisen sekarakenteen. Tämän keksinnön menetelmässä tulee huomata, että vaikka 15 kuona sisältää tyypillisesti jonkin verran reagoimatonta alumiinia, matriisin muodostava reaktio tapahtuu pääasiassa perusmetallin massasta suodattuvan metallin ja syötetyn hapettimen välisessä reaktiossa. Saatavassa monikiteisessä sekarakennematriisimateriaalissa voi olla huokoisuutta, joka voi olla metallifaasin (-faasien) osittaista tai lähes 20 täydellistä korvaamista, mutta tyhjiöiden tilavuusprosentti riippuu paljolti sellaisista tekijöistä kuin lämpötila, aika, perusmetallin tyyppi ja lisäaineiden pitoisuudet. Näissä monikiteisissä keraamisissa rakenteissa hapettumisreaktiotuotteen kristalliitit ovat tyypillisesti yhdistyneitä yhdessä tai useammassa ulottuvuudessa, mielellään kolmessa 25 ulottuvuudessa, ja metalli voi olla ainakin osittain yhdistynyttä.

Voidaan käyttää kiinteää, nestemäistä tai kaasufaasihapetinta tai tällaisten hapettimien yhdistelmää, kuten yllä on kuvattu. Tyypillisiä kaasufaasihapettimia ovat rajoituksitta esimerkiksi happi, typpi, halo-30 geeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri ja näiden yhdisteet ja yhdistelmät, kuten piidioksidi (hapen lähteenä), metaani, happi, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni, propyleeni, (hiilivety hiilen lähteenä) ja seokset kuten ilma, H2/H20 ja C0/C02, joista ... kaksi jälkimmäistä (eli H2/H20 ja C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämään 35 ympäristön happiaktiviteettia. Vaikka mitä tahansa sopivia hapettimia voidaan käyttää, keksinnön tiettyjä suoritusmuotoja kuvataan alla vii-

o ο Γ· o O

17 täten erityisesti kaasufaasihapettimien käyttöön. Jos käytetäään kaasu-tai höyryhapetinta, eli kaasufaasihapetinta, täyteaine on läpäisevä kaasufaasihapettimelle siten, että täyteaineen pedin ollessa alttiina hapettimelle, kaasufaasihapetin läpäisee täyteaineen pedin ja tulee 5 kosketukseen siinä olevan sulan perusmetallin kanssa. Termi "kaasufaasihapetin" tarkoittaa höyrystynyttä tai normaalisti kaasumaista materiaalia, joka tuottaa hapettavan ilmakehän. Esimerkiksi happi tai happea (mukaanlukien ilman) sisältävät kaasuseokset ovat suositeltavia kaasufaasihapettimia alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman hapetti-10 mena, jota pidetään tavallisesti parempana ilmeisten taloudellisten syiden vuoksi. Kun hapetin 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 ympäristössä vallitsevissa 15 olosuhteissa. Vaikka esimerkiksi ilman pääainesosa on typpi, ilman happipitoisuus on perusmetallin ainoa hapetin, koska happi on merkittävästi voimakkaampi hapetin kuin typpi. Tämän vuoksi ilma määritetään "happea sisältäväksi kaasuhapettimeksi" mutta ei "typpeä sisältäväksi kaasuhapettimeksi". Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytetty-20 nä esimerkki "typpeä sisältävästä kaasuhapettimesta" on "muodostuskaa -su", joka sisältää tyypillisesti noin 96 tilavuusprosenttia typpeä ja noin 4 tilavuusprosenttia vetyä.

Kun käytetään kiinteää hapetinta, se on tavallisesti hajautuneena koko 25 täyteaineen pedin läpi tai perusmetallin viereisen pedin osan läpi täyteaineeseen sekoitettujen hiukkasten muodossa tai ehkä päällysteinä täyteainehiukkasten päällä. Voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa kiinteää hapetinta mukaanlukien alkuaineet, kuten boori tai hiili tai pelkistyvät yhdisteet, kuten piidioksidi tai tietyt boridit, joiden lämpö-30 dynaaminen stabiliteetti on alhaisempi kuin perusmetallin boridireak- tiotuotteella. Kun käytetään esimerkiksi booria tai pelkistyvää boridia kiinteänä hapettimena alumiiniperusmetallille, saatava hapettumisreak-tiotuote on alumiiniboridi. 1

Joissakin tapauksissa hapettumisreaktio voi edetä niin nopeasti kiinteän hapettimen yhteydessä, että hapettumisreaktiotuote pyrkii sulamaan 18 3 8 022 prosessin eksotermisesta luonteesta johtuen. Tällainen ilmiö voi huonontaa keraamisen kappaleen mikrorakenteenista yhtenäisyyttä. Tämä nopea eksoterminen reaktio on vältettävissä sekoittamalla koosteeseen täyteaineeksi suhteellisen inerttinen kuona, jolla on alhainen reakti-5 viteetti. Tällainen täyteaine imee itseensä reaktion lämmön minimoiden lämmönkarkaamisvaikutusta. Muita inerttisiä täyteaineita voidaan myös yhdistää hienoksi jauhetun kuonatäyteaineen kanssa, jolloin muodostuneen sekarakenteen ominaisuuksia voidaan edelleen muuntaa ja/tai lieventää eksotermista reaktioprosessia.

10

Jos käytetään nestemäistä hapetinta, koko täyteaine tai sen sulan metallin viereinen osa päällystetään tai kostutetaan hapettimeen upottamalla täyteaineen kyllästämiseksi. Nestemäisellä hapettimella tarkoitetaan hapetinta, joka on nestemäinen hapettumisreaktio-olosuhteissa, 15 joten nestemäisellä hapettimella on kiinteä esiaste, kuten suola, joka on sulassa muodossa hapettumisreaktio-olosuhteissa. Nestemäisellä ha-pet tiine Iin voi vaihtoehtoisesti olla nestemäinen esiaste, esim. materiaalin liuos, Jota käytetään kyllästämään koko täyteaine tai osa siitä ja joka sulatetaan tai hajotetaan hapettumisreaktio-olosuhteissa sopi-20 van hapettimen osuuden aikaansaamiseksi. Esimerkkejä nestemäisistä hapettimista ovat tässä määritettyinä alhaissulatteiset lasit.

Erityisen tehokas menetelmä tätä keksintöä sovellettaessa on muodostaa täyteaine esimuottlin siten, että sen muoto vastaa lopullisen sekara-25 kennetuotteen toivottua geometriaa. Esimuotti voidaan valmistaa millä tahansa monella erilaisella, tavanomaisella keraamisten kappaleiden muodostusmenetelmällä (joita ovat yksiakselinen puristus, liukuvalu, sedimenttivalu, nauhavalu, ruiskupuristus, säiekelaus kuitumaisille • · materiaaleille, jne.) riippuen paljolti täyteaineen ominaisuuksista.

30 Hiukkasten alussa tapahtuva sitominen ennen suodattamista voidaan saada aikaan kevyellä sintrauksella tai käyttämällä erilaisia orgaanisia tai epäorgaanisia sideaineita, jotka eivät häiritse prosessia tai tuota ei-toivottuja sivutuotteita lopulliseen materiaaliin. Esimuotti valmistetaan siten, että sillä on riittävä muodon yhtenäisyys ja raakalujuus 35 ja siten, että sen tulisi olla läpäisevä muodon yhtenäisyydelle ja raakalujuudelle sekä läpäisevä hapettumisreaktiotuotteen etenemiselle, : ο .η o o 19 '; u u ± ja sillä tulisi olla huokoisuutta välillä 5-90 tilavuusprosenttia, mieluummin välillä 25-50 tilavuusprosenttia. Myös täyteaineiden ja eri seulamittojen (hiukkaskokojen) seosta voidaan käyttää hyväksi. Tämän jälkeen esimuotti saatetaan kosketukseen sulan perusmetallin kanssa 5 yhdeltä tai useammalta pinnaltaan niin pitkäksi ajaksi, että esimuotin kasvu ja suodattuminen saadaan suoritetuksi loppuun sen pintarajoille asti.

Kuten hakijan US-patentissa 4,923,832 on selvitetty, täyteaineen tai 10 esimuotin yhteydessä voidaan käyttää rajoitinta, joka ehkäisee hapettu-misreaktiotuotteen kasvun tai kehittymisen rajoittimen ulkopuolelle. Sopiva rajoitin voi olla mikä tahansa materiaali, yhdiste, alkuaine, seos tai vastaava, joka tämän keksinnön mukaisissa prosessiolosuhteissa säilyttää osan yhtenäisyyttään, ei ole haihtuva ja on mielellään lä-15 päisevä kaasufaasihapettimelle sekä, jos tällaista rajoitinta käytetään, pystyy paikallisesti ehkäisemään, negatiivisesti aktivoimaan, pysäyttämään, häiritsemään, estämään, jne. hapettumisreaktiotuotteen jatkuvan kasvun. Alumiiniperusmetallille sopivia rajoittimia ovat kalsiumsulfaatti (kipsi), kalsiumsilikaatti, portlandsementti ja niiden 20 seokset, jotka levitetään tyypillisesti lietteenä tai pastana täyteaineen pintaan. Nämä rajoittunet voivat myös sisältää sopivan palavan tai haihtuvan materiaalin, joka eliminoituu kuumennettaessa tai materiaalin, joka hajoaa kuumennettaessa, jotta voidaan lisätä rajoittimen huokoisuutta ja läpäisevyyttä hapettimelle. Rajoitin voi lisäksi sisäl-25 tää sopivia tulenkestäviä hiukkasia mahdollisen kutistumisen tai hal-keilemisen vähentämiseksi, jota voisi muutoin tapahtua prosessin aikana. Hiukkaset, joilla on olennaisesti sama laajenemiskerroin kuin täy-teainepedillä tai esimuotilla, ovat erityisen suositeltavia. Jos esi-- : merkiksi esimuotti käsittää alumiinioksidin ja saatava keramiikka kä- 30 sittää alumiinioksidin, rajoitin voidaan sekoittaa alumiinioksidihiuk-kasten kanssa, joiden seulamitta on noin 20-1000 tai hienompi, mikä vastaa n. 10-850 mikronin hiukkaskokoa.

Käytettäessä esimuottia erityisesti yhdessä rajoittimen kanssa saadaan 35 aikaan lopullinen muoto, jolloin minimoidaan tai eliminoidaan kalliit lopulliset työstö- tai liiontavaihect .

20 '·( Ο Π ΓΛ ‘Ί •U)li££

Keksinnön lisäsuoritusmuodon ja hakijan patenttien mukaisesti lisäaineiden lisääminen perusmetallin yhteyteen voi vaikuttaa suotuisasti hapettumisreaktioprosessiin. Lisäaineen toiminta tai toiminnot voivat 5 riippua monista muistakin tekijöistä kuin itse lisäainemateriaalista. Näitä tekijöitä ovat esimerkiksi käytettävä perusmetalli, toivottava lopputuote, lisäaineiden yhdistelmä kahta tai useampaa lisäainetta käytettäessä, ulkoisesti levitettävän lisäaineen käyttö yhdessä lejeeratun lisäaineen kanssa, hapettava ympäristö ja prosessiolosuhteet.

10

Perusmetallin yhteydessä käytettävä lisäaine tai käytettävät lisäaineet (1) voidaan järjestää perusmetallin lisättyinä ainesosina, (2) voidaan levittää ainakin osaan perusmetallin pinnasta tai (3) voidaan lisätä täyteaineen petiin tai esimuottiin tai näiden osaan, kuten esimuotin 15 tukivyöhykkeeseen, tai voidaan käyttää mitä tahansa tekniikoiden (1),(2) ja (3) yhdistelmää. Lejeerattua lisäainetta voidaan esimerkiksi käyttää yhdessä ulkoisesti levitetyn lisäaineen kanssa. Tekniikan (3) tapauksessa, jossa lisäaine tai lisäaineet lisätään täyteaineen petiin tai esimuottiin, lisäys voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla ta-20 valla, kuten hajottamalla lisäaineet esimuotin koko massaan tai osaan siitä päällysteinä tai hiukkasten muodossa sisältäen mielellään ainakin osan perusmetallin viereisestä esimuotista. Minkä tahansa lisäaineen lisääminen esimuottiin voidaan myös suorittaa lisäämällä yhden tai useamman lisäaineen kerros esimuottiin ja sen sisään, mukaanlukien 25 mitkä tahansa sen sisäisistä aukoista, väleistä, kulkuteistä, välitiloista tai vastaavista, jotka tekevät sen läpäiseväksi. Sopiva tapa lisätä mikä tahansa lisäaine, on yksinkertaisesti upottaa koko peti lisäainenesteeseen (esim. liuokseen). Kuten yllä on selvitetty, lisäaine voidaan järjestää täyteaineeseen, jota käytetään lopullista sekara-30 kennetuotetta valmistettaessa. Lisäaineen lähde voidaan myös järjestää sijoittamalla lisäaineen jäykkä massa kosketukseen ainakin perusmetallin pinnan osan ja esimuotin kanssa näiden välille. Esimerkiksi ohut levy piitä sisältävää lasia (lisäaineena hyödyllinen alumiiniperusme-tallin hapettumiselle) voidaan sijoittaa perusmetallin pinnalle. Kun 35 piitä sisältävällä materiaalilla päällystetty alumiiniperusmetalli (joka voi sisältää lisättyä magnesiumia) sulatetaan hapettavassa ympä- 21 f' r\ o r\ , \ »ouz 2 ristössä (esim. alumiini ilmassa noin 850-1450°C:ssa, mieluummin noin 900-1350°C.ssa) , tapahtuu monikiteisen keraamisen materiaalin kasvu läpäisevään esimuottiin. Jos lisäaine levitetään ulkoisesti ainakin osaan perusmetallin pinnasta, monikiteinen oksidirakenne kasvaa yleensä lä-5 päisevässä esimuotissa olennaisesti lisäainekerroksen ulkopuolelle (eli lisätyn lisäainekerroksen syvyyden ulkopuolelle). Yksi tai useampi lisäaine voidaan levittää joka tapauksessa ulkoisesti perusmetallin pintaan ja/tai läpäisevään esimuottiin. Perusmetalliin lejeerattuja lisäaineita ja/tai ulkoisesti perusmetallin pintaan levitettyjä lisäai-10 neita voidaan lisäksi auttaa esimuottiin lisätyllä lisäaineella (lisätyillä lisäaineilla). Näin ollen perusmetalliin lejeerattujen lisäaineiden ja/tai siihen ulkoisesti lisättyjen lisäaineiden pitoisuuksien mitä tahansa puutteellisuuksia voidaan kompensoida esimuottiin lisätyn vastaavan lisäaineen lisäpitoisuudella (esimuottiin lisättyjen lisäai-15 neiden pitoisuuksilla) ja päinvastoin.

Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita, erityisesti ilman ollessa hapettimena, ovat esimerkiksi magnesiummetalli ja sinkkimetalli yhdessä toistensa kanssa tai yhdessä muiden allamainittujen lisäaine!-20 den kanssa. Nämä metallit tai niiden sopiva lähde voidaan lejeerata alumiinipohjaiseen perusmetalliin pitoisuuksina noin 0,1-10 painoprosenttia perustuen saatavan lisätyn metallin kokonaispainoon. Tällä alueella olevien pitoisuuksien on havaittu aloittavan keraamisen kasvun, edistävän metallin etenemistä ja vaikuttavan suotuisasti saatavan ha-25 pettumisreaktiotuotteen kasvumorfologiaan. Minkä tahansa lisäaineen pitoisuusalue riippuu sellaisista tekijöistä kuin lisäaineiden yhdistelmä ja prosessilämpötila.

Muita lisäaineita, jotka ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapet-30 tumisreaktiotuotteen kasvua alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman tai hapen ollessa hapettimena, ovat esimerkiksi pii, germanium, tina ja lyijy käytettyinä erityisesti yhdessä magnesiumin ja sinkin kanssa.

Yksi tai useampi näistä muista lisäaineista tai niiden sopiva lähde lejeerataan alumiiniperusmetallijärjestelmään pitoisuuksina kullekin 35 noin 0,5-15 painoprosenttia kokonaisseoksen painosta; toivottavampi kasvun kinetiikka ja kasvun morfologia saavutetaan kuitenkin lisäainei- 22 8 O 2 2 den pitoisuuksilla alueella noin 1-10 painoprosenttia kokonaisperusme-talliseoksen painosta. Lisäaineena lyijy lejeerataan yleensä alu-miinipohjaiseeen perusmetalliin ainakin 1000°C:en lämpötilassa, jotta voitaisiin kompensoida sen alhainen liukenevuus alumiiniin; muiden 5 lisättyjen ainesosien, kuten tinan, lisääminen nostaa kuitenkin yleensä lyijyn liukenevuutta ja sallii lisäainemateriaalien lisäämisen alhaisemmassa lämpötilassa.

Yhtä tai useampaa lisäainetta voidaan käyttää olosuhteista riippuen, 10 kuten yllä on selvitetty. Jos esimerkiksi alumiini on perusmetalli ja ilma on hapetin, erityisen hyödyllisiä lisäaineiden yhdistelmiä ovat (a) magnesium ja pii tai (b) magnesium, sinkki ja pii. Tällaisissa esimerkeissä magnesiumpitoisuus jää alueelle noin 0,1-3 painoprosenttia, sinkin alueelle noin 1-6 painoprosenttia ja piin alueelle 15 noin 1-10 painoprosenttia.

Lisäesimerkkejä alumiiniperusmetallin yhteydessä hyödyllisistä lisäaineista ovat natrium, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yksittäin tai yhdessä yhden tai useamman muun lisäai-20 neen kanssa hapettimesta ja prosessiolosuhteista riippuen. Natriumia ja litiumia voidaan käyttää hyvin pieninä määrinä alueella osia per miljoona, tyypillisesti noin 100-200 osaa per miljoona, ja kumpaakin voidaan käyttää yksin tai yhdessä tai yhdessä muun lisäaineen (muiden lisäaineiden) kanssa. Harvinaiset maametallit kuten serium, lantaani, 25 praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen käytettyinä yhdessä muiden lisäaineiden kans-- sa.

Kuten yllä on selvitetty, ei ole välttämätöntä lejeerata mitään lisäai-30 netta perusmetalliin. Jos esimerkiksi lisätään selektiivisesti yhtä tai useampaa lisäainetta ohuena kerroksena joko perusmetallin koko pintaan tai osaan siitä, mahdollistetaan paikallinen keraaminen kasvu perusmetallin pinnasta tai sen osista sekä monikiteisen keraamisen materiaalin kasvu läpäisevään esimuottiin valituilla alueilla. Näin ollen moni-35 kiteisen keraamisen materiaalin kasvua voidaan säätää sijoittamalla lisäaine paikallisesti perusmetallin pinnalle. Levitetty päällyste ja 23 '58022 lisäainekerros on ohut suhteessa perusmetallin massan paksuuteen, ja hapettumisreaktiotuotteen kasvu tai muodostuminen läpäisevään esimuot-tiin ulottuu olennaisesti lisäainekerroksen ulkopuolelle, eli lisätyn lisäainekerroksen syvyyden ulkopuolelle. Tällainen lisäainekerros voi-5 daan levittää maalaamalla, upottamalla, silkkiseulonnalla, höyrystämäl-lä tai levittämällä lisäaine muulla tavalla nesteen tai pastan muodossa tai pursuttamalla tai sijoittamalla jähmeä hiukkasmainen lisäaine tai lisäaineiden jähmeä ohut levy tai kalvo yksinkertaisesti perusmetallin pintaan. Lisäaine voi, mutta sen ei tarvitse, sisältää joko orgaanisia 10 tai epäorgaanisia sideaineita, apuaineita, liuottimia ja/tai paksunti-mia. Suositeltavammassa muodossa lisäaineet levitetään jauheina perusmetallin pintaan tai hajautetaan ainakin osaan täyteainetta. Yksi erityisen suositeltava menetelmä lisäaineiden levittämiseksi perusmetallin pintaan on käyttää lisäaineiden nestemäistä suspensiota veden ja or-15 gaanisen sideaineen seoksena ruiskutettuna perusmetallin pintaan kiinnittyvän päällysteen aikaansaamiseksi, joka helpottaa lisätyn perusmetallin käsittelyä ennen prosessointia.

Ulkoisesti käytettyinä lisäaineet lisätään perusmetallin pinnan osaan 20 yhtenäisenä päällysteenä. Lisäaineen määrä on tehokas laajalla alueella suhteessa perusmetallin määrään, johon se lisätään, ja alumiinin yhteydessä kokeilla ei ole pystytty osoittamaan ylä- eikä alatoimintara-joja. Käytettäessä esimerkiksi piitä piidioksidin muodossa lisättynä ulkoisesti lisäaineena alumiinipohjaiseen perusmetalliin käyttäen ilmaa 25 tai happea hapettimena niinkin pienet määrät kuin 0,00003 grammaa piitä per gramma perusmetallia, tai noin 0,0001 grammaa piitä per neliösent-timetri perusmetallin pintaa yhdessä toisen, magnesiumin tai sinkin lähteellä varustetun lisäaineen kanssa saavat aikaan monikiteisen keramiikan kasvuilmiön. On myös havaittu, että keraaminen rakenne on saavu-30 tettavissa alumiinipohjaisesta perusmetallista käyttäen ilmaa tai happea hapettimena käyttämällä MgO:ta lisäaineena määrässä, joka on suurempi kuin noin 0,0008 grammaa magnesiumia per gramma hapetettavaa perusmetallia ja suurempi kuin 0,003 grammaa magnesiumia per neliösent-timetri perusmetallin pintaa, johon MgO lisätään. On selvää, että lisä-35 aineiden määrän lisääminen lyhentää jossakin määrin reaktioaikaa, jota tarvitaan tuottamaan keraaminen sekarakenne, mutta tämä riippuu sellai- O O P O o 24 ,υϋ^ sista tekijöistä kuin lisäaineen tyyppi, perusmetalli ja reaktio-olosuhteet .

Kun perusmetalli on alumiini, johon on lisätty sisäisesti magnesiumia 5 ja hapettava aine on ilma tai happi, on havaittu, että magnesium hapettuu ainakin osittain seoksesta lämpötila-alueella noin 820-950°C. Tällaisissa magnesiumia sisältävissä järjestelmissä magnesium muodostaa magnesiumoksidi- ja/tai spinellifaasin sulan alumiiniseoksen pintaan, ja kasvuprosessin aikana tällaiset magnesiumyhdisteet jäävät pääasiassa 10 perusmetalliseoksen alkuperäiseen oksidipintaan (eli "lähtöpintaan") kasvavaan keraamiseen rakenteeseen. Tällaisissa magnesiumia sisältävissä järjestelmissä alumiinioksidiperustainen rakenne tuotetaan näin erillään suhteellisen ohuesta spinellikerroksesta lähtöpintaan. Lähtö-pinta voidaan haluttaessa helposti poistaa esimerkiksi hiomalla, työs-15 tämällä, kiillottamalla tai hiekkapuhalluksella.

On havaittu, että alumiinikuonapedit ja -esimuotit ovat luontaisesti läpäiseviä hapettumisreaktiotuotteen kasvulle ja kaasufaasihapettimil-le, ja ne ovat näin ollen erittäin sopivia käytettäviksi muodostettaes-20 sa keraamisia sekarakenneartikkeleita ylläkuvatun menetelmän mukaisesti. Kuonan olennaisesti inerttiset ainesosat, kuten alumiinioksidi, ovat erittäin suositeltavia täyteaineita liitettäviksi tällaisiin artikkeleihin. Kuonassa alunperin läsnä oleva reagoimaton metalli on täysin hyväksyttävissä, vaikka ylläkuvatun mukaisesti keraamisen mat-25 riisin muodostuminen keksinnön menetelmän mukaisesti sisältää olennaisesti tai pääasiassa kaasufaasihapettimen reaktion perusmetallin kanssa.

; Eduista, joita saavutetaan käytettäessä metallikuonaa täyteaineena, 30 mainittakoon ainakin se, että se sisältää monissa tapauksissa aineita, joilla pystytään suorittamaan lisäaineiden toiminta ja säätämään keraa-mis-metallisen artikkelin metallista ainesosaa. Kun kuonan ainesosia käytetään lisäaineina niitä tarvittaessa, vältetään lisäaineiden lisää--- misen tarve joko perusmetallin massaan lisäämällä tai muulla tavalla.

35 Kuonassa oleva reagoimaton perusmetalli voi myös tuottaa yhden tai useamman toivottavan ominaisuuden saataviin tuotteisiin, joita ovat :58022 25 esimerkiksi murtolujuus, lämmönjohtavuus tai sähkönjohtavuus. Kuona-cyyppi voidaan valita sen ainesosien perusteella ja täten sen kyvyn perusteella parantaa perusmetallin ominaisuuksia ja vaikuttaa saatavan sekarakenteen ominaisuuksiin ja kustannuksiin.

5

Lisäetuna mainittakoon kuonan luontainen kostutettavuus perusmetallilla ja hapettumisreaktiotuotteella. Täyteaineen kostutettavuus on välttämätön ominaisuus täyteaineen suodattumiselle reaktiotuotteilla ja koossa pysyvän keraamisen sekarakenteen muodostumiselle. Kuonassa tyypilli-10 sesti olevat ainesosat, kuten MgO ja alkalimetallioksidit, ovat voimakkaita kostuttavia aineita prosessisuhteissa alumiinimetalleja käytettäessä .

Esimerkkejä 15

Perusmetallina käytetty alumiiniharkko upotettiin hienoksi jauhetun kuonan petiin, joka oli saatu alumiinisulatteesta, ja se kulutettiin täysin hapettumisreaktiolla, kun sitä kuumennettiin 1550°C:en ja pidettiin tässä lämpötilassa N2-ilmakehässä, jolloin jäi ontelo, joka olen-20 naisesti vastasi alumiiniharkon muotoa. Kuona jauhettiin seulamittaan 65 asti (Tyler), (vastaa n. 230-240 mikronin hiukkaskokoa). Peti oli suodatettu alumiiniperusmetalliharkon hapettumisreaktiotuotteella N2:n kanssa, ja röntgensädediffraktioanalyysi saadusta keraamisesta sekara-kenteesta osoitti alumiininitridin ja spinellin läsnäolon.

25

Kokeet suoritettiin käyttäen kahta kuonatyyppiä, jotka oli jauhettu seulamittaan 65 (Tyler) (vastaa n. 230-240 mikronin hiukkaskokoa) siten, että toinen kuona oli muodostettu klorinaatiolle altistetulla sulalla 99,7-prosenttisesti puhtaalla alumiinilla ja toinen kuona oli 30 muodostettu Ai-5% Mg-seoksella. Kummassakin tapauksessa perusmetalli oli alumiini ja kaasufaasihapetin oli typpi-ilmakehä. Puhtaasta metallista saadun kuonan yhteydessä sekarakenne kehittyi suuremman kuonan massan kerroksen läpi kuin tapauksessa, jossa kuona oli saatu 5-pro-... senttisesta Mg-seoksesta.

\ 35 26 88022

Edellisistä näistä kokeista mitoiltaan 6,8 n x 8 x 21 m korkea alumiiniharkko upotettiin upokkaan keskustaan, jonka sisähalkaisija oli 30 mm, kuonan upokkaan täyttävään massaan 99,7-prosenttisesta alumiinista ja nitridoitiin 1550°C:ssa kahdeksan tunnin ajan typpivirtauksen 5 ollessa 500 cm3/mi.n. Typpi kuivattiin ja siitä poistettiin happi. Jäähdytettäessä havaittiin ontelo kuonapedin keskustassa, ja peti oli suodatettu hapettumisreaktiotuotteella tämän keksinnön mukaisen sekaraken-teen aikaansaamiseksi. Röntgensädediffraktioanalyysi osoitti alumiini-nitridin läsnäolon.

10 Jälkimmäisestä näistä kokeista, jossa käytettiin samaa kuonaa ja typen virtausnopeutta, halkaisijaltaan 10 mm oleva ja 24 mm pitkä harkko upotettiin kuonapohjaan upokkaaseen ja nitridoitiin seuraavan kuumennusai-kataulun mukaisesti: 1 tunti 700°C:ssa, 1 tunti 1100°C:ssa, 7 tuntia 15 1550°C:ssa. Tulokset ovat hyvin samanlaisia kuin edellisessä kokeessa.

Tulee ymmärtää, että tätä keksintöä ei pidä rajoittaa yllämainittujen piirteiden ja suoritusmuotojen perusteella, vaan sitä voidaan soveltaa muillakin tavoilla sen hengestä poikkeamatta.

20

Claims (15)

38022

1. Menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakennekappaleen tuottamiseksi, joka käsittää (1) keraamisen matriisin, joka saadaan aikaan perus- 5 metallin hapettamisella monikiteisen materiaalin muodostamiseksi, joka käsittää (i) perusmetallin ja ainakin yhden hapettimen välisen hapettu-misreaktiotuotteen ja (2) ainakin yhtä täyteainetta matriisiin sisällytettynä, jossa menetelmässä suunnataan perusmetalli ja läpäisevä täyte-ainemassa suhteessa toisiinsa siten, että hapettumisreaktiotuotteen 10 muodostuminen tapahtuu kohti täyteainemassaa ja massaan; ja kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan sulan perusmetallin massan muodostamiseksi, ja annetaan sulan perusmetallin reagoida ainakin yhden hapettimen kanssa mainitussa lämpötilassa hapet-15 tumisreaktiotuotteen muodostamiseksi, ja mainitussa lämpötilassa pidetään ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan metallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä, jotta sulaa metallia voisi vetäytyä hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti ainakin yhtä hape-tinta ja kohti viereistä täyteainemassaa ja massaan siten, että tuoreen 20 hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu täyteainemassassa hapettimen tai hapettimien ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, ja reaktion annetaan jatkua niin kauan, että ainakin osa sanotusta täyteaineesta suodattuu hapetusreak-tiotuotteella, tunnettu siitä, että ainakin yhtä hienoksi-25 jauhettua kuona-ainetta käytetään ainakin osana läpäisevää täyteainemassaa, joka kuonamateriaali on saatu sulattamalla metallia tai hapettamalla ainakin yhtä metallia ilmassa, Ja jolla kuona-aineella on affiniteetti hapetusreaktiotuotetta kohtaan hapetusreaktiotuotteen muodostumisen edesauttamiseksi täyteainemassaan, joka sisältää kuonaa. 30

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuona on peräisin ainakin yhdestä kuonaa muodostavasta metallista, joka on alumiini, titaani, sinkki, magnesium, kupari tai näiden seos. ö 8 O 2 2

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuona on saatu saattamalla kuonaa muodostava metalli kosketukseen nitridoivan kaasun kanssa metallin sulatuksen yhteydessä.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että läpäisevä täytealnemassa on läpäisevän esimuotin muodossa.

5. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1,2 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että läpäisevä täytealnemassa käsittää kuonan 10 ja ainakin yhden muun täyteaineen seoksen.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toinen täyteaine valitaan seuraavasta ryhmästä; levykkeet, pallot, langat, tangot, kankaat, putket, kuidut, pulverit ja näiden seokset. 15

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiinia.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 20 että hapetin käsittää nitridoivan ilmakehän ja hapettumisreaktiotuote käsittää alumiininitridia.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetin käsittää happea sisältävän kaasun ja hapettumisreaktio- 25 tuote käsittää alumiinioksidia.

10. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1,7,8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuona sisältää ainakin yhden aineen, joka kuuluu ryhmään, johon kuuluu magnesium, pii, rauta, nikkeli tai näiden 30 seos.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1,2,7,8 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäainetta yhdistetään ainakin perusme-talliin ja läpäisevään täyteainemassaan. ·-·· 35 29 *58022

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuona sisältää lisäaineen.

13. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että läpäisevä esimuotti sisältää rajoittimen, joka määrittää hapetus- reaktiotuotteen kasvun halutun päätypinnan.

14. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetin valitaan seuraavasta ryhmästä; happea sisältävä 10 kaasu, typpeä sisältävä kaasu, halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri, metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni, propyleeni, piidioksidi ja näiden seokset.

15. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 15 että toinen täyteaine käsittää ainakin yhden karvan. 30 ' 8 Cf z 2