FI89587B - Foerfarande foer framstaellning av en sjaelvbaerande keramisk sammansatt struktur och med foerfarandet framstaelld sjaelvbaerande keramisk struktur - Google Patents

Description

89587

Menetelmä Itsekantavan keraamisen sekarakenteen valmistamiseksi sekä menetelmällä valmistettu itsekantava sekarakenne Förfarande för framställning av en självbärande keramisk sammansatt struktur och med förfarandet framställd självbärande keramisk struktur 5

Keksinnön kohteena on menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakenteen valmistamiseksi, joka käsittää keraamisen matriisin, joka on saatu perusmetallin ja hapettimen välisellä hapetusreaktiolla monikiteisen 10 materiaalin muodostamiseksi, joka käsittää perusmetallin ja hapettimen välistä hapetusreaktiotuotetta, johon on upotettu ainakin yhtä täyteainetta, jossa menetelmässä: a) suunnataan perusmetallin ensimmäinen lähde, joka mahdollisesti kä-15 sittää kiinteän perusmetallin kappaleen, ja täyteainetta oleva läpäisevä massa suhteessa toisiinsa niin, että ensimmäisen lähteen perusmetallin hapetusreaktiotuotetta muodostuu kohti täyteaineen massaa ja täyteaineen massaan, jolloin ensimmäisen lähteen perusmetallin määrä on riittämätön täyttämään olennaisesti kokonaan täyteainetta olevaan lä- 20 päisevään massaan; b) valitaan perusmetallin toinen lähde eli varastolähde, joka käsittää säiliön, jonka varastolähteen koostumus on sama tai eri kuin ensimmäisen lähteen; 25 c) kuumennetaan ensimmäisen lähteen perusmetalli lämpötilaan, joka on sen sulamispisteen yläpuolella mutta sen hapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella sulan perusmetallimassan muodostamiseksi mainitusta ensimmäisestä lähteestä ja annetaan ensimmäisen lähteen sulan 30 perusmetallin reagoida hapettimen kanssa hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi pitämällä ainakin osa hapetusreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan perusmetallin ensimmäiseen lähteeseen ja hapettimeen näiden välillä, jotta sulaa perusmetallia jatkuvasti voisi vetäytyä hapetusreaktiotuotteen läpi hapetinta kohti ja täyteainetta olevaan massaan niin, 35 että tuoreen hapetusreaktiotuotetteen muodostuminen jatkuu täyteainetta olevaan massaan hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapetusreaktiotuotteen rajapinnalla.

Keksinnön kohteena on lisäksi itsekantava keraaminen sekarakenne.

2 89 587

Tarkemmin sanottuna keksinnön kohteena ovat säiliöstä tapahtuvat syöt-tömenetelmät keraamisten sekarakenteiden valmistamiseksi, jotka käsittävät täyteaineen sisäänsä sulkevan monikiteisen keraamisen matriisin.

5 Tämän keksinnön aihe liittyy hakijan US-patenttiin 4,851,375 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Keraamiset sekarakenteet ja menetelmät niiden valmistamiseksi". Tämä hakemus esittää uuden menetelmän itsekantavan keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi kasvattamalla ha-petusreaktiotuote perusmetallista täyteaineen läpäisevään petiin. Mene-10 telmässä ei kuitenkaan anneta saatavalle sekarakenteelle ennaltavalit-tua muotoa tai geometriaa.

Menetelmä keraamisen hapetusreaktiotuotteen kasvattamiseksi on esitetty hakijan US-patentissa 4,713,360 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimel-15 tään "Uudet keraamiset materiaalit ja menetelmät niiden valmistamiseksi". Tämän hapetusreaktion keksiminen, jota voidaan edistää käyttämällä perusmetallissa lejeerattua lisäainetta, tuottaa toivotun kokoisia itsekantavia keraamisia kappaleita kasvatettuina esiasteperusmetallin hapetusreaktiotuotteina.

20

Yllämainittua menetelmää parannettiin käyttämällä ulkoisia lisäaineita levitettynä esiasteperusmetallin pintaan, kuten on selvitetty hakijan US-patentissa 4,853,352 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmät itsekantavien keraamisten materiaalien valmistamiseksi".

25

Kun yllämainittuja menetelmiä kehitettiin edelleen, mahdollistettiin keraamisten sekarakenteiden muodostaminen, jotka (1) sisältävät yhden tai useamman ontelon, jotka toistavat käänteisesti muotoillun esiasteperusmetallin geometrian ja joilla (2) on negatiivinen malli, joka 30 toistaa käänteisesti perusmetalliesiasteen positiivisen mallin. Nämä menetelmät on kuvattu tässä järjestyksessä (1) hakijan US-patentissa 4,828,785 joka on jätetty 27.1.1986 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmä sekarakenneartikkelien valmistamiseksi käänteisellä muodon toistamisella ja menetelmällä valmistetut artikkelit" ja (2) 35 hakijan US-patentissa 4,859,640 nimellä Mark S. Newkirk ja nimeltään 3 89587 "Menetelmä keraamisten sekarakenneartikkeleiden valmistamiseksi, jossa on muodon toistavat pinnat ja niillä saadut artikkelit".

Kehitettiin myös menetelmiä keraamisten sekarakenteiden valmistamisek-5 si, joilla on esivalittu muoto tai geometria. Näissä menetelmissä käytetään hyväksi läpäisevän täyteaineen muotoiltua esimuottia, johon keraaminen matriisi kasvatetaan perusmetalliesiasteen hapettamisella, kuten on kuvattu hakijan US-patentissa 5,017,526 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Muotoillut keraamiset sekarakenteet ja mene-10 telmät niiden valmistamiseksi". Toinen menetelmä tällaisten muotoiltujen keraamisten sekarakenteiden valmistamiseksi sisältää rajoittimen käyttämisen, joka pysäyttää tai estää hapetusreaktiotuotteen kasvun valitulla rajalla määrittäen keraamisen sekarakenteen muodon tai geometrian. Tätä tekniikkaa on kuvattu hakijan US-patentissa 5,017,526 15 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmä muotoiltujen sekarakenteiden valmistamiseksi käyttämällä rajoitinta"

Yllämainittujen hakijan US-patenttien koko kuvauksiin viitataan nimenomaan tämän hakemuksen yhteydessä.

20

Viime vuosina on esiintynyt yhä lisääntyvää mielenkiintoa keramiikan käyttämiseen rakennesovelluksissa, joissa aikaisemmin on käytetty metalleja. Yllämainittujen hakijan US-patenttien myötä alalla on tapahtunut huomattavaa edistystä, joka liittyy kestävien, murtolujien kera-25 miikkojen ja keraamisten sekarakennekappaleiden hinnaltaan edulliseen tuotantoon. Hakijan US-patentit mahdollistavat keraamisten sekarakenteiden tuottamisen, mukaanlukien muotoillut keraamiset sekarakenteet ja suuret keraamiset rakenteet, käyttämällä hyväksi epätavallista hapettu-misilmiötä, joiden ansiosta jauhesintraus- ja kuumapuristustekniikoiden 30 käyttäminen ja niiden synnynnäiset rajoitukset vältetään. Tällaisissa tavanomaisissa jauhetekniikoissa on esimerkiksi välttämätöntä tiivistää jauheet esimerkiksi yhteenpuristamalla tai puristamalla, mikä ei sovi yhteen suurien, yksikappaleisten keraamisten rakenteiden valmistamisen kanssa. Tällaiset jauheenprosessointitekniikat eivät myöskään sovellu 35 helposti keraamisten sekarakenteiden valmistamiseen. Keraamiset sekarakenteet käsittävät heterogeenisen materiaalin, kappaleen tai artikke- 4 89537

Iin, joka on valmistettu kahdesta tai useammasta eri materiaalista, jotka on perusteellisesti yhdistetty sekarakenteen toivottujen ominaisuuksien saavuttamiseksi.

5 Tämä keksintö perustuu hakijan US-patenteissa esitetyn yhden tai useamman tekniikan käyttämiseen, joita tekniikoita on edelleen parannettu järjestämällä perusmetallin säiliö, kuten jäljempänä on selvitetty. Näillä tekniikoilla voitetaan ylläkuvatut vaikeudet ja tuotetaan kestäviä ja murtolujia keraamisia mikrorakenteita mekanismilla, joka on 10 suorempi ja edullisempi kuin tavanomaiset menetelmät. Tämän keksinnön myötä saadaan lisäksi parannettuja menetelmiä ja keinoja, joiden avulla voidaan tuottaa luotettavasti keraamisia sekarakenteita hapetusreak-tiotuotteisiin perustuen, joiden koko ja paksuus ovat sellaisia, että niitä on ollut vaikeata tai mahdotonta saavuttaa aikaisemmalla teknolo-15 gialla. Tämä keksintö mahdollistaa myös keramiikkapintaisten metallisten rakennekomponenttien tuottamisen, jotka ovat tietyissä tapauksissa kevyempiä ja edullisempia kuin monet täysin keraamiset kappaleet.

Keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että 20 d) kuumennetaan perusmetallin varastolähde metallin sulattamiseksi; ja e) saatetaan sulan perusmetallin varasto kosketukseen sulan perusmetallin ensimmäisen lähteen kanssa niin, että perusmetallin sula varasto on 25 yhteydessä sulan perusmetallin ensimmäiseen lähteeseen, sulan perusmetallin ensimmäisen lähteen täydentämiseksi ainakin osittain sitä mukaan, kun reaktio jatkuu, itsekantavan keraamisen sekarakenteen muodostamiseksi; ja 30 f) mahdollisesti jätetään jäännösperusmetallia käsittävä metalli- substraatti liitetyksi keraamiseen sekarakenteeseen, joka siten käsittää keramiikkapinnaksi muodostetun keraamisen matriisin metallisubst-raatin päällä.

35 Keksinnön mukainen tuote on pääasiassa tunnettu siitä, että se käsittää (a) perusmetallia käsittävän substraatin ja (b) keraamisen pinnan, joka 5 89537 käsittää keraamista matriisia, joka on muodostettu yhtenäiseksi substraatin kanssa ja joka keraaminen pinta käsittää perusmetallin ja hapet-timen välistä hapetusreaktiotuotetta, johon on upotettu ainakin yhtä täyteainetta.

5

Keksinnön edullisilla suoritusmuodoilla on alivaatimusten mukaiset tunnusmerkit.

Keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesti saadaan siis aikaan 10 menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi käsittäen keraamisen matriisin, joka on saatu perusmetallin hapetusreaktiolla hapettimen kanssa monikiteisen materiaalin muodostamiseksi. Prosessia toteutettaessa perusmetallin massa ja läpäisevä täyteaine suunnataan toisiinsa nähden siten, että saatavan hapetusreaktiotuotteen muodostu-15 minen tapahtuu kohti täyteainetta ja täyteaineeseen. Perusmetallista saadaan sulan perusmetallin ensimmäinen lähde ja sulan perusmetallin säiliön, joka on yhteydessä ensimmäisen lähteen kanssa painovoimavir-tauksen vaikutuksesta. Sulan perusmetallin ensimmäinen lähde reagoi hapettimen kanssa muodostaen hapetusreaktiotuotteen, ja ainakin osa 20 hapetusreaktiotuotteesta pidetään kosketuksessa sulan perusmetallin ensimmäisen lähteen ja hapettimen kanssa näiden välillä, jotta sula perusmetalli voi vetäytyä vähitellen hapetusreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta ja täyteaineeseen siten, että hapetusreaktiotuote jatkaa muodostumistaan täyteaineessa ja hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen 25 hapetusreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla. Sulan perusmetallin ensimmäistä lähdettä täydennetään mielellään jatkuvatoimisesti säiliöstä reaktion jatkuessa niin kauan, että muodostuu hapetusreaktiotuote ja ainakin osa täyteaineesta suodattuu hapetusreaktiotuotteella keraamisen sekarakenteen muodostamiseksi.

30

Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisesti saadaan aikaan itsekantava keramiikkapintainen metallirakenne, joka käsittää perusmetallia käsittävän substraatin, substraatin päälle sijoitetun keraamisen pinnan, joka on muodostettu yhtenäiseksi substraatin kanssa ja joka keraaminen 35 pinta käsittää perusmetallin ja hapettimen välistä hapetusreaktiotuotetta, johon on upotettu ainakin yhtä täyteainetta.

6 89587

Yleisesti ottaen tämän keksinnön avulla saavutetaan merkittäviä proses-sointietuja itsekantavia keraamisia sekarakenteita tuotettaessa sekä mahdollistetaan uusien keramiikkapintaisten metallirakenteiden tuottaminen, joissa keramiikkapinta muodostetaan perusmetallista. Toisin sa-5 noen perusmetalli on esiaste keraamiselle matriisille, ja koska se on muodostettu yhtenäiseksi metallin kanssa, saatava sekarakennetuote käsittää keramiikkapinnan metallisubstraatin päällä. Keramiikkapinta sulkee sisäänsä täyteaineen, ja keramiikkapinta voi olla muodostettu joko uiko- tai sisäpintana tai molempina metallisubstraatin päälle, ja ke-10 raaminen pinta voi olla valitun tai ennaltamäärätyn paksuinen suhteessa kuhunkin kokonaistilavuuteen metallisubstraatin tilavuuksiin nähden. Nämä tämän keksinnön mukaiset perusmetallin täydennysmenetelmät mahdollistavat paksuseinämäisten tai ohutseinämäisten keraamisten rakenteiden valmistamisen, joissa keraamisen pinnan tuottavan keraamisen matriisin 15 suhteelliset tilavuudet ovat huomattavasti suurempia tai pienempiä kuin esiastemetallisubstraatin tilavuus. Lopullisesta tuotteesta perusme-tallisubstraatti voidaan haluttaessa poistaa täysin tai osittain tai se voidaan jättää koskematta.

20 Tämän keksinnön tekniikoiden avulla on myös mahdollista tuottaa keraamisten sekarakenteiden sarja perusmetallin yhteisestä lähteestä, mikä edistää huomattavasti prosessin tehokkuutta.

Keksinnön piirteisiin kuuluu myös keramiikkapintaisen metallisubstraa-25 tin tuottaminen, jossa keraaminen pinta on puristuksen alaisena ja metallisubstraatti on jännityksen alaisena näiden kahden välisellä raj apinnalla.

Tässä erittelyssä ja patenttivaatimuksissa käytettyinä allaolevat ter-30 mit määritetään seuraavasti:

Termin "keraaminen" ei tule ajatella olevan rajoitetun keraamiseen kappaleeseen termin klassisessa merkityksessä eli siinä merkityksessä, että se muodostuu kokonaan ei-metallisista ja epäorgaanisista materiaa-35 leista, vaan pikemminkin se viittaa tässä käytettynä kappaleeseen, joka on pääasiassa keraaminen joko koostumukseltaan tai hallitsevilta omi- 7 8 9 5 6 '7 naisuuksiltaan, vaikka kappale voi sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä perusmetallista, hapettimesta tai lisäaineesta saatua yhtä tai useampaa metallista ainesosaa, tyypillisimmin alueella noin 1-40 tilavuusprosenttia tai enemmänkin.

5 "Hapetusreaktiotuote" tarkoittaa yleensä yhtä tai useampaa metallia missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai niiden yhdistelmälle. Tämän määritelmän mukaisesti "hapetusreaktiotuote" siis sisältää 10 yhden tai useamman metallin reaktiotuotteen hapettimen kanssa, joita ovat esimerkiksi tässä hakemuksessa mainitut.

"Hapetin" tarkoittaa yhtä tai useampaa sopivaa elektronin vastaanotinta tai ainetta, jolla on yhteisiä elektroneja toisen aineen kanssa, ja se 15 voi olla kiinteä aine, neste tai kaasu (höyry) tai jokin näiden yhdistelmä (esim. kiinteä aine ja kaasu) prosessiolosuhteissa. Tämän määritelmän on tarkoitettu sisältävän yhdisteet, jotka ovat pelkistettävissä perusmetallilla tämän keksinnön prosessin mukaisissa olosuhteissa.

20 "Perusmetalli" viittaa metalliin, esim. alumiiniin, joka on esiaste monikiteiselle hapetusreaktiotuotteelle ja sisältää tämän metallin suhteellisen puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina epäpuhtauksineen ja/tai siihen lisättyine ainesosineen tai seoksena, jossa tämän metallin esiaste on pääainesosa; ja kun tietty metalli 25 mainitaan perusmetallina, esim. alumiini, tunnistettu metalli tulisi tulkita tämä määritelmä mielessä, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita .

Tämän keksinnön muut edut ja ominaisuudet käyvät ilmi jäljempänä seu-30 raavasta kuvauksesta. Kuvauksessa käytetty termi "säiliö" tarkoittaa vaatimuksissa esitettyä termiä "varastolähde".

Kuvio 1 on kaaviomainen, osittain poikkileikkauksellinen pystykuva, joka esittää perusmetallin säiliön ja perusmetallin ensimmäisen lähteen 35 koosteen sijoitettuna inerttisen materiaalin ja täyteainetta oleviin massoihin; 8 8 9 5 8 ?

Kuvio IA on laajennetussa mittakaavassa esitetty kuva, joka esittää kuvion 1 katkoviivalla erotettua aluetta A;

Kuvio 2 on osittain poikkileikkauksellinen pystykuva itsekantavasta 5 keraamisesta sekarakenteesta, joka on valmistettu käyttämällä kuvion 1 koostetta tämän keksinnön mukaisesti;

Kuvio 3 on kaaviomainen, poikkileikkauksellinen pystykuva perusmetallin säiliön ja esimuotin koosteesta rajoittimen ympäröimänä ja sijoitettuna 10 tukipohjaan tulenkestävään astiaan;

Kuvio 4 on osittain murrettu pystykuva itsekantavasta keraamisesta sekarakenteesta, joka on tehty kuvion 3 koostetta käyttäen tämän keksinnön mukaisesti; 15

Kuvio 5 on kuviota 3 vastaava kuva toisesta koosteesta, jossa sulan perusmetallin säiliö on kosketuksessa esimuotin kanssa ja joka on sijoitettu tukevaan pohjaan tulenkestävään astiaan, jolloin saadaan tämän keksinnön soveltamiseen sopiva kooste; 20

Kuvio 6 on poikkileikkauskuva toisesta koosteesta, joka sisältää perusmetallin säiliön yhdistettynä kanavan kautta paksuseinämäiseen esi-muottiin ja sijoitettuna inerttisen tukevan materiaalin petiin tulenkestävään astiaan.

25

Kuvio 7 on pystykuva itsekantavasta keraamisesta sekarakenteesta, joka on valmistettu kuvion 6 koostetta käyttämällä tämän keksinnön mukaisesti; 30 Kuvio 8 on poikkileikkauskuva toisesta koosteesta, jossa perusmetallin ensimmäinen lähde on sijoitettu kosketukseen esimuotin kanssa ja jossa perusmetallin säiliö on sijoitettu painovoimavirtausyhteyteen perusmetallin ensimmäisen lähteen kanssa; 35 Kuvio 9 on tasokuva itsekantavasta keraamisesta sekarakenteesta, joka on valmistettu kuvion 8 koostetta käyttäen tämän keksinnön mukaisesti; 9 89587

Kuvio 10 on pystypoikkileikkauskuva vielä yhdestä koosteesta, joka sisältää perusmetallin säiliön yhdistettynä painovoimavirtausyhteyteen useiden esimuottien kanssa ja josta perusmetalli on jätetty pois kuvion oikeanpuolimmaisesta osasta havainnollistamisen selventämiseksi; 5

Kuvio 11 on tasokuva kuvion 10 koosteesta, josta osia on murrettu pois ja josta jotkut osat on jätetty pois havainnollistamisen selventämiseksi (esitetty katkoviivoin); 10 Kuvio 12 on kaaviomainen, osittain poikkileikkauksellinen pystykuva avoimesta muotista onton esimuotin liukuvalua varten ja esittää saadun esimuotin muotista poistettuna;

Kuvio 13 on osittain poikkileikkauksellinen pystykuva itsekantavasta 15 keraamisesta sekarakenteesta, joka on tehty kuvioiden 10 ja 11 koostetta käyttäen tämän keksinnön mukaisesti;

Kuvio 14 on poikkileikkauksellinen pystykuva halkaistusta muotista onton esimuotin liukuvalua varten; 20

Kuvio 15 on tasokuva ontosta esimuotista, joka on liukuvalettu kuvion 14 muottia käyttäen;

Kuvio 15A on läpileikkauskuva kuvion 15 linjaa A-A pitkin; 25

Kuvio 16 on poikkileikkauksellinen pystykuva koosteesta, jossa perusmetallin ensimmäinen lähde on sijoitettu kuvion 15A onttoon esimuottiin ja jossa perusmetallin säiliö on sijoitettu painovoimavirtausyhteyteen ensimmäisen lähteen kanssa, joka kooste on sijoitettu inerttisen mate-30 riaalin tukevaan petiin tulenkestävään astiaan;

Kuvio 17 on kuviota 15 vastaava kuva, mutta esittää itsekantavaa, me-tallitäytteistä keramiikkapintaista sekarakennetta, joka on tehty kuvion 16 koostetta käyttämällä tämän keksinnön mukaisesti; 35 10 B 9 5 8 7

Kuvio 18 on poikkileikkauksellinen pystykuva toisesta koosteesta, joka sisältää perusmetallin säiliön, rajoittimella varustetun esimuotin ja kanavan sulalle perusmetallille ja joka on sijoitettu tukevaan petiin tulenkestävään astiaan; 5

Kuvio 18A on läpileikkauskuva esimuotista kuvion 18 linjaa A-A pitkin;

Kuvio 19 on perspektiivikuva itsekantavasta keraamisesta sekarakentees-ta, joka on valmistettu kuvion 16 koostetta käyttämällä tämän keksinnön 10 mukaisesti;

Kuvio 20 on osittain poikkileikkauksellinen pystykuva esimuotista, jossa on rajoittimella vuorattu keskireikä; 15 Kuvio 20A on päätykuva kuvion 20 linjaa A-A pitkin;

Kuvio 21 on poikkileikkauksellinen pystykuva kuvion 20 esimuotin koosteesta upotettuna sulaan perusmetalliin tulenkestävään astiaan; 20 Kuvio 21A on päälitasokuva kuvion 21 koosteesta;

Kuvio 22 on perspektiivikuva itsekantavasta keramiikkapintaisesta metallirakenteesta, joka on tehty kuvion 21 koostetta käyttämällä tämän keksinnön mukaisesti; 25

Kuvio 23 on osittain poikkileikkauksellinen pystykuva toisesta esimuotista, jota voidaan käyttää tämän keksinnön yhteydessä; ja

Kuvio 24 on tasokuva kuvion 23 esimuotista.

30 Tätä keksintöä sovellettaessa perusmetallin säiliö sijoitetaan suhteessa täyteaineen massaan siten, että metallin ollessa sulassa muodossa sitä voidaan virtauttaa täydentämään ja joissakin tapauksissa aluksi tuottamaan ja myöhemmin täydentämään perusmetallin sitä osaa, segment-35 tiä tai lähdettä, joka on kosketuksessa täyteaineen kanssa. Rajoitin voidaan vaihtoehtoisesti sijoittaa määrittämään ainakin täyteainemassan 11 89587 yhtä pintaa tai tulemaan sen kanssa yhteen, ja kooste sijoitetaan hapettavaan ympäristöön (tai jos hapetin sisältyy esimuottiin, kooste voidaan sijoittaa inerttiseen ympäristöön) ja kuumennetaan perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta perusmetallin hapetusreaktiotuot-5 teen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle. Täyteaineen massa on läpäisevä hapetusreaktiotuotteen kehittymiselle sallien suodattumisen, ja jos hapetin sisältää kaasufaasihapettimen, esim. ilman, täyteainemassa on läpäisevä hapettimelle. Hapettimen kanssa kosketukseen tulleessaan sula metalli reagoi muodostaen hapetusreak-10 tiotuotteen, joka suodattuu täyteainemassaan, ja aloittaen näin täyteaineen ainesosien upottamisen keraamiseen matriisiin, joka koostuu perusmetallin hapettamisella saadusta monikiteisestä materiaalista. Ainakin osa hapetusreaktiotuotteesta pidetään kosketuksessa sulan perusmetallin ja hapettimen kanssa näiden välillä siten, että ollessaan 15 jatkuvasti alttiina hapettimelle sula perusmetalli vetäytyy vähitellen hapetusreaktiotuotteeseen ja sen läpi kohti hapetinta. Sula perusmetalli tulee kosketukseen hapettimen kanssa ja muodostaa lisää hapetus-reaktiotuotetta aiheuttaen monikiteisen hapetusreaktiotuotteen jatkuvaa kasvua täyteainemassassa. Joissakin tapauksissa metallisia ainesosia, 20 jotka edustavat perusmetallin hapettumattomia ainesosia tai hapettimen pelkistyneitä ainesosia ja/tai tyhjiöitä, saattaa jäädä hajautuneiksi monikiteisen materiaalin läpi. Hapetusreaktiotuote muodostuu tyypillisesti olennaisesti kristalliiteista, jotka ovat yhdistyneitä mielellään kolmessa ulottuvuudessa, ja hapettumattomat metalliset ainesosat, kun 25 niitä on läsnä, voivat olla ainakin osittain yhdistyneitä tai voivat käsittää metallisten ainesosien erillisiä, yhdistymättömiä "saarekkeita". Tällainen hapetusreaktio, mukaanlukien täyteaineen suodattamisen hapetusreaktiotuotteella, on kuvattu yksityiskohtaisesti hakijan US-patenteissa.

30

Prosessia jatketaan, kunnes monikiteisen matriisin materiaali on suodattunut ja sisäänsä sulkenut täyteaineen toivottuun määrään asti, esimerkiksi valinnaiseen rajoittimeen asti, joka määrittää täyteaineen massan ainakin yhden pintarajan. Rajoitinta käytetään ehkäisemään, 35 estämään tai lopettamaan hapetusreaktiotuotteen kasvu, jolloin saadaan 12 8 9 5 87 aikaan lopullinen muoto tai lähes lopullisia muotoja saatavaan keraamiseen kappaleeseen.

Keksinnön mukaisesti perusmetalli jaetaan suhteellisesti siten, että S saadaan perusmetallin ensimmäinen lähde, joka on reagoiva lähde siinä mielessä, että tämän ensimmäisen lähteen massa on kosketuksessa täyteaineen kanssa ja on esiaste hapetusreaktiotuotteelle. Lisäksi on järjestetty perusmetallin toinen osuus, joka on perusmetallin reagoimaton lähde ja toimii säiliönä ensimmäiselle lähteelle. Säiliö on yhteydessä 10 ensimmäiseen lähteeseen, ja perusmetalli virtaa esimerkiksi painovoiman vaikutuksesta säiliöstä ensimäiseen lähteeseen täydentäen perusmetallin lähdettä, joka on käynyt läpi hapetusreaktion, mikä takaa sen, että perusmetallia on runsaasti saatavilla prosessin jatkamiseksi, kunnes monikiteinen materiaali on kasvanut toivottuun määrään asti, esimerkik-15 si täyteaineen pedin rajapintaan. Joissakin tapauksissa rajoitin ympäröi tai sulkee sisäänsä täyteaineen pedin ulkopinnan siten, että pedin rajapinta ja sitä myötä monikiteisen materiaalin kasvun määrä määritetään rajoittimella. Tällaisissa tapauksissa keraamisen kappaleen muoto on olennaisesti yhdenmukainen rajoittimen sisäpinnan muodon kanssa.

20 Monikiteisen matriisimateriaalin muodostumisen määrää voidaan myös rajoittaa muillakin keinoilla kuin rajoittimella esimerkiksi syöttämällä yksi tai useampi lisäaine ja/tai hapetin ainoastaan täyteaineen massan osiin, joihin monikiteisen materiaalin muodostumista halutaan. Yleisesti todettuna kasvulle suotuisampaa hapetusreaktion kinetiikkaa 25 pidetään yllä täyteainemassassa pikemminkin kuin täyteainemassan ulkopuolella.

Keraamisella sekarakenteella voi olla negatiivinen malli, joka toistaa käänteisesti perusmetallin lähteen konfiguraation tai sisältää yhden 30 tai useamman ontelon, eli se voi sisältää onton kappaleen. Tämän keksinnön mukainen perusmetallin täydennystekniikka mahdollistaa negatiivisen mallin tai ontelon siten, että se sisältää perusmetallin tai on kokonaan perusmetallin täyttämä, joka jähmettyy, kun rakenteen annetaan jäähtyä prosessoinnin jälkeen. Jähmettynyt perusmetalli voidaan valin-35 naisesti poistaa sen sisältävästä negatiivisesta mallista tai ontelosta, kuten alla on kuvattu. Kun käytetään esimuottia, eli kun käytetään 13 8 9587 sopivalla sideaineella sidottua täyteaineen muotoiltua massaa, jolla on riittävä raakalujuus käsittelyä ja prosessointia varten, keraamisen sekarakennekappaleen muoto käy olennaisesti yksiin esimuotin muodon kanssa, kun suoritetaan ylläkuvatun mukaisesti toimenpiteet joko käyt-5 tämällä rajoitinta tai pitämällä yllä hapetusreaktion kinetiikkaa esi-muotissa, mikä on suotuisampaa kuin esimuotin ulkopuolella käytetty kinetiikka.

Vaikka keksintöä kuvataan alla yksityiskohtaisesti viitaten erityisesti 10 alumiiniin suositeltavana perusmetallina, muita sopivia perusmetalleja, jotka täyttävät tämän keksinnön kriteerit mutta eivät ole niihin rajoitettuja, ovat pii, titaani, tina, sirkonium ja hafnium. Keksinnön erityiset suoritusmuodot sisältävät esimerkiksi alumiinin ollessa perusmetallina alfa-alumiinioksidin, alumiininitridin tai alumiiniboridin 15 hapetusreaktiotuotteena; titaanin perusmetallina ja titaaninitridin tai titaaniboridin hapetusreaktiotuotteena; piin perusmetallina ja piikar-bidin, piinitridin tai piiboridin hapetusreaktiotuotteena.

Kuten yllämainituissa hakijan US-patenteissa 4,713,360 ja 4,853,352 on 20 kuvattu, yhtä tai useampaa lisäainetta voidaan käyttää perusmetallin yhteydessä. Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä lisäaineen tai lisäaineiden käyttö perusmetallin yhteydessä tarkoittaa ja sisältää seuraavat vaiheet: (1) lejeerataan lisäaine tai lisäaineet yhteen perusmetalliin, (2) lisätään lisäaine tai lisäaineet ulkoisesti 25 ainakin perusmetallin massan pinnan osaan, (3) sijoitetaan lisäaine tai lisäaineet perusmetallin massan läheisyyteen asettamalla esimerkiksi lisäaine tai lisäaineet täyteainemassaan, johon perusmetallin moniki-teinen hapetusreaktiotuote kasvatetaan tai muodostetaan ja (4) mitä tahansa yllämainittujen vaiheiden yhdistelmää voidaan käyttää.

30

Voidaan käyttää kiinteää, nestemäistä tai kaasufaasihapetinta tai tällaisten hapettimien yhdistelmää. Tyypillisiä hapettimia ovat esimerkiksi rajoituksitta happi, typpi, halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri ja näiden yhdisteet tai yhdistelmät 35 kuten piidioksidi (hapen lähteenä), metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni ja propyleeni (hiilen lähteinä) ja seokset kuten ilma, 14 B 9 5 8 7 H2/H20 ja C0/C02, joista kaksi jälkimmäistä (eli H2/H20 ja C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämään ympäristön happiaktiviteettia. Keksinnön mukainen keraaminen rakenne voi siis sisältää esimerkiksi hapetusreaktio-tuotteen, joka käsittää yhden tai useamman oksidin, nitridin, karbidin 5 ja boridin. Tarkemmin sanottuna hapetusreaktiotuote voi olla yksi tai useampi alumiinioksidi, alumiininitridi, piikarbidi, piiboridi, alu-miiniboridi, titaaninitridi, sirkoniumnitridi, titaaniboridi, sir-koniumboridi, sirkoniumkarbidi, piinitridi, titaanikarbidi, hafnium-karbidi, hafniumboridi ja tinaoksidi.

10

Vaikka mitä tahansa sopivia hapettimia voidaan käyttää, keksinnön erityisiä suoritusmuotoja kuvataan alla viitaten kaasufaasihapettimiin.

Jos kaasufaasihapetinta käytetään, täyteainemassa on läpäisevä kaasu-faasihapettimelle siten, että se voi läpäistä täyteaineen tullakseen 15 kosketukseen sulan perusmetallin kanssa, joka kulkeutuu muodostuvan hapetusreaktiotuotteen läpi. Happi tai happea sisältävät kaasuseokset (mukaanlukien ilman) ovat suositeltavia kaasufaasihapettimia alumiinin ollessa perusmetallina, joista ilmaa pidetään tavallisesti parempana sen ilmeisestä taloudellisuudesta johtuen. Kun hapetin tunnistetaan 20 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 olosuhteissa. Vaikka esimerkiksi ilman pää-ainesosa on typpi, ilman happipitoisuus on ainoa hapetin perusmetallil-25 le, koska happi on merkittävästi voimakkaampi hapetin kuin typpi. Tämän vuoksi ilma määritetään "happea sisältävänä kaasuhapettimena" muttei "typpeä sisältävänä kaasuhapettimena". Esimerkki "typpeä sisältävästä kaasuhapettimesta" on tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä "muodostuskaasu", joka sisältää tyypillisesti 96 tilavuusprosent-30 tia typpeä ja 4 tilavuusprosenttia vetyä.

Kun käytetään kiinteätä hapetinta, se on tavallisesti hajautettuna läpi koko täyteainemassan tai läpi perusmetallin viereisen osan läpi täyteaineeseen sekoitettujen hiukkasten muodossa tai ehkä päällysteinä täy-35 teaineen hiukkasten päällä. Mitä tahansa kiinteää hapetinta voidaan käyttää mukaanlukien alkuaineet kuten boori tai hiili tai pelkistyvät is 8 9 58? yhdisteet, kuten piidioksidi tai tietyt boridit, joiden lämpödynaaminen stabiliteetti on alhaisempi kuin perusmetallin boridireaktiotuotteella. Kun esimerkiksi booria tai pelkistyvää boridia käytetään kiinteänä hapettimena alumiiniperusmetallille, saatava hapetusreaktiotuote on 5 alumiiniboridia.

Joissakin tapauksissa hapetusreaktio voi edetä niin nopeasti kiinteän hapettimen kanssa, että hapetusreaktio pyrkii sulamaan prosessin eksotermisesta luonteesta johtuen. Tämä ilmiö voi heikentää keraamisen 10 kappaleen mikrorakenteellista yhtenäisyyttä. Tämä nopea eksoterminen reaktio voidaan välttää tai sitä voidaan lieventää sekoittamalla koosteeseen suhteellisen inerttisiä täyteaineita, joilla on alhainen reak-tiviteetti. Esimerkki tällaisesta sopivasta inerttisestä täyteaineesta on täyteaine, joka on olennaisesti identtinen aiotun hapetusreaktio-15 tuotteen kanssa.

Jos käytetään nestemäistä hapetinta, koko täyteaineen massa tai sen sulan metallin viereinen osa päällystetään tai kostutetaan hapettimen kanssa täyteaineen kyllästämiseksi. Viittaus nestemäiseen hapettimeen 20 tarkoittaa sellaista hapetinta, joka on neste hapetusreaktio-olosuh- teissa, ja näin ollen nestemäisellä hapettimella voi olla kiinteä esiaste kuten suola, joka on sulassa muodossa hapetusreaktio-olosuhteissa. Nestemäisellä hapettimella voi vaihtoehtoisesti olla nestemäinen esiaste, esimerkiksi materiaalin liuos, jota käytetään kyllästämään koko 25 täyteaine tai osa siitä ja joka sulatetaan tai hajotetaan hapetusreaktio-olosuhteissa tuottamaan sopivan hapettimen osuuden. Esimerkkejä nestemäisistä hapettimista ovat tässä määritettyinä alhaissulatteiset : '-· lasit.

30 Tämän keksinnön yhteydessä käytettävä täyteaine voidaan valita useista tarkoitukseen sopivista materiaaleista. Täyteainemassa voi olla "mukautuva", joka termi tässä käytettynä tarkoittaa, että täyteaine on sellainen, joka voidaan sijoittaa säiliöön tai jolla voi olla muotoiltu perusmetalli siihen upotettuna tai siihen mukautuvaan yhteyteen sijoi-35 tettuna, ja se mukautuu säiliön konfiguraatioon tai muotoiltuun perusmetalliin. Mukautuvan täyteaineen käyttö sallii tekniikoiden soveltami- 16 89587 sen, joita on kuvattu hakijan US-patentissa 4,859,640 "Menetelmät keraamisten sekarakenneartikkeleiden valmistamiseksi, joissa on muotoa toistavat pinnat ja niillä saadut tuotteet". Mukautuvat täyteaineet voivat käsittää hiukkasmaisen materiaalin kuten tulenkestävän metal-5 lioksidin hienoja rakeita, kuituja kuten hienoksi pilkottuja kuituja tai villamaisen materiaalin kuten teräsvillan, tai kahden tai useamman tällaisen fysikaalisen konfiguraation yhdistelmän kuten hienojen rakeiden ja kuitujen yhdistelmän. Mitä tahansa hyödyllisen tyyppistä täyteainetta tai sen yhdistelmää voidaan käyttää, kuten yllämainituissa 10 hakijan patenteissa on kuvattu. Esimuottia, joka on muotoiltu tuotettavan keraamisen sekarakenteen toivotun konfiguraation mukaisesti, voidaan käyttää myös täyteainemassana.

Ensimmäinen lähdeperusmetalli, eli kiinteä aine kosketuksessa täyte-15 aineen kanssa, voidaan muodostaa ennaltamäärätyn muodon tai mallin mukaiseksi. Perusmetallin muotoiltu massa upotetaan tai sijoitetaan mukautuvaan yhteyteen täyteainemassan kanssa, jotta voidaan käänteisesti toistaa perusmetallin massan muoto tai malli. Keraamisen rakenteen muodostuessa sekarakenne toistaa mallin käänteisesti. Jos tällainen 20 käänteinen toisto ei ole toivottavaa tai tarpeellista, voidaan käyttää esimuottia ennaltamäärätyllä muodolla varustetun keraamisen kappaleen aikaansaamiseksi, ja perusmetallin ensimmäisellä lähteellä voi olla mikä tahansa sopiva muoto, kuten harkko, billetti, tanko jne. Perusmetallin säiliö voi olla toivotun muotoinen, sen määrä voi olla toivo-25 tun mukainen, ja se voidaan sijoittaa painovoimavirtausyhteyteen perusmetallin ensimmäisen lähteen kanssa siten, että sula perusmetalli virtaa säiliöstä painovoiman vaikutuksesta hapetusreaktion muodostumis-paikkaan.

30 Perusmetallin säiliö voidaan sijoittaa sopivasti hiukkasmaisen inertti-sen materiaalin petiin, joka ei pidä yllä tai edistä sulan perusmetallin hapetusreaktiota. Sula perusmetalli ohjataan tai syötetään perusmetallin ensimmäiseen lähteeseen säiliön pohjassa olevan aukon kautta. Perusmetallin säiliö voidaan vaihtoehtoisesti sijoittaa sopivaan tulen-35 kestävään astiaan.

it 89587

Viitaten nyt piirustuksiin, kuvio 1 esittää koostetta 10, jossa on säi-liökammio 12 ja rajoitinastia IA sijoitettuna säiliökanunion 12 alapuolelle ja siihen yhdistettynä säiliökanunion lattiassa 28 olevan aukon (numeroimattoman) kautta. Rajoitin 14 on konfiguraatioltaan olennaises-5 ti lieriömäinen ja sillä on seulan 16 (kuviot 1 ja IA) määrittämä sisäpinta, joka seula on sijoitettu rei'itettyyn sylinteriin 18 ja sen tukema, joka toimii lieriömäistä seulaa vahvistavana ulkoisena, jäykkänä elimenä. Seula voidaan korvata revitetyllä metallilevyllä, kuten ruostumattomalla teräslevyllä. Sylinteri 18 on muodostanut läpi koko 10 pintansa reikämallin 20 (kuvio IA), ja se on kyllin jäykkä kestämään mukautuvan täyteaineen massan muodon prosessin aikana, jonka perusmetallista kasvatetun keraamisen materiaalin matriisi sulkee sisäänsä. Seula 16 voi olla tulenkestävä kangas tai metalli, kuten ruostumaton terässeula. Havainnollistetussa suoritusmuodossa se on joka tapauksessa 15 kudottu avoin verkkoseula, jonka aukoista moni on suunnattu sylinterin 18 reikien kanssa siten, että rajoitinsäiliö 14 on avoin ympäröivän hapettavan ilmakehän pääsylle sisäänsä. Useita ruostumattomasta teräksestä valmistettuja kulmavahvikkeita 22 on sijoitettu toisistaan erilleen sylinterin 18 ulkopinnan ympärille, ja niitä pitävät paikallaan 20 kiristysrenkaat 32 rakenteen vahvistamiseksi. Pohja 24, joka voi olla joko kiinteä tai reikäinen rakenne, sulkee rajoitinsäiliön 14 pohjan.

Säiliökammiota 12, joka on konfiguraatioltaan myös lieriömäinen ja halkaisijaltaan suurempi kuin rajoitinsäiliö 14, ympäröivät säiliöseinämät 25 26 ja lattia 28, jotka on valmistettu ehyestä materiaalista. Havainnol listetussa suoritusmuodossa perusmetalli jaetaan tuottamaan säiliön 34 tuettuna inerttisen materiaalin 30 pohjaan säiliökammioon 12 ja perusmetallin muotoillun, pitkänomaisen lähteen 36 tuettuna mukautuvan täy-• · teaineen 38 massaan, joka täyttää rajoitinsäiliön 14. Säiliöllä 34 on 30 sisäänpäin suippeneva osa, josta pyöreä lieriömäinen osa ulottuu alaspäin päittäiskosketukseen ensimmäisen lähteen 36 kanssa säiliökamroion 12 ja rajoitinsäiliön 14 yhtymiskohdassa. Havainnollistetussa suoritusmuodossa pitkänomainen lieriömäinen perusmetalli 36 muotoillaan siten, että sillä on kolmen yleisesti kiekonmuotoisen ulkoneman 36a,36b ja 36c 35 sarja pituussuuntaan toisistaan erillään olevissa paikoissa ja että se ulottuu perusmetallin keernana mukautuvan täyteainetta 38 olevaan mas- is 8 9 5 8 7 saan ja sen kanssa kosketukseen. Yksi tai useampi hapetusreaktiota helpottava lisäaine voidaan lejeerata perusmetalliin (mukaanlukien säiliön 34) ja/tai lisätä ulkoisesti ensimmäiseen lähteeseen 36 tai sen osiin ja/tai lisätä täyteaineeseen 38 ainakin ensimmäisen lähteen 36 5 läheisyydessä.

Säiliökammio 12 täytetään hiukkasmaisen inerttisen materiaalin 30 pe-dillä, jota sula perusmetalli ei kostuta siten, että monikiteisen materiaalin muodostuminen tai kasvu sen päällä estyy tai ehkäistyy paljon. 10 Sulatettaessa saadun sulan perusmetallin massa säiliön 34 tuottamiseksi on siis saatavissa painovoimavirtaukselle pedistä 30 ensimmäiseen lähteeseen 36 perusmetallin täydentämiseksi, joka on kulutettu hapetus-reaktiossa. Perusmetallin ollessa alumiini materiaali 30 voi käsittää hiukkasmaisen El Alundumin, joka on Norton Companyn tuote. Jos on vält-15 tämätöntä tai toivottavaa, säiliön päällyslevy voi sulkea säiliökammion 12 yläaukon ympäröivää ilmakehää vastaan, ja samalla tavoin voidaan käyttää tiivistyslevyä säiliökammion 12 ja rajoitinsäiliön välillä lukuunottamatta aukkoa, joka sallii sulan perusmetallin virtausyhteyden säiliöstä 34 ensimmäiseen lähteeseen 36.

20

Rajoitinsäiliössä 14 oleva mukautuva täyteaine 38 mukautuu seulan 16 määrittämän rajoitinsäiliön 14 ulkopintaan, jolloin rajoitinsäiliön 14 sisäkonfiguraatio määrittää täyteainetta 38 olevan massan ulkorajan tai -konfiguraation hapetusreaktiotuotteen kasvun pysäyttävänä rajana.

25 Tämän vuoksi tämä raja määrittää rajoitinsäiliöön 14 kasvatettavan keraamisen sekarakenteen ulkokonfiguraation. Tällainen tiivistäminen mukauttaa myös täyteaineen ensimmäisen lähteen 36 muotoon tai geometriaan siten, että jälkimmäinen määrittää ja täyttää muotoillun ontelon mukautuvalla täyteainetta 38 olevalla massalla.

30 Täyteainepedin kooste 10 sijoitetaan uuniin, joka sisältää tai johon syötetään sopiva kaasufaasihapetin. Kiinteä tai nestemäinen hapetin tai molemmat voidaan vaihtoehtoisesti lisäksi järjestää täyteaineen 38 massaan. Kun käytetään kaasufaasihapetinta, se voi esimerkiksi käsittää 35 ilmakehän ilman, jossa tapauksessa uunissa olevia sopivia ilmanvaihto-reikiä voidaan käyttää tuottamaan kaasufaasihapettimen lähteen päästä- 19 89587 mällä ilma yksinkertaisesti uunin sisään. Koko kooste 10 voidaan tukea pystysuoraan asentoon (kuten kuviossa 1 on esitetty) uuniin millä tahansa sopivalla tukielimellä, jota ei kuviossa näy. Kaasufaasihapetin tulee mukautuvan täyteainetta 38 olevaan massaan sylinterin 18 reikien 5 kautta ja seulan 16 aukkojen kautta ja hapettaa sulan perusmetallin. Monikiteisen hapetusreaktiotuotteen saatava kasvu etenee ylläkuvatun mukaisesti, kun sula perusmetalli vetäytyy ensimmisestä lähteestä 36 sen pinnalla hapetettavan hapetusreaktiotuotteen läpi, jolloin muodostuu lisää hapetusreaktiotuotetta. Sulan perusmetallin syöttöä täydenne-10 tään virtauksella säiliöstä 34 ensimmäiseen lähteeseen 36. Kun kasvava monikiteinen materiaali saavuttaa seulan 16, lisäkasvu pysäytetään seulan 16 tuottamalla kasvun pysäyttävällä rajoittimella sylinterin 18 tukemana. Tällä tavoin hapetusreaktion kasvu rajoitetaan mukautumaan olennaisesti järjestettyyn rajoittimeen, jonka havainnollistetussa 15 suoritusmuodossa tuottaa rajoitinsäiliön 14 seulan 16 sisäpinta. On huomattava, että rajoitinsäiliö 14 voidaan muovata mihinkä tahansa moneen eri muotoon, jolloin saatavalle keraamiselle sekarakennekappa-leelle saadaan toivottu pintageometria.

20 Perusmetallin säiliön 34 määrä voidaan määrätä ennalta suhteessa ensimmäiseen lähteeseen 36 sen takaamiseksi, että perusmetallia on riittävästi pitämään yllä ensimmäistä lähdettä 36, joka on täytetty metallilla ainakin niin kauan, että täyteaineen 38 koko tilavuus on monikiteisen hapetusreaktiotuotteen suodattama tai sisäänsä sulkema. Kun tämä 25 piste on saavutettu, uunin lämpötilaa alennetaan ja koosteen annetaan jäähtyä, ja perusmetallin ensimmäinen lähde 36 jähmettyy ja sitoutuu tiiviisti keraamiseen matriisiin. Saatava keraaminen sekarakenne käsittää näin keramiikkapintaisen metallin substraatin, ja tässä suoritusmuodossa keraaminen substraatti sijoitetaan ulkoisesti metallin subst-30 raattiin nähden, jonka se osittain ympäröi.

Purun helpottamiseksi rei'itetty sylinteri 18 voi koostua kahdesta sylinterinpuolikkaasta, joita pidetään paikallaan millä tahansa sopivalla keinolla, kuten kulmarautavahvikkeilla 22 ja kiristysrenkailla 35 32, jotka voidaan poistaa, jotta rei'itetyn sylinterin 18 kaksi pituus suuntaan halkaistua puolikasta voidaan poistaa. Seula 16 voidaan kier- 20 89587 tää auki tai leikata pois rei'itetyn sylinterin 18 poistamisen jälkeen. Keraaminen sekarakenne voidaan leikata poikkisuuntaan rajoitinsäiliön yläosasta tai läheltä sitä (kuvion 1 mukaan), jolloin saadaan aikaan lieriömäinen keraaminen sekarakenne 40, kuten kuviossa 2 on esitetty.

5 Keraamisella sekarakenteella on sisäreikä 24, joka on käänteinen toisto perusmetallin elimen ensimmäisen lähteen muodosta mukaanlukien kolmen suurentuneen kammion 42a,42b ja 42c sarjan. Reiässä 42 oleva uudelleen jähmettynyt perusmetalli voidaan haluttaessa poistaa millä tahansa sopivalla tavalla. Reikä 42 voidaan esimerkiksi porata ulos ja kammi-10 oissa 42a-42c jäljellä oleva metalli voidaan poistaa kemiallisella liuotuksella, kuten kloorivetyhapolla alumiinin ollessa perusmetallina. Kloorivetyhappo liuottaa metallin, mutta ei vaikuta vahingollisesti keraamiseen sekarakenteeseen. Joissakin tapauksissa voi olla suositeltavaa jättää perusmetallin keerna kokonaan tai osittain paikalleen, 15 jolloin voidaan saavuttaa lopputuote, jolla on perusmetallin keerna tai substraatti tai korvata koko keerna tai osa siitä jollakin muulla materiaalilla kuten toisella metallilla tai seoksella tai jollakin muulla materiaalilla kuten synteettisellä orgaanisella polymeerimateriaalilla (muovilla).

20

Keraamisen sekarakenteen 40 ulkopinta voi olla karkea pinta, joka toistaa seulan kudelmarakenteen, ja tämän vuoksi saattaa olla tarkoituksenmukaista työstää ulkopinta sileäksi, vaikka joissakin tapauksissa seulan 16 karkea pinta (tai joku muu valittu malli) voi olla toivottava.

25

Joidenkin rajoitinsäiliön 14 konfiguraatioiden yhteydessä voi olla välttämätöntä tai toivottavaa järjestää nivelliitoksilla yksi tai useampi lisämetallisäiliö, jotta voidaan täydentää sulaa metallia ensimmäisen lähteen 36 useisiin pisteisiin.

30

Viitaten nyt kuvioon 3 siinä on esitetty esimuotin 44 kooste, jonka päälle on sijoitettu päittäiskosketukseen perusmetallin säiliö 46. Säiliön 46 ja esimuotin 44 ulkopinta on rajoittimen ympäröimä, joka koostuu kipsikerroksesta 48, joka on tehty läpäiseväksi ilmalle sisäl-35 lyttämällä palava materiaali kerrokseen 48. Rajoitin ympäröi ja määrittää näin ollen esimuotin 44 ainakin yhden pinnan rajan. Havainnolliste- 2i 89537 tussa suoritusmuodossa rajoittimen ympäröimä pinta on esimuotin koko pinta lukuunottamatta sitä osaa, joka on kosketuksessa säiliön 46 kanssa. Näin ollen tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä täyteaineen massan ainakin yksi pinta tai ainakin yksi pintaraja, jonka 5 rajoitin määrittää, viittaa massan siihen osaan, joka on rajoittimen peittämä tai sitoma.

Kipsikerroksen ympäröimä säiliö 46 ja esimuotti 44 ovat tuetut inert-tisestä materiaalista 50 koostuvalla patoamispohjalla, joka on sijoi-10 tettu tulenkestävään astiaan 52, kuten alumiinioksidiseen tulenkestävään astiaan 52. Esimuotilla 44 on polttomoottorin männän muoto, ja se sisältää pohjaosan 44a, rengasuran 44b, ja onton osan 44c, joihin on muodostunut pari säteittäisesti vastakkaisia yhdysaukkoja 44d ja 44e. Perusmetallin ensimmäinen lähde 54 on sijoitettu onttoon osaan 44c ja 15 kosketukseen sen sisäpintojen kanssa. Esimuottia 44 ympäröivä kipsi-kerros 48 tuottaa kasvun pysäyttävän rajoittimen, joka mukautuu esimuotin 44 ulkopinnan kanssa ja auttaa takaamaan sileän pinnan keraamiselle sekarakennekappaleelle estämällä monikiteisen materiaalin kasvun esimuotin ulkopuolelle. Säiliötä 46 ympäröivä kipsikerros 48 helpottaa 20 kokoonpanoa ja tuottaa säiliön sulalle perusmetallille, joka on saatu koostetta kuumennettaessa. Koska inertti materiaalipeti 50 ei kuitenkaan kostu sulasta perusmetallista, se pitäisi tyydyttävästi paikallaan sulan perusmetallin säiliön, vaikka se ei olisikaan kipsikerroksen ympäröimä. Inerttisen materiaalin 50 peti on myös läpäisevä kaasu-25 faasihapettimelle, esimerkiksi ilmalle. Kun kaasufaasihapetin, esimerkiksi ilma, kuumennetaan sopivaan prosessilämpötilaan ylläkuvatun mukaisesti, se hapettaa sulan perusmetallin, kun sitä kuljetetaan hapet-tumisreaktiotuotteen pintoihin muodostamaan monikiteisen matriisima-teriaalin, kuten yllä on kuvattu. Kun sula perusmetalli ensimmäisestä 30 lähteestä 54 on kulutettu, säiliöstä 46 tuleva sula perusmetalli täydentää lähdettä 54, ja reaktio jatkuu, kunnes monikiteinen keraaminen matriisi kasvaa rajoittimeen asti, jonka on muodostanut esimuotin 44 ympärille kehitetty kipsikerros 48. Tässä vaiheessa reaktio pysäytetään esimerkiksi alentamalla uunin lämpötilaa, ja kooste voidaan poistaa 35 pedistä 50 ja kipsikerros voidaan poistaa esimerkiksi hiekkapuhalluksella. Sula perusmetalli voidaan kaataa pois ontosta osasta 44c, ja 4 22 89 5 87 mikä tahansa jäljelle jäävä, eli reagoimaton perusmetalli, joka siinä jähmettyy, voidaan poistaa mekaanisin tai kemiallisin keinoin, kuten yllä on kuvattu.

5 Kuvio 4 esittää keraamisen sekarakenteen, joka on saatu kuvion 3 koosteesta. Keraaminen sekarakennemäntä 44' koostuu keraamisen matriisin suodattamasta esimuotista 44 käsittäen hapetusreaktiotuotteen ja valinnaisesti metallisia ainesosia, kuten perusmetallin hapettumattomia ainesosia tai lisäaineen, täyteaineen tai hapettimen pelkistyneitä ai-10 nesosia (kuten silloin, kun hapetin on metallin pelkistyvä yhdiste). Koska keraamisen matriisin kasvu pysäytetään esimuotin 44 ulkopinnan määrittämälle rajalle, saatava mäntä 44' muotoutuu tarkasti siten, että sillä on pohjaosa 44b', ontto osa 44c' ja pari säteittäisesti vastakkaisia männän tapin aukkoja 44d' ja 44e'.

15

Kuvio 5 esittää toisen koosteen, jossa täyteaineen esimuotilla 56 on 45°:sen kulmaputkiliitoksen muoto, jossa on laipat 56a ja 56b vastaavissa vastakkaisissa päissään. Tulenkestävällä säiliöastialla 58 on reikä 60, joka on muodostettu sen pohjaan ja on käännetty pystyasen-20 nosta, jotta se voidaan sijoittaa samaan tasoon ja päittäiskosketukseen esimuotin 56 laipan 56a kanssa. Laippa 56b on suljettu sopivasta materiaalista, esimerkiksi kipsistä, olevalla tulpalla 62. Kooste saadaan inerttisen materiaalin 64 petiin, joka puolestaan on sijoitettu tulenkestävään astiaan 66. Kuvio 5 esittää tulenkestävään säiliöastiaan 58 25 sijoitetun sulan perusmetallin säiliön 68, joka virtaa esimuottiin 56 täydentämään siihen sisältyvää perusmetallin sulaa ensimmäistä lähdettä 70.

Sekä kuvion 3 ja kuvion 5 suoritusmuodoissa ensimmäisenä lähteenä (54 30 kuviossa 3 ja 70 kuviossa 5) oleva kiinteä perusmetalli voitaisiin sijoittaa ja näin ollen sulattaa paikan päällä sulan perusmetallin ensimmäisen lähteen aikaansaamiseksi. Vaihtoehtoisesti tarvitaan alunperin ainoastaan säiliö (46 kuviossa 3 ja 68 kuviossa 5), ja sulatettaessa säiliöstä tuleva sula perusmetalli virtaa kosketukseen esimuotin 35 kanssa (44 kuvion 3 suoritusmuodossa ja 56 kuvion 5 suoritusmuodossa) tuoden perusmetallin ensimmäisen lähteen kosketukseen täyteaineen kans- 23 8956/ sa. Tätä perusmetallin ensimmäistä lähdettä voidaan näin ollen alunperin tuottaa ja tätä myötä täydentää perusmetallin säiliöstä tulevasta virtauksesta.

5 Perusmetallin säiliön järjestäminen täydentämään onton osan 44c sisäosaan sijoitetun perusmetallin ensimmäistä lähdettä auttaa varmistamaan keraamisen matriisin tehokasta ja yhtenäistä kasvua esimuottiin 44 siten, että tämä takaa jatkuvasti perusmetallin inventoinnin, jolloin osan 44c ontto sisäosa voidaan täydellisesti täyttää. Tämä eliminoi sen 10 mahdollisuuden, että esimuotin 44 osuudet eivät täysin täyty keraamisella matriisilla, koska sulan perusmetallin tason loppuunkuluttaminen ontosta osasta 44c kulutettuna metallina lopettaa sulan perusmetallin syötön esimuottiin 44 (kuten kuviossa 3 on esitetty).

15 Kuvion 5 suoritusmuodon tapauksessa perusmetallin ensimmäinen lähde 70 voidaan järjestää joko sijoittamalla sulan metallin jähmeä massa esimuottiin 56 ennen kuumentamista tai virtauttamalla sula perusmetalli säiliöastiasta 58 täyttämään esimuotin 56 sisäosa. On selvää, että esimuotin 56 seinämien havainnollistettu suhteellinen paksuus verrat-20 tuna sen onttoon sisäosaan on sellainen, että siihen sisältyy enemmän kuin kylliksi sulaa perusmetallia täyttämään koko esimuottitäyteaine keraamisella matriisilla hapetusreaktiota suoritettaessa. Tässä tapauksessa sulan metallin säiliön järjestämisen etu on, kuten yllä on todettu kuvion 3 suoritusmuodon yhteydessä, että se pitää sulan perusmetal-25 Iin tason kyllin korkeana pitäen esimuotin 56 sisäosan täytettynä pintaan asti, jolloin autetaan takaamaan monikiteisen matriisimateriaalin yhtenäinen kasvu läpi koko esimuotin 56 aiheuttamatta silti epäjatkuvuutta keraamisessa matriisissa.

30 Kuvion 5 suoritusmuodossa esimuotti 56 on tiivistetty hiukkasmaisesta inerttisestä materiaalista koostuvaan petiin 64, johon ei tapahdu keraamisen matriisin merkittävää kasvua, jolloin keraaminen matriisi kasvaa esimuotin 56 ulkopintojen määrittämälle rajalle. Kipsitulppa 62 pitää hiukkasmaisen inerttisen materiaalin 64 poissa esimuotin 56 sisä-35 osasta. Jos on tarvittavaa tai toivottavaa, kipsiä tai muuta vastaavaa materiaalia voidaan käyttää tiivisteenä tulekestävän säiliöastian 58 ja 24 89537 esimuotln 56 laipan 56a ympärillä. EsimuoCin 56 koko ulkopinta voidaan valinnaisesti ympäröidä ilmaa läpäisevällä kipsikerroksella, joka poistetaan lopullisessta keraamisesta sekarakennekappaleesta.

S Kuviossa 6 näkyy puolestaan toinen kooste, jossa yleisesti pyöreällä lieriömäisellä esimuotilla 72 on pohjaosa 74 ja kapeampi kaulaosa 76, joka loppuu päätyosaan 78. Ontto reikä 80 ulottuu esimuotin 72 läpi samankeskisesti sen pituussuuntaisen akselin ympäri. Reiän 80 pääte, joka avautuu pääteosan 78 pintaan, on suljettu tulpalla 82, joka koos-10 tuu sopivasta materiaalista kuten kipsistä. Reiän vastakkainen pääty, joka avautuu pohjaosan 74 päädystä, sijoitetaan virtausyhteyteen sopivasta materiaalista tehdyn kanavan 84 kanssa, joka voi myös olla valmistettu kipsistä. Kanava 84 muodostaa näin ollen lyhyen osuuden kipsi-putkea tai -putkitusta, jonka toinen pää on päittäin pohjaosan 74 pää-15 dyn kanssa ja jonka vastakkainen pää on päittäiskosketuksessa perusmetallin säiliön 86 kanssa. Kanava 84 ja säiliö 86 ovat yleensä kon-sentrisesti suunnatut. Esimuotti 72 sijoitetaan siten, että sen pit-kittäisakseli L määrittää kulman a vaakatason kanssa, jota osoittaa linja H-H. Kun esimuotti 72 sijoitetaan näin siten, että sen pääty 78 20 on hieman kallistettu esimerkiksi noin 5-10°:en kulmassa vaakatason alapuolelle, sulan perusmetallin virtaus säiliöstä 86 kanavan 84 läpi ja tätä kautta reikään 80 helpottuu. Esimuotti 72, kanava 84 ja perusmetallin säiliö 86 tuetaan hiukkasmaisen inerttisen materiaalin 88 pohjaan, joka on sijoitettu tulenkestävään astiaan 90. Prosessia toteutet-25 taessa perusmetallin säiliö 86 sulaa ja virtaa kanavan 84 kautta reikään 80 täyttäen reiän 80 sulalla perusmetallilla. Kanavassa 84 ja reiässä 80 olevan aukon voidaan näin ajatella toimivan valuaukkona, jonka läpi sulaa perusmetallia syötetään esimuottiin 72. Tulppa 82 pitää inerttisen materiaalin 88 poissa reiästä 80. Kaasufaasihapetin, 30 kuten ilma, läpäisee inerttisen materiaalin 88 pohjan ja esimuotin 72 hapettaen sulan perusmetallin. Kun reiässä 80 oleva sula perusmetalli on kulutettu, perusmetallia täydennetään säiliöstä 86 virtaavalla sulalla metallilla siten, että reikä 80 pidetään täysin täytettynä sulalla perusmetallilla koko prosessin ajan.

35 25 8 9 587

Kuten kuviossa 6 on selvästi havainnollistettu, sulan metallin määrä, joka voidaan sisällyttää reikään 80, on riittämätön täydentämättä kulutettua metallia, jotta esimuotti 72 voitaisiin täysin täyttää perusmetallin hapetusreaktiolla saadulla monikiteisellä materiaalilla, joka 5 tuottaa keraamisen matriisin suodattamalla esimuotti 72. (Tämä on vastoin kuviossa 5 esitettyä järjestelyä, jossa sulan perusmetallin 70 syöttö esimuottiin 56 on enemmänkin kuin riittävä täyttämään esimuotin 56 suhteellisen ohuet seinämät keraamisella matriisilla). Kuvion 6 suoritusmuodossa säiliö 86, sen lisäksi että se takaa sulan metallin 10 tasaisen syötön, tuottaa myös tavan, jolla voidaan syöttää jatkuvasti riittävästi sulaa perusmetallia suhteellisen pienitilavuuksisen reiän 80 kautta, jotta voidaan täydellisesti täyttää esimuotti 72 monikiteisellä hapetusreaktiotuotteella. Tämän keksinnön mukainen täydentämis-tekniikka sallii näin ollen monikiteisen materiaalin muodostamisen 15 sulan perusmetallin ensimmäisen lähteen pienitilavuuksisesta vyöhykkeestä samaten kuin huomattavasti suuremman täyteainetilavuuden suodattamisen tällaisesta vyöhykkeestä monikiteisellä matriisimateriaalilla. Kun sulan perusmetallin täydentämistä toisin sanoen jatketaan tällaisessa vyöhykkeessä, itse asiassa minkä tahansa toivotun kokoinen täyte-20 ainetilavuus voidaan suodattaa monikiteisellä matriisimateriaalilla, joka on tehty tällaisesta vyöhykkeestä hapetusreaktiolle syötetystä perusmetallista.

Keraamisen matriisin muodostuminen pysäytetään rajalle, jonka määrittä-25 vät esimuotin 72 ulkopinnat. Kuten yllä on selvitetty, esimuotti 72 voidaan haluttaessa ympäröidä sopivalla rajoittimella. Reikään 80 jäävä perusmetallin jähmettynyt keerna voidaan jättää paikalleen lopulliseen rakenteeseen tai poistaa osittain tai kokonaan tai korvata tarvittaessa muulla sopivalla materiaalilla. Viimeistelty keraaminen sekarakenne on 30 esitetty kuviossa 7 käsittäen keraamisen sekarakennekappaleen 72', jolla on pohjaosa 74', kaulaosa 76', jossa on kovero syvennys ja pääty-osa 78', ja jossa reikä 80' ulottuu pituussuuntaan sen läpi.

Kuviossa 8 esitetään toinen kooste, jossa esimuotilla 92 on yleisesti 35 kiekon muotoinen pyöräosa 94, jonka toiselta puolelta tulevat keskeinen, ontto akseli 98 ja samankeskinen pyöreä kehä 96. Akselilla 98 on 26 89 587 lävitseen ulottuva reikä 100, joka päättyy ulospäin leviävään päätyyn 100a, joka avautuu pyöräosan 94 pintaan vastapäätä sitä, mistä kehä 96 ja akseli 98 etenevät. Reiän 100 yläpää (kuten kuviossa 8 näkyy) on suljettu tulpalla 102, joka on valmistettu sopivasta materiaalista 5 kuten kipsistä. Esimuotion 92 alapuolelle (kuvion 8 mukaisesti) ja päittäiskosketukseen sen kanssa on sijoitettu perusmetallin lähteen massa 104.

Oikeakulmaisella kulmakanavalla 106 on avoin pää, joka on sijoitettu 10 päittäiskosketukseen perusmetallin lähteen massan 104 kanssa, sekä vastakkainen avoin yläpää (kuvion 8 mukaisesti), joka on sijoitettu päittäiskosketukseen perusmetallin säiliön 108 kanssa. Kuviossa 8 on esitetty ainoastaan yksi tällainen perusmetallin säiliö 108 ja siihen liittyvä kanava 106, mutta on huomattava, että kaksi tai useampia pe-15 rusmetallin säiliöitä ja niiden kanavia voidaan sijoittaa samalla tavoin perusmetallin ensimmäisen lähteen 104 kehän ympärille, joka on mielellään kiekon muotoinen ja jolla voi olla olennaisesti sama halkaisija kuin esimuotin 92 pyöräosalla 94. Esimuotti 92, perusmetallin 104 ja 108 massat ja kanava 106 sijaitsevat kaikki hiukkasmaisen inert-20 tisen materiaalin 110 pedissä, joka on sijoitettu tulenkestävään astiaan 112.

Kun perusmetalli kuumennetaan sopivaan reaktiolämpötilaan esimerkiksi uunissa ilman ilmakehässä, se sulaa tuottaen perusmetallin ensimmäisen 25 lähteen 104 kosketukseen esimuotin 92 kanssa, ja säiliön 108 perusmetalli sulaa ja virtaa alaspäin kanavan 106 läpi tuottaen perusmetallin pään, joka pakottaa sulaa perusmetallia ylöspäin päädyn 100a ja reiän 100 läpi reiän 100 yläpäähän (kuvion 8 mukaisesti), jossa sen pysäyttää tulppa 102. Tässä järjestelyssä säiliö 108 ei ainoastaan täydennä en-30 simmäistä lähdettä 104 taaten perusmetallin riittävän syötön esimuotin 92 täyttämiseksi kokonaan monikiteisellä matriisimateriaalilla, vaan myös täyttää ja ylläpitää reiän 100 koko pituutta sulalla perusmetallilla (niin kauan kuin sulan metallin tasoa säiliössä 108 pidetään ainakin reiän 100 yläosan tasolla). Tämä auttaa takamaan keraamisen 35 matriisin tasaisen kasvun esimuotin 92 läpi. Jos säiliö 108 ja siihen liittyvä kanava 106 jätettäisiin pois, niin vaikka perusmetallin lähde 27 89587 104 tehtäisiin kyllin suureksi takaamaan riittävän syötön täyttämään eslmuotln 92 keraamisella matriisilla, saattaisi esiintyä valkeuksia sulan perusmetallin virtauksessa sen läpi erityisesti akselin 98 pohjassa olevassa kapenemiskohdassa, jossa se liittyy pyöräosaan 94. Vaik-5 ka sulalla perusmetallilla onkin hyvä sydäntoiminta läpäisevän esimuo-tin 92 läpi, kun lähteen toimittaman sulan perusmetallin syöttö loppuu, ilman säiliötä 108, joka toimittaa sulan perusmetallin täydennystä staattisen paineen alaisena, hyvin suurten komponenttien yhteydessä sydäntoiminta saattaa hyvinkin olla riittämätön takaamaan täydellisen 10 ja yhtenäisen kasvun erityisesti akselin 98 läpi kaukana pyöräosasta 94. Tämän keksinnön tekniikan avulla tämä ongelma voitetaan menestyksellisesti havainnollistetussa suoritusmuodossa täyttämällä reikä 100 sen yläpäähän asti sulan metallin syötöllä enemmän tai vähemmän hydrostaattisen paineen alaisena, sekä pitämällä sulan metallin lähde 104 15 täytettynä. Itse säiliötä 108 voidaan aika ajoin täydentää, jos ja kun tähän on tarvetta.

Kuvio 9 esittää kuvion 8 koosteesta saatua keraamista sekarakennekappa-letta 92' käsittäen keskiakselin 98', johon on muodostettu reikä 100', 20 ja sisältäen pyöräosan 94' varustettuna pyöreällä kehällä 96', joka lähtee sen samasta pinnasta, josta akseli 98' lähtee. Kuten yllä on huomautettu muiden suoritusmuotojen yhteydessä, reikään 100 ja päätyyn 100a sisältyvä uudelleen jähmettynyt sula metalli voidaan poistaa lopullisesta keraamisesta sekarakennetuotteesta. Koko reikä 100 ja pääty 25 100a tai osa niistä voidaan vaihtoehtoisesti jättää täytetyiksi uudel leen jähmettyneellä perusmetallilla, tai ne voidaan täyttää osittain tai kokonaan muulla sopivalla materiaalilla. Kummassakin tapauksessa reikää 100 ja päätyä 100a täyttävä materiaali voidaan esimerkiksi porata, jolloin saadaan sen läpi ulottuva pienempihalkaisijainen reikä.

: 30

Kuviossa 10 on esitetty poikkileikkauksellinen pystykuva koosteesta sisältäen tulenkestävän säiliöastian 114, joka käsittää perusmetallin säiliön 116 esitettynä olennaisesti täytettynä sulalla perusmetallilla. Reikä 118 on muodostettu astian 114 pohjaan, jonka läpi sula perusme-35 talli virtaa painovoiman vaikutuksesta matalaan keskikouruun 120, joka on muodostettu pitävästä materiaalista koostuvan lattian 122 pohjaan.

28 8 9 5 8 7

Pitävä materiaali voidaan muodostaa mistä tahansa sopivasta materiaalista, kuten kipsistä, joka on sisällytetty tulenkestävään veneenmuo-toiseen kappaleeseen 124. Tulenkestävä veneenmuotoinen kappale 124 voidaan täyttää esimerkiksi puoleen syvyydestään kuvion 11 mukaisesti 5 valuvalla kipsillä, jonka annetaan jähmettyä ja kovettua. Matala keski-kouru 120 leikataan tämän jälkeen kovetetusta kipsistä tai muovataan siihen käyttämällä sopivaa muottia työnnettynä esijähmetettyyn kipsiin.

Identtiset läpäisevät esimuotit 126 ovat yleisesti kupin tai lasin muo-10 toisia ja sijoitettu avoimet suunsa alaspäin sekä suunnattu kourua 120 pitkin sivuttaisessa suhteessa. Vierekkäisten onttojen esimuottien 126 väliset tilat kourun 120 yläpuolella on suljettu tulpilla 128, jotka on valmistettu sopivasta materiaalista kuten kipsistä. Aluksi ensimmäisenä lähteenä oleva perusmetalli voidaan sijoittaa kunkin esimuotin 126 ont-15 toon osaan, ja perusmetallin säiliö sijoitetaan astiaan 114. Saattaa olla vaihtoehtoisesti sopivampaa kaataa sula perusmetalli säiliöön 114 (tai sijoittaa kiinteä perusmetalli astiaan 114 ja kuumentaa kooste tämän jälkeen perusmetallin sulattamiseksi) ja virtauttaa perusmetalli astiasta 114 kourun 120 kautta kuhunkin esimuottiin 126. Sulan perusme-20 tallin täydennys virtautetaan joka tapauksessa painovoiman avulla astiasta 114 sen pohjassa olevan reiän 118 läpi (kuten kuviossa 10 on esitetty) ja tämän jälkeen kouruun 120 sekä esimuottien 126 onttoihin sisuksiin. Kuvion 10 vasemmanpuoleinen osa esittää sulaa perusmetallia astiassa 114, kourussa 120 sekä esimuottien 126 sisäosien täyttämistä. 25 Kuvion 10 oikeanpuoleisesta osasta, eli oikealle pystyyn sijoitetusta epätasaisesta jakoviivasta, joka kulkee keskimmäisen esimuotin 126 läpi, sula perusmetalli on jätetty pois, jotta voidaan osoittaa selvästi onttojen esimuottien sijoittaminen kourun 120 yläpuolelle ja sitä pitkin. Kuvion 11 oikeanpuoleisesta osasta on samalla tavoin jätetty 30 pois keskimmäisen esimuotin osa sekä kaksi sen oikealla puolella sijaitsevaa esimuottia, samoin kuin niihin liittyvät tulpat 128, jotta voidaan osoittaa paremmin kourun 120 konfiguraatio suhteessa esimuot-teihin. Poisjätetyt osat on osoitettu katkoviivoin kuviossa 11, josta osa astiasta 114 on jätetty samaten pois. Sulan perusmetallin staatti-35 nen paine säiliöastiassa 114 takaa, että kukin esimuotti pysyy täytettynä sulalla perusmetallilla perusmetallin täydentämiseksi, kun sitä 29 89587 kuluu prosessissa monikiteistä keraamista matriisia muodostettaessa, joka sulkee sisäänsä täyteaineen ylläkuvatun mukaisesti ja muihin suoritusmuotoihin liittyen. Kun reaktio on viety loppuun siinä määrin, että kaikki esimuotit ovat täysin keraamisen matriisin suodattamia, 5 kooste poistetaan uunista ja liika sula metalli voidaan kaataa pois keraamisista sekarakennekappaleista. Itse säiliötä 114 voidaan aika ajoin täydentää perusmetallilla, jos tämä on tarpeen. On kuitenkin parempi, jos säiliöastiassa on riittävä määrä perusmetallia, jotta prosessi voidaan viedä loppuun ilman perusmetallin välitäydennyksiä.

10

Kuvioiden 10 ja 11 koosteessa käytetyt ontot esimuotit voidaan valmistaa millä tahansa sopivalla tavalla. Yksi sopiva tapa valmistaa tämän muotoisia esimuotteja on liukuvalu, joka voidaan suorittaa avoimen muotin 130 avulla, mikä on esitetty poikkileikkauksellisesti kuviossa 12. 15 Muotti 130 muotoillaan siten, että siinä on kupin muotoinen syvennys 132, ja muotti 130 voidaan tehdä mistä tahansa sopivasta materiaalista, esimerkiksi kipsistä valamalla. Sopiva hienoja täyteainehiukkasia sisältävä liukuseos kaadetaan syvennykseen 132 sen täyttämiseksi, ja seoksen annetaan asettua muotissa jonkin aikaa. Osa liukunesteestä, 20 tyypillisesti vedestä, imeytetään huokoiseen kipsimuottiin, ja sopivan ajan kuluttua liika neste kaadetaan pois, jolloin jäljelle jää paksu kerros täyteainetta, joka kiinnittyy kuppimaisen syvennyksen 132 sisäosaan. Kerros voidaan kuivata ja kuumentaa riittävän mekaanisen lujuuden ("raakalujuuden") aikaansaamiseksi, jotta ontto esimuotti 126 voi-25 daan vetää muotista 130, mikä on esitetty numeroimattomalla nuolella kuviossa 12. Kuppimainen syvennys 132 voidaan täyttää uudelleen kahdesti tai useammin liukuvaluseoksella liian liukuaineen poiskaatamisen jälkeen, jotta muotissa olevalle täyteaineelle saadaan riittävä paksuus .

" 30

Kuviossa 13 on esitetty tyypillinen keraaminen sekarakennekappale 126', joka on saatu käyttämällä kuvioiden 10 ja 11 koostetta. Keraaminen sekarakennekappale 126' käsittää onttoa esimuottia 126 suodattavaa keraamista matriisia. Liika perusmetalli, joka saattaa jäädä keraami-35 seen sekarakennekappaleeseen 126', voidaan poistaa mekaanisin tai kemiallisin keinoin onton, kuppimaisen keraamisen sekarakennekappaleen 30 8 9 5 8 7 aikaansaamiseksi. Kappaleet 126' voidaan luonnollisesti jättää osittain tai täysin uudelleen jähmettyneen sulan metallin tai muun materiaalin täyttämiksi.

5 Kuvio 14 esittää halkaistua muottia, jota voidaan käyttää muodostamaan (samalla liukuvalutekniikalla kuin kuvattiin kuvion 12 yhteydessä) ontto esimuotti pumpun juoksupyörän muotoon, kuten kuvioissa 15 ja 15A on havainnollistettu. Kuviossa 14 halkaistulla muotilla 134 on yläosa 136 ja alaosa 138, joista kumpikin on konfiguroitu siten, että yläosan 10 136 ollessa kunnolla asennettu alaosaan 138 ne toimivat yhdessä määrit täen välilleen ontelon muodostamaan pumpun juoksupyörän muotoisen esi-muotin 140 (kuviot 15 ja 15A), joka käsittää kiekon muotoisen kappaleen 142 varustettuna siivillä 144a,144b,144c ja 144d, jotka etenevät sä-teittäisesti ulospäin ontosta keskiakselista 146, joka loppuu laippaan 15 146a kiekon muotoisen kappaleen 142 kehäreunalle 148. Akseli 146 on ontto, ja sillä on lävitseen kulkeva reikä 150, ja kiekon muotoinen kappale 142 on ontto määrittäen siinä olevan ontelon.

Juoksupyörän muotoinen ontto esimuotti 140 saadaan aikaan täyttämällä 20 muotti 134 (kuvio 14) sen aukon 150' kautta sopivalla liukuvaluliet-teellä. Ylläkuvattua liukuvalutekniikkaa voidaan käyttää rakentamaan hiukkasmaisen täyteaineen kerroksen vaadittava paksuus muotin 134 sisä-onteloon. Sen jälkeen, kun liika neste on kaadettu pois ja liukuvalu-seospäällystyksen sisältävä muotti on kuivattu ja kuumennettu, tulok-25 seksi saadaan kuvioissa 15 ja 15A esitetty ontto esimuotti 140.

Kuviossa 16 esimuotti 140 on sijoitettu inerttisen materiaalin 154 pohjaan tulenkestävään astiaan 156. Sopivasta materiaalista, kuten kipsistä, tehty kanava 158 on asennettu laipan 146a päälle ja sisältää perus-30 metallin säiliön 160. Ensimmäisenä lähteenä 162 oleva perusmetallin massa täyttää esimuotin 140 sisäosan. Kuten yllä on muiden suositusmuo-tojen yhteydessä todettu, perusmetallin lähde 162 voidaan sijoittaa esimuottiin 140 esimerkiksi täyttämällä sen ontto sisäosa hiukkasmai-sella perusmetallilla, tai sen jälkeen, kun kooste on järjestetty, 35 esimuotin 140 sisäosa voidaan täyttää sulalla perusmetallilla, joka voidaan toimittaa siihen kauhalla. Perusmetallin säiliö 160 voidaan 3i S 9 5 b'/ alussa sijoittaa koosteeseen samalla tavalla kiinteän perusmetallin säiliönä, tai riittävästi sulaa perusmetallia voidaan kaataa täyttämään sekä esimuotin 140 ontto sisäosa että kanava 158, jolloin saadaan sekä ensimmäinen lähde että perusmetallin säiliö sulassa muodossa. Kooste 5 sijoitetaan joka tapauksessa esimerkiksi ilman ilmakehälle avoimeen uuniin ja kuumennetaan vaadittavalle lämpötila-alueelle hapetusreak-tiotuotteen muodostamiseksi sekä esimuotin 140 suodattamiseksi keraamisella matriisilla.

10 Kun reaktio on viety loppuun, reagoimattoman perusmetallin, joka täyttää keraamisen matriisin suodattaman esimuotin 140, voidaan antaa jähmettyä uudelleen. Perusmetallin ollessa sulassa muodossa se voidaan vaihtoehtoisesti kaataa pois keraamisesta kappaleesta. Kuviossa 1/ esitetään joka tapauksessa saatava keraaminen sekarakennekappale 140', 15 joka käsittää kiekon muotoisen kappaleen 142' ja laippaan 146a' päättyvän akselin 146' ja jolla on akselista säteittäisesti etenevät siivet, joista ainoastaan siivet 144a' ja 144b' ovat näkyvissä kuviossa 17. Keraamisen sekarakennekappaleen 140' sisäosa on täytetty materiaalilla 164, joka voi olla uudelleen jähmettynyttä perusmetallia tai 20 jotakin muuta materiaalia kuten erilaista metallia tai seosta tai jotakin muuta, esimerkiksi muoviainesta. Kuvion 17 havainnollistetussa suoritusmuodossa materiaaliin 164, esim. uudelleen jähmettyneeseen perusmetalliin, on porattu reikä 166 akselin 146' alueella, ja reikään 166 on muodostunut kiilaura 168 helpottamaan juoksupyörän 140' kiila-25 asennusta akselille. Kierteinen reikä tai mikä tahansa muu sopiva konfiguraatio voidaan muodostaa reiän 166 alueelle tuottamaan sopivan järjestelyn juoksupyörän 140' asentamiseksi akselille tai vastaavalle.

Kuvioissa 18 ja 18A on esitetty esimuotti 170, joka on päällystetty 30 ilmaa läpäisevällä kipsikerroksella varustetulla rajoittimella 172.

Kulmakanava 174 järjestää virtausyhteyden tulenkestävän astian 176 ja esimuotin 170 alapuolella olevan tyhjiötilan 178 välille, joka tyhjiö-tila 178 on kipsirajoitinkuoren 172 määrittämä ja ympäröimä. Tulenkestävällä astialla 176 on kipsivuoraus 180, ja se sisältää perusmetallin 35 säiliön 182, jonka yläosa on hiukkasmaisen inerttisen materiaalin 184 kerroksen peittämä. Kuviossa 18 esitetään kooste ennen perusmetallin 32 8958? 182 sulattamista. Vaihtoehtoisessa suoritusmuodossa tyhjiötila 178 voisi olla perusmetallin lahteen täyttämä. Havainnollistetussa suoritusmuodossa perusmetallia sulatettaessa sula perusmetalli 182 virtaa kuitenkin kanavan 174 läpi ja tyhjiötilaan 178, jotta sulan perusmetal-5 Iin ensimmäinen lähde saadaan kosketukseen esimuotin 170 kanssa.

Esimuotissa 170 on kolme rinnakkaista reikää, jotka ulottuvat sen läpi ja avautuvat sen vastakkaisilta pinnoilta. Kuvion 18 kooste on tuettu hiukkasmaisen inerttisen materiaalin 188 petiin, joka on sijoitettu tu-10 lenkestävään astiaan 190. Kuumennettaessa sula perusmetalli virtaa kanavan 174 läpi ja tyhjiötilaan 178 täyttäen sen, ja sula perusmetalli suodattuu siinä hapetettavaan esimuottiin 170 sulkeakseen lopulta sisäänsä esimuotin 170 täyteaineen ainesosat monikiteisen materiaalin keraamisessa matriisissa. Perusmetallin säiliön 182 sijainti pitää yllä 15 sulan metallin staattista painetta ja pitää tilan 178 täytettynä perusmetallin ensimmäisellä lähteellä koko hapettumisprosessin aikana auttaen takaamaan sen, että esimuotti 170 on täydellisesti ja yhtenäisesti täytetty saatavalla keraamisella matriisilla. Kuten yllä on muiden suoritusmuotojen yhteydessä osoitettu, yhtä tai useampaa perusmetallin 20 säiliötä 182 voidaan käyttää virtauttamaan sulaa perusmetallia tilaan 178.

Kun reaktio on viety loppuun ja koosteen on annettu jäähtyä, saatu keraaminen sekarakenne poistetaan inerttisen materiaalin 188 pedistä ja 25 kipsirajoitin 172 murretaan irti keraamisen sekarakenteen 170' (kuvio 19) vapauttamiseksi, jolla on kolme lävitseen kulkevaa rinnakkaista reikää 186. Kun esimuotissa 170 pidetään yllä hapetusreaktio-olosuhteita, jotka ovat suotuisampia kuin esimuotin ulkopuolella vallitsevat olosuhteet, reiät 186 pysyvät olennaisesti vapaina monikiteisestä mat-30 riisimateriaalista. Tässä yhteydessä reiät 186 käsittävät tilat ovat "ulkopuolella" materiaalin, josta esimuotti 170 on tehty.

Keksinnön missä tahansa suoritusmuodossa esimuotin (tai täyteaineen muun muodon) materiaalin seos voi sisältää yhden tai useamman sopivan 35 lisäaineen tai hapettimen tai voi muulla tavalla tuottaa olosuhteet, joissa perusmetallin hapettumisen kinetiikka on suotuisampi kuin jos 33 89 587 täyteainetta ei käytettäisi. Tietyistä lisäaineista, hapettimista, perusmetallista ja lämpötilaolosuhteista riippuen hapetusreaktiotuottees-ta koostuva monikiteinen materiaali voidaan tämän vuoksi saada kasvamaan täyteaineen ulkopuolelle. Kuvioiden 18 ja 18A suoritusmuodossa 5 monikiteinen materiaali ei näin ollen muodostu tai kasva täyttämään reikiä 186. Rajoitin voidaan vaihtoehtoisesti tai lisäksi järjestää reikiin 186 estämään monikiteisen matriisimateriaalin kasvu, joka tekniikka on esitetty kuvioiden 20-21 suoritusmuodossa.

10 Kuvioissa 20-21A on esitetty esimuotti 192, jolla on pyöreä lieriömäinen muoto (joka näkyy parhaiten kuviosta 20A) ja lävitseen ulottuva keskireikä 194 sekä aukko kummassakin vastakkaisessa päässään. Keski-reikä 194 on vuorattu rajoittimella 196, joka koostuu kipsikerroksesta ja päällystää keskireiän 194 sisäosan sekä tulppaa sen molemmat avoimet 15 päät. Keskireikä 194 voisi myös olla kokonaan rajoitinmateriaalista koostuvan tulpan täyttämä.

Kuviossa 21 esitetään esimuotin 192 kooste, joka on keskiöity pystysuuntaan sulan perusmetallin 198 massaan ja sisällytetty lieriömäiseen 20 tulenkestävään astiaan 200. Esimuotin 192 muoto on yhdenmukainen astian 200 sisäosan kanssa, mutta halkaisijaltaan kapeampi. Esimuotin 192 toinen pää voi levätä astian 200 pohjan päällä, kuten on havainnollistettu, tai se voi olla tuettuna välilevyjen päälle, jolloin saadaan pieni välys sulan perusmetallin päästämiseksi esimuotin 192 pohjaan.

25 Tulenkestävä astia 200 on kooltaan sellainen, että se voi vastaanottaa esimuotin 192 varustettuna riittävällä rengastilalla esimuotin 192 ja astian 200 sisäseinämien välillä, jolloin sallitaan esimuotin 192 koko ulkopinnan kosketus sulan perusmetallin massan kanssa, jolla on yhtenäinen rengaspaksuus. Jotta esimuotti 192 voidaan jatkuvasti pitää 30 upotettuna sulan perusmetallin 198 massaan, täydentävää sulaa perusmetallia säiliöstä (ei näy kuviossa 21 tai 21A) syötetään jatkuvasti tai aika ajoin, kuten on osoitettu nuolella R kuviossa 21. Näin ollen säiliötä 200 voidaan täyttää kärkikauhasta tai säiliöstä, joka syöttää sulaa perusmetallia kanavan tai muun sopivan välineen kautta tulenkes-35 tävään astiaan 200. Esimerkiksi hiukkasten muodossa oleva kiinteä perusmetalli voidaan vaihtoehtoisesti lisätä tarvittaessa sulan perusme- 34 89587 tallin 198 massaan paikan päällä sulatettavaksi, jotta perusmetallin syöttöä voitaisiin täydentää. Tässä suoritusmuodossa nähdään, että monikiteisen keraamisen matriisimateriaalin kasvu esimuotin 192 suodattamiseksi matriisilla tapahtuu esimuotin 192 koko ulkopinnasta kohti 5 sen keskireikää 194. Keskireiän 194 sileä pinta taataan järjestämällä siihen rajoitin 196. Samoin kuin aikaisempien suoritusmuotojen yhteydessä täydentäminen sulan perusmetallin säiliöstä takaa, että koko esimuotti 192 pidetään upotettuna sulaan perusmetalliin, jolloin saadaan aikaan monikiteisen matriisimateriaalin yhtenäinen kasvu sen läpi.

10

Tulenkestävän astian 200 koko voidaan muokata suhteessa esimuottiin 192 siten, että perusmetallin säiliö järjestetään sulan perusmetallin riittävällä syvyydellä esimuotin 192 yläpuolelle siten, että prosessin loppuessa esimuotti 192 on yhä täysin upotettuna sulaan perusmetalliin.

15 Näin ollen perusmetallin ensimmäisen lähteen säiliö voi käsittää sulan perusmetallin 198 yksittäisen massan edellyttäen, että se on kyllin suuri pitämään esimuotti jatkuvasti upotettuna sulaan perusmetalliin läpi koko hapetusreaktioprosessin.

20 Prosessin loputtua keraaminen tuote poistetaan sulan perusmetallin kylvystä ja liian sulan perusmetallin annetaan tyhjentyä sieltä. Rajoitti-mena 196 toimiva keerna poistetaan, jolloin saadaan lieriön muotoinen keraaminen sekarakenne 193 käsittäen keraamisen vuorauksen 192' varustettuna keskireiällä 194, joka etenee sen pitkittäisakselia pitkin ja 25 on yhtenäinen perusmetallin substraatin 198' kanssa.

Tämän keksinnön mukaisilla rakenteilla, joita on havainnollistettu esimerkiksi kuviossa 8 (jos uudelleen jähmettynyt perusmetalli säilytetään reiässä 80), kuviossa 17 ja kuviossa 22, on keraaminen pinta, joka on 30 muodostettu yhtenäiseksi metallin massan kanssa ja on siihen tyypillisesti sitoutunut. Keraaminen pinta käsittää monikiteisen materiaalin matriisin, joka on saatu perusmetallin hapetusreaktiolla ja sulkee sisäänsä täyteaineen. Tällaisilla kiinteillä keramiikkapintaisilla metallirakenteilla on merkittäviä etuja verrattuna tavanomaisiin keraami-35 siin rakenteisiin, joihin etuihin kuuluvat lisääntynyt kestokyky katastrofaalista luhistumista vastaan sekä tietyissä tapauksissa kevyempi 35 89587 paino. Esimerkiksi kuvion 17 pumpun juoksupyörän ulkoinen keraaminen pinta mahdollistaa sen käyttämisen käyttökohteissa (esimerkiksi pumpattaessa ruostuttavia ja/tai kuluttavia nesteitä), jotka vaativat keraamisen pinnan, ja koska se sitoutuu keraamiseen pintaan, sen metallinen 5 keerna tai substraatti tuottaa kestokykyä katastrofaalista luhistumista vastaan juoksupyörälle, jota kestokykyä puuttuu normaalisti tavanomaisilta keraamisilta rakenteilta. Näin ollen jännitysmurtuma tai mekaaninen isku, jotka pyrkisivät horjuttamaan tavanomaista keraamista rakennetta ja johtaisivat osan katastrofaaliseen luhistumiseen, pystytään 10 torjumaan tämän keksinnön mukaisilla kiinteästi toisiinsa liittyvillä rakenteilla. Jos esimerkiksi kuvion 17 juoksupyörän mekaaninen isku olisi riittävä vahingoittamaan tai murtamaan juoksupyörän 140' keraamisen pinnan, metallin massa säilyttäisi osan rakenteellisen yhtenäisyyden. Tämän keksinnön rakenteella voitetaan myös jo pitkään vallalla 15 olleet vaikeudet, joita esiintyy kiinnitettäessä keraaminen osa, kuten pumpun juoksupyörä, erittäin lujaan metallielimeen kuten teräksiseen käyttöakseliin. Aikaisempien keraamisten kappaleiden yhteydessä paikalliset mekaaniset jännitykset, joita kohdistui hauraaseen keraamiseen osaan millä tahansa rajapinnalla taipuisan komponentin kanssa, johtivat 20 usein hauraan keraamisen materiaalin halkeamiseen. Tämän keksinnön mukainen keramiikkapintainen metallisubstraattirakenne mahdollistaa metallien yhdistämisen (esim. metalliakseli uritettuna kuvion 17 reikään 166) keraamiseen elimeen. Kyky välttää katastrofaalista luhistumista on erityisen merkittävä asia suunniteltaessa pyöriviä, vuorovai-25 kutuksisia ja paineistettuja komponentteja.

Tähän keksintöön kuuluu edelleen se, että kun valitaan sopiva perusmetalli, täyteaine ja hapetin, saatava keramiikkapintainen metallikom-ponentti voidaan tuottaa varustettuna suotuisalla esijännityksellä, 30 joka on rakennettu keraamiseen pintaan ja metallin rajapintaan, jolloin keraamisessa sekarakenneartikkelissa on parempi luontainen lujuus ja vahingonkestokyky. Tämä saavutetaan valitsemalla materiaalit ja proses-siolosuhteet, jotka luovat kontrolloidun erokutistuman keraamisen pinnan ja metallin substraatin välille. Esijännitys on mahdollista keraa-35 misen pinnan ja substraatin poikkeuksellisen hyvän sitoutumisen ansiosta .

36 89587

Kuvioissa 23 ja 24 on esitetty esimuotti 202 käsittäen ulkoisen lieriömäisen kuoren 204 ja sisäisen lieriömäisen kuoren 206, jonka halkaisija on pienempi kuin kuoren 204, mutta jonka pituus on sama. Sisä- ja ulkokuoret on yhdistetty osilla 208a,208b ja 208c, jotka ovat pituudeltaan 5 samat kuin kuoret 204 ja 206. Esimuotti 202 käsittää näin ollen yhtenäisen rakenteen. Osat 208a,208b ja 208c ovat samakulmaisesti erillään kuorien 204 ja 206 kehistä, eli nämä kolme osaa ovat kulmittain erillään 120 astetta, kuten kuviossa 24 on esitetty. Kuviosta 24 näkyy parhaiten, että rakenne jakaa esimuotin 202 sisäosan pituussuuntaan etene-10 vään keskireikään 210 ja kolmeen pituussuuntaan etenevään rengasosas-toon 212a,212b ja 212c.

Esimuotti 202 voi olla suodatettu monikiteisellä materiaalilla, joka on saatu hapettamalla reikään 210 ja osastoihin 212a,212b ja 212c syötetty 15 sula perusmetalli. Lisäksi ulkoisen kuoren 204 ulkopinta voi myös olla upotettu sulaan perusmetalliin, mikä voidaan saada aikaan esimuotin 202 koosteella, joka on samanlainen kuin kuviossa 21 esitetty suhteessa esimuottiin 192. Yksi tai useampi reikä 210, osastot 212a,212b ja 212c voidaan lisäksi jättää varustetuiksi uudelleen jähmettyneellä perusme-20 tallilla, jolloin saadaan keramiikalla vuorattu metallinen substraatti-rakenne. Uudelleen jähmettyneen perusmetallin substraatti (joka vastaa kuvion 22 metallisubstraattia 198') voidaan vaihtoehtoisesti tai lisäksi jättää ulkolieriön 204 ulkopinnan ympärille.

25 Tämän keksinnön mukaan tuotetut keraamiset sekarakenteet käsittävät ylläesitetyn mukaisesti täyteaineen sisäänsä sulkeman keraamisen matriisin, joka täyteaine voidaan järjestää mukautuvan täyteaineen petinä tai muotoiltuna esimuottina. Sopivia täyteaineita ovat ne kemialliset lajikkeet, jotka prosessin lämpötila- ja hapetussolosuhteissa eivät ole 30 haihtuvia, ovat lämpödynaamisesti stabiileja, eivätkä reagoi liikaa sulan perusmetallin kanssa tai liukene siihen. Alan asiantuntijat tuntevat useita nämä kriteerit täyttäviä materiaaleja, kun alumiini on perusmetalli ja ilma tai happi on hapetin. Tällaisia materiaaleja ovat metallien oksidit, boridit ja karbidit, kuten alumiini, pii, hafnium ja 35 sirkonium, ja ne voivat olla missä tahansa toivotussa muodossa tai koossa.

37 89587

Perusmetallin yhteydessä käytettävä lisäaine tai käytettävät lisäaineet (1) voidaan järjestää perusmetallin lisättävinä ainesosina, (2) voidaan levittää ainakin osaan perusmetallin lähteen massan pinnasta tai (3) voidaan lisätä tai sisällyttää koko täyteaineeseen tai esimuottiin tai 5 osaan niistä, tai mitä tahansa tekniikoiden (1), (2) ja (3) yhdistelmää voidaan käyttää. Lejeerattua lisäainetta voidaan esimerkiksi käyttää yksin tai yhdessä toisen, ulkoisesti lisätyn lisäaineen kanssa. Tekniikan (3) tapauksessa, jossa lisäaine tai -aineet lisätään täyteaineeseen, lisäys voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, kuten 10 hakijan patenteissa on selvitetty.

Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita erityisesti ilman ollessa hapettimena ovat magnesium, sinkki ja pii, joita voidaan käyttää yhdessä muiden lisäaineiden kanssa, kuten alla on kuvattu. Nämä metal-15 lit tai metallien sopiva lähde voidaan seostaa alumiinipohjaiseen perusmetalliin pitoisuuksina kullekin noin 0,1-10 painoprosenttia perustuen saatavan sekoitetun metallin kokonaispainoon. Nämä lisäaineet tai niiden sopiva lähde, esim. MgO, ZnO tai Si02, voidaan käyttää perusmetalliin ulkoisesti. Näin ollen alumiinioksidinen keraaminen rakenne on 20 saavutettavissa alumiini-pii-seoksen ollessa perusmetallina ja ilman ollessa hapettimena 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, jolle MgO levitetään.

25

Lisäesimerkkejä lisäaineista, jotka ovat tehokkaita alumiinin ollessa perusmetalli ja ilman ollessa hapetin, ovat natrium, germanium, tina, lyijy, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yksin tai yhdessä yhden tai useamman lisäaineen kanssa hapettimesta 30 ja prosessiolosuhteista riippuen. Harvinaiset maametallit kuten serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen erityisesti käytettyinä yhdessä muiden lisäaineiden kanssa. Kaikki lisäaineet, kuten hakijan patenteissa on selvitetty, ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapetusreak-35 tiotuotteen kasvua alumiiniperustaisissa perusmetallijärjestelmissä.

38 8 9 5 8? Tätä keksintö soveltamalla saatu keraaminen sekarakenne on tavallisesti tiheä, koherentti massa, jossa noin 5-98 tilavuusprosenttia sekaraken-teen kokonaistilavuudesta koostuu yhdestä tai useammasta täyteaineen ainesosasta, jotka on upotettu monikiteiseen matriisimateraallin. Kun 5 perusmetalli on alumiini, monikiteinen matriisimateriaali sisältää tavallisesti noin 60-99 painoprosenttia (monikiteisen materiaalin painosta) yhdistynyttä alfa-alumiinioksidia ja noin 1-40 painoprosenttia (sama peruste) perusmetallin hapettumattomia ainesosia.

10 Perinpohjainen sitoutuminen, joka esiintyy tyypillisesti jäähdyttämisen yhteydessä sopivasti valitun perusmetallin ja keraamisen pinnan välillä, joka pinta voidaan luoda sen päälle tämän keksinnön mukaisella prosessilla, sallii kulumista kestävän materiaalin lisäämisen taipuisaan elimeen ja mahdollistaa esimerkiksi keraamisten pintojen yhdistämisen 15 taipuisiin painevaippoihin. Keraamisen pinnan erittäin luja sitoutuminen metallin substraattiin tämän keksinnön yhteydessä johtuu ilmeisesti perusmetallin perinpohjaisesta kostumisesta hapetusreaktiotuotteeseen-sa, joka nimenomainen piirre sallii myös perusmetallin kulun tällaisen reaktiotuotteen läpi kasvattamaan tämän keksinnön mukaisen matriisin.

20 Tämän keksinnön mukaiset tuotteet, joiden ominaisuuksia ovat niiden taloudellisuus, kevyt paino, esijännitetty olotila, keraamisen pinnan sitoutuminen metallin substraattiin, muodon mukautuvuus, koon mukautuvuus, kestokyky katastrofaalista luhistumista vastaan, kulumisenkestä-25 vyys, lujuus, korkean lämpötilan kestokyky tai syöpymisen kestävyys, soveltuvat ihanteellisesti käytettäviksi lämpömoottorin komponentteina, venttiilikomponentteina ja pumpun komponentteina.

Idea metallin päällystämiseksi keramiikalla ei ole uusi. Vaikka tämä 30 onkin käsitteellisesti hyvin mielenkiintoinen vaihtoehto, aikaisemmat keinot tällaisten komponenttien aikaansaamiseksi ovat olleet toteuttamisen kannalta erittäin rajoittuneita, koska ei ole kyetty luomaan sellaista keraamista pintaa, jolla on riittävä syvyys ilman säröilemi-sen esiintymistä ja joka säilyttää riittävän kiinnitysmiskyvyn metallin 35 substraattiin monimutkaisille pinnoille jakautuneena ja kohtuullisin kustannuksin. Tämä keksintö on täysin ainutlaatuinen, koska se mahdol- 39 89 587 listaa keraamisten sekarakennepintojen valmistamisen, joilla voi olla lähes mikä tahansa konfiguraatio ja paksuus ja jotka voidaan sitoa kiinteästi kaupallisesti puhtaisiin rakenteellisiin perusmetalleihin alhaisia kustannuksia edellyttävässä, kohtuullista lämpötilaa vaativas-5 sa ja paineistamattomassa prosessissa.

Keksintöä havainnollistetaan edelleen seuraavin ei-rajoittavin esimerkein.

10 Esimerkki 1

Keraamisen sekarakenteen valmistamiseksi Inconel 601-metalliseoksesta, joka sisältää pääasiassa nikkeliä ja kromia sekä pieniä osuuksia Fe, C, Mg, S, Si, Cu, TI, Ai, Co ja Mo, (International Nickel Co.) (vastaten 15 kuvion 1 kohtaa 18) koostuva Schedule 40-putki, jonka ulkohalkaisija oli 4,92 cm (1 15/16 tuumaa) ja pituus 15,2 cm (6 tuumaa), lävistettiin halkaisijaltaan 0,48 cm (3/16 tuumaa) olevilla rei'illä. Reiät porattiin putken koko lieriömäiseen runkoon 0,95 cm (3/8 tuuman) keskuksin vuorottaisiin riveihin.

20 304-seoksinen, ruostumatonta terästä (joka sisältää pieniä osuuksia C, Mg, P, S, Si, Cr 18-20 %, Ni ja loput Fe.tä) oleva rei'itetty levy, joka oli noin 0,02 cm (0,008 tuumaa) paksu ja jossa oli halkaisijaltaan 0,04 cm (0,016 tuuman) reiät, käytettiin sisävuorauksena (vastaten 25 kuvion 1 kohtaa 16) poratulle Inconel-metalliputkelle. Rei'illä saatiin noin 22-prosenttisesti avoin levy. Rei'itetty ruostumaton teräs valittiin toimimaan rajoittimena matriisin kasvulle tämän esimerkin yhteydessä.

30 Perusmetallin elin, joka sisälsi 10 prosenttia piitä ja 3 prosenttia magnesiumia sisältävän alumiiniseoksen, käsitti perusmetallin lähteen massan ja perusmetallin säiliön, joiden konfiguraatio oli suunnilleen samanlainen kuin kuviossa 1 esitetty. Tässä tapauksessa säiliö (vastaten kuvion 1 kohtaa 34) oli kuitenkin muodoltaan ei-suippeneva ja lie-35 riömäinen sekä halkaisijaltaan 6,35 cm (2h tuumaa) ja 5,08 cm (2 tuumaa) korkea, ja lähteen massa (vastaten kuvion 1 kohtaa 36) oli hai- 40 89587 kaisijaltaan 1,905 cm (3/4 tuumaa) ja pituudeltaan 15,2 cm (6 tuumaa), ja se oli yläpäästään liitetty säiliön osaan. Lähteen massalla oli kierteinen konfiguraatio ja se oli upotettu täyteainemassaan (vastaten kuvioiden 1 ja IA mukautuvan täyteainetta 38 olevaa massaa), jonka 5 seoksessa oli 5 painoprosenttia kaupallista hiekkaa (piidioksidia) ja 95 painoprosenttia 90-raekokoista (n. 160 mikronia) 38-Alundumia, joka on Norton Companyn toimittamaa hiukkasmaista alumiinioksidia (jossa on hyvin pieniä osuuksia Na20, Fe203, Si02, CaO, Ti02> C ja S). Täyteaineen seosta kuumennettiin noin 1250°:en 24 tunnin ajan, jonka jälkeen sen 10 annettiin jäähtyä ympäristön lämpötilaan. Tämän jälkeen jäähtynyt seos jyrsittiin ja sijoitettiin ruostumattomalla teräksellä vuorattuun revitettyyn Schedule 40-Inconel-putkeen. Perusmetallin lähteen massa päällystettiin kerroksella puuliimaa (myydän Bordon Companyn tavaramerkillä ELMER'S) ja hiekkaa. Säiliö upotettiin 90-raekokoiseen (n. 160 mikro-15 nia) 38 Alundum-pohjaan, joka oli sijoitettu 304-seoksiseen ruostumattomaan teräskammioon (vastaten kuvion 1 kohtaa 12) ja jolla oli lattiassaan halkaisijaltaan 2-tuumainen (n. 5,08 cm) reikä (esitetty numeroimattomana kuviossa 1). Inconel-putken yläosa hitsattiin 2-tuumaisen reiän kehälle.

20

Saadun koosteen tukemiseksi pystyasentoon sen Inconel-putken osuus (vastaten kuvion 1 kohtaa 14) sijoitettiin rei'itettyyn 304-seoksiseen, ruostumattomasta teräksestä valmistettuun tukilieriöön (sisähalkaisi-jaltaan 8,9 cm (3h tuumaa)) ja lävistettiin 0,24 cm:n (3/32 tuuman) 25 halkaisijaisilla rei'illä, jolloin saatiin tukilieriön 40-prosenttisesti avoin pinta-ala. Tukilieriö oli sen pituinen, että se tuki säi-liökammiota (vastaten kuvion 1 kohtaa 12) tukilieriön yläpäässä. Tämä järjestely pitää perusmetallin ja täyteaineen koosteen pystyasennossa ja säiliö on suoraan pystysuuntaan lähdemassan yläpuolella. Saatu tuet-30 tu kooste sijoitettiin tulenkestävään avoimeen astiaan ja kuumennettiin ilman ilmakehällä varustetussa uunissa 10 tunnin ajan 1245°C:en lämpötilassa, pidettiin 1245°C:en lämpötilassa 100 tuntia ja jäähdytettiin 30 tunnin aikana 125°C:en, jonka jälkeen sen annettiin jäähtyä ympäristön lämpötilaan. Keraaminen sekarakennekappale oli kasvanut ruostumattomas-35 ta teräksestä valmistetun Schedule 40 Inconel-sylinterin koteloon.

Jäähdytyksen yhteydessä havaittiin, että Inconel-kotelo oli sovittunut 4i B9587 keraamisen sekarakenteen ympärille. Kun uudelleen jähmettynyt perusmetalli poistettiin keraamisen rakenteen reiästä poraamalla ja kemiallisella käsittelyllä (kloorivetyhapolla), paljastui sen läpi ulottuva reikä, joka toisti käänteisesti alkuperäisen lähdemassan ruuvikierteen 5 muodon. Noin 1,27 cm (½ tuuman) paksuinen keraaminen kappale oli paljon paksumpi, kuin mitä lähteen massa olisi voinut tuottaa, ellei säiliön massaa olisi liitetty mukaan.

Seuraaviin taulukoihin viitataan kuvattaessa tämän keksinnön esimerkit) kejä.

TAULUKKO A

(A) Liukuvaluseos kipsimuoteissa käytettäväksi, kuten alla on kuvattu, 15 voidaan valmistaa sekoittamalla seuraavat ainekset osoitetussa suhteessa:

Osia painoa kohti 20 47,6 100-raekokoinen (150 mikronia) E67 alumiinioksidi (Norton Co.) 23,6 EPK-kaoliini 28,5 vesi 0,1 Vee-Gum Cer 0,2 Dawan-7 25

Vee-Gum Cer ja Dawan-7 ovat dispergoivia aineita kaoliinille.

(B) Sedimentaatiovaluseos voidaan valmistaa sekoittamalla vesimäinen sideaine, joka käsittää 10 tilavuusosaa vettä ja yhden tilavuusosan 30 lateksipohjaista liimaa (puusepän liimaa), jota myydään Bordon Companyn tavaramerkillä ELMER'S. Vesimäinen sideaine sekoitetaan tämän jälkeen valittujen täyteainehiukkasten kanssa sellaisissa suhteissa, että saatavalle lietteelle tulee toivottu konsistenssi.

42 89587 (C) RTV-piikumimuotlt valmistettiin päällystämällä osa juoksevalla kumiseoksella, antamalla kumin jähmettyä ja poistamalla tämän jälkeen kumimuotti artikkelista.

5 TAULUKKO B

AluroiiniperusmetalUseoksen koostumus 5 % Pii 10 4 % Kupari 1 % Magnesium 4 % Sinkki 1 % Rauta Loput alumiinia 15

TAULUKKO C

Alumiininerusmetalliseoksen koostumus (nimellinen) 20 3,7 % Sinkki 3,9 % Kupari 1,1 % Rauta 8,3 % Pii 0,19 % Magnesium 25 0,04 % Nikkeli 0,02 % Tina 0,04 % Kromi 0,20 % Mangaani 0,08 % Titaani 30 Loput alumiinia

Esimerkki 2

Kuvion 3 esimuotin 44 mukainen esimuotti sedimenttivalettiin kumimuot- 35 tiin, joka oli valmistettu pienoismännästä, kuten taulukossa A, vai- 43 8958? heessa (C) on kuvattu. Sedimenttivalun koostumuksessa käytettiin taulukon A, vaiheen (B) vesimäistä sideainetta seuraavin täyteainein:

Osia per paino 5 93 38 Alundum (70 per paino, raekoko 220 (n. 64 mikronia), 50 per paino, raekoko 500 (n. 25 mikronia) 7 piimetalli (50 per paino, raekoko 220, 30 per paino, raekoko 500).

10

Liika täyteaine kaadettiin pois muotista, ja muotti jäähdytettiin, jotta valettu täyteaine voitiin poistaa muotista, jonka jälkeen täyteaineen annettiin kuivua. Kuivattua täyteainetta esikuumennettiin 1300°C:ssa ilmassa kolmen tunnin ajan. Saatu läpäisevä esirauotti pääl-15 lystettiin onton osansa (44c kuviossa 3) pinnoilta nikkelijauhelietteellä. Esimuotin ulkopuoli päällystettiin kerroksella ilmaa läpäisevää kipsiä. Alumiiniperusmetallin massa, jonka koostumus oli olennaisesti taulukossa B esitetyn mukainen, sijoitettiin esimuotin kanssa koosteeseen kuvion 3 mukaisesti ja kuumennettiin ilman ilmakehässä 1000°C:ssa 20 40 tuntia. Liika sula alumiini kaadettiin pois saadusta keraamisesta sekarakenteesta, joka oli tarkoin mitoittunut keraaminen sekarakentei-nen pienoismäntä.

Esimerkki 3 - 25

Kuvion 3 esimuotin 56 muotoinen läpäisevä esimuotti valmistettiin taulukon A vaiheiden (B) ja (C) mukaisesti käyttämällä samaa sedimentti -valukoostumusta paitsi, että käytettiin ainoastaan viisi paino-osaa piimetallijauhetta. Esimuotti päällystettiin ulkopinnaltaan kahdella 30 ohuella kerroksella ilmaa läpäisevää kipsirajoitinta, ja samaa alumiiniseosta kuin taulukossa C järjestettynä perusmetallina astiaan (kuvion 5 kohta 58). Koostetta kuumennettiin ilman ilmakehässä 68 tuntia 1000°C:ssa, saadussa keraamisessa sekarakenteessa havaittiin tarkat mitat sekä esimuotin täydellinen suodattuminen keraamisella matriisil- 35 la.

** 89587

Esimerkki k

Viisi läpäisevää esimuottia, jotka olivat muodoltaan samanlaisia kuin kuvioiden 10,11 ja 12 esimuotit, valmistettiin käyttämällä taulukon A 5 sedimentaatiovalutekniikkaa.

Valmistettiin kuvioissa 11 ja 12 havainnollistettu kooste. Kipsitulpat 128 asetettiin jäykkien paperisiltojen yläpuolelle, jotka oli asetettu kourun 120 poikki esimuotin 126 aukkoihin. Kunkin esimuotin 126 ulko-10 pinta päällystettiin kipsirajoitinkerroksella. Astiaan 114 sijoitettiin taulukon C mukainen alumiiniseoksinen massa, ja kooste kuumennettiin ilmassa 1000°C:ssa. Kun alumiiniseos suli, se virtasi kourun 120 läpi ja ylöspäin kuhunkin esimuottiin 126 täyttäen esimuotit hitaasti yläosaan asti ilman poistuessa huokoisten esimuottien läpi. Lämpötilaa pidettiin 15 yllä 50 tuntia, jonka jälkeen kooste purettiin ja sula metalli kaadettiin pois saaduista keraamisista sekarakenneupokkaista; jähmettynyt liika alumiiniseos poistettiin hapolla ja/tai hiekkapuhalluksella keraamisten sekarakenneupokkaiden sisäosista.

20 Esimerkki 5

Taulukon A vaiheen (A) liukuvalutekniikkaa käyttämällä valmistettiin kuvioiden 15 ja 15A mukainen läpäisevä esimuotti kipsimuottiin, joka oli samanlainen kuin kuviossa 14 esitetty. Liukuvalettu esimuotti kui-25 vattiin ja esikuumennettiin 700°C:ssa 30 minuuttia. Esimuotin ulkopuoli päällystettiin irajoittimena toimivalla seoksella (kuiva-ainepohja), joka sisälsi 70 painoprosenttia kipsiä ja 30 painoprosenttia Si02:ta. Esimuotin sisäpuoli jäähdytettiin piimetallijauheesta koostuvalla lietteellä, jonka jälkeen esimuotti täytettiin taulukon C mukaisella sulal-30 la alumiiniseoksella. Koostetta kuumennettiin 900°C:ssa 96 tunnin ajan täydentäen alumiiniseosta jatkuvasti, jotta esimuotti voitiin pitää täysin täytettynä sulalla alumiiniseoksella. Kun kooste poistettiin uunista ja jäähdytettiin, saatiin tarkoilla mitoilla varustettu metal-litäytteinen, keraamisen sekarakenteen vuoraama pumpun juoksupyörä.

35 45 89587

Esimerkin 5 pumpun juoksupyörän raetailisubstraatin päällä oleva keraaminen pinta edusti tyypillisesti tämän keksinnön mukaisesti tuotettuja keramiikkapintaisia metallisubstraatteja siten, että keraaminen pinta oli tiiviisti ja yhtenäisesti kiinnittynyt jähmettyneeseen perusmetal-5 liin. Ylläolevassa esimerkissä tuotetuilla osilla oli keraamisten matriisien lujat pinnat, jotka matriisit sulkivat sisäänsä täyteaineen, joka oli kiinnittynyt tiukasti alumiiniseossubstraattiin siten, että osilla oli alumiiniseoksen mekaaninen lujuus ja joustavuus ja kovan keraamisen pinnan vastapinta tai keerna.

10

Vaikka yllä on esitetty yksityiskohtaisesti ainoastaan muutama keksinnön mukainen suoritusmuoto, alan asiantuntijat ymmärtävät, että tämä keksintö kattaa monia muitakin yhdistelmiä ja variaatioita.

15

Claims (32)

46 39587

1. Menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakenteen valmistamiseksi, joka käsittää keraamisen matriisin, joka on saatu perusmetallin ja 5 hapettimen välisellä hapetusreaktiolla monikiteisen materiaalin muodostamiseksi, joka käsittää perusmetallin ja hapettimen välistä hapetus-reaktiotuotetta, johon on upotettu ainakin yhtä täyteainetta, jossa menetelmässä: 10 a) suunnataan perusmetallin ensimmäinen lähde, joka mahdollisesti käsittää kiinteän perusmetallin kappaleen, ja läpäisevän täyteainemassan suhteessa toisiinsa niin, että ensimmäisen lähteen perusmetallin hape-tusreaktiotuotetta muodostuu kohti täyteainemassaa ja täyteainemassaan, jolloin ensimmäisen lähteen perusmetallin määrä on riittämätön täyttä-15 mään olennaisesti kokonaan läpäisevän täyteainemassan; b) valitaan perusmetallin toinen lähde eli varastolähde, joka käsittää säiliön, jonka varastolähteen koostumus on sama tai eri kuin ensimmäisen lähteen; 20 c) kuumennetaan ensimmäisen lähteen perusmetalli lämpötilaan, joka on sen sulamispisteen yläpuolella mutta sen hapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella sulan perusmetallimassan muodostamiseksi mainitusta ensimmäisestä lähteestä ja annetaan ensimmäisen lähteen sulan 25 perusmetallin reagoida hapettimen kanssa hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi pitämällä ainakin osa hapetusreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan perusmetallin ensimmäiseen lähteeseen ja hapettimeen näiden välillä, jotta sulaa perusmetallia jatkuvasti voisi vetäytyä hapetusreaktiotuotteen läpi hapetinta kohti ja täyteainemassaan niin, että tuoreen 30 hapetusreaktiotuotetteen muodostuminen jatkuu täyteainemassaan hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapetusreaktiotuotteen rajapinnalla; tunnettu siitä, että 35 d) kuumennetaan perusmetallin varastolähde metallin sulattamiseksi; ja 47 89 587 e) saatetaan sulan perusmetallin varasto kosketukseen sulan perusmetallin ensimmäisen lähteen kanssa niin, että perusmetallin sula varasto on yhteydessä sulan perusmetallin ensimmäiseen lähteeseen, sulan perusmetallin ensimmäisen lähteen täydentämiseksi ainakin osittain sitä mu- 5 kaan, kun reaktio jatkuu, itsekantavan keraamisen sekarakenteen muodostamiseksi; ja f) mahdollisesti jätetään jäännösperusmetallia käsittävä metalli-substraatti liitetyksi keraamiseen sekarakenteeseen, joka siten käsitit) tää keramiikkapinnaksi muodostetun keraamisen matriisin metallisubst- raatin päällä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, että täydentäminen käsittää sulan perusmetallin virtaamisen varastoläh- 15 teestä ensimmäiseen lähteeseen painovoimavirtausyhteyden ansiosta.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäistä lähdettä täydennetään antamalla osa sulasta perusmetallista virrata varastolähteestä kosketukseen täyteainemassan kanssa 20 ja sen jälkeen sulan perusmetallin virtaus jatkuu varastolähteestä ainakin osittaisen täydentämisen suorittamiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennen kuumennusvaihetta perusmetallin ensimmäinen lähde käsittää 25 perusmetallin kiinteän kappaleen asetettuna fyysiseen kosketukseen täyteainemassan kanssa ja kuumennuksen jälkeen, joka johtaa siihen, että saadaan sulaa perusmetallimassaa ensimmäisestä lähteestä, sulan perusmetallin varastolähde on yhteydessä sulan perusmetallin massaan ainakin osittaisen täydentämisen suorittamiseksi. 30

5. Patenttivaatimuksen 3 tai 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osittainen täydentäminen tapahtuu painovoimavirtausyhteyden ansiosta.

6. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetallin ensimmäinen lähde käsittää perusmetallin 48 89587 kiinteän kappaleen, joka on tietyn mallin muotoinen, ja täyteainemassa käsittää täyteaineen, joka on mukautuvassa yhteydessä muotoiltuun kappaleeseen, jolloin, kun reaktio on mennyt loppuun niin, että täyteaineeseen on suotautunut haluttu määrä perusmetallia itsekantavan keraa-5 misen sekarakenteen muodostamiseksi ja mahdollinen perusmetallin ylimäärä, joka ei ole muodostanut hapetusreaktiotuotetta, poistetaan täyteaineesta ja itsekantava keraaminen sekarakenne sisältää muotoillun kappaleen käänteisesti toistetun geometrian.

7. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteainemassa käsittää ainakin yhden muotoillun esimuotin.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osaa esimuotin pintaa rajoittaa rajoitin. 15

9. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se lisäksi käsittää rajoittimen, joka on ainakin osittain etäisyydellä perusmetallin ensimmäisestä lähteestä täyteainemassan ainakin yhden pinnan määrittämiseksi ja reaktiota tapahtuu kunnes hape- 20 tusreaktiotuote saavuttaa rajoittimen sellaisen keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi, jonka ulkopinta on rajoittimen määräämä.

10. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaineessa on ontelo ja suuntaus suoritetaan niin, että 25 sulan perusmetallin ensimmäinen lähde on kosketuksessa ontelon ainakin yhden seinän kanssa hapetusreaktiotuotteen suotautumisen edetessä tästä seinästä tai tätä seinää pitkin.

11. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 30 siitä, että se lisäksi käsittää sulan perusmetallin varastolähteen ylläpitämisen sellaisella korkeudella ensimmäisestä lähteestä, joka on sulan perusmetallin massan korkeimman tason yläpuolella staattisen paineen ylläpitämiseksi sulan perusmetallin ensimmäisen lähteen kappaleessa. 35 49 89587

12. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaineinassa käsittää useita erilaisia täyteainemassoja, joista jokainen on kosketuksessa sulan perusmetallin kanssa.

13. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kun reaktio, joka tapahtuu, kun sula perusmetalli pidetään kosketuksessa täyteainemassaan, on mennyt loppuun, reagoimaton metalli saa jähmettyä kosketuksessa itsekantavaan keraamiseen sekarakenteeseen metallisubstraatin saamiseksi, joka on yhtenäinen tämän kanssa. 10

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteainemassa sisältää ainakin yhden ontelon, joka on yhteydessä sulaan perusmetalliin ja tässä ainakin yhdessä ontelossa oleva reagoimaton sula perusmetalli saa jähmettyä metallisubstraatin saamiseksi 15 sisäpuolisena kerroksena, jolla on keraamisen sekarakenteen ulkopinta.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keraamisen sekarakenteen tilavuus on suurempi tai pienempi kuin metallisubstraatin tilavuus, joka on muodostettu yhtenäiseksi tämän 20 kanssa.

16. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiiniperusmetallin, titaania, piitä, sirkoniumia, hafniumia tai tinaa. 25

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetin käsittää ilmaa ja mainittu lämpötila-alue on noin 850°C -1450°C ja hapetusreaktiotuote käsittää alumiinioksidia.

18. Patenttivaatimuksen 17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä lisäksi määritetään täyteainemassan ainakin yksi raja ra-joittimella.

19. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 35 siitä, että käytetään ainakin yhtä lisäainetta perusmetallin yhteydessä. so 89587

20. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että esimuotteja voi olla useampia, joista jokainen on kosketuksessa sulaan perusmetalliin.

21. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiinia, hapetin käsittää happea ja rajoitin käsittää ainakin yhden aineen, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu ruostumaton teräs, kipsi, kalsiumsilikaatti, kalsiumsulfaatti, vollastoniitti ja portland-sementti. 10

22. Jonkin patenttivaatimuksen 1-21 mukaisella menetelmällä valmistettu itsekantava keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että se käsittää (a) perusmetallia käsittävän substraatin ja (b) keraamisen pinnan, joka käsittää keraamista matriisia, joka on muodostettu yhte- 15 naiseksi substraatin kanssa ja joka keraaminen pinta käsittää perusmetallin ja hapettimen välistä hapetusreaktiotuotetta, johon on upotettu ainakin yhtä täyteainetta.

23. Patenttivaatimuksen 22 mukainen keraaminen sekarakenne, t u n -20 n e t t u siitä, että täyteaine on muotoiltu esimuotiksi.

24. Patenttivaatimuksen 22 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että keraaminen pinta ympäröi substraattia.

25. Patenttivaatimuksen 22 mukainen keraaminen sekarakenne, tun nettu siitä, että täyteaineen ainakin yksi pintaraja on määritelty rajoittimella.

26. Jonkin patenttivaatimuksen 22-25 mukainen keraaminen sekarakenne, 30 tunnettu siitä, että keraaminen pinta on sijoitettu substraatin uiko- tai sisäpuolelle.

27. Jonkin patenttivaatimuksen 22-25 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiiniperusmetal-

35 Iin ja keraaminen pinta käsittää alumiinioksidin. 5i 89587

28. Patenttivaatimuksen 22 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että keraamisen pinnan tilavuus on suurempi tai pienempi kuin substraatin tilavuus.

29. Jonkin patenttivaatimuksen 22-24 mukainen sekarakenne, tun nettu siitä, että keraaminen pinta muodostaa sisävuorauksen substraatissa olevalle ontolle ontelolle.

30. Patenttivaatimuksen 22 mukainen sekarakenne, tunnettu 10 siitä, että keraaminen pinta on puristuksessa ja substraatti on jännityksessä näiden kahden välisellä rajapinnalla.

31. Patenttivaatimuksen 22 mukainen sekarakenne, tunne ttu siitä, että substraatti käsittää yhden tai useamman metallin valittuna 15 titaanista, sirkoniumista, hafniumista, tinasta, alumiinista ja piistä koostuvasta ryhmästä.

32. Patenttivaatimuksen 22 mukainen keraaminen sekarakenne, tunnettu siitä, että se on valmistettu käytettäväksi pumppukomponent- 20 tina, venttiilikomponenttina tai polttomoottorikomponenttina. 52 89587