FI89588B - Foerfarande foer producering av en sjaelvbaerande keramisk kropp med en eller flera kanaler samt sjaelvbaerande keramisk sammansatt kropp - Google Patents

Description

Menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi varustettuna yhdellä tai useammalla kanavalla sekä 8 9 588 itsekantava keraaminen sekarakennekappale Förfarande för producering av en självbärande 5 keramisk kropp med en eller flera kanaler samt självbärande keramisk sammansatt kropp 10 Keksinnön ensimmäisenä kohteena on menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi varustettuna yhdellä tai useammalla kanavalla, joka toistaa käänteisesti muotoillun, poistuvan metallin geometrian, joka keraaminen kappale saadaan hapettamalla perusmetallia muodostamaan monikiteisen materiaalin, joka käsittää (i) perusmetallin ja hapettimen 15 välisen hapettumisreaktiotuotteen ja (ii) yhtä tai useampaa metallista ainesosaa mukaanlukien poistuvan metallin ainesosia.

Keksinnön toisena kohteena on menetelmä itsekantavan keraamisen seka-rakennekappaleen tuottamiseksi varustettuna yhdellä tai useammalla 20 kanavalla, joka toistaa käänteisesti muotoillun poistuvan metallin geometrian, joka keraaminen sekarakennekappale käsittää (1) keraamisen matriisin, joka saadaan hapettamalla perusmetallia muodostamaan moniki-·.'·· teisen materiaalin, joka käsittää (i) perusmetallin ja hapettimen väli- t sen hapettumisreaktiotuotteen ja (ii) yhtä tai useampaa metallista ai- :***: 25 nesosaa mukaanlukien poistuvan metallin ainesosia ja (2) täyteaineeseen ··· suodattuneen matriisin.

Keksinnön kohteena on myös itsekantava keraaminen sekarakennekappale.

.. . 30 Esillä olevan keksinnön kohteena ovat laajasti ottaen itsekantavat ke- ; raamiset kappaleet ja menetelmät niiden valmistamiseksi, mukaanlukien ' keraamiset sekarakennekappaleet, joissa on yksi tai useampi kanava, : · : joka käänteisesti toistaa muotoillun poistuvan metallin geometrian.

35 Tämän keksinnön aihe liittyy hakijan US-patenttiin 4,713,360 Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit Ja menetelmät niiden valmistamiseksi". Tässä patentissa esitetään yleisesti menetelmä itsekantavien keraamisten kappaleiden valmistamiseksi käyttämällä tiet- 2 89588 tyä hapettumisIlmiötä hapettamaan perusmetalliesiaste. Hapettumisreaktiota voidaan edistää käyttämällä perusmetalliin lejeerattua lisäainetta, ja sillä saadaan tuotetuksi toivotun kokoisia itsekantavia keraamisia kappaleita kasvatettuina perusmetallin hapettumisreaktiotuotteena.

5

Yllämainittua hapettamismenetelmää parannettiin käyttämällä ulkoisia lisäaineita levitettyinä perusmetalliesiasteen pintaan, kuten on esitetty hakijan US-patentissa 4,853,352 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmät itsekantavien keraamisten materiaalien valmistalo miseksi".

Edellä mainittujen hapettamismenetelmien käyttö itsekantavien keraamisten kappaleiden valmistamiseksi, jotka sulkevat sisäänsä yhden tai useamman täyteaineen, on esitetty hakijan US-patentissa 4,851,375 15 nimeltään "Keraamiset sekarakennekappaleet ja menetelmät niiden valmistamiseksi" nimellä Marc S. Newkirk et ai. Tässä patentissa on esitetty uusi menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi kasvattamalla hapettumisreaktiotuote perusmetallista läpäisevään täyteainemassaan. Saatavalla sekarakenteella ei kuitenkaan ole määri-20 tettyä tai ennalta määrättyä muotoa.

Kyky tuottaa keraamisen kappaleen määritetty tai ennalta määritetty muoto, eli kyky kasvattaa keraaminen kappale ennaltaraäärättyyn kokoon ja muotoon, saavutettiin antamalla hapettumisreaktiotuotteen suotautua 25 muotoiltuun esimuottitäyteaineeseen, eli antamalla sen suotautua muotoillun esimuottitäyteaineen pintarajalle. Tämä tekniikka on esitetty : ; hakijan US-patentissa 5,017,526 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimel tään "Muotoillut keraamiset sekarakenteet ja menetelmiä niiden valmistamiseksi".

30

Edellä olevien menetelmien edelleen kehittäminen mahdollistaa itsekantavien keraamisten rakenteiden muodostamisen, jotka sisältävät yhden tai useamman ontelon, jotka puolestaan käänteisesti toistavat muotoillun esiasteperusmetallin positiivisen muotin geometrian, joka on upo-35 tettu mukautuvaan täyteainepetiin, joka on ainakin osittain itsesitou-tuva määritetyissä olosuhteissa, kuten on selvitetty hakijan US-paten- 3 8 9 5 S 8 tissa 4,828,785 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Käänteinen muodontoistomenetelmä keraamisten sekarakennekappaleiden valmistamiseksi ja menetelmällä saadut tuotteet". Edellä olevien menetelmien edelleen kehittäminen mahdollistaa itsekantavien keraamisten kappaleiden 5 muodostamisen, joilla on negatiivinen malli, joka käänteisesti toistaa täyteainemassaa vasten sijoitetun perusmetalliesiasteen positiivisen mallin, kuten on kuvattu hakijan US-patentissa 4,859,640 nimellä Marc S. Newkirk ja nimeltään "Menetelmä keraamisten sekarakennekappaleiden valmistamiseksi, jossa on muodoltaan toistetut pinnat ja menetelmällä 10 saadut tuotteet". Molemmissa näissä hakijan patenteissa ontelo toistaa käänteisesti perusmetallin geometrian.

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

15

Tiettyjen sovellusten yhteydessä esiintyy mielenkiintoa korvata metallit keramiikalla, koska keramiikka on tietyiltä ominaisuuksiltaan parempaa kuin metalli. Tähän korvaamiseen liittyy kuitenkin useita tunnettuja rajoituksia tai vaikeuksia, kuten mitoittaminen, kyky tuottaa 20 monimutkaisia muotoja, lopullisen käyttökohteen edellyttämien ominai-. . suuksien täyttäminen ja kustannukset. Ylläkuvatuissa hakijan patenteis sa kuvatuissa keksinnöissä voitetaan monet näistä vaikeuksista tai rajoituksista ja esitetään uusia menetelmiä, joiden avulla voidaan luotettavasti tuottaa keraamisia materiaaleja, mukaanlukien sekaraken-25 teet.

Hakijan US-patentissa 4,828,785 (tunnistettu yllä) kuvatussa keksinnössä helpotetaan vaikeuksia muodostettaessa keraamisia kappaleita, joissa on monimutkaisilla sisäisillä onteloilla varustettuja muotoja ja eri-30 tyisesti sisääntulo-onteloilla varustettuja muotoja. Tavanomaiset tai tunnetut menetelmät tällaisilla muodoilla varustettujen keraamisten tuotteiden valmistamiseksi jauhehiukkaset tiivistämällä tai sintraamal-la eivät ole sovellettavissa, koska sisäistä mallia, jota vaaditaan tietyn osan toivotun geometrian aikaansaamiseksi, ei voida helposti ... 35 poistaa, kun kappale on muodostunut sen ympärille. Vaikka tällaisten osien geometrioita voidaan joskus valmistaa työstämällä toivottu muoto 4 B9588 viimeistellystä keraamisesta aihiosta, tätä käytetään harvoin korkeiden kustannusten vuoksi.

Keksinnön mukainen ensimmäinen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, 5 että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: (a) sijoitetaan muotoiltu poistuva metalli perusmetallin viereen suhteessa toisiinsa siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen myötä ainakin osa muotoillusta poistuvasta metallista hautautuu moni- 10 kiteiseen materiaaliin; (b) kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan muodostamaan sulan perusmetallin massan, ja tässä lämpötilassa (1) 15 annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen, (2) pidetään ainakin osa hapettumisreak-tiotuotteesta kosketuksessa sulan metallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä, jolloin sulaa perusmetallia vetäytyy progressiivisesti hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetlnta ja muotoiltua poistuvaa 20 metallia hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen jatkuessa hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä raja-1 pinnalla, (3) jatketaan reaktiota niin kauan, että ainakin osa muotoil lusta poistuvasta metallista hautautuu monikiteiseen materiaaliin, jonka jälkeen poistuva metalli hajautuu monikiteiseen materiaaliin 25 muodostaen samanaikaisesti yhden tai useamman kanavan, joka toistaa käänteisesti muotoillun poistuvan metallin hautautuneen osan geometrian, ja (4) otetaan talteen keraaminen kappale.

Keksinnön mukainen toinen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että 30 menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: (a) sijoitetaan muotoiltu poistuva metalli täyteaineen massan tukemana perusmetallin viereen suhteessa toisiinsa siten, että muodostuessaan hapettumisreaktiotuote suodattuu täyteaineeseen ja ainakin osa muotoil-35 lusta poistuvasta metallista hautautuu hapetusreaktiotuotteeseen, joka täyteaine on läpäisevä hapettimelle, kun hapettimen edellytetään tule- 5 89588 van kosketukseen sulan perusmetallin kanssa, ja joka on läpäisevä ha-pettumisreaktiotuotteelle sen kasvaessa tämän läpi; (b) kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapet-5 tumisrektiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan muodostamaan sulan perusmetallin massan, ja sanotussa lämpötilassa (1) annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen, (2) pidetään ainakin osa hapettumisreak-tiotuotteesta kosketuksessa sulan metallin massan ja hapettimen kanssa 10 näiden välillä, jolloin sulaa perusmetallia vetäytyy vähitellen hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta ja muotoiltua poistuvaa metallia hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen jatkuessa hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, (3) jatketaan reaktiota niin kauan, että ainakin osa muotoillus-15 ta poistuvasta metallista hautautuu monikiteiseen materiaaliin, jonka jälkeen poistuva metalli hajautuu monikiteiseen materiaaliin muodostaen samanaikaisesti yhden tai useamman kanavan, joka toistaa käänteisesti muotoillun poistuvan metallin hautautuneen osan geometrian, ja (A) erotetaan saatu keraaminen sekarakennekappale ylimääräisestä täyte-20 aineesta, jos sellaista on.

Keksinnön mukainen itsekantava keraaminen sekarakennekappale on pää-: asiassa tunnettu siitä, että se käsittää monikiteisen matriisin, joka . on saatu hapettamalla perusmetallia hapetusreaktiotuotteekseen ja joka 25 sisältää myös yhtä tai useampaa metallista ainesosaa, mukaanlukien !! poistuvaa metallia, ja täyteaineen, johon matriisi on suotautunut, ja että siinä on yksi tai useampi kanava, jotka toistavat käänteisesti muotoillun poistuvan metallin, joka on ollut sijoitettuna lähtöasemaan täyteainepetiin, ja että hapettaminen on suoritettu olosuhteissa, jotka : 30 saavat ainakin osan muotoillusta poistuvasta metallista hautautumaan : · kasvavaan hapettumisreaktiotuotteeseen ja saavat muotoillun poistuvan metallin hajautumaan keraamiseen matriisiin jättäen jälkeensä yhtenä tai useampana kanavana tilan, jossa aikaisemmin muotoillun poistuvan metallin hautautunut osa sijaitsi.

35 6 89588

Esillä olevan keksinnön avulla tuotetaan edelleen lisämenetelmä keraamisten kappaleiden valmistamiseksi, joissa on yksi tai useampi sisäinen kanava. Tämän mukaisesti keksinnön avulla voidaan tuottaa itsekantava keraaminen kappale, jossa on yksi tai useampi kanava, väylä, ontelo tai 5 vastaava, joka käänteisesti toistaa muotoillun poistuvan metallin geometrian tai mallin. Keraaminen kappale saadaan hapettamalla perusmetalli hapettimen kanssa muodostamaan monikiteisen materiaalin, joka muodostuu olennaisesti hapettumisreaktiotuotteesta ja yhdestä tai useammasta metallisesta ainesosasta mukaanlukien poistuvan metallin 10 ainesosat, jotka keraamista kappaletta muodostettaessa hajaantuvat sanottuun kappaleeseen. Tämän keksinnön menetelmän mukaisesti mallitettu tai muotoiltu poistuva metalli ja perusmetalli sijoitetaan suhteessa toisiinsa siten, että hapettumisreaktiotuotteen kasvu tai kehittyminen perusmetallista hautaa ainakin osan muotoillusta poistuvasta metallis-15 ta. Perusmetalli kuumennetaan sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan muodostamaan sulan perusmetallin massan, ja tässä lämpötilassa sulan perusmetallin annetaan reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen. Tässä lämpötilassa ainakin osa hapettumisreak-20 tiotuotteesta pidetään kosketuksessa sulan perusmetallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä, jolloin sulaa perusmetallia vetäytyy progressiivisesti hapettumisreaktiotuotteen läpi ja lopuksi muotoillun poistuvan metallin ympärille viimeksimainitun "hautaamiseksi" hapettumisreaktiotuotteen jatkaessa muodostumistaan hapettimen ja aikaisemmin 25 muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla. Reaktiota jatketaan niin kauan, että ainakin osa muotoillusta poistuvasta metallista uppoaa monikiteiseen materiaaliin, ja uppoutunut poistuva metalli hajautuu monikiteiseen materiaaliin muodostaen yhden tai useamman kanavan, joka olennaisesti käänteisesti toistaa muotoillun pois-30 tuvan metallin geometrian.

Keksinnön toisessa suoritusmuodossa ylläkuvattua menetelmää muunnetaan tuottamaan itsekantava keraaminen sekarakennekappale, jossa on yksi tai useampi kanava, sijoittamalla perusmetalli läpäisevän täyteainemassan 35 viereen ja asettamalla perusmetalli ja täyteaine suhteessa toisiinsa siten, että tapahtuu hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen kohti täy- 7 89538 teaineen massaa ja massaan. Tällaisessa tapauksessa muotoiltua ja poistuvaa metallia tukee täyteainepeti, ja hapettumisreaktiotuotteen kasvu suodattuu samanaikaisesti täyteaineeseen ja hautaa muotoillun poistuvan metallin, joka hajautuu keraamiseen sekarakennekappaleeseen. Muotoiltu 5 poistuva metalli voidaan haluttaessa varustaa päällystyksellä, joka suojaa poistuvaa metallia ennenaikaiselta liukenemiselta tai ennenaikaiselta pohjaanpainumiselta sulamisesta johtuen, jolloin se menettäisi ennaltamäärätyn mallin tai muodon. Edelleen voidaan valita päällyste, joka poistuvan metallin hajaantuessa muodostaa kanavaseinämiin vuorauk-10 sen parantaen siten keraamisen kappaleen ominaisuuksia.

Keksinnön lisäsuoritusmuodossa järjestetään edelleen itsekantava keraaminen kappale tai keraaminen sekarakennekappale, jossa on yksi tai useampi kanava, joka käänteisesti toistaa muotoillun poistuvan metallin 15 geometrian, ja joka kappale on saatu perusmetallin hapettumisilmiöllä, kuten yllä on kuvattu.

Keksinnön yhdessä erityisessä lisäsuoritusmuodossa käytetään edelleen hyväksi poistuvaa metallia, joka valitaan ryhmästä, joka koostuu rau-20 dasta, nikkelistä ja kromista (yhdestä tai useammasta) sekä yhdestä tai useammasta näiden seoksesta ja metallien välisestä yhdisteestä.

- Yleisesti ottaen tämä keksintö yhdistää hakijan patenttien prosessit uusien lisäkonseptien kanssa, joiden avulla voidaan muodostaa keraami-25 siä kappaleita, joissa on yksi tai useampi kanava, mukaanlukien monimutkaiset väylät, joissa on liitoksia, suunnanmuutoksia, jyrkkiä mutkia ja monimutkaisia muotoja, sellaisella tekniikalla, jonka avulla on mahdollista luotettavasti käänteisesti toistaa poistuvan metallin mallin likimaiset mitat ja muoto, eli metallista tehty, toivotun muodon 30 mukainen esimuotoiltu rakenne, joka on hajautettavissa perusmetallin hapettumisreaktiotuotteesta koostuvaan monikiteiseen materiaaliin. Monikiteiseen materiaaliin hajaantuessaan poistuva metalli jättää jälkeensä yhden tai useamman kanavan, joka käänteisesti toistaa sen aikaisemman muodon. Keraamiseen kappaleeseen voidaan saada aikaan toivotun 35 geometrian mukaisia sisäisiä aukkoja ja väyliä tämän keksinnön tekniikoiden avulla paljon helpommin kuin tavallisilla menetelmillä tai po- 8 39588 raamalla, hiomalla, jne. toivottu muoto valmistetusta keraamisesta aihiosta.

Tässä erittelyssä ja patenttivaatimuksissa käytettyinä allaolevat ter-5 mit määritetään seuraavasti:

Termin "keraaminen" ei tule virheellisesti ajatella olevan rajoitetun keraamiseen kappaleeseen termin klassisessa merkityksessä, eli siinä merkityksessä, että se muodostuu kokonaan epäorgaanisista ja ei-metal-10 lisistä materiaaleista, vaan se viittaa pikemminkin kappaleeseen, joka on pääasiassa keraaminen joko koostumukseltaan tai hallitsevilta ominaisuuksiltaan, vaikka kappale voi sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä yhtä tai useampaa metallista ainesosaa, joka on saatu perusmetallista tai pelkistetty hapettimesta tai lisäaineesta, tyypillisimmin 15 alueella noin 1-40 tilavuusprosenttia tai vieläkin enemmän.

"Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yleensä yhtä tai useampaa metallia missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai näiden yhdistelmälle 20 tai sillä on ollut yhteisiä elektroneja viimeksimainittujen kanssa. Tämän määritelmän mukaisesti "hapettumisreaktiotuote" siis sisältää yhden tai useamman metallin reaktion tuotteen hapettimen kanssa, joita metalleja ovat esimerkiksi tässä hakemuksessa mainitut metallit.

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

30 "Perusmetalli" tarkoittaa metallia, esim. alumiinia, joka on esiaste monikiteiselle hapettumisreaktiotuotteelle ja sisältää tämän metallin suhteellisen puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina epä-puhtauksineen ja/tai lisäainesosineen tai seoksena, jossa tämä metalli-esiaste on pääainesosa; ja kun määritetty metalli mainitaan perusmetal-35 Iina, esim. alumiini, tunnistettu metalli tulisi tulkita tämä määritelmä mielessä, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita.

9 89588 "Poistuva metalli" tarkoittaa metallia, metallien välistä yhdistettä tai seosta, joka upotessaan monikiteiseen hapettumisreaktiotuotteeseen hajautuu monikiteiseen materiaaliin jättäen taakseen kanavan, joka on kooltaan ja muodoltaan olennaisesti yhdenmukainen poistuvan metallin 5 aikaisemmin kattaman tilan kanssa. Edelleen tulee ymmärtää, että poistuva metalli voidaan saattaa mihin tahansa toivottuun tai hyödylliseen muotoon tai malliin, kuten ontot kappaleet, hiukkaset, jauheet, kuidut, langat, pallot, kuplat, metallivilla, levyt, aggregaatti, sauvat, tangot, levykkeet, kuulat, putket, viirakangas, sieni, pikkuputket ja 10 kalvot.

"Kanavaa" tai "kanavia" käytetään laajasti tarkoittamaan täyttämätöntä tilaa, onteloa, väylää tai vastaavaa, jolla ei välttämättä ole yhtenäisiä mittoja, sopivan tai toivotun muodon omaavassa massassa tai kappa-15 leessa, ja se ei rajoitu putkimaiseen muotoon.

Kuvio 1 on kaaviomainen pystypoikkileikkauskuva perusmetallin esiasteen ja muotoillun poistuvan metallin koosteesta sijoitettuna toistensa viereen hiukkasmaisen täyteaineen massaan, joka kooste on sijoitettu 20 tulenkestävään astiaan;

Kuvio 2 on hieman suurennetussa mittakaavassa esitetty tasokuva muotoillun perusmetallin esiasteen ja muotoillun poistuvan metallin koosteesta, jota on käytetty kuvion 1 koosteessa ja josta täyteaine on 25 jätetty pois selvyyden parantamiseksi;

Kuvio 3 on kuvion 1 linjaa 3-3 pitkin otettu kuva;

Kuvio 4 on edelleen suurennetussa mittakaavassa esitetty perspektiivi-30 kuva kuvion 1 koosteesta tehdystä itsekantavasta keraamisesta sekara-kenteesta, ja siinä esitetään ääriviivakuvauksena siihen muodostuneet, väyläverkoston käsittävät sisäiset aukot;

Kuviot 5,6 ja 7 ovat mikrovalokuvia kuvioiden 1,2 ja 3 keraamisten 35 sekarakennemateriaalien poikkileikkauksista tässä järjestyksessä; ja ίο 8 9 5 8 8

Kuvio 8 on valokuva tämän keksinnön menetelmän mukaan tehdystä keraamisesta sekarakennekappaleesta, jossa on kanavia, jossa valokuvassa yksi kanavista on valaistu takaapäin valotetun kanavan jatkuvuuden havainnollistamiseksi.

5 Tätä keksintöä sovellettaessa perusmetallia käytetään perusmetalliesi* asteen ja muotoillun poistuvan metallin koosteen osana. Poistuva metalli muotoillaan tai mallitetaan siten, että sen muoto toistetaan olennaisesti käänteisesti keraamisessa kappaleessa olevana yhtenä tai 10 useampana kanavana, mielellään keraamisessa sekarakennekappaleessa olevana yhtenä tai useampana kanavana. Tämän keksinnön mukaisia menetelmiä noudattamalla keraamiseen kappaleeseen voidaan käänteisesti toistaa monimutkaisia muotoja, kuten väyläverkostoja, keraamisen materiaalin muodostumisen tai kasvun aikana. Termiä "käänteisesti toistet-15 tu" käytetään siinä merkityksessä, että tämän keksinnön menetelmien avulla saadussa keraamisessa kappaleessa olevia kanavia määrittävät keraamisen kappaleen sisäpinnat, jotka ovat olennaisesti yhdenmukaiset prosessissa käytetyn muotoillun poistuvan metallin muodon kanssa. Muotoiltu poistuva metalli voidaan sopivasti muotoilla millä tahansa sopi-20 valla menetelmällä tai tavalla siten, että sopivat metaililangat voidaan esimerkiksi muodostaa lankaverkostoksi, joka määrittää väyläver-koston toivotun muodon, koon ja sijainnin. Metallikappale, kuten tanko, kalvo, sauva tai levy, voidaan vaihtoehtoisesti sopivasti työstää tai vetää toivottuun muotoon, tai muotoiltu poistuva metalli voidaan valaa, 25 muovata, pursottaa tai muuten muotoilla, jotta sille saadaan geometria, joka on yhdenmukainen keraamiseen kappaleeseen muodostettavien kanavien geometrian kanssa. Muotoillun poistuvan metallin elementtien pituus ylittää tyypillisesti niiden poikkileikkauksellisen paksuuden. Näin ollen on mahdollista tuottaa keraamisia kappaleita, joilla on äärimmäi-30 sen kapeat tai hienot aukot, kuten käyttämällä lankaa muotoiltuna poistuvana metallina. Muotoiltu poistuva metalli voi käsittää yhden tai useamman metallikappaleen, joka on sopivasti muotoiltu yhdellä tai useammalla menetelmällä tai tavalla siten, että sijoitettuna täyte-ainepetiin tai muutoin perusmetalliesiasteen viereen perusmetallin 35 hapettamisella saatu kasvava monikiteinen materiaali hautaa muotoillun 11 89588 poistuvan metallin ja täyteainetta käytettäessä suodattuu siihen tai ainakin osaan siitä.

Materiaalit ja reaktio-olosuhteet valitaan siten, että monikiteinen ma-5 teriaali ei kasva muotoillun poistuvan metallin kattamaan tilaan ja täytä sitä, vaan hautaa muotoillun poistuvan metallin, joka tämän jälkeen hajautuu ympäröivään monikiteiseen materiaaliin. Vaikka poistuva metalli liukenee, sekoittuu tai hajautuu monikiteiseen materiaaliin tai sen ainesosiin tai muutoin reagoi näiden kanssa, tuloksena on se, että 10 muotoiltu poistuva metalli lopuksi siirtyy ulos sen alunperin täyttämästä tilasta tai tilavuudesta ja siirtyy edelleen sitä hautaavan moni-kiteisen materiaalin massaan. Tämä jättää jälkeensä muotoillun kanavan, joka olennaisesti käänteisesti toistaa muotoillun poistuvan metallin geometrian. Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan suuri etu siinä 15 mielessä, että keramiikkaan muodostettavien kanavien geometria saadaan aikaan muotoilemalla tai työstämällä muotoiltua poistuvaa metallia sen sijaan, että keraamista kappaletta porattaisiin tai muutoin työstettäisiin.

20 Perusmetalliesiaste voi olla missä tahansa sopivassa tai tarkoituksenmukaisessa muodossa, kuten harkkoina, levyinä, tankoina tai vastaavina, perusmetallin lähteen tuottamiseksi. Mitä toivottujen kanavien muodostamiseen tulee, ei ole välttämätöntä järjestää perusmetallia mihinkään tiettyyn muotoon, kunhan riittävä määrä perusmetallia on sijoitettu 25 suhteessa muotoiltuun poistuvaan metalliin jälkimmäisen hautaamiseksi tai sen toivotun osan hautaamiseksi perusmetallin hapettamisella saadun monikiteisen materiaalin kasvavassa massassa. Perusmetalliksi voidaan valita alumiini, sirkonium, titaani, tina tai pii.

30 Keksinnön soveltamiseen valinnaisesti käytettävä täyteaine voi käsittää yhden tai useamman monista tarkoitukseen sopivista materiaaleista. Täyteaine voi esimerkiksi olla hiukkasmaista materiaalia, kuten tulenkestävää metallioksidia, esim. alumiinioksidin hienoja rakeita, tai se voi olla muussakin muodossa, kuten kuituina, karvoina tai villamaisena 35 kuitumateriaalina, esimerkiksi keraamisina kuituina. Täyteaine voi käsittää kahden tai useamman tällaisen geometrisen muodon yhdistelmän, 12 89588 esimerkiksi pienten hiukkasrakeiden ja kuitujen yhdistelmän. On ainoastaan välttämätöntä, että täyteaineen fysikaalinen muoto on sellainen, että se sallii muotoillun poistuvan metallin sijoittamisen täyte-ainepedin tai -massan päälle tai sen petiin tai massaan ja että täy-5 teaine on sellainen, että se keksinnön allakuvatuissa hapettamisreak-tio-olosuhteissa on läpäisevä hapettimen kululle tämän läpi, kun tällaista kulkua tarvitaan saattamaan hapetin kosketukseen perusmetallin kanssa, sekä läpäisevä hapettumisreaktiotuotteen kasvulle tämän läpi. Täyteaineen on oltava läpäisevä hapettimelle kaasufaasihapetintä käy-10 tettäessä, jotta jälkimmäinen voi tulla kosketukseen sulan perusmetallin kanssa ja hapettaa sen täyteaineen massassa.

Tämän keksinnön prosessia sovellettaessa muotoillun poistuvan metallin ja perusmetalliesiasteen kooste valmistetaan sijoittamalla muotoiltu 15 poistuva metalli ja perusmetalli toistensa viereen. Nämä komponentit voidaan tarvittaessa tukea millä tahansa sopivalla tavalla, kuten tukemalla muotoiltu poistuva metalli täyteainepedin päälle tai osittain tai kokonaan täyteainepetiin. Täyteainepeti voi myös olla kosketuksessa perusmetallin massan kanssa tai osittain tai kokonaan sulkea sen sisään-20 sä. Täyteaine on valinnainen, ja muotoiltu poistuva metalli ja perusmetalli voidaan sijoittaa toistensa viereen täyteainetta käyttämättä. Kummassakin tapauksessa kooste kuumennetaan perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle. Kuumentaminen johtaa sulan perusme-25 tallin massan tai altaan muodostumiseen, joka on alttiina hapettavalle ympäristölle yllämainitulla lämpötila-alueella. Sula perusmetalli reagoi hapettimen kanssa muodostaen hapettumisreaktiotuotteesta koostuvan monikiteisen materiaalin, jonka myötä alkaa muotoillun poistuvan metallin uppoaminen kasvavaan monikiteiseen materiaaliin. Ainakin osa ha-30 pettumisreaktiotuotteesta pidetään kosketuksessa sulan perusmetallin ja hapettimen kanssa näiden välillä siten, että ollessaan jatkuvasti alttiina hapettimelle sula perusmetalli vetäytyy progressivisesti hapet-tumisreaktiotuotteeseen ja sen läpi kosketukseen hapettimen kanssa aiheuttaen monikiteisen materiaalin jatkuvaa kasvua aikaisemmin muodos-35 tuneen hapettumisreaktiotuotteen ja hapettimen välisellä rajapinnalla. Hapettumisreaktiotuotteen jatkaessa kasvamistaan se suodattuu täyteai- 13 89588 neeseen täyteainetta käytettäessä ja hautaa muotoillun poistuvan metallin. Prosessia jatketaan, kunnes kasvava monikiteinen materiaali on haudannut muotoillun poistuvan metallin tai sen valitun osan, joka sitten hajautuu monikiteiseen materiaaliin.

5 Tämän keksinnön mukaan tuotetun keraamisen kappaleen monikiteinen materiaali sisältää valinnaisesti siihen upotetun täyteaineen sekä lisäksi yhden tai useamman metallisen ainesosan, kuten perusmetallin hapettu-mattomia ainesosia, tai se voi sisältää tyhjiöitä tai molempia, riip-10 puen olosuhteista, joissa hapettumisreaktio tapahtuu. Monikiteinen materiaali sisältää myös ainakin muotoillun poistuvan metallin täyttämän tilan läheisyydessä tai sen vyöhykkeen läheisyydessä poistuvan metallin hajautuneita ainesosia. Näissä monikiteisissä materiaaleissa hapettumisreaktiotuote käsittää tyypillisesti yhdistyneitä kristalliit-15 teja, mielellään kolmessa ulottuvuudessa. Metallin ainesosat tai sulkeumat tai tyhjiöt voivat myös olla osittain yhdistyneitä.

Poistuva metalli voi olla metalli, jonka sulamispiste on suunnilleen sama kuin hapetusreaktiotuotteen kasvulämpötila tai sen alapuolella, 20 vaikka poistettavien metallien toiston luotettavuus voi tällaisissa tapauksissa kärsiä muodonmuutoksista, mikä johtuu muotoillun poistuvan metallin ennenaikaisesta sulamisesta tai pehmenemisestä hapettumisreak-·*·.: tio-olosuhteissa. Tällaisesta ennenaikaisesta sulamisesta tai pehmene misestä johtuvat, muotoillun poistuvan metallin luotettavan käänteisen .25 toiston negatiiviset vaikutukset voidaan kuitenkin välttää tai niitä voidaan lieventää, kun metallin malli on pedin tukema tai kun muotoiltu . . poistuva metalli päällystetään tulenkestävällä päällysteellä. Muotoil lulla poistuvalla metallilla voi esimerkiksi olla päällyste, joka koostuu itsesitoutuvista tai sintrautuvista hienoista hiukkasista siihen 30 kiinnittyneinä siten, että korkean lämpötilan saavuttaessaan päällyste sitoutuu tai sintrautuu muodostamaan kovan kalvon, joka ympäröi muotoillun poistuvan metallin. Päällysteen tai kalvon ei tule olla läpäisemätön, mikä estäisi poistuvan metallin hajaantumisen hapettumis-reaktiotuotteeseen. Päällyste voi olla sellainen, että se reagoi moni-35 kiteisen materiaalin kanssa, hajautuu siihen tai ei erotu siitä.

14 8 9588

Mitä tahansa ongelmia, jotka liittyvät muotoillun poistuvan metallin ennenaikaiseen pehmenemiseen tai sulamiseen, Josta puolestaan seuraa muotoillun poistuvan metallin käänteisen toiston luotettavuuden menetys, voidaan vähentää käyttämällä poistuvana metallina metallia tai 5 seosta, jonka sulamispiste on sen lämpötilan yläpuolella, jossa hapettumisreaktio voidaan tehokkaasti suorittaa. Alumiiniperusmetallia käytettäessä sopivia poistuvia metalleja, joiden sulamispiste on sen lämpötilan yläpuolella, jossa hapettumisreaktiotuote muodostuu, ovat esimerkiksi tavaramerkeillä FECALLOY, KANTHAL ja CABOT 214 myytävät rauta-10 kromi-alumiini-seokset, jotka ovat tässä järjestyksessä United Kingdom Atomic Energy Authority:n, Kanthal Corporationiin ja Cabot Companyin tavaramerkkej a.

Joissakin tapauksissa voi olla tarkoituksenmukaista järjestää vuoraus 15 kanavien seinämiin seinämien ominaisuuksien muuntamiseksi tai parantamiseksi. Tämä vuoraus voidaan saada aikaan päällystämällä muotoiltu poistuva metalli sopivalla materiaalilla, joka sitten uppoaa keraamiseen kappaleeseen ja josta tulee yhtenäinen osa keraamista kappaletta muodostuneiden kanavien viereisellä vyöhykkeellä. Vaihtoehtoisesti voi-20 daan valita päällyste, joka reagoi sulan perusmetallin kanssa muodostaen yhdisteen, kuten oksidin, joka sitten toimii kanavien vuorauksena. Hapettumisreaktio-olosuhteissa päällysteellä varustettu poistuva metal-] li hajautuu monikiteiseen materiaaliin, ja kanavien viereisessä vyöhyk keessä kehittyy päällysteestä koostuva vuoraus. Päällyste valitaan : 25 siten, että saadaan aikaan vuoraus, jolla on toivotut ominaisuudet kuten ruosteenkesto. Muotoiltu poistuva metalli voidaan esimerkiksi päällystää reagoimattomilla hiukkasilla, kuten piikarbidilla, alumiini-oksidilla tai vastaavalla. Kasvava monikiteinen materiaali suodattuu hiukkasiin ja hautaa poistuvan metallin muodostaen näin kanavalle vuo-30 rauksen, joka käsittää hiukkasia ympäröivän monikiteisen materiaalin matriisin. Muotoiltu poistuva metalli voidaan vaihtoehtoisesti päällystää reaktiivisella yhdisteellä, kuten oksidilla, joka on perusmetallilla pelkistettävissä. Päällyste voidaan levittää muodostamalla oksi-dihiukkaset pastaksi, jossa on sopiva sideaine kuten orgaaninen liima, 35 ja yksi tai useampi päällyste voidaan levittää muotoiltuun poistuvaan metalliin toivotun paksuuden saavuttamiseksi. Muodostettaessa esimer- 15 C i? S O o kiksi alfa-alumiinioksidista monikiteistä materiaalia, joka on saatu hapettamalla alumiiniperusmetallia Ilmassa, oksidi, kuten kromioksidi, joka on pelkistettävissä sulalla alumiiniperusmetallilla, levitetään päällysteenä poistuvaan metalliin kuten Kanthal-seokseen (rauta-kromi-5 alumiini-seokseen). Kromioksidi pelkistyy ilmeisesti metalliseksi kromiksi, joka hajautuu keraamiseen kappaleeseen luultavasti alumiinipe-rusmetallin yhden tai useamman metallin reaktion vaikutuksesta. Hapettumisen samanaikaisuus kromioksidin pelkistymisen kanssa muodostaa alumiinioksidin sillä tuloksella, että kanavien seinämät keraamisessa 10 kappaleessa vuorautuvat olennaisesti alumiinioksidilla. Tällaista tekniikkaa voidaan myös käyttää hyväksi yhden tai useamman inerttisen hiukkasen yhteydessä, kuten yllä on selvitetty, sekoittamalla esimerkiksi kromioksidi ja alumiinioksidi keskenään tai levittämällä tästä seoksesta koostuva päällyste poistuvaan metalliin. Näin voidaan havai-15 ta, että muotoiltuun poistuvaan metalliin levitettyä päällystettä voidaan käyttää hyväksi sekä järjestämällä vuoraus kanavien seinämiin että tuottaa esille yksi tai useampi ainesosa, joka sellaisenaan tai reaktiotuotteen ainesosana hajautuu keraamiseen kappaleeseen, eikä rajoitu kanavien seinämiä vuoraaviin vyöhykkeisiin.

20

Viitaten nyt piirustuksiin, kuviossa 1 esitetään tulenkestävä astia 2, kuten alumiinoksidiastia, joka sisältää täyteainepedin 4 upotettuna . . muotoiltuun poistuvaan metalliin 6. Tason X-X alapuolella on inertti- sestä hiukkasmaisesta materiaalista koostuva tukipohja 8, jota perus-25 metalli ei kostuta ja joka on ei-läpäisevä reaktiotuotteen kasvulle sen läpi prosessiolosuhteissa. Jos esimerkiksi alumiiniperusmetalli on kohtuullisissa reaktiolämpötiloissa, tukipeti 8 voi käsittää El Alun-dum-hiukkasia, jotka on valmistanut Norton Company. Täyteaineen 4 pohjaan upotettuna ja pedin 8 tukemana sijaitsee perusmetallin 10 massa.

30 Perusmetalli 10 voi olla järjestetty mihinkä tahansa sopivaan muotoon, kuten on esitetty kuvioiden 1,2 ja 3 havainnollistetussa suoritusmuodossa, ja se on yleisesti muodoltaan suorakulmainen ja litteä ja siinä on päälipinta 11, vastakkainen pohjapinta 13 sekä numeroimattomat sivupinnat.

'35 ie 89588

Muotoiltu poistuva metalli 6 käsittää havainnollistetussa suoritusmuodossa koosteen poistuvan metallin langoista, joilla on pyöreä poikkileikkaus. Viitaten kuvioihin 1,2 ja 3, langalla 12 on pohjarengas 15 asennettuna sen vapaaseen päähän, ja langan 12 halkaisija on suurempi 5 kuin langan 14 halkaisija, jolla puolestaan on suurempi halkaisija kuin langoilla 16a,16b,16c,16d ja 16e, joiden halkaisijat ovat samansuuruiset. Kuten kuviossa 3 on esitetty, lanka 14 on sijoitettu olennaisesti rinnan perusmetallin 10 vastapäätä olevan yläpinnan 11 kanssa, kuten langat 16a-16e, vaikka kuviossa 3 näkyy ainoastaan lanka 16a. Lanka 12 10 ei ole rinnan yläpinnan 11 kanssa, vaan se on sijoitettu siihen nähden vinosti ylöspäin katsottuna langan 12 vapaasta päästä kohti kohtaa, jossa se tulee kosketukseen langan 14 kanssa. Lankojen 16a-16e toinen pää koskettaa lankaa 14. Yksittäiset langat voidaan liittää toisiinsa sopivalla sideaineella, mekaanisella liitoksella tai millä tahansa me-15 talleja toisiinsa liittävällä tekniikalla, kuten juottamalla, pronsaa-malla tai hitsaamalla. Muotoiltu poistuva metalli 6 tai sen segmentit voidaan vaihtoehtoisesti valaa tai muutoin järjestää yhtenäisenä yksikkönä. On todettava, että muotoiltu poistuva metalli 6 voidaan valmistaa mihinkä tahansa sopivaan toivottuun muotoon. Yksi tai useampi lanka 20 voidaan esimerkiksi käyristää, ja muotoiltu poistuva metalli voi sisältää tai käsittää muotoiltuja kappaleita, kuten kiekkoja, kuutioita, ' - lieriöitä, joilla on ympyrämäinen, soikea tai monikulmainen poikkileik- kaus, tai muotoiltuja kappaleita kuten ruuvikierteitettyjd, uritettuja tai hampaistettuja elimiä, jne. Esimerkiksi sopivasta poistuvasta me-25 tallista tehtyä kierukkajousta voidaan käyttää muodostamaan keraamiseen kappaleeseen kierukkamainen väylä. Muotoillut kappaleet ja kierukkamai-set, silmukkamaiset ja suorat langat voidaan haluttaessa yhdistää, jotta voidaan saavuttaa toivotun muodon mukainen yksi tai useampi kana-va.

30

Kuvion 1 kooste kuumennetaan lämpötilaan, joka on kyllin korkea sulattamaan perusmetallin 10 (ja hapettamaan sen), mutta joka ei kuitenkaan sulata muotoillun poistuvan metallin 6 poistuvaa metallia tai perusmetallista muodostettavaa hapettumisreaktiotuotetta. Kaasufaasihapetin 35 läpäisee täyteaineen 4 pedin ja tulee kosketukseen sulan perusmetallin kanssa sanotulla lämpötila-alueella hapettaakseen sulan perusmetallin 17 89 588 ja kasvattaakseen siitä hapettumisreaktiotuotteen. Kun esimerkiksi alumiini on perusmetalli, hapettumisreaktiolämpötila voi olla noin 800-1450°C, mielellään noin 900-1350°C, ilman tai muun happea sisältävän kaasun ollessa hapettimena, saatava hapettumisreaktiotuote on alfa-5 alumiinioksidi. Sula perusmetalli vetäytyy muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen läpi muodostaen keraamisen kappaleen, joka kasvaa kuvion 1 katkoviivan 5 osoittamaan määrään asti. Reaktion jatkuessa monikiteinen materiaali hautaa muotoillun poistuvan metallin 6. Reaktiota jatketaan, kunnes kasvava monikiteinen materiaali suodattuu ainakin osaan ympä-10 röivästä täyteainepedistä 4 ja ympäröi kaiken tai lähes kaiken muotoillun poistuvan metallin 6. Voi olla tarkoituksenmukaista järjestää tukipisteestä erillään olevien lankojen 12 ja 16a-16e osuudet tässä järjestyksessä siten, että ne ulottuvat keraamisen kappaleen kasvun määrän ulkopuolelle, joka kappale on saatu hapettamalla perusmetalli, jotta 15 voidaan saada lankojen sijainti keraamisessa kappaleessa näkyväksi.

Poistuva metalli hajautuu monikiteiseen materiaaliin, johon se on hautautunut, siirtyen näin muotoillun poistuvan metallin 6 aikaisemmin kattamasta tilasta ja jättäen jälkeensä tyhjiönä tai kanavana yllämainitun tilan. Haluamatta sitoutua mihinkään teoriaan tai spekulaa-20 tioon on ilmeistä, että muotoiltu poistuva metalli 6 on hapettumisreak-• ; tio-olosuhteissa olemassa niin kauan, että kasvava monikiteinen materi aali on pakotettu kasvamaan sen ympärille siten, että poistuvan metal-Iin lopullisesti hajaantuessa keraamiseen kappaleeseen jää jäljelle kanavia, jotka olennaisesti käänteisesti toistavat muotoillun poistuvan ·" 25 metallin 6 muodon tai tarkemmin sanottuna, jotka käänteisesti toistavat " nyt hajautuneen muotoillun poistuvan metallin 6 entisen muodon. Muo toillun poistuvan metallin 6 kunkin osan tai elementin mitat ovat ainakin osittain yhdenmukaiset keraamiseen kappaleeseen muodostuneiden kanavien mittojen kanssa.

30

Reaktion lopussa, joka suositeltavasti tapahtuu kun perusmetallin massa on olennaisesti täydellisesti hapettunut muodostuneen kanavan (muodostuneiden kanavien) tukkeutumisen välttämiseksi perusmetallilla ja kun muotoiltu poistuva metalli 6 (ja osa täyteaineesta 4) on hautautunut — 35 monikiteiseen materiaaliin, koosteen annetaan jäähtyä ja saatava keraa minen sekarakennekappale, jonka mitat on osoitettu kuvion 1 katkovii- ie B 9 5 8 8 valla 5, erotetaan astiaan 2 jääneestd Illasta täyteaineesta, jos tätä on jäljellä. Tällainen liika täyteaine tai sen osa voi muodostaa koos-sapysyvän massan, koska täyteaine tai sen osa voi reaktlolämpötilassa olla itsesltoutuva. Jos liika täyteaine on kuitenkin osittain sintrau-5 tunut, se voidaan poistaa helposti keraamisesta kappaleesta hiekkapuhalluksella, hiomalla tai vastaavalla tavalla. On taloudellista käyttää hiekkapuhallusta käyttäen rakeina sellaisen materiaalin hiukkasia, jotka sopivat täyteaineeksi tai täyteaineen ainesosaksi siten, että poistettua täyteainetta ja poistettuja rakeita voidaan käyttää uudel-10 leen täyteaineena myöhemmässä vaiheessa. Joka tapauksessa keraaminen sekarakennekappale, jossa on yksi tai useampi siihen muodostunut kanava, työstetään, hiotaan tai muutoin muotoillaan toivottuun ulkoiseen muotoon. Kuten kuviossa 4 on havainnollistettu, keraaminen sekarakennekappale 18 on esimerkiksi työstetty litteän, suorakulmaisen aihion 15 muotoon, jolla on yläpinta 20, etupinta 22 ja takapinta 24. Keraamiseen sekarakennekappaleeseen 18 on muodostunut kanavia koostuen yhdistyneistä pyöreistä väylistä 12', joilla on ontelo 15' yhdistettynä kokooma-väylään 14', joka on puolestaan yhdistetty poistoväylien 16a',16b', 16c',16d’ ja 16e' sarjaan. Poistoväylien toinen pää avautuu etupintaan 20 22 ja väylän 12' toinen pää avautuu keraamisen kappaleen 18 takapintaan . : 24. On ymmärrettävää, että eri väylien muoto toistaa käänteisesti muo- ; toillun poistuvan metallin 6 muodon. Väylät on numeroitu yksittäisten lankojen mukaan, joiden muodon ne käänteisesti toistavat lukuunottamat-'* ta lisättävää pääindikaattoria. Keraaminen kappale 18 käsittää näin 25 artikkelin, joka soveltuu hyvin suuttimeksi tai jakaimeksi nesteelle, jota syötetään väylän 12' kautta ja joka hajautetaan väylien 16a'-16e' kautta. Väylät on tarkoin asennoitettu ja mitoitettu, ilman että tarvitaan porausta keraamisen kappaleen 18 läpi. Sen sijaan, että keraaminen kappale kasvatettaisiin likimääräiseen muotoon ja työstettäisiin sitten : 30 lopulliseen ulkoiseen muotoon, keraaminen kappale voidaan kasvattaa toivottuun kokoon ja muotoon sopivilla tekniikoilla käyttämällä esimerkiksi muotoiltua esimuottitäyteainetta, kuten on yksityiskohtaisesti kuvattu yllämainitussa hakijan US-patentissa 5,017,526. Tällaisten tekniikoiden avulla vältetään tarve laajasti hioa tai työstää keraamista 35 kappaletta.

is 89588

Keraaminen kappale voidaan haluttaessa kasvattaa siten, että se täysin hautaa poistuvan metallin mallin, ja tämän vuoksi mikään muodostunut kanava ei ole avoin ulkopinnalle. Keraaminen tuote voidaan avata, eli se voidaan leikata, hioa, halkaista, työstää, jne., Jotta ainakin yksi 5 kanavista voidaan yhdistää tai asettaa alttiiksi pintaan.

Itsekantava keraaminen sekarakennekappale, joka on valmistettu tämän keksinnön mukaan, soveltuu käytettäväksi nesteenpoistosuuttimena, suulakkeena, kalibroituna suuttimena tai vastaavana artikkelina, jolla 10 säännöstellään tai helpotetaan nesteen, kaasun, sulan metallin, polymeerin, hartsin tai vastaavan virtausta tai kulkua. Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettynä "nesteenpoistosuutinta" käytetään laajasti tarkoittamaan minkä tahansa tyyppistä suutinta, kuten nestesuihku- tai poistosuuttimia, puristussuulakkeita ja suuttimia, joita 15 käytetään esimerkiksi synteettisten kuitujen tai säikeiden sulapuhal-luksessa tai keskipakolinkouksessa, jne. ja "suulake" tarkoittaa eri-koissuutinta, jota käytetään tavallisesti lasikuitujen tai synteettisten orgaanisten polymeerikuitujen sulakehräyksessä. Poistuva metalli muotoillaan ja sijoitetaan täyteaineeseen kanavalle tai kanaville ha-20 luttavien muotojen ja mittojen mukaan, jotka kanavat käsittävät neste-virtausradan. Keraamiseen kappaleeseen muodostettu kanava tai muodostetut kanavat muotoillaan siten, että niillä on tuloaukko ja poistoaukko, muotoilemalla poistuva metalli siten, että muodostettu kanava tai muodostetut kanavat ulottuvat keraamisen sekarakennekappaleen yhdelle tai 25 useammalle pinnalle tai avaamalla toivotulla kanavalla tai toivotuilla kanavilla varustettu sekarakennekappale, jotta saadaan aikaan pääsy yhteen tai useampaan kanavaan. Keraamisen sekarakennekappaleen "avaamisella" tarkoitetaan sen työstämistä, leikkaamista, hiomista, poraamis-' ta, halkaisemista tai vastaavaa, jotta saadaan aikaan pääsy yhteen tai 30 useampaan kanavaan. Tällä keksinnöllä mahdollistetaan keraamisten seka-rakenneartikkeleiden valmistaminen, joilla on monimutkainen nesterata. Tämän mukaisesti voidaan valmistaa esimerkiksi artikkeli, jossa useat kanavat yhdistyvät harvempiin poistokanaviin tai yksittäiseen poisto-kanavaan tai jossa tulovirtaus päinvastaisesti jakautuu yksittäisestä 35 tulokanavasta useampaan poistokanavaan kuten esimerkiksi polttomoottorin polttoaineruiskutussuuttimessa tai polymeerikuitujen pursottamiseen 20 8958b soveltuvassa suulakkeessa. Muotoilemalla erityisesti poistuvan metallin mitat voidaan samaten saada aikaan monimutkainen virtausrata tulo- ja poistokanavien välille, jossa on esimerkiksi sekoituskammio erillisten nesteiden sekoittamiseksi, jotka on syötetty kanavaan useampien tulo-5 kanavien kautta.

Vaikka keksinnön erityisiä suoritusmuotoja on kuvattu yksityiskohtaisesti viitaten erityisesti alumiiniin perusmetallina, muita tämän keksinnön kriteerit täyttäviä sopivia perusmetalleja ovat, mutta eivät 10 niihin rajoitu, pii, titaani, tina, sirkonium ja hafnium. Alumiinin ollessa perusmetallina keksinnön erityisiä suoritusmuotoja ovat esimerkiksi alfa-alumiinioksidi tai alumiininitridi hapettumisreaktiotuot-teena; titaani perusmetallina ja titaaninitridi hapettumisreaktiotuot-teena; pii perusmetallina ja piikarbidi hapettumisreaktiotuotteena.

15

Kiinteää, nestemäistä tai kaasufaasihapetinta tai tällaisten hapetti-mien yhdistelmää voidaan käyttää. Tyypillisiä hapettimia ovat esimerkiksi rajoituksitta happi, typpi, halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri ja niiden yhdisteet ja yhdistelmät, 20 kuten esimerkiksi piidioksidi (hapen lähteenä), metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni ja propyleeni (hiilen lähteinä) ja seokset kuten ilma, H2/H20 ja C0/C02, joista kaksi jälkimmäistä (eli H2/H20 ja C0/C02) ovat erityisen hyödyllisiä vähentämään ympäristön happiaktiivi-suutta. Keksinnön keraaminen rakenne voi siis käsittää hapettumisreak-25 tiotuotteen sisältäen yhden tai useamman oksidin, nitridin, karbidin, boridin ja oksinitridin. Tarkemmin sanottuna hapettumisreaktiotuote voi olla yksi tai useampi alumiinioksidi, alumiininitridi, piikarbidi, piiboridi, alumiiniboridi, titaaninitridi, sirkoniumnitridi, titaanibo-ridi, sirkoniumboridi, sirkoniumkarbidi, piinitridi, molybdeenisili-30 sidi, titaanikarbidi, hafniumkarbidi, hafniumboridi ja tinaoksidi.

Vaikka keksinnön erityisiä suoritusmuotoja kuvataan viitaten kaasufaa-sihapettimien käyttöön, mitä tahansa sopivia hapettimia voidaan käyttää. Jos kaasu- tai höryhapetinta käytetään, eli kaasufaasihapetinta, 35 keraamisen kappaleen valmistamiseksi, joka sulkee sisäänsä täyteaineen, täyteaine on läpäisevä kaasufaasihapettimelle siten, että täyteainepe- 2i 39588 din ollessa alttiina hapettimelle kaasufaasihapetin läpäisee täyte-ainepedin tullen kosketukseen siinä olevan sulan perusmetallin kanssa. Termi "kaasufaasihapetin" tarkoittaa höyrystynyttä tai normaalisti kaasumaista materiaalia, joka tuottaa hapettavan ilmakehän mielellään 5 ilman paineessa. Esimerkiksi happea (mukaanlukien ilman) sisältävät happi- tai kaasuseokset ovat suositeltavia kaasufaasihapettimia, kuten tapauksessa, jossa alumiini on perusmetalli ja alumiinoksidi on toivottu reaktiotuote; ilmaa pidetään tavallisesti parempana ratkaisuna ilmeisistä taloudellisista syistä johtuen. Kun hapetin tunnistetaan tie-10 tyn kaasun tai höyryn käsittävänä tai sisältävänä, tämä tarkoittaa hapetinta, jossa tunnistettu kaasu tai höyry on perusmetallin ainoa, hallitseva tai ainakin merkittävä hapetin käytetyssä hapettavassa ympäristössä vallitsevissa olosuhteissa. Vaikka esimerkiksi ilman pää-ainesosa on typpi, ilman happipitoisuus on perusmetallin ainoa hapetin, 15 koska happi on merkittävästi voimakkaampi hapetin kuin typpi. Ilma määrittyy tämän vuoksi "happea sisältävänä kaasuhapettimena” mutta ei "typpeä sisältävänä kaasuhapettimena". Esimerkiksi "typpeä sisältävästä kaasuhapettimesta" on muodostuskaasu, joka sisältää tyypillisesti noin 96 tilavuusprosenttia typpeä ja h tilavuusprosenttia vetyä.

20

Kun käytetään kiinteää hapetinta, se on tavallisesti hajautettu koko täyteainepedin läpi tai perusmetallin viereisen pedin osan läpi täy-I..' teaineeseen sekoitettujen hiukkasten muodossa tai ehkä päällysteenä täyteainehiukkasten kanssa. Voidaan käyttää mitä tahansa sopivaa kiin-25 teää hapetinta mukaanlukien alkuaineet kuten boori tai hiili, tai pelkistyvät ainesosat kuten piidioksidi tai tietyt boridit, joiden lämpö-dynaaminen stabiliteetti on alhaisempi kuin perusmetallin boridireak-tiotuotteella. Kun käytetään esimerkiksi piidioksidia kiinteänä hapet-timena alumiiniperusmetallille, saatava hapettumisreaktiotuote on alu-30 miinioksidi.

Joissakin tapauksissa hapettumisreaktio voi edetä niin nopeasti kiinteätä hapetinta käytettäessä, että hapettumisreaktiotuote pyrkii sulamaan prosessin eksotermisesta luonteesta johtuen. Tämä ilmiö voi huo-35 nontaa keraamisen kappaleen mikrorakenteellista yhtenäisyyttä. Tämä nopea eksoterminen reaktio voidaan välttää tai sitä voidaan lieventää 22 8 9 5 8 8 sekoittamalla seokseen suhteellisen inerttisiä täyteaineita, joilla on alhainen reaktiivisuus. Esimerkkinä tällaisesta sopivasta inerttisestä täyteaineesta mainittakoon täyteaine, joka on identtinen aiotun hapet-tumisreaktiotuotteen kanssa.

5

Jos käytetään nestemäistä hapetinta, koko täyteainepeti tai sen sulan perusmetallin viereinen osa kyllästetään täyteaineella. Viittaus nestemäiseen hapettimeen tarkoittaa hapetinta, joka on nestemäinen hapettumisreaktio-olosuhteissa, ja nestemäisellä hapettimella voi näin olla 10 kiinteä esiaste, kuten suola, joka on sulassa muodossa hapettumisreka-tio-olosuhteissa. Nestemäisellä hapettimella voi vaihtoehtoisesti olla nestemäinen esiaste, esim. materiaalin liuos, jota käytetään kyllästämään koko täyteaine tai sen osa esimerkiksi upottamalla ja joka sulatetaan tai hajotetaan hapettumisreaktio-olosuhteissa sopivan hapettimen 15 osuuden tuottamiseksi. Esimerkkejä nestemäisistä hapettimista ovat tässä määritettyinä alhaissulatteiset lasit.

Täyteainetta käytettäessä se käsittää joko yksittäisen materiaalin tai kahden tai useamman materiaalin seoksen, eikä se hajaannu monikiteiseen 20 materiaaliin. Yksi sopiva täyteaineluokka sisältää kemikaaliset lajit, jotka prosessin lämpötila- ja hapettumisolosuhteissa eivät ole haihtuvia, ovat lämpödynaamisesti stabiileja, eivätkä reagoi sulan perusmetallin kanssa tai liukene siihen liikaa. Alan asiantuntijat tuntevat useita nämä kriteerit täyttäviä materiaaleja; esimerkiksi tapauksessa, 25 jossa alumiini on perusmetallia ja ilma tai happi on hapetin, tällaisia materiaaleja ovat seuraavien yksittäiset metallioksidit: alumiini, A1203; kalsium, CaO; serium, Ce02; hafnium, Hf02; lantaani, La203; litium, Li20; magnesium, MgO; neodyymi, Nd203; praseodyymi, erilaiset oksidit; samarium, Sm203; skandium, Sc203; torium, Th02; uraani, U02; 30 yttrium, Y203; ja sirkonium, Zr02. Lisäksi suuri määrä binaarisia, tertiaarisia ja korkeamman asteen metallisia yhdisteitä kuten spinelli, MgO . A1203, sisältyy tähän stabiilien tulenkestävien yhdisteiden luokkaan .

35 Toisen sopivien täyteaineiden tai täyteaineiden ainesosien luokan muodostavat ne aineet, jotka eivät ole luontaisesti stabiileja suositel- 23 89588 tavan suoritusmuodon hapettavassa ja korkean lämpötilan ympäristössä, mutta jotka degradaatioreaktioiden suhteellisen alhaisesta kinetiikasta johtuen voidaan sisällyttää kasvavaan keraamiseen kappaleeseen täyte-ainefaasiksi. Yhtenä esimerkkinä mainittakoon piikarbidi. Tämä mate-5 riaali hapettuisi täysin olosuhteissa, joita tarvitaan hapettamaan alumiini ilmalla tai hapella keksinnön mukaisesti, ellei olisi olemassa piioksidin suojaavaa kerrosta, joka muodostuu ja peittää piikarbidi-hiukkaset piikarbidin edelleen hapettumisen estämiseksi. Suojaava pii-oksidikerros mahdollistaa myös piikarbidihiukkasten sintrautumisen tai 10 sitoutumisen toisiinsa ja muihin täyteaineen ainesosiin.

Kolmannen luokan sopivia täyteaineita muodostavat materiaalit, kuten hiilikuidut, joiden ei lämpödynaamisin tai kineettisin perustein oleteta selviävän hapettavasta ympäristöstä, jota tarvitaan keksinnön sovel-15 tamiseen, tai altistamisesta sulalle metallille, mikä kuuluu suositeltavaan suoritusmuotoon, mutta joka voidaan tehdä yhdenmukaiseksi tämän keksinnön prosessin kanssa, jos 1) ympäristö tehdään vähemmän aktiiviseksi käyttämällä esimerkiksi H2/H20:ta tai C0/C02:ta hapettavina kaasuina tai 2) jos siihen applisoidaan päällyste, kuten alumiinioksidi, 20 joka tekee täyteaineen kineettisesti reagoimattomaksi hapettavassa ympäristössä tai saapuessaan kosketukseen sulan metallin kanssa.

Kuten hakijan patenteissa on selvitetty, perusmetallin yhteydessä käytettävät lisäaineet voivat vaikuttaa suotuisasti hapettumisreaktio-— 25 prosessiin joissakin tapauksissa, erityisesti alumiinia perusmetallina käyttävissä järjestelmissä. Lisäaineen toiminta tai toiminnot voivat riippua monista muistakin tekijöistä kuin itse lisäaineesta. Näitä tekijöitä ovat esimerkiksi lisäaineiden tietty yhdistelmä kahta tai useampaa lisäainetta käytettäessä, ulkoisesti lisätyn lisäaineen käyttö 30 yhdessä perusmetalliin lejeeratun lisäaineen kanssa, lisäaineen pitoisuus, hapettava ympäristö ja prosessiolosuhteet.

Perusmetallin yhteydessä käytettävä lisäaine tai käytettävät lisäaineet (1) voidaan järjestää perusmetalliin lisättyinä ainesosina, (2) voidaan 35 levittää ainakin osaan perusmetallin pinnasta tai (3) voidaan levittää tai sisällyttää koko täyteaineeseen tai esimuottiin tai näiden osaan, 24 89 588 tai mitä tahansa tekniikoiden (1), (2) tai (3) yhdistelmää voidaan käyttää. Lejeerattua lisäainetta voidaan käyttää esimerkiksi yksin tai yhdessä toisen, ulkoisesti lejeeratun lisäaineen kanssa. Tekniikan (3) tapauksessa, jossa täyteaine tai -aineet levitetään täyteaineeseen, 5 lisäys voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, kuten hakijan patenteissa on selvitetty.

Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita ovat erityisesti ilman ollessa hapettimena magnesium, sinkki ja pii joko yksin tai yhdessä 10 toistensa kanssa tai yhdessä muiden lisäaineiden kanssa, kuten alla on selvitetty. Nämä metallit tai metallien sopiva lähde voidaan lisätä alumiiniperustaiseen perusmetalliin pitoisuuksina noin 0,1-10 painoprosenttia perustuen saatavan lisäainetta sisältävän metallin kokonaispainoon. Näitä lisäaineita tai niiden sopivaa lähdettä, esim. MgO, ZnO 15 tai Si02, voidaan käyttää perusmetalliin ulkoisesti. Alumiinioksiäinen keraaminen rakenne on täten saavutettavissa, kun alumiini-pii-seos on perusmetallina ja ilma on hapettimena, käyttämällä MgO:ta pintalisä-aineena määrässä, joka on suurempi kuin noin 0,0008 grammaa per gramma hapetettavaa perusmetallia ja suurempi kuin noin 0,003 grammaa per 20 neliösenttimetri perusmetallin pintaa, jolle MgO levitetään.

·: Muita esimerkkejä lisäaineista, jotka ovat tehokkaita hapetettaessa alumiiniperusmetalleja ilmassa, ovat natrium, germanium, tina, lyijy, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yk-25 sittäin tai yhdessä yhden tai useamman lisäaineen kanssa hapettimesta ja prosessiolosuhteista riippuen. Harvinaiset maametallit kuten serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä käytettyinä jälleen yhdessä muiden lisä-. . aineiden kanssa. Kaikki lisäaineet, kuten hakijan patenteissa on selvi- 30 tetty, ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapettumisreaktiotuot-teen kasvua alumiinipohjaisissa perusmetallijärjestelmissä.

Tätä keksintöä käyttämällä saatu keraaminen sekarakenne on tavallisesti tiheä, koossapysyvä massa, jossa noin 5-98 tilavuusprosenttia seka-35 rakenteen kokonaistilavuudesta kanavat poislukien koostuu yhdestä tai useammasta täyteaineen ainesosasta monikiteiseen matriisimateriaaliin 25 89588 upotettuna. Monikiteinen matriisimaeriaali käsittää tavallisesti alumiinin ollessa perusmetallina noin 60-98 painoprosenttia (monikiteisen materiaalin painosta) yhdistynyttä alfa-alumiinioksidia ja noin 1-40 painoprosenttia (sama peruste) perusmetallin ja poistuvan metallin 5 hapettumattomia ainesosia.

Seuraavat esimerkit havainnollistavat keksinnön tiettyjen piirteiden soveltamista.

10 Esimerkki 1

Keraaminen sekarakennekappale valmistettiin tämän keksinnön mukaisesti siten, että sillä oli rakenteeseensa sisällytettynä kierteinen kanava. Käytetty poistuva metalli oli kaupallisesti saatavaa metallilankaa 15 (Kanthal A, Kanthal Corporationilta, jonka seoksen koostumus käsitti 5 painoprosenttia alumiinia, 22 % kromia, 0,5 % kobolttia ja loput rautaa ja jonka sulamispiste oli noin 1510°C ja joka oli halkaisijaltaan 0,08 cm (0,032 tuumaa). Yllämainittu lanka kierrettiin säikeeksi, joka oli noin 2,54 cm (1 tuumaa) pitkä ja halkaisijaltaan noin 2,22 cm 20 (7/8 tuumaa). Säiettä lämmitettiin hapen ilmakehässä 1200°C:ssa 36 tuntia oksidipäällysteen kehittämiseksi sen pinnalle. Kierretty säie poistettiin ja sijoitettiin alumiiniseos 380.1:stä koostuvan lieriömäi-r. sen harkon ympärille (Belmont Metals, joka sisälsi nimellisesti 8-8,5 painoprosenttia Si:tä, 2-3 % Zn:ää ja 0,1 % Mg:tä aktiivina lisäaineena ·;· 25 ja 3,5 % Cu:ta sekä Fe:tä, Mn:ää ja Ni:tä lopun ollessa alumiinia, mutta me havaitsimme magnesiumpitoisuuden olevan joskus korkeamman, kuten alueella 0,17-0,18 %). Harkko oli 2,54 cm (1 tuuman) pituinen ja halkaisijaltaan 2,22 cm (7/8 tuumaa) siten, että säikeen kierrokset . alkoivat harkon toisesta päästä ja päättyivät harkon toiseen päähän.

30 Säikeeseen kääritty tanko sijoitettiin alumiinioksiditäyteainepetiin (38 Alundum, Norton Co., hiukkaskoko n. 160 mikronia, seulamitta 90) tulenkestävään astiaan siten, että harkon toinen pyöreä pinta oli hieman täyteainepohjan tason yläpuolella. Kerros alumiinioksidihiukkasia (El Alundum, Norton, hiukkaskoko n. 160 mikronia, seulamitta 90), jotka 35 olivat olennaisesti tulenkestäviä prosessilämpötilassa suhteessa alu-miinioksidiseen hapettumisreaktiotuotteeseen uppoamiseen, sijoitettiin 26 89 588 täyteainepedin yläpuolelle paljaana olevan harkkopinnan peittämiseksi, lama kooste sijoitettiin uuniin ja kuumennettiin 1050°C:ssa 5 tunnin ajan. Uunin lämpötilaa pidettiin 1050°C:ssa ilmassa 48 tuntia ja jäähdytettiin takaisin alas 5 tunnin aikana. Kooste poistettiin uunista, ja 5 keraaminen sekarakennekappale käsittäen alumiinihapettumisreaktiotuot-teen, joka sulki sisäänsä alumiinioksiditäyteainepedin ainesosat, otettiin talteen. Liika uppoamaton täyteaine poistettiin sekarakenteen pinnalta, ja keraaminen sekarakennekappale poikkileikkattiin kehittyneen kierteisen kanavan paljastamiseksi, jolla oli poistuvan metal-10 lisäikeen geometria. Kuvio 5 on mikrovalokuva poikkileikatusta keraamisesta sekarakenteesta 100 kertaa suurennettuna. Kuten kuviosta voidaan nähdä, poistuva metalli oli hajautunut alkuperäisestä paikastaan muodostaen siten kanavan. Saadun kanavan halkaisijaksi mitattiin 0,084 cm (0,035 tuumaa). Poistuvan metallin halkaisijan ja muodostuneen kanavan 15 halkaisijan välinen pieni mitattu ero johtuu kuumennettaessa esiintyvän metallilangan lämpölaajenemisen ja jäähdytettäessä esiintyvän sekara-kennekappaleen lämpökutistumisen välisestä erosta.

Esimerkki 2 20

Keraaminen sekarakennekappale valmistettiin tämän keksinnön mukaisesti siten, että sillä oli rakenteeseensa sisällytettynä neljä olennaisesti rinnakkaista kanavaa. Käytetty poistuva metalli käsitti neljä säiettä : nikkelilankaa (puhtaudeltaan 99,9975 %, sulamispiste 1453°C) pituudel- 25 taan noin 10 cm (4 tuumaa) ja halkaisijaltaan 1 mm. Tanko, joka koostui samasta alumiiniseoksesta kuin esimerkissä 1 käytetty ja joka oli 11.4 cm (4h tuumaa) pitkä x 5,1 cm (2 tuumaa) leveä x 1,27 cm (h tuumaa) paksu, sijoitettiin tulenkestävistä alumiinioksidihiukkasis-ta koostuvaan petiinn (samoja kuin esimerkissä 1 käytetyt, El Alundum, 30 Norton, hiukkaskoko n. 160 mikronia, seulamitta 90) siten, että yksi 11.4 cm (4h tuumaa) x 5,1 cm (2 tuumaa) oleva pinta paljastettiin ilma- - : kehälle ja asetettiin olennaisesti tasan tulenkestävän pohjan kanssa.

Noin 0,635 cm (1/4 tuumaa) paksu kerros alumiinioksiditäyteainetta (38 Alundum, Norton, hiukkaskoko n. 160 mikronia, seulamitta 90) sijoitet-35 tiin paljastetun alumiiniseospinnan päälle. Neljä nikkelimetallilankaa sijoitettiin olennaisesti rinnan toisiinsan nähden täyteainekerroksen 27 8 9 588 päälle siten, että ne olivat suunnilleen rinnakkain allaolevan alu-miiniseostangon 11,4 cm x 5,1 cm (44 x 2-tuumaisen) pinnan kanssa sekä yhtä etäällä siltä. Langat peitettiin sitten samasta alumiinioksidi-täyteaineesta koostuvalla kerroksella (38 Alundum). Tämä kooste sijoi-5 tettiin uuniin, ja sitä kuumennettiin ilmassa 5 tuntia 1080°C:ssa.

Uunin lämpötila pidettiin 1080°C:ssa 48 tuntia ja jäähdytettiin 5 tunnin aikana. Kooste poistettiin uunista ja saatu keraaminen sekarakennekap-pale käsittäen alumiinioksidisen hapettumisreaktiotuotteen, joka sulki sisäänsä alumiinioksiditäyteaineen ainesosat, otettiin talteen. Tallo teenotettu keraaminen sekarakenne poikkileikattiin siihen sisältyvien kanavien havainnollistamiseksi, jotka korvasivat metallilangat. Kuvio 6 on valokuva poikkileikatusta sekarakennekappaleesta, ja siinä näkyvät sen rakenteessa olevat neljä rinnakkaista kanavaa. Yhden kanavan halkaisijaksi mitattiin 1,06 mm.

15

Esimerkki 3

Esimerkissä 2 esitetty kooste ja menettely toistettiin paitsi, että poistuvat metallilangat käsittivät esimerkissä 1 käytetyn Kanthal A-20 materiaalin päällystettynä Cr203-kerroksella (sekoitettuna polyvinyy-lialkoholiin, joka toimi applisointiaineena ja joka applisoitiin kerroksena). Materiaali päällystettiin sitten kolloidisen piidioksidin ja alumiinioksidihiukkasten (38 Alundum, Norton Co, hiukkaskoko n. 25 mikronia, seulämitta 500) seoksella. Kooste kuumennettiin samassa jär-·]· 25 jestyksessä kuin esimerkissä 2, ja saatu sekarakenne otettiin talteen.

Talteenotettu sekarakenne poikkileikattiin muodostuneiden kanavien paljastamiseksi. Kuvio 7 on 50 kertaa suurennettu mikrovalokuva yhdestä kanavasta, joka on muodostunut poistuvan metallin kuluttua olennaisesti .. . loppuun alkuperäisestä paikastaan. Mikrovalokuvassa näkyy lisäksi ren- 30 gasmainen vuoraus, joka on olennaisesti samankeskinen kanavan kanssa, mikä johtuu päällysteestä. Analysoitaessa vuorausta pyyhkäisevällä elektronimikroskopialla, vuorauksen havaittiin olevan olennaisesti alumiinioksidia. Kuviossa 7 esitetyn kanavan halkaisijaksi mitattiin 0,089 cm (0,035 tuumaa).

35 28 89588

Esimerkki 4

Esimerkin 2 järjestely toistettiin jälleen paitsi että käytetyn poistuvan metallin neljä lankaa koostuivat nikkeli-kromi-alumiini-superseok-5 sesta (Cabot 214, Cabot Corporation; seoksen koostumus sisälsi 16 pai-no-% Cr, 4,5 % Ai, 2 % Co, 2,5 % Fe, 0,5 % Mo, 0,5 % W, 0,05 % C, 0,02 % Y, 0,01 % B ja loput nikkeliä; sulamispiste oli noin 1345°C). Kooste sijoitettiin uuniin ja kuumennettiin 5 tunnissa 1050°C:een. Uunin lämpötila pidettiin 1050°C:ssa 72 tuntia ja jäähdytettiin sitten 5 tunnin 10 ajan. Keraaminen sekarakenne poistettiin ja poikkileikattiin kanavien havainnollistamiseksi, jotka olivat muodostuneet poistuvan metallin lankojen olennaisesti kuluttua loppuun alkuperäisestä paikastaan ja hajauduttua sekarakenteeseen. Kuvio 8 on valokuva poikkileikätusta keraamisesta sekarakenteesta siten, että valolähde on sijoitettu yhden 15 muodostuneen kanavan alle sen valaisemiseksi ja valaistun kanavan jatkuvuuden osoittamiseksi.

Vaikka ainoastaan muutama keksinnön suoritusmuodoista on kuvattu yllä yksityiskohtaisesti, alan asiantuntijat ymmärtävät helposti, että tähän 20 keksintöön liittyy monia muita yhdistelmiä ja variaatioita kuin mitä esimerkeissä on esitetty.

Claims (19)

1. 29 89588
2. 1. Menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi varustettuna yhdellä tai useammalla kanavalla, joka toistaa käänteisesti muo- 5 toillun, poistuvan metallin geometrian, joka keraaminen kappale saadaan hapettamalla perusmetallia muodostamaan monikiteisen materiaalin, joka käsittää (i) perusmetallin ja hapettimen välisen hapettumisreaktiotuot-teen ja (ii) yhtä tai useampaa metallista ainesosaa mukaanlukien poistuvan metallin ainesosia, tunnettu siitä, että menetelmä kä-10 sittää seuraavat vaiheet: (a) sijoitetaan muotoiltu poistuva metalli perusmetallin viereen suhteessa toisiinsa siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen myötä ainakin osa muotoillusta poistuvasta metallista hautautuu moni- 15 kiteiseen materiaaliin; (b) kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan muodostamaan sulan perusmetallin massan, ja tässä lämpötilassa (1) 20 annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen, (2) pidetään ainakin osa hapettumisreak-tiotuotteesta kosketuksessa sulan metallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä, jolloin sulaa perusmetallia vetäytyy progressiivisesti : hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta ja muotoiltua poistuvaa 25 metallia hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen jatkuessa hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä raja-pinnalla, (3) jatketaan reaktiota niin kauan, että ainakin osa muotoillusta poistuvasta metallista hautautuu monikiteiseen materiaaliin, .. . jonka jälkeen poistuva metalli hajautuu monikiteiseen materiaaliin 30 muodostaen samanaikaisesti yhden tai useamman kanavan, joka toistaa käänteisesti muotoillun poistuvan metallin hautautuneen osan geometrian, ja (4) otetaan talteen keraaminen kappale.
3. 2. Menetelmä itsekantavan keraamisen sekarakennekappaleen tuottamiseksi 35 varustettuna yhdellä tai useammalla kanavalla, joka toistaa käänteisesti muotoillun poistuvan metallin geometrian, joka keraaminen sekaraken- 30 89588 nekappale käsittää (1) keraamisen matriisin, joka saadaan perusmetallia hapettamalla muodostamaan monikiteisen materiaalin, joka käsittää (i) perusmetallin ja hapettimen välisen hapettumisreaktiotuotteen ja (ii) yhtä tai useampaa metallista ainesosaa mukaanlukien poistuvan metallin 5 ainesosia ja (2) täyteaineen, johon matriisi on suotautunut, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: (a) sijoitetaan muotoiltu poistuva metalli täyteaineen massan tukemana perusmetallin viereen suhteessa toisiinsa siten, että muodostuessaan 10 hapettumisreaktiotuote suodattuu täyteaineeseen ja ainakin osa muotoillusta poistuvasta metallista hautautuu hapetusreaktiotuotteeseen, joka täyteaine on läpäisevä hapettimelle, kun hapettimen edellytetään tulevan kosketukseen sulan perusmetallin kanssa, ja joka on läpäisevä ha-pettumisreaktiotuotteelle sen kasvaessa tämän läpi; 15 (b) kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapet-tumisrektiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan muodostamaan sulan perusmetallin massan, ja sanotussa lämpötilassa (1) annetaan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa muodostamaan 20 hapettumisreaktiotuotteen, (2) pidetään ainakin osa hapettumisreak- tiotuotteesta kosketuksessa sulan metallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä, jolloin sulaa perusmetallia vetäytyy vähitellen hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta ja muotoiltua poistuvaa metallia hapettumisreaktiotuotteen muodostumisen jatkuessa hapettimen ja 25 aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, (3) jatketaan reaktiota niin kauan, että ainakin osa muotoillusta poistuvasta metallista hautautuu monikiteiseen materiaaliin, jonka jälkeen poistuva metalli hajautuu monikiteiseen materiaaliin muodostaen samanaikaisesti yhden tai useamman kanavan, joka toistaa käänteisesti 30 muotoillun poistuvan metallin hautautuneen osan geometrian, ja (4) erotetaan saatu keraaminen sekarakennekappale ylimääräisestä täyteaineesta, jos sellaista on.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 33 siitä, että muotoillun poistuvan metallin sulamispiste on korkeampi kuin reaktiolämpötila vaiheessa (b). 3i 8 9 588
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli on alumiiniperusmetallia.
6. 5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 5 siitä, että hapetin käsittää kaasufaasihapettimen.
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, että kaasufaasihapetin käsittää happea sisältävän kaasun.
8. 7. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotoiltu poistuva metalli valitaan ryhmästä, joka koostuu raudasta, nikkelistä, kromista ja näiden seoksista ja niiden välisistä metailiyhdisteistä.
9. 8. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotoiltu poistuva metalli käsittää yhden tai useamman langan konfiguroituna lankaverkoston muodostamiseksi.
10. 9. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu 20 siitä, että perusmetalli on alumiiniperusmetallia, lämpötila on noin 850-1450°C ja hapetin on ilmaa.
11. 10. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli on alumiiniperusmetallia, joka sisältää lisäk- 25 si perusmetallin yhteydessä käytettävän lisäaineen.
12. 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lisäaine käsittää magnesiumin ja/tai sinkin lähteen sekä yhden tai useamman seuraavien metallien lähteen: pii, lyijy, tina, germanium, 30 natrium, litium, kalsium, boori, fosfori, yttrium sekä yksi tai useampi harvinainen maametalli ja näiden seokset.
13. 12. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muotoillulle poistuvalle metallille levitetään päällyste. 35 32 89588
14. 13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päällyste valitaan ryhmästä, joka koostuu kromioksidista ja nikkelioksidista.
15. 14. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että keraaminen sekarakennekappale avataan siten, että ainakin yksi kanavista ulottuu keraamisen kappaleen ulkopinnalle.
16. 15. Itsekantava keraaminen sekarakennekappale, tunnettu 10 siitä, että se käsittää monikiteisen matriisin, joka on saatu hapettamalla perusmetallia hapetusreaktiotuotteekseen ja joka sisältää myös yhtä tai useampaa metallista ainesosaa, mukaanlukien poistuvaa metallia, ja täyteaineen, johon matriisi on suotautunut, ja että siinä on yksi tai useampi kanava, jotka toistavat käänteisesti muotoillun pois- 15 tuvan metallin, joka on ollut sijoitettuna lähtöasemaan täyteainepe-tiin, ja että hapettaminen on suoritettu olosuhteissa, jotka saavat ainakin osan muotoillusta poistuvasta metallista hautautumaan kasvavaan hapettumisreaktiotuotteeseen ja saavat muotoillun poistuvan metallin hajautumaan keraamiseen matriisiin jättäen jälkeensä yhtenä tai useam- 20 pana kanavana tilan, jossa aikaisemmin muotoillun poistuvan metallin hautautunut osa sijaitsi.
17. 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen keraaminen sekarakennekappale, tunnettu siitä, että kanavat sisältävät vuorauksen. I 25 : 17. Patenttivaatimuksen 15 tai 16 mukainen keraaminen kappale, tun nettu siitä, että muotoiltu poistuva metalli valitaan ryhmästä, joka koostuu yhdestä tai useammasta seuraavasta: rauta, nikkeli, kromi ja niiden seokset ja niiden väliset metalliyhdisteet. 30
18. 18, Patenttivaatimuksen 15 mukainen keraaminen kappale, tunne t -t u siitä, että perusmetalliesiaste on alumiiniperusmetallia ja hapet-tumisreaktiotuote on alumiinioksidia.
19. 19. Patenttivaatimuksen 15 mukainen itsekantava keraaminen sekaraken nekappale, joka soveltuu käytettäväksi suuttimena, nesteenannoste- 33 89588 lusuuttimena tai suulakkeena, tunnettu siitä, että yksi tai useampi kanava tai ne kaikki käsittävät jatkuvan radan varustettuna tulo- ja poistoaukolla, joka kukin tulo- ja poistoaukko on yhteydessä keraamisen sekarakennekappaleen pintaan, jolloin yksi tai useampi kana-5 va soveltuu käytettäväksi jatkuvana nestevirtausratana. x 34 3 9 588