FI89589B - Foerfarande foer producering av en formad sjaelvbaerande keramisk kropp - Google Patents

Description

Menetelmä muotoillun, itsekfintavan keraamisen 8 9 589 kappaleen tuottamiseksi Förfarande för producering av en formad självbärande keramisk kropp 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä muotoiltujen keraamisten kappaleiden valmistamiseksi kasvattamalla hapettumisreaktiotuote muotissa. 10 Tarkemmin sanottuna keksinnön kohteena on uusi ja parannettu menetelmä keraamisten kappaleiden valmistamiseksi, joilla on ennaltamäärätty muoto tai geometrinen konfiguraatio.

Menetelmä keraamisten kappaleiden kasvattamiseksi, joita käytetään tämän 15 keksinnön yhteydessä, on esitetty yleisesti hakijan US-patentissa 4,713,360 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit ja menetelmiä niiden valmistamiseksi". Tässä patentissa esitetään hapettumisilmiötä hyväksi käyttävä menetelmä monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen kasvattamiseksi perusmetallista korkeissa 20 lämpötiloissa hapettimen läsnäollessa, jota kasvua voidaan edistää käyttämällä lisäainetta tai lisäaineita perusmetalliin lejeerattuina. Esitetty menetelmä mahdollistaa itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamisen. Menetelmää parannettiin käyttämällä ulkoisia lisäaineita levitettyinä esiasteperusmetallin pintaan, kuten on selvitetty hakijan 25 patentissa 4,853,352 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmiä itsekantavien keraamisten materiaalien valmistamiseksi" Tässä erittelyssä mainittujen hakijan patenttien koko kuvauksiin viita-taan selvästi tässä yhteydessä.

30

Keksinnön mukainen menetelmä on pääasiassa tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: (a) käytetään muotoiltua perusmetallia, jossa on malliosa, joka määrittää 15 perusmetallin muodon; (b) levitetään malliosalle mukautuva, kaasua läpäisevä materiaali muotoillulla pinnalla varustetun muotin tuottamiseksi, joka pinta on olen- 2 89589 naisesti yhdenmukainen malliosan kanssa, materiaalin ollessa luontaisesti itsesitoutuva ainakin sen tukivyöhykkeessä, joka on välittömästi sanotun pinnan vieressä ja on sen kanssa yhtä laajalle ulottuva, jolloin muotille saadaan riittävä koheesiolujuus muotoillun pinnan yhtenäisyyden säilyttä-5 miseksi prosessointiolosuhteissa, jotka on määritetty seuraavissa vaiheissa (d) ja (e); (c) suunnataan perusmetalli ja säiliösyvennys perusmetallin sijoittamiseksi virtausyhteyteen säiliösyvennyksen kanssa, jonka säiliöastian ka- 10 pasiteetti on ainakin riittävä ottamaan vastaan olennaisesti kaiken sulassa muodossa olevasta perusmetallista; (d) kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettu-misreaktiotuotteensa sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila- 15 alueelle, ja tyhjennetään saatava sula perusmetalli muotista säiliöön muottiontelon aikaansaamiseksi; (e) jatketaan kuumentamista kaasufaasihapettimen läsnäollessa, ja sanotulla lämpötila-alueella; 20 (i) annetaan säiliösyvennyksessä olevan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen; (ii) pidetään ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan 25 metallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä niin, että sulaa metallia voi vetäytyä vähitellen sanotusta massasta hapettumisreak-tiotuotteen läpi ja muottiin kosketukseen hapettimen kanssa siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu muotissa hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnal-30 la; ja (iii) annetaan reaktion jatkua hapettumisreaktiotuotteen kasvattamiseksi kosketukseen muotoillun pinnan kanssa, jolloin muodostuu keraaminen kappale, jonka muodon määrittää muottiontelon muoto; ja 35 (f) otetaan keraaminen kappale talteen muotista.

3 89589 Tämän keksinnön mukaisesti saadaan siis aikaan menetelmä muotoillun, itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi. Menetelmä käsittää seuraavat vaiheet. Muotoillun perusmetallin malliosa peitetään mukautuvalla, kaasua läpäisevällä materiaalilla, jotta voidaan tuottaa muotoil-5 lulla pinnalla varustettu muotti, joka pinta on olennaisesti yhdenmukainen malliosan kanssa. Tämä materiaali on luontaisesti itsesitoutuva ainakin materiaalin tukivyöhykkeen kohdalla, joka sijaitsee välittömästi muotoillun pinnan vieressä ja on sen kanssa yhtä laajalle ulottuva. Tällöin saadaan aikaan riittävän koheesiolujuuden omaava muotti, joka 10 säilyttää muotoillun pintansa yhtenäisyyden allakuvatuissa prosessoin-tiolosuhteissa. Muotin ja perusmetallin yhdistelmä sekä säiliö suunnataan suhteessa toisiinsa perusmetallin sijoittamiseksi virtausyhteyteen säiliön kanssa, jolloin säiliön kapasiteetti on ainakin riittävä vastaanottamaan olennaisesti kaiken perusmetallin sulassa muodossa. Kooste 15 kuumennetaan tämän jälkeen perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen ja muotin sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle, ja saatava sula perusmetalli tyhjennetään muotista säiliöön muottia olennaisesti häiritsemättä, jolloin syntyy muottiontelo. Kuumentamista jatketaan kaasufaasihapettimen läsnäollessa, ja yllä-20 mainitulla lämpötila-alueella suoritetaan seuraavat vaiheet: (1) Sulan perusmetallin annetaan reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen. (2) Ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta pidetään kosketuksessa sulan metallin massan ja hapetimen kanssa näiden välillä, ! · jotta sulaa metallia voisi vetäytyä vähitellen sen massasta hapettu- 25 misreaktiotuotteen läpi ja muottionteloon kosketukseen hapettimen kanssa siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla. (3) Reaktiota jatketaan hapettumisreaktiotuotteen kasvattamiseksi tai kehittämiseksi kosketukseen muotin muotoillun pinnan kanssa, jolloin 30 muodostuu keraaminen kappale, jonka muodon määrittää muottiontelon muoto. Kun vaiheet (1)-(3) on suoritettu, keraaminen kappale otetaan talteen muotista.

Keksinnön toisessa suoritusmuodossa ainakin osa läpäisevästä materiaalis-35 ta, jota käytetään muotoillun pinnan muodostamiseen, käsittää rajoitti-men, jolloin estetään hapettumisreaktiotuotteen kasvu muotoillulle 4 89589 pinnalle. Perusmetalli tuetaan edelleen säiliön yläpuolelle ja sen kanssa virtausyhteyteen, esim. painovoiman avulla toimivaan virtausyhteyteen, sijoittamalla muotoiltu perusmetalli esimerkiksi sopivan tuen päälle. Säiliöön sijoitettava poistuva tuki on erityisen hyödyllinen. Kuumentami-5 sen aikana sekä sulan perusmetallin tullessa kosketukseen poistuvan tuen kanssa jälkimmäinen höyrystyy siten, että sulan metallin tulo säiliöön korvaa poistuvan tuen sulalla metallilla. Tuki voi vaihtoehtoisesti käsittää tulenkestävän tuen, joka mitoitetaan ja muotoillaan siten, että se on avoin sekä sulan perusmetallin virtaukselle muotista säiliöön että 10 hapettumisreaktiotuotteen kasvulle säiliöstä muottionteloon.

Seuraavilla termeillä on tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa käytettyinä seuraavat merkitykset.

15 Termin "keraaminen" ei tule ajatella olevan rajoitetun keraamiseen kappaleeseen termin klassisessa merkityksessä eli siinä merkityksessä, että se muodostuu kokonaan ei-metallisista ja epäorgaanisista materiaaleista, vaan se viittaa pikemminkin kappaleeseen, joka on pääasiassa keraaminen joko koostumukseltaan tai hallitsevilta ominaisuuksiltaan, vaikka kappale 20 voi sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä yhden tai useamman metallin ainesosaa, jotka on saatu perusmetallista tai pelkistetty hapettimesta tai lisäaineesta, tyypillisimmin alueella noin 1-40 tilavuusprosenttia tai enemmänkin.

25 "Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yleensä yhtä tai useampaa metallia missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai näiden yhdistelmälle tai sillä on ollut yhteisiä elektroneja viimeksimainittujen kanssa. Tämän määritelmän mukaisesti "hapettumisreaktiotuote" sisältää siis yhden tai 30 useamman metallin reaktion tuotteen hapettimen kanssa, kuten tässä hakemuksessa on kuvattu.

"Kaasufaasihapetin" (joskus yksinkertaisesti "hapetin") tarkoittaa yhtä tai useampaa sopivaa elektronien vastaanotinta tai yhdistettä, jolla on 35 yhteisiä elektroneja toisen aineen kanssa, jotka voivat prosessiolosuh-teissa olla kaasun (höyryn) muodossa.

5 89589 "Perusmetalli" viittaa metalliin, esim. alumiiniin, joka on esiaste moni-kiteiselle hapettumisreaktiotuotteelle ja sisältää tämän metallin suhteellisen puhtaana metallina, kaupallisesti saatavana metallina epäpuh-tauksineen ja/tai siihen lisättyine ainesosineen tai seoksena, jossa tämä 5 metalliesiaste on pääainesosa; ja kun tietty metalli mainitaan perusmetallina, esim. alumiini, tunnistettu metalli tulisi tulkita tämän määritelmän mukaisesti, ellei tekstin asiasisältö muuta osoita.

Kuvio 1 on perspektiivikuva välivaiheesta lisättäessä läpäisevää ma-10 teriaalia muotoiltuun perusmetalliin, jonka menetelmän yksi vaihe on tämän keksinnön yhden suoritusmuodon mukainen;

Kuvio 2 on poikkileikkauksellinen pystykuva koosteesta tämän keksinnön yhden suoritusmuodon mukaisesti, jossa muotoiltu perusmetalli on peitetty 15 läpäisevällä materiaalilla ja tuettu säiliön yläpuolelle;

Kuvio 2A on läpileikkauskuva, joka on otettu kuvion 2 linjaa A-A pitkin;

Kuvio 3 on kuviota 2 vastaava kuva, joka esittää menetelmän myöhempää 20 vaihetta;

Kuvio 4 on kuviota 2 vastaava osittaiskuva, mutta esittää keksinnön toista suoritusmuotoa; ja - . 25 Kuvio 5 on poikkileikkauksellinen pystykuva muotoillusta keraamisesta kappaleesta, joka on tuotettu käyttämällä kuvion 4 koostetta ja käsittää sisäisen segmentin ja ulkoisen sekarakentesien segmentin, joka koostuu täyteaineen sisäänsä sulkevasta matriisista.

30 Kuviossa 1 on esitetty muotoiltu perusmetalli, johon viitataan yleisesti numerolla 10 ja joka on muodoltaan yleisesti pyöreä ja lieriömäinen (mutta voi olla minkä tahansa sopivan muotoinen) ja jolla on kehänsä ympäri ulottuva rengasmainen taso 12, lähempänä päätypintaa 14 kuin päätypintaa 16. Perusmetallin 10 lieriömäiseen pääpintaan viitataan 35 numerolla 18. Päätypinta 14, lieriömäinen pinta 18 ja rengasmaisen tason 6 89589 12 pinnat käsittävät yhdessä muotoillun perusmetallin 10 malliosan; päätypinta 16 käsittää muotoillun perusmetallin 10 mallittoman osan.

Kuviossa 1 muotoillun perusmetallin 10 malliosan suunnilleen pitkittäinen 5 puolikas on esitetty siten, että siihen on lisätty läpäisevä, mukautuva materiaali 20. Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa materiaalin 20 luonnehdinta "läpäiseväksi" tarkoittaa sitä, että se ja siitä saatu ja alla kuvattu pidin 20' ovat läpäiseviä kaasufaasihapettimen, kuten ilman, kululle lävitseen. Läpäisevän materiaalin 20 lisäämistä jatketaan, kunnes 10 muotoillun perusmetallin 10 koko malliosa peittyy läpäisevällä materiaalilla toivottuun paksuuteen asti, ja päätypinnasta 16 koostuva malliton osa jää peittymättä. Läpäisevä materiaali 20 päällystetään tai lisätään muotoillun perusmetallin 10 malliosaan, jolloin materiaaliin 20 muodostuu muotoiltu pinta 20a (kuvio 2), joka perusmetalli 10 poistettaessa, kuten 15 alla on kuvattu, läpäisevän materiaalin 20 kovettamisella tai jähmettämi-sellä aikaansaadusta muotista 20' (kuviot 2 ja 3) määrittää muotin 22 (kuvio 3), jonka ontelo toistaa malliosan. Kun koko malliosa (eli pinnat 14,18 ja rengasmaisen tason 12 pinnat) on peitetty läpäisevällä materiaalilla 20, jälkimmäisen annetaan jähmettyä tai se kovetetaan muuten 20 esimerkiksi lämmittämällä tai kuumentamalla läpäisevän materiaalin 20 sintraamiseksi tai itsesitomiseksi. Läpäisevä materiaali 20 voi käsittää esimerkiksi rajoittimen kuten kipsin, joka sisältää palavan orgaanisen aineen tai tällaisen kipsin ja kalsiumsilikaatin seoksen, joka jähmettä-misen ja kuumentamisen jälkeen on läpäisevä ilmalle tai kaasumaiselle 25 hapettimelle. Läpäisevä materiaali 20 voi käsittää myös hiukkasmaisen täyteaineen sekoitettuna sopivan sideaineen kanssa raakalujuuden aikaansaamiseksi, joka lisätään ja kiinnitetään malliosaan sekä kovetetaan tai jähmetetään tämän jälkeen muotin 20' muodostamiseksi, kuten kuvioissa 2 ja 3 on esitetty. Läpäisevä materiaali 20 tai ainakin sen osa, joka 30 muodostaa muotin 20' tukivyöhykkeen (osoitettu katkoviivalla 24 kuviossa 2), on luontaisesti itsesitoutuva materiaali. Kun muotoiltu perusmetalli 10 siis sulatetaan ja tyhjennetään muotista 20', muotti tai ainakin sen tukivyöhyke 24, joka määrittää muotoillun pinnan 20a, säilyttää rakenteellisen yhtenäisyyteensä. Koko muotti 20' voidaan valmistaa tällaisesta 35 luontaisesti itsesitoutuvasta materiaalista tai valinnaisesti ainoastaan sisävyöhyke on valmistettava tällaisesta itsesitoutuvasta materiaalista.

i 7 89589

Esimerkiksi läpäisevän materiaalin ensimmäinen kerros, joka tuottaa muotin sisäosan, on luontaisesti itsesitoutuva, jota kerrosta seuraa läpäisevän materiaalin toinen tai ulkoinen kerros, jonka ei tarvitse olla itsesitoutuva. Tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa termi "luontai-5 sesti itsesitoutuva" tarkoittaa yksinkertaisesti sitä, että materiaali säilyttää riittävän rakenteellisen yhtenäisyyden kuumentamisen proses-siolosuhteissa, joiden aikana muotoiltu perusmetalli 10 sulaa ja tyhjentyy muotista 20 sekä sulan metallin hapettamisen, jotta voidaan sallia hapettumisreaktiotuotteen kasvu muottiin 22 (kuvio 3). Toisin sanoen sen 10 muotoiltu pinta 20a säilyttää muotonsa, eikä äkkiä laske, painu tai romahda prosessin olosuhteissa.

Joissakin keksinnön suoritusmuodoissa täyteaineena käytettävä läpäisevä materiaali 20 koostetaan tai muotoillaan sopivalla apuaineella tai side-15 aineella, joka höyrystyy perusmetallia 10 kuumennettaessa ja sulatettaessa. Jäljelle jäänyt täyteaine tai ainakin tukivyöhykkeessä oleva täyteaine (tukivyöhyke esitetty katkoviivalla 24 kuviossa 2) sintrautuu tai itsesitoutuu kevyesti, jotta muottiin 20' saadaan riittävä koheesiolujuus sen muotoillun pinnan 20a integriteetin säilyttämiseksi.

20

Sopiva säiliö, astia tai veneenmuotoinen kappale, johon viitataan yleisesti numerolla 26, käsittää tulenkestävän tai metallisen astian 28, johon on sijoitettu pidinpeti 30. Pidinpedissä 30 on siihen muodostettuna lieriömäinen syvennys 32, jonka tilavuus on riittävä sisältämään kaiken 25 sulan metallin, joka on tuotettu muotoiltua perusmetallia 10 sulatettaessa. Pidinpeti 30 voi käsittää hiukkasmaisen materiaalin, joka on proses-siolosuhteissa inerttinen sulan perusmetallin hapettamisreaktiolle. Esimerkiksi 1250 °C:en prosessilämpötiloissa, joissa alumiiniseosta käytetään perusmetallina ilman ollessa hapettimena, Norton Companyn 30 toimittama El Alundum -rae muodostaa sopivan pidinpedin. Tämä tarkoittaa sitä, että sulan perusmetallin hapettamisella aikaansaatu hapettumisreak-tiotuote ei tunkeudu pidinpetiin 30 ja että hapettamisreaktio ei etene pedin 30 läpi. Syvennys 32 sulan metallin säiliönä voidaan muodostaa pidinpetiin 30 koostamalla pidinpedin 30 hiukkaset yhteen tai kuten 35 kuviossa 2 on havainnollistettu järjestämällä sopivasti muotoiltu ja tulenkestävä rakenteellinen pidin, kuten stabiloidusta sirkoniumoksidis- 8 S9589 ta, alumiinioksidista tai vastaavasta muodostettu putki. Pidin 34 voi olla rei'itetty, kuten alla on selvitetty.

Poistuva tuki 36 on sijoitettu putken muotoiseen pitimeen 34 ja ulottuu 5 syvennyksen 32 pohjasta sen yläosaan (kuvion 2 mukaisesti). Kuten kuviosta 2A näkyy, poistuva tuki 36, joka voi käsittää muovatun orgaanisen materiaalin, joka höyrystyy muotoiltua perusmetallia sulatettaessa, on poikkileikkaukseltaan ristin muotoinen. Voidaan havaita, että tuella voi olla mikä tahansa sopiva konfiguraatio tai se voi olla olennaisesti 10 kiinteä kappale. Tuki 36 tukee muotoillun perusmetallin 10 painoa, kun se ja muotti 20' sijoitetaan pidinpedin 30 yläpinnan päälle (kuvion 2 mukaisesti) siten, että muotoiltu perusmetalli 10 on samankeskeisesti suunnattu lieriömäisen syvennyksen 32 kanssa. On huomattava, että jokin tuki muotoillulle perusmetallille 10 voi olla tarpeellinen, jotta voidaan 15 estää sitä repeytymästä irti muotista 20' sen omasta painosta johtuen, mikä tuhoaisi pinnan 20a tai vahingoittaisi sitä sekä pudottaisi sen syvennykseen 32. Tämä on sitäkin todennäköisempää, jos muotti 20' on muodostettu sellaisella raakalujuudella omaavasta materiaalista, joka ei kovetu täysin ennen kuumentamista korkeaan lämpötilaan. Havainnolliste-20 tussa suoritusmuodossa muotoillun perusmetallin 10 suuntautumisen säiliön 26 kanssa suoritetaan sijoittamalla muotoiltu perusmetalli 10 poistuvan tuen 36 päälle.

Voidaan havaita, että muitakin keinoja voidaan käyttää muotoillun perus-25 metallin 10 tukemiseen. Esimerkiksi putken muotoinen pidin 34 voi olla valmistettu sopivan vahvasta tulenkestävästä materiaalista eli se voi käsittää esimerkiksi putken, jonka seinämäpaksuus on riittävä tukemaan muotoillun perusmetallin 10 ja muotin 20' painon. Putken muotoisen pitimen sisähalkaisija on hieman pienempi kuin muotoillun perusmetallin 30 10 sisähalkaisija siten, että perusmetalli tukeutuu pitimen sivureunaan tukien näin metallia ja eliminoiden tarpeen poistuvan tuen 36 käyttämiseen. Koska putken muotoinen pidin on tulenkestävä, se toimii hyödyllisenä tukivälineenä.

9 89 539

Kuvion 2 kooste kuumennetaan esimerkiksi sijoittamalla se ilmanvaihdolla varustettuun uuniin, jotta voidaan estää hapettimena käytettävän ilman kierto sen läpi.

5 Kun kooste kuumennetaan perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta siitä muodostettavan hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila-alueelle, muotoiltu perusmetalli 10 sulaa ja virtaa syvennykseen tai säiliöön 32 tyhjentäen näin muotin 20' ja jättäen jälkeensä muotoillun muottiontelon 22 (kuvio 3). Poistuva tuki 36 polte-10 taan loppuun tai höyrystetään mielellään silloin, kun sula metalli tulee kosketukseen tuen kanssa, ja höyryt poistuvat putken muotoisen pitimen 34 kautta ja pidinpohjaan 30 sekä ilmakehään. Tällä tavoin sula perusmetalli korvaa poistuvan tukimateriaalin. Poistuvat tukimateriaalit, joita voidaan käyttää tämän keksinnön yhteydessä, sisältävät ne materiaalit, joita 15 on käytetty tavanomaisissa poistuvaan valuun liittyvissä tekniikoissa. Vaikka erilaiset poistuvat vahat tai vahasekoitukset ovat sopivia tietyille suoritusmuodoille, kevytmuovit tai vaahdot ovat suositeltavia. Polystyreenejä, polyeteenejä ja polyuretaaneja suositellaan käytettäviksi mallin materiaaleina, joista poistuvat tuet valmistetaan.

20

Poistuva tuki voidaan muotoilla tällaisista materiaaleista tavanomaisten prosessien avulla, joita ovat esimerkiksi ruiskupuristus, puhallusmuovaus, pursotus, valaminen, työstäminen tai vastaavat menetelmät. Ruisku-puristusta suositellaan tällä hetkellä valmistettaessa suuria määriä 25 poistuvia tukia. Puhallusmuovausta voidaan joissakin tapauksissa pitää parempana johtuen sen kyvystä tuottaa onttoja kuluvia tukia. Puhallusmuovaus voi olla erityisen toivottava, koska se minimoi usein tiettyyn tukeen vaadittavan kuluvan materiaalin määrän helpottaen näin syvennyksen 32 nopeampaa tyhjentymistä.

30

Sulan perusmetallin massa, joka on saatu sulattamalla muotoiltu perusmetalli 10, voi täyttää tai lähes täyttää syvennyksen 30. Tämän sulattamis-vaiheen aikana voi olla tarkoituksenmukaista estää sulan perusmetallin hapettaminen muotissa 20'. Tässä tapauksessa uuni voidaan varustaa inert-35 tisellä tai hapettamattomalla (käytettävissä olosuhteissa) atmosfäärillä, kuten argonilla tai typellä. Muotti 20' voidaan vaihtoehtoisesti ympäröi- 10 39589 dä väliaikaisesti poistettavalla, läpäisemättömällä säiliöllä, kuten ruostumattomalla terässäiliöllä, joka on löysästi kiinnitetty muotin 20' ulko-osan päälle. Kun sula perusmetalli on syvennyksessä 32, sulan perusmetallin hapettuminen (hapettavaa ilmakehää syötettäessä, ellei se 5 ole jo läsnä) tapahtuu ja hapettumisreaktiotuotteen kasvu alkaa syvennyksessä 32 olevasta sulan perusmetallin massasta ylöspäin muotin 20' muottionteloon 22 (kuvio 3). Kuten yllämainitussa hakijan US-patentissa 4,713,360 on kuvattu, perusmetallin, esim. alumiini, kuumentaminen kaasufaasihapettimen, esim. ilman, läsnäollessa määritetylle lämpötila-10 alueelle, joka on perusmetallin sulamispisteen yläpuolella mutta sen hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella, saa sulan perusmetallin reagoimaan kaasufaasihapettimen kanssa, jolloin muodostuu hapettumis-reaktiotuote. Tämän tuotteen muodostuminen tapahtuu sulan perusmetallin massan päällä säiliössä 26. Hapettumisreaktiotuotetta pidetään siis kos-15 ketuksessa sen alapuolella olevan sulan perusmetallin massan ja sen yläpuolella olevan kaasufaasihapettimen kanssa näiden välillä, jotta sulaa metallia voisi vetäytyä sulan metallin massasta hapettumisreaktiotuotteen läpi muottionteloon 22. Tämän vuoksi hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu kaasufaasihapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumis-20 reaktiotuotteen välisellä rajapinnalla. Kuvio 3 osoittaa numeroimattomin nuolin kaasufaasihapettimen tunkeutumisen läpäisevän muotin 20' läpi ja kosketukseen kasvavan hapettumisreaktiotuotteen 38 pinnan kanssa. Näin tapahtuu lisähapettumisreaktiotuotteen jatkuvaa muodostumista kaasufaasihapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen 30 25 välisellä rajapinnalla 40d. Hapettumisreaktiotuotteen 38 kasvun aikaisemmat vaiheet on osoitettu pisteviivoin 40a,40b ja 40c. Sulan perusmetallin massa 10' on kulunut loppuun hapettumisreaktiotuotteen 38 muodostuessa ja on keskustastaan ontto, kuten on osoitettu katkoviivoin kuviossa 3. Sulaa metallia vetäytyy jatkuvasti ylöspäin syvennyksen 32 sivuja pitkin sekä 30 hapettumisreaktiotuotteen 38 läpi rajapintaan 40d niin kauan kuin reaktio-olosuhteita pidetään yllä ja kunnes muottiontelo 22 on hapettumisreaktiotuotteen täyttämä. Muotti 20' voi olla valmistettu rajoitinmateri-aalista, jolloin muotoiltu pinta 20 ehkäisee hapettumisreaktiotuotteen kasvamisen edelleen siten, että muotoillun pinnan 20a muoto määrittää 35 hapettumisreaktiotuotteesta koostuvan keraamisen kappaleen muodon.

11 89589

Kuten hakijan US-patentissa 4,923,823 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmä muotoiltujen keraamisten sekarakenteiden valmistamiseksi käyttämällä rajoitinta" on kuvattu, voidaan käyttää rajoitinta läpäisevänä materiaalina, jotta voidaan ehkäistä hapettumisreaktiotuotteen 5 kasvun kehittyminen muottiontelon määrittävälle muotoillulle pinnalle. Tämä rajoitin helpottaa keraamisen kappaleen muodostumista muottiontelon määrittämille rajoille. Sopiva rajoitin voi olla mikä tahansa materiaali, yhdiste, alkuaine, seos tai vastaava, joka tämän keksinnön mukaisissa prosessiolosuhteissa säilyttää yhtenäisyytensä, ei ole haihtuva ja on 10 läpäisevä kaasufaasihapettimelle sekä pystyy paikallisesti ehkäisemään, negatiivisesti aktivoimaan, pysäyttämään, häiritsemään, estämään, jne. hapettumisreaktiotuotteen jatkuvaa kasvua. Sopivia rajoittimia ovat esimerkiksi alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman ollessa hapettimena kalsiumsulfaatti (kipsi), kalsiumsilikaatti ja portlandsementti sekä 15 näiden seokset. Nämä rajoittimet voivat sisältää myös sopivan palavan tai haihtuvan materiaalin, joka eliminoituu kuumennettaessa tai materiaalin, joka hajoaa kuumennettaessa, jotta voidaan lisätä rajoittimen huokoisuutta tai läpäisevyyttä kaasufaasihapettimelle. Rajoitin voi lisäksi sisältää sopivia tulenkestäviä hiukkasia minkä tahansa mahdollisen kutistumi-20 sen tai halkeilemisen vähentämiseksi, jota saattaa muutoin esiintyä prosessin aikana kuumentamisen yhteydessä.

Keksinnön yhdessä suositeltavassa suoritusmuodossa rajoitin sisältää kalsiumsulfaatin (eli kipsin) ja portlandsementin tai kalsiumsilikaatin 25 seoksen. Portlandsementti tai kalsiumsilikaatti voidaan sekoittaa kipsin kanssa suhteessa 10:1 - 1:10 portlandsementin suositeltavan suhteen kipsiin ollessa noin 1:3 ja kalsiumsilikaatin suhteen kipsiin ollessa noin 1:1. Portlandsementtiä voidaan haluttaessa käyttää yksin rajoittimena.

30 Alumiiniperusmetalleja käytettäessä toinen suositeltava suoritusmuoto käsittää kipsin sekoitettuna piidioksidin kanssa mielellään stökiömetri-sessä määrässä, mutta kipsiä voi olla enemmänkin. Prosessoinnin aikana kipsi ja piidioksidi reagoivat muodostaen kalsiumsilikaattia, jolloin saadaan erityisen hyödyllinen rajoitin, koska siinä ei olennaisesti ole 35 hiushalkeamia. Eräässä toisessa suoritusmuodossa kipsi sekoitetaan 25-40 painoprosentilla kalsiumkarbonaattia. Kuumennettaessa kalsiumkarbonaatti 12 8 9 5 8 9 hajoaa tuottaen hiilidioksidia, mikä lisää huokoisuutta ja tätä myötä ra-joittimen läpäisevyyttä.

Syvennyksessä 32 olevan sulan perusmetallin määrää voidaan haluttaessa 5 täydentää sulan perusmetallin varastosta esimerkiksi putken tai kanavan kautta, joka kulkee pidinpedin 30 läpi ja on yhdistetty pitimessä 34 olevaan aukkoon, jolloin sulaa täydennysperusmetallia voidaan virtauttaa syvennykseen 32. Syvennyksessä 32 olevan sulan perusmetallin syötön täydentäminen voi joissakin tapauksissa helpottaa hapettumisreaktiotuotteen 10 kasvua sekä auttaa tukemaan hapettumisreaktiotuotetta 38 muottiontelossa 22. Vaikka tällaista varaston täydennystekniikkaa (joka on esitetty hakijan US-patentissa 4,900,699, nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Varaston syöttömenetelmä keraamisten sekarakenteiden valmistamiseksi ja menetelmällä tehdyt rakenteet" ei käytetäkään, hapettumisreak-15 tiotuote 38 pyrkii pysymään muotin 20' muottiontelossa 22, koska sen kasvu kosketukseen muotoillun pinnan 20a kanssa saa aikaan "hyvän pysyvyyden" , vaikka pinta 20a käsittää rajoitinmateriaalin. Lisäksi muottion-telon 22 konfigurointi, kuten muotoillun perusmetallin 10 tasoa 12 vastaavan rengasmaisen kammion järjestäminen (kuvio 1), pyrkii kiin-20 nittämään hapettumisreaktiotuotteen 38 mekaanisesti paikoilleen.

Kun hapettumisreaktiotuotteen 38 kasvu on olennaisesti kokonaan täyttänyt muottiontelon 22, koosteen annetaan jäähtyä ja saatava keraaminen kappale, jonka muodon sille on antanut se, että se on kasvanut muottiontelon 25 22 muotoiltuun pintaan 20a, muttei olennaisesti sen ulkopuolelle, otetaan talteen tuhoamalla ja poistamalla muotti 20' . Saatavalla keraamisella kappaleella on muoto, joka on olennaisesti identtinen kuviossa 1 esitetyn muotoillun perusmetallin 10 muodon kanssa. Keraaminen kappale voidaan leikata tai työstää pitkin sen pintaa, joka vastaa yleisesti muotoillun 30 perusmetallin 10 päätypintaa 16, jotta mikä tahansa uudelleen jähmettynyt perusmetalli tai hapettumisreaktiotuotteen mitkä tahansa ulkonevat tai epätasaiset ulokkeet voidaan poistaa.

Kuten yllämainitussa hakijan US-patentissa 4,713,360 on selvitetty, 35 saatava keraaminen kappale koostuu monikiteisestä hapettumisreaktiotuot-teesta, ja siinä voi olla yhdistyneitä tai eristyneitä metallisia ai- 13 89589 nesosia, mukaanlukien esimerkiksi perusmetallin hapettumattomia ainesosia. Se voi sisältää myös jonkin verran tyhjiöitä tai huokoisuutta.

Havaitaan, että yksi tämän keksinnön huomattava etu on se, että minkä ta-5 hansa muotoinen muotoiltu perusmetallin massa voidaan valmistaa helposti millä tahansa sopivalla tavalla. Metallinen kappale, kuten tanko, billet-ti tai harkko, voidaan esimerkiksi työstää tai metalli voidaan valaa, muovata, pursottaa tai muutoin muotoilla perusmetallin muotoillun massan aikaansaamiseksi. Siihen voidaan muodostaa uria, reikiä, syvennyksiä, ta-10 soja, kohoumia, laippoja, tappeja, ruuvin kierteitä tai vastaavia ja/tai siihen voidaan koota olakkeita, holkkeja, kiekkoja, tankoja tai vastaavia toivotun muotoillun perusmetallin massan aikaansaamiseksi. Havaitaan, että on paljon helpompaa työstää ja/tai koota metallisia komponentteja tällä tavoin kuin työstää toivottu muoto aihiomaisesta keraamisesta kap-15 paleesta erityisesti, jos toivottu muoto on monimutkainen.

Kuviossa 4 esitetään tämän keksinnön mukainen vaihtoehtoinen suoritusmuoto, jossa järjestetään kuvion 2 säiliön 26 kanssa identtinen säiliö 26' ja jossa muottiväline 44 käsittää sisäosan 46 ja ulko-osan 48. Sisäosa 46 20 järjestetään ensimmäisellä läpäisevällä, mukautuvalla materiaalilla, joka on lisätty muotoiltuun perusmetalliin 19' muotin 44 muotoillun pinnan 44a aikaansaamiseksi. Sisäosa 46 käsittää sopivan täyteaineen sopivaan apuaineeseen tai sideaineeseen sekoitettuna, jolloin mahdollistetaan saatavan kootun täyteaineen lisääminen muotoiltuun perusmetalliin 10' . 25 Kun sisäosa 46 on kovettunut tai jähmettynyt, siihen lisätään toinen kerros läpäisevää mukautuvaa materiaalia ulko-osan 48 aikaansaamiseksi, joka voi käsittää esimerkiksi kipsin ja kalsiumsilikaatin seoksen ja toimia näin rajoitinmateriaalina. Sekä sisäosan 46 käsittävä koostettu täyteaine että ulko-osan 48 käsittävä rajoitin ovat läpäiseviä sallien 30 kaasufaasihapettimen kulun lävitseen. Sisäosan 46 täyteaine tai ainakin sen tukivyöhyke, joka vastaa kuviossa 2 katkoviivalla 24 esitettyä tukivyöhykettä, on luontaisesti itsesitoutuva siten, että kun sideaine on kuumennettu ja kulunut loppuun tai höyrystynyt, täyteaineen hiukkaset itsesitoutuvat tuottaen riittävän koheesiolujuuden, jotta voidaan pitää 35 yllä muotoillun pinnan 44a yhtenäisyyttä perusmetallin 10' sulaessa ja virratessa säiliöön 26'.

14 8 9 589

Kun hapettumisreaktiotuote kasvaa kuviossa 3 havainnollistetun ja kuvatun tavan mukaisesti, kasvava hapettumisreaktiotuote suodattuu ja sulkee sisäänsä sisäosan 46 täyteaineen ja kasvaa ulko-osan 48 sisäpintaan 48a. Hakijan US-patentissa 4,851,375 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimel-5 tään "Keraamiset sekarakennekappaleet ja menetelmiä niiden valmistamiseksi", on selvitetty, että perusmetallin hapettamisella aikaansaatavan monikiteisen materiaalin kasvu voidaan ohjata kohti täyteaineen läpäisevää massaa ja massaan, joka suodattuu ja sulkeutuu monikiteiseen kasvavaan materiaaliin keraamisen sekarakenteen aikaansaamiseksi. Täyte-10 aine voi käsittää erilaisia tulenkestäviä ja/tai ei-tulenkestäviä rakeisia, kuituisia tai muita materiaaleja, mukaanlukien keraamiset täyteaineet. Saatavat sekarakennemateriaalit käsittävät täyteaineen sisäänsä sulkevan, keraamisen monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen tiheän matriisin. Täyteaine käsittää materiaalien joko irtonaisen tai sidotun 15 koosteen tai järjestelmän, jossa koosteessa on rakoja, aukkoja, välitiloja tai vastaavia, jotka tekevät sen läpäiseväksi sekä kaasufaasihapetti-melle että hapettumisreaktiotuotteen kasvulle lävitseen. Ulko-osan 48 tuottaman rajoittimen sisäpinta 48a ehkäisee hapettumisreaktiotuotteen kasvamisen edelleen, ja sen jälkeen kun kasvu on loppunut ja kooste on 20 jäähdytetty, keraaminen kappale otetaan talteen poistamalla tai tuhoamalla ulko-osa 48.

Saatava keraaminen kappale 50 on havainnollistettu kuviossa 5 ja käsittää sisäsegmentin 52 ja ulkosegmentin 54. Sisäsegmentti 52 käsittää niinsano-25 tun "ilmakasvatteisen" keramiikan eli keramiikan, jota ei ole kasvatettu täyteaineeseen vaan tilavuuteen tai tilaan, jossa on ainoastaan ilmaa tai toinen kaasufaasihapetin. Sisäsegmentti 52 ei siis sisällä täyteainetta siihen upotettuna. Ulkosegmentti 54 käsittää keraamisen sekarakenteen eli keraaminen materiaali sulkee sisäänsä täyteaineen, joka voi käsittää esi-30 merkiksi keraamisia hiukkasia, karvoja tai vastaavia. Kooste voidaan haluttaessa järjestää siten, että rengasmaisen tason pitkittäissuuntainen pinta on samassa tasossa sisäosan 46 ulkopinnan kanssa tai ulottuu hieman sen ulkopuolelle. Tällä tavoin lopputuotteessa oleva pitkittäispinta on paljaana, jolloin sillä on erilaiset kulutuspintaominaisuudet kuin muilla 35 ulkopinnoilla.

15 B9589

Kuten hakijan patenteissa on selvitetty, lisäaineiden lisääminen perusmetalliin voi vaikuttaa suotuisasti hapettamisreaktioprosessiin tai edistää sitä. Lisäaineiden toiminta tai toiminnot voivat riippua monista muistakin tekijöistä kuin itse lisäaineista. Näitä tekijöitä ovat esimerkiksi 5 käytettävä perusmetalli, toivottava lopputuote, lisäaineiden tietty yhdistelmä kahta tai useampaa lisäainetta käytettäessä, lisäaineiden pitoisuus, hapettava ympäristö ja prosessiolosuhteet. Hyödyllisesti toimiakseen tietyt lisäaineet vaativat esimerkiksi muiden lisäaineiden läsnäolon.

10

Lisäaine tai lisäaineet voidaan järjestää perusmetallin lejeeraavina ainesosina tai levittää muotoillun perusmetallin ulkopintaan mielellään hiukkasten tai jauheen muodossa. Kun täyteainetta käytetään kuten kuvion 4 yhteydessä on kuvattu, sopivat lisäaineet voidaan lisätä täyteaineeseen 15 tai osaan täyteainetta tai sekoittaa täyteaineen tai sen osan kanssa tai sopiva täyteaine voi käsittää lisäaineen. Sellaisen tekniikan yhteydessä, jossa lisäaine tai lisäaineet lisätään täyteaineeseen, lisäys voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla tavalla, kuten hajauttamalla lisäaineet koko täyteaineeseen tai osaan siitä päällysteinä tai hiukkasten muodossa, 20 jolloin lisäaine sisältyy mielellään ainakin osaan perusmetallin viereistä täyteainetta. Minkä tahansa lisäaineen lisäys täyteaineeseen voidaan myös saada aikaan lisäämällä yhden tai useamman lisäaineen kerros petiin ja sen sisään, mukaanlukien mitkä tahansa sen sisäisistä aukoista, raoista, väylistä, välitiloista tai vastaavista, jotka tekevät sen 25 läpäiseväksi. Sopiva tapa minkä tahansa lisäaineen lisäämiseksi on yksinkertaisesti kaataa käytettävä täyteaine nestelähteeseen (esim. lisäaineen liuokseen).

Lisäaineen lähde voidaan myös järjestää sijoittamalla lisäaineen jähmeä • · 30 massa kosketukseen ainakin täyteaineen osan ja muotoillun perusmetallin kanssa näiden välille. Ohut levy piidioksidia sisältävästä lasista (lisäaineena hyödyllinen alumiiniperusmetallin hapettamiselle) voidaan sijoittaa esimerkiksi muotoillun perusmetallin pinnalle, ja kaasua läpäisevä, mukautuva materiaali voidaan päällystää sen päälle. Yhtä tai useam-35 paa lisäainetta voidaan lisäksi tai vaihtoehtoisesti levittää ulkoisesti muotoillun perusmetallin pintaan. Lisäksi perusmetallin lejeerattuja 16 89589 lisäaineita voidaan auttaa lisäaineella (lisäaineilla), jotka on lisätty yllämainittujen tekniikoiden avulla. Näin ollen mitä tahansa perusmetalliin lejeerattujen lisäaineiden pitoisuuksien puutteellisuuksia voidaan kompensoida vastaavan lisäaineen (vastaavien lisäaineiden) lisäpitoisuu-5 della, jotka lisäaineet lisätään näillä vaihtoehtoisilla tavoilla tai päinvastoin.

Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita ovat erityisesti ilman ollessa hapettimena esimerkiksi magnesium ja sinkki erityisesti yhdessä 10 muiden lisäaineiden kanssa, kuten alla on kuvattu. Nämä metallit tai metallien sopiva lähde voidaan sekoittaa alumiinipohjaiseen perusmetalliin pitoisuuksina kullekin noin 0,1-10 painoprosenttia, mikä perustuu saatavan sekoitetun metallin kokonaispainoon. Minkä tahansa lisäaineen pitoisuus riippuu sellaisista tekijöistä kuin lisäaineiden yhdistelmä ja 15 prosessilämpötila. Sopivalla alueella olevien pitoisuuksien on havaittu aloittavan keraamisen kasvun, edistävän metallin kulkua ja vaikuttavan suotuisasti saatavan hapettumisreaktiotuotteen kasvumorfologiaan.

Muita lisäaineita, jotka ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapettu-20 misreaktion kasvua alumiinipohjaisten perusmetallijärjestelmien yhteydessä, ovat esimerkiksi pii, germanium, tina ja lyijy käytettyinä erityisesti yhdessä magnesiumin ja sinkin kanssa. Yksi tai useampi muu tällainen lisäaine tai niiden sopiva lähde lejeerataan alumiiniperusmetallijärjes-telmään pitoisuuksina kullekin noin 0,5-15 painoprosenttia kokonaisseok-25 sen painosta; toivottavampi kasvukinetilkka ja kasvumorfologia saavutetaan kuitenkin lisäaineiden pitoisuuksilla alueella noin 1-10 painoprosenttia kokonaisperusmetalliseoksen painosta. Lisäaineena käytettävä lyijy lejeerataan yleensä alumiinipohjaiseen perusmetalliin ainakin 1000 °C:en lämpötilassa, jotta voitaisiin kompensoida sen alhainen liu-30 kenevuus alumiiniin; muiden sekoitettujen ainesosien, kuten tinan, lisääminen parantaa yleensä lyijyn liukenevuutta ja sallii sekoitettavan materiaalin lisäämisen alemmassa lämpötilassa.

Lisäesimerkkejä alumiiniperusmetallin yhteydessä hyödyllisistä lisäai-35 neista ovat natrium, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yksin tai yhdessä yhden tai useamman muun lisäaineen ,, 39 589 kanssa hapettimesta ja prosessiolosuhteista riippuen. Natriumia ja litiumia voidaan käyttää hyvin pieninä määrinä alueella osia per miljoona, tyypillisimmin alueella noin 100-200 osaa per miljoona, ja kumpaakin voidaan käyttää yksin tai yhdessä toistensa kanssa tai yhdessä muun 5 lisäaineen (muiden lisäaineiden) kanssa. Harvinaiset maametallit kuten serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen käytettyinä erityisesti yhdessä muiden lisäaineiden kanssa.

10 Kuten yllä on huomautettu, ei ole välttämätöntä lejeerata mitään lisäainetta perusmetalliin. Yksi tai useampi lisäaine voidaan levittää esimerkiksi ohuena kerroksena joko perusmetallin koko pintaan tai osaan siitä tai tukimassan vastaavaan pintaan. Tällainen lisäainekerros voidaan levittää maalaamalla, upottamalla, silkkiseulalla, höyrystämällä tai 15 muutoin lisätä lisäaine nesteen tai pastan muodossa tai ruiskuttamalla tai sijoittamalla yksinkertaisesti kiinteän hiukkasmaisen lisäaineen kerros tai lisäaineen kiinteä ohut levy tai kalvo perusmetallin tai tukimassan pintaan. Lisäaine voi, muttei sen tarvitse, sisältää joko orgaanisia tai epäorgaanisia sideaineita, apuaineita, liuottimia ja/tai 20 paksuntimia. Lisäaine levitetään mieluummin jauheena tukimassan tai perusmetallin pintaan liimalla tai sideaineella, joka eliminoituu tukimassan kanssa prosessoinnin aikana. Yksi erityisen suositeltava menetelmä lisäaineiden lisäämiseksi on käyttää lisäaineiden nestemäistä suspensiota veden ja orgaanisen sideaineen seoksena pintaan ruiskutettuna, jotta : 25 voidaan saada aikaan kiinnittyvä päällyste, joka helpottaa muotoillun ' metallin tai tukimassan käsittelyä ennen prosessointia.

Ulkoisesti käytettävät lisäaineet lisätään tavallisesti ainakin osaan tukimassan tai perusmetallin sopivasta pinnasta yhtenäisenä päällysteenä. 30 Lisäaineen määrä on tehokas laajalla alueella suhteessa reagoitavan perusmetallin määrään, ja alumiinin yhteydessä kokeilla ei ole pystytty osoittamaan ylä- eikä alatoimintarajoja. Kun käytetään esimerkiksi piitä piidioksidin muodossa, joka lisätään ulkoisesti lisäaineena alumiini-magnesium -perusmetalliin käytettäessä ilmaa tai happea hapettimena, 35 niinkin pienet määrät kuin 0,00003 grammaa piitä per gramma perusmetallia tai noin 0,0001 grammaa piitä per neliösenttimetri perusmetallin pintaa, is 8 9 589 jolle Si02-lisäaine lisätään, ovat tehokkaita. On myös havaittu, että keraaminen rakenne on saavutettavissa alumiini-pii -perusmetallista ilman tai hapen ollessa hapettimena käyttämällä MgO:ta lisäaineena määrässä, joka on suurempi kuin noin 0,0008 grammaa magnesiumia per gramma hapetet-5 tavaa perusmetallia ja suurempi kuin noin 0,003 grammaa magnesiumia per neliösenttimetri perusmetallin pintaa, jolle MgO levitetään.

Keksintöä havainnollistetaan edelleen seuraavan esimerkin avulla.

10 Esimerkki

Lieriömäinen alumiinikappale (seos 380.1, Belmont Metals, jonka nimellisesti tunnistettu koostumus oli painoprosentteina seuraava: 8,85 % Si, 2-3 i Zn ja 0,1 % Mg aktiivisina lisäaineina, ja 3,5 % Cu sekä Fe, Mn ja 15 Ni, mutta varsinainen magnesiumpitoisuus oli joskus korkeampi kuten alueella 0,17-0,18 %) halkaisijaltaan 7,6 cm (3 tuumaa) ja paksuudeltaan 1,27 cm (½ tuumaa), jolla oli halkaisijaltaan 2,54 cm (1 tuumaa) oleva, välillisesti sijoitettu aukko, sijoitettiin lieriömäisen kuluvan tuen päälle, joka koostui solumaisesta polystyreenivaahdosta halkaisijaltaan 20 8,89 cm (3h tuumaa) ja paksuudeltaan 0,95 cm (3/8 tuumaa), jonka päällä oli ohut kerros piidioksidilisäainetta (Minusil, 30 mikronia, PGS) siten, että lisäaine oli metallin ja tuen välissä. Mukautuva, kaasua läpäisevä materiaali, joka käsitti seuraavan seoksen: 30 painoprosenttia kipsiä (Bondex, Bondex Inc.), 70 painoprosenttia wollastoniittia (epäorgaaninen 25 kalsiumsilikaatti, Nyco Inc., FP-laji) ja vettä muokattavan pastan muodostamiseksi lisättiin metallin malliosaan sekä levitettiin lisäksi tuen kaikkiin paljaina oleviin pintoihin pohjaa lukuunottamatta. Metallin malliosa käsitti yläosan, sivun ja aukon. Lisätyn seoksen annettiin jähmettyä siten, että kipsi hydrolysoituisi muodostaen näin tukivyöhyk-30 keen metallin malliosan viereen. Tämän metallin, tuen ja kaasua läpäisevän materiaalin kooste haudattiin wollastoniittipetiin, joka oli sijoitettu tulenkestävään astiaan.

Ylläoleva kooste sijoitettiin ilmalla varustettuun uuniin ja kuumennet-35 tiin 5 tunnin aikana 1000 °C:en. Uunia pidettiin 1000 °C:ssa 100 tuntia, jonka jälkeen se jäähdytettiin ympäristön lämpötilaan 5 tunnissa.

19 8 9 5 89

Muotoiltu keraaminen kappale otettiin talteen, ja mukautuva kaasua läpäisevä materiaali poistettiin kevyellä hiekkapuhalluksella. Saatu keraaminen kappale toisti esiastemetallin malliosan aukon mukaanlukien.

5

Claims (17)

1. Menetelmä muotoillun, itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 5 (a) käytetään muotoiltua perusmetallia, jossa on malliosa, joka määrittää perusmetallin muodon; (b) levitetään malliosalle mukautuva, kaasua läpäisevä materiaali muo-10 toillulla pinnalla varustetun muotin tuottamiseksi, joka pinta on olennaisesti yhdenmukainen malliosan kanssa, materiaalin ollessa luontaisesti itsesitoutuva ainakin sen tukivyöhykkeessä, joka on välittömästi sanotun pinnan vieressä ja on sen kanssa yhtä laajalle ulottuva, jolloin muotille saadaan riittävä koheesiolujuus muotoillun pinnan yhtenäisyyden säilyttä- 15 miseksi prosessointiolosuhteissa, jotka on määritetty seuraavissa vaiheissa (d) ja (e); (c) suunnataan perusmetalli ja säiliösyvennys perusmetallin sijoittamiseksi virtausyhteyteen säiliösyvennyksen kanssa, jonka säiliöastian ka- 20 pasiteetti on ainakin riittävä ottamaan vastaan olennaisesti kaiken sulassa muodossa olevasta perusmetallista; (d) kuumennetaan perusmetalli sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettu-misreaktiotuotteensa sulamispisteen alapuolella olevalle lämpötila- 25 alueelle, ja tyhjennetään saatava sula perusmetalli muotista säiliöön muottiontelon aikaansaamiseksi; (e) jatketaan kuumentamista kaasufaasihapettimen läsnäollessa, ja sanotulla lämpötila-alueella; 30 (i) annetaan säiliösyvennyksessä olevan sulan perusmetallin reagoida hapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen; (ii) pidetään ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan 35 metallin massan ja hapettimen kanssa näiden välillä niin, että sulaa metallia voi vetäytyä vähitellen sanotusta massasta hapettumisreak- 2i 89 589 tiotuotteen läpi ja muottiin kosketukseen hapettimen kanssa siten, että hapettumisreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu muotissa hapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla; ja 5 (iii) annetaan reaktion jatkua hapettumisreaktiotuotteen kasvattamiseksi kosketukseen muotoillun pinnan kanssa, jolloin muodostuu keraaminen kappale, jonka muodon määrittää muottiontelon muoto; ja 10 (f) otetaan keraaminen kappale talteen muotista.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin osa materiaalista, jota käytetään muotoillun pinnan muodostamiseen, käsittää rajoittimen, jolloin estetään hapettumisreaktiotuot- 15 teen kasvu muotoillulla pinnalla.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että malliosan päälle levitettävä materiaali käsittää täyteaineen, joka on läpäisevä hapettumisreaktiotuotteen kasvulle lävitseen ja jossa 20 hapettumisreaktiotuote kasvatetaan muotoillun pinnan ulkopuolelle ja täyteaineeseen, jotta voidaan sisällyttää ainakin osa täyteaineesta hapettumisreaktiotuotteeseen, jolloin muotoiltu keraaminen kappale käsittää sisäsegmentin, jonka muodon määrittää muottiontelon muoto sekä sekarakenteen uikosegmentin, joka sulkee sisäänsä täyteaineen. "V 25

• ·.: 4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli valitaan alumiinista, piistä, titaanista, tinasta, sirkoniumista ja hafniumista koostuvasta ryhmästä.

5. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli on alumiini.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetin käsittää happea sisältävän kaasun. 35 22 3 9 5 8 9

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetin käsittää ilmaa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että sanottu lämpötila-alue on noin 850-1450 °C.

9. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetallin yhteydessä käytetään lisäainetta.

10. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli suunnataan painovoimalla toteutettuun virtausyh-teyteen säiliön kanssa.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunne ttu siitä, 15 että poistuva tuki sijoitetaan säiliöön, ja vaiheessa (c) tuetaan perusmetalli tuen päälle, lämpötila-alueen ollessa riittävä höyrystämään poistettavan tuen sallien näin poistuvan tuen korvaamisen sulalla perusmetallilla, joka virtaa säiliöön.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheessa (c) perusmetalli saatetaan virtausyhteyteen säiliön kanssa sijoittamalla perusmetalli tulenkestävän tuen päälle, joka mitoitetaan ja muotoillaan siten, että se on avoin sekä sulan perusmetallin virtaukselle muotista säiliöön että hapettumisreaktiotuotteen kasvulle säiliöstä 25 muottionteloon.

13. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaineen pintaan levitetään rajoitin, joka täyteaine sijaitsee vastapäätä muotoiltua pintaa, jolloin voidaan estää hapettumisreak- 30 tiotuotteen kasvu pinnassa.

14. Patenttivaatimuksen 3 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sideainetta sisällytetään kaasua läpäisevään materiaaliin ainakin sen tukivyöhykkeeseen. 35 23 89589

15. Patenttivaatimuksen 2 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rajoitin käsittää materiaalin valittuna ryhmästä, johon kuuluu kipsi, portlandsementti, kalsiumsilikaatti ja näiden seokset.

16. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että perusmetalli käsittää alumiinia, hapetin on happea sisältävä kaasu ja että perusmetallin yhteydessä käytetään lisäainetta.

17. Patenttivaatimuksen 3 tai 13 mukainen menetelmä, tunnettu 10 siitä, että täyteaine käsittää materiaalin, joka valitaan seuraavasta ryhmästä: rakeet, hiukkaset, jauheet, kuidut, karvat, aggregaatti, pallot, putket, tulenkestävä kuitukangas, pikkuputket tai näiden seokset. 24 89589