FI90409C - Menetelmä keraamisten kappaleiden sitomiseksi toisiinsa - Google Patents

Description

90409

Menetelmå keraamlsten kappaleiden sitomiseksi toisiinsa Forfarande for bindning av keramiska kroppar till varandra 5

Keksinndn kohteena on menetelmå keraamlsten kappaleiden sitomiseksi toisiinsa olennaisesti yhdenmukaisia pintoja pitkin.

Tåmån keksinnon kohteena on laajasti ottaen keraamlsten kappaleiden 10 sitominen toisiinsa ja tarkemmin sanottuna menetelmåt keraamisten kappaleiden sitomiseksi toisiinsa muodostamalla hapettumisreaktiotuote, jolloin kappaleiden olennaisesti yhdenmukaiset pinnat voidaan liittfiå yhteen ja siten sitoa ne toisiinsa.

15 Keksinnon mukainen menetelmå on pååasiassa tunnettu siitå, ettå (a) sijoitetaan ensimmåinen keraaminen kappale ja toinen keraaminen kappale toistensa viereen keraamisten kappaleiden koosteen muodosta-miseksi siten, ettå ensimmåisen kappaleen olennaisen yhdenmukainen 20 pinta on vasten toisen kappaleen olennaisen yhdenmukaista pintaa, jolloin niiden vålille måårittyy sitova vyohyke; (b) asetetaan esiastemetallin massa suhteessa sitovaan vyohykkeeseen siten, ettå hapettumisreaktiotuote, joka saadaan esiastemetallista alla 25 selvitetyisså vaiheissa (c) ja (d), muodostuu sitovaan vyohykkeeseen; (c) kuumennetaan keraamisten kappaleiden kooste ja esiastemetallin massa kaasufaasihapettimen låsnåollessa esiastemetallin sulamispisteen ylåpuolella olevalle låmpdtila-alueelle ja hapettumisreaktiotuoteen 30 sulamispisteen alapuolelle, jolloin saadaan sulan esiastemetallin massa; ja (d) sanotulla låmpotila-alueella 35 (i) annetaan kaasufaasihapettimen reagoida sulan esiastemetallin kanssa hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi; 2 90409 (ii) pidetåån ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan esiastemetallin ja hapettimen kanssa nåiden vålillå, jolloin sulaa esiastemetallia vetåytyy progressiivisesti massasta hapettumis-reaktiotuotteen lapi sitovaan vyohykkeeseen; ja 5 (iii) annetaan reaktion jatkua riittåvån kauan, ettå hapetusreaktio-tuote muodostaa ainakin osittain siltoja sitovaan vyohykkeeseen ja siten sidotaan yhteen ensiramåinen ja toinen yhdenmukainen pinta.

10 Tåmån keksinnon muut piirteet ja suoritusmuodot on kuvattu alla keksinnon yksityiskohtaisessa kuvauksessa ja sen edullisissa suoritusmuo-doissa.

Tåsså erittelysså ja patenttivaatimuksissa allaolevat termit måårite-15 tåån seuraavasti: "Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yleenså yhtå tai useampaa metallia misså tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai nåiden yhdistelmålle 20 tai sillå on ollut yhteisiå elektroneja viimeksimainittujen kanssa. Tåmån mååritelmån mukaisesti "hapettumisreaktiotuote" sisåltåå siis yhden tai useamman metallin reaktiotuotteen tåsså kuvatun kaasufaasi-hapettimen kanssa.

25 "Kaasufaasihapetin", joka tunnistaa hapettimen tietyn hoyrystyneen tai kaasumaisen materiaalin sisåltåvåksi tai kåsittåvåksi, tarkoittaa yhtå tai useampaa elektronien vastaanotinta tai yhdistettå, jolla on yhteisiå elektroneja toisen yhdisteen kanssa. Hyodyllisiå hapettimia ovat happea sisåltåvå kaasu (mukaanlukien ilma), typpeå sisåltåvå kaasu 30 (esim. muodostuskaasu, joka sisåltåå n. 96 t-% typpeå ja n. 4 t-% vetyå), halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiilen yhdisteet (mukaanlukien alhaisen molykyylipainon omaavat hiilivedyt, kuten metaani, etaani, eteeni, propyleeni ja asetyleeni hiilen låhteenå), booriyhdis-teet, seleeni, telluuri, H2/H20-seokset ja C0/C02-seokset ja/tai sopi-35 vien hapettimien yhdisteet tai seokset.

Il 3 90409 "Esiastemetallin" on tarkoitettu viittaavan suhteellisen puhtaisiin metalleihin, kaupallisesti saataviin metalleihin epåpuhtauksineen ja/tai siihen lisåttyine ainesosineen ja metallien seoksiin ja metallien vålisiin yhdisteisiin. Kun tietty metalli mainitaan, tunnistettu 5 metalli tulisi tulkita tåmån maaritelmån mukaisesti, ellei tekstin asiasisålto muuta osoita.

Kuviot 1,3 ja 4 ovat kaaviomaisia pystyleikkauskuvia keksinndn vastaa-vien suoritusmuotojen mukaisista koosteista, jotka eivat tassa ole 10 mittakaavan mukaisia, ja kukin kooste kasittaa toisiinsa sidottavia keraamisia kappaleita sekå sisåltåå esiastemetallin sijoitettuna siten, ettå keraamisten kappaleiden våliin jåå lisåtilaa;

Kuviot 1A ja IB ovat perspektiivikuvia kuvion 1 koosteesta, joista osia 15 on jatetty pois asian havainnollistamiseksi;

Kuvio 2 on kaaviomainen pystypoikkileikkauskuva keksinndn toisen suo-ritusmuodon mukaisesta koosteesta, ja se kåsittaå toisiinsa sidottavia keraamisia kappaleita sekå esiastemetallin kappaleita, joka kooste on 20 upotettu tukipohjaan tulenkestavåån astiaan; ja

Kuvio 2A laajennetussa mittakaavassa esitetty perspektiivikuva ainoas-taan kuvion 2 koosteen keraamisista kappaleista, josta kuvasta yhden kappaleen osa on jatetty pois asian havainnollistamiseksi.

25

Kuvio 3 on kuvallinen esitys keraamisen lohkon ja ylospåin etenevan keraamisen lohkon koosteesta, joiden lohkojen valille on sijoitettu kaksinkertainen kerros esiastemetallin kalvoa sekå kiihdytinmateriaali.

30 Kuvio 4 on kuvallinen esitys kolmen keraamisen kappaleen koosteesta kåsittaen kaksi lohkoa ja ylospåin ulottuvan lohkon.

Kuvio 5 on 2,5-kertaisesti suurennettu valokuva esimerkin 3 sidotusta keraamisesta tuotteesta.

35 4 90409

Kuvio 6 on 50-kertaisesti suurennettu mikrovalokuva, joka esittåå esi-merkin 3 prosessin avulla sidotun keraamisen tuotteen.

Tåta keksintoå sovellettaessa kaksi tai useampia keraamisia kappaleita 5 sidotaan yhteen sitovassa vyohykkeesså, jonka måårittåvåt kappaleiden vierekkåiset, toisiaan vasten olevat ja olennaisesti yhdenmukaiset pinnat. Vastakkaiset sidottavat pinnat voivat kåsittåå rajakkaisten tai vierekkåisten kappaleiden tasomaisia tai muutoin olennaisesti yhden-mukaisia keraamisia pintoja, joita kappaleita ovat esimerkiksi levyt, 10 kiekot, lohkot, kuutiot, tangot tai vastaavat joko muotoillussa tai muotoilemattomassa muodossa. Yksi keraamisista kappaleista tai ne kaik-ki voivat haluttaessa muodostaa keraamisen sekarakenteen, joka kåsittåå keraamisen matriisin sisåånså sulkeman tåyteaineen. Tåsså yhteydesså ja patenttivaatimuksissa kåytettynå viittaus toisiaan vastakkaisiin pin-15 toihin, jotka ovat "olennaisesti yhdenmukaisia", ei edellytå sitå, ettå vastakkaisilla pinnoilla on tåydellinen tai geometrinen yhdenmukaisuus, vaan riittåå, jos ne ulottuvat yhdesså alueelle siten, ettå se riittåå saamaan aikaan olennaisesti samantasoisen sitovan vyohykkeen niiden vålille. Pintojen ei myoskåån tarvitse olla tasomaisia, vaan ne voivat 20 olla kaarimaisia esimerkiksi siten, ettå toisen kappaleen pinta on kupera ja toisen kappaleen pinta on kovero, jolloin saadaan aikaan yhteensopivat tai samantasoiset pinnat. Sitovan vyohykkeen paksuus voi olla melko pieni, esimerkiksi 0,005-0,008 cm (2-3 yksi tuhannesosa tuuraaa) - 0,0254 cm (noin 10 yksi tuhannesosa tuumaa), tai se voi olla 25 suurempikin.

Sitoutuminen saadaan aikaan hapettumisreaktiotuotteella, joka muodos-tetaan hapettamalla esiastemetallin (perusmetallin) koherentti massa, joka asetetaan suhteessa sitovaan vyohykkeeseen siten, ettå esiaste-30 metallista muodostettu hapettumisreaktiotuote liittåå yhteen ja sitoo vierekkåiset pinnat. Vierekkåiset pinnat voivat olla kosketuksessa toistensa kanssa (tai esiastemetallin massan kanssa) tai ne voivat sijaita hieman toisistaan erillåån, tai ne voidaan sijoittaa lievåån kulmaan toisiinsa nåhden, jolloin saadaan aikaan pieni rako sitovan 35 vyohykkeen toiselle puolelle. Kiihdytinmateriaali ja/tai esiastemetalli voidaan sijoittaa vierekkåisten pintojen våliin, mutta tåmå ei ole

II

5 90409 vålttåmåtontå. Esiastemetalli voidaan jarjestaa esimerkiksi kalvona tai levyna siten, etta vierekkaisten pintojen våliin jaa lisatilaa, tai se voidaan jarjestaa esiastemetallin yhtena tai useampana massana sitovan vyohykkeeen ulkopuolelle mutta sen viereen esimerkiksi rajakkaiseen 5 kosketukseen sitovan vyohykkeen kehan osan kanssa tai sen koko kehan kanssa. Erityisesti jålkimmåisessa tapauksessa hapettumisreaktiotuot-teen kasvu tai kehittyminen esiastemetallin massasta etenee sitovan vyohykkeen ulkopuolella olevasta låhtopisteeståån ja kehittyy sitovaan vyohykkeeseen ja ainakin osittain sen låpi. Hapettumisreaktiotuotteen 10 kasvu etenee itse asiassa kahden keraamisen kappaleen valillå olevaan pienimpaån halkeamaan tai saumaan ja ulottuu ainakin osittain sen låpi, joiden kappaleiden samantasoiset pinnat ovat låheisesså tai rinnakkai-sessa kosketuksessa keskenåån.

15 Vaikka tåsså yhteydesså ei halutakaan sitoutua mihinkåån tiettyyn kåy-tånnon teoriaan, tåtå kasvuilmiotå voidaan selittåå viittaamalla haki-jan US-patentin 4,713,360 oppeihin. Siinå esitetyn keksinnon mukaisesti metallin esiaste, esimerkiksi alumiini (jota kutsutaan perusmetallik-si), kuumennetaan kaasufaasihapettimen, kuten ilman, låsnåollessa sen 20 sulamispisteen ylåpuolella olevaan låmpotilaan mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolelle sulan perusmetallin massan muo-dostamiseksi. Alumiinin ollessa perusmetallina ja ilman ollessa hapet-timena tåmå låmpotila-alue on tyypillisesti noin 850-1450°C. Sulan perusmetallin annetaan reagoida kaasufaasihapettimen kanssa hapettumis-25 reaktiotuotteen muodostamiseksi, jota tuotetta pidetåån ainakin osittain kosketuksessa sulan perusmetallin massan ja kaasufaasihapettimen kanssa ja joka ulottuu nåiden vålille. Tållå låmpdtila-alueella sulaa perusmetallia kuljetetaan aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen låpi kohti kaasufaasihapetinta. Kun sula perusmetalli tulee 30 kosketukseen kaasufaasihapettimen kanssa kaasufaasihapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen vålisellå rajapinnalla, kaasufaasihapetin hapettaa sen, jolloin se kasvattaa tai muodostaa hapettumisreaktiotuotteen progressiivisesti paksumman kerroksen tai massan. Prosessia jatketaan niin kauan, ettå voidaan tuottaa keraaminen 35 kappale, joka koostuu monikiteisestå hapettumisreaktiotuotteesta (ja jolla voi olla myos yhdistyneitå metallisia ainesosia mukaanlukien 6 90409 hapettumattoman perusmetallin). Prosessia voidaan jatkaa kuitenkin siten, ettå kaikki tai lahes kaikki yhdistynyt metalli hapettuu, jol-loin kappaleeseen muodostuu tyhjioitå tai huokoisuutta. Prosessia voidaan kiihdyttåå kåyttåmållå lejeerattua lisåainetta esimerkiksi alumii-5 nin ollessa perusmetallina ja ilman ollessa hapettimena, jolloin mag-nesiumia ja piitå voidaan kåyttåå lisåaineina. Tåtå menetelmåa paran-nettiin kåyttåmållå ulkoisia lisåaineita levitettyinå esiastemetallin pintaan, kuten on esitetty hakijan US-patentissa 4,853,352 nimellå Marc S. Newkirk et al ja nimeltåån "Menetelmiå itsekantavien keraamisten 10 materiaalien valmistamiseksi ja menetelmållå valmistetut materiaalit".

Vaikka tåtå keksintoå kuvataan yksityiskohtaisesti viitaten alumiiniin perusmetallina, muitakin esiastemetalleja voidaan kåyttåå tåmån kek-sinnon yhteydesså, joita metalleja ovat esimerkiksi titaani, tina, 15 sirkonium, hafnium ja pii.

Mitå tahansa sopivia keraamisia tuotteita voidaan kåyttåå toisiinsa sidottavina keraamisina kappaleina, kuten metallin oksideja, borideja, karbideja tai nitridejå, jotka on puristettu ja sintrattu tai muulla 20 tavoin prosessoitu tavanomaisten menetelmien avulla. Tåmån keksinndn yhteydesså hyodyllisiå keraamisia kappaleita ovat esimerkiksi kappa-leet, jotka kåsittåvåt alumiinioksidin, sirkoniumoksidin, piikarbidin, piinitridin, titaanidiboridin, titaaninitridin tai niiden yhdistelmåt. Keraamiset kappaleet ovat koostumukseltaan hallitsevasti epåmetallisia 25 ja epåorgaanisia. Jos keraamiset kappaleet ovat suhteellisen tiheitå eli alhaishuokoisia, yhden tai useamman kappaleen sitova pinta voidaan peitata kemiallisesti tai kåsitellå mekaanisesti esimerkiksi hiekka-puhalluksella, jolloin pintojen viereiset vyohykkeet (pintojen vierei-nen vyohyke) voidaan saada pintakåsittelyltåån karkeammaksi, mikå lisåå 30 sitoutumista.

Kuvioissa 1, lA ja IB on esitetty ensimmåinen keraaminen kappale 10 si-joitettuna toisen keraamisen kappaleen 12 viereen siten, ettå esiastemetallin kalvon massa 14 sijaitsee keraamisten kappaleiden vålisså.

35 Kaaviomaisissa piirustuksissa kalvomassan 14 paksuus suhteessa keraamisten kappaleiden 10 ja 12 massaan ei ole vålttåmåttå piirretty mitta- ii 7 90409 kaavan mukaisesti vaan pikemminkin selvyyden ilmentåmiseksi. Esiaste-metallin massa 14 voi olla eslmerkiksi paljon ohuempi suhteessa havain-nollistettulhin keraamisiin kappalelsiin. Nain olien kalvomassa 14 voi olla 0,0127 cm (0,005 tuumaa) paksu, tai levykkeen yhteydessa paksuus 5 voi olla 0,0254-0,0508 cm (0,010-0,020 tuumaa), ja keraamiset kappaleet 10 ja 12 voivat olla ainakin noin 0,159 cm (1/16 tuumaa) paksuja tai useita tuumia paksuja tai huomattavasti paksumpia.

Yleisesti tåmån keksinndn yhteydesså hyodyllisellå esiastemetallilla 10 voi olla mika tahansa sopiva muoto, kuten kalvot, levykkeet, levyt, langat, sauvat, kiekot tai vastaavat. Esiastemetallin yksi tai useampi erillinen lohko tai kappale voidaan jarjeståå minkå tahansa tietyn koosteen muodossa. Esimerkiksi esiastemetallin levyke, kuten kalvo, voitaisiin sijoittaa sivuttain vastakkaisilta puoliltaan esiastemetal-15 lin lankojen pituuksien mukaan ja asettaa erilleen keraamisten kappa -leiden liitoskohtaan. Toisessa esimerkisså kalvon tai levykkeen muodossa oleva metalli voidaan taittaa takaisin itseAån kohti (u-taitos, ks. kuvio 3), jolloin metallin paksuus voidaan kaksinkertaistaa keraamisten kappaleiden liitoskohdassa.

20

Kalvomassa 14 ulottuu yhta pitkalle kuin keraamisten kappaleiden sitou-tuvat, olennaisesti 10 ja 12 yhtenåiset pinnat 10a ja 12a tasså jdrjes-tyksessa, mika nåkyy parhaiten kuvioista 1A ja IB. Toisiaan vastassa olevat pinnat 10a ja 12a maarittavat valilleen sitovan vyohykkeen.

25 Kalvomassan 14 paapinnat voivat olla kemiallisesti tai mekaanisesti puhdistettuja, jotta oksidikalvo voidaan poistaa nailta pinnoilta. Kiihdytinmateriaalia, joka helpottaa esiastemetallin hapettamista ha-pettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi allakuvatulla tavalla, voidaan kayttaa toisella rajapinnalla tai molemmilla rajapinnoilla kalvomassan 30 14 ja vastaavien sitoutuvien pintojen 10a ja 12a vålilla. Tallaista kiihdytinmateriaalin kåyttåmistd on havainnollistettu kuvioissa 1, ΙΑ ja IB kiihdytinmateriaalin kerroksilla 16a ja 16b, joiden paksuutta on paljolti liioiteltu asian selventamiseksi. Sopivat kiihdytinmateriaalit voidaan levittaa kalvomassan 14 toiseen pdåpintaan tai molempiin paa-35 pintohin ja/tai toiseen sidottavaan pintaan 10a tai 10b tai molempiin sidottaviin pintoihin 10a ja 12a. Tata keksintoa sovellettaessa hyodyl- 8 90409 lisiå kiihdytinmateriaaleja ovat esimerkiksi yksi tai useampi seuraa-vista låhteistå: magnesium, sinkki, pii, germanium, tina, lyijy, boori, natrium, litium, kalsium, fosfori, yttrium ja harvinainen maametalli. Nåiden metallien låhde voi kåsittåå itse metallin, metallien seokset 5 toistensa kanssa tai mulden metallien kuten esiastemetallin kanssa, tai metallien yhdisteet tai kahden tai useamman metallin yhdisteet, kuten oksidit, silikaatit ja vastaavat. Kiihdytinmateriaalin låhdettå voidaan kåyttåå esiastemetallin yhteydesså siten, ettå se lejeerataan esiastemetallin kanssa, påållystetåån sen påålle tai sijoitetaan muutoin erit-10 tåin låhelle sitå tai siten, ettå kåytetåån tållaisten tekniikoiden yhdistelmåå. Hiukkasten muodossa oleva kiihdytinraateriaali voidaan levittåå esimerkiksi esiastemetallin toiseen pintaan tai molempiin pintoihin tai yhteen tai useampaan keraamiseen pintaan. Kiihdytinmateriaalin hiukkaset voidaan hajauttaa sopivaan sideaineeseen tai apuai-15 neeseen ja levittaa sitoviin pintoihin tai metallin pintoihin, kuten kohdissa 16a ja 16b on esitetty. Apuaine tai sideaine on normaalisti orgaaninen kooste, kuten polyvinyylialkoholi, joka hoyrystyy ja/tai palaa prosessin aikana ja ajautuu nåin pois.

20 Esiastemetallin kalvomassan 14 hapettaminen suoritetaan kuumentamalla kuvion 1 kooste esiastemetallin sulmaispisteen ylåpuolella olevalle låmpotila-alueelle mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen ala-puolelle, joka on muodostunut siitå sulan esiastemetallin tullessa kosketukseen sopivan kaasufaasihapettimen kanssa. Alumiinin ollessa 25 esiastemetallina ja ilman ollessa hapettimena tåmå låmpotilavåli on esimerkiksi alueella noin 800-1450°C ja mieluummin alueella noin 900-1350°C. Kalvomassan 14 pinnalla voidaan kåyttåå sopivaa kiihdytinmate -riaalia. Kuvion 1 kooste voidaan sijoittaa kåytånnosså uuniin, joka on ilmastoitu tai muulla tavalla varustettu siten, ettå kaasufaasihapetin 30 voi kiertåå sen låpi. Kooste kuumennetaan vaadittavalle låmpotila- alueelle, ja sitå pidetåån tåsså låmpotilassa niin kauan, ettå hapettu-misreaktiotuote voi kehittyå tai kasvaa sekå liittåå yhteen ja sitoa pinnat 10a ja 12a toistensa kanssa, jolloin keraamiset kappaleet 10 ja 12 sitoutuvat toisiinsa. Keksinnon yhdesså suoritusmuodossa esiasteme-35 tallin kalvo 14 on alumiiniesiastekalvo ja keraamiset kappaleet 10 ja 12 kåsittåvåt alfa-alumiinioksidin, joka on muodostettu jauheiden kor- il 9 90409 kealåmpotilaisella sintrauksella. Esimerkiksi seitsemån tållaista koos-tetta valmistettiin kuvion 1 mukaisesti, jolloin kaksi keraamista kap-paletta, jotka vastaavat kohtia 10 ja 12 ja kåsittåvåt alumiinioksldin (AD-85, Coors Porcelain Co., Golden, CO) sekå olivat noin 1,905 cm 5 (3/4 tuvunaa) pitkiå per puoli, sidottiin yhteen. Kukin kåytetystå seit- semåstå koosteesta kåsitti erilaisen kiihdytinmateriaalin, joka valit-tiin seuraavasta ryhmåsta: Ni, Μη30*, ZnO, TiC, ZrN, CuO ja Fe203. Osa alumiinikalvosta 14, joka kasitti alumiiniseoksen, joka seos sisalsi 10 painoprosenttia piita, 3 painoprosenttia magnesiumia ja loput alumii-10 nia, paållystettiin molemmin puolin seoksella, joka sisålsi 50 painoprosenttia vastaavaa kiihdytinmateriaalia ja 50 painoprosenttia nat-riumsilikaattia. Påallystetty levyke sijoitettiin tåmån jålkeen yllå-mainittujen alumiinilohkojen valiin, kuten kuviossa 1 on esitetty.

15 Nåmå seitsemån koostetta sijoitettiin ilmalla varustettuun uuniin ja kuumennettiin 30 minuutin aikana 600°C:een. Uunin låmpotilaa pidettiin 600°C:ssa yhden tunnin ajan, jonka jålkeen se kuumennettiin 1100°C:een 25 minuutin aikana. Uunin låmpotilaa pidettiin 1100°C:ssa yhden tunnin ajan, jonka jålkeen se jååhdytettiin ympåriston låmpotilaan. Koosteet 20 poistettiin uunista. Tutkimuksen yhteydesså kukin kalvolevyke oli ha-pettunut muodostaen keraamisen siteen, jolloin mainitut kaksi alu-miinioksidilohkoa olivat sitoutuneet toisiinsa.

Kuviossa 2 tulenkeståvå astia 18 sisåltåå tukimateriaalin pedin 20 25 kåsittåen hiukkasmaisen materiaalin, jota esiastemetalli ei kostuta sitomisprosessiin låmpotilaolosuhteissa. Petiin 20 on upotettu pari keraamisia kappaleita 22 ja 24, jotka on sijoitettu siten, ettå niiden vastaavat sidottavat ja olennaisesti yhdenmukaiset pinnat ovat påittåi-sesså kosketuksessa, jolloin ne måårittåvåt vålilleen sitovan vyohyk-30 keen 26. Keraamiset kappaleet 22 ja 24 ovat konfiguraatioltaan suora-kulmaisen levyn tai tiilen muotoisia, ja niiden sidottavat pinnat ovat olennaisesti tasaisia. Esiastemetallin, kuten suorakulmaisten, levyn muotoisten esiastemetallin kappaleiden 28 ja 30 yksi tai useampi harkko tai levyke on sijoitettu tåsså jårjestyksesså sitovan vyohykkeen 26 35 kehån vastakkaisten segmenttien viereen. Keraamiset ja esiastemetallin kappaleet on upotettu petiin 20, joka on låpåisevå kaasufaasihapetti- 10 90 409 melle, kuten ilmalle. Pinnoille, joiden vålille on muodostunut sitova vyohyke 26, voi olla sijoitettu kiihdytinmateriaali.

Kuviossa 2A osa keraamisesta kappaleesta 22 on jåtetty pois keraamisen 5 kappaleen 24 sidottavan pinnan 24a havainnollistamiseksi, joka pinta 24a sijaitsee vasten keraamisen kappaleen 22 vastaavaa sidottavaa pin-taa (joka ei nåy kuviossa 2A) sitovan vydhykkeen 26 måårittåmiseksi. Sitovan vydhykkeen 26 kehåå måårittåvåt keraamisten kappaleiden 22 ja 24 vastaavat yhteensopivat reunat, mikå on esitetty kuviossa 2A vii-10 voilla 26a,26b,26c ja 26d.

Kuvion 2 kooste sijoitetaan sopivaan uuniin ja kuumennetaan låmpotila-alueelle, joka on selvitetty yllå kuvioiden 1A ja IB suoritusmuodon yhteydesså. Kappaleista 28 ja 30 saatu sula esiastemetalli hapetetaan 15 sen tullessa kosketukseen kaasufaasihapettimen, esimerkiksi ympåriston ilman, kanssa, joka låpåisee pedin 20 ja tulee kosketukseen sulan esi-astemetallin kanssa sekå hapettaa sen muodostaen hapettumisreaktiotuot-teen, joka kehittyy sitovaan vyohykkeeseen 26 ja sen låpi tai ainakin sen huomattavan osan låpi, jolloin se liittåå yhteen toisiaan vastapåå-20 tå olevat sidottavat pinnat sekå sitoo ne ja niihin liittyvåt keraami-set kappaleet 22 ja 24 toisiinsa. Keraaraiset kappaleet, jotka koostuvat tyypillisesti pååasiassa tai kokonaan tulenkeståvåvistå yhdisteistå, eivåt kuumene yllåmainitulla låmpotila-alueella. Kun reaktiota on jat-kettu niin kauan, ettå keraaminen kappale 22 sitoutuu keraamiseen kap-25 paleeseen 24 hapettumisreaktiotuotteen kanssa, koosteen annetaan jååh-tyå ja sitoutuneet keraamiset kappaleet poistetaan pohjasta 20. Liika esiastemetalli, jos sitå on jåljellå uudelleenjåhmettyneenå sitoutunei-den keraamisten kappaleiden pinnoilla, voidaan poistaa millå tahansa sopivalla mekaanisella tai kemiallisella tavalla.

30

Kuviossa 3 on esitetty toinen suoritusmuoto, jossa tasaisesta, levy-tai tiilimåisestå rakenteesta koostuva keraaminen kappale 32 on sijoitettu pystysuoraan siten, ettå sen toinen kapea pinta on tuettu vaa-kasuoraan sijoitelun keraamisen kappaleen 34 påålle, jolloin måårittyy 35 sitova vyohyke toisiaan vastapååtå olevien pintojen vålille, johon vyohykkeeseen viitataan yleisesti numerolla 35. Esiastemetallin massa 11 90409 36, kuten kalvo tai levyke 36 on taivutettu vastakkaiseen suuntaan kalvon kaksinkertaisen kerroksen muodostamiseksi ja sijoitettu keraa-mlsten kappaleiden 32 ja 34 valille. Metallisen massan 36 taitos påål-lystetåån ensin kiihdytinmateriaalin kerroksella 38, kuten piihiukka-5 silla, jotka voidaan lis&ta suihkuttamalla kalvomassan 36 pinta hieno-jen piihiukkasten suspensiolla sopivassa nestemåisesså apuaineessa. Pii toimii kiihdytinmateriaalina esiastemetallin kuten alumiiniesiasteme-tallin hapettamiselle. Kuvion 3 kooste prosessoidaan yllakuvatun menet-telyn mukalsesti, jolloin keraamiset kappaleet 32 ja 34 sitoutuvat toi-10 siinsa.

Kuviossa 4 esitetådn keksinnon lisåsuoritusmuoto, jossa kolme tasaista, levyn tai tiilen muotoista keraamista kappaletta 40,42 ja 44 kootaan yhteen esiastemetallin kalvomassan 46 kanssa, joka on sijoitettu keraa-15 misen kappaleen 40 kapean pinnan ja keraamisen kappaleen 42 våliin ja joka ulottuu nåiden kanssa yhta pitkalle, sekå esiastemetallin kalvomassan 48 kanssa, joka on sijoitettu keraamisten kappaleiden 42 ja 44 våliin ja joka ulottuu nåiden kanssa yhtå pitkålle. Kuvion 3 suoritus-muodossa keraaminen kappale 40 on sijoitettu pystysuoraan vaakasuoraan 20 sijoitetun keraamisen kappaleen 42 påålle. Sitova vybhyke, johon viita-taan yleisesti numerolla 50, måårittyy nåin keraamisen kappaleen 40 ja keraamisen kappaleen 42 toisiaan vastapåfitå olevien, olennaisesti yh-denmukaisten pintaosien vålille, ja sitova vyohyke, johon viitataan yleisesti numerolla 51, måårittyy saraalla tavoin keraamisen kappaleen 25 42 ja keraamisen kappaleen 44 vålille.

Esiastemetallin kalvon tai levykkeen massat 46 ja 48 voivat kåsittåå aluraiiniesiastemetallin ja osan tai kaikki sen pinnoista, ja/tai osalla tai kaikilla keraamisten kappaleiden 40/42 ja 42/44 sitoutuvista pin-30 noista voi olla sopivia kiihdytinmateriaaleja niihin levitettyina. Kun kuvion 4 koostetta kuumennetaan esiastemetallin massojen 46 ja 48 su-lattamiseksi hapettavassa ympåristdsså, esiastemetallin massat hapet-tuvat muodostaen hapettumisreaktiotuotteen sitovien vyohykkeiden 50 ja 51 kanssa tåsså jårjesteyksesså, jolloin keraaminen kappale 40 sitoutuu 35 keraamiseen kappaleeseen 42 ja keraaminen kappale 42 sitoutuu keraami-seen kappaleeseen 44.

π 90409

Keksinnon soveltamista havainnollistetaan seuraavin esimerkein. Esimerkki 1 5 Valmistettiin kuviossa 3 havainnollistetut koosteet paitsi ettå kuvion 3 piipåållysteinen, taitettu kalvo korvattiin yhdellå kerroksella alu-miinlseosta, joka sisalsi 10 painoprosenttia piitå ja 3 painoprosenttia magnesiumia paksuudeltaan noin 0,025 cm (0,01 tuumaa) ilman kiihdytin-materiaalia, joka kalvo toimi esiastemetallin massana. Keraamisia kap-10 paleita 32 ja 34 vastaavat keraamiset lohkot jårjestettiin kuvion 3 mu-kaisesti siten, ettå yksittainen kalvokerros oli sijoitettu lohkojen våliin ja ettå se ei ulottunut lohkojen måårittåmån sitovan vyohykkeen ulkopuolelle. Tåsså ja kaikissa seuraavissa esimerkeisså (ellei muutoin ole ilmoitettu) påålohkopinnat olivat mitoiltaan noin 2,54 x 1,27 cm 15 (1 tuuma x h tuumaa), ja lohkot olivat noin 1,27 cm (h tuumaa) paksuja ja kåsittivåt Coors-alumiinioksidin (AD-85).

Nåraå kolme koostettu sijoitettiin uuniin ja kuumennettiin ilmassa 800°C:n, 900°C:n ja 1150°C:en låmpotiloissa tåsså jårjestyksesså 24 20 tunnin ajan, jotta alumiiniesiastemetallin kalvomassa voitiin hapettaa alumiinioksidiseksi hapettumisreaktiotuoteeksi ja sitoa nåin keraamiset lohkot toisiinsa. Kaikkien sitoutumislujuutta pidettiin hyvånå, mikå osoitti, ettå sitoutuminen voidaan saada aikaan jopa ilman kiihdytinma-teriaalej a.

25

Esimerkki 2

Valmistettiin kuviossa 3 esitetty keraamisten lohkojen ja piipåållys-teisen esiastemetallin kooste. Esiastemetalli koostui samasta alumiini-30 seoksesta kuin esimerkisså 1, ja se oli noin 0,0254 cm (0,01 tuumaa) paksu. Piikerros, joka oli applisoitu lietteeseen sen toiselle puolel-le, oli 0,01 cm (0,004 tuumaa) paksu. Piipåållysteinen metalli taitet-tiin itseåån vasten ja kooste valmistettiin kuvion 3 mukaisesti siten, ettå piipåållyste oli taivutetun metallin sisåpuolella. Ainesosia pi-35 dettiin aluksi paikallaan Elmers-puuliiman avulla. Liimattua koostetta 13 90409 kuumennettiin ilmassa 1150°C:ssa 24 tunnin ajan. Lopullisella tuotteella oli hyvå sitoutumislujuus.

Esimerkki 3 5

Esiastemetallin lohko, joka kåsitti alumiiniseoksen 380.1 (Belmont Metals, nimellinen koosturnus painoprosentteina: 8-8,5 % Si, 2-3 % Zn ja 0,1 % Mg aktiivisina lisåaineina, sekå 3,5 % Cu ja Fe, Mn ja Ni, mutta varsinainen Mg-pitoisuus oli joskus korkeampi, kuten alueella 0,17-0,18 10 %) ja joka oli 2,54 cm (1 tuumaa) pitkå, 1,27 cm (4 tuumaa) levea ja 1,27 cm (4 tuumaa) paksu, sijoitettiin tulenkestavistå kuiduista koos-tuvaan tukipetiin (Wollastoniitti, mineraalikalsiumsilikaatti, FP-laji, Nyco Inc.) tulenkeståvaan astiaan siten, etta metallin 2.54 cm x 1,27 cm (1 tuumaa x 4 tuumaa) kasittava puoli oli alttiina 15 ilmakehalle ja olennaisesti samassa tasossa tukipedin pinnan kanssa, kun taas esiastemetallin jaljellåolevat viisi sivua oli upotettu tuki-pohjan pinnan alapuolelle. Kaksi lohkon muotoista alumiinioksidikappa-letta (Coors AD-85, Coors Porcelain Co., Golden, CO), jotka olivat 2.54 cm (1 tuumaa) pitkiå, 1,27 cm (4 tuumaa) leveita ja 1,27 cm 20 (4 tuumaa) paksuja, sijoitettiin kunkin lohkon toisen 1,27 cm (4 tuu- man) neliomåisen sivun viereen, joka sijaitsi toista lohkoa vastapaata ja sen kanssa rajakkain siten, etta niiden vålille jai noin 0,159 cm (1/16 tuuman) tila tai sitova vydhyke.

25 Yllåkuvattu kooste sijoitettiin uuniin, joka oli varustettu ilmalla, ja se kuumennettiin kolmen tunnin aikana 1100°C:en. Uunin lampotilaa pidet-tiin 1100°C:ssa 15 tunnin ajan, jonka jalkeen se jaahdytettiin takaisin ympåriston låmpotilaan. Kooste poistettiin uunista, ja saatu tuote otettiin talteen.

30

Saadun tuotteen tutkimus osoitti, etta mainitut kaksi alumiinioksidi-kappaletta olivat sitoutuneet yhteen. Alumiinioksidinen keraaminen sidos, joka kåsitti esiastemetallin ja ilman hapettumisreaktiotuotteen, oli muodostunut alumiinioksidisten kappaleiden rajakkaisten 1,27 cm 35 (4-tuumaisten) neliomaisten sivujen valille sitovalle vyohykkeelle.

14 90 409

Kuviossa 5 on esitetty valokuva, joka esittåå keraaraisen siteen 2 alu-miinoksidisten lohkojen 4 ja 6 vålillå. Kuvio 6 on 50-kertaisesti suu-rennettu mikrovalokuva, jossa esitetåån samat sitoutuneet alumiinioksi-diset kappaleet ja niiden vålinen sidos.

5

Sitoutunut tuote hiottiin siten, ettå keraamisen sidoksen pinnat olivat samassa tasossa sitoutuneiden alumiinioksidisten kappaleiden pintojen kanssa. Tåman jalkeen hiottu tuote koestettiin (4-pisteinen taivutus-koe) sidoksen lujuuden osoittamiseksi. Sitoutunut tuote murtui kuormi-10 tuksessa 55 MPa (8000 lbs/in2) toisen alumiinioksidisen keraamisen kappaleen leveyden poikki, muttei muodostuneen keraamisen sidoksen poikki.

Claims (12)

15 90 409

1. Menetelmå keraamisten kappaleiden sitomiseksi tolsiinsa olennaisesti yhdenmukaisia pintoja pitkin, tunnettu siita, etta 5 (a) sijoitetaan ensimmåinen keraaminen kappale ja toinen keraaminen kappale toistensa viereen keraamisten kappaleiden koosteen muodosta-miseksi siten, etta ensimmaisen kappaleen olennaisen yhdenmukainen pinta on vasten toisen kappaleen olennaisen yhdenmukaista pintaa, jol- 10 loin niiden valille maårittyy sitova vyohyke; (b) asetetaan esiastemetallin massa suhteessa sitovaan vyohykkeeseen siten, ettå hapettumisreaktiotuote, joka saadaan esiastemetallista alia selvitetyisså vaiheissa (c) ja (d), muodostuu sitovaan vyohykkeeseen; (c) kuumennetaan keraamisten kappaleiden kooste ja esiastemetallin massa kaasufaasihapettimen lasnåollessa esiastemetallin sulamispisteen ylåpuolella olevalle låmpotila-alueelle ja hapettumisreaktiotuoteen sulamispisteen alapuolelle, jolloin saadaan sulan esiastemetallin mas- 20 sa; ja (d) sanotulla ldmpotila-alueella (i) annetaan kaasufaasihapettimen reagoida sulan esiastemetallin kanssa 25 hapettumisreaktiotuotteen muodostaraiseksi; (ii) pidetåån ainakin osa hapettumisreaktiotuotteesta kosketuksessa sulan esiastemetallin ja hapettimen kanssa nåiden vålillå, jolloin sulaa esiastemetallia vetåytyy progressiivisesti massasta hapettumis- 30 reaktiotuotteen lapi sitovaan vyohykkeeseen; ja (iii) annetaan reaktion jatkua riittavan kauan, etta hapetusreaktio-tuote muodostaa ainakin osittain siltoja sitovaan vyohykkeeseen ja siten sidotaan yhteen ensimmåinen ja toinen yhdenmukainen pinta. 35 16 9 0 409

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå ensimmåinen ja toinen keraaminen kappale kåsittåå materiaalin, joka valitaan keraamisista oksideista, borideista, karbideista ja nit-rideistå koostuvasta ryhmåstå, ja jossa kaasufaasihapetin kåsittåå 5 happea sisåltåvån kaasun.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå ensimmåinen ja toinen keraaminen kappale kåsittåå alumiinioksidin.

4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå kaasufaasihapetin kåsittåå ilmaa ja ettå lisåksi esiaste-metallin massa asetetaan sijoittamalla se sitovan vyohykkeen kehålle niin, ettå hapetusreaktiotuote kasvaa sitovaan vyohykkeeseen ja sitoo siten kappaleet yhteen. 15

5. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå keraamiset kappaleet sijoitetaan siten, ettå pinnat sijait-sevat pienesså kulmassa toisiinsa nåhden, ja ettå esiastemetallin massa asetetaan sijoittamalla se sitovaan vyohykkeeseen. 20

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå esiastemetallin massa sijoitetaan ensimmåisen tai toisen kappaleen pintojen våliin.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, ettå hapettumisreaktiota edistetåån kåyttåmållå kiihdytinmateriaalia esiastemetallin yhteydesså.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmå, tunnettu siitå, 30 ettå esiastemetalli kåsittåå alumiiniesiastemetallin ja ettå kiihdytin-materiaali kåsittåå materiaalin, joka valitaan yhdestå tai useammasta seuraavien metallien ryhmåstå: magnesium, sinkki, pii, germanium, tina, lyijy, boori, natrium, litium, kalsium, fosfori, yttrium, ja harvinai-set maametallit. 35 ti i? 90 409

9. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelma, tunnettu siita, etta toinen sanotuista ensimmaisesta ja toisesta keraamlsesta kappaleesta tai ne molemmat kåsittåvåt keraamisen sekarakenteen, joka kåsittaa keraamisen matriisin sisaansa sulkeman keraamisen tåyteaineen. 5

10. Minkå tahansa patenttivaatimuksen 1,2,3 tai 8 mukainen menetelma, tunne t tu siita, etta sanottu lSmpotila-alue on noin 800-1450°C.

11. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tunnettu siita, 10 etta esiastemetalli valitaan seuraavasta ryhmasta: alumiini, titaani, tina, sirkonium, hafnium ja pii ja ettå hapettumisreaktiotuote kåsittaa oksidin, nitiridin tai karbidin.

12. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelma, tunnettu siita, 15 ettå sanottu hapettumisreaktiotuote kasittaa alumiinioksidin, alumiini- nitridin, tinaoksidin, piikarbidin, titaanikarbidin, sirkoniumnitridin tai hafniumnitridin. is 90 4 09