FI93206B - Menetelmä jalostetuilla mikrorakenteilla varustettujen itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi - Google Patents

Description

93206

Menetelmä jalostetuilla mikrorakenteilla varustettujen itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi Förfarande för framställning av självbärande keramiska kroppar med raffinerad mikrostruktur 5

Keksinnön kohteena on menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tai sekarakennekappaleen tuottamiseksi, jolla on jalostettu mikrorakenne 10 verrattuna olennaisesti samanlaiseen keraamiseen kappaleeseen, joka on tuotettu samasta alumiiniperusmetallista olennaisesti samalla menetelmällä ilman prosessimuunninta, jolloin keraaminen tai keraaminen sekaraken-nekappale olennaisesti muodostuu (1) alumiinioksidista, joka on alu-miiniperusmetallin ja kaasufaasihapettimen välinen hapetusreaktiotuote, 15 joka hapetin sisältää happikaasua ja valinnaisesti (2) hapettumattomista metallin ainesosista ja lisäksi, kun kyseessä on keraaminen sekarakenne-kappale, (3) täyteaineesta, jolloin keraaminen tai keraaminen sekaraken-nekappale saadaan menetelmällä, joka käsittää seuraavaa: 20 (A) lähdetään alumiiniperusmetallikappaleesta ja valinnaisesti täyte aineen massasta tai aggregaatista, joka sijoitetaan alumiiniperus-metallikappaleen läheisyyteen, (B) kuumennetaan alumiiniperusmetalli happea sisältävän kaasufaasiha-25 pettimen läsnäollessa lämpötilaan, joka on sen sulamispisteen yläpuolella, mutta alumiinioksidihapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella sulan alumiinimetallimassan muodostamiseksi ja tässä lämpötilassa annetaan sulan alumiinimetallin reagoida kaasufaasihapettimen kanssa hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi, 30 joka tuote on kontaktissa sulan alumiinimetallin ja kaasu faasihapettimen kanssa näiden välillä, ja mainitussa lämpötilassa sulaa alumiinimetallia vetäytyy hapetusreaktiotuotteen läpi kaasu-faasihapetinta kohti niin, että hapetusreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu kaasufaasihapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hape-35 tusreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, jolloin siten muodostuu vähitellen paksumpi alumiinioksidihapetusreaktiotuote , joka valinnaisesti ympäröi ainakin osaa täyteaineen massasta tai aggregaa- 2 93206 tista ja jatketaan reaktiota riittävän kauan keraamisen tai keraamisen sekarakenteen muodostamiseksi ja (C) otetaan talteen muodostunut kappale.

5 Tämän keksinnön kohteena on yleisesti ottaen menetelmä itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi, jotka on muodostettu alumiinipe-rusmetallin ja happea sisältävän kaasufaasihapettimen hapettumisreak-tiotuotteena ja joilla on jalostettu mikrorakenne, mikä johtuu yhden tai 10 useamman siirtymämetallisen prosessinmuuntimen lisäämisestä.

Viime vuosina on esiintynyt yhä lisääntyvää mielenkiintoa käyttää keramiikkaa rakennesovelluksiin, joissa on aikaisemmin käytetty metalleja. Sysäyksenä tälle mielenkiinnolle on ollut keramiikan paremmuus metallei-15 hin verrattuna suhteessa tiettyihin ominaisuuksiin, joita ovat esimerkiksi ruosteenkestävyys, kovuus, kimmokerroin ja tulenkestokyky.

Nykyiset yritykset tuottaa lujempia, luotettavampia ja sitkeämpiä keraamisia artikkeleita keskittyvät paljolti (1) parempien prosessointimene-20 telmien kehittämiseen monoliittiselle keramiikalle ja (2) uusien materi-aalikoostumusten, pääasiassa keraamisten matriisisekarakenteiden kehittämiseen. Sekarakenne on rakenne, joka käsittää kahdesta tai useammasta erilaisesta materiaalista valmistetun heterogeenisen materiaalin, kappaleen tai artikkelin, jotka materiaalit on läheisesti yhdistetty sekara-25 kenteen toivottujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Kaksi erilaista materiaalia voidaan yhdistää läheisesti esimerkiksi upottamalla toinen toisen matriisiin. Keraaminen matriisisekarakenne käsittää tyypillisesti keraamisen matriisin, johon sisältyy yksi tai useampi erilainen täyteaine, kuten hiukkasia, kuituja, sauvoja ja vastaavia.

30 ;* Metallien korvaamiseen keramiikalla liittyy useita tunnettuja rajoituksia tai vaikeuksia, joita ovat esimerkiksi mitoittaminen, kyky tuottaa monimutkaisia muotoja, lopulliselta käyttökohteelta vaadittavien ominaisuuksien saavuttaminen ja kustannukset. Useissa hakijan patenteissa 35 voitetaan nämä rajoitukset tai vaikeudet ja esitetään uusia menetelmiä, joilla voidaan tuottaa luotettavasti keraamisia materiaaleja, mukaan-

II

3 93206 lukien sekarakenteet. Menetelmä on esitetty hakijan US-patentissa 4,713,360 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Uudet keraamiset materiaalit ja menetelmät niiden valmistamiseksi". Tässä patentissa esitetään menetelmä itsekantavien keraamisten kappaleiden tuottamiseksi, 5 jotka on kasvatettu hapettumisreaktiotuotteena perusmetallista. Sulan metallin annetaan reagoida kaasufaasihapettimen kanssa muodostamaan hapettumisreaktiotuotteen, ja metalli siirtyy hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta kehittäen näin jatkuvasti keraamista monikiteistä kappaletta, joka voidaan tuottaa varustettuna yhdistyneellä metallisella 10 ainesosalla. Prosessia voidaan edistää lisäämällä lejeerattua lisäainetta, jota käytetään esimerkiksi hapetettaessa alumiinia, johon on lisätty magnesiumia ja piitä ilmassa alfa-alumiinioksidisten keraamisten rakenteiden muodostamiseksi. Tätä menetelmää parannettiin levittämällä lisäaineet esiastemetallin pintaan, kuten on kuvattu hakijan US-patentissa 15 4,853,352 nimellä Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Menetelmät itsekan tavien keraamisten materiaalien valmistamiseksi".

Tätä hapettamisilmiötä käytettiin hyväksi tuotettaessa keraamisia sekara-kennekappaleita, kuten on kuvattu hakijan US-patentissa 4,851,375 nimellä 20 Marc S. Newkirk et ai ja nimeltään "Keraamiset sekarakenteet ja menetelmät niiden valmistamiseksi". Tässä patentissa esitetään uusia menetelmiä itsekantavan keraamisen sekarakenteen tuottamiseksi kasvattamalla hapet-tumisreaktiotuote perusmetallista läpäisevään täyteainemassaan, jolloin täyteaine suodattuu keraamisella matriisilla. Saatavalla sekarakenteella 25 ei kuitenkaan ole mitään määritettyä tai ennalta määrättyä geometriaa, muotoa tai konfiguraatiota.

Menetelmä ennalta määrätyllä geometrialla tai muodolla varustetun keraamisen sekarakennekappaleen tuottamiseksi on esitetty hakijan US-patentis-30 sa 5,817,526. Tämän US-patentin menetelmän mukaisesti kehittyvä hapettu-: misreaktiotuote suodattuu läpäisevään esimuottiin kohti määritettyä pintarajaa. Havaittiin, että luotettavampia rakenteita saavutettiin helpommin varustamalla esimuotti rajoittimella, kuten on selvitetty hakijan US-patentissa 4,923,832. Tämä menetelmä tuottaa muotoiltuja itsekantavia 35 keraamisia kappaleita, mukaanlukien muotoillut keraamiset sekarakenteet, kasvattamalla perusmetallin hapettumisreaktiotuote metallista erillään 4 93206 olevalle rajoittimelle rajan tai pinnan järjestämiseksi. Ontelolla varustetut keraamiset sekarakenteet, jonka ontelon sisägeometria toistaa käänteisesti positiivisen muotin tai mallin muodon, on esitetty hakijan US-patentissa 4,828,785 sekä US-patentissa 4,859,640.

5

Yllämainituissa hakijan patenteissa, joihin tässä yhteydessä viitataan, esitetään menetelmiä keraamisten artikkeleiden tuottamiseksi, joiden avulla voitetaan joitakin tavanomaisia rajoituksia tai vaikeuksia, joita esiintyy tuotettaessa keraamisia artikkeleita korvikkeina metalleille 10 lopullisissa käyttökohteissa.

Yhteistä kaikille näille hakijan patenteille on keraamisen kappaleen suoritusmuotojen esittäminen, joka kappale käsittää hapettumisreak-tiotuotteen yhdistettynä yhdessä tai useammassa ulottuvuudessa (tavalli-15 sesti kolmessa ulottuvuudessa) sekä yhden tai useamman metallisen ainesosan tai komponentin. Metallin tilavuus, joka sisältää tyypillisesti perusmetallin hapettumattomia ainesosia ja/tai hapettimesta, lisäaineesta tai täyteaineesta pelkistynyttä metallia, riippuu sellaisista tekijöistä kuin lämpötila, jossa hapettumisreaktiotuote muodostetaan, ajanjakso, 20 jonka aikana hapettumisreaktion annetaan edetä, perusmetallin koostumus, lisäaineen läsnäolo, minkä tahansa hapettimen tai täyteaineen pelkistyneiden ainesosien läsnäolo, jne. Vaikka jotkut metalliset ainesosat voivat olla eristettyjä tai koteloituja, asia on tavallisesti niin, että huomattava tilavuusprosentti metallia on yhdistynyttä ja saavutettavissa 25 keraamisen kappaleen ulkopinnalta. On havaittu, että näissä keraamisissa kappaleissa tämän yhdistynyttä metallia sisältävän komponentin tai ainesosan määrä voi vaihdella alueella noin 1-40 tilavuusprosenttia tai olla joskus korkeampi. Tällainen metallinen ainesosa voi keraamisille artikkeleille tiettyjä suotuisia ominaisuuksia tai parantaa niiden suoritus-30 kykyä monissa käyttökohteissa. Metallin läsnäolo voi parantaa esimerkiksi : huomattavasti keraamisen rakenteen murtolujuutta, lämmönjohtavuutta tai sähkönj ohtavuutta.

Tämä keksintö esittää menetelmän keraamisen kappaleen valmistamiseksi, 35 johon on lisätty prosessinmuunnin ja jolla on jalostettu mikrorakenne verrattuna olennaisesti samanlaiseen keraamiseen kappaleeseen, joka on 5 93206 valmistettu ilman muunninta. Jalostettu mikrorakenne voi parantaa tai edistää saatavan keraamisen tuotteen yhtä tai useampaa ominaisuutta.

Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että 0,1-10 paino-% yhtä 5 tai useampaa prosessimuunninta, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu alkuaineiden periodisen järjestelmän ryhmien IB, IVB, VB, VIB, VIIB ja VIII siirtymämetallit, tai niiden lähdettä sisällytetään ennen kuumenta-misvaihetta (B), 10 (i) levittämällä niitä yhteen tai useampaan alumiiniperusmetallin pin taan ja/tai, (ii) siinä tapauksessa, että täyteainetta käytetään, sekoitetaan nämä täyteaineeseen tai 15 (iii) sisällytetään yhtä prosessimuunninta lähtöalumiiniperusmetalliin, joka sisältää 3 paino-% magnesiumia, 3-5 paino-% piitä ja loput alumiinia.

20 Kaikkien hakijan patenttien selityksiin viitataan nimenomaan tämän hakemuksen yhteydessä.

Tässä selityksessä ja patenttivaatimuksissa käytettyinä alla olevat termit määritetään seuraavasti: 25

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 30 joko koostumukseltaan tai hallitsevilta ominaisuuksiltaan, vaikka kappale : sisältää vähäisiä tai huomattavia määriä yhtä tai useampaa metallista ainesosaa, tyypillisimmin alueella noin 1-40 tilavuusprosenttia, tai se voi sisältää enemmänkin metallia.

35 "Hapettumisreaktiotuote" tarkoittaa yhtä tai useampaa metallia missä tahansa hapettuneessa tilassa, jossa metalli on luovuttanut (metallit ovat 6 93206 luovuttaneet) elektroneja toiselle alkuaineelle, yhdisteelle tai näiden yhdistelmälle tai jakanut elektroneja viimeksi mainittujen kanssa. "Ha-pettumisreaktiotuote" sisältää siis tämän määritelmän mukaisesti yhden tai useamman metallin reaktion tuotteen hapettimen kanssa, joita ovat 5 esimerkiksi happi, typpi, halogeeni, rikki, fosfori, arseeni, hiili, boori, seleeni, telluuri ja näiden yhdisteet ja yhdistelmät kuten Si02 (hapen lähteenä), perusmetallilla pelkistyvä boridi (boorin lähteenä), metaani, etaani, propaani, asetyleeni, eteeni, propyleeni (hiilivety hiilen lähteenä), sekä seokset kuten ilma, H2/H20 ja C0/C02, joista kaksi 10 jälkimmäistä (eli H2/H20 ja C0/C02) ovat hyödyllisiä vähentämään ympäristön happiaktiviteettia.

"Kaasufaasihapetin", joka tunnistaa hapettimen sisältävän tietyn kaasun tai höyryn, tarkoittaa hapetinta, jossa tunnistettu kaasu tai höyry on 15 perusmetallin ainoa, hallitseva tai ainakin merkittävä hapetin käytettävässä hapettavassa ympäristössä vallitsevissa olosuhteissa. Vaikka esimerkiksi ilman pääainesosa on typpi, ilman happipitoisuus on perusmetallin ainoa hapetin, koska happi on merkittävästi voimakkaampi hapetin kuin typpi. Tämän vuoksi ilma määritetään "happea sisältävänä kaasuhapet-20 timena" muttei "typpeä sisältävänä kaasuhapettimena”, siten kuin näitä termejä käytetään tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa.

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

30 Tässä keksinnössä esitetään menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tuottamiseksi sulan alumiiniperusmetallin ja happea sisältävän kaasu-faasihapettimen välisellä hapettamisreaktiolla, ja siinä käytetään prosessinmuunninta perusmetallin yhteydessä tai yhdistelmänä perusmetal-35 Iin kanssa. Prosessinmuunninta käytetään yhdessä perusmetallin kanssa ennen kuin ainakin osa perusmetallia on hapetettu. Tämän muuntimen käytön tl 7 93206 ansiosta muodostetulla hapettumisreaktiotuotteella, alumiinioksidilla, on jalostettu mikrorakenne (kuten alla on yksityiskohtaisemmin selvitetty) verrattuna olennaisesti samanlaiseen hapettumisreaktiotuotteeseen, joka on tuotettu ilman muunninta olennaisesti saman prosessin mukaan. Saatava 5 itsekantava keraaminen kappale käsittää perusmetallin hapettumisreak-tiotuotteen ja kaasufaasihapettimen sekä valinnaisesti hapettumattomia metallisia ainesosia.

Tämän keksinnön mukaisesti prosessinmuunninta (kuten alla on yksityiskoh-10 taisemmin selvitetty) käytetään yleisesti alumiiniperusmetallin yhteydessä. Perusmetalli kuumennetaan happea sisältävän hapettimen läsnäollessa sulamispisteensä yläpuolella mutta hapettumisreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella olevaan lämpötilaan muodostamaan sulan metallin massan. Tässä lämpötilassa tai tällä lämpötila-alueella sulan perusmetal-15 Iin annetaan reagoida kaasufaasihapettimen kanssa muodostamaan alumiinioksidin hapettumisreaktiotuotteena, jota pidetään ainakin osittain kosketuksessa sulan perusmetallin massan ja kaasufaasihapettimen kanssa näiden välillä. Tässä lämpötilassa sula perusmetalli kulkeutuu hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti kaasufaasihapetinta. Kun sula perusmetalli 20 saavuttaa kaasufaasin aikaisemmin muodostuneen hapettumisreaktiotuotteen ja kaasufaasihapettimen välisellä rajapinnalla, se hapettuu kehittäen siten jatkuvasti monikiteistä hapettumisreaktiotuotetta. Hapettamisreak-tiota jatketaan niin kauan, että saadaan muodostetuksi itsekantava keraaminen kappale, joka käsittää hapettumisreaktiotuotteen ja valinnai-25 sesti hapettumattomia metallin ainesosia. Tämän keksinnön prosessin ansiosta keraamisen tuotteen mikrorakenteella, joka tuote käsittää monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen matriisin ja metallisia ainesosia tai tyhjiöitä tai molempia, on jalostettu mikrorakenne (kuten alla on yksityiskohtaisemmin selvitetty).

30

Muunnin voidaan järjestää käytettäväksi perusmetallin kanssa millä tahansa usealla eri tavalla tai tapojen yhdistelmällä. Muunnin voidaan (1) lisätä perusmetalliin prosessia edeltävässä vaiheessa, jossa on tarkoitettu käytettävän keksinnön mukaisia perusmetalliseoksia, jotka 35 sisältävät 3 paino-% magnesiumia, 3-5 paino-% piitä ja loput alumiinia, joissa on keksinnön mukainen määrä toivottua muunninta sisällytettynä 8 93206 koostumukseensa, (2) voidaan levittää perusmetallin yhteen tai useampaan pintaan, mielellään kasvupintaan, tai saattaa kosketukseen tällaisen pinnan kanssa tai (3) sekarakennetta muodostettaessa muunnin voidaan sekoittaa täyteaineen tai esimuotin materiaalin kanssa. Mikä tahansa 5 näistä tavoista, yksin tai yhdistelmänä, on esitetty yleisesti silloin, kun muunninta käytetään perusmetallin yhteydessä.

Tämän keksinnön yhden suoritusmuodon mukaisesti sopiva määrä muunninta järjestetään käytettäväksi perusmetallin yhteydessä lisäämällä sitä esi-10 prosessivaiheessa perusmetalliin. Kun muunnin lisätään esiprosessissa on tarkoitettu käytettävän keksinnön mukaista perusmetalliseosta, joka sisältää 3 paino-% magnesiumia, 3-5 paino-% piitä ja loput alumiinia, jolla on keksinnön mukainen määrä tiettyä muunninta sisäisesti läsnä sen seoksen koostumuksessa. Suoritetaan perusmetallin hapettaminen, ja saata-15 valla keraamisella tuotteella on jalostunut mikrorakenne.

Toisessa suoritusmuodossa, jossa muodostetaan sekarakenne ja hapettumis-reaktiotuote kasvatetaan täyteaineen massaan tai muotoiltuun esimuottiin, muunnin voidaan järjestää sekoittamalla se täyteaineen tai esimuotin ma-20 teriaalin kanssa tai voidaan levittää yhteen tai useampaan pinnoistaan, mielellään perusmetalliin koskettavaan pintaan. Kun hapettumisreaktiotuo-te suodattuu täyteaineeseen ja sula perusmetalli kuljetetaan näin kehittyvän hapettumisreaktiotuotteen läpi, sula perusmetalli saapuu kosketukseen ja yhdistyy näin muuntimen kanssa tyypillisesti seoksena tai metal-.· 25 lien välisenä yhdisteenä. Saatavalla keraamisella tuotteella on jalostu nut mikrorakenne.

Lisäsuoritusmuodossa muunnin järjestetään yhdisteen tai seoksen muodossa, joka reagoi sulan perusmetallin kanssa ja/tai erottuu prosessiolosuhteis-30 sa vapauttaen muuntimen, joka yhdistetään tämän jälkeen perusmetallin kanssa. Tällainen yhdiste voi olla esimerkiksi metallin oksidi, joka pelkistyy sulalla perusmetallilla. Tämä yhdiste voidaan lisätä kerroksena perusmetallin massan päälle, tai se voidaan sekoittaa täyteaineen tai esimuotin materiaalin kanssa tai lisätä näihin.

35

• I

9 93206

Kuvio 1 on 400 kertaa suurennettu mikrovalokuva muuntamattoman hapettumisreaktiotuotteen mikrorakenteesta, joka tuote on valmistettu esimerkin 1 mukaisesti ja jossa käytetään perusmetallin seosta, joka sisältää 5 painoprosenttia Si:tä ja 3 painoprosenttia Mg:tä lejeerattuina lisäainei-5 na sekä ilmaa kaasufaasihapettimena.

Kuvio 2 on 400 kertaa suurennettu mikrovalokuva jalostetusta mikrorakenteesta, joka on saatu käyttämällä 5,6 painoprosenttia Cu:ta muuntimena perusmetalliseoksen yhteydessä, jota käytettiin kuvion 1 esimerkissä.

10

Kuvio 3 on 400 kertaa suurennettu mikrovalokuva jalostetusta mikrorakenteesta, joka on saatu käyttämällä 2 painoprosenttia Ni:tä muuntimena pe-rusmetalliseoksen yhteydessä, jota käytettiin kuvion 1 esimerkissä.

15 Tämän keksinnön mukaisesti alumiiniperusmetalli, johon on tyypillisesti lisätty lisäaineita (kuten alla on yksityiskohtaisemmin selvitetty) ja on esiaste hapettumisreaktiotuotteelle, muodostetaan harkoksi, billetiksi, sauvaksi, levyksi tai vastaavaksi; ja sijoitetaan inerttiseen petiin, upokkaaseen tai muuhun tulenkestävään reaktiokoosteeseen. On havaittu, 20 että prosessinmuuntimen käyttäminen perusmetallin yhteydessä saa aikaan saatavan hapettumisreaktiotuotteen mikrorakenteen jalostumisen verrattuna olennaisesti saman hapettumisreaktiotuotteen mikrorakenteeseen, joka tuote on valmistettu muuntamattoman mutta muutoin olennaisesti saman prosessin mukaisesti. Muunnin käsittää yhden tai useamman metallin tai 25 niiden esiasteen, mielellään siirtymämetallin. Suositeltavia siirtymäme-talleja ovat jaksollisen järjestelmän taulukon alkuaineita ryhmistä 1-B, IV-B, V-B, VI-B, VII-B ja VIII-B.

Sopiva määrä yhtä tai useampaa prosessinmuunninta järjestetään koostee-30 seen, joka käsittää perusmetallin, tulenkestävän astian ja valinnaisesti sekarakenteisen täyteaineen tai esimuotin, (1) lisäämällä esiprosessissa muunnin perusmetallin kanssa tai käyttämällä kaupallisesti saatavaa seosta, jolla on koostumuksessaan sopiva määrä muunninta, (2) levittämällä muunnin perusmetallin yhteen tai useampaan pintaan tai saattamalla se 35 kosketukseen tällaisen pinnan kanssa tai (3) sekarakennetta muodostettaessa sekoittamalla sopiva määrä muunninta täyteaineen tai esimuotin mate- 10 93206 riaalin kanssa (joita tekniikoita selvitetään alla yksityiskohtaisemmin) siten, että muunninta käytetään perusmetallin yhteydessä.

Keraaminen kappale, joka tuotetaan sulan alumiiniperusmetallin hapetta-5 misreaktiolla happikaasun ollessa hapettimena, käsittää monikiteisen hapettumisreaktiotuotteen, joka sisältää myös yhden tai useamman metallisen ainesosan ja/tai huokoisuutta. Tällaisen keraamisen metallin, jolla on jalostettu mikrorakenne, eli keraaminen metalli, jossa yksi tai useampi mikrorakenteellinen piirre on kooltaan tai väleiltään pienempi, 10 voidaan odottaa parantuvan tietyiltä ominaisuuksiltaan, erityisesti mekaanisilta ominaisuuksiltaan, verrattuna muuntamattomaan materiaaliin. Mikrorakenteen jalostaminen, siten kuin sitä käytetään tässä erittelyssä ja patenttivaatimuksissa, viittaa variaatioon mikrorakenteellisten ominaisuuksien geometrisessa asettelussa, kuten metallikanavan kokoon, 15 metallikanavan väleihin, hiukkaskokoon ja etäisyyksiin, jne., kahden keraamisen kappaleen välillä, jotka on tuotettu perusmetallin kaasu-faasihapettamisella siten, että toinen kappale on standardi. Tämä geometrinen asettelu tietyssä mikrorakenteellisessa piirteessä voidaan määrittää kvantitatiivisesti tavanomaisilla kvantitatiivisilla metallograafi-20 silla tekniikoilla, kuten allaolevassa esimerkissä 1 on kuvattu.

On havaittu, että suhteellisen pienten prosessinmuunninmäärien käyttäminen perusmetallin kanssa tuottaa keraamisen kappaleen, jolla on mikrora-kenteelliset ominaisuudet, jotka ovat jalostuneita verrattuna keraamisen 25 kappaleen ominaisuuksiin, joka on tuotettu muuntamattoman, mutta muutoin olennaisesti saman hapettumisreaktioprosessin mukaan. On esimerkiksi havaittu, että yhden tai useamman siirtymämetallin tai niiden esiasteen, kuten kuparin, nikkelin, volframin, niobiumin, sirkoniumin, raudan, kromin, titaanin ja koboltin lisääminen alumiiniperusmetalliin alueella 0,1-30 10 painoprosenttia saa aikaan saatavan alumiinioksidisen keraamisen kap- .. paleen mikrorakenteen jalostumisen verrattuna keraamisen kappaleen mikro rakenteeseen, joka on tuotettu ilman muunninta. Tulisi ymmärtää, että termi "yhteydessä" tai vastaavat termit, siten kuin niitä on käytetty tässä yhteydessä ja patenttivaatimuksissa, tarkoittaa muuntimen lisäämis-35 tä tai saattamista kosketukseen perusmetallin kanssa tai muuntimen sijoittamista muulla tavoin (esim. lisäämällä täyteaineeseen) siten, että li 11 93206 se saapuu kosketukseen tai seostuu perusmetallin kanssa hapettumisreak-tiotuotteen muodostumisen aikana.

Kuten yllä on selvitetty, tämän keksinnön mukaisesti sopiva määrä muun-5 ninta voidaan järjestää lisäämällä sitä perusmetalliin ennen valmistusprosessia. Tällöin perusmetallina käytetään sellaista, joka sisältää 3-paino-% magnesiumia, 3-5 paino-% piitä ja loput alumiinia ja ilmaa kaasufaasihapettimena alumiinioksidisen hapettumisreaktiotuotteen muodostamiseksi, sellaisia muuntimia kuin titaani, volframi, kupari, nikkeli, 10 rauta, koboltti, sirkonium, niobium, kromi tai muu siirtymämetalli voidaan seostaa alumiiniperusmetalliin. Voi olla tarkoituksenmukaista käyttää esimerkiksi kuparia prosessinmuuntimena, koska kuparia sisältäviä alumiiniseoksia on kaupallisesti helposti saatavilla. Sopiva määrä kuparimetallia on tyypillisesti alueella 0,25-10 painoprosenttia perus-15 tuen alumiiniperusmetalliin. Alumiiniperusmetallin ja kuparimuuntimen seos kuumennetaan aiotun hapettumisreaktiotuotteen, alumiinioksidin, sulamispisteen alapuolella, mutta alumiini-kupariseoksen sulamispisteen yläpuolella olevassa lämpötilassa (kuten yllämainituissa hakijan patenteissa on selvitetty). Kun sula alumiiniesiastemetalli saatetaan koske-20 tukseen hapettimen kanssa sopivalla lämpötila-alueella, muodostuu kerros hapettumisreaktiotuotetta, joka on läpäisevä sulalle metallille. Tietyissä tapauksissa, kun magnesiumia käytetään lisäaineena alumiiniperusme-tallille (selvitetään alla yksityiskohtaisemmin), saattaa muodostua aluksi spinellikerros, joka edeltää alumiinioksidisen hapettumisreak-, 25 tiotuotteen muodostumista. Sula seos kulkeutuu joka tapauksessa muodos tuneen hapettumisreaktiotuotteen läpi kohti hapetinta. Kun sula seos saapuu kosketukseen hapettimen kanssa, seoksen alumiinimetallinen ainesosa hapettuu ainakin osittain muodostaen näin progressiivisesti paksumman kerroksen hapettumisreaktiotuotetta. Muunninmetalli, joka on myös 30 sulan seoksen ainesosa, kulkeutuu samalla tavoin muodostuneeseen hapet-tumisreaktiotuotteeseen. Kuparimuunninmetalli, esim. kupari, ei kuitenkaan kulu loppuun sulasta metallista hapettumisen vuoksi, koska sen oksidin vapaa muodostumisenergia on vähemmän negatiivinen kuin alumiinioksidin. Näin ollen muuntimen suhteellinen pitoisuus voi lisääntyä, kun alu-35 miini hapettuu ja kuluu loppuun sulasta seoksesta. Alumiinimetallin hapettamista jatketaan niin kauan, että muodostuu toivottu määrä hapettu- 12 93206 misreaktiotuotetta. Kun muunnin on lisätty, saatavalla keramiikalla on havaittu olevan jalostunut mikrorakenne.

Kun toivottu määrä muunninmetallia on levitetty esimerkiksi kerroksena 5 tai saatettu kosketukseen alumiiniperusmetallin yhden tai useamman pinnan kanssa ja perusmetallin annetaan reagoida ilman ollessa hapettimena, sopivat muunninmetallit, joita ovat esimerkiksi koboltti, sirkonium, nikkeli, volframi, titaani, niobium, rauta, kupari tai kromi, mielellään jauheen tai hiukkasten muodossa hajautuvat perusmetallin yhteen tai 10 useampaan pintaan tai saapuvat kosketukseen näiden pintojen kanssa. Esimerkiksi nikkeli voi olla tarkoituksenmukainen muunnin valmistettaessa keraamista tuotetta tämän keksinnön mukaisesti. Tämän vuoksi sopiva määrä nikkelijauhetta, tyypillisesti alueella 0,5-10 painoprosenttisen alumiiniperusmetallin painosta, hajautetaan alumiiniperusmetallin massan 15 kasvupintaan. Kun sula alumiiniesiastemetalli tulee kosketukseen nikkeli-metallin kanssa, tietty määrä nikkelimetallia yhtyy sulaan alumiinimetal-liin. Sula metalli kulkeutuu tämän jälkeen alumiinioksidiseen hapettu-misreaktiotuotteeseen. Saatavalla hapettumisreaktiotuotteella on jalostunut mikrorakenne.

20

Kun tuote on keraaminen sekarakenne, joka on valmistettu kasvattamalla hapettumisreaktiotuote täyteaineen massaan tai läpäisevään esimuottiin ja sijoitettu alumiiniperusmetallin viereen, muunninmetalli voidaan lisätä perusmetalliin, sekoittaa täyteaineen tai esimuotin materiaalin kanssa 25 tai lisätä esimerkiksi kerroksena näiden yhteen tai useampaan pintaan. Kun on toivottavaa jalostaa keraamisen kappaleen koko mikrorakenne, tulisi varmistaa, että ainakin osa sekoitetusta muuntimesta on kosketuksessa perusmetallin massan kanssa. Jos toivottu sekarakennetuote käsittää esimerkiksi alumiinioksidisen keraamisen matriisin valmistettuna alu-30 miiniperusmetallin kaasufaasihapettamisella, joka metalli suodattuu .. piikarbidihiukkasista koostuvaan petiin, joka voidaan esimuotittaa muun- timen, kuten titaanin, raudan, nikkelin, kuparin, kromin, jne., raakakap-paleeksi, jauheiksi tai hiukkasiksi, voidaan sekoittaa piikarbiditäyte-aineen kanssa. Voi olla esimerkiksi toivottavaa käyttää nikkeliä muunti-35 mena keraamisen kappaleen mikrorakenteen jalostamiseksi. Tämän vuoksi sopiva määrä metallia sekoitetaan piikarbiditäyteaineen kanssa. Sopiva

II

13 93206 määrä metallia hiukkasten muodossa on noin 0,1-10 g nikkeliä per 100 g alumiiniperusmetallia. Kun muodostunut alumiinioksidinen hapettumisreak-tiotuote sulkee sisäänsä piikarbidihiukkaset, ja sula alumiini kuljetetaan sen läpi, sula alumiinimetalli saapuu kosketukseen ja sulattaa 5 sekoittuneen nikkelimetallin. Muuntimen määrä yhdistyy näin sulan perusmetallin kanssa. Joissakin tapauksissa muuntimen osa, joka ei ole yhdistynyt sulan perusmetallin kanssa, mutta sisältyy täyteaineen massan tai esimuotin siihen osaan, jonka hapettumisreaktiotuote suodattaa, voi olla läsnä sekarakenteen massassa muuntimen eristyneinä sulkeumina. Muunninme-10 talli voidaan levittää myös täyteaineen massan tai muotoillun esimuotin ainoastaan yhteen tai useampaan pintaan. Esimerkiksi nikkelijauhe voidaan levittää kerroksena piikarbidipedin tai esimuotin pinnalle. Kun sula alumiiniesiastemetalli saapuu kosketukseen tämän pinnan kanssa, nikkeli-metallin määrä yhdistyy siihen. Kun muunnin levitetään täyteaineen massan 15 tai esimuotin yhteen tai useampaan ulkoiseen pintaan tämän suoritusmuodon mukaisesti, saadaan tulokseksi sekarakennekappale, jonka ulkokerros käsittää jalostuneella mikrorakenteella varustetun keramiikan.

Tätä keksintöä sovellettaessa, jossa muunninmetalli järjestetään ulkoi-20 sesti perusmetalliin, muunnin voidaan järjestää seoksen tai yhdisteen muodossa, joka reagoi perusmetallin kanssa ja/tai dissosioituu proses-siolosuhteissa vapauttaen muunninmetallin, joka yhdistyy tämän jälkeen perusmetallin kanssa. Tällainen yhdiste voi olla metallin oksidi, joka on pelkistettävissä perusmetallilla tai reagoi perusmetallin kanssa vapaut-25 taen muunninmetallin. Jos esimerkiksi keraamisen sekarakennekappaleen toivotaan käsittävän alumiinioksidisen keraamisen matriisin, joka on valmistettu hapettamalla alumiiniperusmetalli, ja sulkevan sisäänsä alumiinioksidisen täyteaineen hiukkaset, toivotun muunninmetallin, kuten nikkelin, raudan tai kromin, oksidi voidaan sekoittaa alumiinioksidisen 30 pohjamateriaalin kanssa tai kerrostaa alumiiniperusmetallin päälle. Esimerkiksi kromimetallia voidaan käyttää muuntimena sekoittamalla kromioksidi pohjamateriaalin kanssa. Kun sula alumiini saapuu kosketukseen kromioksidin kanssa, sula alumiini pelkistää kromioksidin ja vapauttaa kromimetallin. Vapautetun kromimetallin määrä yhdistetään tämän 35 jälkeen sulan alumiinin kanssa, kuten yllä on selvitetty.

14 93206

Kuten hakijan patenteissa on selvitetty, perusmetallin yhteydessä käytettävät lisäaineet vaikuttavat suotuisasti hapettumisreaktioprosessiin. Tämän vuoksi on hyödyllistä käyttää yhtä tai useampaa lisäainetta muunti-men lisäksi. Tulisi kuitenkin huomata, että kun lisäainetta käytetään 5 muunninmetallin lisäksi, kummankin läsnäolo voi vaikuttaa toisen toimintaan ja/tai suorituskykyyn. Kun tätä keksintöä sovelletaan siten, että käytetään lisäainetta, muunninmetallin ja lisäaineen vastaavat pitoisuudet, joita tarvitaan kummankin aineen toivotun tuloksen aikaansaamiseksi, voivat näin ollen vaihdella. Tämän vuoksi tulisi harkita kaikkien läsnä-10 olevien metallien vaikutusta tietyssä tapauksessa järjestelmää suunniteltaessa. Perusmetallin yhteydessä käytettävä lisäaine tai käytettävät lisäaineet, kuten muunninmetallien tapauksessa, (1) voidaan järjestää perusmetalliin lisättyinä ainesosina, (2) voidaan levittää ainakin osaan perusmetallin pinnasta tai (3) voidaan lisätä tai sisällyttää koko 15 täyteaineeseen tai osaan siitä, tai mitä tahansa kahden tai useamman tekniikan (1), (2) tai (3) yhdistelmää voidaan käyttää. Lejeerattua lisäainetta voidaan käyttää esimerkiksi yksin tai yhdessä toisen, ulkoisesti lisätyn lisäaineen kanssa. Tekniikan (3) tapauksessa, jossa lisäaine tai -aineet lisätään täyteaineeseen lisäys voidaan suorittaa millä 20 tahansa sopivalla tavalla, kuten hakijan patenteissa on selvitetty.

Tietyn lisäaineen toiminta tai toiminnot voivat riippua monista tekijöistä. Tällaisia tekijöitä ovat esimerkiksi lisäaineiden tietty yhdistelmä kahta tai useampaa lisäainetta käytettäessä, ulkoisesti lisätyn lisäai-25 neen käyttäminen yhdessä esiastemetallin kanssa lejeeratun lisäaineen kanssa, käytettävän lisäaineen pitoisuus, hapettava ympäristö, proses-siolosuhteet, ja kuten yllä on todettu, käytettävä muunninmetalli ja pitoisuus.

30 Alumiiniperusmetallille hyödyllisiä lisäaineita ilman ollessa hapettimena .. ovat magnesium, sinkki ja pii, erityisesti käytettyinä yhdessä toistensa kanssa tai yhdessä muiden lisäaineiden kanssa, kuten alla on selvitetty. Nämä metallit tai metallien sopiva lähde voidaan sekoittaa alumiinipoh-jaiseen perusmetalliin pitoisuuksina kullekin noin 0,1-10 painoprosenttia 35 saatavan sekoitetun metallin kokonaispainosta. Näitä lisäaineita tai niiden sopivaa lähdettä (esim. MgO, ZnO tai Si02) voidaan käyttää perusme- « 15 93206 talliin myös ulkoisesti. Näin ollen alumiinioksiäinen keraaminen rakenne on saavutettavissa alumiini-piiseoksiselle perusmetallille ilman ollessa hapettimena käyttämällä MgOrta ulkoisena lisäaineena määrässä, joka on suurempi kuin noin 0,0008 grammaa per gramma hapetettavaa perusmetallia 5 ja suurempi kuin noin 0,003 grammaa per neliösenttimetri perusmetallia, johon MgO lisätään. Tarvittavan lisäaineen pitoisuus voi kuitenkin riippua, kuten yllä on selvitetty, muunninmetallista, läsnäolosta ja pitoisuudesta.

10 Lisäesimerkkejä alumiiniperusmetallille soveltuvista lisäaineista ovat natrium, germanium, tina, lyijy, litium, kalsium, boori, fosfori ja yttrium, joita voidaan käyttää yksin tai yhdessä yhden tai useamman muun lisäaineen kanssa riippuen hapettimesta, läsnäolevasta muunninmetallista ja määrästä ja prosessiolosuhteista. Harvinaiset maametallit, kuten 15 serium, lantaani, praseodyymi, neodyymi ja samarium ovat myös hyödyllisiä lisäaineita, ja tässä yhteydessä jälleen käytettyinä yhdessä muiden lisäaineiden kanssa. Kaikki lisäaineet, kuten hakijan patenteissa on selvitetty, ovat tehokkaita edistämään monikiteisen hapettumisreak-tiotuotteen kasvua alumiinipohjaisissa perusmetallijärjestelmissä.

20

Rajoitinta voidaan käyttää ehkäisemään hapettumisreaktiotuotteen kasvua tai kehittymistä rajoittimen ulkopuolelle. Sopiva rajoitin voi olla mikä tahansa materiaali, yhdiste, alkuaine, seos tai vastaava, joka tämän keksinnön mukaisissa prosessiolosuhteissa säilyttää osan yhtenäisyyttään, ei 25 ole haihtuva, ja on mielellään läpäisevä kaasufaasihapettimelle sekä pystyy paikallisesti ehkäisemään, negatiivisesti aktivoimaan, pysäyttämään, häiritsemään, estämään jne., hapettumisreaktiotuotteen jatkuvan kasvun. Sopivia rajoittimia ovat kalsiumsulfaatti (kipsi), kalsiumsili-kaatti, portlandsementti ja näiden yhdistelmät, jotka levitetään tyy-30 pillisesti lietteenä tai pastana täyteaineen tai esimuotin pintaan. Nämä rajoittimet voivat sisältää myös sopivan palavan tai haihtuvan materiaalin, joka eliminoituu kuumennettaessa, tai materiaalin, joka hajoaa kuumennettaessa, jotta rajoittimen huokoisuutta ja läpäisevyyttä voidaan lisätä. Rajoitin voi lisäksi sisältää sopivan tulenkestävän hiuk-35 kasen mahdollisen kutistumisen tai halkeilemisen vähentämiseksi, jota muutoin saattaa esiintyä prosessin aikana. Hiukkanen, jolla on olennai- 93206 16 sesti sama laajenemiskerroin kuin täyteainepedillä tai -esimuotilla, on erityisen suositeltava. Jos esimuotti käsittää esimerkiksi alumiinioksidia ja saatava keramiikka käsittää alumiinioksidia, rajoitin voidaan sekoittaa alumiinioksidihiukkasten kanssa, joiden seulamitta on mielel-5 lään noin 20-100 (150-850 mikronia). Muita sopivia rajoittimia ovat tulenkestävä keramiikka tai metallikotelot, jotka ovat ainakin toisesta päästään avoimia, jotta kaasufaasihapetin voi läpäistä pedin ja tulla kosketukseen sulan perusmetallin kanssa. Tietyissä tapauksissa voi olla mahdollista varustaa muunninmetallin lähde rajoittimella. Esimerkiksi 10 tietyt ruostumattomattomat terässeokset, kun niiden annetaan reagoida tietyissä hapettamisprosessiolosuhteissa, kuten korkeassa lämpötilassa happea sisältävässä ilmakehässä, muodostavat ainesosaoksidinsa kuten rautaoksidin, nikkelioksidin tai kromioksidin ruostumattoman teräksen koostumuksesta riippuen. Joissakin tapauksissa rajoittimen, kuten ruostu-15 mattoman teräskotelon, on täten havaittu tuottavan sopivan muunninmetallin lähteen tullessaan kosketukseen sulan perusmetallin kanssa. Tämä voi saada aikaan mikrorakenteen jalostumisen keraamisen kappaleen kehällä.

Esimerkki 20 Tämän keksinnön mukaisesti useita prosessinmuuntimia lisättiin erikseen kahteen erilaiseen erilliseen alumiiniseokseen, joista toinen sisälsi 3 painoprosenttia Si:tä ja 3 painoprosenttia Mg:tä ja toinen 5 painoprosenttia Si:tä ja 3 painoprosenttia Mg:tä. Näitä materiaaleja käytettiin 25 keraamisten rakenteiden valmistamiseen sulan perusmetallin kaasufaasiha-pettamisella, kuten yllämainituissa hakijan patenteissa on selvitetty. Vertailun vuoksi keraamisia rakenteita kasvatettiin lisäksi identtisissä olosuhteissa, joissa käytettiin 3 Si/3 Mg- ja 5 Si/3 Mg- seoksia lisäämättä prosessinmuunninta.

30 . Muunnetut seostangot ja kaksi vertailutankoa mitoiltaan 4h" x 2" x h" (11,4 cm x 5,10 cm x 1,27 cm) sijoitettiin alumiinioksidihiukkasista (Norton El Alundum, hiukkaskoko 90, joka vastaa n. 160 mikronia) koostuviin erillisiin peteihin, jotka oli sijoitettu tulenkestäviin astioihin 35 siten, että tangon 4h" x 2":n (11,4 cm x 5,10 cm) pinta oli olennaisesti samassa tasossa pedin kanssa ja paljaana ilmakehän vaikutukselle. Ohut ti 17 93206 kerros lisäainetta, jonka raekoko on 106 mikronia tai vähemmän (seulamit-ta -140) Si02, hajautettiin tasaisesti kunkin tangon paljaalle pinnalle (n. 0,01-0,04 g/Si02/cm2) . Kukin näistä koosteista sijoitettiin uuniin ja kuumennettiin 5 tunnin aikana 1250°C:seen. Uunia pidettiin 1250°C:ssa 20 5 tuntia, jonka jälkeen se jäähdytettiin ympäristön lämpötilaan 5 tunnissa. Kukin kooste poistettiin, ja saadut keraamiset kappaleet otettiin talteen.

Kustakin keraamisesta kappaleesta valmistettiin poikkileikkaukset, ja 10 mikrovalokuvat otettiin kustakin mikrorakenteesta samalla suurennusker-toimella. Niiden keraamisten materiaalien mikrorakenteilla, jotka oli valmistettu käyttämällä prosessinmuunninta, oli jalostunut mikrorakenne verrattuna vertailunäytteisiin. Jalostusaste määritettiin kvantitatiivisesti keskimääräisellä lineaarisella katkaisumenetelmällä. Tässä teknii-15 kassa mikrorakenteessa olevan tietyn ainesosan keskimääräistä kokoa edustaa tämän ainesosan kidepintojen keskimääräinen pituus siten, että kiinteällä suurennoksella otettu mikrovalokuva on hajaviivasarjan peittämä. Tässä tapauksessa mittaukseen valittu mikrorakenteellinen ainesosa muodostui hapettumisreaktiotuotteen läpi kulkevista väylistä, mikä näkyy 20 mikrovalokuvassa hapettumattomien metallialueiden ja/tai tyhjiöalueiden muodossa.

Taulukko 1

Perusalumiini Muunnin (p-%) Keskimääräinen seos (p-%) _ katkaisupituus (m*) 25 3 Mg, 3 Si 4,8 3 Mg, 5 Si 4,5 3 Mg, 5 Si Titaani 2,8 2,9 3 Mg, 3 Si Sirkonium 3,0 3,2 30 3 Mg, 3 Si Niobium 3,0 3,3 3 Mg, 3 Si Kromi 4,7 2,7 3 Mg, 3 Si Koboltti 5,3 1,7 3 Mg, 5 Si Rauta 2,0 2,8 3 Mg, 5 Si Kupari 5,6 1,4 35 3 Mg, 5 Si Nikkeli 2,0 1,6 3 Mg, 5 Si Nikkeli 4,0 2,1 3 Mg, 3 Si Volframi 5,0 3,8 3 Mg, 5 Si Rauta 0,3 1,7 18 93206

Koska keskimääräisten lineaaristen kidepintojen pienet arvot osoittavat mikrorakenteen koon pienenemistä, taulukko 1 osoittaa selvästi, että ha-pettumisreaktiotuotteessa olevien väylien koko on pienentynyt joissakin tapauksissa melko huomattavasti muunninta käytettäessä.

5

Kuviot havainnollistavat edelleen näitä tuloksia. Kuvio 1 esittää keraamisen kappaleen mikrorakenteen 400 kertaa suurennettuna, joka on saatu taulukossa 1 olevan toisen vertailunäytteen muuntamattomalla hapettami-sella. Kuviot 2 ja 3 esittävät jalostuneita mikrorakenteita myös 400 ker-10 taa suurennettuina, jotka on saatu käyttämällä kuparia (5,6 paino-%) ja nikkeliä (2 paino-%) tässä järjestyksessä muuntimina hapettamisproses-sille saman alumiiniseoksen yhteydessä.

Mekaanisten ominaisuuksien tiedot osoittavat myös muuntimen vaikutukset. 15 Esimerkiksi keraamisella tuotteella, joka oli saatu 3 painoprosenttia nikkeliä ja 5 painoprosenttia piitä sisältävän seoksen hapettamisreakti-olla, havaittiin olevan Rockwell A -mittakaavan makrokovuus 73. Materiaaleilla, jotka oli valmistettu käyttämällä 2 painoprosenttia ja 4 painoprosenttia nikkelimuunninta, lisääntyneet kovuudet olivat 78 ja 82 tässä 20 järjestyksessä ja samalla kovuusasteikolla.

«

Claims (6)

932U6

1. Menetelmä itsekantavan keraamisen kappaleen tai sekarakennekappaleen tuottamiseksi, jolla on jalostettu mikrorakenne verrattuna olennaisesti 5 samanlaiseen keraamiseen kappaleeseen, joka on tuotettu samasta alu-miiniperusmetallista olennaisesti samalla menetelmällä ilman prosessi-muunninta, jolloin keraaminen tai keraaminen sekarakennekappale olennaisesti muodostuu (1) alumiinioksidista, joka on alumiiniperusmetallin ja kaasufaasihapettimen välinen hapetusreaktiotuote, joka hapetin sisältää 10 happikaasua, ja valinnaisesti (2) hapettumattomista metallin ainesosista ja lisäksi, kun kyseessä on keraaminen sekarakennekappale, (3) täyteaineesta, jolloin keraaminen tai keraaminen sekarakennekappale saadaan menetelmällä, joka käsittää seuraavaa: 15 (A) alumiiniperusmetallikappale ja valinnaisesti täyteaineen massa tai aggregaatti sijoitetaan alumiiniperusmetallikappaleen läheisyyteen, (B) kuumennetaan alumiiniperusmetalli happea sisältävän kaasufaasiha- 20 pettimen läsnäollessa lämpötilaan, joka on sen sulamispisteen yläpuolella, mutta alumiinioksidihapetusreaktiotuotteen sulamispisteen alapuolella sulan alumiinimetallimassan muodostamiseksi ja tässä lämpötilassa annetaan sulan alumiinimetallin reagoida kaasufaasihapettimen kanssa hapetusreaktiotuotteen muodostamiseksi, 25 joka tuote on kontaktissa sulan alumiinimetallin ja kaasu faasihapettimen kanssa näiden välillä, ja mainitussa lämpötilassa sulaa alumiinimetallia vetäytyy hapetusreaktiotuotteen läpi kaasu-faasihapetinta kohti niin, että hapetusreaktiotuotteen muodostuminen jatkuu kaasufaasihapettimen ja aikaisemmin muodostuneen hape-30 tusreaktiotuotteen välisellä rajapinnalla, jolloin siten muodostuu vähitellen paksumpi alumiinioksidihapetusreaktiotuote, joka valinnaisesti ympäröi ainakin osaa täyteaineen massasta tai aggregaatista ja jatketaan reaktiota riittävän kauan keraamisen tai keraamisen sekarakenteen muodostamiseksi ja 35 (C) otetaan talteen muodostunut kappale, 93206 tunnettu siitä, että 0,1-10 paino-% yhtä tai useampaa prosessi-muunninta, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu alkuaineiden periodisen järjestelmän ryhmien IB, IVB, VB, VIB, VIIB ja VIII siirtymämetallit, tai niiden lähdettä sisällytetään ennen kuumentamisvaihetta (B), 5 (i) levittämällä niitä yhteen tai useampaan alumiiniperusmetallin pintaan ja/tai, (ii) siinä tapauksessa, että täyteainetta käytetään, sekoitetaan nämä 10 täyteaineeseen tai (iii) sisällytetään yhtä prosessimuunninta lähtöalumiiniperusmetalliin, joka sisältää 3 paino-% magnesiumia, 3-5 paino-% piitä ja loput alumiinia. 15

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siirtymämetalli on kupari, nikkeli, rauta, zirkonium, kromi, titaani, volframi, niobium ja koboltti tai näiden seos.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että täyteaineen massa on muotoiltu esimuotti.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että prosessimuuntimen lähde on siirtymämetalliyhdiste, joka • 25 levitetään ulkopuolisesti perusmetallille, jolloin mainittu yhdiste reagoi sulan perusmetallin kanssa siirtymämetallin vapauttamiseksi.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasufaasihapetin on ilma. 30

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muunnin on nikkelipulveria, joka on disper-goituneena perusmetallin kasvupinnalle ja sen määrä on 0,5-10 paino-% alumiiniperusmetallista. 93206