NO175054B - Selvbærende keramisk komposittgjenstand inneholdende en formet kavitet, og fremgangsmåte for fremstilling derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt keramiske komposittgjenstander som inneholder en .eller flere formgitte kaviteter og fremgangsmåte for fremstilling derav. Spesielt vedrører oppfinnelsen keramiske komposittgjenstander innbefattende en polykrystallinsk matriks som innstøper et fyllstoff og som inneholder minst en kavitet av valgt geometri tildannet i gjenstanden, og fremgangsmåter for fremstilling av komposittene ved infiltrering av et sjikt av fyllstoff med oksydasjonsproduktet av et utgangsmetall formet som en positiv form som replikeres inverst slik at kaviteten på den keramiske kompositten dannes.

Gjenstanden for foreliggende søknad er forbundet med gjenstanden for den felleseide US-patentsøknad nr. 4851375 med tittelen "Composite Ceramic Articles and Methods of Making Same". Denne publikasjonen beskriver en ny fremgangsmåte for fremstilling av en selvbærende keramisk kompositt ved at et oksydasjonsreaksjonsprodukt gros fra et utgangsmetall inn i en gjennomtrengelig masse av fyllstoff. Den resulterende kompositten har imidlertid ingen definert eller på forhånd bestemt konfigurasjon.

Fremgangsmåten for vekst av et keramisk produkt ved en oksydasjonsreaksjon er beskrevet generisk i US-patent nr. 4851375 i navnet Marc S. Newkirk et al. med tittelen "Novel Ceramic Materials and Methods of Making the Same". Anvendelsen av et uvanlig oksydasjonsfenomen, som beskrevet i nevnte publikasjon, som kan forsterkes ved anvendelse av et legert dopemiddel, gir selvbærende keramiske gjenstander grodd som oksydasjonsreaksjonsproduktet fra et forstadiumsut-gangsmetall. Fremgangsmåten ble forbedret ved anvendelsen av ytre dopemidler påført på overflaten av forstadiumsut-gangsmetallet som beskrevet i US-patent nr. 4853352 i navnet Marc S. Newkirk et al. og med tittelen "Methods of Making Seif-Supporting Ceramic Materials".

Beskrivelsene i alle de nevnte felleseide patentpublikasjon-ene er innbefattet heri som referanser.

I de senere år har det vært en økende interesse for utnytt-elsen av keramiske materialer for strukturelle anvendelser hvor metall historisk har vært anvendt. Incitamentet for denne interessen har vært overlegenheten av keramiske materialer med hensyn på visse egenskaper, såsom korrosjons-resistens, hårdhet, elastisitetsmodul, og ildfaste egenskaper sammenlignet med metaller. Imidlertid gjenstår en hovedfor-utsetning i form av forbedret styrke og strekkbelastning, større skadetoleranse (seighet) og forbedret funksjonspålite-lighet dersom keramiske komponenter skal oppnå en betydelig økonomisk suksess.

Nåværende bestrebelser på å fremstille keramiske gjenstander med høyere styrke, som er mer pålitelige og sterkere har vært særlig fokusert på (1) utviklingen av forbedrede bearbeid-elsesfremgangsmåter for monolittiske keramiske materialer og (2) utviklingen av nye materialsammensetninger, spesielt keramiske matrikskompositter. En komposittstruktur er en struktur som innbefatter et heterogent materiale, en gjenstand eller artikkel fremstilt av to eller flere materialer som er grundig blandet for å oppnå ønskede egenskaper for kompositten. F.eks. kan to forskjellige materialer blandes intimt ved å innstøpe det ene i en matriks av det andre. En keramisk matriks-komposittstruktur innbefatter typisk en keramisk matriks som inneslutter ett eller flere av forskjellige typer fyllmaterialer, såsom partikkelformige materialer, fibre, staver eller lignende.

De tradisjonelle fremgangsmåtene for fremstilling av keramiske gjenstander innbefatter følgende generelle trinn: (1) Fremstilling av matriksmateriale i pulverform. (2) Nedmaling av pulveret for å oppnå svært fine partikler. (3) Forming av pulveret til en gjenstand som har den ønskede geometrien (under hensyntagen til krymping under etterfølgende bearbeidelse). F.eks. kan dette trinnet oppnås ved uniaksial pressing, isostatisk pressing, inj_eks j onsstøping, bånd-støping, slippstøping, eller en hvilken som helst av en rekke andre teknikker. (4) Fortetning av gjenstanden ved oppvarming til en forhøyet temperatur slik at de individuelle pulverpartiklene smelter sammen til dannelse av en koherent struktur. Fortrinnsvis utføres dette trinnet uten påføring av trykk (dvs. ved trykkløs sintring), selv om i visse tilfeller en ekstra drivende kraft er påkrevet og kan tilveiebringes ved påføring av ytre trykk enten uniaksialt (dvs. varmpressing) eller isostatisk (dvs. isostatisk varmpressing). (5) Sluttbehandling, ofte ved diamantmaling, dersom dette er påkrevet.

En betydelig mengde arbeid er i dag rettet mot forbedrede pulverbearbeidelsesteknikker, og selv om disse forbedringene har resultert i forbedringer i keramiske materialers funk-sjon, er de også kompliserte og generelt mindre kostnads-effektive. Innen slike teknikker har det spesielt vært lagt vekt på to områder: (1) Forbedrede fremgangsmåter for fremstilling av svært fine, uniforme pulvermaterialer ved anvendelse av solgel-, plasma- og laserteknikker, og (2) forbedrede fremgangsmåter for fortetning og kompaktering, innbefattende forbedrede teknikker for sintring, varmpressing og isostatisk varmpressing. Formålet med disse bestrebelsene er å fremstille tette, finkornede, feilfrie mikrostrukturer, og visse forbedringer i yteevnen for keramiske materialer er oppnådd på visse områder. Imidlertid er tendensen at disse forbedringene resulterer i dramatiske økninger i kostnadene forbundet med fremstilling av keramiske strukturer. Fø-lgelig blir prisen en hovedbegrensning ved kommersiell anvendelse av keramiske materialer.

En annen begrensning ved keramisk teknologi som forsterkes ved moderne keramisk bearbeidelse, er oppskaleringsanvende-lighet. Konvensjonelle prosesser rettet mot fortetning (dvs. fjernelse av hulrom mellom pulverpartikler) er inkompatible med anvendelsesmuligheter for store enkeltstykke struktur-elementer av keramiske materialer. En økning i gjenstandens størrelse gir flere problemer innbefattende, for eksempel, forlengede prosessresidenstider, strenge krav til uniforme prosessbetingelser over et stort prosessvolum, oppsprekking av deler på grunn av ikke-uniform fortetning eller termisk induserte spenninger, skjevhet eller signing av deler under sintring, for store kompakteringskrefter og formdimensjoner dersom varmpressing benyttes, og for store kostnader forbundet med trykkbeholdere på grunn av kravene til indre volum og veggtykkelse i tilfelle isostatisk varmpressing. Når disse tradisjonelle fremgangsmåtene anvendes for fremstilling av komposittmaterialer med keramisk matriks, oppstår ytterligere vanskeligheter. De alvorligste problemer vedrører fortetningstrinnet, nr. (4) ovenfor. Den normalt foretrukne fremgangsmåten, trykkløs sintring, kan være vanskelig eller umulig å anvende med partikkelformige kompositter dersom materialene ikke er meget kompatible. Videre er normal-sintring umulig i de fleste tilfeller innbefattende fiber-kompositter, selv når materialene er kompatible, fordi sammenblandingen av partiklene inhiberes av fibrene som viser tendens til å forhindre den nødvendige forflytningen av de fortettende pulverpartiklene. Disse vanskelighetene har i noen tilfeller delvis blitt overvunnet ved å presse fortet-ningsprosessen ved påtrykking av ytre trykk ved høy temperatur. Slike fremgangsmåter kan imidlertid generere mange problemer, innbefattende brekkasje eller skade på de forsterkende fibrene ved de ytre kreftene som påtrykkes, begrenset mulighet til å fremstille komplekse former (spesielt i tilfelle uniaksial varmpressing), og generelt høye kostnader som skyldes lav prosessproduktivitet og de omfattende sluttbehandlingsoperasjonene som ofte er påkrevet.

Ytterligere vanskeligheter kan også oppstå ved blanding av pulverne med whiskers eller fibre og i trinnet (3) med forming av gjenstanden ovenfor hvor det er viktig å opprett-matriksen. Ved fremstilling av en whiskers-forsterket keramisk kompositt, kan f.eks. pulver- og whiskers-flyt-prosessene som er innbefattet i blandefremgangsmåten og ved fremstilling av gjenstanden, resultere i ikke-uniformiteter og uønskede orienteringer av de forsterkende whiskers, med et følgende tap i funksjonsegenskaper.

De innledningsvis omtalte patentene beskriver nye prosesser som løser noen av disse problemene innen tradisjonell keramisk teknologi som beskrevet mer fullstendig i det følgende. Foreliggende oppfinnelse kombinerer disse pro-sessene med et ytterligere nytt konsept for å fjerne en ytterligere begrensning innen keramisk teknologi, nemlig dannelsen av komplekse strukturer til ønsket eller tilnærmet ønsket form, og nærmere bestemt vanskelighetene ved fremstilling av former som har kompliserte indre kaviteter, og spesielt former som har gjentatt innadgående kaviteter. Med slike former er de fremgangsmåtene for fremstilling av den keramiske gjenstanden (trinn (3) ovenfor) som man normalt ville anvende ikke anvendelige, fordi den indre formen som er påkrevet for å etablere den ønskede delgeometrien ikke kan fjernes etter at gjenstanden er dannet rundt denne. Mens slike delgeometrier kan fremstilles ved å slipe den ønskede formen med utgangspunkt i et keramisk emne, benyttes denne fremgangsmåten sjelden p.g.a. den store kostnaden forbundet med dette trinnet.

Foreliggende oppfinnelse muliggjør fremstilling av keramiske kompositter av en viss forbestemt indre geometri ved et uvanlig oksydasjonsfenomen som overvinner vanskelighetene og begrensningene knyttet til kjente prosesser. Denne fremgangsmåten tilveiebringer formgitte kavitets-holdige keramiske gjenstander som typisk har høy styrke og bruddstyrke ved en mekanisme som er mer direkte, mer anvendelig og mindre dyr enn konvensjonelle fremgangsmåter.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer følgelig en selvbærende keramisk komposittgjenstand inneholdende en formet kavitet i et fyllstoff, kjennetegnet ved at fyllstoffet er omhyllet av en polykrystallinsk matriks omfattende et oksydasjonsreaksjonsprodukt av et smeltet utgangsmetall og minst ett oksydasjonsmiddel hvorved den formede kavitet er tildannet ved invers formreplikering av en form av formet utgangsmetall, idet utgangsmetallet trekkes av fra kaviteten ved dannelse av oksydasjonsproduktet av det smeltede utgangsmetall og oksydasjonsmiddelet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer videre en fremgangsmåte for fremstilling av en selvbærende keramisk komposittgjenstand som inneholder minst en kavitet som inverst replikerer geometrien av en form av formgitt utgangsmetall, hvor komposittgjenstanden innbefatter (1) en keramisk matriks oppnådd ved oksydasjon av et utgangsmetall slik at det dannes en polykrystallinsk matriks som innbefatter (i) oksydasjonsreaksjonsproduktet av utgangsmetallet med et oksydasjonsmiddel og, eventuelt (ii) en eller flere metalliske bestanddeler; og (2) et fyllstoff innstøpt av nevnte matriks, hvor fremgangsmåten innbefatter trinnene: (a) forming av et utgangsmetall slik at det tilveiebringes en form av det formgitte utgangsmetallet; (b) neddykking av den nevnte formen av det formgitte utgangsmetallet i et sjikt av et formbart fyllstoff for deri inverst å replikere geometrien av formen av det formgitte utgangsmetallet, hvor fyllstoffet er kjennetegnet ved at (1) det er gjennomtrengelig for oksydasjonsmiddelet når det er påkrevet at oksydasjonsmiddelet kommer i kontakt med det smeltede utgangsmetallet i trinn (c) og (2) er gjennomtrengelig for infiltrering ved vekst av oksydasjonsreaksjonsproduktet gjennom nevnte fyllstoff; (c) oppvarming av nevnte neddykkede form av det formgitte utgangsmetall til en temperatur over dets smelte-punkt, men under smeltepunktet for oksydasjonsreak-

sjonsproduktet slik at det dannes en gjenstand av smeltet utgangsmetall og, ved nevnte temperatur, (1) omsetning av det smeltede utgangsmetallet med oksydasjonsmiddelet slik at oksydasjonsreaksjonsproduktet dannes, (2) i det minste en del av oksydas j onsreaks j ons-produktet holdes i kontakt med, og mellom, nevnte gjenstand av smeltet metall og oksydasjonsmiddelet, slik at smeltet metall gradvis trekkes fra gjenstanden av smeltet metall gjennom oksydasjonsreaksjonsproduktet og inn i sjiktet av fyllstoff slik at kaviteten samtidig dannes i nevnte sjikt av fyllstoff ettersom nytt oksydasjonsreaksjonsprodukt fortsetter å dannes ved en grenseflate mellom oksydasjonsmiddel og tidligere dannet oksydasjonsreaksjonsprodukt, og (3) omsetningen fortsettes i et tidsrom som er tilstrekkelig til i det minste delvis å innstøpe fyllstoffet i oksydasjonsreaksjonsproduktet ved vekst av nevnte oksydasjonsreaksjonsprodukt, slik at komposittgjenstanden dannes med nevnte

kavitet deri; og

(d) utvinning av den resulterende selvbærende kompositt-gj enstanden.

Fremgangsmåten er kjennetegnet ved at

(e) fyllstoffet er videre kjennetegnet ved (1) opprett-holdelse av tilstrekkelig formbarhet til å tilveiebringe plass for smeltepunkts-volumendringen av utgangsmetallet og den differensielle termiske utvidelsen mellom utgangsmetallet og fyllstoffet, og (2) i det minste i en bærersone derav som omhyller

formen, er intrinsikt selvbærende bare ved en temperatur over smeltepunktet for utgangsmetallet, men under og tilstrekkelig nær oksydasjonsreaksjonstemperaturen til å tillate den nevnte

plassgivelsen, hvorved fyllstoffet har tilstrekkelig kohesiv styrke til å opprettholde den inverst replikerte geometrien i sjiktet ved migrering av utgangsmetallet.

Materialene ifølge foreliggende oppfinnelse kan gros med i det vesentlige uniforme egenskaper gjennom hele tverrsnittet til en tykkelse som hittil har vært vanskelig å oppnå ved konvensjonelle fremgangsmåter for fremstilling av tette keramiske strukturer. Fremgangsmåten som gir disse materialene er heller ikke forbundet med de høye prisene som følger konvensjonelle keramiske produksjonsfremgangsmåter, innbefattende fine, uniforme pulverpreparater av høy renhet, forming av usintret gjenstand, utbrenning av bindemiddel, sintring, varmpressing eller isostatisk varmpressing.

Produktene fra foreliggende oppfinnelse kan anvendes eller fremstilles for anvendelse som kommersielle gjenstander som, slik betegnelsen her benyttes, innbefatter industrielle, strukturelle og tekniske keramiske gjenstander for slike anvendelser hvor elektriske, slitasjemessige, termiske, strukturelle eller andre trekk eller egenskaper er viktige eller fordelaktige, og skal ikke innbefatte resirkulerte materialer eller avfallmaterialer som kan dannes som uønskede biprodukter ved bearbeidelsen av smeltede metaller.

Slik de benyttes i foreliggende beskrivelse og krav har betegnelsene nedenfor følgende betydninger: "Keramisk" skal ikke utelukkende være begrenset til en keramisk gjenstand i klassisk forstand, dvs. i den forstand at den består utelukkende av ikke-metalliske og uorganiske materialer, men betegner derimot en gjenstand som er hovedsakelig keramisk med hensyn på enten sammensetning eller dominerende egenskaper, selv om gjenstanden kan inneholde mindre eller betydelige mengder av en eller flere metalliske oksydasjonsmiddelet eller et dopemiddel, mest typisk innenfor et område på 1-40 volumprosent, men kan innbefatte enda mer metall.

"Oksydasjonsreaksjonsprodukt" betyr generelt ett eller flere metaller i en hvilken som helst oksydert tilstand hvori et metall har avgitt elektroner eller deler elektroner med et annet element, forbindelse, eller en kombinasjon derav. Følgelig innbefatter et "oksydasjonsreaksjonsprodukt" under denne definisjonen produktet av en reaksjon av ett eller flere metaller med et oksydasjonsmiddel som de som er beskrevet i foreliggende beskrivelse.

"Oksydasjonsmiddel" betyr en eller flere egnede elektron-akseptorer eller elektrondelere og kan være et fast stoff, en væske eller en gass (damp) eller en eventuell kombinasjon av disse (f.eks. et fast stoff og en gass) ved prosessbetingelsene.

"Utgangsmetall" betyr i foreliggende beskrivelse og de følgende kravene det metallet, f.eks. aluminium, som er forstadiet for det polykrystallinske oksydasjonsreaksjonsproduktet, og innbefatter dette metallet som et relativt rent metall, et kommersielt tilgjengelig metall med forurensninger og/eller legeringsbestanddeler, eller en legering hvori dette metallforstadiet er hovedbestanddelen; og når et angitt metall nevnes som utgangsmetall, f.eks. aluminium, bør metallet som angitt leses med denne definisjonen for øyet, med mindre annet fremgår av sammenhengen.

"Kavitet" har den vanlige vide betydningen av et ufylt rom innenfor en masse eller en gjenstand, er ikke begrenset til noen spesiell konfigurasjon av rommet, og innbefatter både lukkede og åpne rom. Det vil si betegnelsen innbefatter kaviteter som er fullstendig avlukket fra det ytre av massen eller gjenstanden som inneholder kaviteten; en slik kavitet definerer det indre av en lukket, hul gjenstand. Den

definerte betegnelsen innbefatter også kaviteter som er åpne for slik kommunikasjon, f.eks. ved hjelp av en eller flere passasjer eller åpninger som fører til det ytre av massen eller gjenstanden som inneholder kaviteten, og kaviteter som i seg selv er passasjer eller åpninger. Den sistnevnte typen av kavitet innbefatter f.eks. en enkelt gjennomboring med åpninger ved begge ender av en sylindrisk gjenstand. Figur 1 er et skjematisk vertikalsnitt som viser en sammensetning av en form av formgitt utgangsmetall neddykket i et sjikt av et partikkelformig fyllstoff og anbrakt i en ildfast beholder; Figur 2 er en noe forstørret perspektivskisse av formen av formgitt utgangsmetall som anvendes i sammensetningen i figur 1; Figur 3 er en planskisse, delvis i tverrsnitt, av en selvbærende keramisk komposittgjenstand fremstilt ifølge oppfinnelsen ; Figur 4 er et bilde av en keramisk kompositt fremstilt ifølge eksempel 1, og oppskåret slik at den indre geometrien som replikerer formen av en gjenget stav av utgangsmetallet f remgår; Figur 5 er et bilde av en keramisk kompositt hvor topp og bunn er fjernet for å vise formreplikeringen av en gjenget metallblokk.

Ved utførelsen av foreliggende oppfinnelse tilveiebringes utgangsmetallet i form av en form, hvis geometri skal replikeres inverst som en kavitet i den ferdige keramiske kompositten. Ved å følge foreliggende oppfinnelse kan komplekse former replikeres inverst i den ferdige keramiske kompositten under dannelse eller vekst av det keramiske materialet, fremfor å forme eller maskinere en keramisk gjenstand. Betegnelsen "inverst replikert" betyr at kaviteten i den keramiske kompositten oppnådd ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er definert ved indre overflater av den keramiske kompositten som er kongruente med formen av utgangsmetallet. Formen av utgangsmetallet kan være frembragt ved hjelp av en hvilken som helst egnet innretning; f.eks. kan et stykke av metall, såsom en stav, barre eller blokk maskineres på egnet måte, støpes, formes, ekstruderes eller på annen måte formes slik at formens formforløp oppnås. Utgangsmetallet for formen kan ha tildannede spor, utbor-inger, fordypninger, flater, knotter, renner, pigger, skruegjenger o.l. såvel som at de kan ha påsatte kraver, overganger, skiver, staver o.l. slik at det tilveiebringes former av i det vesentlige en hvilken som helst ønsket konfigurasjon. Formen av utgangsmetall kan innbefatte ett eller flere enhetlige stykker av metall formet på egnet måte slik at når den neddykkes i en formbar masse av fyllstoff definerer formen en formgitt kavitet inne i sjiktet, og opptar kaviteten inne i massen av fyllstoff. Når utgangsmetallet som opptar kaviteten endelig smeltes og migrerer ut av den fylte kaviteten utvikles en formgitt kavitet i den resulterende keramiske komposittgjenstanden. Følgelig tilveiebringer foreliggende oppfinnelse, ifølge ett trekk, den fordelen at kavitetsformen fremstilles ved maskinering eller forming av et metall, fremfor nedmaling eller maskinering av et keramisk materiale, som er en langt vanskeligere og dyrere prosess.

Selv om oppfinnelsen nedenfor er beskrevet i detalj med spesifikk henvisning til aluminium som det foretrukne utgangsmetallet, innbefatter andre egnede utgangsmetaller som oppfyller kriteriene for foreliggende oppfinnelse, uten begrensning, silisium, titan, tinn, zirkonium og hafnium.

Et fast, flytende eller dampfaseoksydasjonsmiddel, eller en kombinasjon av slike oksydasjonsmidler kan, som angitt ovenfor, anvendes. F.eks. innbefatter typiske oksydasjonsmidler, uten begrensning, oksygen, nitrogen, et halogen, svovel, fosfor, arsen, karbon, bor, selen, tellur, og forbindelser og kombinasjoner derav, f.eks. silisiumoksyd (som en kilde for oksygen), metan, etan, propan, acetylen, etylen og propylen (som en kilde for karbon), og blandinger såsom luft, H2/H2O og CO/COg, de to sistnevnte (dvs. E2/E2O og CO/CO2) er nyttige ved reduksjon av oksygenaktiviteten for omgivelsene.

Selv om et hvilket som helst egnet oksydasjonsmiddel kan anvendes, er spesifikke utførelser av oppfinnelsen nedenfor beskrevet under henvisning til anvendelsen av dampfaseoksydasjonsmidler. Dersom et gass- eller dampoksydasjonsmiddel, dvs. et dampfaseoksydasjonsmiddel, benyttes, er fyllstoffet gjennomtrengelig for dampfaseoksydasjonsmiddelet slik at når sjiktet av fyllstoff eksponeres mot oksydasjonsmiddelet vil dampfaseoksydasjonsmiddelet trenge igjennom sjiktet av fyllstoff og komme i kontakt med det smeltede utgangsmetallet som finnes deri. Betegnelsen "dampfaseoksydasjonsmiddel" betyr et fordampet eller normalt gassformig materiale som tilveiebringer en oksyderende atmosfære. F.eks. er oksygen eller gassblandinger inneholdende oksygen (innbefattende luft) foretrukne dampfaseoksydasjonsmidler, som i tilfellet hvor aluminium er utgangsmetallet, luft er vanligvis mer foretrukket av åpenbare økonomiske grunner. Når et oksydasjonsmiddel defineres som inneholdende eller innbefattende en spesiell gass eller damp, betyr dette et oksydasjonsmiddel hvor den angitte gassen eller dampen er det eneste, dominerende eller i det minste et betydelig oksydasjonsmiddel for utgangsmetallet under betingelsene som oppnås når den oksyderende atmosfæren benyttes. Selv om f.eks. hovedbestanddelen av luft er nitrogen er oksygeninnholdet av luft det eneste eller dominerende oksydasjonsmiddel for utgangsmetallet, fordi oksygen er et betydelig sterkere oksydasjonsmiddel enn nitrogen. Luft faller derfor innenfor definisjonen av et "oksygenholdig gass" oksydasjonsmiddel, men ikke innenfor definisjonen av et "nitogenholdig gass" oksydasjonsmiddel. Et eksempel på et "nitrogenholdig gass" oksydasjonsmiddel benyttet her og i kravene er "formeringsgass" som inneholder 96 volumprosent nitrogen og 4 volumprosent hydrogen.

Når et fast oksydasjonsmiddel anvendes er det vanligvis dispergert gjennom hele sjiktet av fyllstoff eller gjennom en del av sjiktet nær utgangsmetallet, i form av partikler blandet med fyllstoffet, eller eventuelt som belegg på fyllstoffpartiklene. Et hvilket som helst egnet fast oksydasjonsmiddel kan anvendes innbefattende elementer, såsom bor eller karbon, eller reduserbare forbindelser, såsom silisiumdioksyd eller visse borider av lavere termodynamisk stabilitet enn boridreaksjonsproduktet av utgangsmetallet. Når f.eks. bor eller et reduserbart borid benyttes som et fast oksydasjonsmiddel for et aluminiumutgangsmetall er det resulterende oksydasjonsreaksjonsproduktet aluminiumborid.

I noen tilfeller kan oksydasjonsreaksjonen forløpe så raskt med et fast oksydasjonsmiddel at oksydasjonsreaksjonproduktet viser tendens til å smelte sammen på grunn av den eksoterme naturen av prosessen. Dette kan nedbryte den mikrostruktu-rene uniformiteten av den keramiske gjenstanden. Denne raske eksoterme reaksjonen kan unngås ved å blande relativt inerte fyllstoffer, som viser lav reaktivitet, i sammensetningen. Slike fyllstoffer absorberer reaksjonsvarmen slik at eventuelle effekter av termisk ukontrollerte situasjoner minimaliseres. Et eksempel på et slikt inert fyllstoff er et stoff som er identisk med det ønskede oksydasjonsreaksjonsproduktet .

Dersom et flytende oksydasjonsmiddel benyttes, belegges eller neddykkes hele sjiktet av fyllstoffet, eller en del derav, nær det smeltede metallet f.eks. ved neddykking i oksydasjonsmiddelet for å impregnere fyllstoffet. Referanse til et flytende oksydasjonsmiddel betyr et oksydasjonsmiddel som er flytende under oksydasjonsreaksjonbetingelsene og følgelig kan et flytende oksydasjonsmiddel ha et fast forstadium, såsom et salt, som er smeltet ved oksydasjonsreaksjons-betingelsene. Alternativt kan det flytende oksydasjonsmiddelet være en væske, forløper, f.eks. en oppløsning av et materiale, som benyttes for å impregnere en del av eller alt fyllstoffet, og som er smeltet eller dekomponert ved oksyda-sjonsreaksjonsbetingelsene slik at det tilveiebringes en egnet oksydasjonsmiddelenhet. Eksempler på flytende oksydasjonsmidler som definert ovenfor innbefatter lavtsmeltende glasser.

Det formbare fyllstoffet som benyttes ved utførelsen av foreliggende oppfinnelse kan være ett eller flere av en lang rekke materialer som er egnet for formålet. Slik betegnelsen benyttes her og i kravene anvendes betegnelsen "formbart" på fyllstoffet med betydningen at fyllstoffet er et som kan pakke seg rundt, legges mot, eller anbringes rundt en form og som vil forme seg etter geometrien av formen neddykket i fyllstoffet. Dersom f.eks. fyllstoffet innbefatter partikkelformig materiale, såsom fine korn av et ildfast metall-oksyd, neddykkes formen av fyllstoffet slik at formen definerer en fylt kavitet (fylt eller opptatt av formen). Imidlertid er det ikke påkrevet at fyllstoffet foreligger i finpartikkelform. F.eks. kan fyllstoffet innbefatte tråd, fibre eller nålkrystaller, eller slike materialer som metallull. Fyllstoffet kan også innbefatte enten en heterogen eller en homogen kombinasjon av to eller flere slike komponenter eller geometriske konfigurasjoner. F.eks. en kombinasjon av små partikkelkorn og nålformede krystaller. Det er bare påkrevet at den fysiske konfigurasjonen av fyllstoffet er slik at den tillater formen av utgangsmetallet å neddykkes i eller av massen av fyllstoffet slik at fyllstoffet slutter seg nær til overflaten av formen. Formen av utgangsmetall betegnes her og i kravene som en "form" fordi kaviteten som til sist dannes i kompositten har den negative geometrien av formen. Formen danner følgelig innledningsvis en (fylt) kavitet inne i sjiktet av et formbart fyllstoff, kaviteten er innledningsvis formgitt og fylt av formen.

Det formbare fyllstoffet som er nyttig ved utførelsen av foreliggende oppfinnelse er et fyllstoff som, under oksyda-sjonsreaksjonsbetingelsene ved oppfinnelsen som er beskrevet nedenfor, er gjennomtrenge].ig når oksydasjonsmiddelet er et dampfaseoksydasjonsmiddel for passasje av dette oksydasjonsmiddelet. I et hvert tilfelle er fyllstoffet også gjennomtrengelig for vekst og/eller utvikling dergjennom av et oksydasjonsreaksjonsprodukt. Fyllstoffet har videre, ved den temperaturen hvor oksydasjonsreaksjonen gjennomføres, dannet eller utviklet innledningsvis eller raskt, tilstrekkelig kohesjonsstyrke slik at det bevarer geometrien som inverst er replikert deri ved at fyllstoffet samsvarer med formen ettersom smeltet utgangsmetall fra formen migrerer fra kaviteten som innledningsvis er fylt av formen, for samtidig (med migreringen) å danne kaviteten. Under oksydasjonsreaksjonen synes det som om smeltet utgangsmetall migrerer gjennom oksydasjonsreaksjonsproduktet som dannes for å opprettholde reaksjonen. Dette oksydasjonsreaksjonsproduktet er generelt ugjennomtrengelig for den omgivende atmosfæren og derfor kan ovnsatmosfæren, f.eks. luft, ikke tre inn i den utviklende kaviteten. På denne måten utvikler det seg et lavtrykksområde inne i kaviteten som dannes ved migrering av det smeltede utgangsmetallet.

Den utviklede huden av oksydasjonsreaksjonsprodukt er vanligvis innledningsvis for svak til å tåle trykkdifferansen som derved utvikler seg over den, kombinert med tyngde-krefter, slik at dersom den ikke understøttes viser den tendens til å falle sammen innover, derved fylles i det minste en del av områdene som er evakuert av det smeltede utgangsmetallet, og derved tapes formen av kaviteten som innledningsvis er etablert av formen. I tilfeller hvor et dampfaseoksydasjonsmiddel anvendes vil videre sammenfallet av kaviteten kunne føre til eksponering av det flytende over-flatenivået av utgangsmetall inne i kaviteten mot oksydasjonsmiddelet slik at det skapes en nydefinert ytre overflate inne i den opprinnelige kaviteten som i seg selv starter oksydasjons- og kavitetsdannelsesprosessen, derved tapes fullstendig den opprinnelige ønskede formtilpasningen av den utviklende keramiske komposittgjenstanden. Det er også mulig at disse trinnene gjentar seg flere ganger. Derved dannes en feilformet gjenstand inneholdende en indre superstruktur i dens kavitet som viser ingen eller liten likhet med den opprinnelige formen av det formgitte utgangsmetallet. For å unngå dette tapet av geometri velges et fyllstoff som, ved en temperatur over smeltepunktet for utgangsmetallet og nær (men under) oksydasjonsreaksjonstemperaturen, delvis sintrer eller på annen måte binder seg til seg selv og til det voksende laget av oksydasjonsreaksjonsprodukt i tilstrekkelig grad til å tilveiebringe strukturell styrke fra utsiden av kaviteten, slik at den replikerte geometrien av formen opprettholdes i den utviklende kaviteten i det minste inntil det voksende oksydasjonsreaksjonsproduktet har oppnådd en tilstrekkelig tykkelse til å være selvbærende mot den utviklede trykkfor-skjellen over kavitetsveggen.

Et egnet selvbærende fyllstoff er et fyllstoff som, ved den ønskede temperaturen, enten sintrer intrinsikt eller kan bringes til å sintre eller avbindes ved hjelp av egnede additiver eller overflatemodifikasjoner av fyllstoffet. F.eks. er et egnet fyllstoff for anvendelse med et aluminiumutgangsmetall under anvendelse av et luftoksydasjons-middel aluminiumoksydpulver med et tilsatt silisiumoksyd-bindemiddel som fine partikler eller påstøpinger på alumin-iumoksydpulveret. Slike blandinger av materialer vil delvis sintre eller avbindes ved, eller under oksydasjonsreaksjons-betingelsene hvorved den keramiske matriksen vil dannes. Uten silisiumoksydadditivet krever aluminiumoksydpartiklene vesentlig høyere temperaturer for å bindes sammen. En annen egnet klasse av fyllstoffer innbefatter partikler eller fibre som, under oksydasjonsreaksjonbetingelsene for prosessen, danner en reaksjonsprodukthud på overflaten som viser tendens til å binde partiklene i det ønskede temperaturområdet. Et eksempel på denne klassen av fyllstoff i tilfeller hvor aluminium anvendes som utgangsmetall og luft som oksydasjonsmiddelet er fine si 1isiumkarbidpartikler (f.eks. 500 mesh (0,0185 mm og finere) som danner en silisiumdioksydhud som binder partiklene sammen i det egnede temperaturområdet for aluminiumoksydasjonsreaksjonen.

Det er ikke nødvendig' at hele massen eller sjiktet av fyllstoffet innbefatter et sintringsdyktig eller selvbindende fyllstoff eller inneholder et sintrings- eller bindemiddel, selv om dette arrangementet ligger innenfor rammen av oppfinnelsen. Det selvbindende fyllstoffet og/eller binde-eller sintringsmiddelet kan være dispergert bare i den delen av sjiktet eller fyllstoffet som ligger nær opptil og omgir formen av utgangsmetall til en dybde som er tilstrekkelig til at det ved sintring eller annen binding dannes en innkapsling av den utviklende kaviteten som har tilstrekkelig tykkelse og mekanisk styrke til å forhindre sammenbrudd av kaviteten (og følgelig tap av gjengivelseskvaliteten av formen av den dannede keramiske gjenstanden sammenlignet med formen av utgangsmetallet) før en tilstrekkelig tykkelse av oksydasjonsreaksjonsproduktet oppnås. Følgelig er det tilstrekkelig at en "støttesone" av fyllstoffet som omgir formen innbefatter et fyllstoff som i seg selv kan sintres eller er selvbindende innenfor det aktuelle temperaturområdet og inneholder et sintrings- eller bindemiddel som er effektivt innenfor det aktuelle temperaturområdet. Slik betegnelsen benyttes her og i kravene er en "bæresone" av fyllstoff den tykkelsen av fyllstoff som omgir formen som, ved avbinding, minst er tilstrekkelig til å tilveiebringe den strukturelle styrken som er påkrevet for å bevare den replikerte geometrien av formen inntil det voksende oksydasjonsreaksjonsproduktet blir selvbærende mot sammenfall av kaviteten som beskrevet ovenfor. Størrelsen av bæresonen av fyllstoff vil variere avhengig av størrelsen og konfigurasjonen av formen og den mekaniske styrken som oppnås ved hjelp av det sintringsdyktige eller selvbindende fyllstoffet i bæresonen. Bæresonen kan strekke seg fra overflaten av formen inn i fyllstoffsjiktet, en avstand som er mindre enn den hvortil oksydasjonsreaksjonsproduktet vil gro, eller over hele vekstavstanden. I noen tilfeller kan bæresonen være relativt tynn. Selv om f.eks. bæresonen av fyllstoff kan være et sjikt av fyllstoff som omgir formen og selv er omgitt av et større sjikt av ikke-selvbærende eller ikke-sintringsdyktig fyllstoff, kan bæresonen i egnede tilfeller innbefatte bare et belegg av selvbindende eller sintringsdyktige partikler klebet til formen ved hjelp av et egnet klebemiddel eller beleggingsmiddel. Et eksempel på denne beleggingsteknikken er angitt nedenfor.

I et hvert tilfelle bør fyllstoffet ikke sintre, smelte eller reagere på en slik måte at det dannes en ugjennomtrengelig masse som blokkerer infiltreringen av oksydasjonsreaksjonsproduktet dergjennom eller, når et dampfaseoksydasjonsmiddel benyttes, passasje av slikt dampfaseoksydasjonsmiddel dergjennom. Videre bør enhver sintret masse som dannes ikke dannes ved en så lav temperatur at den sprekker p.g.a. utvidelsesmistilpasning mellom metallet og fyllstoffet før veksttemperaturen er nådd, derved skapes en ikke-homogen kompositt under utviklingen av matriksen fordi matriksen alene senere fyller sprekkene i det bundne fyllstoffet. For eksempel undergår aluminiumutgangsmetallet ikke bare varmeut-videlse ved oppvarming av det faste stoffet eller smeltet metall, men en betydelig volumøkning ved smelting. Dette krever at sjiktet med fyllstoff, hvori utgangsmetallformen er neddykket, ikke sintrer eller på annen måte selvbindes slik at det dannes en stiv struktur som innkapsler formen av utgangsmetall før den differensielle utvidelsen av dette med hensyn på fyllstoffet, ellers medfører utvidelsen sprekker i den selvbindende strukturen. Dersom dette skjer tapes den replikerte formen av metallformen, eller mer typisk, det utvikles en ikke-homogen kompositt ved infiltrering av det oppsprukne sjiktet av fyllstoff ved vekst av oksydasjonsreaksjonsproduktet fra utgangsmetallet.

Som angitt tidligere kan et binde- eller sintringsmiddel innbefattes som en komponent av fyllstoffet i de tilfellene som ellers ikke ville ha tilstrekkelig iboende selvbindende eller sintrende egenskaper til å forhindre sammenbrudd av kaviteten som dannes i volumet som tidligere var opptatt av formen. Dette bindemiddelet kan være dispergert gjennom fyllstoffet eller bare i bæresonen. Egnede materialer for dette formålet innbefatter organo-metalliske materialer som, under de oksyderende betingelsene som er påkrevet for å danne oksydasjonsreaksjonsproduktet, i det minste delvis vil dekomponere og binde fyllstoffet i tilstrekkelig grad til å tilveiebringe den påkrevede mekaniske styrken. Bindemiddelet bør ikke påvirke oksydasjonsreaksjonsprosessen eller etter-late uønskede gjenværende biprodukter inne i det keramiske komposittproduktet. Bindemidler som er egnede for dette formålet er velkjente innen teknikken. F.eks. er tetra-etylortosilikat et eksempel på egnede organo-metalliske bindemidler, denne etterlater ved oksydasjonsreaksjonstemperaturen en silisiumoksyd-del som effektivt binder fyllstoffet med den påkrevde kohesjonsstyrken.

Ved utførelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse oppvarmes oppsettet av utgangsmetallet og sjikt i en oksyderende atmosfære til en temperatur over smeltepunktet for metallet, men under smeltepunktet for oksydasjonsreaksjonsproduktet, dette resulterer i en gjenstand eller samling av smeltet metall. Ved kontakt med oksydasjonsmiddelet vil det smeltede metallet reagere slik at det dannes et lag av oksydasjonsreaksjonsprodukt. Ved fortsatt eksponering mot den oksyderende atmosfæren, innenfor et egnet temperaturom-råde, vil det gjenværende smeltede metallet gradvis trekkes inn i, og igjennom, oksydasjonsreaksjonsproduktet i retningen av oksydasjonsmiddelet og inn i sjiktet av fyllstoff og der, ved kontakt med oksydasjonsmiddelet, danne ytterligere oksydasjonsreaksjonsprodukt. I det minste en del av oksyda-sj onsreaks j onsproduktet holdes i kontakt med og mellom det smeltede utgangsmetallet og oksydasjonsmiddelet slik at det forårsakes fortsatt vekst av det polykrystallinske oksyda-sj onsreaks j onsproduktet i sjiktet av fyllstoff. Derved nedykkes fyllstoffet i det polykrystallinske oksydasjons-

produktet. Det polykrystallinske matriksmaterialet fortset-

ter å gro så lenge som egnede oksydasjonsreaksjonsbetingelser opprettholdes.

Prosessen fortsettes inntil oksydasjonsreaksjonsproduktet har infiltrert og innstøpt den ønskede mengden fyllstoff. Det resulterende keramiske komposittproduktet innbefatter fyllstoff innstøpt i en keramisk matriks innbefattende et polykrystallinsk oksydasjonsreaksjonsprodukt og eventuelt innbefattende en eller flere uoksyderte bestanddeler av utgangsmetallet og/eller hulrom. I disse polykrystallinske keramiske matriksene er typisk krystalittene av oksydasjonsreaksjonsprodukt sammenhengende i mer enn en dimensjon, fortrinnsvis i tre dimensjoner, og metallinneslutningene eller hulrommene kan delvis være forbundet med hverandre. Dersom prosessen ikke gjennomføres utover forbruk av utgangsmetallet er den keramiske kompositten som oppnås tett og i det vesentlige fri for tomrom. Når prosessen gjennomføres fullstendig, dvs. når så mye av metallet som mulig er blitt oksydert under prosessbetingelsene, vil det være dannet porer i stedet for det sammenhengende metallet i den keramiske kompositten. Det resulterende keramiske komposittproduktet ifølge oppfinnelsen har i det vesentlige de opprinnelige dimensjonene og den geometriske konfigurasjonen for den opprinnelige formen, korrigert for smeltepunkts- og termisk utvidelsesvolumendringer av utgangsmetallet under bearbeidelse med hensyn på komposittgjenstanden som er dannet og avkjølt.

Under henvisning til tegningene viser figur 1. en ildfast beholder 2, såsom en aluminiumoksydbeholder, inneholdende et sjikt av fyllstoff 4 hvori det er neddykket en form 6 av utgangsmetallet. Som vist i figurene 1. og 2. har formen 6

en senterdel 8 som er generelt sylindrisk av konfigurasjon og som sammenføyer et par av endestykker 8a, 8b som er aksielt kortere, men av større diameter enn senterdelen 8. Generelt har formen 6 en manuallignende konfigurasjon innbefattende

generelt sirkulære plateformede endestykker sammenføyet ved hjelp av en senterdel med mindre diameter.

Ved oppvarming av sammensetningen i figur 1. til en tilstrekkelig høy temperatur til å smelte metallet oksyderer et dampfaseoksydasjonsmiddel, som trenger gjennom sjiktet av fyllstoff 4, og kommer i kontakt med det smeltede metallet, det smeltede metallet og som et resultat av dette vokser oksydasjonsreaksjonsproduktet derfra og infiltrerer det omliggende sjiktet av fyllstoff 4. Når f.eks. utgangsmetallet er et aluminiumutgangsmetall og luft er oksydasjonsmiddelet kan oksydasjonsreaksjonstemperaturen være fra 850°C til 1450°C, fortrinnsvis fra 900°C til 1350°C, og oksydasjonsreaksjonsproduktet er typisk alfa-aluminiumoksyd. Det smeltede metallet migrerer gjennom den dannede huden av oksydasjonsreaksjonsprodukt fra volumet som tidligere var opptatt av formen 6, hvilket vil resultere i et nedsatt trykk inne i dette volumet p.g.a. ugjennomtrengeligheten for den omgivende atmosfæren av den voksende huden av oksydasjons-reaksj onsprodukt , og et nettotrykk virker på den beholder-lignende huden av oksydasjonsreaksjonsprodukt. Imidlertid er sjiktet av fyllstoff 4, eller en bæresone derav, som omgir formen 6 intrinsikt selvbindende ved eller over en selvbindingstemperatur som ligger over smeltepunktet for utgangsmetallet og nær, men under, oksydasjonsreaksjonstemperaturen. Ved oppvarming til selvbindingtemperaturen, men ikke før, har fyllstoffet, eller en bæresone derav, følgelig sintret eller på annet måte blitt bundet i seg selv og knyttet til det voksende oksydasjonsreaksjonsproduktet i tilstrekkelig grad til å gi styrke til fyllstoffet som omgir den utviklende kaviteten, dvs. bæresonen av fyllstoffet, slik at trykkdifferansen som oppstår motvirkes, og derved bevares inne i sjiktet av fyllstoff 4 geometrien av den fylte kaviteten dannet deri ved samforming av fyllstoffet til formen av form 6. Som beskrevet i detalj ovenfor ville, dersom fyllstoffet skulle selvbinde i betydelig grad, før utvidelsen av utgangsmaterialet ved oppvarming og smelting av dette var fullstendig, det selvbundne fyllstoffet bli oppsprukket eller ødelagt ved utvidelse av metallet. I en utførelse hvori bare en bæresone av fyllstoff 4 inneholder eller innbefatter et sintringsdyktig eller selvbindende fyllstoff eller et binde-eller sintringsmiddel, angir den prikkede linjen 5 i figur 1. omfanget av bæresonen i sjiktet av fyllstoff 4. Ettersom reaksjonen forløper vil kaviteten inne i sjikt 4 som innledningsvis var fylt av form 6 i det vesentlige bli fullstendig evakuert ved migreringen av smeltet utgangsmetall gjennom oksydasjonsreaksjonsproduktet til den ytre overflaten av dette hvor det kommer i kontakt med dampfaseoksydasjonsmiddel og oksyderes slik at det dannes ytterligere oksyda-sj onsreaks j onsprodukt . Oksydasjonsreaksjonsproduktet innbefatter et polykrystallinsk keramisk materiale som kan inneholde inneslutninger av uoksyderte bestanddeler av det smeltede utgangsmetallet. Når reaksjonen er fullstendig og volumet som tidligere var fylt av form 6 er evakuert, får sammensetningen avkjøles og den resulterende keramiske kompositten, hvis dimensjoner er antydet ved den prikkede linjen 7 i figur 1. separeres fra eventuelt overskudd av fyllstoff som finnes igjen i beholder 2. Et slikt overskudd av fyllstoff eller en del derav kan danne en koherent gjenstand p.g.a. sintringen eller selvbindingen og kan lett fjernes fra den keramiske kompositten som det inneslutter ved slyngerensing, sliping eller lignende. En økonomisk fordelaktig teknikk er å anvende slyngerensing ved anvendelse av partikler av et materiale som er egnet som fyllstoffet eller som en komponent av fyllstoffet slik at det fjernede fyllstoffet og slyngepartiklene kan benyttes igjen som fyllstoff i et senere trinn. Det er viktig å legge merke til at styrkegraden av det selvbindende fyllstoffet som er nødvendig for å forhindre sammenfall av kaviteten under bearbeidelse typisk er mye mindre enn styrken av den resulterende kompositten. Følgelig kan overskuddet av selvbindende fyllstoff fjernes ved slyngerensing uten bekymring for skade på den resulterende kompositten. I et hvert tilfelle kan den keramiske komposittstrukturen som har kaviteten tildannet deri formes ytterligere ved hjelp av maskinering eller sliping eller på annen måte formes til en ønsket ytre form. Som vist i figur 3. kan f.eks. den keramiske komposittem 10 slipes til en form av en sirkulær sylinder som har en ytre overflate 12, motstående endeflater 14a og 14b og som inneholder en kavitet 16 som er definert ved overflatene som er kongruente med overflatene av formen 6. Følgelig er formen av kaviteten 16 en invers replikasjon av formen på form 6, kaviteten 16 er definert ved endestykkene 18a, 18b og en forbindende senterdel 18 med mindre diameter enn endestykkene 18a, 18b. For mange anvendelser kan den keramiske gjenstanden anvendes slik den dannes etter fjernelse av overskuddet, uinnkapslet fyllstoff, uten ytterligere sliping eller maskinering.

Ved å velge et egnet fyllstoff og opprettholde oksydasjons-reaksjonsbetingelsene i et tidsrom som er tilstrekkelig til å evakuere i det vesentlige alt det smeltede utgangsmetallet fra den innledningsvis fylte kaviteten opptatt av form 6, oppnås en nøyaktig invers replikasjon av geometrien av form 6 ved kavitet 16. Mens det illustrerte formforløpet av form 6 (og derfor av kavitet 16) er relativt enkelt kan kaviteter dannes i den keramiske kompositten som inverst replikerer, med nøyaktig gjengivelse, formforløpet av former av langt mer kompleks geometri enn form 6, ved utførelse av foreliggende oppfinnelse. De ytre overflatene av den keramiske kompositten 10 kan, om ønsket, slipes eller maskineres til en hvilken som helst ønsket størrelse eller form i samsvar med størrelsen eller formen av kaviteten 16 som er dannet deri.

Det bør bemerkes at egenskapene av fyllstoffet når det gjelder permeabilitet, formbarhet og selvbinding som beskrevet ovenfor er egenskaper for den samlede sammensetningen av fyllstoffet, og at individuelle komponenter av fyllstoffet ikke behøver å ha noen av, eller alle, disse egenskapene. Følgelig kan fyllstoffet innbefatte enten et enkelt materiale, en blanding av partikler av det samme materialet, men av forskjellig kornstørrelse, eller blandinger av to eller flere materialer. I det sistnevnte tilfellet kan eventuelt enkelte komponenter av fyllstoffet, f.eks., ikke være tilstrekkelig selvbindende eller sintringsdyktige ved oksydasjonsreaksjonstemperaturen, men fyllstoffet hvorav det er en komponentdel vil ha de påkrevede selvbindings- eller sintringsegenskapene ved eller over selvbindingstemperaturen p.g.a. nærværet av andre materialer. Et stort antall materialer som er nyttige fyllstoffer i den keramiske kompositten ved at de gir ønskede egenskaper til kompositten vil også ha egenskapene vedrørende gjennomtrengelighet, formbarhet og selvbindingskvaliteter beskrevet ovenfor. Slike egnede materialer vil forbli usintrede eller ubundne i tilstrekkelig grad ved temperaturer under oksydasjonsreak-sj onstemperaturen slik at fyllstoffet hvori formen er neddykket kan oppta den termiske utvidelsen og volumendringen ved smeltepunktet og fremdeles sintre eller på annen måte selvbinde når en selvbindingstemperatur nås som ligger over smeltepunktet for utgangsmetallet, men nær og under oksyda-sj onsreaks j onstemperaturen , tilstrekkelig til å gi den påkrevede mekaniske styrken for å forhindre sammenbrudd av den dannende kaviteten under de innledende trinnene av vekst eller utvikling av oksydasjonsreaksjonsproduktet.

Med hensyn til individuelle komponenter av fyllstoffet innbefatter en egnet klasse av fyllstoffkomponenter de kjemiske spesies som, under temperatur- og oksydasjonsbeting-elsene for prosessen, ikke er flyktige, er termodynamisk stabile og som ikke reagerer med, eller i stor grad oppløses i, det smeltede utgangsmetallet. Fagmannen vil kjenne til en lang rekke materialer som oppfyller slike kriterier i det tilfellet hvor aluminium anvendes som utgangsmetall og luft eller oksygen som oksydasjonsmiddelet. Slike materialer innbefatter de enkle metalloksydene av: aluminium, AI2O3; cerium, CeC>2; hafnium, HfC^; lantan, 1^203; neodym, ^203; preseodym, forskjellige oksyder; samarium, S1112O3; skandium, SC2O3; thorium, ThC^; uran, UO2; yttrium, Y2O3; og zirkonium, Zr02- I tillegg inneholdes et stort antall binære, ternære og høyere ordens metalliske forbindelser, såsom magnesium-alminatspinell, MgO.A^Os, i denne klassen av stabile ildfaste forbindelser.

En andre klasse av egnede fyllstoffkomponenter er de som ikke er intrinsikt stabile i den oksyderende og høytemperatur-atmosfæren ifølge den foretrukne utførelsen, men som, p.g.a. den relativt langsomme kinetikken for nedbrytingsreaksjonene, kan inkorporeres som en fyllstoffase i den voksende keramiske gjenstanden. Et eksempel er silisiumkarbid. Dette materialet ville oksydere fullstendig under betingelsene påkrevet for å oksydere f.eks. aluminium med oksygen eller luft ifølge oppfinnelsen dersom det ikke var for et beskyttende lag av silisiumoksyd som dannes på, og dekker, silisiumkarbidpar-tiklene og begrenser ytterligere oksydasjon av silisiumkar-bidet. Dette beskyttende silisiumoksydlaget gjør det også mulig for silisiumkarbidpartikler å sintre eller bindes sammen og til andre komponenter av fyllstoffet under oksyda-sj onsreaks j onsbetingelsene for prosessen for aluminiumutgangsmetallet med luft eller oksygen som oksydasjonsmiddel.

En tredje klasse av egnede fyllstoffkomponenter er de, såsom karbonfibre, som av termodynamiske eller kinetiske grunner ikke ventes å tåle den oksyderende atmosfæren eller ekspo-neringen mot smeltet aluminium innbefattet i en foretrukket utførelse, men som kan gjøres kompatible med prosessen dersom 1) atmosfæren gjøres mindre aktiv, f.eks. ved anvendelse av CO/CO2 som oksyderende gass, eller 2) ved påføring av et belegg derpå, såsom aluminiumoksyd, som gjør spesiene kinetisk ikke-reaktive i den oksyderende atmosfæren.

Som en ytterligere utførelse av oppfinnelsen og som omtalt i de andre innledningsvis omtalte patentøublikasjonene, kan tilsats av dopemateriale til metallet påvirke oksydasjonsreaksjonsprosessen i fordelaktig retning. Funksjonen eller funksjonene av dopematerialet er avhengig av en rekke andre

faktorer enn dopematerialet selv. Disse faktorene innbefatt-

er, f.eks., det spesielle utgangsmetallet, det ønskede sluttproduktet, den spesielle kombinasjonen av dopemidler når to eller flere dopemidler benyttes, anvendelsen av et ytre tilført dopemiddel i kombinasjon med et innlegert dopemiddel, konsentrasjonen av dopemiddelet, den oksyderende atmosfæren og prosessbetingelsene.

Dopemiddelet eller dopemidlene kan (1) tilveiebringes som legeringsbestanddeler av utgangsmetallet, (2) kan påføres på

i det minste en del av overflaten av utgangsmetallet, eller (3) kan påføres på fyllstoffet eller på en del av fyllstoffsjiktet, f.eks. bæresonen av fyllstoffet, eller en hvilken som helst kombinasjon av to eller flere av teknikkene (1), (2) og (3) kan anvendes. F.eks. kan innlegert dopemiddel benyttes sammen med et ytre tilført dopemiddel. Dersom teknikk (3) benyttes, hvor et dopemiddel eller dopemidler påføres på fyllstoffet kan slik påføring oppnås ved en hvilken som helst egnet fremgangsmåte, f.eks. ved å disper-gere dopemidlene gjennom en del av eller hele massen av fyllstoff som ved belegg eller på partikkelform, fortrinnsvis innbefattende i det minste en del av sjiktet av fyllstoff nær utgangsmetallet. Tilførsel av et hvilket som helst av dopemidlene til fyllstoffet kan også oppnås ved å tilføre et lag av et hvilket som helst av dopematerialene på og inn i sjiktet, innbefattende en hvilken som helst av sjiktets indre åpninger, hulrom, passasjer, mellomliggende rom e.l. som gjør sjiktet gjennomtrengelig. En hensiktsmessig måte for tilførsel av et hvilket som helst av dopematerialene er enkelt å neddykke hele sjiktet i en væske (f.eks. en oppløs-ning) av dopematerialet. En kilde for dopemiddelet kan også tilveiebringes ved å plassere en fast gjenstand av dopemiddel i kontakt med, og mellom, i det minste en del av utgangsmetalloverflaten og fyllstoffsjiktet. F.eks. kan en tynt lag av silisiumholdig glass (nyttig som et dopemiddel for oksydasjonen av et aluminiumutgangsmetall) plasseres på en overflate av utgangsmetallet. Når aluminiumutgangsmetallet (som kan være indre dopet med Mg) dekket med det silisium-holdige materialet smeltes i en oksyderende atmosfære (f.eks. i tilfelle aluminium i luft mellom 850°C og 145CTC, fortrinnsvis 900°C til 1350°C) finner vekst av det polykrystallinske keramiske materialet inn i det gjennomtrengelige sjiktet sted. I det tilfellet hvor dopemiddelet påføres eksternt på i det minste en del av overflaten av utgangsmetallet vokser den polykrystallinske oksydstrukturen generelt inn i det gjennomtrengelige fyllstoffet betydelig ut over dopemiddellaget (dvs. ut over dybden av det påførte dopemiddellaget). I et hvert tilfelle kan ett eller flere av dopemidlene tilføres eksternt til utgangsmetalloverflaten og/eller til det gjennomtrengelige sjiktet. I tillegg kan dopemidler innlegert i utgangsmetallet og/eller ytre påført på utgangsmetallet forsterkes ved hjelp av dopemiddel (midler) tilført til fyllstoffsjiktet. Følgelig kan eventuelle konsentrasjonsmangler av dopemidler innlegert i utgangsmetallet og/eller ytre påført på utgangsmetallet oppveies ved hjelp av ytterligere konsentrasjon av de respektive dopemidlene tilført til sjiktet, og vice versa.

Nyttige dopemidler for et aluminiumutgangsmetall, spesielt med luft som oksydasjonsmiddel, innbefatter f.eks. magnesium-metall og sinkmetall, i kombinasjon med hverandre eller i kombinasjon med andre dopemidler som beskrevet nedenfor. Disse metallene, eller en egnet kilde for metallene, kan innlegeres i det aluminiumbaserte utgangsmetallet i en konsentrasjon for hvert på mellom 0,1-10 vektprosent basert på den samlede vekten av det resulterende dopede metallet. Konsentrasjonen for et hvilket som helst dopemiddel vi avhenge av slike faktorer som kombinasjonen av dopemidler og prosesstemperaturen. Konsentrasjoner innenfor dette området synes å initiere den keramiske veksten, forbedre metalltrans-porten og i fordelaktig retning påvirke vekstmorfologien for det resulterende oksydasjonsreaksjonsproduktet.

Andre dopemidler som er effektive for å fremme vekst av polykrystallinske oksydasjonsreaksjonsprodukter for aluminiumbaserte utgangsmetallsystemer er f.eks. silisium, germanium, tinn og bly, spesielt når disse benyttes sammen med magnesium eller sink. Ett eller flere av disse andre dopemidlene, eller en egnet kilde for disse, innlegeres i aluminiumutgangsmetallsystemet ved konsentrasjoner for hvert fra 0,5 til 15 vektprosent av den samlede legeringen; imidlertid oppnås mer fordelaktig vekstkinetikk og vekstmor-fologi ved dopemiddelkonsentrasjoner i området på 1-10 vektprosent av den samlede utgangsmetallegeringen. Bly som et dopemiddel innlegeres generelt i det aluminiumbaserte utgangsmetallet ved en temperatur på minst 1000°C for å ta hensyn til dets lave oppløselighet i aluminium; imidlertid vil tilsats av andre legeringselementer, såsom tinn, generelt øke oppløseligheten av bly, og gjøre det mulig å tilsette legeringsmaterialet ved en lavere temperatur.

Avhengig av omstendighetene kan det anvendes ett eller flere dopemidler som beskrevet ovenfor. I tilfelle et aluminiumutgangsmetall og luft som oksydasjonsmiddel innbefatter spesielt nyttige kombinasjoner av dopemidler f.eks. (a) magnesium og silisium eller (b) magnesium, sink og silisium. I slike eksempler faller en foretrukket magnesiumkonsentra-sjon i området fra 0,1 til 3 vektprosent, for sink i området fra 1 til 6 vektprosent, og for silisium i området fra 1 til 10 vektprosent.

Ytterligere eksempler på dopematerialer som er nyttige med et aluminiumutgangsmetall innbefatter natrium, litium, kalsium, bor, fosfor og yttrium som kan benyttes individuelt eller i kombinasjon med ett eller flere dopemidler avhengig av oksydasjonsmiddelet og prosessbetingelsene. Natrium og litium kan anvendes i svært små mengder i området deler pr. million, typisk 100-200 deler pr. million, og hvert kan benyttes alene eller de kan benyttes sammen, eller i kombinasjon med andre dopemidler. Sjeldne jordartselementer såsom cerium, lantan, preseodym, neodym og samarium er også nyttige dopemidler, og igjen spesielt når de benyttes i kombinasjon med andre dopemidler.

Som angitt ovenfor er det ikke nødvendig å innlegere evt. dopemateriale i utgangsmaterialet. F.eks. fører selektiv påføring av ett eller flere dopematerialer i et tynt lag på enten hele, eller en del av, overflaten av utgangsmetallet til lokal keramisk vekst fra utgangsmetalloverflaten eller deler derav og medfører vekst av det polykrystallinske keramiske materialet inn i det gjennomtrengelige fyllstoffet i valgte områder. Følgelig kan vekst av det polykrystallinske keramiske materialet inn i det gjennomtrengelige sjiktet kontrolleres ved lokalisert plassering av dopematerialet på utgangsmetalloverflaten. Det påførte belegget eller laget av dopemiddel er tynt, relativt til tykkelsen av utgangsmetallet, og vekst eller dannelse av oksydasjonsreak-sj onsproduktet inn i det gjennomtrengelige sjiktet strekker seg vesentlig utenfor dopemiddellaget, dvs. utenfor dybden av det påførte dopemiddellaget. Slike lag av dopematerialer kan påføres ved maling, dypping, silketrykking, fordampning eller annen påføring av dopemateriale i flytende eller pastaform, eller ved katodeforstøvning eller enkel avsetning av et lag av et fast partikkelformig dopemateriale eller et fast tynt lag eller en film av dopemiddel på overflaten av utgangsmetallet. Dopematerialet kan, men må ikke nødvendigvis, inneholde enten organiske eller uorganiske bindemidler, bærere, oppløsningsmidler og/eller fortykningsmidler. Mer foretrukket påføres dopematerialene som pulver på overflaten av utgangsmetallet eller dispergeres gjennom i det minste en del av fyllstoffet. En spesielt foretrukket fremgangsmåte for påføring av dopemidlene på utgangsmetalloverflaten er å anvende en flytende suspensjon av dopemidlene i en vann/- organisk bindemiddelblanding sprayet på en utgangsmetallover-flate for å oppnå et vedhengende belegg som letter hånd-teringen av det dopede utgangsmetallet før bearbeidelse.

Når dopematerialene påføres utenfra påføres de vanligvis på

en del av en overflate av utgangsmetallet som et uniformt belegg på dette. Mengden av dopemiddel er effektiv over et vidt område sammenlignet med mengden av utgangsmetall hvorpå det påføres og, i tilfelle aluminium har forsøk ikke mulig-gjort fastsettelsen av en øvre eller nedre grense. Når det f.eks. anvendes silisium i form av silisiumdioksyd ytre påført som dopemiddel for et aluminiumbasert utgangsmetall med anvendelse av luft eller oksygen som dopemiddel gir mengder så lave som 0,0001 gram silisium pr. gram utgangsmetall sammen med et andre dopemiddel som har en kilde for magnesium og/eller sink det polykrystallinske keramiske vekstfenomen. Det er også funnet at en keramisk struktur kan oppnås fra et aluminiumbasert utgangsmetall ved anvendelse av luft eller oksygen som oksydasjonsmiddel ved å anvende MgO som dopemiddel i en mengde større enn 0,0005 gram dopemiddel pr. gram utgangsmetall som skal oksyderes og mer enn 0,005 gram dopemiddel pr. cm<2> av utgangsmetall hvorpå MgO påføres. Det synes som en økning i mengden av dopematerialer, til en viss grad, reduserer reaksjonstiden som er nødvendig for å danne den keramiske kompositten, men dette vil avhenge av slike faktorer som type dopemiddel, utgangsmetall og reaksj onsbetingelsene.

Når utgangsmetallet er aluminium indre dopet med magnesium og oksydasjonsmediet er luft eller oksygen, er det observert at magnesium i det minste delvis oksyderes ut av legeringen ved temperaturer på 820-950°C. I slike tilfeller med magnesiumdopede systemer danner magnesiumet en magnesiumoksyd-og/eller magnesiumaluminatspinellfase ved overflaten av den smeltede aluminiumlegeringen, og under vekstprosessen forblir slike magnesiumforbindelser hovedsakelig ved den innledende oksydoverflaten av utgangsmetallegeringen (dvs. "initieringsoverflaten") i den voksende keramiske strukturen. Følgelig dannes i slike magnesiumdopede systemer en aluminiumoksyd-basert struktur i tillegg til det relativt tynne laget av magnesiumaluminatspinel1 ved initieringsoverflaten. Om ønsket kan denne initieringsoverflaten lett fjernes f.eks. ved sliping, maskinering, polering eller slyngrensing.

De keramiske kompositstrukturene som oppnås ved utførelsen av foreliggende oppfinnelse vil vanligvis være en tett koherent masse hvor mellom 5 prosent og 98 volumprosent av det samlede volumet av komposittstrukturen består av en eller flere av fyllstoffkomponentene innstøpt i en polykrystallinsk keramisk matriks. Den polykrystallinske keramiske matriksen består vanligvis, når utgangsmetallet er aluminium og luft eller oksygen er oksydasjonsmiddelet, av 60 til 99 vektprosent (av vekten av polykrystallinsk matriks) av sammenhengende alfa-aluminiumoksyd og 1 til 40 vektprosent (samme basis) av ikke-oksyderte metalliske bestanddeler, f.eks. fra utgangsmetallet.

Oppfinnelsen skal illustreres ytterligere ved hjelp av følgende eksempler.

EKSEMPEL 1

For å illustrere replikasjonen av en kompleks geometri i en keramisk matrikskompositt inneholdende silisiumkarbidpartikler ble en gjenget stav med diameter 2,54 cm. og lengde 15,24 cm. av aluminium inneholdende 10$ silisium og 3$ magnesium fullstendig neddykket i et sjikt av silisiumkarbid (Norton Co., "30 Krystallon", 90 mesh) og oppvarmet til en sett-temperatur for prosessen på 1120^ i 72 timer i luft. Den samlede ovnstiden var 87 timer med 5 timers oppvarming og 10 timers avkjølingssykler.

Det resulterende komposittmateriale ble gjennomskåret for å vise replikasjonen av den gjengede staven i komposittmaterialet av aluminiumkeramisk matriks/silisiumkarbid, og er gjengitt i figur 4. Sammensetningen av den resulterende kompositten ble bekreftet ved røntgenpulverdiffraksjons-analyse.

I dette tilfellet ble selvbinding av sjiktet observert, og antas å være en følge av delvis oksydasjon av silisiumkarbid-partiklene ved prosesstemperaturen slik at det dannes et lag av silisiumoksydbindende materiale.

EKSEMPEL 2

For å illustrere replikasjonen av en kompleks geometri i en keramisk matrikskompositt inneholdende aluminiumoksydpar-tikler ble et lag av silisiumdioksydpartikler påført med et organisk bindemiddel på overflaten av en gjenget stav med diameter 5,08 cm. av aluminium inneholdende 10$ silisium og 3$ magnesium. Staven ble deretter fullstendig neddykket i et sjikt av aluminiumoksyd (Norton Co., "38 Alundum", 220 mesh) og oppvarmet til en sett-temperatur for prosessen på 1250°C i 50 timer. Den samlede ovnstiden var 60 timer, med 5 timers oppvarmings- og 5 timers avkjølingssykler.

Den gjennomskårne staven viste replikasjonen av den gjengede staven, og er gjengitt i figur 5. Sammensetningen av det resulterende komposittmaterialet ble bekreftet med røntgen-pulverdiffraksjonsanalyse. I dette tilfellet antas det at laget påført på legeringsoverflaten bandt seg sammen og sammen med de nærliggende aluminiumoksydpartiklene slik at det ble dannet en "bæresone" som muliggjorde overflate-replikasjonsprosessen.

Det bør bemerkes at skruegjengegeometrien av figurene 4 og 5 ville være spesielt vanskelige å fremstille ved en hvilken som helst av de tradisjonelle bearbeidelsesfremgangsmåtene for keramiske materialer, men kan meget lett oppnås ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse.

EKSEMPEL 3

Denne spesielle utførelsen av foreliggende oppfinnelse illustrerer dannelsen av en kompleks geometri i en keramisk matrikskompositt ved anvendelse av et sjikt av aluminium-oksydpartikler i et bindemiddel og en bæresone. I dette forsøket ble det benyttet en rustfri stålsylinder av stør-relse 22 som beholder for oppsetningen av utgangsmetall og fyllstoff. Beholderen hadde en indre diameter på 8,25 cm og perforeringer med diameter 0,16 cm. for å tilveiebringe et 40$ åpent areal for diffusjon av et dampfaseoksydasjonsmiddel inn i sjiktet av fyllstoff. Denne beholderen var foret med en plate av rustfritt stål som hadde hull med diameter 0,04 cm. og 30% åpent areale for å forhindre at fyllstoffmaterialet unnslapp gjennom perforeringene i beholderen. Denne beholderen var i bunnen forseglet med et rustfritt stål-deksel, og ble fylt med et forbrent heterogent fyllstoff-materiale innbefattende 95 vektprosent alfa-aluminiumoksyd-parikler (Norton Co., "38 Alundum", 90 mesh, 0,163 mm) og 5 vektprosent silisiumdioksyd (hovedsakelig 100 mesh (0,149 mm) eller større). En stav av aluminium, med lengde 66,04 cm. og diameter 2,70 cm. og legert med 10$ silisium og 3% magnesium ble støpt slik at den på overflaten over senterdelen og 2/3 av dens lengde, hadde 16 f inne-1 ignende utspring, som ble benyttet for å demonstrere gjengivelsen av formreplikeringen av en mer kompleks form. Staven ble over hele overflaten dekket uniformt med silisiumdioksyd (hovedsakelig 100 mesh (0,149 mm) eller større) påført ved hjelp av et organisk bindemiddel. Staven ble neddykket i det ovenfor omtalte fyllstoffet i beholderen slik at veksten av den keramiske matriksen ville være symmetrisk og aksiell mot veggene av den rustfrie stålbeholderen.

Systemet ovenfor ble oppvarmet til en sett temperatur på 1250°C i 225 timer. Den samlede ovnstiden var 265 timer, med 10 timers oppvarmings- og 30 timers avkjølingssykler.

Prosessen gav et kohesivt komposittmateriale som hadde en alfa-aluminiumoksydmatriks med innesluttede alfa-aluminium-oksydpartikler av fyllstoffmaterialet, dette fremgikk ved røntgenpulverdiffraksjonsanalyse. Kaviteten viste god gjengivelse, invers replikasjon av geometrien av den støpte aluminiumsstaven.

Claims (25)

1. Selvbærende keramisk komposittgjenstand inneholdende en formet kavitet i et fyllstoff, karakterisert ved at fyllstoffet er omhyllet av en polykrystallinsk matriks omfattende et oksydasjonsreaksjonsprodukt av et smeltet utgangsmetall og minst ett oksydasjonsmiddel hvorved den formede kavitet er tildannet ved invers formreplikering av en form av formet utgangsmetall, idet utgangsmetallet trekkes av fra kaviteten ved dannelse av oksydasjonsproduktet av det smeltede utgangsmetall og oksydasjonsmiddelet.

2. Keramisk gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at den polykrystallinske matriks omfatter oksydasjonsreaksjonsproduktet av utgangsmetallet og et dampfaseoksydasjonsmiddel, idet fyllstoffet er permeabelt for dampfaseoksydasjonsmiddelet.

3. Keramisk gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter minst 1 volumprosent metalliske bestanddeler.

4 . Keramisk gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at utgangsmetallet er aluminium og oksydasjonsreaksjonsproduktet er alfa-aluminiumoksyd.

5. Keramisk gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at utgangsmetallet er aluminium og at oksydasjonsreaksjonsproduktet er aluminiumnitrid.

6. Keramisk gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at utgangsmetallet er titan og oksydasjonsreaksjonsproduktet er titannitrid.

7. Keramisk gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at utgangsmetallet er silisium og oksydasjonsreaksjonsproduktet er silisiumkarbid.

8. Keramisk gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at oksydasjonsreaksjonsproduktet omfatter et materiale valgt blant oksyder, nitrider, karbider, borider og oksynitrider.

9. Keramisk gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at oksydasjonsreaksjonsproduktet er valgt fra gruppen aluminiumoksyd, aluminiumnitrid, silisiumkarbid, silisiumborid, aluminiumborid, titannitrid, zirkoniumnitrid, titanborid, zirkoniumborid, zirkoniumkarbid, silisiumnitrid, molybdensilisid, titankarbid, hafniumkarbid, hafniumborid, tinnoksyd og aluminiumoksynitrid.

10. Keramisk gjenstand ifølge krav 1, karakterisert ved at fyllmaterialet omfatter et materiale valgt blant minst en av aluminiumoksyd, silisiumdioksyd, silisiumkarbid, silisiumaluminiumoksynitrid, zirkoniumoksyd, bariumtitånat, bornitrid, silisiumnitrid, magnesiumaluminat, jern(II)-legeringer, jern-krom-aluminiumlegeringer, karbon og aluminium.

11. Fremgangsmåte for fremstilling av en selvbærende keramisk komposittgjenstand som inneholder minst en kavitet som inverst replikerer geometrien av en form av formgitt utgangsmetall, hvor komposittgjenstanden innbefatter (1) en keramisk matriks oppnådd ved oksydasjon av et utgangsmetall slik at det dannes en polykrystallinsk matriks som innbefatter (i) oksydasjonsreaksjonsproduktet av utgangsmetallet med et oksydasjonsmiddel og, eventuelt (ii) en eller flere metalliske bestanddeler; og (2) et fyllstoff innstøpt av nevnte matriks, hvor fremgangsmåten innbefatter trinnene: (a) forming av et utgangsmetall slik at det tilveiebringes en form av det formgitte utgangsmetallet; (b) neddykking av den nevnte formen av det formgitte utgangsmetallet i et sjikt av et formbart fyllstoff for deri inverst å replikere geometrien av formen av det formgitte utgangsmetallet, hvor fyllstoffet er kjennetegnet ved at (1) det er gjennomtrengelig for oksydasjonsmiddelet når det er påkrevet at oksydasjonsmiddelet kommer i kontakt med det smeltede utgangsmetallet i trinn (c) og (2) er gjennomtrengelig for infiltrering ved vekst av oksydasjonsreaksjonsproduktet gjennom nevnte fyllstoff; (c) oppvarming av nevnte neddykkede form av det formgitte utgangsmetall til en temperatur over dets smelte-punkt, men under smeltepunktet for oksydasjonsreaksjonsproduktet slik at det dannes en gjenstand av smeltet utgangsmetall og, ved nevnte temperatur, (1) omsetning av det smeltede utgangsmetallet med oksydasjonsmiddelet slik at oksydasjonsreaksjonsproduktet dannes, (2) i det minste en del av oksydasjonsreaksjonsproduktet holdes i kontakt med, og mellom, nevnte gjenstand av smeltet metall og oksydasjonsmiddelet, slik at smeltet metall gradvis trekkes fra gjenstanden av smeltet metall gjennom oksydasjonsreaksjonsproduktet og inn i sjiktet av fyllstoff slik at kaviteten samtidig dannes i nevnte sjikt av fyllstoff ettersom nytt oksydasjonsreaksjonsprodukt fortsetter å dannes ved en grenseflate mellom oksydasjonsmiddel og tidligere dannet oksydasjonsreak-sj onsprodukt , og (3) omsetningen fortsettes i et tidsrom som er tilstrekkelig til i det minste delvis å innstøpe fyllstoffet i oksydasjonsreaksjonsproduktet ved vekst av nevnte oksydasjonsreaksjonsprodukt, slik at komposittgjenstanden dannes med nevnte kavitet deri; og (d) utvinning av den resulterende selvbærende kompositt gjenstanden, karakterisert ved at: (e) fyllstoffet er videre kjennetegnet ved (1) opprett-holdelse av tilstrekkelig formbarhet til å tilveiebringe plass for smeltepunkts-volumendringen av utgangsmetallet og den differensielle termiske utvidelsen mellom utgangsmetallet og fyllstoffet, og (2) i det minste i en bærersone derav som omhyller formen, er intrinsikt selvbærende bare ved en temperatur over smeltepunktet for utgangsmetallet, men under og tilstrekkelig nær oksydasjonsreaksjonstemperaturen til å tillate den nevnte plassgivelsen, hvorved fyllstoffet har tilstrekkelig kohesiv styrke til å opprettholde den inverst replikerte geometrien i sjiktet ved migrering av utgangsmetallet.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at oksydasjonsmiddelet omfatter et oksydasjonsmiddel i dampfase.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11 eller 12, karakterisert ved at utgangsmetallet er valgt fra gruppen bestående av aluminium, silisium, titan, tinn, zirkonium og hafnium.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at oksydasjonsmiddelet omfatter et fast stoff eller en væske ved nevnte temperatur og eventuelt benyttes sammen med et oksydasjonsmiddel i dampfase.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, karakterisert ved at det faste oksydasjonsmiddelet er valgt fra gruppen bestående av silisiumoksyd, bor og reduserbare borforbindelser.

16. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 11-15, karakterisert ved at oksydasjonsmiddelet er valgt fra gruppen bestående av en oksygenholdig gass, en nitrogenholdig gass, et halogen, svovel, fosfor, arsen, karbon, bor, selen, tellur, en H2/H2O blanding, metan, etan, propan, acetylen, etylen, propylen, og en CO/C02- blanding, eller forbindelser eller blandinger derav.

17. Fremgangsmåte ifølge krav 16, karakterisert ved at oksydasjonsmiddelet omfatter luft eller formeringsgass.

18. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 11-17, karakterisert ved at fyllstoffet innbefatter et fast oksydasjonsmiddel som en komponent derav.

19. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 11-18, karakterisert ved at fyllstoffet innbefatter materialer valgt fra gruppen bestående av silisiumoksyd, silisiumkarbid og aluminiumoksyd.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 11, 12 eller 13, karakterisert ved at utgangsmetallet omfatter aluminium, oksydasjonsmiddelet omfatter en oksygenholdig gass og temperaturen er fra 850°C til 1450°C.

21. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 11-20, karakterisert ved at den innbefatter et dopemiddel benyttet sammen med utgangsmetallet.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 21, karakterisert ved ved at minst ett dopemiddel legeres inn i utgangsmetallet, eller ett eller flere dopemidler påføres som et lag av dopemateriale på overflaten av utgangsmetallet og oksydasjonsreaksjonsproduktet dannes i en dybde som er vesentlig større enn dybden av det påførte laget av dopemateriale, eller minst ett dopemateriale tilveiebringes i det minste delvis inne i fyllstoffet eller en hvilken som helst kombinasjon derav.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 21 eller 22, karakterisert ved at dopemiddelet innbefatter en kilde for to eller flere av magnesium, sink, silisium, germanium, tinn, bly, bor, natrium, litium, kalsium, fosfor, yttrium, og et sjeldent jordartsmetall.

24. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 11-23, karakterisert ved at den innbefatter inkorpo-rering av et bindemiddel i nevnte fyllstoff, i det minste i en^ bæresone av dette.

25 . Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at det polykrystallinske materialet videre innbefatter en initieringsoverflate av en spinell dannet som et oksydasjonsreaksjonsprodukt av nevnte utgangsmetall, nevnte dopemiddel og nevnte oksydasjonsmiddel.