NO176186B - Framgangsmåte for dannelse av komposittlegemer med metallmatrise ved å bruke et knust reaksjonsprodukt av polykrystallinsk oksidasjon - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår en framgangsmåte for framstilling av en metallmatrise-kompositt omfattende fyllmateriale innhyllet i en matrise av metall.

Bakgrunn.

Kompositter som består av en metallmatrise og en styrkende eller armerende fase slik som keramiske partikler, - whiskers, fibre eller tilsvarende, har store muligheter for et utall av anvendelser, fordi de kombinerer noe av stivheten og slitestyrken til den armerende fasen med duktiliteten og seigheten av metallmatrisen. Generelt vil en metallmatrise-kompositt framvise en forbedring i slike egenskaper som styrke, stivhet, kontakt-slitestyrke og forhøyet temperatur styrkeretensjon i forhold til metallmatrisen i monolittisk form, men graden av forbedrete egenskaper avhenger i stor grad av de spesifikke komponentene, deres volum- eller vektfraksjon samt hvordan de er prosessert ved tilvirkingen av kompositten. I noen tilfeller kan i og for seg kompositten også være lettere i vekt enn metallmatrisen. Aluminiummatrise-kompositter armert med keramiske materialer, slik som f. eks. silisiumkarbid i partikkelform, plateform, eller whiskersform, er interessante på grunn av deres høyere stivhet, slitemotstand og høytemperaturstyrke i forhold til aluminium.

Ulike metallurgiske prosesser har blitt beskrevet for fabrikkering av aluminiummatrise-kompositter, inkludert metoder basert på pulver-metallurgiske prosesser og veske-metall mfiltreringsteknikker som anvender trykkstøping, vakuumstøping, røring og fuktemidler. Med pulvermetallurgiske teknikker blir metallet i form av et pulver og det armerende materiale i form av et pulver, whiskers, knuste fibre etc. blandet sammen og deretter enten kaldpresset og sintret, eller varmpresset. Den maksimale keramiske volumfraksjon i silisiumkarbid-armert aluminiummatrise-kompositter produsert ved denne metoden har blitt rapportert til å utgjøre omtrent 25 vol% i tilfellet for whiskers, og omlag 40 vol % i tilfellet for partikler.

Produksjonen av metallmatrise-kompositter ved pulver- metallurgiske teknikker som anvender konvensjonelle prosesser, pålegges visse begrensninger med hensyn til de oppnåelige produkt-karakteristika. Volumfraksjonen av den keramiske fase i kompositten er typisk begrenset, i tilfellet for partikler, til 40%. Pressoperasjonen gir også en grense på den praktisk oppnåelige størrelse. Kun relativt enkle produktformer er mulig uten etterfølgende behandling (f.eks. forming eller maskinering) eller uten å ty til komplekse prosesser. Ujevn krymping under sintring kan også forekomme, så vel som rigiditet i mikrostrukturen forårsaket av segregering i kompaktene og kornveksten.

US patentskrift nr. 3,970,136 beskriver en prosess for tilvirking av en metallmatrise-kompositt ved inkorporering av en fibrøs armering, f.eks. silisiumkarbid eller aluminawhiskers, som har et forutbestemt mønster av fibrenes orientering. Komposittene er laget ved å plassere parallelle matter eller felter av koplanare fibre i en form med et reservoar av smeltet metallmatrise, f. eks. aluminium, mellom i det minste noen av mattene, og anvende trykk for å tvinge smeltet metall til å penetrere mattene og omgi de orienterte fibrene. Smeltet metall kan helles over stabelen av matter mens den under trykk tvinges til å flyte mellom mattene. Andeler på opptil 50 vol% av armerende fibre i kompositten er blitt rapportert.

Sett i lys av den ovennevnte infiltreringsprosess' avhengighet av eksternt trykk for å tvinge den smeltete metallmatrise gjennom stabelen av fibrøse matter, forutsetter den ovennevnte infiltreringsprosessen trykkinduserte flyteprosesser, dvs. mulig ujevn matrisedannelse, porøsitet etc. Ikke- uniformitet av egenskaper er mulig, selv om smeltet metall kan introduseres i en mangfoldighet av posisjoner i fiberarrangementet. Som en konsekvens må kompliserte arrangementer av matte/reservoar og flytveier legges til rette for å oppnå passende og uniform penetrering i stabelen av fibermatter. Den ovennevnte metoden med trykkinfiltrering tillater kun en forholdsvis lav volumfraksjon med armering av matrise på grunn av den iboende vanskelighet med infiltrering av et stort mattevolum. Videre kreves det at forma må inneholde det smeltete metall under trykk, som går på bekostning av prosessen. Til slutt er den ovennevnte prosessen, som er begrenset til infiltrering av retningsoirenterte partikler eller fibre, ikke rettet mot dannelse av aluminium metallmatrise-kompositter armert med materialer i form av tilfeldig orienterte partikler, whiskers eller fibre.

I fabrikasjonen av aluminium aluminamatirse-fylte kompositter vil ikke aluminium fukte alumina skikkelig, noe som gjør det vanskelig å forme et sammenhengende produkt. Ulike løsninger på dette problemet er blitt foreslått. En slik timærming kan være å belegge alumina med et metall (f.eks. nikkel eller wolfram), som deretter er varmpresset sammen med aluminium. I en annen teknikk er aluminium legert med litium, og alumina kan belegges med silika. Uansett framviser disse komposittene variasjoner i egenskaper, beleggene kan degradere fyllmaterialet, eller matrisen inneholder litium som kan påvirke matrisens egenskaper.

US patentskrift nr. 4,232,091, overvinner visse vanskeligheter i faget som man må regne med i produksjon av aluminium- matrise-alumina kompositter. Dette patentskriftet beskriver anvendelse av trykk på 75-375 kg/cm<2> for å tvinge smeltet aluminium (eller smeltet aluminiumlegering) inn i en fiber- eller whiskersmatte av alumina som er blitt forvarmet til 700 til 1050°C. Det maksimale volumforhold mellom alumina og metall i den ferdige massive støp var 0.25:1. På grunn av avhengigheten av ekstern kraft for å oppnå infiltrering, er denne prosessen utsatt for de samme vanskeligheter som prosessen i det ovennevnte US patentskrift.

Europapatentsøknad nr. 115,742 beskriver produksjon av aluminium-alumina kompositter, spesielt anvendbare som elektrolytiske cellekomponenter, ved fylling av hulrommene av en preformet aluminamatrise med smeltet aluminium. Denne anvendelse framhever ufuktbarheten av alumina med aluminium, og derfor er ulike teknikker anvendt for å fukte alumina gjennom preforma. F.eks. er alumina belagt med et fuktende middel av et diborid av titan, zirkonium, hafnium eller niob, eller med et metall som f.eks. litium, magnesium, kalsium, titan, krom, jern, kobolt, nikkel, zirkonium eller hafnium. Inerte atmosfærer som f.eks. argon er anvendt for å lette tukting. Denne referanse viser også anvendelse av trykk for å penetrere smeltet aluminium i en ubelagt matrise. På denne side oppnås infiltrering ved evakuering av porene for deretter å anvende trykk på det smeltete aluminium i en inert atmosfære, f.eks. argon. Alternativt kan preforma infiltreres ved avsetning av aluminium i dampfase for å fukte overflata forut for fylling av hulrommene ved infiltrering med smeltet aluminium. For å sikre retensjon av aluminium i hulrommene i preforma kreves det varmebehandling, f.eks. ved 1400-1800 °C, enten i vakuum eller i en argonatmosfære. På den annen side vil enten eksponering av det trykkinfiltrerte

i materiale for gass, eller fjerning av det infiltrerende trykk, resultere i tap av aluminium fra legemet.

Anvendelsen av fuktmidler for å effektuere infiltrering av en alurninakomponent i en elektrolytisk celle med smeltet metall er også vist i Europeisk patentsøknad nr 94353. Denne publikasjonen beskriver produksjon av aluminium ved elektrolytisk utvinning med en celle som har en katodisk strømforsyner som celleinnsats eller substrat. For å beskytte dette substratet fra smeltet kryolitt, er aluminasubstratet påført et tynt belegg med ei blanding av et fuktemiddel og løselighetsdemper forut for oppstart av cellen eller mens det er neddykket i den smeltete aluminium produsert ved den elektrolytiske prosess. Tilhørende fuktemidler er titan, zirkonium, hafnium, silisium, magnesium, vanadium, krom, niob eller kalsium, der titan er utpekt som det foretrukkete middel. Forbindelser av bor, karbon og nitrogen er beskrevet som anvendbare til å undertrykke løseligheten av fuktemidlene i smeltet aluminium. I referansen er det imidlertid ikke foreslått produksjon av metallmatrise-kompositter eller tilvirking av en slik kompositt i, f.eks., en nitrogenatmosfære.

I tillegg til anvendelse av trykk og fuktemidler, er det vist at anvendelse av vakuum vil bistå penetreringen av smeltet aluminium inn i et porøst keramisk kompakt. F.eks. rapporterer US patentskrift 3,718,441 infiltrering av et keramisk kompakt (f.eks. borkarbid, alumina og beryllia) med enten smeltet aluminium , beryllium, magnesium, titan, vanadium, nikkel eller krom under et vakuum på mindre enn IO"<6> torr. Et vakuum på IO"<2> til IO"6 torr resulterte i dårlig fukting av keramikken med det smeltete metall i en slik grad at metallet ikke fløt fritt inn i de keramiske hulrommene. Imidlertid ble det hevdet at fukting ble forbedret når vakuumet ble redusert til mindre enn IO"<6> torr.

US patentskrift 3,864,154 viser også bruken av vakuum for å oppnå infiltrering. Dette patentskriftet beskriver tilsats av et kaldpresset kompakt av A1B12 pulverkompakt på ei seng av kaldpresset aluminium-pulver. Ekstra aluminium ble deretter lokalisert på toppen av A1B12- kompaktet. Digelen, med kompaktet av A1B12 "laminert" mellom lagene av aluminiumpulver, ble plassert i en vakuumovn. Ovnen ble evakuert til omlag IO"<5> torr for å tillate avgassing. Temperaturen ble deretter hevet til 1100°C og holdt ved like i en periode på 3 timer. Ved disse betingelsene penetrerte det smeltete aluminium det porøse AlB12-kompaktet.

US patentskrift 3,364,976 viser konseptet for dannelse av selvgenerert vakuum i et legeme for å forbedre penetrering av et smeltet metall inn i legemet. Mer spesifikt kommer det fram i dette patentskriftet at et legeme, f.eks. ei grafittform, ei stålform, eller et porøst ildfast materiale, er fullstendig neddykket i et smeltet metall. I tilfellet med ei form, kommuniserer formas hulrom, som er fylt med en gass som er reaktiv med metallet, med det omgivende smeltete metallet gjennom minst én åpning i forma. Når denne forma blir neddykket i smeiten, skjer fyllingen av hulrommet mens det selvgenererte vakuum produseres fra reaksjonen mellom gassen i hulrommet og det smeltete metallet. Nærmere beskrevet er vakuumet et resultat av dannelsen av en fast oksidert form av metallet. På denne måten viser det sistnevnte patentskriftet at det essensielle er induksjon av reaksjonen mellom gassen i hulrommet og det smeltete metallet. Det kan imidlertid være uhensiktsmessig å anvende ei form til å danne vakuum, på grunn av de tilknyttete begrensninger ved bruken av ei form. Ei form må først maskineres til en spesiell figur; deretter finpusses, maskineres til å produsere ei akseptabel støpeoverflate i forma; deretter settes sammen før bruk; deretter demonteres etter bruk for å fjerne støpestykket; og deretter gjenvinne forma, som mest sannsynlig ville kreve gjentatt finpussing av overflata i forma eller avhending av forma hvis den ikke lenger er akseptabel til bruk. Maskinering av ei form til en kompleks figur kan være svært kostbar og tidkrevende. Dessuten kan fjerning av et formet stykke fra ei form med kompleks geometri være vanskelig (dvs. støpestykker med en kompleks geometri kan gå i

' stykker når de tas ut av forma). Videre, mens det finnes et forslag om at porøst ildfast materiale kan neddykkes direkte i et smeltet metall uten bruk av ei form, måtte det ildfaste materialet være et udelt stykke fordi det ikke finnes noen anordning for infiltrering av et løst eller separat porøst materiale uten bruk av ei beholder-form (dvs. det er en generell oppfatning at det partikkelformige materiale typisk vil dissosiere eller flyte fra hverandre når det kommer i kontakt med flytende metall). Videre, hvis det var ønskelig å infiltrere et partikkelformig materiale eller løselig formet preform, burde det tas forholdsregler slik at det infiltrerende metallet ikke fortrenger i det minste deler av partiklene eller preforma med en inhomogen mikrostruktur som resultat.

i I henhold til dette har det lenge vært et behov for en enkel og pålitelig prosess til produksjon av formete metallmatrise-kompositter som ikke er avhengig av trykk eller vakuum (enten eksternt eller internt framskaffet), eller ødeleggende fuktemidler for å

skape en metallmatrise som støper inn et annet materiale slik som et keramisk materiale. Dessuten har det lenge vært et ønske om å minimalisere omfanget av avsluttende maskinerings-operasjoner, som er påkrevet for å produsere et metallmatrise-komposittlegeme. Den foreliggende oppfinnelsen tilfredsstiller disse behovene ved å sørge for en spontan infiltrerende mekanisme for infiltrering av et materiale (f.eks. et keramisk materiale), som kan formes til ei preform, med smeltet metallmatrise (f.eks. aluminium) i nærvær av en infiltrerende atmosfære (f.eks. nitrogen) under normale atmosfæriske trykk så lenge et infiltreringsmiddel er tilstede i det minste på ett tidspunkt i løpet av prosessen.

En ny framgangsmåte for tilvirking av et metallmatrise-komposittmateriale er vist i NO patentsøknad 882093 (publisert etter foreliggende prioritetsdato). I henhold til denne metoden er det produsert en metallmatrise-kompositt ved infiltrering av en permeabel masse av et fyllmateriale (f.eks. et keramisk eller et keramisk belagt materiale) med smeltet aluminium inneholdende minst 1 vekt% magnesium, og helst minst 3 vekt% magnesium. Infiltrering skjer spontant uten anvendelse av eksternt trykk eller vakuum. En forsyning av den smeltete metall-legering er brakt i kontakt med massen av fyllmaterialet ved en temperatur på minst 675°C i nærvær av gass bestående av 10-100 vol%, og fortrinnsvis minst 50 vol% nitrogen, og en resterende del, hvis det finnes, som består av en ikke-oksiderende gass, f.eks. argon. Under disse betingelser infiltrerer den smeltete alurniniumlegering den keramiske masse under normale atmosfæriske trykk til å danne en aluminium (eller alurniniumlegering) matrise-kompositt. Når den ønskete andel av fyllmaterialet er infiltrert av den smeltete alurniniumlegering, blir temperaturen senket for å størkne legeringen, hvoretter resultatet blir en størknet metallmatrise-konstruksjon som omgir det armerende fyllmateriale. Vanligvis, og fortrinnsvis, vil den tilsatte mengden av smeltet legering være tilstrekkelig til å tillate infiltreringen å fortsette til fyllmaterialets grenser. Mengden fyllmateriale i aluniiniummatirse-kompositter produsert i henhold til metoden i den sistnevnte patentsøknaden, kan være betydelig høy. I dette henseende kan det oppnås volumetriske forhold av fyllmaterialerlegering som er høyere enn 1:1.

Under prosessbeitngelsene i den ovennevnte oppfinnelsen, kan aluniiniumnitrid dannes som en diskontinuerlig fase dispergert gjennom hele aluminium- matrisen. Mengde nitrid i aluminium-matrisen kan variere avhengig av slike faktorer som temperatur, sammensetning av legeringen, gass-sammensetning og fyllmateriale. Ved å kontrollere én eller flere slike faktorer i systemet, er det på denne måten mulig å skreddersy visse egenskaper i kompositten. For anvendelse som sluttprodukt kan det i noen tilfeller være ønskelig at kompositten inneholder lite eller i hovedsak intet aluminiumnitrid.

Det er blitt observert at høyere temperaturer favoriserer infiltrering men også framhever prosessen som leder til nitriddannelse. Den sistnevnte oppfinnelsen tillater et valg av en balanse mellom infiltreringskinetikk og nitriddannelse.

Et eksempel på passende barrieremidler til bruk for metallmatrise-komposittdannelse er beskrevet i NO patentsøknad 890014 (publisert etter foreliggende prioritetsdato). I henhold til metoden i denne søknaden er et barrieremiddel (f.eks. partikkelformig titan diborid eller et grafittmateriale som en fleksibel grafittfolie solgt av Union Carbide under handelsnavnet Grafoil) anordnet på en definert overflategrense av et fyllmateriale, og legeringsmatrise infiltrerer opp til grensen som er definert av barrieremidlet. Barrieremidlet blir brukt til å forhindre eller terminere infiltrering av den smeltete legering, og dermed framskaffe ei ren eller tilnærmet ren overflate av den resulterende metallmatrise-kompositten. I henhold til dette har de dannete metallmatrise-komposittlegemer ei ytre form som i

i hovedsak tilsvarer den indre overflata av barrieremidlet.

I henhold til den forannevnte NO patentsøknad 882093 er en metallmatrise-legering tilstede som en første metallkilde og som et reservoar av metallmatrise-legering som kommuniserer med den første kilde av smeltet metall, forårsaket av f.eks. fallflyt. Spesielt, under betingelsene beskrevet i denne patentsøknaden, begynner den første kilden av smeltet metallmatrise-legering å infiltrere massen med fyllmateriale under normale atmosfæriske trykk, og virker på denne måten til dannelse av en metallmatrise-kompositt. Den første kilden av smeltet metallmatrise-legering er forbrukt i løpet av dens infiltrering inn i massen av fyllmaterialet og kan, om ønskelig, etterfylles, fortrinnsvis på en kontinuerlig måte, fra reservoaret av

l smeltet metallmatrise mens den spontane infiltreringen fortsetter. Når en ønsket andel av det permeable fyllmaterialet er blitt spontant infiltrert av den smeltete metallmatrise-legering, blir temperaturen senket for å størkne legeringen, som

deretter former en størknet konstruksjon av metallmatrise som omgir det armerende fyllmaterialet. Det bør være forstått at bruken av et reservoar med metall kun er én anvendelse av den foreliggende oppfinnelsen, og det er ikke nødvendig å kombinere reservoaranvendelsen med hver av de gjensidige anvendelser av oppfinnelsen åpenbart herunder, der noen av disse også kunne være fordelaktig å anvende i kombinasjon med den foreliggende oppfinnelsen.

Metallreservoaret kan være tilstede i en slik mengde at det sørger for at en tilstrekkelig mengde metall infiltrerer den permeable massen av fyllmateriale i en forutbestemt grad. Alternativt kan et valgfritt barrieremiddel bringes i kontakt med den permeable massen av fyllmateriale i det minste på én side av denne for å definere en overflategrense.

Dessuten, mens tilsatsen av smeltet legeringsmatrise i det minste burde være tilstrekkelig til å tillate spontan infiltrering å fortsette i hovedsak til grensene (f.eks. barrierene) i den permeable massen av fyllmaterialet, kan mengden av legeringen tilstede i reservoaret overstige slike mengder at det ikke bare vil være tilstrekkelig mengde for fullstendig infiltrering, men også et overskudd av smeltet metallmatrise-legering som kan festes til metallmatrise-komposittlegemet. Når smeltet legering er tilstede i overskudd vil på denne måten det resulterende legemet utgjøre et komplekst komposittlegeme (f.eks. en makrokompositt), deri et infiltrert keramisk legeme med metallmatrise vil være direkte bundet til overskytende metall som er gjenværende i reservoaret.

Dessuten, beskriver flere patentsøknader nye framgangsmåter for pålitelig produksjon av keramiske materialer og keramiske komposittmaterialer. En beslektet framgangsmåte er vist i NO patentsøknad 851011. Denne patentsøknaden viser en framgangsmåte for framstilling av selvbærende keramiske legemer som vokser fra et oksidasjons-reaksjonsprodukt av et smeltet modermetall som er reagert med en dampfase-oksidant til å danne et oksidasjons-reaksjonsprodukt. Smeltet metall migrerer gjennom det formete oksidasjons-reaksjonsproduktet for å reagere med oksidanten som dermed utvikler et keramisk polykrystallinsk legeme som om ønskelig kan inkludere en forbundet metallisk komponent. Prosessen kan fremmes eller i visse tilfeller muliggjøres ved bruken av ett eller flere tilsatsstoffer legert med modermetallet. For eksempel, ved oksidering av aluminium i luft er det ønskelig å legere magnesium og silisium med aluminium for å produsere a-alumina keramiske konstruksjoner.

Framgangsmåten i den ovennevnte patentsøknaden ble forbedret ved anvendelse av tilsatsmaterialer til overflata av modermetallet, som beskrevet i NO patentsøknad 852900.

Et liknende oksidasjonsfenomen ble anvendt i produksjon av keramisk komposittlegemer som beskrevet i NO patentsøknad 860362. Denne søknaden viser nye framgangsmåter for produksjon av selvbærende keramiske komposittlegemer ved å utvikle et oksidasjons-reaksjonsprodukt fra et modermetall i en permeabel masse av fyller, (f.eks. en partikkelformig silisiumkarbidfyller eller en partikkelformig aluminafyller) og dermed infiltrere eller støpe inn fylleren med en keramisk matrise. Den resulterende kompositten har imidlertid ingen definert eller forutbestemt geometri, form eller konfigurasjon.

En framgangsmåte for framstilling av keramiske komposittlegemer med en forutbestemt geometri eller form er vist i NO patentsøknad 871337. I henhold til framgangsmåten i den ovennevnte patentsøknaden infiltrerer det voksende oksidasjons-reaksjonsproduktet ei permeabel selvbærende preform av fyllmateriale (f.eks. et alumina- eller silisiumkarbid-preform-materiale) i en retning mot en definert overflategrense for å resultere i komposittlegemer med forutbestemt geometri eller form.

Som diskutert i de ovennevnte patentsøknader er det produsert nye polykrystallinske keramiske materialer eller polykrystallinske keramiske komposittmaterialer ved oksidasjonsreaksjonen mellom et modermetall og en oksidant (f.eks. i fast, veske og/eller i gassform). I henhold til de beslektede prosessene som er vist i disse patentsøknadene blir et modermetall (f.eks. aluminium) varmet til en temperatur over dets smeltepunkt men under smeltepunktet for oksidasjons-reaksjonsproduktet til å danne et legeme av smeltet modermetall som reagerer ved kontakt med en oksidant til å danne oksidasjons-reaksjonsproduktet. Ved denne temperaturen er oksidasjons-reaksjonsproduktet, eller minst en del av dette, i kontakt med og strekker seg ut mellom legemet av smeltet modermetall og oksidanten, og smeltet metall blir dratt eller transportert gjennom det formete oksidasjons-reaksjonsproduktet mot oksidanten. Det transporterte smeltete metallet former ytterligere friskt oksidasjons-reaksjonsprodukt i kontakt med oksidanten, ved overflata av det forut-dannete oksidasjons-reaksjonsprodukt. Mens prosessen fortsetter blir ytterligere metall transportert gjennom denne dannelsen av polykrystallinsk oksidasjons-reaksjonsprodukt som dermed "bygger" en keramisk konstruksjon av forbundete krystaller. Det resulterende keramiske legeme kan inneholde metalliske bestanddeler, slik som uoksiderte bestanddeler av modermetallet, og/eller hulrom. Oksidasjon er brukt i dets vide betydning innen alle de ovennevnte patentsøknader, og refererer til tapet eller delingen av elektroner av et metall til en oksidant som kan være ett eller flere elementer og/eller forbindelser. I henhold til dette kan elementer andre enn oksygen også tjene som oksidant.

I visse tilfeller kan modermetallet kreve nærværet av en eller flere tilsatsstoffer for å positivt påvirke eller lette veksten av oksidasjons-reaksjonsproduktet. Slike tilsatsstoffer kan i det minste delvis legeres med modermetallet på ett punkt under eller forut for veksten av oksidasjons-reaksjonsproduktet. For eksempel, når aluminium er modermetallet og luft er oksidanten, kan tilsatsstoffer slik som magnesium og silisium, for bare å nevne to i en større klasse tilsatsmaterialer, legeres med aluminium og den dannete oppbygde legeringen blir brukt som modermetallet. Det resulterende oksidasjons-reaksjonsproduktet av en slik bygget legering omfatter alumina, typisk a-alumina.

Nye keramiske komposittkonstruksjoner og metoder for tilvirking av disse er også vist og krevet i flere av de forannevnte patentsøknadene som anvender oksidasjons-reaksjonsproduktet til å produsere keramiske komposittkonstruksjoner som omfatter en praktisk talt inert fyller (merk: i noen tilfeller kan det være ønskelig å anvende en reaktiv fyller, f.eks. en fyller som er i det minste delvis reaktiv med det avanserende oksidasjons-reaksjonsproduktet og/eller modermetall) infiltrert av den polykrystallinske keramiske matrisen. Et modermetall blir lokalisert like ved en masse av en permeabel fyller (eller ei preform) som kan formes og behandles til å bli selvbærende, og blir deretter varmet til å danne et legeme av smeltet modermetall som reagerer med en oksidant, som beskrevet ovenfor, til å danne et oksidasjons-reaksjonsprodukt. Mens oksidasjons-reaksjonsproduktet vokser og infiltrerer det tilgrensende fyllmaterialet blir smeltet modermetall dratt gjennom det forutdannete oksidasjons-reaksjonsproduktet i massen av fyller og reagerer med oksidanten for derved å danne friskt oksidasjons-reaksjonsprodukt ved overflata av det forutdannete oksidasjons-reaksjonsproduktet som beskrevet ovenfor. Den resulterende vekst av oksidasjons-reaksjonsprodukt infiltrerer eller støper inn fylleren og resulterer i dannelsen av en keramisk kompositt-konstruksjon av en polykrystallinsk keramisk matrise som omgir fylleren. Som også diskutert ovenfor, kan fylleren (eller preforma) gjøre bruk av et barrieremiddel for å etablere en grense eller overflate for den keramiske komposittkonstruksjonen.

Formål.

Det generelle formål med oppfinnelsen er å anvise en ny framgangsmåte for framstilling av en metallmatrisekompositt som overvinner vanskene med kjente framgangsmåter.

Oppfinnelsen.

Dette formål oppnås med en framgangsmåte ifølge den karakteriserende del av patentkrav 1. Ytterligere fordelaktige trekk framgår av de tilhørende uselvstendige kravene.

Denne oppfinnelsen angår en forbedret framgangsmåte for tilvirking av et metallmatrise-komposittlegeme ved infiltrering av en permeabel masse av fyllmateriale eller preform som omfatter et knust polykrystallinsk oksidasjons-reaksjonsprodukt som bygges ved en oksidasjonsreaksjon mellom et smeltet modermetall og en oksidant i henhold til det som er vist i de forannevnte patentsøknadene. Det er uventet oppdaget av den knuste form av det polykrystallinske oksidasjons-reaksjonsproduktet besørger forhøyet kinetikk av infiltrering av en metallmatrise inn i en permeabel masse av fyllmateriale eller preform, og/eller lavere prosesstemperaturer, og/eller en redusert tilbøyelighet til metall/partikkel-reaksjoner og/eller lavere kostnader. Den foreliggende oppfinnelsen kan dessuten gi økte volumfraksjoner av fyllmateriale.

Straks et knust polykrystallinsk oksidasjons-reaksjonsprodukt er dannet og formet i et fyllmateriale eller ei preform blir det dannet et metallmatrise-komposittlegeme ved infiltrering av den permeable masse av fyllmaterialet eller preforma. Nærmere beskrevet kommuniserer et infiltreirngsmiddel og/eller en forløper til et mfiltreringsmiddel og en infiltrerende atmosfære med fyllmaterialet eller ei preform, i det minste på ett tidspunkt i løpet av prosessen, som tillater smeltet metallmatrise spontant å infiltrere fyllmaterialet eller preforma. I stedet for å tilsette en forløper til et infiltreringsmiddel kan dessuten et mfiltreringsmiddel tilsettes direkte til minst en av preforma, massen av fyllmateriale og/eller metallmatrisen. Som et minstekrav, i det minste under den spontane infiltreringen, bør infiltreringsmidlet være lokalisert i minst en del av fyllmaterialet eller preforma.

For eksempel er en metallmatrise (f.eks. en aluminium- legering) lokalisert slik at den kommuniserer med ei overflate av en permeabel masse av fyllmateriale eller ei preform (f.eks. keramiske partikler, whiskers og/eller fibre) slik at metallmatrisen, når den er i smeltet tilstand, kan infiltrere den permeable masse av fyllmateriale eller preform spontant. Dessuten, hvis et infiltreringsmiddel eller en forløper til dette ikke blir tilført med det knuste polykrystallinske oksidasjons-reaksjonsproduktet, kan det tilsettes til minst en av metallmatrisen og knust oksidasjons-reaksjonsprodukt (enten som et fyllmateriale eller ei preform). Kombinasjonen av knust polykrystallinsk oksidasjonsprodukt, metallmatrise, tilførsel av infiltreringsmiddel og/eller en forløper til dette og infiltrerende atmosfære forårsaker at metallmatrisen infiltrerer fyllmaterialet eller preforma spontant.

Det bemerkes at denne søknaden primært diskuterer aluminium metallmatriser som, på et eller annet tidspunkt under dannelsen av metallmatrise-komposittlegemet, kontaktes med magnesium, som virker som forløperen til infiltreringsmidlet, i nærvær av nitrogen, som virker som den infiltrerende atmosfære. På denne måten framviser systemet metaUmatrise/mfiltiermgsmiddel-forløper/infiltrerende atmosfære som består av alurninium/magnesium/nitrogen spontan infiltrering. Andre sammensetninger av det ovennevnte systemet kan også imidlertid vise en liknende oppførsel som systemet aluniinium/magnesium/nitrogen. For eksempel er liknende oppførsel med spontan infiltrering blitt observert med systemene aluminium/strontium/nitrogen, aluniinium/sink/oksygen og aluminium/kalsium/nitrogen. Selv om systemet aluminium/magnesium/nitrogen er det systemet som blir diskutert primært, bør det være forstått at også andre systemer av metallmatrise/forløper til infiltreringsmiddel/infiltrerende atmosfære kan framvise en liknende oppførsel og må betraktes som innbefattet i oppfinnelsen.

Når metallmatrisen omfatter en aluminium-legering, og det knuste polykrystallinske oksidasjons-reaksjonsproduktet omfatter et knust aluminaholdig polykrystallinsk oksidasjons-reaksjonsprodukt, kontaktes aluminium-legeringen med preforma eller fyllmaterialet i nærvær av, for eksempel, magnesium og/eller kan eksponeres for magnesium på et tidspunkt i løpet av prosessen. Aluminium-legeringen og fyllmaterialet eller preforma blir omgitt av en nitrogenatmosfære i det minste i en del av prosessen. Under disse betingelsene vil preforma eller fyllmaterialet bli spontant infiltrert, og graden eller hastigheten av spontan infiltrering og dannelse av metallmatrise-komposittlegeme vil variere med de gitte prosessbetingelsene inkludert, f.eks., konsentrasjonen av forløper til infiltreringsmiddel (f.eks. magnesium) og/eller infiltreringsmiddel tilført systemet (f.eks. i aluminium-legeringen og/eller i preforma), størrelsen og/eller sammensetningen av fyllmaterialet eller preforma, konsentrasjonen av nitrogen i den infiltrerende atmosfære, tid gitt for infiltrering og/eller temperaturen der infiltreringen skjer. Spontan infiltrering skjer typisk i en grad som er tilstrekkelig til hovedsakelig fullstendig å omgi preforma eller fyllmaterialet.

Definisjoner.

" Aluminium'' T i forbindelse med både kerarnikkmatrise-komposittlegemer og metallmatrise-komposittlegemer, er å forstå som et hovedsakelig rent metall (f.eks. et relativt rent, kommersielt tilgjengelig ulegert aluminium) eller andre kvaliteter av metall og metallegeringer slik som de kommersielt tilgjengelige metaller med forurensninger og/eller legerende bestanddeler slik som jern, silisium, kobber, magnesium, mangan, krom, sink, etc. En aluniiniumlegering under denne definisjonen er en legering eller intermetallisk forbindelse der aluminium er den dominerende bestanddel.

Med " balanserende ikke- oksiderende gass", i forbindelse med metallmatrise-komposittlegemer, menes enhver gass, som er tilstede i tillegg til den primære gassen som utgjør den infiltrerende atmosfære, enten er en inertgass eller en reduserende gass som i hovedsak er ureaktiv med metallmatrisen under prosessbetingelsene. Enhver oksiderende gass som måtte være tilstede i den anvendte gassen(e) som en urenhet, bør være utilstrekkelig til å oksidere metallmatrisen av betydning under prosessbetingelsene.

" Barriere" eller " barrieremidler". i forbindelse med keramikkmatrise-komposittlegemer, representerer ethvert materiale, forbindelse, element,

sammensetning eller tilsvarende, som under prosessbetingelsene opprettholder en viss helhet, som ikke er flyktig av betydning (det vil si at barrieremidlet ikke fordamper i en slik grad at det må regnes som uegnet som barrieremiddel) og som fortrinnsvis er permeabelt for en oksidant i dampfase (hvis brukt) mens det har evne til å lokalt forhindre, stoppe, forstyrre, eller tilsvarende, fortsatt vekst av oksidasjons-reaksjonsproduktet.

Med " barriere" eller " barrieremiddel". i forbindelse med metallmatrise-komposittlegemer, menes ethvert passende middel som forstyrrer, forhindrer eller terminerer migrasjonen, bevegelsen, eller tilsvarende, av smeltet metallmatrise forbi en overflategrense i den permeable massen av fyllmaterialet eller preforma, hvor en slik overflategrense er definert ved nevnte barrieremidler. Passende barrieremidler kan være i form av et materiale, forbindelse, element, blanding, eller tilsvarende, som under prosessbetingelsene opprettholder en viss helhet, og som ikke er vesentlig flyktig (dvs. at barrierematerialet ikke framviser flyktighet i en slik grad at det må regnes som uegnet som barrieremiddel).

Videre inkluderer passende "barrieremidler" materialer som i hovedsak er ufuktbare av den migrerende smeltete metallmatrise under de anvendte prosessbetingelsene. En barriere av denne type viser seg å framvise i hovedsak lite eller ingen affinitet for den smeltete metallmatrise, og bevegelse forbi den definerte overflategrense av massen av fyllmaterialet eller preforma blir hindret av barrieremidlet. Barrieren reduserer enhver sluttmaskinering eller sliping som måtte kreves, og definerer i det minste en del av overflata til det resulterende metallmatrise-komposittprodukt. Barrieren kan i visse tilfeller være permeabel eller porøs, eller gjort permeabel av, f.eks., drillete hull eller punkteringer i barrieren, for å tillate gass å komme i kontakt med den smeltete metallmatrise etc.

" Ramme" eller "modermetall-ramme" eller " metallmatrise- ramme" refererer til ethvert av de originale legemer av resterende modermetall eller metallmatrise som ikke er blitt forbrukt under dannelsen av det keramiske legemet, keramiske

komposittlegeme eller metallmatrise-komposittlegemet, og som typisk forblir i det minste i delvis kontakt med det dannete legemet. Det bør være forstått at ramma også typisk inkluderer noen oksiderte bestanddeler av modermetallet eller metallmatrisen og/eller et andre eller fremmed metall.

" Keramikk" bør ikke overveiende tolkes som begrenset til et keramisk legeme i den klassiske betydning, dvs. i den betydning at det helt og fullt består av ikke-metalliske og uorganiske materialer, men heller refererer til et legeme som er framherskende keramisk med hensyn til enten sammensetning eller dominante egenskaper, selv om legemet kan inneholde mindre eller betydelige mengder av en eller flere metalliske bestanddeler (isolert og/eller forbundet, avhengig av prosessbetingelsene brukt til å danne legemet) avledet fra modermetallet, eller redusert fra oksidanten eller et tilsatsmiddel, mest typisk innenfor et område på 1-40 vol%, men kan inkludere enda mere metall.

" Tilsats- stoffer/ midler". i forbindelse med kerarnikkmatrise-komposittlegemer representerer materialer (legerende bestanddeler kombinert med og/eller inkludert i og/eller i eller på en fyller) som, når brukt i kombinasjon med modermetallet, positivt påvirker eller fremmer oksidasjons-reaksjonsprosessen og/eller modifiserer vekstprosessen for å endre mikrostrukturen og/eller egenskapene til produktet. Uten ønske om å være bundet til noen spesiell teori eller forklaring av funksjonen til tilsatsmidlene, ser det ut som at noen tilsatsstoffer er anvendbare til å fremme dannelsen av oksidasjons-reaksjonsprodukt i tilfeller der passende forbindelser av overflateenergi mellom modermetallet og dets oksidasjons-reaksjonsprodukt ikke eksisterer internt for å fremme slik dannelse. Tilsatsmidler kan: skape favoriserende forbindelser med overflateenergi som fremmer eller induserer fukting av oksidasjons-reaksjonsproduktet med smeltet modermetall; danne et "forløperlag" ved vekstoverflata ved reaksjon med legeringen, oksidanten og/eller fylleren som (a) minimaliserer dannelsen av et beskyttende og sammenhengende lag av oksidasjons-reaksjonsprodukt, (b) kan fremme oksidantens løselighet (og dermed permeabilitet) i smeltet metall, og/eller (c) tillater transport av oksidant fra den oksiderende atmosfære gjennom enhver forløper til oksidlag til å kombinere etterfølgende med smeltet metall til å danne andre oksidasjons-reaksjonsprodukt; forårsake mikrostrukturene modifikasjoner i oksidasjons-reaksjonsproduktet mens det dannes

eller etterfølgende endre den metalliske grunnleggende sammensetning og egenskaper til slikt oksidasjons-reaksjonsprodukt; og/eller fremme vekstinitiering og uniformitet av veksten av oksidasjons-reaksjonsproduktet.

" Fyller", i forbindelse med både metallmatrise og kerarnikkmatrise-komposittlegemer, har til hensikt å inkludere enten enkle bestanddeler eller blandinger av bestanddeler som i hovedsak er ureaktive med og/eller av begrenset løselighet i metallet (f.eks. modermetall) og/eller oksidasjons-reaksjonsprodukt og

kan være en fase eller flere faser. Fyllere kan framskaffes i et stort utvalg av former, slik som pulvere, flak, plater, mikrosfærer, whiskers, bobler etc., og kan være enten kompakte eller porøse. Fyllere kan også omfatte keramiske fyllere, slik som alumina eller silisiumkarbid i form av fibre, knuste fibre, partikler, whiskers, bobler, sfærer, fibennatter eller tilsvarende, og belagte fyllere slik som karbonfibre belagt med alumina eller silisiumkarbid for å beskytte karbonet fra angrep, f.eks. fra smeltet aluminium modermetall. Fyllere kan også inkludere metaller.

" Vekstlegering". i forbindelse med keramikk eller keramiske komposittlegemer, representerer enhver legering som initielt eller på et tidspunkt i løpet av prosessen skaffer en tilstrekkelig mengde av nødvendige bestanddeler for å resultere i vekst av oksidasjons-reaksjonsprodukter.

" Infiltrerende atmosfære", i forbindelse med metallmatrise-komposittlegemer representerer den atmosfære som er tilstede som samhandler med metallmatrisen og/eller preforma (eller fyllmaterialet) og/eller forløperen til infiltreringsmidlet og/eller infiltreringsmidlet og som tillater eller fremmer spontan infiltrering av metallmatrisen.

Med " infiltreringsmiddel". i forbindelse med metallmatrise-komposittlegemer, menes et materiale som påvirker eller tar del i den spontane infiltrering av en metallmatrise inn i et fyllstoff eller preform. Et infiltreringsmiddel kan dannes fra, f.eks., en reaksjon mellom en forløper til et infiltreringsmiddel med en infiltrerende atmosfære til å danne (1) et gassformig medium og/eller (2) et reaksjonsprodukt av forløperen til infiltreringsmidlet og den infiltrerende atmosfære og/eller (3) et reaksjonsprodukt fra forløperen til infiltreirngsmidlet og fyllstoffet eller preforma. Dessuten kan infiltreringsmidlet suppleres direkte til i det minste én av flg.: preforma, og/eller metallmatrisen, og/eller den infiltrerende atmosfære og i hovedsak funksjonere på en tilsvarende måte som et infiltreringsmiddel som er blitt dannet fra en reaksjon mellom en forløper til et infiltreringsmiddel og andre sorter. Som et krav bør infiltreringsmidlet, i det minste i løpet av den spontane infiltrering, være plassert i det minste i deler av fyllstoffet eller preforma for å oppnå spontan infiltrering.

Med " forløper til infiltreringsmidder. i forbindelse med metallmatrise-komposittlegemer, menes et materiale som, når brukt i kombinasjon med metallmatrisen, preforma og/eller den infiltrerende atmosfære, danner et infiltreringsmiddel som induserer eller assisterer metallmatrisen til spontant å infiltrere fyllstoffet eller preforma. Uten ønske om å være bundet til noen spesiell teori eller forklaring, ser det ut som at det kan være nødvendig for forløperen til infiltreringsmidlet å være i stand til å bli posisjonert, lokalisert eller transporterbart til en posisjon som tillater forløperen til infiltreirngsmidlet å samvirke med den infiltrerende atmosfære og/eller preform eller fyllstoff og/eller metall. F.eks., i noen systemer av metallmatrise/forløper til mfUtreringsmiddel/infiltrerende atmosfære, er det ønskelig at forløperen til infiltreringsmidlet fordamper ved, nær, eller i noen tilfeller, selv noe over temperaturen der metallmatrisen blir flytende. Slik fordamping kan lede til: (1) en reaksjon av forløperen til infiltreringsmidlet med den infiltrerende atmosfære til å danne et gassformig medium som forbedrer fukting av fyllmaterialet eller preforma med metallmatrisen; og/eller (2) en reaksjon av forløperen til infiltreringsmidlet med den infiltrerende atmosfære til å danne et fast, flytende eller gassformig infiltreirngsmiddel i det minste i deler av fyllmaterialet eller preforma som forbedrer fukting; og/eller (3) en reaksjon mellom forløperen til infiltreringsmidlet innen fyllmaterialet eller preforma som danner et fast, flytende eller gassformig infiltreringsmiddel i det minste i deler av fyllmaterialet eller preforma som forbedrer fukting.

Med " veskeformig oksidant", i forbindelse med keramikkmatrise-komposittlegemer, menes en oksidant der den identifiserte veske er enerådende, framherskende eller betydelig oksidant under prosessens betingelser.

Henvisning til en veske-oksidant betyr den som er en veske under oksidasjons-reaksjonsbeitngelsene. I henhold til dette kan en veske-oksidant ha en fast forløper slik som et salt, som er smeltet ved oksidasjons-reaksjonsbetingelsene. Alternativt kan veskeoksidanten ha en veskeformig forløper (f.eks. ei løsning av et materiale) som er brukt til å impregnere deler av eller all fyller, og som er smeltet eller dekomponert ved oksidasjons-reaksjonsbetingelsene for å frambringe en passende oksidanthalvdel. Eksempler på veskeoksidanter som definert herunder inkluderer glass med lavt smeltepunkt.

Hvis en veskeoksidant blir anvendt sammenheng med modermetallet og en fyller, blir typisk hele senga av fylleren, eller den del som omfatter det ønskete keramiske legeme, impregnert med oksidanten (f.eks. ved Delegging eller neddykking i oksidanten).

" Metallmatrise" eller " metallmatrise- legering". i sammenheng med metallmatrise-komposittlegemer, er å forstå som et metall som blir benyttet til å danne en metallmatrise-kompositt (f.eks. før infiltrering) og/eller metall som er blandet med et fyllstoff til å danne et metallmatrise-komposittlegeme (f.eks. etter infiltrering). Når et spesifikt metall er nevnt som metallmatrisen er det å forstå som en metallmatrise som inkluderer et metall som i hovedsak er et rent metall, et kommersielt tilgjengelig metall med urenheter og/eller legerende komponenter, en intermetallisk forbindelse eller en legering der metallet er den dominerende bestanddel.

" System av metallmatrise/ forløper til infiltreringsmiddel/ infiltrerende atmosfære" eller " spontant system", i sammenheng med metallmatrise-komposittlegemer, refererer til den kombinasjon av materialer som framviser spontan infiltrering inn i ei preform eller fyllstoff. Det bør være forstått at når en "/" opptrer mellom en eksemplifiserende metallmatrise, forløper til infiltreringsmiddel og infiltrerende atmosfære er "/" anvendt for å betegne et system eller kombinasjon av materialer som, når kombinert på en spesiell måte, framviser spontan infiltrering inn i ei preform eller et fyllmateriale.

Med " metallmatrise- kompositt" eller " MMC", i sammenheng med metallmatrise-komposittlegemer, menes her et materiale som består av to- eller tredimensjonalt forbundet legering eller metallmatrise som har omgitt ei preform eller et fyllmateriale. Metallmatrisen kan inkludere ulike legerende elementer for å framskaffe spesifikke ønskete mekaniske eller fysikalske egenskaper i den endelige kompositten.

Et metall " forskjellig fra", som brukt i sammenheng med keramikkmatrise-komposittlegemer og/eller metallmatrise-komposittlegemer, representerer et metall som ikke inneholder, som en primær bestanddel, det samme metall som matrisemetallet eller modermetallet (f.eks. hvis den primære bestanddel i metallmatrisen eller modermetallet er aluminium, kan det forskjellige metallet ha en primær bestanddel av f.eks. nikkel).

" Nitrogenholdig gass- oksidant". som brukt herunder i forbindelse med keramikkmatrise-komposittlegemer, er en spesiell gass eller damp der nitrogen er den enerådende, framherskende eller i det minste den vesentlige oksidant for modermetallet eller forløperen til metallet under betingelsene som eksisterer under de oksiderende omgivelser.

" Oksidant", som brukt herunder i sammenheng med keramiske komposittlegemer, representerer en eller flere passende elektronakseptorer eller elektron-delere som kan være gass, veske eller i fast form eller en kombinasjon av disse (f.eks. en fast form og en gass) ved oksidasjons-reaksjonsbetingelsene. Typiske oksidanter er oksygen, nitrogen, et halogen, svovel, fosfor, arsen, karbon, selen, tellur og/eller forbindelser og kombinasjoner av disse, for eksempel, silika eller silikater ( som en kilde for oksygen), metan, etan, propan, etyn, eten, propylen (der hydrokarbonet er en karbonkilde) og blandinger slik som luft, H2/H20 og CO/C02 (oksygenkilde), der de sistnevnte (dvs. H2/H20 og CO/COj) er anvendbare til å redusere oksygenaktiviteten i omgivelsene.

" Oksidasjons- reaksjonsprodukt". som brukt herunder i forbindelse med keramikkmatrise-komposittlegemer, representerer ett eller flere metaller i enhver oksidert tilstand deri metallet/metallene har donert elektroner eller delt elektroner med et annet element, forbindelse eller en kombinasjon av disse. I henhold til dette inkluderer et "oksidasjons-reaksjonsprodukt" i den ovendefinerte betydning et produkt fra reaksjonen mellom ett eller flere metaller med en eller flere oksidanter.

" Oksygenholdig gass- oksidant". som brukt herunder i forbindelse med keramikkmatrise-komposittlegemer, er en spesiell gass eller damp der oksygen er den enerådende, framherskende eller i det minste vesentlige oksidant for modermetallet eller forløperen til metallet under betingelsene som eksisterer i de oksiderende omgivelser.

" Modermetall". som brukt herunder i forbindelse med keramikkmatrise-komposittlegemer, er det metall/metaller (f.eks. aluminium, silisium , titan, tinn

og/eller zirkonium) som er forløperen til et polykrystallinsk oksidasjons-reaksjonsprodukt og inkluderer det metall/metaller som i det vesentlige er et rent metall, et kommersielt tilgjengelig metall som har urenheter og/eller legerende bestanddeler, eller en legering der forløperen til metallet er den dominerende bestanddel. Når et spesifikt metall er nevnt som modermetallet eller forløperen til et metall (f.eks. aluminium osv) bør det identifiserte metallet leses med denne definisjonen i minne med mindre det blir nevnt noe annet.

" Preform" eller " permeabel preform". som brukt herunder i forbindelse med keramikkmatrise-komposittlegemer og metallmatrise-komposittlegemer, representerer en porøs masse av fyllstoff som er laget i det minste med én overflategrense, som i hovedsak definerer en grense for den infiltrerende metallmatrise, og med en masse som beholder en tilstrekkelig helhet i formen og god styrke til å sikre geometrisk nøyaktighet forut for infiltreringen av metallmatrise. Massen bør være tilstrekkelig porøs for å tillate spontan infiltrering av metallmatrisen inn i denne. Ei preform omfatter typisk en bundet konstruksjon eller arrangement av fyllmateriale, enten homogent eller heterogent, og kan omfatte ethvert passende materiale (f.eks. keramiske og/eller metalliske partikler, pulvere, fibre, whiskers, etc., og enhver kombinasjon av disse). Ei preform kan eksistere enten enkeltstående eller i form av en sammenstilling.

" Reservoar" representerer et separat legeme av modermetall eller metallmatrise som er lokalisert i forhold til en masse av fyllmateriale eller ei preform slik at, når metallet er smeltet, vil det flyte for å etterfylle, eller i noen tilfeller for initielt å forsyne for deretter å etterfylle, den del, segment eller kilde av modermetall eller metallmatrise som er i kontakt med fyllmaterialet eller preforma og infiltrerer eller reagerer til å danne oksidasjons-reaksjonsproduktet. Reservoaret kan også brukes til å besørge et metall som er forskjellig fra metallmatrisen.

" Andre eller fremmed metall", som brukt herunder i forbindelse med keramikk-eller metallmatrise-komposittlegemer, representerer ethvert passende metall, kombinasjon av metaller, legeringer, intermetalliske forbindelser, eller kilder for begge, som er, eller som ønskes inkorporert i den metalliske komponenten av et formet keramisk eller metallisk matrise-komposittlegeme i stedet for, i tillegg til, eller kombinasjon med uoksiderte bestanddeler av modermetallet. Denne definisjonen

inkluderer intermetalliske forbindelser, legeringer, faste løsninger eller tilsvarende formet mellom modermetaller og et andre metall.

" Oksidant i fast form" eller " fast oksidant", som brukt herunder i forbindelse med keramikkmatrise-komposittlegemer, representerer en oksidant der den identifiserte faste form er den enerådende, framherskende eller vesentlige oksidant for modermetallet under prosessbetingelsene. Når en fast oksidant blir brukt i sammenheng med modermetallet og en fyller er det vanligvis dispergert gjennom hele senga av fylleren eller den del av senga der oksidasjons-reaksjonsproduktet vil vokse, der den faste oksidant er, f.eks. partikler blandet med fylleren eller belegg på fyUstoffpartiklene. Enhver passende fast oksidant kan anvendes på denne måten inkludert elementer, slik som bor eller karbon, eller reduserbare komponenter, slik som silisiumoksid eller visse borider av lavere termodynamisk stabilitet enn borid-reaksjonsproduktet av modermetallet. For eksempel, når bor eller et reduserbart borid er brukt som en fast oksidant for et aluminium modermetall omfatter det resulterende reaksjonsproduktet aluminiumborid.

I noen tilfeller kan oksidasjonsreaksjonen av modermetallet fortsette så raskt med en fast oksidant at oksidasjons-reaksjonsproduktet har den tendens til å brenne på grunn av prosessens eksoterme natur. Denne hendelsen kan degradere den mikrostrukturelle helhet i det keramiske legeme. Denne raske eksoterme reaksjonen kan forbedres ved innblanding av forholdsvis inerte fyllere som absorberer overskuddsvarmen. Et eksempel på en slikt passende inert fyller er den som er identisk med eller praktisk talt identisk med det ønskete oksidasjons-reaksjonsprodukt.

Med "spontan infiltrering", som brukt herunder i forbindelse med metallmatrise-komposittlegemer, menes infiltreringen av metallmatrise inn i den permeable masse av fyllmateriale eller preform som skjer uten behov for anvendelse av trykk eller vakuum (enten eksternt eller internt).

Med "gassfase-oksidant", som brukt herunder i sammenheng med keramikkmatrise-komposittlegemer, menes oksidanten som inneholder eller består av en spesiell gass eller damp og representerer en oksidant deri den identifiserte gass eller damp er den enerådende, framherskende eller i det minste den vesentlige oksidant for modermetallet eller forløperen til metallet under betingelsene som eksisterer i de oksiderende omgivelser. For eksempel, selv om den dominerende bestanddel i luft er nitrogen er oksygeninnholdet i luft den enerådende oksidant for modermetallet siden oksygen er en betydelig sterkere oksidant enn nitrogen. Luft faller derfor innenfor definisjonen for en "oksygenholdig gassoksidant" men ikke innenfor definisjonen for en "nitrogenholdig gassoksidant" (et eksempel på en "nitrogenholdig gass" oksidant er prosessgass, som typisk inneholder omlag 96 vol% nitrogen og omlag 4 vol% hydrogen) som den terminologi som er brukt herunder og i kravene.

I figurene er det brukt like henvisningstall i hver av figurene når mulig for å betegne like komponenter, der: Figur 1 er et skjematisk tverrsnitt av en sammenstilling av materialer som ble brukt til å produsere et keramisk komposittlegeme i henhold til eksempel 1. Figur 2 er et skjematisk tverrsnitt av en sammenstilling av materialene som ble brukt til å produsere et metallmatrise-komposittlegeme i henhold til eksempel 1. Figur 3 er et mikrofotografi tatt ved 400x av en seksjon av metallmatrise-komposittlegemet som ble laget i henhold til eksempel 1.

For å lage et keramikk- eller keramikkmatrise-komposittlegeme som skal knuses i henhold til framgangsmåten i den foreliggende oppfinnelsen (dvs. å lage et fyllmateriale eller preform til bruk for dannelsen av metallmatrise-komposittlegemer), blir et modermetall (dvs. vekstlegeringen), som kan suppleres med et tilsetningsstoff som beskrevet i nærmere detalj i det etterfølgende, formet til en barre, blokk, stav, plate eller tilsvarende og blir plassert inn i ei inert seng, digel eller en annen ildfast beholder. Modermetallet kan bestå av ett eller flere stykker, barrer eller tilsvarende og kan formes til enhver passende form. Modermetallet kan oksideres sammen med et tilsatsmateriale (beskrevet i nærmere detalj i det etterfølgende). En permeabel masse av et fyllmateriale, eller i en foretrukket anvendelse, en permeabel formet preform (beskrevet i nærmere detalj i det etterfølgende) blir laget for å gi minst en definert overflategrense og for å bli permeabel overfor en dampfase-oksidant, når en slik dampfaseoksidant blir brukt alene eller i kombinasjon med en annen oksidant, og for å bli permeabel for det infiltrerende oksidasjons-reaksjonsproduktet når en permeabel masse blir anvendt, og modermetallet kan plasseres på toppen av den nevnte permeable masse. Som et alternativ blir preforma plassert like ved, og fortrinnsvis i kontakt med, i det minste ei overflate av, eller en del av ei overflate av modermetallet slik at minst en del av den definerte overflategrensa til preforma generelt blir lokalisert fjernt fra, eller utvendig separert fra overflata til modermetallet. Preforma er fortrinnsvis i kontakt med ei overflate av modermetallet; men preforma kan, når ønskelig, delvis neddykkes, men ikke totalt neddykkes, i det smeltete metallet. Fullstendig neddykking ville kutte eller blokkere tilgang for dampfase-oksidanten til preforma og på denne måten forhindre skikkelig utvikling av oksidasjons-reaksjonsproduktet som omgir preforma. Når en dampfase-oksidant ikke blir brukt (dvs. den eneste oksidant som blir brukt ved prosessbetingelsene er en fast oksidant eller veske-oksidant), blir den totale neddykking av preforma i et smeltet modermetall et levedyktig alternativ. Dannelse av oksidasjons-reaksjonsproduktet vil skje i en retning mot den definerte overflategrensa. Oppsettet av modermetall og permeabel masse eller preform blir plassert i en passende beholder slik som en beholder formet av alumina eller et støpbart ildfast materiale og satt inn i en ovn. Atmosfæren i ovnen kan inneholde en oksidant for å tillate dampfaseoksidasjon av smeltet modermetall. Ovnen blir deretter varmet opp til prosesstemperaturen. Elektrisk oppvarming blir typisk brukt for å nå temperaturene som det er snakk om i den foreliggende oppfinnelsen. Enhver metode for oppvarming som kan forårsake vekst med oksidasjonsreaksjonen og smelte metallmatrisen og som ikke negativt påvirker begge kan imidlertid brukes.

Ei preform som er nyttig i produksjonen av komposittlegemet, når i det minste en oksidant er en dampfase- oksidant, er ei som er tilstrekkelig porøs eller permeabel til å tillate dampfase-oksidanten å penetrere preforma for dermed å kontakte modermetallet. Preforma bør også være selvbærende og tilstrekkelig permeabel til å tillempe utviklingen eller veksten av oksidasjons-reaksjonsproduktet som en matrise innen preforma uten å forstyrre eller på annet vis degradere konfigurasjonen eller geometrien til preforma av betydning.

En fast, veske- eller dampfase-oksidant, eller en kombinasjon av slike oksidanter kan brukes. For eksempel inkluderer typiske oksidanter inkluderer oksygen, nitrogen, et halogen, svovel, fosfor, arsen, karbon, bor, selen, tellur og/eller forbindelser og kombinasjoner av disse, for eksempel, silika (som en oksygenMlde), metan, etan, propan, etyn, eten og propylen (som karbonkilder), og blandinger av slike som luft, H2/H20 og CO/C02 der de to sistnevnte (dvs. H2/H20 og CO/COa) er nyttige for reduksjon av oksygenaktiviteten i omgivelsene. I henhold til dette kan den keramiske konstruksjonen i den foreliggende oppfinnelsen omfatte et oksidasjons-reaksjonsprodukt som omfatter ett eller flere oksider, nitrider, karbider, borider og oksynitrider. Nærmere beskrevet kan oksidasjons-reaksjonsproduktet f.eks. være en eller flere av aluminiumoksid, aluminiumnitrid, silisiumkarbider, silisiumborid, aluminiumborid, titan-nitrid, zirkoniumnitrid, titanborid, zirkoniumborid, titankarbid, zirkoniumkarbid, silisiumnitrid, hafniumborid og tinnoksid. Selv om oksidasjonsreaksjonen vanligvis blir beskrevet med bruken av en dampfase-oksidant, enten alene eller sammen med en oksidant som er en fast eller veske under prosessbetingelsene, bør der være forstått at anvendelsen av en dampfase-oksidant ikke er nødvendig for å produsere keramikkmatrise-komposittlegemet. Når en dampfase-oksidant ikke blir brukt men istedet en oksidant som er i fast form eller veske under prosessbetingelsene, behøver ikke preforma å være permeabel for den omgivende atmosfære. Preforma bør imidlertid fremdeles være tilstrekkelig permeabel til å tillempe utviklingen eller veksten av oksidasjons-reaksjonsproduktet som en matrise innen preforma uten å forstyrre eller på annet vis forringe konfigurasjonen eller geometrien til preforma av betydning.

Bruken av faste eller veske-oksidanter kan skape en omgivelse inne i preforma som er gunstigere for oksidasjons- kinetikken til modermetallet enn omgivelsene på utsida av preforma. Disse forbedrete omgivelsene er fordelaktige til å fremme matrise-utvikling innen preforma til grensene og minimaliserer overvekst. Når en fast oksidant blir brukt kan den dispergeres gjennom hele preforma eller gjennom en del av preforma like ved modermetallet, slik som i partikkelform og blandet sammen med preforma, eller den kan anvendes som belegg på partiklene som omfatter preforma. Passende faste oksidanter kan inkludere passende elementer slik som bor eller karbon, eller passende reduserbare komponenter slik som silisiumdioksid (som en oksygenkilde) eller visse borider av lavere termodynamisk stabilitet enn reaksjonsproduktet av boridet til modermetallet.

Hvis det blir anvendt en veskeoksidant kan oksidanten dispergeres gjennom hele preforma eller i den del av denne like ved det smeltete modermetallet. Henvisning til en veskeoksidant betegner en oksidant som er en veske under oksidasjons-reaksjonsbeitngelsene, og som kan ha en fast forløper slik som et salt, som er smeltet eller veske ved oksidasjons-reaksjonsbetingelsene. Alternativt kan veskeoksidanten være en veskeformig forløper, f.eks. ei løsning av et materiale, som er brukt for å belegge deler av eller all porøs overflate av preforma og som er smeltet eller dekomponert ved prosessbetingelsene for å besørge en passende oksidanthalvdel. Eksempler på veskeoksidanter som definert herunder inkluderer lavtsmeltende glass.

Som forklart i de ovennevnte patentsøknader, kan supplementet av tilsatsmaterialer, i sammenheng med, f.eks. aluminium modermetall, influere positivt på oksidasjons-reaksjonsprosessen. Funksjonen(e) til tilsatsstoffene kan avhenge av flere faktorer enn tilsatsstoffet selv. Disse faktorene inkluderer, f.eks. det ønskete sluttprodukt, den spesielle kombinasjon av tilsatsstoffer når to eller flere tilsatsstoffer blir brukt, bruken av eksternt tilførte tilsatsstoffer i kombinasjon med et legert tilsatsmiddel, konsentrasjonen av tilsatsmidlet(ene), de oksiderende omgivelser og prosessbetingelsene.

Tilsatsmidlet eller tilsatsmidlene som er brukt i sammenheng med modermetallet kan (1) tilføres som legerende bestanddeler i modermetallet, (2) påføres minst en del av overflata av modermetallet slik som spraying eller maling, (3) tilsettes fyllmaterialet, eller med enhver kombinasjon av teknikkene (1), (2) eller (3). For eksempel kan et legert tilsatsmiddel brukes i kombinasjon med et eksternt tilført tilsatsmiddel. En kilde for tilsatsmidlet kan besørges ved å plassere enten et pulverformig tilsatsmiddel eller et uregelmessig formet legeme av tilsatsmiddel i kontakt med minst en del av modermetallets overflate. For eksempel kan et tynt ark av silisiumholdig glass plasseres på ei overflate av et aluminium modermetall. Når aluminium modermetallet (som kan være internt blandet med Mg) overtrukket med det silisiumholdige materialet blir varmet i en oksiderende omgivelse (f.eks. i tilfellet med aluminium i luft, mellom 850°C og 1450°C, fortrinnsvis 900°C og 1350°C) vil vekst av det polykrystallinske keramiske materiale skje. I tilfellet der tilsatsmidlet er eksternt påført minst en del av overflata av aluminium modermetallet vokser den polykrystallinske alurniniumoksid-konstruksjonen generelt forbi laget av tilsatsmiddel (dvs. forbi dybden av det påførte laget av tilsatsmiddel). I ethvert tilfelle kan ett eller flere av tilsatsmidlene påføres modermetallets overflate eksternt. I tillegg kan enhver uregelmessighet i konsentrasjonen av tilsatsmidlene som er legert med modermetallet

økes ved ytterligere tilsats av de respektive tilsatsmiddel(er) påført eksternt til modermetallet.

Nyttige tilsatsmidler for et aluminium modermetall, spesielt med luft som oksidanten, inkluderer f.eks. magnesium, sink og silisium, i kombinasjon med hverandre eller i kombinasjon med andre tilsatsmidler som beskrevet nedenfor. Disse metallene, eller en passende kilde av metallene, kan legeres i det aluminium-baserte modermetall ved alle konsentrasjoner for hver mellom 0.1-10 vekt% basert på den totale vekt av det resulterende sammensatte metallet. Konsentrasjoner innenfor dette området ser ut til å initiere den keramiske vekst, fremme transport av metallet og positivt influere vekstens morfologi av den resulterende oksidasjons-reaksjonsprodukt. Konsentrasjonsområdet for ethvert tilsatsmiddel vil være avhengig av slike faktorer som kombinasjonen av tilsatsmidler og prosesstemperaturen.

Andre tilsatsmidler som er effektive i å fremme vekst av aluminabasert polykrystallinsk oksidasjons-reaksjonsprodukt fra aluminium modermetall-systemer er f.eks. germanium, tinn og bly, spesielt når brukt i kombinasjon med magnesium. En eller flere av disse andre tilsatsstoffene, eller en passende kilde for disse, blir legert med aluminium modermetall- systemet ved konsentrasjoner for hver fra 0.5 til 15 vekt% av den totale legeringen; mere ønsket vekstkinetikk og vekst-morfologi blir imidlertid oppnådd med konsentrasjon av tilsatsmidler i området 1-10 vekt% basert på modermetall-legeringens totale vekt. Bly som tilsatsmiddel blir generelt legert med det aluminium-baserte modermetall ved en temperatur på mist 1000°C for dermed å overvinne dens lave løselighet i aluminium, tilsatsen av andre legerende komponenter slik som tinn vil imidlertid generelt øke løseligheten av bly og tillate at tilsatsen av legeringsmaterialene kan skje ved en lavere temperatur.

I tilfellet med et aluminium modermetall og med luft som oksidant inkluderer spesielt gode kombinasjoner av tilsatsmidler (a) magnesium og silisium eller (b) magnesium, sink og silisium. I slike eksempler faller en foretrukket konsentrasjon av magnesium innenfor området fra 0.1 til 3 vekt%, for sink i området fra 1 til 6 vekt% og for silisium i området fra 1 til 10 vekt%.

Ytterligere eksempler på tilsatsmaterialer som er nyttige med et aluminium modermetall inkluderer natrium og litium, som kan anvendes individuelt eller i kombinasjon med en eller flere andre tilsatsmidler avhengig av prosessbetingelsene. Natrium og litium kan brukes i svært små mengder (i ppm-området, typisk ved 100-200 ppm) der hver komponent kan brukes alene eller sammen, eller i kombinasjon med annet tilsatsmiddel(er). Kalsium, bor, fosfor, yttrium og sjeldne jordmetaller slik som cerium, lantan, praseodym, neodym og samarium er også nyttige tilsatsmidler, og igjen spesielt når brukt i kombinasjon med andre tilsatsmidler.

Tilsatsmidlene, når de er brukt eksternt, bli typisk tilført en del av ei overflate av modermetallet som et uniformt belegg på dette. Mengden av tilsatsmiddel er effektivt over et stort område i forhold til mengde modermetall som det blir tilsatt til, og i tilfellet med aluminium har eksperimenter mislykket med å identifisere enten øvre eller lavere operative grenser. For eksempel, ved anvendelsen av silisium i form av silisiumdioksid eksternt påført som tilsatsmiddel for et aluminium-basert modermetall ved bruk av luft eller oksygen som oksidant har mengder så lave som 0.00003 gram av silisium per gram modermetall, eller omlag 0.001 gram silisium per kvadratcentimeter av eksponert overflate av modermetall, sammen med en andre kilde tilsatsmiddel av magnesium, blitt brukt til å produsere det polykrystallinske keramiske vekstfenomen. Det er også oppdaget at en keramisk konstruksjon er oppnåelig fra et modermetall av en aluminium-silisium legering ved bruk av luft eller oksygen som oksidant ved bruk av MgO som tilsatsmiddel i en mengde som er større enn 0.0008 gram Mg per gram modermetall som skal oksideres og større enn 0.003 gram Mg per kvadratcentimeter overflate av modermetall der MgO blir anbrakt.

Der modermetallet er aluminium som er internt tilsatt magnesium og der det oksiderende medium er luft eller oksygen er det blitt observert av magnesium blir i det minste delvis oksidert ut fra legeringen ved temperaturer fra 820°C til 950°C. I slike tilfeller med magnesium-tilsatte systemer danner magnesium et magnesiumoksid og/eller magnesium aluminat spinellfase ved overflata av den smeltete alurniniumlegering og under vekstprosessen forblir slike magnesiumforbindelser primært ved den intielle oksidoverflate av modermetall-legeringen (f.eks. den "initielle overflate") i den vokste keramiske konstruksjon. På denne måten blir det, i slike magnesium-tilsatte systemer, produsert en aluminiumoksid-basert konstruksjon atskilt fra det forholdsvis tynne lag av magnesiumaluminat spinell ved den intielle overflate. Når ønskelig kan den intielle overflate lett fjernes som ved sliping, maskinering, polering eller sandblåsing forut for brukes av det polykrystallinske keramiske produkt.

I en alternativ anvendelse av oppfinnelsen, under veksten av det polykrystallinske oksidasjons-reaksjonsprodukt, kan en forskjellig dampfase-oksidant introduseres. I denne sammenheng bør "forskjellig" forstås som en kjemisk sammensetning som er kjemisk forskjellig fra sammensetningen av en intiell dampfase (eller fast stoff) oksidant. På denne måten vil det andre oksidasjons-reaksjonsprodukt som er dannet med den "forskjellige" dampfase- oksidant resultere i dannelsen av to keramiske legemer eller faser internt forbundet til hverandre med graderte egenskaper (f.eks. et lag kan dannes på et forut formet keramisk komposittlegeme).

I en annen anvendelse er et keramisk komposittlegeme først fullstendig dannet, og deretter blir det fullstendig dannete keramiske komposittlegeme eksponert for en oksidant, fortrinnsvis en "forskjellig" oksidant enn den som ble brukt til å danne oksidasjons-reaksjonsproduktet som tjener som en matrise for det innstøpte fyllmaterialet i det keramiske komposittlegeme. I denne alternative anvendelsen er resterende forbundet modermetall i det keramiske komposittlegeme dratt mot minst ei overflate av det keramiske komposittlegeme og reageres med den "forskjellige" oksidant for på denne måten å danne et forskjellig oksidasjons-reaksjonsprodukt på ett substrat av det forut dannete oksidasjons-reaksjonsprodukt.

I nok en annen anvendelse av oppfinnelsen kan den metalliske bestanddel i det keramiske komposittlegeme skreddersys ved å forandre sammensetningen av denne. Nærmere beskrevet kan et andre metall f.eks. legeres med eller diffunderes inn i modermetallet under, for eksempel, vekst av oksidasjons-reaksjonsproduktet for gunstig å forandre sammensetningen, og dermed mekaniske, elektriske og/eller kjemiske egenskaper til modermetallet.

For å assistere dannelsen av et formet keramisk komposittlegeme kan det brukes et barrieremiddel i forbindelse med et fyllmateriale eller ei preform. Nærmere beskrevet kan et barrieremiddel som er passende til brukt i denne oppfinnelsen være ethvert passende middel som forstyrrer, forhindrer eller terminerer vekst eller utvikling av oksidasjons-reaksjonsproduktet. Passende barrieremidler kan være ethvert materiale, forbindelse, element, sammensetning, eller tilsvarende, som, under prosessbetingelsene i den foreliggende oppfinnelsen, opprettholder en viss helhet, som ikke er flyktig og fortrinnsvis permeabelt for en dampfase-oksidant, hvis en dampfase-oksidant blir brukt, når det har evne til lokalt å forhindre, forgifte, stoppe, forstyrre, eller tilsvarende, fortsatt vekst av oksidasjons-reaksjonsproduktet.

Det viser seg at en kategori barrieremiddel er den klasse materialer som kan være hovedsakelig ufuktbar av det transporterte smeltete modermetall. Et barrieremiddel av denne type ser ut til å framvise hovedsakelig lite eller ingen affinitet overfor det smeltete metall, og vekst blir terminert eller forhindret av barrieremidlet. Andre barrierer tenderer til å reagere med det transporterte smeltete modermetall for å forhindre ytterligere vekst enten ved ekstrem oppløsing i eller fortynning av det transporterte metall eller ved tilvirking av faste reaksjonsprodukter (f.eks. intermetalliske forbindelser, som forhindrer prosessen med transport av smeltet metall). Et barrieremiddel av denne type kan være et metall eller metallegering, inkludert enhver passende forløper til denne slik som et oksid eller en reduserbart metallforbindelse, eller et kompakt keramisk materiale. På grunn av egenskapene ved vekst-forhindringen med denne barrieretypen kan vekst strekke seg inn i eller noe forbi barrieren før veksten blir terminert. Ikke desto mindre reduserer barrieren enhver sluttmaskinering eller sliping som kan være påkrevet for det dannete oksidasjons-reaksjonsprodukt. Som slått fast ovenfor, bør barrieremidlet fortrinnsvis være permeabelt eller porøst, og derfor bør barrieren åpnes i minst en sone eller på en eller begge ender for å tillate dampfase-oksidanten å kontakte det smeltete modermetall når en fast upermeabel vegg blir brukt.

Passende barrieremidler som er spesielt nyttige innen den foreliggende oppfinnelsen i tilfellet med bruken av aluminium modermetaller og anvendelsen av luft som oksidant er kalsiumsulfat, kalsiumsilikat og trikalsiumfosfat. Disse barrierene viser seg å reagere lokalt med det utviklende oksidasjons-reaksjonsprodukt til å danne et upermeabelt lag av kalsiurnaluminat som lokalt terminerer videre vekst av oksidasjons-reaksjonsproduktet. Slike barrierer kan typisk påføres som en slurry eller pasta på overflatene av ei fyllerseng som fortrinnsvis på forhånd er formet som ei preform. Barrieremidlet kan også inkludere et passende brennbart eller flyktig materiale som blir eliminert ved varming, eller et materiale som dekomponerer ved varming, for å øke porøsiteten og permeabiliteten i barrieremidlet. Videre kan barrieremidlet inkludere et passende ildfast partikkelmateriale for å redusere enhver mulig krymping eller oppsprekking som ellers kan skje under prosessen. Et slikt partikkelformig materiale som har hovedsakelig den samme ekspansjons-koefflsient som fyllersenga er spesielt ønskelig. For eksempel, hvis preforma omfatter alumina og den resulterende keramikk omfatter alumina, kan barrieren blandes sammen med aluminapartikler, fortrinnsvis med en sikt-størrelse på 10 /*m til 0.8 mm (20-1000 mesh). Det partikkelformige alumina kan blandes med kalsiumsulfatet, f.eks. i et forhold på 10:1 til 1:10, der det foretrukkete forhold er ca. 1:1. I en anvendelse av den foreliggende oppfinnelsen inkluderer barrieremidlet ei blanding av kalsiumsulfat (dvs. brent gips og portlandsement). Portlandsementen kan blandes med den brente gipsen i et forhold på 10:1 til 1:10, der det foretrukkete forhold mellom portlandsement og brent gips er ca. 1:3. Når ønsket kan også portlandsementen brukes alene som barrieremateriale. ;En annen anvendelse, når det brukes et aluminium modermetall og luft som oksidant, omfatter bruken av brent gips blandet med silika i en støMometrisk mengde som barriere, men det kan være et overskudd av brent gips. Under prosesseringen reagerer brent gips og silika til å danne kalsiumsilikat, som resulterer i en spesielt fordelaktig barriere som er praktisk talt fri for sprekker. I nok en annen anvendelse blir brent gips blandet sammen med 25-40 vekt% kalsiumkarbonat. Ved oppvarming dekomponerer kalsiumkarbonatet ved avgivelse av karbondioksid for derved å øke porøsiteten i barrieremidlet. ;Andre barrierer som er spesielt nyttige for aluminium- baserte modermetallsystemer inkluderer jernholdige materialer (f.eks. en beholder av rustfritt stål), kromoksid og andre ildfaste oksider, som kan anvendes som en overliggende vegg eller beholder på fyllersenga, eller som et lag på overflata av ei fyllerseng. Ytterligere barrierer inkluderer kompakte, sintrete eller brente keramikker slik som alumina. Disse barrierene er vanligvis ikke-permeable og derfor er begge spesielt fabrikkert for å tillate porøsitet eller kreve en åpen seksjon slik som en åpen ende. Barrieremidlene kan danne et sprøtt produkt under reaksjonsbetingelsene og kan fjernes som ved avskraping for å avdekke det keramiske legeme. ;Barrieremidlene kan framstilles i enhver passende form, størrelse og figur, og er fortrinnsvis permeable for dampfase-oksidant. Barrieremidlene kan anvendes som eller påføres i form av film, pasta, slurry, gjennomtrengelig eller ugjennomtrengelig plate eller ark, eller nettaktig eller kanalaktig flettverk slik som et metall eller keramisk netting eller klede, eller en kombinasjon av disse. Barrieremidlene kan også omfatte visse fyllere og/eller bindemidler. ;Størrelsen og formen på barrieremidlet avhenger av den ønskete geometri til det keramiske produkt. Som kun et eksempel, hvis barrieremidlet blir plassert eller lokalisert i en forutbestemt avstand fra modermetallet, vil vekst av den keramiske matrise bli lokalt terminert eller forhindret der den støter sammen med barrieremidlet. Generelt er formen til det keramiske produkt den inverse av formen til barrieremidlet. For eksempel, hvis en konkav barriere blir i det minste delvis fjernet fra et modermetall, skjer den polykrystallinske vekst innen det volumetriske rom som er definert av grensene til den konkave barriere og overflatearealet til modermetallet. Veksten termineres hovedsakelig ved den konkave barriere. Etter at barrieremidlet er fjernet gjenstår et keramisk legeme med minst en konveks del definert av den konkave formen til barrieremidlet. Det bør bemerkes at det av hensyn til et barrieremiddel med porøsitet kan finnes noe overvekst av polykrystallinsk materiale gjennom hulrommene, selv om slik overvekst blir strengt forhindret eller eliminert av de mere effektive barrierematerialer. I et slikt tilfelle, etter at barrieremidlet er fjernet fra det vokste polykrystallinske keramiske legeme, kan enhver polykrystallinsk overvekst fjernes fra det keramiske legeme ved sliping, sandblåsing eller tilsvarende, for å produsere den ønskete keramiske del uten noen gjenværende overvekst av polylerystallinsk materiale. For ytterligere illustrasjon vil et barrieremiddel separert fra et modermetall, og som har en sylindrisk hevelse i retning av metallet, produsere et keramisk legeme med en sylindrisk fordypning som inverst gjenskaper den samme diameter og dybde av den sylindriske framståendhet. ;For å oppnå minimal eller ingen overvekst av polykrystallinsk materiale i dannelsen av keramiske kompositter, kan barrieremidlet plasseres på, eller lokaliseres nært ved, den definerte overflategrense til enhver fyllerseng eller preform. Avsetning av barrieremidlet på den definerte overflategrense av senga eller preforma kan utføres på enhver passende måte slik som belegging av den definerte overflategrense med barrieremidlet. Et slikt lag av barrieremiddel kan påføres ved maling, dypping, a la silketrykking, fordamping, eller på annet vis påføre barrieremidlet i form av veske, slurry eller pasta, eller ved påsprutning av et flyktig barrieremiddel, eller ganske enkelt ved å avsette et lag av et fast partikkelformig barrieremiddel, eller ved påføring av et fast tynt ark eller film av barrieremiddel på den definerte overflategrense. Med barrieremidlet på plass terminerer veksten av det polykrystallinske oksidasjons-reaksjonsproduktet når veksten når fram til den definerte overflategrense av preforma og kontakter barrieremidlet. ;I en foretrukket anvendelse for tilvirking av et keramikkmatrise-komposittlegeme blir det formet en permeabel formet preform (beskrevet i nærmere detalj senere) med minst en del av den definerte overflategrense med eller overdekt med barrieremidlet. Det bør være forstått at betegnelsen "preform" kan inkludere en sammenstilling av separate preformer endelig bundet inn i en hel kompositt. Preforma blir plassert tilgrensende og i kontakt med ei eller flere overflater av modermetall eller en del av ei overflate til modermetallet slik at minst en del av den definerte overflategrense med, eller overlagt med, barrieremiddel generelt blir posisjonert adskilt fra eller utvendig metalloverflata, og dannelse av oksidasjons-reaksjonsproduktet vil skje inn i preforma og i en retning mot den definerte overflategrense med barrieremidlet. Den permeable preforma er en del av opplsettet, og ved varming i en ovn blir modermetallet og preforma eksponert for eller innsvøpt av dampfase-oksidanten, som kan brukes i kombinasjon med en fast eller veskeformig oksidant. Metallet og oksidet reagerer, og reaksjonsprosessen fortsettes inntil oksidasjons-reaksjonsproduktet har infiltrert preforma og kommer i kontakt med den definerte overflategrense med, eller overlagt med, barrieremidlet. Mest typisk faller hovedsakelig preformas grenser og den polykrystallinske matrisens grenser sammen; men individuelle bestanddeler på overflatene av preforma kan eksponeres for eller kan stikke fram fra matrisen, og derfor kan det skje at infiltrering og innstøping ikke blir fullstendig sammenlignet med fullstendig innstøping og innkapsling av preforma med matrisen. Barrieremidlet forhindrer, hemmer eller terminerer vekst ved kontakt med barrieremidlet, og praktisk talt skjer det ingen overvekst av det polykrystallinske materiale. Det resulterende keramiske komposittproduktet inkluderer ei preform infiltrert eller innstøpt til dens grenser av en keramisk matrise som omfatter et polykrystallinsk materiale bestående av hovedsakelig oksidasjons-reaksjonsproduktet fra modermetallet med oksidanten og, valgfritt, en eller flere metalliske bestanddeler slik som uoksiderte bestanddeler av modermetallet eller reduserte bestanddeler av en oksidant. Oksidasjonsreaksjonen fortsettes generelt i en tid som er tilstrekkelig til å tømme kilden av modermetall. Ramma blir fjernet slik som ved banking med en hammer for dermed å framskaffe en keramikk eller et keramisk komposittlegeme. ;Straks keramikken eller det keramiske komposittlegeme er blitt dannet må det deretter knuses forut for bruken som fyllmateriale for tilvirking av et metallmatrise-komposittlegeme. Spesielt ved praktisering av den foreliggende oppfinnelsen er det polykrystallinske oksidasjons-reaksjonsproduktet malt, pulverisert eller tilsvarende og formet til en masse av fyllmateriale, eller fortrinnsvis formet til ei preform. Keramikken eller det keramiske komposittlegeme kan knuses ved slike teknikker som kjefteknusing, slagkverning, valseverk, konknusing, eller andre konvensjonelle teknikker avhengig av den ønskete partikkelstørrelse som skal brukes i metallmatrise-komposittlegemet. Det knuste eller malte keramiske materiale blir avmålt ved sikting og gjenvunnet til bruk som et fyllmateriale eller preform. Det kan være ønskelig å først knuse det keramiske legeme til større stykker på 6 mm til 13 mm med f.eks. en kjefteknuser, hammermølle etc. Deretter kan de større stykkene males til finere partikler med siktstørrelse på f.eks. 0.3 mm (50 mesh) eller finere ved hjelp av ei kulemølle eller slagmølle osv. Det partikkelformige materiale kan deretter siktes for å oppnå de ønskete størrelsesfraksjoner. Passende fyllmaterialer kan variere i siktstørrelse fra 30 til 72 /*m ( 200 - 500 mesh), eller finere, avhengig av den keramiske kompositten som ble laget og metallmatrise-kompositten som skal lages (dvs. den tiltenkte bruken av det formete metallmatrise-komposittlegeme).

Straks det knuste oksidasjons-reaksjonsroduktet er laget i en ønskelig partikkelstørrelse som fyllmateriale, eller formet til ei preform, er det deretter nødvendig å infiltrere fyllmaterialet eller preforma spontant med metallmatrise.

For å bevirke spontan infiltrering av metallmatrisen inn i preforma tilføres det spontane systemet et infiltreringsmiddel. Et infiltreringsmiddel kan dannes fra en forløper til et infiltreringsmiddel som kan anbringes (1) i metallmatrisen; og/eller (2) i preforma; og/eller (3) fra en ekstern kilde inn til det spontane system. Dessuten, istedet for å tilsette en forløper til et infiltreirngsmiddel kan infiltreirngsmidlet tilsettes direkte til minst en av preforma, og/eller metallmatrisen, og/eller den infiltrerende atmosfære. Som et minstekrav, i det minste under den spontane infiltreringen, bør infiltreringsmidlet lokaliseres i minst en del av fyllmaterialet eller preforma.

I en foretrukket anvendelse er det mulig at forløperen til infiltreringsmidlet i det minste delvis kan reageres med den infiltrerende atmosfære slik at infiltreringsmidlet kan dannes i minst en del av preforma forut for eller praktisk talt samtidig med at preforma kontaktes med metallmatrisen der f.eks. magnesium er forløperen til infiltreringsmidlet og nitrogen er den infiltrerende atmosfære.

Et eksempel på et system av metallmatrise/forløper til infiltreringsmiddel/infiltrerende atmosfære er aluminium/magnesium/nitrogen. Nærmere beskrevet, en aluminium metallmatrise kan lokaliseres i en passende ildfast beholder slik som en aluminabeholder som, under prosessbetingelsene, ikke reagerer med aluminium metallmatrise, og/eller fyllmaterialet eller preforma, når aluminium blir smeltet. Et preformmateriale kan kontaktes med den smeltete aluminium metallmatrise.

Dessuten, istedet for å tilsette en forløper til et infiltreringsmiddel kan infiltreirngsmidlet tilsettes direkte til minst en av preforma og/eller metallmatrisen og/eller den infiltrerende atmosfære. Spesielt kan infiltreringsmidlet være resterende magnesium i den knuste oksidasjons-reaksjonsprodukt-fyller. Som et minstekrav, i det minste under den spontane infiltreringen, bør infiltreringsmidlet være lokalisert i minst en del av fyllmaterialet eller preforma.

Under betingelsene som er anvendt i den foreliggende framgangsmåten, i tilfellet for et spontant ^filtreringssystem av aluminium/magnesium/nitrogen, bør preforma være tilstrekkelig permeabel for å tillate at den nitrogenholdige gassen penetrerer eller gjennomtrenger preforma og/eller kontakter den smeltete metallmatrise. Dessuten kan den permeable preforma tillempe infiltrering av den smeltete metallmatrise, for deretter å forårsake at det nitrogenmettete preform blir spontant infiltrert med smeltet metallmatrise til å danne et metallmatrise-komposittlegeme. Graden av spontan infiltrering og dannelse av metallmatrise-kompositten vil variere med et gitt sett av prosessbetingelser, inkludert magnesiuminnholdet i aluminium-legeringen, magnesiuminnholdet i preforma, mengde magnesiumnitrid i preforma, nærværet av ekstra legerende elementer (f.eks. silisium, jern, kobber, mangan, krom, sink og tilsvarende), gjennomsnittlig størrelse på fyllmaterialet (f.eks. partikkeldiameter) som utgjør preforma, overflatas tilstand og type fyllmateriale, konsentrasjonen av nitrogen i den infiltrerende atmosfære, tid gitt til infiltrering og temperaturen der infiltreringen skjer. For eksempel, for at infiltreringen av den smeltete aluminium metallmatrise skal skje spontant kan aluminium legeres med minst 1 vekt%, og fortrinnsvis mist 3 vekt%, magnesium (som virker som forløperen til infiltreringsmidlet), basert på legeringens vekt. Hjelpende legeringselementer, som diskutert ovenfor, kan også inkluderes i metallmatrisen for å skreddersy spesifikke egenskaper i denne. (I tillegg kan de hjelpende legerende elementene påvirke den minimale mengde magnesium som er påkrevet i aluminium metallmatrisen for spontan infiltrering inn i fyllmaterialet eller preforma). Tap av magnesium fra det spontane system forårsaket av, for eksempel, fordamping bør ikke skje i en slik grad at intet magnesium blir tilstede for å danne infiltreringsmiddel. På denne måten er det ønskelig å anvende en tilstrekkelig mengde av intielle legeringselementer for å sikre at spontan infiltrering ikke vil påvirkes negativt av fordamping. Videre kan nærværet av magnesium i både preforma og metall matrisen eller i preforma alene resultere i en reduksjon i den mengde magnesium som er påkrevet for å oppnå spontan infiltrering (diskutert i nærmere detalj senere).

Volumprosenten av nitrogen i nitrogenatmosfæren påvirker også dannelseshastigheten av metallmatrise-komposittlegemet. Nærmere beskrevet, hvis mindre enn 10 vol% nitrogen er tilstede i atmosfære, vil svært sakte eller lite spontan infiltrering skje. Det er blitt oppdaget at den foretrukkete andelen av nitrogen i atmosfæren er minst 50 vol%, for dermed å resultere i, for eksempel, kortere infiltreirngstider på grunn av en mye større hastighet av infiltrering. Den infiltrerende atmosfære (f.eks. en nitrogenholdig gass) kan tilføres direkte til fyllmaterialet eller preforma og/eller metallmatrisen, eller den kan produseres eller resultere fra en dekomponering av et materiale.

Det minimale innhold av magnesium som er påkrevet for at smeltet metallmatrise skal infiltrere et fyllmateriale eller preform avhenger av en eller flere variable slik som prosesstemperaturen, tiden, nærværet av hjelpende legerende elementer slik som silisium eller sink, fyllmaterialets natur, lokaliseringen av magnesium i en eller flere komponenter av det spontane system, nitrogeninnholdet i atmosfæren og flythastigheten av nitrogenatmosfæren. Lavere temperaturer eller kortere vanneperioder kan brukes for å oppnå fullstendig infiltrering mens magnesiuminnholdet i legeringen og/eller preforma økes. For et gitt magnesiuminnhold kan også tilsats av visse hjelpende legerende elementer slik som sink tillate bruken av lavere temperaturer. For eksempel, et magnesiuminnhold i metallmatrisen i den nedre del av det operative område, f.eks. fra 1 til 3 vekt%, brukes sammen med minst en av følgende: en prosesstemperatur over den minimale, en høy konsentrasjon av nitrogen eller ett eller flere hjelpende legerende elementer. Dessuten, når fyllmaterialet eller preforma ikke blir tilsatt magnesium, er legeringer som inneholder fra 3 til 5 vekt% magnesium foretrukket på basis av deres generelle anvendbarhet over et vidt spekter av prosessbeitngelser, der minst 5 vekt% er foretrukket når det anvendes lavere temperaturer og kortere tid. Innhold av magnesium på mere enn 10 vekt% i aluminiumlegeringen kan anvendes for å moderere temperaturbetingelsene som kreves for infiltrering. Innholdet av magnesium kan reduseres når det brukes sammen med et hjelpende legeringselement, men disse elementene har kun en hjelpende funksjon og er brukt sammen med minst den minimale mengde magnesium som spesifisert ovenfor. For eksempel var det praktisk talt ingen infiltrering av nominelt ren aluminium kun legert med 10% silisium ved 1000°C inn i et underlag av 39 Crystolon (99% ren silisiumkarbid fra Norton Co.) med sikt-størrelse 30 fim (500 mesh). I nærvær av magnesium er det imidlertid funnet at silisium fremmer infiltreringsprosessen. Som et ytterligere eksempel varierer mengden av magnesium hvis det blir tilført utelukkende til preforma eller fyllmaterialet. Det er blitt oppdaget at spontan infiltrering kan skje med en mindre vektprosent magnesium tilsatt til systemet når i det minste noe av en totale mengde tilsatte magnesium blir lokalisert i preforma eller fyllmaterialet, ellers kan det brukes en høyere mfiltreringstemperatur. Det kan være ønskelig å anvende en mindre mengde magnesium for å forhindre dannelse av uønskete intermetalliske forbindelser i metaUmatrise-komposittlegemet. I tilfellet med ei silisiumkarbid-preform er det blitt oppdaget at når preforma kontaktes med en aluminium metallmatrise, der preforma inneholder minst 1 vekt% magnesium og er tilstede i en praktisk talt ren nitrogenatmosfære, vil metallmatrisen infiltrere preforma spontant. I tilfellet med ei aluminapreform er mengden magnesium som er påkrevet for å oppnå akseptabel spontan infiltrering noe høyere. Nærmere beskrevet er det funnet at når ei aluminapreform kontaktes med en liknende aluminium metallmatrise, ved omlag den samme temperatur som der aluminium infiltrerte preforma av silisiumkarbid, og i nærvær av den samme rene atmosfære av nitrogen, kan minst 3 vekt% magnesium være påkrevet for å oppnå liknende spontan infiltrering med den som ble oppnådd med preforma av silisiumkarbid som diskutert umiddelbart ovenfor. Det bemerkes også at ved å tilsette til det spontane systemet en forløper til et infiltreringsmiddel og/eller et mfiltreringsmiddel på ei overflate av legeringen og/eller på ei overflate av preforma eller fyllmaterialet og/eller innen preforma eller fyllmaterialet forut for infiltrering av metallmatrisen inn i fyllmaterialet eller preforma (dvs. det trenger ikke være nødvendig at det tilsatte infiltreringsmiddel eller forløper til infiltreringsmiddel legeres med metallmatrisen, men istedet ganske enkelt tilsettes til det spontane system). Hvis magnesium ble anbrakt på ei overflate av metallmatrisen kan det være foretrukket at den nevnte overflate bør være overflata som er nærmest, eller fortrinnsvis i kontakt med, den permeable masse av fyllmateriale, eller vice versa; ellers kunne slikt magnesium blandes med minst en del av preforma eller fyllmaterialet. Videre er det mulig at en viss kombinasjon av overflate-anvendelse, legering og plassering av magnesium inn i minst en del av preforma kan brukes. En slik kombinasjon av anvendelse av infiltreringsmiddel(er) og/eller infiltreringsmiddel-forløper(e) kan resultere i en reduksjon i den totale vektprosent av magnesium som er påkrevet for å tillempe infiltrering av aluminium metallmatrise inn i preforma, så vel som oppnåelsen av lavere temperaturer der infiltrering kan skje. Dessuten kan også mengden av uønskete intermetalliske forbindelser dannet på grunn av nærværet av magnesium minimaliseres.

Bruken av ett eller flere hjelpende legerende elementer og konsentrasjonen av nitrogen i den omgivende gass påvirker også graden av nitridisering av metallmatrisen ved en gitt temperatur. For eksempel kan det anvendes hjelpende legeringselementer, slik som sink eller jern inkludert i legeringen, eller plassert på ei overflate av legeringen, for å redusere infiltrerings-temperaturen og dermed redusere mengden av nitrid- dannelse, mens en økning i konsentrasjonen av nitrogen i gassen kan anvendes for å fremme nitrid-dannelse.

Konsentrasjonen av magnesium i legeringen og/eller plassert på ei overflate av legeringen, og/eller kombinert i fyllmaterialet eller preform-materialet har også en tendens til å påvirke graden og hastigheten av infiltrering ved en gitt temperatur. Som en konsekvens av dette kan det i noen tilfeller der lite eller intet magnesium er kontaktet direkte med preforma eller fyllmaterialet være foretrukket at minst 3 vekt% magnesium inkluderes i legeringen. Legeringsgrader mindre enn denne mengden, slik som 1 vekt% magnesium, kan kreve høyere prosesstemperaturer eller et hjelpende legeringselement for infiltrering. Temperaturen som er påkrevet for å effektuere den spontane infiltreringsprosessen i den foreliggende oppfinnelsen kan være lavere: (1) når magnesiuminnholdet i legeringen alene blir økt, f.eks. til minst 5 vekt%; og/eller (2) når legerende bestanddeler blir blandet med, eller deler av, den permeable massen av fyllmateriale eller preform; og/eller (3) når et annet element slik som sink eller jern er tilstede i aluminiumlegeringen. Temperaturen kan også variere med ulike fyllmaterialer. Generelt vil spontan og tiltagende infiltrering skje ved en prosesstemperatur på minst 675°C, og fortrinnsvis ved en prosesstemperatur på 750°C-850°C. Temperaturer generelt i overkant av 1200°C ser ikke ut til å gagne prosessen, og et spesielt anvendbart temperaturområde er funnet til å være fra 675°C til 1200°C. Uansett, som en generell regel er den spontane infiltreringstemperatur en temperatur som er over smeltepunktet for metallmatrisen men under fordampingstemperaturen for metallmatrisen. Den spontane infiltreringstemperatur bør dessuten være under smeltepunktet for fyllmaterialet. Videre, ettersom temperaturen økes, vil tendensen til å danne et reaksjonsprodukt mellom metallmatrisen og den infiltrerende atmosfære tilta (f.eks. i tilfellet med aluminium metallmatrise og en infiltrerende nitrogenatmosfære vil det dannes aluminiumnitrid). Et slikt reaksjonsprodukt kan være ønsket eller uønsket avhengig av de ønskete anvendelser av metallmatrise-komposittlegemet. I tillegg er elektrisk oppvarming typisk brukt til å nå infiltreringstemperaturen. Imidlertid er enhver metode for oppvarming, som kan smelte metallmatrisen, og som ikke påvirker den spontane infiltrasjonen på en negativ måte, godkjent til bruk innen oppfinnelsen.

I den foreliggende framgangsmåten kommer, f.eks., en permeabel preform i kontakt med smeltet aluminium i nærvær av en nitrogenholdig gass (f.eks. prosessgass som er 96% N2 og 4% Hj), og kontakten blir opprettholdt under hele perioden som kreves for å oppnå spontan infiltrering. Dette blir tilrettelagt ved å opprettholde en kontinuerlig flyt av gass i kontakt med preforma og smeltet aluminium metallmatrise. Selv om flythastigheten av den nitrogenholdige gass ikke er kritisk, er det å foretrekke at flythastigheten er tilstrekkelig til å kompensere for mulig tap av nitrogen fra atmosfæren på grunn av nitriddannelse i legeringsmatrisen, og også for å sikre mot eller forhindre tilførsel av luft som kan ha en oksiderende effekt på det smeltete metallet.

Metoden for tilvirking av en metallmatrise-kompositt er anvendbar på et stort utvalg av fyllmaterialer, og valget av fyllmateriale vil være avhengig av slike faktorer som matriselegeringen, prosessbetingelsene, reaktiviteten av den smeltete matriselegering med fyllmaterialet, fyllmaterialets evne til å føye seg etter den infiltrerende metallmatrise og de søkte egenskapene til det endelige komposittproduktet. For eksempel, når aluminium er metallmatrisen, kan passende fyllmaterialer inkludere (a) oksider, f.eks. alumina; (b) karbider, f.eks. silisiumkarbid; (c) borider, f.eks. aluminiumdodekaborid og (d) nitrider, f.eks. aluminiumnitrid. I en foretrukket anvendelse blir knust oksidasjonsreaksjonsprodukt anvendt som fyllmateriale. Videre kan det knuste oksidasjons-reaksjonsprodukt enten brukes alene eller i kombinasjon med andre fyllmaterialer for å besørge den permeable masse eller preform for filtrering. Hvis fyllmaterialet har en tendens til å reagere med den smeltete aluminium metallmatrise, kan det være å anbefale at man minimaliserer infiltreringstiden og temperaturen eller at man anvender et ureaktivt belegg på fyllmaterialet. Fyllmaterialet kan utgjøre et substrat, slik som karbon eller et annet ikke-keramisk materiale, som bærer et keramisk belegg for å beskytte substratet fra angrep eller degradering. Passende belegg kan inkludere keramiske oksider, karbider, borider og nitrider. Keramikker som kan anvendes i denne metoden inkluderer alumina og silisiumkarbid i form av partikler, plater, whiskers og fibre. Fibrene kan være i en diskontinuerlig form (knuste) eller i form av et kontinuerlig filament eller buntete filamenter. Videre kan den keramiske masse eller preform være homogen eller heterogen.

Størrelsen og formen på fyllmaterialet som anvendes til å danne det keramiske oksidasjons-reaksjonsprodukt, eller det fyllmaterialet som er blandet med det keramiske oksidasjons-reaksjonsprodukt straks det er knust, kan velges fritt i henhold til hva som kreves for å oppnå de ønskete egenskaper i kompositten. Fyllmaterialet kan på denne måten være i form av partikler, strå/whiskers, plater eller fibre siden infiltrasjonen ikke er begrenset av fyllmaterialets form. Andre geometrier slik som sfærer, rør, pellets og ildfaste fiberduker kan også brukes. I tillegg er infiltrasjonen ikke begrenset av fyllmaterialets størrelse, selv om en høyere temperatur eller lengre tidsperiode kan være påkrevet for å fullende infiltrering av en masse med mindre partikler enn for større partikler. Videre bør massen av fyllmaterialet (formet til ei preform) som skal infiltreres være permeabel (dvs. permeabel overfor smeltet metallmatrise og overfor den infiltrerende atmosfære.

Framgangsmåten for tilvirking av metallmatrise-kompositter i henhold til den foreliggende oppfinnelsen, er ikke avhengig av trykk for å tvinge eller presse smeltet metallmatrise inn i ei preform eller en masse av fyllmateriale. Oppfinnelsen tillater produksjon av praktisk talt uniforme metallmatrise-kompositter som har en høy volumfraksjon av fyllmateriale og lav porøsitet. Høyere volumfraksjoner av fyllmateriale i en størrelsesorden på minst 50% kan oppnås ved å bruke en initiell masse med fyllmateriale som har en lavere porøsitet og/eller partikler av varierende størrelse for å øke pakke-effektiviteten. Høyere volumfraksjoner kan også oppnås hvis massen av fyllmateriale blir pakket sammen eller på annen måte gjort mere kompakt forutsatt at massen ikke blir omsatt til et kompakt med lukket porøsitet eller til en fullstendig tett konstruksjon som ville forhindre infiltrering av smeltet legering.

Det er blitt observert at for infiltrering av aluminium og matrisedannelse rundt en keramisk fyller kan fukting av den keramiske fylleren med aluminium metallmatrisen utgjøre en viktig del av infiltreringsmekanismen. Ved lave prosesstemperaturer skjer dessuten en neglisjerbar eller minimal grad av metallnitirdisering med en minimal diskontinuerlig fase av aluminiumnitrid dispergert i metallmatrisen som resultat. Mens den øvre grense av temperaturområdet blir nådd, vil imidlertid nitridisering av metallet kunne skje lettere. På denne måten kan mengden av nitridfasen i metallmatrisen kontrolleres ved å variere prosesstemperaturen der infiltreringen skjer. Den spesifikke prosesstemperatur der nitriddannelse kommer ril uttrykk varierer også med slike faktorer som den aluminium legeringsmatrise som blir brukt og dens kvantitet i forhold til volumet av fyllmaterialet, fyllmaterialet som skal infiltreres, og nitrogenkonsentrasjonen i den infiltrerende atmosfære. For eksempel er graden av aluminiumnitird-dannelse ved en gitt prosesstemperatur antatt å tilta mens legeringens evne til å fukte fylleren avtar og mens nitrogenkonsentrasjonen i atmosfæren øker.

Det er derfor mulig å skreddersy karakteristikken av metallmatrisen under dannelsen av kompositten for å tildele visse karakteristikker til det endelige produktet. For et gitt system kan prosessbetingelsene velges for å kontrollere nitriddannelse. Et komposittprodukt som inneholder en fase med aluniiniumnitrid vil framvise visse egenskaper som kan være gunstig for, eller forbedre ytelsen av, produktet. Videre kan temperaturområdet for spontan infiltrering med en alurniniumlegering variere med det keramiske materiale som anvendes. I tilfellet med alumina som fyllmateriale, bør temperaturen under infiltreringen fortrinnsvis ikke overstige 1000°C hvis det er et ønske at duktiliteten av matrisen ikke reduseres av signifikant nitriddannelse. Imidlertid kan temperaturer over 1000°C anvendes hvis det er et ønske å produsere en kompositt med en mindre duktil og stivere matrise. For å infiltrere silisiumkarbid kan man anvende høyere temperaturer enn 1200° C siden aluminiumlegeringen nitridiseres i mindre grad enn hva tilfelle er når alumina blir anvendt som fyller. Ikke desto mindre, ved bruk av knust eller smuldret oksidasjons-reaksjonsprodukt som fyller kan temperaturer fra 750 til 850°C brukes.

Spesielt kan det polykrystallinske materiale formet fra den styrte oksidasjonsprosessen inneholde metalliske komponenter slik som uoksidert modermetall. Mengde metall kan variere over et stort område fra 1 til 40 vol%, og noen ganger høyere, avhengig av graden av utmatting (omsetning) av modermetall i produksjonen av keramikk eller keramiske komposittlegemer. Det kan være ønskelig å separere i det minste noe av det resterende metall eller ramme av modermetall fra oksidasjons-reaksjonsproduktet før materialet brukes som fyller. Denne separasjonen kan utføres forut for og/eller etter at det polykrystallinske materiale er blitt malt eller knust. Oksidasjons-reaksjonsproduktet kan i noen tilfeller lettere knuses enn metallet, og derfor kan det i noen tilfeller være mulig å delvis separere oksidasjons-reaksjonsproduktet fra metall ved knusing og sikting. I henhold til den foreliggende oppfinnelsen framviser det knuste oksidasjons-reaksjonsproduktet som blir anvendt, enten alene eller i kombinasjon med et annet fyllmateriale, en affinitet overfor den smeltete legering, tilsynelatende kjennetegnet ved en affinitet mellom like substanser under prosessbetingelsene og/eller på grunn av nærværet av en eller flere hjelpende legeringselementer. På grunn av denne affiniteten er det blitt observert forhøyet mfUtrermgskinetikk, og som en konsekvens skjer infiltrering ved en noe høyere hastighet sammenliknet med hovedsakelig den samme prosess ved bruk av kommersielt tilgjengelig keramisk fyller, dvs. en fyller som ikke er produsert ved den styrte oksidasjonsprosessen. Hvis imidlertid et annet fyllmateriale skal blandes med et knust oksidasjons-reaksjonsprodukt bør mengden av det knuste oksidasjons-reaksjonsprodukt tilføres i en mengde som er tilstrekkelig til å oppnå forhøyet infiltreringskinetikk (dvs. 10-25 vol% av fyllmaterialet bør omfatte knust oksidasjons-reaksjonsprodukt). I tillegg, når knust oksidasjons-reaksjonsprodukt blir anvendt som fyllmaterialet er det blitt observert av prosessen kan utføres ved lavere temperaturer, noe som er fordelaktig sett fra et håndterings- og økonomisk synspunkt. Ved lavere temperaturer er også det smeltete metall mindre følsomt for reaksjon med fylleren og dannelse av et uønsket reaksjonsprodukt som kan ha en ødeleggende effekt på de mekaniske egenskaper i metallmatrise-kompositten.

En faktor som ser ut til å bidra til den forbedrete infiltrering av den foreliggende oppfinnelsen er nærværet av et hjelpende legeringselement og/eller aluminium modermetall som er intimt knyttet sammen med fylleren. For eksempel, når oksidasjons-reaksjonsproduktet alumina blir dannet ved oksidasjon av aluminium i luft blir typisk et tilsatsmateriale brukt i sammenheng med eller i kombinasjon med aluminium modermetallet, som beskrevet i de ovennevnte patentsøknader. Modermetallet eller tilsatsmidlet, eller en del av dette, behøver ikke utmattes fra reaksjons-systemet og kan derfor bli dispergert gjennom deler eller praktisk talt alt polykrystallinsk materiale. I et slikt tilfelle kan modermetallet eller tilsatsmaterialet konsentreres ved eller på ei overflate av det knuste oksidasjons-reaksjonsproduktet eller modermetallet, eller tilsatsmidlet kan bindes innen oksidasjons-reaksjonsproduktet. Uten ønske om å være bundet til noen spesiell teori eller forklaring er det en oppfatning av når det polykrystallinske materiale blir knust for bruk som en fyller kan metallmatrisen som brukes til spontan infiltrering av det knuste oksidasjons-reaksjonsprodukt framvise en affinitet for denne fylleren på grunn av modermetallet og/eller tilsatsmaterialet inkludert i fylleren. Nærmere beskrevet kan resterende modermetall og/eller tilsatsmidler forbedre infiltrerings-prosessen ved å tjene som nyttige hjelpende legeringselementer i produksjonen av det endelige komposittprodukt; og/eller fungere som et infiltreringsmiddel; og/eller fungere som en forløper til et infiltreringsmiddel. I henhold til dette kan et knust oksidasjons-reaksjonsprodukt naturlig besørge det mfiltreringsmiddel og/eller forløper til infiltreringsmiddel som kreves for å oppnå spontan infiltrering av en metallmatrise inn i et fyllmateriale eller preform.

Det er dessuten mulig å anvende et reservoar av metallmatrise for å sikre komplett infiltrering av fyllmaterialet og/eller for å tilføre et andre metall som har en forskjellig sammensetning fra den første kilde av metallmatrise. Spesielt i noen tilfeller kan det være ønskelig å anvende en metallmatrise i reservoaret som har en ulik sammensetning fra den første kilde metallmatrise. For eksempel, hvis det brukes en aluminium-legering som en første kilde av metallmatrise, kan faktisk et annet metall eller metall-legering som var smeltet ved prosesstemperaturen brukes som reservoarmetallet. Smeltete metaller er ofte svært blandbare med hverandre, noe som kan resultere i at reservoarmetallet blandes med den første kilde av metallmatrise så lenge det blir gitt tilstrekkelig til blanding. På denne måten, ved å bruke et reservoarmetall som har en forskjellig sammensetning enn den første kilde av metallmatrise er det mulig å skreddersy egenskapene til metallmatrisen for å imøtekomme ulike operative krav og på denne måte skreddersy egenskapene til metallmatri se-kompositten.

Et barrieremiddel kan også anvendes i kombinasjon med den foreliggende oppfinnelsen. Spesielt kan barrieremidlene som brukes i den foreliggende oppfinnelsen være ethvert passende middel som forstyrrer, forhindrer eller terminerer migrasjonen, bevegelsen, eller tilsvarende av smeltet legeringsmatrise (f.eks. en aluminium-legering) forbi den definerte overflategrense av fyllmaterialet. Passende barrieremidler kan være ethvert materiale, forbindelse, element, sammensetning, eller tilsvarende som, under prosessbetingelsene i den foreliggende oppfinnelsen, opprettholder en viss helhet, som ikke er flyktig og som fortrinnsvis er permeabel for gassen som brukes i prosessen så vel som evne til lokalt å forhindre, stoppe, forstyrre eller tilsvarende, fortsatt infiltrering eller enhver annen bevegelse forbi den definerte overflategrense av fyllmaterialet.

Passende barrieremidler inkluderer materialer som er hovedsakelig ufuktbare av den migrerende smeltete matriselegering under de anvendte prosessbetingelsene. En barriere av denne type ser ut til å framvise liten eller ingen affinitet overfor den smeltete matriselegering, og bevegelse forbi den definerte overflategrense av fyllmaterialet eller preforma blir forhindret av barrieremidlet. Barrieren reduserer enhver sluttbehandling eller sliping som kan være påkrevet for metallmatrise-komposittproduktet. Som slått fast ovenfor bør barrieren fortrinnsvis være permeabel eller porøs, eller gjort permeabel ved punktering, for å tillate gassen å kontakte den smeltete legeringsmatrise.

Passende barrierer som er spesielt anvendbare til aluminium legeringsmatriser er de som inneholder karbon, spesielt den krystallinske allotropiske form av karbon som er kjent som grafitt. Grafitt er i hovedsak ikke fuktbar av den smeltete alurniniumlegering under de beskrevne prosessbetingelser. En spesielt foretrukket grafitt er et grafittfolie-produkt som er solgt under handelsnavnet Grafoil, registrert av Union Carbide. Denne grafittfolien framviser tettende karakteristikker som forhindrer migrasjon av smeltet aluminium forbi den definerte overflategrense av fyllmaterialet. Grafittfolien er også motstandsdyktig overfor varme, og er kjemisk inert. Grafoil er fleksibel, sammenføybar, formbar og elastisk. Den kan formes til mange ulike former som passer enhver anvendelse som barriere. Imidlertid kan et barrieremiddel av grafitt brukes i form av en slurry eller pasta eller selv som malingfilm rundt og på grensen av fyllmaterialet eller preforma. Grafoil er spesielt å foretrekke fordi den er i en form av et fleksibelt grafittark. I bruk blir ganske enkelt den papirliknende grafitten formet rundt fyllmaterialet eller preforma.

Andre foretrukkete barrierer for aluminium metallmatriselegeringer i nitrogen er boridene av overgangsmetallene (f.eks. titan diborid (TiBj)) som generelt ikke er fuktbar av den smeltete aluminiummetallegering under visse prosessbeitngelser som blir anvendt ved bruk av dette materialet. Med en barriere av denne typen bør prosesstemperaturen ikke overstige 875°C, da ellers barrieremetallet blir mindre virksomt, og ved økt temperatur vil faktisk infiltrasjon inn i barrieren kunne skje. Boridene av overgangsmetallene er typisk i partikkelform (1-30 mikrometer). Barrierematerialene kan anvendes i form av en slurry eller pasta på grensene av den permeable massen av keramisk fyllmateriale som fortrinnsvis på forhånd er formet som ei preform.

Andre anvendbare barrierer for alurninium-metallmatriselegeringer i nitrogen er lavflyktige organiske forbindelser påført som en film eller lag på den utvendige overflata av fyllmaterialet eller preforma. Ved brenning i nitrogen, spesielt ved prosessbetingelsene i denne oppfinnelsen, vil den organiske forbindelsen dekomponere og legge igjen en sotfilm av karbon. Den organiske forbindelsen kan påføres ved konvensjonelle metoder slik som maling, spraying, dypping, osv.

Dessuten kan finmalte partikkelformige materialer fungere søm en barriere så lenge infiltrering av det partikkelformige materiale skjer med en hastighet som er lavere enn hastigheten for infiltrering av fyllmaterialet.

På denne måten kan barrieremidlet påføres på enhver passende måte, slik som ved å dekke den definerte overflategrense med et lag av barrieremidlet. Et slikt lag med barrieremiddel kan påføres ved maling, dypping, å la silketrykking, fordamping, eller på andre måter påføres i form av veske, slurry, pasta, eller ved påsprutning av et flyktig barrieremiddel, eller ganske enkelt ved å avsette et lag av fast partikkelformig barrieremiddel, eller ved å påføre et fast tynt lag eller film av barrieremiddel på den definerte overflategrense. Når barrieremidlet er på plass, vil den spontane infiltrasjon termineres når den infiltrerende metallmatrise kommer fram til den definerte overflategrense og kommer i kontakt med barrieremidlet.

Eksempel 1.

Figur 1 viser en sammenstilling i tverrsnitt som kan brukes til å bygge et oksidasjons-reaksjonsprodukt. En barre av modermetall (1) med dimensjoner 25-13x102x229 mm bestående av lett modifisert (se nedenfor) 380.1 aluminium-legering fra Belmont Metals ble plassert på et underlag (2) av ca. 0.17 mm (90 grit) El Alumina, levert av Norton Co., der begge var lokalisert i en ildfast beholder (4) av svært ren alumina. Aluminabeholderen ble skaffet fra Bolt Technical Ceramics og hadde en renhet på 99.7%. Barren med modermetall (1) ble plassert i senga (2) av El Alumina slik at ei overflate av barren (1) var omtrentlig i flukt med underlaget (2). Aluminium-legeringen (1) besto av 2.5-3.5% sink, 3.0-4.0% kobber, 7.5-9.5% silisium, 0.8-1.5% jern, 0.2-0.3% magnesium, 0- 0.5% mangan, 0-0.001% beryllium og 0-0.35% tinn. Barren av aluminium-legering ble eksternt tilsatt omlag 5 gram av ca. 0.1 mm (140 grit) silikapartikler (3) hovedsakelig på den øvre overflata av barren (1) slik at et keramisk legeme ville vokse kun fra ei overflate av legeringen (1) mot atmosfæren (f.eks. bort fra senga (2)). Beholderen (4) inkludert senga (2), aluminium-legeringen (1) og tilsatsmidlet (3) ble plassert i en elektrisk ovn som var varmet til en temperatur på omlag 1100°C med en hastighet på ca. 200°C/time og holdt ved denne temperaturen i en tid som var tilstrekkelig til å tillate smeltet aluminium-legering å reagere med oksygen i den omgivende luft til å produsere oksidasjons-reaksjonsprodukt. Under vanningen ble ovnen tilført luft for å tilføre oksidanten. Oksidasjons-reaksjonsproduktet som vokste formet en "klump" over aluminium-legeringen (1). Beholderen (4) med innhold fikk anledning til å kjølne. Det endelige oksidasjons-reaksjonsprodukt (dvs. klumpen) ble fjernet fra beholderen, og rammen av modermetall ble fjernet ved å banke med en hammer.

Oksidasjons-reaksjonsproduktet ble deretter plassert inn i en kjefteknuser og ble knust til klumper med størrelse som golfballer eller erter. Klumpene med oksidasjons-reaksjonsprodukt ble plassert i en porselenskrukke sammen med aluminiumoksid-slipemedium og vann. Kulemølling reduserte størrelsen på klumpene til mindre partikler. Dessuten, på grunn av at oksidasjons-reaksjonsproduktet kan inneholde uoksidert resterende modermetall fra modermetallegeringen var det nødvendig å kontrollere løsningens pH under kulemøllingen, for dermed å redusere enhver reaksjon mellom aluminium og vann. Kulemøllingen ble utført i omlag 36 timer. Etter kulemøllingen ble innholdet i porselenskrukka tørket og siktet ved bruk av konvensjonelle metoder. Alle resterende klumper som etter kulemølling hadde en siktstørrelse på mere enn 0.8 mm (20 mesh) ble lagt tilbake i kulemølla og malt igjen ved en senere anledning. Partiklene av knust oksidasjons-reaksjonsprodukt som var mindre enn 0.15 mm (100 mesh) og større enn 72 /tm (200 mesh) ble samlet.

Figur 2 viser et oppsett i tverrsnitt som kan brukes til å infiltrere en metallmatrise inn i et knust oksidasjons-reaksjonsprodukt. Nærmere beskrevet ble det knuste oksidasjons-reaksjonsproduktet (12) plassert i en beholder (14) av svært ren alumina tilsvarende den som ble brukt ovenfor til å danne oksidasjons-reaksjonsproduktet. En barre av metallmatrise (10) som skulle infiltreres ble plassert på toppen av det knuste oksidasjons raksjonsproduktet (12) slik at nevnte metallmatrise (10) stakk opp av overflata av den knuste fylleren (12). Aluminiumlegeringen (10) som ble brukt til å spontant infiltrere det knuste oksidasjons-reaksjonsproduktet (12) var en stav eller en barre av metallmatrise med dimensjoner på ca. 25x51x13 mm. Metallmatrise aluminiumlegeringen hadde en sammensetning som utgjorde ca. 5 vekt% silisium og ca. 5 vekt% magnesium. Aluminabeholderen (14) inneholdende dette oppsettet av materialer ble plassert i en elektrisk muffelovn. Muffelovnen ble forseglet slik at praktisk talt kun den infiltrerende gass var tilstede. I dette tilfellet ble prosessgass brukt som den infiltrerende atmosfære (dvs. 96 vol% nitrogen og 4 vol% hydrogen). Prosessgassen ble tilført muffelovnen med en hastighet på ca. 250 cmVmin. Muffelovnen ble varmet i en periode på ca. 10 timer inntil en temperatur på ca. 800°C ble nådd. Ovnen ble holdt ved denne temperaturen i ca. 5 timer. Ovnen ble deretter kjølt ned i løpet av en periode på ca. 5 timer. Sammenstillingen ble deretter tatt ut av ovnen, og det ble observert at metallmatrisen (10) hadde praktisk talt fullstendig innstøpt fyllmaterialet (12).

Figur 3 viser et mikrofotografi tatt ved 400x av det resulterende metallmatrise-komposittlegeme produsert i henhold til eksempel 1. De mørkere regioner (20) samsvarer med det knuste oksidasjons-reaksjonsprodukt-fylleren og de lysere områder (21) representerer metallmatrisen.

Eksempel 2.

Dette eksemplet er et sammenlikende eksempel. I dette eksemplet ble kommersielt tilgjengelig 0.17 mm (90 grit) Alundum, som er brente korn av aluminiumoksid fra Norton Co., plassert inn i en aluminabeholder. Den samme metallmatrise som ble anvendt i eksempel 1 ble plassert på dette. Materialene ble plassert i det samme arrangement som diskutert i eksempel 1 og som vist i figur 2. Oppsettet ble plassert i en muffelovn og varmet i henhold til eksempel 1. Etter nedkjøling ble beholderen fjernet og inspisert. Ingen signifikant infiltrering av alurniniumlegering metallmatrise hadde funnet sted.

Eksempel 3.

Dette eksemplet er et sammenliknende eksempel. For å fastslå at det knuste oksidasjons-reaksjonsproduktet i den foreliggende oppfinnelsen tillater en lavere temperatur for spontan infiltrering ble det følgende eksperiment utført. Framgangsmåten i eksempel 2 ble gjentatt bortsett fra at en høyere mfiltreringstemperatur ble anvendt. Nærmere beskrevet ble en beholder inneholdende oppsettet av materialer i henhold til eksempel 2 plassert inn i en muffelovn og varmet i henhold til eksempel 1 ved en høyere temperatur på omlag 900°C. Ovnen ble kjølt og beholderen ble fjernet. Etter inspisering ble det oppdaget at praktisk talt fullstendig infiltrering ble oppnådd.

Dette eksemplet demonstrerer at anvendelsen av et knust oksidasjons-reaksjonsprodukt om fyllmateriale er gunstig. Spesielt er det blitt oppdaget økt mfUtreringskinetikk når et knust oksidasjons-reaksjonsprodukt blir anvendt som et fyllmateriale.

Claims (8)

1. Framgangsmåte for framstilling av en metallmatrisekompositt omfattende fyllmateriale innhyllet i en matrise av metall, karakterisert ved- framskaffe 1) en fyller i form av et knust keramisk materiale eller keramisk kompositt-materiale framskaffet ved oksidasjon av et smeltet basismetall med en gassfaseoksidant, en væskefaseoksidant og/eller en fast-fase oksidant, valgfritt i nærvær av et andre fyllmateriale, for slik å bygge et oksidasjonsreaksjonsprodukt i form av et keramisk materiale eller keramisk komposittmateriale, og 2) et matrisemetall, og - bringe matrisemetallet til spontant å infiltrere i det minste en del av fylleren ved en temperatur over smelteområdet for metallmatrisen og i nærvær av 3) et infiltreringsmiddel og/eller en forløper til dette, og 4) en infiltrerende atmosfære som tillater eller fremmer spontan infiltrering av matrisemetallet og som kommuniserer med fyllmaterialet og/eller matrisemetallet under i det minste en del av infiltreringsforløpet.

2. Framgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at infiltreringsmidlet og/eller dets forløper tilføres matrisemetallet, fyllmaterialet og/eller den infiltrerende atmosfære.

3. Framgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som fyller framskaffes et knust oksidasjonsreaksjonsprodukt som i seg selv omfatter et infiltreringsmiddel og/eller en forløper til dette.

4. Framgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at ei overflategrense av fylleren defineres med en barriere, hvorved matrisemetallet spontant infiltrerer fylleren fram til barrieren.

5. Framgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at temperaturen under den spontane infiltrering innstilles over smelteområdet for matrisemetallet, men under fordampingstemperaturen for matrisemetallet og fyllerens smelteområde.

6. Framgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det som oksidasjonsreaksjonsprodukt anvendes et materiale omfattende oksider, nitrider, karbider, borider og/eller oksynitrider.

7. Framgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det som oksidasjonsreaksjonsprodukt anvendes et materiale omfattende aluminiumoksid, aluminiumnitrid, silisiumkarbid, silisiumborid, aluminiumborid, titannitrid, zirkoniumnitrid, titanborid, zirkoniumborid, titankarbid, hafniumborid og/eller tinnoksid.

8. Framgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 7, karakterisert ved at det knuste oksidasjonsreaksjonsproduktet framskaffes med en størrelse fra 74 /im (200 mesh) til 25 jtm (500 mesh).