PL152839B1 - Sposob wytwarzania kompozytu ceramicznego - Google Patents

Description

OPIS PATENTOWY

152 839

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nr-Zgłoszono: 86 02 04 /P. 257812/

Pierwszeństwo 85 Ol 17 Stany Zjednoczone Ameryki

Int. Cl.⁵ C04B 35/10 C04B 35/56

Zgłoszenie ogłoszono: ^{88 02 04} Opis patentowy opublikowano: 1991 06 28

Twórca wynalazku: -

Uprawniony z patentu: Lanxide Technology Company LP

Newark /Stany Zjednoczone Ameryki/

SPOSOB WYTWARRANIA KOMPOZYTU CERAMICZNEGO

Przedmiotem wynalazku Jest sposób wytwarzania- kompozytu ceramicznego, z polikrystaliczną osnowę otaczającą zasadniczo obojętne wypełniacze.

Struktura kompozytowa jest to taka struktura, która zawiera materiał niejednorodny, czyli jest to wyrób złożony z dwóch lub więcej różnych maaeriałów, które są ściśle połączone ze sobą, aby uzyskać żądane właściwości kompozytu. Przykład owo dwa różne matiriały można ściśle łączyć ze sobą przez osadzenie jednego z nich w osnowie z drugiego materiału. Kompozyt ceramiczny typowo zawiera osnową ceramiczny, która obejmuje jeden lub kilka różnych rodzajów wypełniaczy, takich jak cząstki stałe, włókna, prąty itp.

Znane sposoby wytwa rzania wyrobów ceramicznych polegają na przygotowaniu mterl.ału w postaci proszku, mieleniu proszków w celu uzyskania bardzo małych czystek oraz formowaniu z proszków bryły o żądanym kształcie geo^^try^^^r^i^m /z zapasem na skurcz podczas późniejszej obróbkk/. Przykładowo, formowanie jest realioowane przez prasowanie jednoosiowe, prasowanie izostatyczne, kształoowanie wtryskowe, odlewanie taśmowe, odlewanie z gąstwy lub też kiiomma innymi sposobami. Po formowaniu przeprowadza sią zagąszczanie bryły przez ogrzewanie jej w podwyższonej temperaturze, tak że oddzielne czystki proszku łączą sią ze sobą tworzyć spójny strukturą. Korzystnie etap ten realizowany jest bez stosowania ciśnienia /to znaczy przez spiekanie/, chociaż w niektórych przypadkach potrzebna Jest dodatkowa siła, która może być wywierana przez przyłożenie ciśnienia zewnętrznego albo jednoosiowo /to znaczy tłoczenie na gorąco/, albo izostatycznie, to znaczy przez izostatyczne prasowanie na gorąco. Po zagąszczeniu przeprowadza sią obróbką wykończający, cząsto przez szliZowαnir diamentem, jeżeli jest to potrzebne.

Przy wytwarzaniu kompozytów z osnową ceramiczny najpoważniejsze trudności w omówionych znanych sposobach powstajy w etapie zagęszczania. NormeJnie stosowany, korzystny sposób spiekania bezciśnienocwego może być trudny lub niemożliwy w przypadku kompozytów

152 839

152 839 cząstkowych, jeżeli materiały nie wykazuję powinowactwa do siebie. Co ważniejsze, normalne spiekanie jest niemożliwe do przeprowadzenia w większości przypadków kompozytów włóknistych, nawet jeśli . maaeriały te wykazuję powinowactwo, ponieważ łączenie ze sobę cząstek jest uniemożliwione przśz włókna, które maję tendencję do uniemoożiwiania zbędnych przemieszczeń zagęszczanych, częstek proszku. Trudności te sę w pewnych przypadkach częściowo pokonywane przez wymuusanie zagęszczania przez przyłożenie ciśnienia zewnętrznego w wysokiej tempemurze. Postępowanie takie może jednak spowodować wiele problm^^w związanych z pękaniem lub uszkadzaniem włókien wzmaaniajęcych przez przyłożone siły zewnętrzne, ogranlczonę możżiwością tworzenia ' skomplikowanych kształtów /zwłaszcza w przypadku Jednoosiowego prasowania na goręco/ oraz z dużymi kosztami spowodowanymi przez małę wydajność produkcyjnę 1 z wymaganymi niekiedy pracochłonnymi operacjami wykończającymi.

Dodatkowe trudności mogę również powstawać w etapie kształtowania bryły, jeżeli pożędane jest szczególne rozłożenie drugiej fazy kompozytu w osnowie. Przykaadwo przy wytwarzaniu włóknistego kompozytu ceramicznego procesy płynięcia proszku 1 włókien podczas kształtowanie bryły mogę powodować niejednorodności 1 illpożądait orientację włókien wzmagajęcych, skutkiem czego jest obniżenie osiąganych parametrów.

Stosowane sę również inne sposoby wytwarzanla kompozytów z osnowę ceramicznę. Przykładowo tworzenie osnowy przez reakcję mae^riał(5w w postaci gazowej w celu utworzenia żędanego maaeriału ceramicznego /proces określony Jako naparowywanie ^βιηΗζηβ/ stosuje się w przypadku kompozytów z osnowę z węglika krzemu, wzmocnionych włóknem z węglika krzemu. Sposób ten znajduje jedynie ograniczono zastosowanie, częściowo dlatego, że osadzanie osnowy ma tendencję do następowania równocześnie na wszystkich powierzchniach drugiej fazy kompozytu, tak że wzrost osnowy zachodzi aź do przecięcia powierzchni wzrostu, na skutek czego prawie nie można unlknęć powstania porowatośći wawnętoz bryły.

Ponadto szybkość tworzenia osnowy jest tak mała, że wytwarzanie kompozytów jest nieopłacalnie drogie dla . wszystkich zastosowań.

Inny znany sposób polega na przenikaniu częstek kompozytu lub włókien z płynącym iaterlalei organicznym zawierajccym niezbędne elementy dla tworzenia żądanej osnowy ceramicznej. Tworzenie osnowy ceramicznej odbywa się poprzez reakcję chemiczną na skutek ogrzania tego mae^rrLał^u do podwyższonej temperatury. Jednak 1 w tym przypadku osiąga się tylko ograniczony efekt, tym razem na skutek tego,,że powstawanie dużych Ilości maaerlałów lotnych /ntozbędrn składniki pierwotnej płynnej mieszaniny in f ilt aacyjnej/ podczas ogrzewania pozostawienie porowatego i/uub popękanego korpusu ceramicznego.

W opisie patenoowym USA nr 3437468 opisano pewne kompozyty wytworzone przez reakcję z roztopooriym aluminium. Osnowa utworzona z tych materiatów zawiera jednak dużą Ilość glinaanu magnezowego, który Jest matθrialθi o mniej pożądanych właściwościach /na przykład mała twardość/ niż pewne inne maaeriały ceramiczne, takie jak tlenek glnnowy. Ponadto sposób ten wymaga, by matowały ceramiczne były w^^warzane w większości przez reakcję aluminium z tlenkom magnezu 1 dwutlenkiem krzemu /w postaci wolnej lub związanej, który zmniejsza elastyczność tego procesu i wymaga, by duże Ilości krzemu /oprócz glinaanu magnezowego/ były zawarte w osnowie finannego wyrobu ceramicznego.

Znany jest również sposób wytwarzania bryły ceramicznej przez utlenianie metalu maacerzystego /według definicji poniźθl/ w celu utworzenia produktu reakcji utleniania. Metal maacerzysty ogrzewa się do temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utlenianie, w celu utworzenia bryły roztopionego matolu maacerzystego, który reaguje z gazowym utleniaczem, aby powwtoł produkt reakcji utleniania. Produkt reakcji utleniania lub przynajmniej jego część, która jest w bezpośrednim kontakcie z metalem i rozciąga się pomiędzy bryłą rzztopZonegz metalu maacerzystego a utleniaczem, jest utrzimyoana w podwyższonej temperaturze, a roztopiony meto! jest przeciągany przez polikrystaliczny produkt reakcji utleniania i w kierunku do utleniacza, a transportowany roztopiony meto! tworzy produkt reakcji utleniania w miejscu bezpośredniego kontaktu z utlenaaczem. W trakcie trwania tego procesu dodatkowy meto! jest transportowany poprzez polikrystamczny produkt reakcji utleniania.

152 839 przez co struktura ceramiczna nieprzerwanie przerasta połączone ze sobę ziarna krystaliczne· Uzyskiwana bryła ceramiczna zawiera wtrącenia nieutlenoonych składników metalu maaierzystego przeciągniętego przez mtt^el.ał polikrystaliczny i zakrzepłego w nim, Jako bryłę ceramiczną ochłodzoną po zakończeniu procesu przerastania. Stwierdzono, że tak w^^w^rzone mmaeriały ceramiczne powstają w wyniku reakcj utleniania pomiędzy maaierzystym meralem a gazowym utlenaaczem, to znaczy miteΓialei odparowanym lub mającym norm^nie postać gazową, który tworzy atmosferę utleniającą. W przypadku, gdy produkt reakcj utleniania stanowi tlenek, odpowwednimi' utlenaaczami sę tlen lub gazowe mieszaniny zawierające tlen /ęącznie z powietrzlm/, przy czym z^kle preferowane jest powwetrze ze wzglądów ekonomicznych. Oako utlenianie rozumie sią utlenianie w szerokim sensie tego słowa znaczeniu. Chodzi o taki mmteliał, który powoduje utratą lub emitowanie elektronów przez do utleniacza i który może być w posraci jednego lub kilku pierwiastków /lub związków/. Zgodnie z powyższym jako utleniacz mogą służyć pierwiastki inne niż tlen. W pewnych przypadkach mm^l maacerzysty może wymagać obecności jednej lub kilku domieszek korzystnie wpływa jących lub ułatwiających przerastanie bryły ceramicznej a takie są stosowane jako składniki stopowe mmralu magiθrzystego. Przykładowo, gdy mmtalam maaierzyystym jest aluminium, a utlenacczem jest powiθlrze, domieszki takie jak magnez 1 krzem, żeby wymlenić tylko dwa z bogajlj grupy maaeriałów domieszkujących, były stosowane w stopie z aluminium będącym mmtalam mma^erzystym.

Znane są również inne sposoby stanowiące dalsze rozwinięcie wyżej opisanych sposobów, oparte na odkryciu, że odpowiednie warunki wzrostu Jak opisano poi^y±ej dla. meta^ macierzystych wymmggjących domieszek mogą być wywołane przez zewnętrzne nałożenie warstwy jednego lub kilku magθrigłów domieszkujących na powiθrzchnit lub powiθΓZihnle meralu macierzystego, przez co unika sią konieczności wytwarzania stopu mmralu mmgierzystegr z maelΓlagaml domieszkującymi, na przykład melalaml takimi jak magnez, cynk 1 krzem, w przypadku gdy metalem magllrzy^tym jest aluminium, a utlθngcceem jest powielrze.

Zewn^rzne nakładanie warstwy mmaeriału domieszkującego umooliwia lokalne pobudzanie transportu meralu poprzez produkt reakcj utleniania 1 daje w wyniku przerastanie majeliału ceramicznego z powierzchni maralu maaiθΓzystegr lub jej części, które są selektywnie domieszkowane. Odkrycie to ma wiele zalet. Jedną z zalet jest to, że przerastanie materiału ceramicznego można uzyskać w jednym lub w kilku wybranych obszarach powierzchni meralu maacerzystego, a nie na całej powwerzchnJL, dzięki czemu proces ten można bardziej skutecznie stosować, na przykład dla tworzenia płytek ceramicznych przez domieszkowanie tylko jednej pn^w^a rzchni lub tylko części powwe rzchn i płytki mieslu maaiβΓzystlgr. Sposób ten mm również zaletę polegającą na tym, że można spowodować lub wspomagać wzrost produktu reakcj utlenlania w maralach maacerzystych bez koniecznośći stopowego wprowadzania imjeriału domieszkującego w «θΙθΙ maacerzysty. Dzięki temu proces taki bardziej się nadaje na przykład do zastosowania w przypadku mmeta! lub stopów dostępnych w handlu, które w prze^wnym przypadku nie zawierałyby odpcoHednich komppoycci lub nie byłyby rdpowiθdnlr domieszkowane.

Wylenione powyżej sposoby opisują wytwarzanie produktów reakcj utleniania hodowanych do żądanej grubości, co dotychczas było uważane za trudne, jeżeli nie niemożliwe do osiągnięcla przy konwe^cmalnych technikach ceramicznych. Meral podłoża po prdwwCżzeniu temperatury do pewnego zakresu powyżej temperatury topnienia tego meralu oraz w obecności domieszek /jeżeli trzeba/ jest transportowany poprzez swój własny, nieprzepuszczalny w innych warunkach produkt reakcj utleniania, przez co dla środowiska utlenla^cego odsłania sią świeży mmral, dzięki czemu uzyskuje się dalszy produkt reakcj utleniania. Wynikiem tego zjawiska jest stopniowy wzrost gęstego, spójnego maaeriału ceramicznego, zawieraj ącego ewentualnie pewne resztki nieu^an^nego ma^rl-ału migieΓzyselgr rozmieszczone w swej strukturze.

Sposób wytwarzania samonośnej ceramicznej struktury komppoytrwej zawierającej osnową ceramiczną utworzoną przez utlenienie meralu maacerzystego, na przykład stopu aluminium, według wynalazku prowadzący do utworzenia maaeriału polikrystałiynnegr złożonego zasadni4

152 839 czo z produktu reakcji utleniania /na przykład tlenek tlinowy alfa/ metalu macierzystego z gazowym utlenaccemm /na przykład tlenem/ i ewθeiuaCnlt z Jednego lub kilku nieutlenionych składników mealu meaierzystego oraz w^f^^^niacz osadzony w osnowie, oparty Jest zasadniczo na odkryciu, że wzrost mat^rrlału polikrystalcznnego wynikający z utleniania może być klerOwany ku przepuszczalnej mysie maaeriału l^ppeniacza, zwanego tu również po prostu wypełniaczem, który umieszczony Jest przy yyealu maacerzystym. Wypalacz ten jest pochłaniany i obejmowany przez powstający matelał polikrystaliczny, przez co powstaje kompozytowa struktura ceramiczna. W ndpowSβdπich warunkach procesu roztopiony mmeal maacerzysty utlenia się na zewnntrz od swej p^t^w^rzchn^ początkowej /to znaczy powierzchni odsłoniętej dla utleniacza/ w kierunku do utleniacza 1 wypełniacza przez migrację poprzez nieprzepuszczalne w innych warunkach etrukturę,będącą produktem reakcji utleniania wrasta w przepuszczalne masę ^^i^^^^^aoza, który mogę stanowić różne materiały ogniotrwałe 1/lub nieogniotrwałe, ziarniste, włókniste 1 inne. Uzyskuje się w wyniku nowe struktury kompozytowe z osnowę ceramiczne zawierającą gęste osnowę z ceramicznego maceticłu polikryβeclCcinego obejmującego maceelcły wypβenicczc.

Marna maceticłu lub sCs^cIów wypełniacza umieszczona Jest przy meeslu maderzystym na przewidywanej drodze wzrostu produktu reakcj utleniania yyealu mmcCeΓzysetgn. Materlał wypełniacza może stanowić luźny lub spojony zestaw e^^a^óiw, który ma szczeHny, otwory, przestrzenie pośrednie ltp., tak aby był przepuszczalny dla utleniaczy 1 dla wzrostu produktu reakcj utleniania. Ponadto matelał wypełniacza może być jednorodny lub niejednorodny. Osnowa macetiału polikrystαlicinego p<n*stajęcc przez wzrost produktu reakcji utleniania narasta po prostu wokół maceticłu ^^y^peł^lLacza, tak aby objęć go zasadniczo bez uszkodzeń lub przemieszczeń.

W procesie wzrostu osnowy ceramicznej jest nagrzewany do temperatury powyżej swej temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, przez co powstaje bryła roztopionego yeealu maacerzystego, która reagujęc z utlenaaczem, tworzy produkt reakcj utleniania. W wyżej wymienionej temperaturze bryła roztopionego yyealu jest w styku przynajmniej z tę częścię produktu reakcji utleniania, która rozciąga się pomiędzy bryłę roztopionego meealu a utlenaaczem. Roztopiony metal jest przeciągany przez produkt reakcjl utlen lania w kierunku do utleniacza i w kierunku do usytuowanego w sąsiedztwie yyaeriału wypptniacza, co powoduje utrzymanie procesu powstawania produktu reskeci utleniania na ^^«^w^^zchn^ międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a uprzednio utworzonym produktem rtakcjl utleniania. Reakcja ta trwa przez czas potrzebny dla wprowadzenia przynajmniej do części miCetlału wypeeniacza, produktu rea^ci utleniania poprzez wzrost tego produktu, który ewθriualiie ma wewsnjrz wtrącenia nieocenionych składników yyealu ιniciθΓzystego, tak aby eθ^wstała struktura komypoytowa.

Wyroby uzyskane sposobem według wynalazku zwykle są obrabiane skrawaniem, polerowaniem, szlfnswantii itd., w celu zastosowania jako wyroby przemysłowe, Jak strukturalne i techniczne kształtki ceramiczne dla różnych zastosowań, w których istotne są określone właściwości elektryczne, cieplne, strukturalne, właściwośći zużywania się ltp.

W rozumieniu wynalazku określenie produkt reakcjl utleniania oznacza jeden lub kilka myeali w stanie utlenoonym, gdzie mmeale oddały twθeiuuCnlt częściowo swe elektrony innym pierwiastkom, związkom lub ich mieszaninom. Taka definicja produktu rtakcji ^^Ι^Ιιnia obejmuje więc produkty reakcjl jednego lub kilku meeta! z utlenaaceθm takim jak tlen, azot, halogen, siarka, fosfor, arsen, węgiel, bor, selen,tellur i ich związki i mieszaniny, na przykład mmem, etan, propan, acetylen, etylen, propylen i mieszaniny takie Jak eowSBerzt, ^/^O i CO/CO2, przy czym ostatnie dwie ies^an^iny /to znaczy ^/H^O i CO/CO2/ są użyteczne przy zyyiθJszanlu aktywności tlenu z otoczenia.

W zrozumieniu wynalazku określenia utleniacz, utleniacz gazowy ltp., które definiują utleniacz jako zawierający gaz lub parę, oznaczają utleniacz,w którym gaz lub para jest jedynym lub przeważającym albo przynajmniej istonnym utlenaaczem yyealu macierzysttgo w warunkach otrzymywanych w zastosowanym środowisku utleniajccym. Przykładowo, chociaż głównym składniCem powwetrza jest azot, tlen zawarty w p^wa^zu jest Jedynym lub prze5

152 639 ważającym utleniaczem dla metalu macierzystego, ponieważ tlen jest znacznie silniejszym utleniaczem niż azot. Podetrze jest zatem obejmowane przez definicję utleniacza: gaz zawierający tlen, ale nie Jest obejmowane przez definicję utleniacza: gaz zcwlθrcjęay azot w zrozumieniu niniejszego opisu 1 zastrzeżeń patentowych. Przykład ^ΙμΙ^^:

gaz zcwieΓajęcy azot w zrozumieniu wynalazku Jest to gaz tworzęcy, który typowo zawiera około 96% objętoścoowych azotu i około 4% objętooścoowych wodoru.

Ok roś lenie micaercysty w zrozumieniu wynalazku dotyczy mmtalu, na przykład aluminium, który jest prekursorem polikrystclacnnβgo produktu resk^i utleniania 1 obejmy ten metal lub stosunkowo czysty metal, handlowo dostępny mmial zcwizrcjęay zanizazyszccenla i/lub składniki stopowe oraz stop, w którym ten mmial jzst głównym składnikiem, a kiedy dany metal jest wymieniany Jako mmial mac^r^^^^ty, na przykład aluminium. Chociaż wynalazek opisano tu ze szczególnym podkreśleniem zastosowania w przypadku aluminium jako mmialu imcaerzystzgc, nadaję się tu również innz metale spełniające kryteria wynalazku, takie Jak kr^t^m, tytan, cyna i cyrkon.

Określenie ceramiczne w zrozumieniu ^nalazku nżz ogranicza się do bryły ceramicznej w sensie klasycznym, to cncacy w tym sensie, ±s składa się on całkowicie z μι^γ1.ιłów niemetalicznych i nieorganicznych, ale rcaczj dotyczy bryły, która jzst prczweżaeeac ceramiczna, jeśli chodzi o skład lub dosinujęcz właściwości, chociaż bryła taka może zawierać ^^^ι ilości jednego lub kilku metaH z misiu imcaeΓcy8tzgc, najczęściej w zakresie i—objętościowo, ale możz zawierać jeszcze więcej mmialu·

Wyznlazek jzst bliżej przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1A przedstawia schzϋγοζηΐζ wlewek mmialu maaaeΓcystθgc otoczony częs^owym wypełniaczem 1 umieszczony w naczyniu ogniotrwałym w przekroju pionowym, fdLg. iB — część zzet^wu z fig. 1A po przeniknięciu części wypełniacza przez produkt reakcji utleniania mmialu miaaerzy8tzgc, fig. 2A-2D — wykresy względnego wzrostu ciężaru wlewka 1 względnego wzrostu ciężaru Jednostkowego /jak wyjaśniono poniżej dla zestawu: domieszkowany aluminiowy metal maaaerzyβty/yatzrlał wypełniacza obrobionego według wynnlazku, fig. 3A—3D — wykresy przedstawiaję» względny wzrost ciężaru różnych stopów aluminuum obrabianych według ^zalazku w celu objęcia produktem rzak^! utleniania częstkowzgo wypełniacza o miiθj czystości, fig. 4A-4D — wykresy pokazujęce względny przyrost ciężaru wlewa i względny jednostkowy przyrost ciężaru aluminiowego metalu mmaaθΓzyjtzgc obrobionego według wynaiacku, w celu objęcia przez produkt red^cci utleniania wypełniacza z glinaanu magnezowego o ciarncah przechodzęcych przez sito o numerze 325, f±g. 5A-5D — wykresy przedstawiaję^ względny przyrost ciężaru wlewka 1 względny jednostkowy przyrost ciężaru dla aluminiowego metalu maaaθΓzystego obrobionego sposobem według wynalazku w celu objęcia produktem rzal^cci utleniania tego metalu oyppłniaazc z SiC o czystości 98% 1 o ziarnie przechodzącym przez sito nr 9D, fig. 5E — mikrofotografię w powiększeniu 4DD x struktury kompozytu ceramicznego wytworzonego sposobem według przykładu V, fig. 5F — rentgenowski rozkład dyfrakcyjny sproszkowanej próbki kompozytu czrcmlccizgo wytworzonego według przykładu V, fig. 6A—6D — wykresy pokazujęcz względny przyrost ciężaru wlewka 1 względny przyrost ciężaru Jednostkowego alumiiCowzgo mt^^u mmacerzystego obrobionego sposobem według wynalazku w czlu objęcia przez produkt reskeci utleniania tego mmialu wypełniacza SiC o czystości 99% 1 o ziarnie przechodzącym przez sito nr 9D, fig. 7A-7B — mikrofotografie w pcwOeksceiicch 4x 1 2DDx ' kompozytu czΓaiiacnzgc wytworzonego sposobem według wynalazku, zawierającego drut i czę— stki tlenku gl^owego Jako wypełniacz objęty ceramikę z tlenku glinowego, fig. 8 — mikrofotografię w powwększeniu 4DDx przekroju kompozytu ceramicznego wytworzonego sposobem według w^nalazku, zawieraj ącego warstwy wypełniacza z włókien z tlenku genowego, a fig.

przedstawia mikrofotografię w powiększeniu 1DDDx kom^c^^^tu ceramicznego zawieraj ącego osnowę z tlenku gl^owego alfa obejmujęcę częstki węglika krzemu i włókna azΓcmiazne z węglika krzemu przygotowane według przykładu XX.

Według wynalazku metal maaaerzysty, na przykład zawiercjęcz aluminium, krzem, cyrkon, cynę lub tytan oraz przepuszczalnę masę MC^Γ^cłu wypełniającego umizjcccc się przy sobie i orientuje względem siebie tak, aby produkt rzak^! utleniania narastał w kierunku

152 839 do materiału wypełniającego i tak aby produkt reakcji utleniania w marę wzrostu przenikał w maaeriał wyppłniający lub jego część i obejmował go. Takie umieszczanie i orientowanie metalu mmaCerzystego 1 i^ppeniacza względem siebie można zrealZoować po prostu przez umieszczenie bryły mmealu mmaierzystego w złożu cząstkowego wypełniacza Jak pokazano na f ig. 1A, lub przez umieszczenie jednej lub większej liczby brył mmealu maaierzyetego na lub przy złożu wypeeniacza. Wyppłniaczem może być na przykład sieć z prętów wzmmcciających, drążków, drutów, płytek, wydrążonych bryłek, złoże kulek /litych lub wydrążonych pęcherzyków/, proszku lub innych mmaeriałów cząstkowych, agregatów, tkaniny z włókien ogniotrwałych, tkaniny drucianej, wełny stalowej, włókien, rurek, kanalików, granulek, włókien krystalccnnych itp. albo ich kornminację. Zestaw taki jest w każdym przypadku umieszczony tak, że kierunek wzrostu produktu rea^ci utleniania jest do mC^Γ^cłu wyppłniacza, a produkt reakeci utleniania będzie przenikał lub pochłaniał przynajmniej część wypełniacza, tak że pusta przestrzeń pomiędzy cząstkami wypβłniayzc zostanie wypełniona przez rosnącą osnowę z produktu rtckcjl utleniania.

Kiedy jeden lub kilka mmaeriałów domieszkujących /opiβcie poniźβł/ jest potrzebnych lub pożądanych dla wsρommcacic lub ułatwiania wzrostu produktu resk^i utleniania, domieszkę można używać na i/lub w meealu mmacerzystym, a alternatywnie lub dodatkcwo domieszkę można stosować na lub przez mmatelał wypsentający.

Chociaż przedmiotowy wynalazek Jest poniżej opisany ze szczególnym u^^z^g-ędnieni^^m aluminium 1 specjalnych zastosowań aluminium jako mmealu ^^aci^^zystego, Jest to tylko przykład, a należy rozumieć, że inne mm^le takie jak krzem, tytan, cyna, cyrkon itd. można również stosować, byle tylko spełniały kryteria wynalazku, łoβtiualnie po domieszkowaniu.

W przypadku stosowania aluminuum lub Jego stopów Jako mełaiu maacerzyetego 1 gazu zawierającego tlen jako utleniacza w procesie według przedmiotowego wynalazku, odpowwednie ilości domieszek wprowadza się do stopu lub nakłada się na mmeal co opisano bardziej szczegółowo ponn^©j. Meeal maacerzyety umieszcza się następnie w tyglu lub innym naczyniu ogniotrwałym, przy czym powOθΓzchnia mmealu jest odsłonięta do lub otoczona przez masę przepuszczalnego ^^p^^^niacza w tym naczyniu w obecności atmosfery utleniającej /zwykle podetrze pod ciśnienemm atmosferycznym/.

Tak uzyskany zestaw ogrzewa się następnie w piecu, aby podnieść jego temppeaturę do zakresu 850-1450°C lub korzystniej 9OO-135O°C, zależnie od wypptniayza, dommeszkl lub stężenia dorniesskl, po czym rozpoczyna się transport meealu mmacerzystego poprzez powłokę teenkcwą iormCn^e chroniącą aluminiowy mmeal mmacerzysty.

Stałe wystawienie mmealu mmajerzystłgo na działanie utleniacza w wysokkej temperaturze ummoż^wia ciągłe utlenianie mmealu mmayerzystego, aby powotała warstwa polikrystalccznego produktu r^keci o wzrastającej grubości. Ten narastający produkt reakcj utleniacza stopniowo przesyca przepuszczalny wypełniacz spojoną osnową z produktu reakeci utleniania, która może również zawierać nieutlenione składniki meealu mmayerzystłgo, przez co powotajł spójny komp^^z^i. Wzzastająca osnowa polikrystciyczna impregnuje lub przenika wypełniacz ze stosunkowo stałą prędkością /to znaczy z zasadniczo stałą prędkością wzrostu grubości w czasie/, jeżeli w piecu zapewniona Jest wystarczająca wymiana powOetrza /ϋ atmosfery utlenlającoe/, by utrzymać w nim stosunkowo stałe źródło utleniacza. Wymiana atmosfery utleniającej, w tym przypadku powwetrza, może korzystnie odbywać się poprzez otwory w piecu. Wzrost osnowy trwa, aż nastąpi jeden z następujących przypadków, a mianowOcił nastąpi zużycie zasadniczo całego mmealu mmacerzystego, atm^^^era utleniaj ąca zostanie zastąpiona atmosferą nie^leniaj ęcą, zostanie zubożona w utleniacz lub usunięta oraz gdy temperatura zme^^ się zasadniczo poza zakres temperatury reakc^, na przykład poniżej temppΓatiry topnienia mmealu mmacerzystego. Zwykle temperaturę zmnnejsza się przez obniżenie tłm^e^^<^tiry pieca, a następnie m^telał usuwa się z pieca.

Przykłady wypeenlaczy nadających się do zastosowania według wynalazku, zależnie od meeaiu mmcyłrzystθgz i wybranego systemu utleniania, obejmują tlenek glinowy, węglik krzemu, teenoazotek krzłmowooglinooy, tlenek cyrkonu, borek cyrkonu, azotek tytanu, tytanian

152 839 baru, azotek boru, azotek krzemu, stopy żelaza, na przykład stop żelaza-chromu-aluminium, węgiel, aluminuum i ich mieszaniny. Dednakże według wynalazku mo^na zastosować dowolny odpowiedni wyppłniacz, przy czym można określić trzy oddzielne klasy użytecznych wypełniaczy.

Pierwsza klasa wypetoiaczy obejmuje te chemikklia, które w warunkach· wysookej temperatury i utleniajccego środowiska procesu nie sę lotne, sę stabilne termrdynamicznie i · nie reaguję ani nie rozpuszczają się nadmiθrnie w roztoptonym meealu meccerzystym.

Grupa takich mK^r*iał<^w zawiera tlenek glinu, ceru,CeO₂; hafnu, HFO₂; lantsrnu, ^³2θ3 ' neodymu, Ν22Ο3; Prazeodymu, różne tlenki; samaru, Sr^O^ skandu, ; toru,

Th02; uranu, UO2; itru, Y2O3 oraz cyrkonu, ZrO2. Ponadto do tej klasy stabilnych związków ogniotrwałych należy duża liczba związków mealicznych drugiego, trzeciego i wyższych rzędów, takich jak spinel z gUna^em .M^AlgO^.

Druga klasa odpowwednich wypełniaczy to te, które nie sę slmmrstnił stabilne w otoczeniu utleniajccym i w wysookej temperaturze procesu, ale które ze względu na stosunkowo powolnę kinetykę reakcji dsgradaaJi mogę być zawarte Jako faza lypθłliaiza w rosnącej bryle ceramiczne. Przykładem, w przypadku osnowy ceramicznej z tlenku ilnnowłgr, jest węglik krzemu. Matoriał ten utleniałby się całkowicie w warunkach potrzebnych dla utleniania aluminium ternem lub powietrzem według wynalazku, gdyby nie ochronna warstwa tlenku krzemu pokrywająca cząstki węggika krzemu, ograniczająca dalsze utlenianie ^^^g-i-ka krzemu.

Trzecia klasa odpowiednich wypełniaczy to te, od których ze względów eemodynamicznych lub kinetycznych nie oczekuje się przetrwania działania środowiska utleniaąccego lub Wstawienia na działanie roztopionego meealu, co jest niezbędne dla wynalazku. Wyppeniacze takie mogą być kommplypilnł z procesem według wynalazku, jażeli po piewsze środowisko utleniające jest ^^n^j aktywne 1 po drugie nakłada się na nie pokrycie, które czyni te ιιιθ^ιΙρ nlereagujęcymi kinetycznie w środowisku utleniajccyy. Przykaadem takiej klasy wyppeniaczy są włókna węglowe stosowane w połączeniu z roztop^nym αiuyinrwpym met^eem yyaiθrzystym. Deźżęi aluminium ma być utleniane za pomocą ponętna lub tlenu na przykład w temperaturze 125O°C, w celu utworzenia osnowy zawierającej włókna, wówczas Włókna węglowe będę miały tendencję do reagowania zarówno z aluminium /by tworzyć węglik aluminium/ jak 1 ze środowiskiem utlθnlajcpym /by tworzyć Co lub C0₂/. Tym niepożądanym reakcjom można przeciwdziałać przez pokrywanie włókien węglowych /^na przykład tlenkemm genowym/, by zapobiec reakcj z motałem maaierzystym 1/lub utlenlaczey oraz przez ηηtudne zastosowanie atmosfery CO/CO₂ jako utleniacza, który działa utleniająco dla aluminium, ale nie dla włókien węglowych.

Dla wyjaśnienia procesu utleniania, ale bez zamiarów ograniczania przez to, roztopiony meal Jest transportowany wzdłuż kanałów przy pewnych wysoce energetycznych przecięciach ziaren fazy produktu reakcjl utleniania. Dest zrozuma^, że każdy ιιιθ^ιΙ polikrystaliczny ma pewien zakres energii na granicach ziaren /wolna energia erwierzihniowa/, zależnie od stopnia defektów sieci krystalicznej na powiθΓzchni yljdzyflzrwθj pomiędzy dwoma sąsiednimi kryształami lub ziarnami tego samego me^ełu. Na ogół granice ziaren o małym przemieszczeniu kątowym nją mełe energie erwiθrzchllrle, natomiast granice pod dużym kątom duże energia powiłrzchlirwł, chociaż zależność ea może nie być prostą funkcją mooltooncznił rosnącą z kątom ze względu na przypadkowe występowanie bardziej korzystnych ustawień atomowych pod kątami pośrednimi. Podobnie linie, wzdłuż których trzy ziarna przecinają się, mają również typowo wysoką energię w mikrostrukturze eolikrysdlczne j.

Dak wyjaśniono dalej w wylenionych powyżej zgłoszeniach patentowych, jednakże bez zamiaru ograniczania, mmeal maaierzysty 1 utleniacz tworzę korzystny polikrystaliczny produkt reakcj utleniania o takiej zależności wolnej energii powierzihniowea roztopionego mealu myαierzystogo, że w pewiej części zakresu gdzie meal ymlierzysty Jest roztopiony, przynajmniej niektóre przecięcia ziaren /to znaczy granice ziaren lub przecięcia trzech ziaren/ eolikrystalCcnnθgr produktu reakcj utleniania są zastąpione płaskimi

152 839 lub liniowymi kanałami roztopionego Przykładowo rozważając granicę ziaren posiadającą wolną energię powierzchniowy większy niż altennayyna konfiguracja dwóch zasadniczo geommtrycznit równoważnych granic międzyfazowych kryształ/lozlopiony metal, można zauważyć, żt taka granica ziaren o dużej energii albo nie będzie tworzyć się, albo będzie samoozutnie zanikać na korzyść płaskiego kanału roztopionego meealu ograniczonego przez dwie powierzchnie międzyfazowe kryształ/meeal. Kiedy roztopiony meeal jest utrzymywany w środowisku utleniajcyy^ i w skutecznej części zakresu temperatury, wówczas roztopiony mseal jest przeciągany lub transpor^Ma^ wzdłuż takich kanałów w kierunku do utleniacza. Zjawisko to występuje wtedy, gdy 1/ ciekły meeal zwilża krystaliczny ^faz^{ę p}roduktu reakcji utleniania /to znacz^y t gL^ ^{T g}dzie ί gL oznacza woln^y energi^{ę p}owierzc^hliow^ą powierzani mi^ędzyfazowej ^kr^yszta^ł/lozlopiony metal, zaś V _gg oznacza wolny energię powierzchniowy powierzchni międzyfazowej kryeztał/para, oraz 2/ ener^gia nie^órych granic ziaren, ^Z θ, jest wi^ększa niż podwodna ener^gia mlędzyfazowa ^yszta^ooztopiony meeNl, to znacry ^{V 2} gdzie Τ ΒΜΑΧ oznacza aksymalny energię granic ziaren materiału polikrystalicznego. Kanały roztopionego metalu o charakterze lnnowwm mogy powstawać w podobny sposób. Jeżeli zastypi niektóre lub wszystkie przecięcia trzech ziaren w matetiale.

Ponieważ kanały sy przynajmniej części^o pożyczone ze soby /to znaczy granice ziaren yatβritłu polikryst aMornego sy pożyczone/, roztopiony meal jest transport cwany poprzez polikrystaliczny produkt reakcj utleniania do swej powwerzchni do styku z at(oofery utleniający, gdzie meeal podlega utlenianiu plwoduaąieiu clygły wzrost produktu reakcji utleniania. Ponadto, ponieważ wędrówka roztopionego m^alu wzdłuż kanałów Jest znacznie szybszym sposobem transportu niż mmchanizm przewodnictwa alllwtgl przy normalnym zjawisku utleniania, prędkość ^^rostu prodktu reakcj utleniania w takim procesie utleniania jest znacznie większa niż zwykle obserwowana przy innych zjawiskach utleniania.

Podczas, gdy produkt reakcji utleniania według wynalazku jest penetrowany przez metal wzdłuż przecięć ziaren o wysokiej energii, sama faza poliryst sicdnego produktu reakcji jest złączona w jednym lub kilku wymmarach, korzystnie w trzech wydarach, wzdłuż stosunkowo dł:u^gic^h granic ziare^ ^kt^óre nie sρβłniaj^ą warun^ku 2 ^V _gL·

Produkt według wynalazku wykazuje wiele pożądanąch właściwości klasycznych mateΓitłów ceramicznych /to znaczy twardość, ogni-o^rwałość, odporność na ścieranie itd/, równocześnie przejawiając dodatkowe zalety wynikaaące z obecności rozproszonej fazy yetalidnej /znacznie lepsza spójność i wytrzymałość na pękanne/.

W innym aspekcie wynalazku opracowano eamonlśly kompozyt ceramiczny zawierający ceramiczny osnowę i wypełniacz zawarty w tej osnowie. Osnowa, który można uzyskać przez utlenienie roztopionego meealu yaαierząstegl utlen^em gazowym w celu utworzenia polikyystalizneego produktu reakcji utleniania, charakteryzuje się tym, że zawiera zasadniczo Jednofazowy, polikrystalcczny produkt reakcji utleniania i rozproszony meeal i/uub puste przestrzenie, a defekty siatki krystalicznej na granicach ziaren kryształów produktu reakcji utleniania sy mnnejsze niż defekty siatki krystalicznej pomiędzy tymi sysiadującymi kryształami produktu reakcji utleniania, które majy płaskie kanały metalu lub płaskie puste przestrzenie pomiędzy tymi sysiednimi kryształami. W pewnych rozwiązaniach zasadniczo wszystkie granice ziaren w produkcie reakcji utleniania majy przemieszczenie kytowe pomiędzy sysiednimi siatkami krystaliclnymi mnlejsze niż około 5°C.

Pewne mees^ maacerzyste przy specyficznych warunkach temperaturowych i wobec atmosfery utleniającej spełniaaą warunki potrzebne dla zjawiska utleniania według wynalazku bez żadnych specjalnych dodatków lub moyyikaac i. Oak jednak opisano w wymmenionych poprzednio zgłoszeniach patentowych domieszki stosowane w pożyczeniu z metalem macierzystym mogy korzystnie wpływać lub wspomagać proces reakcji utleniania. Bez zamiaru ograniczania przez Jakyś konkretny teorię lub wyjaśnienie funkii domieszek, wydaje się, że niektóre z nich sy użyteczne w tych przypadkach, gdzie ldnowOednie zależności energii powierzchniowej pomiędzy metalem macierzystym a jego produktem reakcji

152 839 utlenianie nie istnieją samorzutnie. Pewne domieszki lub kombinacje domieszek, które zmniejszają energię międzyfazową ciało stałe-ciecz, będę zatem miały tendencję do wspomagania lub przyspieszania rozwoju struktury polikzystalicznej powstajęcej na skutek utleniania mtalu do struktury zawierajęcej kanały dla transportu roztopionego metalu, czego wymaga sposób według wynalazku. Inna funkcja mmteriałów domieszkujących może polegać na inijowaniu zjawiska wzrostu ceramicznego albo przez działanie w charakterze czynnika zarodkowego dla tworzenia stabilnych krysztaóów produktu utleniania, albo przez przerywanie początkowej biernej warstwy produktu utleniania w pewien sposób. Ta ostatnia grupa domieszek może nie być konieczna dla powssania zjawiska wzrostu ceramicznogo według wynalazku, ale domieszki takie mogę być ważne dla umnnejsuenic okresu inkubacji dla inijowania takiego wzrostu w granicach praktycznych dla pewnych systemów metalu maalerzystego. .

Funkcja lub funkcje maaeriału domieszkującego mogę zależeć od pewnej liczby czynnilów poza samym mateΓiałθm domieszkującym. Czynniki te obejmują na przykład określony macierzysty, żądany produkt końcowy, określoną kobrninację domieszek, gdy stosuje sią dwie lub więcej domieszek, zastosowanie domieszki doprowadzanej z zewnątrz w połączeniu z domieszką stopową, stężenie domieszki, środowisko utleniające 1 warunki procesu.

Domieszka lub domieszki mogą być ^βο^β jako składniki stopowe metalu iederzystego, po drugie mogą być nakładane na przynajmniej. część powierzchni metalu maacerzystego, i po trzecie mogę być nakładane na lub doprowadzane poprzez wypełniacz lub część złoża wypełniacza, albo też poprzez tych sposobów. Przykładowo domieszkę stopową można stosować w połączeniu z domieszką nakładaną zewnntrznie. W trzecim wariancie, gdy domieszkę lub domieszki podaje się do wypełniacza, podawanie może odbywać się w dowolny odpowiedni sposób, na przykład przez dyspergowanie domieszek w części całej masy wypełniacza w postaci drobnych kropli lub cząstek, korzystnie w części złoża wypełniacza sąsiadującej z metalem maaieruyttym. Dodawanie domieszek do wypełniacza może również odbywać się poprzez nakładanie warstwy jednego lub kilku maaeriałów domieszkujących na i do złoża, z zastosowaniem wewnnęrznych otworów, przecięć, kanałów, przestrzeni pośrednich itp., które czynią to złoże przepuszczalne. Źródło domieszki można również otrzymać przez umieszczenie sztywnej bryły zawierajęcej domieszkę w styku z i pomiędzy przynajmniej częścią powierzchni metalu macierzystego a złożem wypełniacza. Przykładowo, jeżeli potrzebna Jest domieszka krzemowa, wówczas citnk! arkusz szkła zawierającego krzem lub inny maerl-ał można umieścić na powierzchni metalu maacerzystego, na który uprzednio nałożono drugą domieszkę. Kiedy metal maacerzysty pokryty matθrlałem zawie^ą^ym krzem jest topiony w środowisku utlθntajccmm /na przykład w przypadku aluminium w ^powietrzu w temperaturze 850-1450°^ torzystnie ⁹OO-135O^oC/^, nast^ępu^je ^przezcttcnie polik^stal^nnego maaeriału ceramicznego w przepuszczalny wypełniacz. W przypadku, gdy domieszka jest doprowadzana z zewnątrz do przynajmniej części powierzchni metalu maaieΓzystegr, polikrystaHczna struktura tankowa zasadniczo przerasta w przepuszczalny wypełniacz poza warstwą domieszki /to znaczy poza głębokością nałożonej warstwy domieeszi/. W każdym przypadku jedną lub więcej domieszek można nałożyć zewnętrznie na powiβruchnit metalu macieΓuystθgr 1/lub do przepuszczalnego złoża wypełniacza. Ponadto domieszki wprowadzone stopowo w metalmaacerzysty 1/lub nałożone zewnęęrznie na metal ia^erzy^y mogę być wspomagane przez domieszki podawane do złoża wypełniacza. Wszelkie niedobory stężenia domieszek wprowadzonych stopowo w mt^^l maderzysty 1/lub nałożonych uewnętΓZiie na metal maderzysty mogę być wtedy uzupełnione przez dodatkowe stężenie odpowiednich domieszek dodanych do złoża i odwromie.

Użyteczne domieszki dla aluminoowego metalu maaieruystegr, zwłaszcza w przypadku powietrza Jako utleniacza, zawierają na przykład metaliczny magnez i metaliczny cynk, w połączeniu ze sobą lub w połączeniu z innymi domieszkami opisanymi poniżej. Metale te lub odpowiednie źródła tych metali mogę być wprowadzone do stopu w metal maderzysty na bazie aluminuum ze stężeniami dla każdego z nich w zakresie 0,1.-1(% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru domieszkowanego mt^].u. Zakres stężenia dla każdej domieszki

152 839 będzie zależny od takich czynników, jak kombinacja domieszek 1 temperatura procesu. Stężenia w tym zakresie wydają się inicjować wzrost ceramiczny, wspomagać transport metalu i korzystnie wpływać na moofologię wzrostu uzyskiwanego w wyniku produktu reakcji utleniania.

Inne domieszki, które działają skutecznie na wspomaganie wzrostu polikrystalicznego -produktu reakcji utleniania, dla systemów . metalu maacerzystego na bazie aluminium, stanowi na przykład krzem, german, cyna 1 ołów, zwłaszcza w zastosowaniu w połączeniu z magnezem lub cynkiem. Oedna lub kilka spośród tych innych domieszek lub odpowiednich ich źródeł jest wprowadzanych stopowo w meeal maccerzysty na bazie aluminium, ze stężeniami dla każdej z tych domieszek 0,5-15% wagowych w stosunku do ciężaru całego stopu. Lepszę kinetykę i moofologię wzrostu uzyskuje się przy stężeniach domieszek w zakresie 1-10% wagowych w stosunku do całego stopu msealu maacerzystego. Ołów jako domieszka jest zwykle wprowadzany stopniowo w meeal maacerzysty na bazie aluiinuui przy temperaturze przynajmniej 1000°^C, a^by można ^było wykorzystać jego niską rozpuszczalność w aluminium. Dodanie innych składników stopowych, takich jak cyna, zwykle zwiększa rozpuszczalność ołowiu 1 uimźż^wia dodawanie maaeriałtto stopowych przy niższej temperaturze.

Można stosować Jedną lub kilka domieszek zależnie oZ okoliczności, jak wyjaśniono powwżże. Przykładowo w przypadku iieslu me^o^ystego na bazie aluminium i powetrza jako utleniacza, szczególnie użyteczne komlinacje domieszek zawierają magnez 1 krzem albo rnmgnnz, cynk 1 krzem. W przykładach takich korzystne stężenie magnezu jest w zakresie 0,1-3% wagowo,- dla cynku w zakresie 1-6% wagowych, a dla krzemu w zakresie 1-10% wagowych. Dodatkowe przykłady ^^t<^r*i^ał^(5w domieszkujących użytecznych w przypadku m^alu mmcc^^ystego na bazie aluminium zawierają sód, Ut, wapń, bor, fosfor 1 itr, które mogą być stosowane oddzielnie lub w połączeniu z jednym lub z kilkoma innymi domieszkami, zależnie oZ utleniacza 1 warunków procesu. Sód 1 lit mogą być stosowane w bardzo małych ilościach rzędu części na milion, typowo 100-200 części ic milion, a IcżZc z tych domieszek ioźe być stosowana odzłziθlllt lub mogą być stosowane razem, albo też w połączeniu z innymi domieszkami. ziei rzadkich takie jak cer, lantan, p^zecZym, neodym 1 samar są również użytecznymi domieszkami, zwłaszcza, jeśli są stosowane w połączeniu z innymi domieszkami. · □ak zauważono poi^^^ż^e , nie ma konieczności stopowego wprowadzania ι^οτ^^ domieszkującego w Przykładowo selektywne nakładanie jednego lub kilku materiałów domieszkujących cienką warstwą na całą powwerzchnię lub na część powwerzchni we^]Lu lacj6rzysttgo ulooeioiα lokalny wzrost ceramiczny z tej powOeΓichni lub części powOerijhnl iieslu maacerzystego 1 prowadzi do wzrostu polikrystaljzntego 1^6^^ ceramicznego w przepuszczalny wypełniacz w wybranach obszarach. Przerastanie pollkrystcljcznego materlałl ceramicznego w przepuszczalne złoże można zatai kontrolować przez lokalne nałożenie mt^rl.ału domieszkującego na powwerzchnię meealu maacerzystego. Nakładanie potoki lub warstwy domieszki odbywa się cienką warstwą w stosunku do grubości bryły iiealu miαjβΓiyβttgo, a wzrost lub tworzenie się produktu reakeci utleniania do wnętrza przepuszczalnego złoża przebiega zasadniczo poza warstwę domieszki, to znaczy poza głębokość nałożonej warstwy Taka warstwa mC^t^lLcłu domieszkującego ioźe być nakładana przez lllowoaie, zanurzanie, techniką sitodruku, naparowywanie lub inny sposób nakładania mt^ΓJ.ału domieszkującego w postaci cieczy lub pasty, albo przez napylanie katodowe, albo też przez zwykłe osadzanie warstwy cząstek stałych domieszki lub cienkiej warstwy stałej llteticłl domieszkującego na poo^w^^rzchn^ ιι^^ llajθriysttgo. Mae^ri-ał domieszkujący iiże, ale nie muul, zawierać spoiwa organiczne lub nieorganiczne, nośniki, rozpuszcz^nlki 1/lub środki zagęszczające. Korzystne mltetiały domieszkujące są lαllłαZcle w postaci proszków ic powOeΓichnlę iiealu mialerzystego lub rozpraszane w przynajmniej części oypetnicjic. Szczególnie korzystnym sposobem podawania domieszek Zo powOerijhni ieealu laαjeriystegj jest zastosowanie ciekłej zawiesiny domieszek w mieszaninie wody i spoiwa organicznego natryskiwanej na powOerijhnlę ieealu maacerzystego w celu otrzymania przywierającej powwoki, która ułatwia mialpulowanle domieszkowanym imtdei iialerzystyi przed procesem.

152 839

Mteriały domieszkujące w zast osiowaniu zewnętrznym są zwykle nakładane na część powierzchni metalu macierzystego jako jednorodna powłoka na nim. Ilość domieszki jest skuteczna w szerokim zakresie w stosunku do Ilości metalu maacerzystego, na który domieszka ta jest nakładana, a w przypadku aluminium eksperymeetalnie nie udało się określić ani górnej, ani dolnej granicy. Przykładowo przy stosowaniu krzemu w postaci dwutlenku krzemu nakładanego zewnętrznie jako domieszka na metal maaierzysty na bazie aluminium przy użyciu powietrza lub tlenu w charakterze 'utleniacza, ilości rzędu 0,0001 grama krzemu na gram meealu macierzystego wraz z drugą domieszką stanowiącą źródło magnezu 1/lub cynku powodują zjawisko wzrostu polikrystallznnego -ο^γΙο^ ceramicznego. Stwierdzono również, że strukturę ceramiczną można uzyskać z meealu maacerzystego na bazie aluminium przy zastosowaniu powietrza lub tlenu jako utleniacza z użyciem MgO w charakterze domiesz ki, w ilości większej niż 0,0005 grama domieszki na gram meealu maacerzystego przeznaczop nego do utleniania i większej niż 0,005 grama dommeszki na cm powierzchni medalu --cIsrzystego, na którą nakładany Jest MgO. Okazuje się, że do pewnego stopnia zwiększenie Ilości iacβricłów domieszkujących zmn^jsza czas reakcji potrzebny dla utworzenia kompozytu ceramicznego, ale będzie to zależne od takich czynników, jak typ domieszki, metal iiciθrzyβty 1 warunki reakcji.

Inną ważną cechą niniejszego wynalazku jest zdolność do oddziaływania 1 sterowania mikrostruktury oraz właściwości wynikowej osnowy ceramicznej przez modyfikowanie warunków procesu. Przykładowo utrzymywanie warunków procesu, które zmn^jszają energię międzyfazową ciało stałe-ciecz w stosunku do zakresu energii granic ziaren w produkcie reakcji utleniania będą tworzyły strukturę, która zawiera zwiększoną Ilość metalu przy kmntejszdnym stopniu spójności produktu reakcji utleniania, natomiast zmiana względnych energii powierzchniowych w przecwwnym kierunku powoduje spójny produkt reakcji utleniania z mntθjskę zawartością fazy mθtaCiczneJ, to znaczy powstaje rannej kanałów transportu me^l-u. Takie zmiany mogą być powodowane na przykład przez zmianę natury lub stężenia domieszek lub przez zmianę środowiska utleniajccego /eemperatura i atmoosfra/. W konsekwannc! tej cechy procesu właściwości wynikowego maceriałi można dopasowywać w stosunkowo wysokim stopniu od właściwości zblioonych do czystego -θ^γΙο^ ceramicznego do właściwości /takich jak spójność i przewodnictwo elektryczne/, które są pod znacznym wpływem obecności 25 do 30% objętoścoowych lub więcej fazy mealicznej.

Kiedy metalem nacierzystym jest alumitiui domieszkowane woNn^^nie magnezem, a czynni^em ut len aaą cymm jest pownθtrkt lub tlen zaobserwowano, że magnez jest przynajmniej cz^ciowo utlenian^y ze sto^pu ^prz^y temperatura^ 8²0-95⁰°C. W t^ich ^przypc^ykcc^h syttymón domieszkowanych magnezem magnez tworzy tlenek magnezu i/uub spinel aluminiowo -magnezowy na powierzchni roztopionego stopu aluminium, a podczas procesu wzrostu takie związki magnezu pozostają głównie na początkowej powierzchni Cenko-wej stopu macierzystego /to znaczy na pownerzihni inicjacji/ w rosnącej strukturze ceramicznej. Tak więc w takich systemach domieszkowanych magnezem struktura na bazie tlenku glinu powstaje niezależnie od stosunkowo cienkiej warstwy spinelu gl^owo-magnezowego na powierzchni inicjacji. Jeżeli trzeba, tę pownθrzchnię Inicjacji można łatwo usunąć przez szlfoowanie, skrawanie, polerowanie lub śrutowanie.

Niefunkcjonalne składniki stopowe w ^^falu yaaiβrzyttyy, zwłaszcza te, które wykazują mniej ujemną energię swobodną tworzenia swych tlenków, są często nieszkodliwe 1 mają tendencję do skupiania się w postaci fazy resztkowych wtrąceń mealicznych. Przykładowo, w przypadku ^^ealu yacierzyttego na bazie cluyltium niewielkie ilości manganu, żelaza, innych metali są normalnymi zanieczyszczeniem! stopowymi w handlowym aluminium, które są komppcybilnt i nie zakłócają mechanizmu wzrostu struktury csraϋ.iznej w procesie według wynalazku.

Z mikrofotogrrCii przekroju wyrobu z osnową ceramiczną z tlenku glnnowego na fig. 5E widać, że granice mityzyfazone pomiędzy produktem reakcji utlen lania c fazami met^ldLcznymi są zasadniczo łukowe i falują lub tworzą krętą mikrostrukturę poprzez siatkę. Ta mikrostruktura była również obserwowana wtedy, gdy zamiast -oScIu powasawały puste przesilenie. W maer^łach kompozytowych z osnową isrcyiczną według stanu techniki, gdy

152 839 szkielet osnowy Jest pojedyńczę fazę, powierzchnie międzyfazowe pomiędzy ziarnami osnowy a pustymi przestrzeniami sę zasadniczo ścięte, to znaczy bardziej kętowe i poszarpane. Produkt ceramiczny z przewagę łukowych lub zaokrąglonych granic międzyfazowych, jak w przypadku produktu według wynalazku może być szczególnie korzystny dla pewnych zastosowań, ponieważ należy oczekiwać mniejszego skupienia naprężeń i mniejszego modułu sprężystości niż w przypadku typowej struktury spójnej, która nie mała tego typu struktury łukowej. W pewnych przykładach wykonania ceramiczne produkty kompozytowe według. wynalazku maję zasadniczo jednofazowę, spójnę, szkieletowę strukturę osnowy ceramicznej, w której granice ziaren na połączeniu ziaren kompozytu w strukturze szkieletowej nie maję żadnej innej fazy. Tworzenie takich ceramicznych wyrobów kompozytowych z czystym! granicami ziaren przez spiekanie jest albo trudne, albo niemożliwe, ponieważ zanieczyszczenia maję tendencję do osadzania się na granicach .ziaren w procesie spiekania. Zanieczyszczenia takie mogę występować albo w sposób niezamierzony, albo mogę być zaperzonym. dodatkami dla wspomagania spiekania lub dla ograniczania wzrostu ziaren podczas procesu prowadzonego w wysokiej temperaturze. Ponadto czyste granice ziaren w strukturze ze ezkieleoowę osnowę w produkcie tego rodzaju sę istotne, ponieważ zapewnlaję one lepsze właściwości, takie jak utrzymanie odporności na wysokę temperaturę 1 odporność na pełzanie. ⁴

W innym przykładzie kompozyt ceramiczny według wyi^^Lazku jest gęstą, spójnę bryłę zawierającę 5-98% objętoścoowych w stosunku do całkowitej objętości kompozytu jednego lub kilku materiałów wypełniających w osnowie ceramicznej. Osnowa ceramiczna, w stosunku do swego całkowitego ciężaru, złożona jest z 60-99% wagowych spojonego tlenku glnnowego lub azotku glinu 1 1-4C% wagowych składnika metalicznego zawierajęcego aluminium, a ponadto ma mniej niż 30% wagowych, korzystnie mniej niż 10%, spinelu m8gnezowotglinooego jako powierzchni inicjacji.

Według innego aspektu wynalazku opracowano kompozyt złożony z jednofazowej, trójwymiarowej spójnej osnowy ceramicznej z azotku. Jednego lub kilku składników meealicznych i ewennualnie pustych przestrzeni rozproszonych i/uub rozciągających się poprzez osnowę oraz z jednego lub kilku wypełniaczy osadzonych w osnowie. Poniżej podano przykłady kompozytów z osnowę z azotku glinu, azotku cyrkonu, azotku tytanu i azotku krzemu. Κοβ^^υ!/ takie sę jedyne w swoim rodzaju, a ich zalety wynikaję z ich połączonych właściwości mechanicznych, cieplnych 1 elektrycznych.

Podane poniżej przykłady ilustruję pewne aspekty wynalazku w praktyce. W przykładach dotyczących tworzenia osnów ceramicznych z tlenku glnnowego reakcja utleniania przebiega, Jak ztobsewroiait, z umiarkowaną prędkościę, tak że nie było zauważalnego wzrostu temperatury spowodowanego przez egzotermiczność reakcji. Jednakże dla wszystkich innych opisanych rodzajów osnów reakcja utleniania przebiegała szybciej, tak że zwykle obserwowano przejścoowe nagrzanie zestawu doświadczalnego powyżej temperatury ustawienia pieca.

Przykład I. Dla sprawdzenia zjawiska przerastania produktu reakcji utleniania według wynalazku poprzez objętość maaeriału wypełniającego zawierającego częetkl tlenku glnnowego, wybrane stopy aluminium zawierające wewnntrzne dommeszki magnezowe ^lub krzemowe ^sk^wano przy temperaturze w zakresie 1100-1400°C ^powietrzem Jako utlenaaczem, zaczynajęc od stopów aluminuum całkowicie przykrytych złożem mae^r^lał^u wypełniającego z ziaren tlenku glnnowego.

W każdej próbie cylindrycznę próbkę stopu o średnicy 25,4 mm i o długości 23 mm cięto z wlewka odlanego z roztopionego medalu przygotowanego w temperaturze 800-900°C. Wlewek umieszczono pionowo na warstwie ziaren ściernych przechodzęcych przez sito o numerze 90, z tlenku glnoowego o czystości 99,5% /Norton Co., 38 Alundum/ zawartej w tyglu ogniotrwałym i następnie pokrywano ze wszystkich stron tym samym mateΓiałei do grubości 6-12 mm. Fig. 1A przedstawia sjhematyczπit wlewek meealu maacerzystego całkowicie przykryty częst^nym materiatei wypełniającym, który wraz z tym wlewkiem umieszczony Jest w tyglu ogniotrwałym.

152 839

W każdej próbie obrabiano w jednym piecu sześć zestawów z różnymi stężeniami domieszek. Piec ummóżiwiał wprowadzanie powietrza atmosferycznego przez naturalną konwekcję i dyfuzję poprzez otwory rozmieszczone przypadkowo w ściankach pieca, co jest normalne w konstrukcji konwennjonalnego pieca laboratoryjnego, jak również poprzez otwór wentylacyjny 6 mm w drzwiach pieca. Nominalny cykl pieca umożliwiał 5 godzin nagrzewania pieca do osiągnięcia ustawionej temperatury, 80 godzin obróbki w ustawionej temperaturze i 5 ^dzin na ochło^dzenie ^pieca do te°^er^irur^{y p}oniżej ⁶⁰⁰°C, po czym ptobki w/jć^mowano ze środowiska obróbki. Stwierdzono, że osnowa ceramiczna przeniknęła cząstki wypełniacza z tlenku gMoowego tworząc spójny kompooyt.

Na fig. IB pokazano w przekroju schematycznie stan w obszarze wzrostu produktu reakcji utleniania z fig. 1A po upływie pewnego czasu w warunkach obróbki /na przykład połowa czasu wymaganego dla zakończenna/, z pokazaniem tworzenia się produktu reakcji utleniania, by uzyskać w wyniku przerastanie osnowy polikrystalicznej poprzez sąsiedni wypełniacz cząsteczkowy, gdy reakcja utleniania zużywa roztopiony metal maaCerzysty z zapasu będącego do dyspooyyCi.

Dla każdej próby przeprowadzono cztery ważenia:

1/ ciężar początkowy wlewka z aluminiowego ^^ealu maaCerzystego /Wi/;

2/ ciężar tygla i całego ładunku tygla /cząstkowe złoże plus wlewki meealu ^^cCferzys^ego/ przed obróbką /Wc/;

3/ ciężar tygla i całego ładunku po obróbce /Wc/a/;

oraz

4/ ciężar pozostającego wlewka z mees^ macierzystego i struktury kompozytu ceramicznego wraz ze składnikami nieutlenocnymi po obróbce /Wi/a/.

Na podstawie tych danych obliczono jednostkowy wzrost ciężaru /UWG/, jako stosunek zmiany ciężaru tygla wraz z całkowitym ładunkiem dla obróbki w piecu do pierwotnego ciężaru wlewka ^^ejalu macierzystego. Inaczej mówiąc jednostkowe zwiększenie ciężaru /UWG/ jest równe różnicy końcowego ciężaru zestawu i początkowego ciężaru zestawu podzielonej przez początkowy ciężar wlewka ^^ealu maαCθrzysttgż. Powyższą zależność można wyrazić następującym wzorem:

UWG = Wc/a - Wc

Wi ‘

Jednostkowe zwiększenie ciężaru może teoretycznie wynosić nawet 0,89, co odpowiada całkowitej przemianie glinu w A^03. Spadki poniżej 0,89 są spowodowane zasadniczo nieutlenionym metalem mac ierzystym na bazie stopu dumin^m lub nieut lenoonymi jego składnikami

Drugą wielkością uzyskiwaną na podstawie powyższych danych dla różnych próbek było zwiększenie ciężaru wlewka które definiowane jest jako stosunek /a/ ciężaru pozostającego wlewka meealu maaierzystego i struktury kompozytu ceramicznego, wliczając jego składniki nieutl^enJ^one, po obróbce i wyjęciu z tygla /Wi/a/, minus początkowy ciężar wlewka ^^ealu macierzystego /Wi/ do /b/ początkowego ciężaru wlewka aluminiowego metalu macierzystego /Wi/. Inaczej mówiąc zwiększenie ciężaru wlewka jest równe różnicy końcowego ciężaru struktury kom^c^^^^u ceramicznego 1 nieutlβnżonych składników meealu macierzystego minus początkowy ciężar wlewka młealu maaCerzystego podzielonej przez początkowy ciężar wlewka meealu maaCerzystego. Powyższą zależność m^^na również wyrazić wzorem:

^WG = Wj/a - Wi

Wi

Kiedy zwiększenie ciężaru wlewka /IWG/ jest znacznie większe niż jednostkowe zwiększenie ciężaruUUWG/, na przykład rzędu 1-2,5 lub więcej, oznacza to znaczne zwiększenie ciężaru na skutek osadzenia mt^r^ia^u wypełniającego w głównie ceramicznym materiale polikrystalCynnym.

W przedstawionych danych nie wprowadzono korekcji uwzględniających usuwanie części lotnych z mae^riałciw ogniotrwałych, reakcję mat^r^rLa^u wypełniającego z atmosferą utleniającą i inne podobne czynniki. Niektóre maeriały otrzymane w trakcie prób oceniano

152 839 przez kontrolę wizualną oraz przekrojów i pomiary mec han iczne wybranych próbek w celu sprawdzenia natury komppoytu.

Zwiększenie ciężaru jednostkowego i zwiększenie ciężaru wlewka przy wybranych temperaturach nastawienia pieca dla szeregu stopów aluminium utlenianych w czasie nagrzewania 80 godzin dla przerośnięcia maiθΓiału polikrystalicnnego w złoże maiβriiłu wypełniającego z tlenku glinowego jak opisano powyżej w odniesieniu do fig. 1A 1 IB przedstawiono graficznie na fig. 2A-2D. Na tym rysunku i na wszystkich rysunkach podobnych oznaczenie x/y podaje noίninalle stężenie domieszki, gdzie x oznacza stężenie krzemu, a y oznacza stężenie magnezu, oba w procentach wagowych całkowitego ciężaru metalu macierzystego. Wy^ki wskazuję, że szybkie powstawanie ceramicznych struktur kompozytowych zachodzi ^głównie w zalesie te^^er^^ur 11OO°-14OO°C dla aluminiowego me^lu macierzystego przy użyciu powyższych domieszek i powietrza jako utleniacza. Ponadto porównanie krzywych z fig. 2A 1 2D ujawnia zaletę dwuskładnikowego domieszkowania mBeall macierzystych na bazia ^umi^um przy zastosowaniu gazowego utleniacza na bazie tlenu oraz demoontruje, że skuteczny zakres temperatury można rozciągać przez odpowwedni ^bór stężeń maieriiłów domieszkujących.

Ceramiczne struktury kompozytowe według wynalazku maję nowe kombbnacje właściwości mechanicznych, elektrycznych, cieplnych 1 innych takich jak wytrzymałość, twardość, spójność 1 przewodność, łęczęcych właściwości mae^rria^u wypełniaj ącego 1 polikrystalicznego maieriiłu osnowy. Zmierzone właściwości ceramicznych struktur kompozytowych określono przez następuję^ próby. Umowna wytrzymałość na zginanie /MOR/ określana była przez badanie próbki mac^i^^lał^u w kształcie prostokętnej płytki o szerokość i 9,5 mm, o wysokości 3,2 mm i o długości ponad 25 mm. Płytkę tę umieszczono w maszctllt do badań powierzchnię o szerokości 9,5 om usytuowano poziomo 1 powierzchnię o wysokości 3,2 mm usytuowany pionowo. Maszyna poprzez cylindryczny drężek wywiera skierowanę ku górze siłę na powierzchnię badanej płytki oajęcę szerokość 9,5 om i tworzy parę punktów podparcia na górnej powierzchni próbki maaęcej szerokość 9,5 mm. Punkty podparcia sę oddalone od siebie o 25,4 mm na długości próbki ze środkiem w miejscu usytuowania drężka wywiθrαjęcθgo siłę skier-cwanę ku górze. Oe±ell F jest wartościę siły skierowanej ku górze w kG, wówczas umownę wytrzamłośc na zginanie /MOR/ w kG/ca oblicza się według wzoru

MOR

FI wc gdzie w i d sę wymiarami podanymi powyżej w centymetrach, a 1 jest długościę /w centymetrach/ próbki pomiędzy punktami podppacia. Próbka przed badaniem jest scllriwana za pomocę szlifierki Blancharda, przy użyciu ściernicy diamentowej o wielkości ziarna 50, a drężek jest doprowadzany do próbki z prędkościę 0,05 mm na mni^tę.

Prędkość erozji ceramicznych struktur kompozytowych wykonanych według wynalazku określano przy zastosowaniu urzędzenia do powwetrznej obróbki strumieniowej model H produkcj firmy S.S. Wbite Indus^ia! Products. Strumień częstek tlenku glnnowego o wielkości 50^ϋ /S.S. Whlte nr 3/ napędzanych powietrzem uderzał w płaskę powiθrzchlię ^próbki ceramicznej ^ru^ury ^mpooytowej ^po^d dwoma różami k^ęt^ami 90° /to znac^ prostop^le do powierzchni prtSbki/ i ³⁰°, przez czas ² minut ^prz^y k^ęcie udania 90° i ⁴ minut pr^zy ^kęci^e piania ³0°. ^Pró^by prz^{y kę}tac^{h p}adania 9°° i 30° prce^proia^dzrlo w różnych miejscach próbki, a głębokości dwóch kraterów uzyskiwanych przy takich próbach mierzono za pomocę głębrkrśclriitrza czujokkowego. We wszystkich próbach stosowano odległość pomiędzy powierzchnię próbki /oryginalnę/ a dyszę 15,9 mm; ciśnienie powwetrza w strumieniu wynossło 5,6 kG/cm , a natężenie przepływu powietrzi wynosiło 14,6 cm /min. średnica otworu dyszy wynosiła 0,7 mm. Natężenie przeDływu proszku było takie, że w trakcie próby kalibracyjnej przy podanych powyżej parametrach powstawał krater o głębokości 1,4 - 0,1 mm na próbce z tlenku gUnowego Coors AD 998 przy kęcie padania 90° /przez 2

1. ^krat^er o giętkości O,⁷ mm prz^{y k}ącie padania 30° /przez 4 Tlenek gUnowy Coors AD 998 jest to tlenek gHnowy o czystości 99,83%.

152 839

Pomiary prędkości korozji ceramicznych struktur kompozytowych według wynalazku przeprowadzono przez oddzielne próby polegające na zanurzaniu próbek w 10-pr(^(^f^ntw^^m roztworze kwasu solnego lub w 10-procentowym roztworze kwasu siarkowego w temperaturze pokojowej. W każdym przypadku próbki okresowo usuwano z roztworu, płukano, suszono, ważono i z powrotem wkładano do kąpieli. Zmniejszenie ciężaru w gramach na cm całej odsłoniętej powierzchni próbek dla różnych czasów zanurzenia porównywano z odpowiednimi zmnńejszeniami ciężaru próbki tlenku glnoowego Coors AD 998.

Dla ceramicznych stru^ktur ^kompozytow^yc^h wy^konan^ych w temperaturze 1²⁵⁰°^C ze sto^pu aluminium zawierającego 10% krzemu i 3% magnezu, gdzie materiałem wypełniającym sę częstki tlenku glinowegt, Jak w przykładzie I według opisanej powyżej próby zmierzono umownę wytrzymałość na zginanie powyżej 11 250 kG/cm . Makrotwardośc zmierzona według skali Roc^^wHa A wynooiła 83. Prędkości erozji były.2-3 razy mniθjsze, niż dla wzorcowych płytek z tlenku glnoowego o czystości 99,8% /Coors AD 998/ przy pomiarze przez opisaną powyżej próbę erozji strumieniowej. Prędkości korozji w 10-pΓOCθntowym roztworze HCL i w 1O-procentowym roztworze H₂S04 były z grubsza takie same Jak prędkości korozji wzorcowych płytek z tlenku glnnowego //Coors AD 998/ przy pomiarze opisaną powyżej metodę.

Przykład II. Aby zbadać zjawisko przerastania maaeriału ceramicznego według wynalazku w objętość zawierającę częstkowy matθłitł z tlenku ginnowego o małym wymiarze częs^ek, płytkę próbki ze stopu alumlnium-magnez-krzem o grubości 12,7 mm, długości 228 mm 1 o szerokości 50 mm, zawierajęcę 10% wagowych krzemu 1 3% wagowych magnezu jako domieszek odlano z rozto^pione^go meta].u o temperaturze ⁸5O°C. Ta^kę płyt^kę z meealu macierzystego na bazie stopu aluminium umieszczono poziomo na warstwie tlenku ginnowego o czystości handlowej z wielkościę ziaren 6 urn /tennek gHnowy Norton Co. E67, sito nr 1000/ i następnie przykryto tym eamym materiałem do głębokości około 12 mm. Płytkę pokrytę tlen kiem glnowwym umieszczono w piecu z atmosferę powwetrznę takm samym jak zastosowany w ^przykładzie ¹ i obracano ^przez ⁷² godziny w temperaturze 125O°C po ^pocz^ętkowym okresie 5 godzin nagrzewania pieca do uzyskania tej temperatury. Po 72 godzinach ogrzewania próbka ^była ogładzana przez dalszy^ ⁵ godzin ^do temperatur^{y p}oniżej ⁶⁰⁰°C, ^po czym ^pr^óbkę wyjęto z pieca. Oednostkowe zwiększenie ciężaru wynosiło 0,72, a zwiększenie ciężaru wlewka wynosiło 1,24. 2 uzyskanej ceramicznej struktury komic^oz^tto^ej wycięto próbkę o wymiarach 3,2 mm x 9,5 mm x 32 mm. Zmierzona wytrzymałość tej próbki na rozerwanie wynosiła 2100 kG/cm przy pomiarze metodę umownej wytrzymałości na zginanie, a twardość według skali Rockwwll^ wynossła 85,7. Dane te oznaczają wytrzymały, twardy maeriał kompozytowy o wytrzymałości takiej Jak ceramika konstrukcyjna i o właściwościach pod tym względem lepszych niż właściwości kompozytów wykonanych z mae^rrlału wypełniaj ącego o większych ziarnach według przykładu I.

Przykład III. Aby zbadać zjawisko przerastania zasadniczo ceramicznego materiału polikrystaliznnego według wynalazku w objętość mt^Γί.tłu wypełnia jącego, zawierającego częstkowy maaeriał z tlenku ginnowego o niższej czystości niż maaeriał z przykładu I, szereg wlewków z iHalu maacerzystego na bazie stopu aluminium, zawieraj ących różne ilości domieszek krzemowych i/uub magnezowych osadzono w przemysoowym ścierniwie ziarnistmn o ziarnach przechodzęcych przez sito nr 90, przy czym mteri.tł ten zawierał 95% tlenku glinowego, 3% tlenku tytanu, 1% tlenku krzemu i 1% innych zanieczyszczeń /Norton Co., El Alundum/ i obrabiano przy różnych ustawionych temperaturach w zakresie 1100-1325°^C w spoió^b pod innymi wzgl^ędami idei^tyczn^y Ja^k w prz^ykładzie I. Oednostkowe zwiększenie ciężaru i zwiększenie ciężaru wlewka dla tych badań podano na fig. 3A-3D.

Prz^y temperaturze obroki 1^25O°C dla tych me^li ma^erzysr^, ^które zawierały obie domieszki, jednostkowe zwiększenia ciężaru były rzędu 0,5-0,75 przy zwiększeniu ciężaru wlewka rzędu 2,4-2,6, co oznacza tolerancję procesu dla różnych zanieczyszczeń w materiale wypełńiającym. Zwiększenie ciężaru dla produktu uzyskiwanego przy lub powyżej temperatur ustawienia ¹³⁰⁰°C ^było znacznie mn^jsze niż w ^przy^pa^dku ustawionej temperatur w zakresie 1200-1250°C. Tam, gdzie zwiększenie ciężaru wlewka było duże, /np. większe niż jedność/, wynikiem był kompozyt zawierający osnowę na bazie tlenku glnoowego alfa z częstkami wypθłnitiza ze ściernego tlenku glnnowego.

152 839

Przyk ład IV. Próby te przeprowadzono w celu sprawdzenia zjawiska przerastania zasadniczo ceramicznego mter^ału polikrystalCznnego według wynalazku w objętości maaeriału wypełniającego zawierającego cząstkowy tlenek dwumetaliczny, uważany za stabilny termodynamicznie lub prawie stabilny w warunkach procesu. Próbki metalu macierzystego ze stopów aluminium zawierające domieszki krzemowe 1/lub magnezowe osadzono w spinelu magnezowo-alumlniowym o wielkości ziaren przechodzących przez sito nr 325 i obrabiano w sposób identyczny jak w przykładzie I, ale przez czas nagrzewania 94 h przy r^óżn^yc^h temperaturach! ustawienia w zakresie 1O25-1⁵OO°C. Uz^ys^kane ^dane dot^yczące z°.^ększenia ci^ężaru, oznaczające za^kres temperatur ^przerastania prz^ynajmniej do 15^OO°^C, pokazano na fig. 4A-4D. W tym przypadku stop nie zawierający wprowadzonych w sposób zaperzony domieszek magnezowych charakteryzował się znacznym powstawaniem zasadniczo ceramicznego, polikrystalccznego ealerilłu osnowy według wynalazku, ^^l^^^ując skuteczność zewnętrznego domieszkowania tlenkeem magnezu /w tym przypadku Μ^^Α-2θ4/ zamiast oβwnntΓznego dodawania tej domieszki do stopu. Inaczej mówiąc wypełniacz służył również jako domieszka. Uzyskany, spójny kompozyt miał osnowę z tlenku gHnowago alfa wraz z zitu'tlezionymi składnikami meeulu ealCerzysttgo, która to osnowa zawierała dama wypełniacza spinelowego.

Przyk ład V. Przeprowadzono dodatkowe próby, aby zbadać zjawisko przerastania zasadniczo ceramicznego mato^ału polikrystaicznnego według wynalazku w objętość ιθΙθγΙιłu wypełniającego zawierającego węglik krzemu, który jest twardy, ogniotrwały, przewodzący elektrycznie 1 cieplnie, przy czym jest malθriatem zinstabiZnym termodynamicznie w warunkach utleniania iemlu maacerzystego na bazie aluminium według wynalazku. Wybrane stopy aluminium z pewnym zakresem wewnętrznych domieszek magnezowych i/lub krzemowych w stopie osadzono w cząstkach przechodzących przez sito nr 90 maaeriału ściernego SIC o czystości 98% /Norion Co 37 Crystolon/ i obrabiano w sposób identyczny jak w przykładzie I, z tym wyjątkiem, że zastosowano 48 h nagrzewania przy ustawionej temperaturze pieca. Uzyskane dane jednostkowego zwiększenia ciężaru i zwiększenia ciężaru wlewka przedstawiono graficznie na fig. 5A-5D. Przy najwyższych zastosowanych temperaturach część zwiększenia ciężaru była spowodowana przez utlenianie fazy SiC jak zaznaczono w obszarze 2 na rysunku. Oprócz przedstawienia korzystnego zakresu temperatur przerastania doświadczenia wykazują również użyteczność dyspergowania domieszki w całym ia^dale wypełniającym. W tym przypadku domieszka krzemowa uzyskana była przez 'chemiczną redukcję warstwy dwuulenku krzemu przez aluminium, która to warstwa pokrywa ziarna węglika krzemu w warunkach procesu.

W celu określenia właściwości dużej bryły przygotowanej przez przerastanie przez materiał wypeeniający SiC o czystości 98% według tego przykładu, próbkę stopu alum^um o wymiarach 51 mi x 299 mi x 12,7 mm, zawierającą jako do(^i^«^:^l<i 10% krzemu i 3% magnezu przygotowano w sposób opisany w przykładzie II i osadzono w ogniotrwałym tlenku gd^wym o czystości 95% 1 o darnie przechodzącym przez sito nr 90 /El Alundum/ w odpowiednim naczyniu ogniotrwałym, z zastosowaniem przegrody z folii aluminiowej, aby uniemożliwić przykrycie odsłoniętej powierzchni 51 x 229 mm. Na tę odsłoniętą powierzchnię nałożono warstwę o grubości 25,4 mm ścierniwa SIC o czystości 98% 1 o ziarnie przechodzącym przez sito nr 90 /Norton Co 37 Crystolon/. Próbkę obrabiano przez 60 godzin przy temperaturze ustawienia ^pieca 1³⁰0°^ po u^zednii nagrzewaniu pieca przez 5 godzin dto ^ią^i^ia ustawionej temperatury. Po okresie nagrzewania próbka stygła przez dalszych 5 godzin do to^eratury ponitoj ⁶⁰⁰°C, zanim została wyj^ęta z pieca. ^s^ne jednostkowe zwieszenie ciężaru wyniosło 0,61, a zwiększenie ciężaru wlewka było 1,14. Przerastanie odbywało aię. według obse^wac^ korzystnie raczej w mK^riał wypeeniający /węglik krzemu/, a nie w złoże wsporcze z tlenku glnnowego. Mikrofotografia uzyskanej struktury kompozytowej przedstawiona jest na fig. 5E, gdzie zaznaczono cząstki węglika krzemu, siatkę osnowy z tlenku glnnowego i składniki mθtaliczne. Dane z rentgenowskich badań dyfrakcyjnych ze sproszkowanej części tej próbki Istnienie faz tlenku glnnowego alfa, węglika krzemu, aluminium 1 krzemu, jak pokazano na fig. 5F. Taka ceramiczna struktura kompozytowa była elektrycznie przewodząca, to znaczy dała minimalną rezystancję przy pomiarze om^^ler^em Siipsom z ostro zakończonymi sondami., a pomiar wytrzymałości na zginanie metodą opisaną powyżej dał wartość wytrzymałości 1120 kG/ci .

152 839

Dodatkowe doświadczenia podobne do opisanych powyżej przeprowadzono przy zastosowaniu jako mt^r^ału wypełniającego ziarnistego SIC o czystości 98% o mnnejszych ziarnach , 2.

przechodzących przez sito nr 220. Maaeriał wykazywał większą wytrzymałość /1610 kG/cm / niż maleriał z zastosowaniem jako wypełniacza węglika krzemu o ziarnach przechodzących przez sito nr 90. Komm^ozyty ceramiczne złożono z ziaren przechodzących przez sita nr 90 lub 220 wykazały odporność na erozję znacznie większą niż płytki z tlenku glinowego o czystości 99,8% /Coors AD 998/ przy pomiarze według badań erozji strumieniowej opisanych powyżżj. W szczególności ceramiczna struktura kompozytowa według wynalazku wykonana z zastosowaniem ziaren węglika krzemu przechodzących przez sito nr 90 i 220 dała następuj ące wyniki w porównaniu ze standardowym tlenkemm glnnowym:

badany mit^rlał pr^óba 90° ^pr^óba 3⁰° głębokość krateru w mm

SIC, sito nr 90 SIS, sito nr 220 Standard /Coors AD 998/

1,117 0,610 0,940 0,406 1,422 0,736

Przykład VI. Aby określić zjawisko przerastania mat^rlLału według wynalazku w objątość zawierającą ścierniwo z ziaren węglika krzemu o nieco wląkszej czystości, przeprowadzono doświadczenia w sposób identyczny jak opisano w przykładzie I, z zastosowaniem jako mat^i-rŁał^u wypełniającego SIC o czystości 99% /Norton Co. 39 Crystolon/ o ziarnach przechodzących przez sito nr 90. Wynnki tej serii doświadczeń przedstawiono graficznie na fig. 6A-6D. Materiał tein wykazuje przerastanie polikrystalicnnego ma^r^a^łu osnow^y przy temper-a^rachi w zakresie o^d olto^ ⁸²5°C, co jest istotn^ą wartosciąi ^dla ograniczania tendencj węglika krzemu do utleniania do tlenku krzemu 1 dwutlenku węgla przed powstaniem ceramicznego maaeriału kompozytowego wypełnionego węglikeem krzemu według wynalazku.

Badania prowadzono przy zastosowaniu maaeriału wypełniającego zawierającego ziarniste ' ścierniwo SiC o czystości 99% /Norton Co 39 Crysto^^/ o miejscyih ziarnach /sito nr 220 i 50)/, w który to maaeeiał polikrystalcczny ceramiczny maaeriał osnowy przerastał jak opisano powyżej w niniejszym przykładzie. Dla badań tych zmierzono znacz2 ne ziiąkszenie umownej wytrzymałości na zginanie w zakresie od 840 kG/cm dla maaeria2 łu wypełniającego o ziarnie przechodzącym przez sito nr 90 do 2590 kG/cm dla maaeriału wypełniającego o ziarnie przechodzącym przez sito nr 220 i do 4130 kG/cm dla maaeriału wypełniającego o darnie przechodzącym przez sito nr 500.

Badano również przerastanie w maatelał wypeeniający zawierający różne mieszaniny ziaren przechodzących przez sita nr 90, 220 i 500 /ten sam maaeriał SiC o czystości 99%/, a w wyniku otrzymano wią^zą gąstość upakowania fazy wypełniacza niż uzyskiwana przy jednym wymiarze cząstek.

Badano również przerastanie ceramicznego maaeriału kompozytowego według wynalazku z komecjalnego stopu aluminium 5052 zawierającego domieszką magnezu 2.5% wraz z zanieczyszczeniami 1% frezem/ zawierającymi Fe, Cr, Si i Cu, w różne z tych maaeriałów wypełniających z węglika krzemu. Ceramiczną strukturą kompozytową utworzono przez utlenianie tego handlowego stopu w piecu przez 72 h w iateriale wypełniajccym z SiC o czystości 99% i o ziarnie przechodzącym przez sito nr 500. Uzyskany iaterlał miał umowną wytrzymałość na zginanie 3780-4340 kG/cm , twardość 84 według skali R^c^wreei^a A oraz wytrzymałoś^ć na ^kruc^he pąkanie ^{7,5 Mp}a m^1/<2, ^prz^y pordarze ^^^o^dą je^dnonstrzow^{ą dl}a belki z karbem. Zanieczyszczenia w aluminniwyi stopie meealu maacerzystego nie wykluczają wiąc, ani nie przeszkadzają w istonnym stopniu w tworzeniu moożiwej do przyjącla ceramicznej struktury knmpooct<nrij. Otrzymana wartość spoistości jest niezwykle wysoka w porównaniu z tradycyjnymi ceramicznymi mleriałami kompozytowymi z węglikeem krzemu, takimi jak kompozyty krzem/węgllk krzemu, które zwykle wykazują wytrzymałość na kruche ^pękanie około ^{35 Mp}a m¹^².

152 839

Próba wytrzymałości na kruche pękanie polega na zastosowaniu prostokątnej próbki ceramicznego kompozytowego według wynalazku o szerokości /w/ 3 mm i głębokości /d/ 9,6 mm, z karbem w kształcie trójkąta równoramiennego o wysokości /a/ 0,9 mm, naciętym w dolnej powierzchni płytki i przebiegajccym przez całą szerokość płytki. Płytkę tę umieszcza się poziomo powierzchnię o szerokości 3 mm posiadającę karb do dołu, a powóerzchniami o wymiarze 9,6 ustawionymi pionowo. Dwa drężki kowadłowe o średnicy 6,35 mm wywierają zwrócone do góry siły na dolnę powierzchnię płytki po przeciwnych stronach karbu w jednakowych odległościach od karbu. Zwrócone do góry siły wywierane są w miejscach oddalonych od siebie o wymiar Si na długości próbki. Dwa punkty podparcia dla skierowanych do góry sił znajduję się po górnej stronie płytki oraz po przecwwnych stronach usytuowania karbu w jednakowych odległościach od karbu. Punkty podparcia sę oddalone od siebie o wy^m^r S2 na długości próbki, mniejszy niż wymmar Sl pomiędzy punktami przyłożenia sił. Wyyrzymałość na kruche pękanie /FT/ oblicza się ze wzoru rT

3F/S_t - S_g/ a ^1/2y 2 wd^o gdzie F oznacza siłę działającą do góry w kG, przyłożoną w każdym z dwóch punktów na dolnej powierzchni płytki, wymiary a, w, d, i S2 są zdefiniowane powyżej, a y oznacza stałą, której wartość jest

3 4 ^y - 1^,99 - 2,47aQ ♦ 12,97aQ² - 23,7aQ³ ♦ 24,8a_Q ⁴.

gdzie:

Dla przeprowadzanych badań S1 38,1 mm, S2 = 12,7 mm, zaś skatowane do góry siły F były przykładane z prędkością 0,05 αιη/ιη^. Do badania umcownej wytrzyma łości na zginanie i wytrzymałości na kruche pękanie zastosowano maszynę Instron Model 1123.

Dodatkowa próba stopu aluminium zawierającego 10% wagowych krzemu 1 3% wagowych magnezu jako dimieszkl stopowe do aluminium o czystości 99,7% była podobnie obrabiana ^przez ^{95 g}odzin w temperaturze 11⁵⁰°C w materiale wypełniającym ^SIC o cz^ysto^ści 99% ziarnie przechodzącym przez sito nr 90. Uzyskany kompozyt z osnową na bazie aluminuum i z wypełniaczem z węglika krzemu cięto, aby otrzymać płytkę o długości 11 cm i o szerokości 1,34 cm oraz o grubości 0,45 cm. Płytkę tę następnie nagrzewano przez przepuszczanie prądu o natężeniu około 25A 1 napięciu 25V. Płytka nagrzała się do zmierzonej pirometrem opacznym temperatu^ 135O°C w ciągu 1 minut^y i była utr^n^ana ^przez ^{3 g}o^dzin^y w tomperaturze 1³⁵⁰^ ^{- 20}°C w punkcie środkowy ^pł^yt^ki ^prz^y zmianie temperatur^{y -2}0°^C o^{d p}unktu ^śro^dkowego pł^yt^ki wzdłuż całej jej ^dłu^gości 11 cm. Zjwista na^zewania rezystancyjnego przedstawia przewodność elektryczną próbki. RównommeTność temperatury w próbce wykazuje dobrą równimierniść składu, a stabilność cieplna demonstrowana była przez zdolność do utrzymania stałej temperatury /135O°C - 20°C/ w okresie 3 godzin. Szybkie nagrzewanie /od temperatury otoczenia do 1350°C przez około 1 i szybkie ochładzanie bez pęknięcia płytki oznaczają dobrą odporność na udary cieplne.

Przyk ład VII. Płytkę stopu aluminuum 1100 o czystości handlowej i o wymiarach 5 cm x 23 cm x 13 cm pokryto 4 g gęstwy kazeinowej zawierającej tlenek magnezu, aby zapewnić domieszkę magnezu do αlu/iniowjgi meealu macierzystego. Płytkę tę osadzono w węgliku krzemu o czystości 98% /Norton Co 37 Crystolon/ o ziarnie przechodzącym przez sito nr 90, skąd domieszka krzemowa mogła być uzyskiwana przez redukcję chemiczną warstwy dwutlenku krzemu przykrywającej cząstki węglika krzemu. Próbkę obrabiano w piecu przez 72 godziny przy temperaturze ustawienia 1200°C plus początkowe 5 godzin na osiągnięcie ustawionej temperatury pieca i 5 godzin na ochłodzenie próbki do 600^OC przed wyjęciem z pieca. Próbka wykazała jednostkowe zwiększenie ciężaru 0,88 /bez skorygowania dla utlenienie węglika krzemu/ i zwiększenie ciężaru wlewka 1,48, przez co zademonstrowano powstawanie ceramicznej struktury kompozytowej z osnową na bazie tlenku glinowego według wynalazku ze stopu aluminium 11,00 o czystości handlowee, przez zastosowanie zewnętrznego domieszkowania meealu maacerzystego.

152 839

Przyk ład ^II, Aby zbadać zjawisko przerastania materiału ceramicznego z osnowę na bazie tlenku glnoowego według wynalazku w objętość zawierającą mt^^iczny materiał wypełniający przygotowany kręg o wysokości 2,5 cm, o średnicy 3 cm, zawierający 5 zwojów handlowego druku ze stopu zawierającego 75% żelaza, 20% chromu i 5% aluminium /drut ze stopu Kanthal Co. 4-1/. Ten kręg drutu utleniano przez 24 godziny w temperaturze 12⁰⁰°C w atmosferze tlen^ a^by utworzyć na nim oc^hronn^ę warstw^{ę p}owierzc^hniow^ę tlenku glinowego. W sposób opisany w· przykładzie I przygotowano wlewek ze stopu aluminium o średnicy 2,5 cm i o długości 2,2 cm, zawierający 7% krzemu i 3% magnezu jako domieszki i osadzono go w ziarnistym mt^rί.alł z tlenku glnnowego o czystości 99%, przechodzęcym przez sito nr 90 /Norton Company, 38 Alundum/, z utleni^ym kręgiem drutu umieszczonym koncentrycznie w stosunku do wlewka me^lu macierzystego i oddalonym od niego ^do 6 mm. Zestaw ta^ki obradano przez ^{96 h p}rz^y ustawionej temperaturze 120⁰°C po poczętkowych 6 h na osięgnięcie przez piec ustawionej temperatury. Po pozostawieniu próbki przez 10 h dla ochłodzenia wyjęto ją z pieca. Jednostkowe zwiększenie ciężaru wynossło 0,74, zaś zwiększenie ciężaru wlewka było 2,56. Badanie przekroju próbki ujawniło spójny kompozyt z cięgliwę fazę drutu wraz z częstkowym yacerlałem z tlenku glinowego alfa o czystości 99%, osadzonym w osnowie ceramicznej na bazie tlenku glnnowego alfa według wynalazku. Fig. 7A 1 7B przedstawiaję mikrofotografie pod powiększeniem 50x i 200x mikrostruktur pokazujęcych drut 1 częstki tlenku genowego osadzone w polikrystalicznej osnowie według wynalazku. DθmmoiiΓuJe to tompacybilność procesu 1 mC^Γj.ału według wynalazku z reakcyjnymi maeridami w^peentającymi w postaci stałej, gdy zastosuje się obojętnę warstwę ochronnę, aby oddzzelić niestabilny w Innych warunkach maeri.al lub fazę od środowiska procesu.

Przykład IX. Aby zbadać zjawisko przerastania mae^r^d^u według wynalazku w dwuwyιniarooę tkaninę z odpowiedniego yaCeΓiαhJ wypełniaj ącego w celu uzyskania kompozytu ceramicznego, prowadzono doświadczenia z tkaninę ceramicznę z włókien z tlenku glnoowego· /DuPont Co. FP alumni^/. Metal srebrzysty stosowany w tym przykładzie był złożony z handlowego stopu aluminium /nr 5052/ zawierającego 2,5% magnezu wraz z zawartości? innych zanieczyszczeń takich jak Fe, Cr, Si i Cu wynoszęcę razem 1%. Dwie próbki, każda o wymiarach 5 cm x 22 cm x 1,3 cm, przygotowano i umieszczono jedna na drugiej, tak że powesela bryła 5 cm x 22 cm x 2,6 cm. Górnę powieΓzchnię płytki pokryto warstwę zawiera jącą 2-5 g dwutlenku krzemu jako d^^eszki zmieszanej ze spoiwem z alkoholu poliwinyiowego 1 wody. Płytkę tę umieszczono poziomo na warstwie ogniotrwałych ziaren tlenku glnnowego o czystości 95% /El Alundum/ nr sita 90, 1 pokryto z czterech stron pozostawiajęc odsłoniętę górnę powieΓZihnię. Na powiθrzchnią tę nałożono sześć warstw tkaniny z tlenku gl^owego, każda o wym marach 7,5 x 25 cm, przy czym warstwy te były utrzymywane luźno na miejscu przez kawałki cegły ogniotrwałej umieszczone wokół krawędzi tkaniny. Zestaw taki umieszczono w piecu tadm samym jak piec opisany w przykła^dzie ¹ i nagrzewano w powietrzu w temperaturze 11²⁵°C przez 1⁸° h.

Na fig. 8 pokazano fotografię przekroju uzyskanego kompozytu zawierającego włókna cłrcm.cził, z pokazaniem tkaniny stanowięc^ mat^ri.ał wypeenia jęcy osadzonej w osnowie ceramicznej złożonej częściowo ze spojonych ze sobę osnowy z tlenku genowego alfa 1 nieuteon^nego me^l-u. Podobne kompooyty zawierające tkaninę wykonano z Innymi mCθricłami zawierającymi tkaninę z teenku cyrkonu 1 tkaninę na bazie węglika krzemu. Jeżeli spojenie międzyfazowe włókna ceramiczne-osnowa nie jest zbyt wytrzymałe, a macierzysty i utleniacz nie atakuję włókien, kom^c^^z^lty takie mogę potenccdnie mieć bardzo dużę wytrzymałość w dwóch wymiarach nadawanę przez tkaninę i/uub zwiększenie ^małości na kruche pękanie mc^Γic^u kompozytowego nadawane przez ugięcia z pękaniem i prz^om z rozciąganym włókien.

Przykład X. W celu zademonnsrowenia przerastania kompozytu ceramicznego według wynalazku w atmosferze mnyj utleniającej niż powóetrze przeprowadzono doświadczenie w gazie obojętnym, który przepuszczano przez kępie! goręcej wody. W jednym przy20

152 839 kładzie aluminiowy metal macierzysty zawierający 10% wagowych krzemu i 3% wagowych magnezu przygotowano jako płytkę o wymiarach 7,5 x 0,6 x 1 cm i otoczono w żaroodpornym naczyniu węgliktem krzemu o czystości 99% /Norton 39 Crystolon/ i o ziarnie przechodzę^{cym prze}z ^sito nr 500. Zestaw ta^ki u^eszczono w ^piecu o^grzanym ^do 1200°^C po ¹⁵ min wprowadzenia w obszar nagrzania. Do próbki taj doprowadzano argon o czystości 99,, k^tór^{y pr}z^epuszcz^ano ^przez ^kępiel ^dest^ylowanej wod^y ogrzanej ^do ⁵⁰°^C. ^W t^m przypału wilgoć służyła jako utleniacz. Próbkę wyjęto z pieca po około 20 h i z^^er^ono Jednostkowe zwiększenie ciężaru 19%. Uzyskano kompozyt z osnowę ceramicznę na bazie teenku glnnowego alfa zawierajęcy częstki węglika krzemu. Oznacza to, że wytwarzanie materiału ceramicznego według wynalazku może się odbywać w środowiskach utleniajccych o mnnejszej aktywności utleniającej niż powietrze.

Przykład XI. Aby zademonstrować przerastanie ceramicznego matβritłu kompozyt owego z osnowę na bazie azotku glinu, przygotowano wlewek z aluminium 380.1 /stop z Beimont IMtals Inc./ o wymiarach 5 cm x 2,5 cm x 1,2 cm. Wlewek ten pokryto warstwę /0 grubości około 0,3 cm/ częstek AlN ze spoiwem organicznym na wszystkich powierzchniach, z wyjętkeem jednej powierzchni o wymiarach 2,5 x 5 cm.

Stop ten miał nominalny skład wagowy 8-85% Si, 2-3% Zn 1 0,1% Mg w charakterze aktyw nych domieszek oraz 3,5% miedzi oraz żelaza, manganu 1 niklu, ale zawartość magnezu była nieco większa niż w zakresie 0,17-0,lf%. Tak pokryty wlewek umieszczono następnie w złożu tlenku glinowego alfa o ziarnach przechodzęcych przez sito nr 24 w tyglu ogniotrwałym tak, że nie potayta powierzchnia wlewka była usytuowana zasadniczo na poziomie złoż^a. Zestaw ta^ki nagrzewano w ^ecu o^porowym w nastawionej temperaturze 1²50°C w atmooferze mieszaniny gazowej złożonej z 96% azotu 1 4% wodoru przez 24 godziny.

Osnowa na bazie azotku aluminium przerastała przez cienkę warstwę częstek AlN w objętość zawierającę złoże tlenku glnnowego 1 dawała spójny ma^elał kompozytowy azotek glinu-tennek glinowy. Obecność zarówno osnowy z azotku glinu jak i wypełniacza z tlenku glnnowego w uzyskanym kompooycie potwierdzona była dyfrakcynnym badaniem rentgenowskim proszku.

Oednostkowe zwiększenie ciężaru powższej próbkiwynosiło 0,41. Teoretyczne jednostkowe zwiększenie ciężaru dla całej przemiany aluminium w azotek glinu wynosi 0,52.

W doświadczeniu tym uzyskano za^^m dobrę przemianę aluminium w azotek glinu i dobre przerastania knmponyti.

Przyk ład XII. Przygotowano dwa oddzielne maaeriały wyceniające, z których każdy zawierał domieszkę sproszkowanego azotku glinu 1 sproszkowanego tlenku gl^owego w stosunkach wagowych 20 : 80 1 50 : 50. Ziarna obu materiałói wypełniających przecho? dziły przez sito o numerze 325 dla azotku glinu i numer 220 dla tlenku glnnowego. Wlewek z handlowego stopu aluminium 380.1 o wymiarach 1,8 cm x 1,2 cm x 1,2 cm osadzono w każdym z tych materitłói wypsnia jęcych. Każdy zestaw nagrzewano oddzielnie w piecu ind^cyjnym w ustawionej tempe ratu rze 1³⁰⁰°C przez ³⁶ godzin w atmosferze miesztnin^y gazowej zło^żonej z ⁹⁶% azotu i ⁴% wodoru przepuszczanej przez piec z ^^kośc^ 100 cm⁵ na minutę.

Każdy z wyżej opisanych zestawów wykazał przerastanie azotku glinu w materitł złoża, z wytwarzaniem spójnego kompozytu z azotku glinu 1 częstek teenku glnnowego w osnowie s azotku glinu, plus pewne niepΓzettggowant składniki meealu maaierzystegn. Obecność azotku glinu i tlenku gl^owego w uzyskwwanym materiaie kompozyt owym została potwierdzona przez dyfrakcyjne badania rentgenowskie proszku. Oednostkowe zwiększenie ciężaru obu próbek podano w tabeli 1 poniżej .

152 839

Tabela 1

Zwiększenia ciężaru dla kompozytów z osnowę na bazie A1N

Materiał wypełniający Jednostkowe zwiększenie ciężaru

20/80 /AlN/Al₂0₃/ 0,385

50/50 /A1N/A1₂O₃/ 0,437

Przykład ten Ilustruje przerastanie kom^c^^^^^u z osnowę na bazie AlN oraz pokazuje, że kompozyt z nieeddnorddnym wypełniaczem można uzyskać sposobem według wynalazku.

Przyk ład XIII. Aby pokazać przerastanie azotku cyrkonu w objętość zawieraJęcę materiał wyppeniajęcy, przez co uzyskuje się kompozyt wypełniacza z osnowę z azotku cyrkonu, cylindryczny pręt z cyrkonu o wysokość i 1,8 cm 1 o średnicy 1,2 cm osadzono w złożu ze sproszkowanego dwuborku cyrkonu /zaarno przechodzęce przez sita nr -100 ♦325/. Zestaw taki nagrzewano w piecu indukcyjnym przy bezpośrednim sprzężeniu z cyrkonem m ^przez 15 minut w ustawionej temperaturze nieco przewyższaj^ęcej 2000°C w mieszaninie gazowej o składzie takim samym jak w przykładzie XI, z natężeniem przepływu tej mieszaniny ⁴⁰⁰ cm³/min. WyniHem było przerastanie osnowy z azot^ku cyrkonu w obj^ęto^ść zawierającą maeriał wypełniający z dwuborku cyrkonu, przez co powstawał spójny materiał kompozytowy azotku cyrkonu-dwuborek cyrkonu. Dyfrakcyjne badania rentgenowskie proszku potwierdziły obecność azotku cyrkonu i dwuborku cyrkonu w uzyskanym maaorlale kompozytowym.

Powyźszę procedurę powtórzono z tym wyjętkiem, że azotek cyrkonu przerastał w objętość zawierającę sproszkowany azotek cyrkonu /ziarna o wielkości 1,5 ^um/, a natężenie przepłwu atmosfery utleniaj ęcej z mieszaniny gazowej zawierajęce j azot i wodór wynosiło 200 cm³/min. ^zerastanie rsnrw^y z azotku cyrkonu w materiał wype^iając^y z azotku cyrkonu dało w wyniku spójny maaeriał kompozytowy azotek cyrkonu-azotek cyrkonu. Dyfrakcyjne badanie rentgenowskie proszku potwierdziło obecność azotku cyrkonu w końcowym produkcie.

Przyk ład XIV. Aby pokazać przerastanie azotku tytanu w objętość zawierajęcę maaeriał wypeeniajęcy, co daje w wyniku kompozyt złożony z wypełniacza z osnowę z azotku tytanu, cylindryczny wlewek tytanowy o wysokości 1,8 cm i o średnicy 1,2 cm umieszczono w złożu z teenku glnnowego /38 Alundum, sito nr 90/. Zestaw ten ogrzewano w piecu indukcyjnym przez bezpośrednie sprzężenie z tytanem przez 2,5 godziny w ustawione^j temperaturze olco^o ²0°0°^C w ta^kiej samej mieszaninie ^gazowee^, ja^k w ^przykła^dzie XI z nat^ężeniem przepływu ⁴⁰⁰ cm³/min.

Zestaw ten wykazał przerastanie azotku tytanu w objętość zawierającę tlenek glinowy z wytworzeniem spójnego maaeriału kompozytowego azotek tytanu-teenek glinowy. Analiza tak uzyskanego maaeriału kompozytowego przez dyfrakcyjne badania rentgenowskie proszku potwierdziła obecność azotku tytanu, teenku glnnowego 1 śladowych ilości metalicznego tytanu.

Postępowanie powyższe powtórzono z tym wyjętkiem, że Jako maaeriał wypeeniajęcy zastosowano sproszkowany azotek tytanu. Reakcję prowadzono przez 20 minut przy ustawionej temperaturze nieco powyżej ^⁰⁰°^

Opisana powyżej procedura dała w wyniku spójny maaeriał kompozytowy azotek tytanu-azotek tytanu. Analiza przez dyfrakcyjne badanie rentgenowskie proszku potwierdziła zawartość azotku tytanu w ^(προ^^θ.

Postępowanie powyższe powtórzono z tym wyjętkiem, że Jako maaeriał wyppeniający zastosowano sproszkowany dwuborek tytanu, a jajko atmosferę utlenlającę stosowano czysty azot. Reakcję prowadzono przez 10 minut, a natężenie przepływu azotu wynosiło 600 cmS/min.

152 839

Analiza przez dyfrakcyjne badianie rentgenowskie proszku potwierdziła, że uzyskany spójny kompozyt złożony był z azotku tytanu i dwuborku tytanu.

Przykład XV. Aby przedstawić przerastanie osnowy ceramicznej z tlenku glinowego alfa w drobnoziarnisty wypełniacz z węglika krzemu z zastosowaniem maaCerzystego stopu aluminium różniącego się od stopów Al/Mg/Si z przykładu VI, płytkę o wymiarach 23 cm x 5 cm x 1,2 cm z dostępnego w handlu stopu aluminium 380.1 osadzono w złożu z węglika krzemu /Norton 30 Crystolon o cząsteczkach przechodzących przez sito nr 500/. Zestaw taki ogrzewano w pi.ecu o^porowym ^do ustawionej temperatur^y 1⁰⁰⁰°C przez ^{75 g}odzin w powwetrzu.

W zestawie tym przerastanie tlenku glinowego alfa w węglik krzemu dało w wyniku powstanie spójnego materiału kompozytowego złożonego z cząstek węglika krzemu w osnowie zawierającej tlenek glnnowy plus niewielkie ilości niθpΓZθrtggowaiych składników stopu maacerzystego.

Dyfrakcyjne badanie rentgenowskie proszku z uzyskanego kompozytu potwierdziło istnienie tlenku glnnowego alfa i węglika krzemu. Jednostkowe zwiększenie ciężaru opisanego powyżej zestawu wynosiło 0,478, co oznacza znaczne utlenienie aluminium w wypełniaczu z węglika krzemu.

Przykład XVI. Aby zademonstrować zastosowańie maaeriałów wypełniających zawierających tlenek cyrkonu, przeprowadzono przerastanie tlenku ginnowsgo alfa sposobem według wynalazku w objętość dostępnego w handlu Norton ZF Alundum /ziarniste ściernwwo zawierające tlenek glnnowy i tlenek cyrkonowy/. W doświadczeniu tym cylindryczny wlewek o długości 2,5 cm i o średnicy 2,2 cm z dostępnego w handlu aluminium 360.1 osadzono w złożu z opisanego powyżej maaeriału zawieraj ącego tlenek gHnowy 1 tlenek cyrkonowy. ^Zestaw taki ogrzewano w piecu oporowym do ustawionej temperatur^y reakcji 1000°C ^przez 95 godzin w powwetrzu.

Przerastanie produktu reakcji utleniania tlenku glnnowego alfa w objętość zawierającą t-lenek glńnowy i tlenek cyrkonowy dało w wyniku spójny materiał kompozytowy tlenek glńnowy alfa-tlnnek cyrkonowy, gdzie maeri-ał ZF był osadzony w osnowie z tlenku glinowego alfa przerośniętej w procesie według wynalazku.

Dyfrakcyjne badanie rentgenowskie proszku z uzyskanego maaeriału kompozytowego potwierdziło występowanie t^nku glnnowego alfa i tlenku cyrkonowego. Stosunek zwiększenia ciężaru dla opisanego powyżej zestawu był 0,32, co oznacza rzeczywiste utlenienie aluminuum w wypełniaczu z tlenku cyrkonu i tlenku glnnowego.

Postępowanie powyższe powtórzono z tym wyjątkiem, że maerrlał wypełniający podany powyżej został zastąpiony sproszkowanym tlenkeem cyrkonu /Muscle Shoals, sttbiliziwinyi tlenkiem wapnia, sito -30//. Nastąpiło całkowite utlenienie wlewka aluminiowego w objętości zawierającej tlenek cyrkonu,dając w wyniku spójny maeriał kompozytowy tlenek glnnowy alfa-tlinθk cyrkonu, co zostało potwierdzone przez dyfrakcyjne badanie rentgenowskie proszku.

Przykład XVII. Aby pokazać przerastanie osnowy z tlenku cyny w objętość zawierającą cząstki. tlenku gl^owego /sito -75 +100/, przez co uzyskuje się maeriał kompozytowy dwutlenek cyny-tlenek glinowy, cylindryczny wlewek o wysokości 2 cm i o średnicy 3 cm osadzono w złożu z tlenku genowego. Zestaw taki ogrzewano do ustawionej temperatur 1100% w powietrzu ^przez ^{40 g}odzin.

Cyna utleniała się, a ceramiczna osnowa przerastała w wypełniacz z tlenku glnnowego, dając w wyniku spójny matelał kompozytowy dwutlenek cyny-tlenek glinowy. Analiza przez dyfrakcyjne badanie rentgenowskie proszku potwierdziła obecność dwutlenku cyny i tlenku gl^owego alfa w tzys^t^r^’/e matriale.

Jednostkowe zwiększenie ciężaru powyższego zestawu 0,28 w porównaniu z teoretycznym zwiększeniem ciężaru dla dwutlenku cyny 0,27. Oznacza to, że utlenianie cyny w. złożu z tlenku . ginoowego alfa było zasadniczo całkowite.

152 839

Przyk ład XVIII. Aby zademonstrować przerastanie osnowy z tlenku glinowego alfa w waerl.ał wypeeniajęcy z pęcherzyków* z tlenku glinowego, to znaczy wydrążonych bryłek z tlenku glinowego /Norton, E163 Alundum sito nr 4-28/ przy różnych temperaturach procesu, cylindryczne wlewki o długości 2,5 cm i średnicy 2,2 cm z kilku stopów aluminium, w pewnych przypadkach domieszkowanych zewnęęrznie, osadzono oddzielnie w złożach z opisanego powyżej materiału wypełniającego. Stopy te obrabiano w powietrzu ^w ^to^onycih temperatura^ w zakresie 9⁵O-1²⁵O°C i przez dwa oddzielne czas^y procesu: 48 i 80 godzin. Jednostkowe zwiększenie ciężaru opisanych wyżej zestawów dla każdego czasu procesu podano w tabelach 2 i 3 poniżej.

Tabela 2

Jednostkowe zwiększenie ciężaru, 48 h

Stop Al	Domieszka zewn.	^mpeeatura procesu /°C/
950	1050	1150	1250
2,5% Mg	S102, ziarno 140	0,01	-	0,58	0,28
6% Zn ♦ 10% Sl	brak	0,63	0,67	0,70	0,65
3% Zn ♦ 7% Mg	brak	0,04	0,12	0,72	0,74
6% Zn	proezek MgO	0,73	0,70	0,71	0,71

Tabela 3

Jednostkowe zwiększenie ciężaru, 80 h

Stop Al	Dommeszka zewn.	Temppratura procesu /0C/
950	1050	1150	1250
2.5% Mg	SiO , ziarno 140 2	-0,02	0,52	0,66	0,58
6% Zn ♦ 10% Sl	brak	0,63	0,67	0,68	0,63
3% Zn + 7% Mg	brak	0,04	0,26	0,74	0,72
6% Zn	proszek MgO	0,60	0,72	0,68	0,71
10% Si ♦ 3% Mg	brak	0,07	0,71	0,71	0,75
380,1	brak	0,65	0,69	0,69	0,13

Dane z tabel 213 oraz badanie próbek potwierdzają utworzenie kompozytów sposobem według wynalazku, przy czym każdy kompozyt ma osnowę z tlenku glnnowego alfa 1 materiał wypełńłający z pęcherzyków z tlenku glnnowego.

Przykład XIX. Aby przedstawić powstawanle maaeriału kompozytowego z osnowę z azotku krzemu płytki 10,70 g krzemu o czystości 98,4% osadzono w złożu zawierajccym· 90% wagowych sproszkowanego azotku tytanu /sito -325/ 1 10% wagowych m^licznego tytanu /metaliczny tytan dodano dla zwiększenia zwilżalności przez roztopiony krzem/ i zestaw ta^ki nagrzewano do temperatur^y reakcji 1500°C ^przez 30 minut w atmosferze mieszaniny gazowej złożonej z azotu i wodoru, przy natężeniu przepisu tej mieszaniny 600 cm³/min.

152 839

Dyfrakcyjna analiza rentgenowska proszku i badanie próbki wykonanej opisanym powyżej sposobem potwierdziły obecność wypełniacza z azotku tytanu, utworzenie azotku krzemu, jak również przemianę metalicznego tytanu w azotek tytanu. Analiza ceramograficzna i rentgenowska analiza rozproszenia energii wykazały utworzenie spójnego materiału kompozytowego, posiadającego osnowę z azotku krzemu.

Przykład XX. Aby zademonstrować przerastanie mae^riał^u kompozytowego z osnowę z tlenku glinowego alfa zawierającą włókna ceramiczne z węglika krzemu ułożono jedną na drugiej dwie płytki z handlowego aluminium 380,1 o wymiarach 22 cm x 5 cm x 1,2 cm i umieszczono w ogniotrwałym złożu cząstek tlenku glnnowego /El Alundum, sito 90/, tak, że powierzchnia 22x5 cm górnej płytki była odsłonięta i usytuowana zasadniczo na poziomie złoża z tlenku glnnowego. Cienka warstwa cząstek węglika krzemu /Norton 39 Crystalon, sito 220/ została nałożona na' odsłoniętą powwerzchnlę aluminium, a na wierzchu tej warstwy umieszczono 5 warstw tkaniny z węglika krzemu Nicalon /produkcji Nippon Carbon Co/, przy czym każda z tych warstw była przedzielona cienką warstwą opisanych powyżej cząstek węglika krzemu. Opisany zestaw nagrzewano do ustawionej temperatur^y 1000°^{C p}rzez 75 godzin w powi.etrzu.

Powyższym sposobem ^tworzono spójny mt6ri.ał kompozytowy z osnową z tlenku glinowego alfa, w której osadzone były na przemian warstwy cząstek węglika krzemu 1 warstwy tkaniny z węglika krzemu bez zakłócenia splotu tkaniny i konfiguracji zestawu. Fig. 9 przedstawia mikrofotografię mateΓitłu kompozytowego wykonanego w po^ższym przykładzie.

Przyk ład XXI. Aby zademonstrować przerastanie iateΓiału kompozytowego z osnową z tlenku glnnowego alfa z osadzonym w niej iateΓiatθi wypełniającym, który zawiera cząstki tytanianu baru, cylindryczny wlewek z handlowego aluminium 712, stopiony z dodatkiem 10% krzemu, o 2,5 cm i o średnicy 2,2 cm osadzono w złożu z cząstek BaTiO^ w ogniotrwałym tyglu. Wlewek, złoże i tygiel umieszczono w piecu oporowym i nagrzano do ustawionej temperatur^y 11⁰⁰°C ^przez ⁹⁵ godzin w powietrzu.

Oednostkowe zwiększenie ciężaru opisanego powyżej zestawu było 0,71, co świadczyło o całkowitej przemianie wlewka aluminiowego w osnowę ceramiczną z tlenku glnnowego alfa. Dyfrakcyjna analiza rentgenowska proszku z uzyskanego materiału kompozytowego wykazała obecność osnowy z tlenku glnnowego alfa, BaTiO^, krzemu i różnych utlenoonych i nieutlenionych składników stopu 712.

Powyższy przykład demmontruje wprowadzanie mateΓitłu wypełniającego z tytanianu baru w osnowę z tlenku glnnowego alfa w celu utworzenia ' spójnego kompooytu.

Claims (34)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania kompozytu ceramicznego, zawierajccego osnowę metaliczną uzyskaną przez utlenienie meealu maacerzystego do postaci matθΓiału pollkrysrtlCcnnego, złożonego zasadniczo z produktu reakcji utleniania meealu maajeΓzysregn gazowym utleniaczem i ewennualnie jednego lub kilku nieutlenoonych składników meealu matjerzytregn oraz jeden lub kilka wypełniaczy osadzonych w osnowie, znamienny tym, że umieszcza się meeal maacerzysty przy przepuszczalnej masie wypełniacza 1 orientuje się meeal macierzysty 1 wypełniacz względem siebie tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania zachodzi w kierunku do wnętrza masy wypełniacza, po czym ogrzewa się meeal. macierzysty do temperatury powyżej temperatury topnienia tego meealu, ale poniżej temperatury topnienia wymienionego produktu reakcji utleniania, aby utworzyć bryłę roztopionego meealu matiθrzyttegn i prowadzić reakcję roztopionego meealu maaCeΓzysrego z utleniaczem w wymmenionej temperaturze, by powesel produkt reakcji utleniania, a przy wymienionej temperaturze utrzymuje się przynajmniej część produktu reakcji utleniania w styku z 1 pomiędzy bryłą roztopionego meealu a utlenaeczem, aby przyciągać roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza 1 do wnętrza sąsiedniej masy wypełniacza, tak że produkt reakcji utleniania tworzy się nieprzerwanie wewnątrz

   152 839 masy wypełniacza na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio utworzonym produktem reakcji utleniania, przy czym reakcję tę utrzymuje się przez czas wystarczający, by przynajmniej część wypełniacza została osadzona w wymienionym materiale polikrystaiccnyym.

   2. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y t y m. że metalem macierzystym jest tytan, . cyrkon, krzem lub cynk. 3. Sposób według zastrz. 1, z n a m i e n n y t Y m, że meeal maacerzysty za- wiera aluminium. 4. Sposób według zastrz. l albo 2 albo 3, z n a m i e n n ’ y tym, źe meeal ma cierzysty domieszkowaje się co najmniej jedną dormeszkę. 5. Sposób według zastrz. 4, z n a len n y t y m. że domieszkę jest magnez,

   t y m, że domieszka jest składnit y m, że domieszkę nakłada się t y m, że wprowadza się domieszkę t y m, że stosuje się domieszkę cynk, krzem, german, cyna, ołów, bor, sód, lit, wapń, fosfor, itr lub metale ziem rzadkich.
2. 6. Sposób we dług zastrz. 1, albo 2 albo 3, znamienny tym, że meeal maacerzysty domieszkowaje się kombinację przynajmniej dwóch domieszek.
3. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że domieszki te stanowię źródło magnezu 1/lub cynku oraz źródło krzemu, ołowiu, cyny, germanu, sodu, litu, wapnie, boru, fosforu. Itru 1/lub meali ziem rzadkich.
4. 8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że ιοζαΙ maacerzysty zawiera aluminium, a wymienione domieszki stanowię źródło magnezu oraz źródło krzemu.
5. 9. Sposób według zastrz. 4, znamienny kiem stopowym meealu maacerzystego.
6. 10. Sposób według zastrz. 4, znamienny jako warstwę na powierzchnię meealu maacerzystego.
7. 11. Sposób według zastrz. 4, znamienny w przynajmniej część wypełniacza.
8. 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny jako składnik stopowy meealu maacerzystego 1/lub nakłada się ję na powierzchnię meealu maacerzystego.
9. 13. Sposób według zastrz. li, znamienny tym, że meeal maacerzysty zawiera aluminium.
10. 14. Sposób według zastrz. 12 albo 13, znamienny tym, że domieszka zawiera źródło magnezu i/uub cynku oraz źródło krzemu, ołowiu, cyny, germanu, sodu, litu, wapnia, boru, fosforu, Itru 1/lub meali ziem rzadkich oraz ich mieszanin.
11. 15. Sposób według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że utlena^em jest gaz zawierający tlen, gaz zawierający azot, halogen, siarkę, fosfor, arsen, węgiel, bor, selen, telur i mieszaniny ^/^0, metan, etan, propan, acetylen, etylen, propylen 1 mieszaninę CO/CO2 lub ich zwięzkialbo mieszaniny.
12. 16. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że utlen^z^m Jest gaz zawierający tlen, gaz zawie rający azot, halogen, siarkę, fosfor, arsen, węgiel, bor, selen, telur, mieszaninę H^/N^O, meean, etan, propan, acetylen, etylen, propylen 1 mieszaninę CO/CO2 lub Ich zwięzki albo mieszaniny.
13. 17. Sposób według zastrz. 12 albo 13, znn amlenny tym, że utlena^em jest powietrze pod ciśnienem atmosferycznym.
14. 18. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że metalem macierzystym jest aluminium, utlenicceem gazowym jest powwetrze, produktem reakcji utleniania jest tlenek glnnowy alfa, a domieszkę stanowi magnez, cynk, krzem, ołów, cyna, german, sód, lit, wapń, bor, fosfor, itr i meeal ziem rzadkich oraz ich mieszaniny.
15. 19. Sposób według zastrz. 1 albo 5 albo 6, znamienny tym, że metalem macierzystym jest aluminium, utleniactθm gazowym jest gaz zawierający azot.
16. 20. Sposób według zastrz. ^znamienny tym, że metalem macierzystym Jest cyrkon, a utlenacceem gazowym jest gaz zawierający azot.

    152 839
17. 21. Sposób według zastrz 1, znamienny tym, że metalem macierzystym jest tytan, a utl^naazem gazowym jest gaz zawierający azot.
18. 22. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metalem macierzystym jest cyna, utlenacceern jest gaz zawierający tlen.
19. 23. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym. że produktem reakcji utleniania jest tlen, azotek, węglik, borec lub tleno-azotek.
20. 24. Sposób według za9trz. 1, z n a m. i e n n y t y m, że wymieniona temperatura wynosi od 850 do 1⁴⁵°⁰^ ^prz^y czym domtoszkuje sⁱę metal maatorzys^ co najmniej Jedną dornmeszką.
21. 25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, źe utlenicceem gazowym jest powietrze.
22. 26. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że wypełniacz zawiera jeden lub kilka teenków aluminium, ceru, hafnu, lantanu, neodymu, prazeodymu, samaru, skandu, toru, uranu, itru-i cyrkonu.
23. 27. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że wypełniacz jest tlenktom ^^e^alu drugiego, trzeciego lub wyższego rzędu.
24. 28. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że tlenek meealu Jest spinelem glnniwommagnezowye drugiego rzędu.
25. 29. Sposób według zastrz. 1 albo 3, znamienny tym, że wypełniacz zawiera włókna węglowe i/lub cząstki węglowe.
26. 30. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metalem macierzystym jest aluminium, a utlenaczemm gazowym jest gaz zawierający tlen.
27. 31. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metalem macierzystym jest krzem, a utleπicceem gazowym jest gaz zawierający związek węgla.
28. 32. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metalem macierzystym jest krzem, a utlenaccemm gazowym Jest gaz zawierający azot.
29. 33. Sposób według zastrz.1 albo 2 albo 3, znamienny tym, źe wypełniacz zawiera tlenek glinowy, węglik krzemu, tlenoazotek krzeeowioglinowy, tlenek cyrkonu, borek cyrkonu, azotek tytanu, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, stop żelazowo-chromowi--αumeniowy, aluminium oraz ich mieszaniny.
30. 34. Sposób według zastrz. 33, znamienny tym, że meeal maacerzysty domieszkuje się co najmniej jedną domieszką.
31. 35. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3 albo 18 albo 20 albo 21 albo 22 albo 23 albo 24 albo 25, znamienny tym, że stosuje się wypełniacz w postaci wydrążonych bryłek, cząstek, proszków, włókien, nitek krystalccznych, kulek, pęcherzyków, wełny stalowej, płytek, agregatów, drutów, drążków, prętów, granulek, rurek, tkaniny z włókien ogniotrwałych, kanalików lub ich de^^ar^:Ln.
32. 36. Sposób według zastrz. 3 albo 6, znamienny tym, że wypełniacz zawiera węglik krzemu, a dolny zakres tempeatury wynosi w przybliźeniu 850°C.
33. 37. Sposób według zastrz. 3 albo 6, znamienny tym, że wypełniacz zawiera tkaninę z włókien ogniotrwałych lub włókna węglowe.
34. 38. Sposób według zaetrz. 4, znamienny tym, że metalem macierzystym Jest aluminium.

    152 339

    152 859

    WPŁYW Mg NA PRZEMiANĘ JEDNOSTKOWĄ (SiTO 90, WYPEŁNIACZ ALUNDUM 38)

    WPŁYW Mg NA PRZEMiANĘ WLEWKA (SiTO 90. WYPEŁNIACZ ALUNDUM 38 )

    STOP Si/Mg(%o wag.) □ 3/0 + 3/3 o 3/7

    152 839

    WPŁYW Si NA PRZEMiANĘ JEDNOSTKOWĄ (SiTO 90, WYPEŁNi ACZ ALUNDUM 38)

    WZROST CiĘŻARU JEDNOSTKOWEGO

    STOPSi/Mg(%wag.)o o/3 + 3/3 o 5/3 δ io/3

    WPŁYW Si NA PRZEMiANĘ WLEWKA (SiTO 90, WYPE-LNiACZ ALUNDUM 38)

    STOP Si/Mg(% wag. )□

    0/3 + 3/3

    O 5/3

    Δ 10/3

    152 859

    WZROSi CiĘŹARU JEDNOS l KOWEGO WZROST CiEŻARU WLEWA

    S lOP Si/Mg(%wag.) ° 3/o + _V3 o 3/7

    S lOP Si/Mg (% watj.ln 3/0 + 3/3

    O 3/7

    152 339

    STOP Si/Mg(% wag.)□ 0/3 + 3/3 o 5/3 δ io/3

    WPŁYW S, NA PRZEMiANĘ WLEWKA (SiTO 90, WYPEŁNIACZ ALUNDUM E1)

    STOPSi/Mg(%wag)) □ a/3 + 3/3

    O 5/3

    Δ 10/3

    152 339

    WPŁYW ZAWARTOSCi Mg NA WZROST CiĘZARU jednostkowego (WYPEŁNIACZ SPiNEL SITO 325)

    STOP Si/Mg(%wog.)^a 3/0

    3/3

    O 3/7

    152 839

    IO/3

    STOP Si/Mg(%wag.)+ 3/3 o 5/3

    WPŁYW ZAWARTOŚĆ. S, NA WZROST

    CiĘŻARU WLEWKA (WYPEŁNiACZ SPiNEL SiTO 325)

    STOP Si/Mg(% wag) + 3/3 o 5/3 δ IO/3

    152 859

    PRZEMIANA W FUNKCJi TEMPERATURY i ZAWARTOŚCI Mg ( WYPEŁNiACZ 37 CRYSTOLON SiC SITO 90 wzrost Ciężaru jednostkowego

    PRZEMiANA W FUNKCJi TEMPERATURY i ZAWARTOŚCI Mg WYPEŁNIACZ 37 CRYSTOLON S.C SiTO 90 + 3/3

    O 3,7

    STOP S./Mg(% wag.) α z/o

    152 939

    152 839

    0 1V>

    152 839

    3/3

    O 3/7

    STO P Si /Mg (% wag.) o 3/0

    STOP Si/Mg(%wag.)o 3/0

    3/3

    3/7

    152·839

    PRZEMIANA W FUNKCJi TEMPERATURY i ZAWARTOŚCi Si <5<r wzrost Ciężaru jednostkowego (WYPEŁNIACZ 39 CRYSTOLON SiC SiTO)

    12 14

    TEMPERATURA (TYSiĄCE °C )

    STOP Si/Mg% wag)

    0/3 + 3/3 o 5/5 x 10/3

    PRZEM.ANA W FUNKCJi TEMPERATURY i ZAWARTOŚCI Si (WYPEŁNiACZ 39 CRYSTOLON SIC SiTO 90 )

    STOPSi/Mg(%wag.)<o o/3 + 3/3

    O 5/3 χ 10/3

    152 839

    152 839

    Zakład Wydawnictw UP RP . Nakład 100 egz.

    Cena 3^ zł