PL155755B1

PL155755B1 - A method of a self-supporting block of a ceramic composite production and a self-supporting block of a ceramic composite

Info

Publication number: PL155755B1
Application number: PL1987267239A
Authority: PL
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1987-08-07
Publication date: 1992-01-31
Also published as: CA1309574C; PT85450A; NZ220519A; CS8705980A3; PT85450B; FI86631C; KR880002775A; YU122187A; HU202167B; DK326887A; ZA873961B; CN1028511C; AU596668B2; CN87105222A; DK326887D0; IE60373B1; NO872366L; CS275021B2; BG60159B2; YU218588A

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wywrzania wyrobu z kompozytu ceramicznego o ściśle określonym kształcie aegakwo⁰'k'ml odwotnie odwzorowującym pozytywowy model z prekursora metalu maćerzystego.

Z polskiego opisu patentowego nr 152839 jest znany sposób w^wrzania kompwzytu ceramicznego przez wzrost produktu reakcji utleniania z metalu maierzystego w przepuszczalną masę w/ypeniacza, jednakże uzyskiwany komfpizyt nie może mieć określonego i pożądanego kształtu.

Sposób prowadzenia wzrostu produktu ceramicznego przez reakcję utleniania jest ogólnie znany z amerykańskiego opisu patenoowego nr 4 713 360. Efekty zastosowania niezwykłego zjawiska utleniania można wspomóc przez użycie domieszki stopowej poziwasjącej uzyskać produkty ceramiczne, stanowiące prOdiutcji reakcji utleniania z prekursora meealu macierzystego.

Jeszcze korzystniejsze efekty są możliwe do uzyskania w przypadku domieszek zewntrznych nakładanych na powierzchnię prekursora meealu macierzystego, jak to ujawniono w amerykańskich opisach patentowych nr nr 822 999, 776 965, 747 788, 632 636 dokonanych odpowiednio 27 stycznia 86 r., 17 września 85 r., 25 czerwca 85 r., 20 lipca 84 r.

Ponadto, z polskiego zgłoszenia P 263 840 jest znany sposób wytwrzania wyrobów ceramicznych z jedną lub kikkoma kształooiymi wnękami. Winki w wyrobach wytworzonych tym sposobem negatwoowo odwzorowuj kształt pozytywnego modelu z metalu maierzystego, który jest umieszczony w i całkowicie otoczony przez wyelniacz dostosowywijący się do jego kształtu wystarczająco, aby umooiiwić zróżnicowaną rozszerzalność cieplną pomiędzy wyelniaczem a metalem mcierzystym wraz ze zmianą objętości w temperaturze topnienia meealu, przy czym wypełniacz' jest samosejalny w wymienionej temperaturze, ażeby wnęka poiwtała przez migrację roztopionego metalu maierzystego w wypełniacz /w celu wytwoozenia produktu reakcji

155 755

155 755 utleniania/ nie zapadła się na skutek różnicy ciśnień powstającej na tworzącej się ściance wnęki w wyniku migracji powodującej powstanie więki.

Ogólnie rzecz ujmując istnieje znaczące zainteresowanie zastosowaniem mteriałów ceramicznych na konstrukcje, które zazwyczaj są wykonywne z metali. To zainteresowanie jest powodowane wyższością mteriałów ceramicznych pod wględem pewnych właściwości, takich m.anowicie jak odporność na korozję, twardość, moduł sprężystości oraz ogniotrwałość w porównaniu z meealami.

Wyssłki mtące na celu wy^^I'^odukolWtdLt bardziej wtrzymałych, bardziej niezawodnych i odporniejszych na obciążenia dynamiczne, są skupione głównie na opracowywaniu lepszych technologii wywarzania mo^oitycznych imperiałów ceramicznych i na opracowywaniu nowych struktur kompozytów z osnową ceramiczną. Struktura kompozytowa jest mteriaeem niejednooodnym, złożonym z dwóch lub więcej różnych maaeriałów, które są ściśle ze sobą powiązane, aby uzyskać pożądane właściwości kompozytu. Przykładowo, dwa różne materiały mogą być ze sobą ściśle powiązane przez wtopienie jednego z nich w osnowę z drugiego maaeriału. Struktura ceramicznego kompozytu zwykle zawiera osnowę ceramiczną obejmującą cząstki jednego lub kilku różnych rodzajów imperiałów wpeeniacza.

Tradycyjne sposoby wytwrzania wbobów ceramicznych obejmują zwykle przygotowanie mteriału osnowy w postaci proszku, mielenia proszku w celu uzyskania bardzo drobnych cząstek oraz formowanie z proszku bryły o żądanym kształcie geometrycznym /z naddatkiem na skurcz podczas późniejszej obróbki/. Przykładowo, etap formowania można zreaizoować przez prasowanie jednoosiowe, prasowanie izostatyczne, formownie wtryskowe, odlewanie taśmowe lub odlewnie z gęstwy. Po formowaniu przeprowadza się zagęszczanie bryły przez ogrzewanie jej do podważonej temperatury, w której poszczególne cząstki proszku łączą się ze sobą tworząc spójną strukturę. Korzystnie etap ten przeprowadza się bez podwyższonego ciśnienia, chociaż w pewnych przypadkach może być wymagane działanie ciśnienia zewiętrznego lub przyłożenie siły jeκindosdowd /prasowanie na gorąco/, albo izostatycznie /prasowanie izostatyczne na gorąco/. V końcu Jest dokonywane wyko.óccenie, zazwczaj przez szlioowanie diamentem.

Wiele prowadzonych badań jest skierowanych na ulepszanie technologii obróbki proszków.

W badaniach tych szczególną uwagę zwaca się na problem wywarzania ultradrobnoziarnistych, Jednorodnych mteriałów proszkowych za pomocą sposobów zol-żel, plazmowych i laseoowych oraz na metody zagęszczania,takie Jak spiekanie, prasowanie na gorąco, prasowanie izostatyczne na gorąco. Celem tych badań jest uzyskanie gęstej, drobnoziarnistej mikrostruktury pozbawionej wad i rzeczywiście w niektórych przypadkach uzyskane zostały zadawaaające właściwości maeriałów ceramicznych. Jednakże uzyskanie tego pociąga za sobą duży wzrost kosztów wytwarzania wyrobów ceramicznych. Zatem koszty stają się głównym czynnikiem ograniczająym zastosowania komercyjne tak wytworzonych imperiałów ceramicznych.

Irniymi ograniczeniem pdgarszającym sytuację w nowoczesnych tichnologiach mateΓatłów ceramicznych jest wielostronność skali wyrobów. Konwstrąorr^lne procesy m^ące na celu zagęszczanie, to znaczy wyeliminowanie pustych przestrzeni pomiędzy cząstkami proszku, są niekompatybilne z mooiiwościami zastosowania wyrobów ceramicznych dla dużych konstrukcji jednoczęściowych. Zwiększenie ^t^iarów wyrobu stwarza kilka kolejnych problemów, takich jak przedłużenie czasu procesu wyważania, surowe wymaania odnośnie Jednorodnych warunków procesu w dużej objętości, pękanie wyrobu na skutek niejednorodności zagęszczania lub na skutek naprężeń cieplnych, wykrzywianie się i osiadanie części podczas spiekania, nadmierne siły zagęszczania i wymiary form, jeżeli stosuje się prasowanie na gorąco oraz duże koszty zbiornika ciśniraiswegd ze względu na wyMf^^ną pojemność i grubość ścian w przypadku prasowania izostayycznego na gorąco.

Jeżeli te tradycyjne metody zastosuje się do wylwrzania maeriałów kompozytowych z osnową ceramiczną, pojawiają się dodatkowe trudności. Najpo»raanrejtzt problemy związane są z zagęszczaniem. Zazwyczaj stosowane spiekanie bticiśniendowe może być trudne lub niemożliwe do

155 755 przeprowadzenia w określonych kompozytach, Jeżeli łączone mteriały nie są w wysokim stopniu powinowate. Normlm spiekanie jest niemożliwe w większości przypadków kompozytów włóknistych, Jeżeli nawet maeriały wykazują powinowactwo, ponieważ łączenie się ze sobą cząstek osnowy jest nieunożliwione przez włókna, które przeciwstawiają się niezbędnym przemieszczeniom cząstek zagęszczanego proszku. Trudności te zostały w pewnych przypadkach częściowo przezwyciężone przez wymuszone zagęszczanie przy przyłożeniu ciśnienia zewnętrznego w warunkach ^sokiej temperatury. Postępowanie to powoduje jednakże wiele problemów, łącznie z pękaniem włókien ^naaniających na skutek przyłożonych sił zewnętrznych, ograniczoną zdolnością do wytwarzania skomplikowanych kształóów /zwłaszcza w przypadku jednoosżywego prasowania na gorąco/ i zwykle w^okie koszty powodowane niską wd3aⁿ°ścią takiego procesu oraz niezbędnymi niekiedy operacjami wybaczającymi.

Dodatkowe trudności mogą również powstawać przy mieszaniu proszków z wiskerami lub włóknami oraz w fazie kształtowania ^yobu, gdy ważne jest utrzymanie jednorodnego rozkładu drugiej fazy kompozytu w osnowie. Przykładowo, przy wytwrzaniu kompozytów ceramicznych wzmocnionych wiskerami, płynięcie ziaren proszku i wiskerów w procesie mieszania i przy formowaniu wyrobu mogą powodować niejednorodności struktury i niewłaściwą orientację wiskerów, przyczyniając się do pogorszenia właściwości maeriału.

Zadaniem wmlazku jest opracowanie sposobu wywarzania ^yobu z kompozytu ceramicznego, o kształcie negatyιo^wy.m odwotnie odwzorowującym pozytywowy model z prekursora metalu imcierzystego, przy czym kształt tego wfobu może byó dowlnie skomplikowany, łącznie z tworzeniem wklęsłości, wgłębień i wnęk o wlocie mniejszym niż w^niary wnęki.

Zgodnie z wynalazkiem sposób w^wrzania ^yobu z kompozytu ceramicznego, zawierającego osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie metalu maacerzystego, aby ^tworzyć polikrystaliczny miaeriał złożony z produktu reakcji utleniania metalu imcierzystego utlenaacemm i ewentualnie jeden lub kilka składników meealicznych oraz wyplniacz objęty przez tę osnowę ceramiczną, polega na tym, że stosuje się prekursor metalu imcierzystego posiadający sekcję będącą modelem poz/b^owym do odwrotnego od^orownia i sekcję bez odwzorowywana, umieszcza się przynajmniej sekcję prekursora metalu [Mcnerzystlgo, stanowiącą model pozytywowy, w styku ze złożem wy^ełⁿiacza dostosowującego się pod ^ględem kształtu w wrunkach kontrooowanego wzrostu, aby wspomagać produktu reakcji utleniania z sekcji stanowiącej model pozytywowy w kierunku do ^aełniacza i uniemożliwiać z sekcji bez odwzorowywana, przy czvm od^oro^ny wy^elⁿiacz jest przepuszczalny dla utleniacza gdy utleniacz styka s±ę z roztopionyπl metalem mcierzystym i Jest przepuszcza lny dla infiltracji przez wzrost produktu reakcji utleniania poprzez ten wypeniacz. Następnie ogrzewa się prekursor metalu mccerzystego do zakresu temperatury pow^aj jago temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby wytworzyć roztopiony metal miaierzysty i przy tej temperaturze doprowadza się do reakcji roztopionego meealu raacerzystego z utleniaczem. Uzyskany produkt reakcji utleniania co najmniej w części utrzymuje się w styku z i pomiędzy roztopźonym metalem a utlenaaczem, aby stopniowo przepuszczać roztopiony meeal poprzez produkt reakcji utleniania i do styku z utleniaczem w złożu wyotnlacza, aż do momentu uzyskania negatywowego kształtu w złożu wypalacza, podczas gdy produkt reakcji utleniania w dalszym ciągu tworzy się na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania. Reakcję kontynuuje się przez taki okres czasu, aby przynajmniej częściowo objąć odwzorowany wypłniacz w produkcie reakcji utleniania przez wrost tego produktu w ^peeniacz, dla uzyskania w^obu o kształcie negatywowym, a w koccu oddziela się uzyskany produkt od nadmiaru wypełniacza i tweniualnie od nieprzeeαagowanegi metalu ^Manerzysttgo.

Korzystnie, stosuje się środek przykrywający przynajmniej część sekcji meealu mcńerzystego bez odwzorowywana. Jako utleniacz stosuje się utleniacz w fazie pary, przy czym środek przykrywający jest przepuszczalny dla utleniacza w fazie pary. Korzyytnie, jako środek

155 755 przykrywający stosuje się warstwę gipsu modelarskiego, albo wrstwę mteriału obojętnego. Warunki kontrooowtnego wrostu ustala się przez przykrycie sekcji meealu raaćerzystego bez odwzorowywania substancją uniemożliwiającą przerastanie produktu reakcji utleniania przez ten środek, lub alternatywnie warunki kontrolowania wrostu ustala się przez podawanie zewnętrznej domieszki do sekcji stanowiącej m<iel pozytywowy.

Zgodnie z ^mlazkiem prekursor meealu maCerzystego umieszcza -się w sprzężeniu ze złożem wypełniacza dostosowującego się pod waględem kształtu, przez co sekcja prekursora metalu mcierzystego bez odwzorowywania jest wolna od stykania się ze złożem wfpeniacza. W szcze gólnie korzystnym przypadku stosuje się metal mccerzysty na bazie aluminium. Warunki kontrodo¼aanego wrc^^-tu ustala się przynajmniej częściowo przez wmowdzenie utleniacza stałego i/lub utleniacza ciekłego w część złoża wypełniacza dostosowującego się pod wględem kształtu przy sekcji stanowiącej model pozytywowy.

Według y/ralazku jako utleniacz stosuje się gaz zawierający tlen, gaz zawierający azot, powietrze, albo tel jako utleniacz stosuje się gaz formujący, korzystnie zawerający około 96% objętoścoowych azotu i około 4% objętościowych wodoru. Jako utleniacz można również zastosować gaz zawierający tlen, gaz zawierający azot, chlorowiec, siarkę, fosfor, arsen, węgiel, bor, selen, tellur, mieszaninę Hg/HgO, dwutlenek krzemu, metan, etan, propan, acetylen, etylen, propylen i mieszaninę CO/CO2 oraz związki ^mienionych pierwiastków. Jako wypełniacz stosuje się wydrążone bryłki, cząstki, proszki, włókna, wiskery, kulki, pęcherzyki, wełnę stalową, płytki, agregaty, druty, pręty, granulki, rurki, tkaniny z włókien ogniotrwałych, drobnych rurek lub ich mieszanin. Alternatywnie, jako wypełniacz stosuje się tlenek genowy, dwitlemk krzemu, wglik krzemu," tlenoazotek krzemowo-glinowy, tlenek cyrkonowy, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, glinian mgnezowy, stopy żelaza, stop żelazochrom-aluminium. Jako meeal macerzysty stosuje się stopy meali na bazie krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.

Korzystnie, metal maćerzysty domieszkuje się jedną lub kilkoma domieszkami przez stopowe wpΓdwidzenie jednej lub kilku domieszek w meeal maćerzysty i/lub nakładanie jednej lub kilku domieszek w postaci warstwy maeriału domieszkującego na przynajmniej część modelu pozytywowego z Metalu maierzystego i/lub wprowadza się jedną lub kilka domieszek przynajmniej częścoowo w wypełniacz przy moddlu pdzytywowti.Jako domieszkę stosuje się mgnez, cynk, krzem, german, cynę, ołów, bor, sód, lit, wpń, fosfor, itr, lantan, cer, prazeodym, neodym i samar.

Sposób według wyralazku zapewnia to, że struktura kompozytu ceramicznego w wyrobie o założonym kształcie 'wrasta w całym przekroju do grubości trudnej lub wręcz niemożliwej do osiągnięcia przez konwenncoralne sposoby, a przy tym jest jednorodna pod wglądem właściwości. Proces według wynalazku, który pozwla wywarzyć takie wyroby, nie wyraga wy^s°kich nakładów, a zwłaszcza umodliiit wyeliminowanie kosztów związanych z przygotowaniem drobnoziarnistych, jednorodnych proszków o wysokiej czystości, formowaniem wyrobu, wypalaniem spoiwa, spiekaniem, prasowaniem na gorąco i prasowaniem izdstatczryym na gorąco.

Sposób "zrealizowany według wnalazku, w^^^odry^t1;ujący zjawisko utleniania, umodliwia uzyskanie w/robów z kompozytów ceramicznych o niezwykle dużej wtΓzymaości, odporności na kruche pęka-nie i w zasadzie dowolnym kształcie i ^marach.

Użyte w opisie określenia są zdlfindowane następująco: "Ceramiczny" nie należy ograniczać do bryły ceramicznej w sensie klasycznym, to znaczy w tym sensie, że zawiera ona całkowicie iaaeritłt niemetaliczne 1 nieorganiczne, ale określenie to raczej dotyczy bryły, która jest głównie ceramiczna pod względem składu lub dominujących właściwości, chociaż noże zawierać mńejsze lub znaczne ilości jednego lub kilku składników meto licznych pochodzących z metalu mcierzystego lub zredukowanych z utleniacza lub domieszki, najczęściej w zakresie 1-4^0% objętoścóowych, ale może zawerać jeszcze więcej metli.

"Produkt reakcji utleniania" ogólnie oznacza jeden lub kilka meeali w dowolnym stanie

155 755 utlenionym, kiedy metal oddał elektrony lub podzielił się nimi z innym pierwiastkiem, związkiem łub ich kombinacją. Odpowiednio "produkt reakcji utleniania" według tej definicji obejmie produkt reakcji jednego lub kilku metali z utleniaczm, takim jak utleniacze opisane w ninieSzzym, zgłoszeniu.

"Utleniacz" oznacza jeden lub kilka odpowiednich akceptorów elektronów i może być ciałem stałym, cieczą lub gazem /parą/ albo ich kombinacją /na przykład ciało stałe i gaz/ w warunkach procesu.

"Meeal macierzysty" odnosi się do tego metalu, na przykład aluminium, który jest prekursorem polikrystaliionegr produktu reakcji utleniania i zawiera ten me^l jako zasadniczo czysty meeal, metal dostępny w handlu z zanieczyszczeniami i/lub składnikami stopowymi lub stop, w którym ten prekursor meealu jest głównym składnikiem, a kiedy o danym metalu mówi się jako o metalu mcierzystym, na przykład aluminium.,meal ten należy tΓakriwać według tej definicji, chyba że z kontekstu wynika inaczej.

"Kszzałt negitwwowy" bryły kompozytu ceramicznego oznacza taki kształt /geometryczny/ bryły, który stanowi odwrotne odwzorowanie modlu pozytywowego /to znaczy kształtu geometrycznego/ z prekursora meealu maierzystego.

"Model pozytw/nwy" z prekursora metalu macerzystego oznacza taki model /to znaczy kształt gtrmetΓyczny/ z meealu maierzystegr, który jest odwrotne odwzorowywany, aby wytworzyć kształt negatwowy bryły ceramicznej, Należy zauważyć, że określenia "negatywowy" i "pozyttwo^wy" są zastosowane w tym kontekście tylko we wzajemnej zależności, aby zaznaczyć, że jeden kształt gtometrtczny jest przystający do drugiego. Nie mi tu w żadnym sensie intencji ograniczania typu kształóów /modelu pozytywowego/ lub "kształtu negatywowego".

"Odwwronie odwzorowany" oznacza, że kształt negatwowy bryły kompozytu ceramicznego zawiera powierzchnie, które są przystające do kształtu sekcji modelu pozytywowego z prekursora metalu maierzysttgr.

Wyn3aazek jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia prekursor meealu macerzystego ukształtowany tak, aby po jednej jego stronie powstał model pozytywowy, a po przeciwnej stronie sekcja bez odwzorowywana, w widoku ptrspektw¢icznyral, fi^g. ¹A - ^prekursor metalu mawrzytego z ^fi^g. ¹ w ^łotaniu obróconym o ¹80° wokół Równej osi wzdłużnej w stosunku do położenia na fig. 1 w widoku perspektywicznym, fig. 2 ukształtowany prekursor metalu mMerzystego z fig. 1 i 1A umietziiroy w naczyniu ogniotwwałym na powierzchni międzyfazowej pomiędzy warstwą wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu, wspierającego nałożoną warstwę cząstkowego maeriału obojętnego, w przekroju poprzecznym, fig. 5 - bryłę kompozytu ceramicznego po oszlioowaniu jej szorstkich powierzchni wykonaną przy zastosowaniu zestawu pokazanego na fig. 2 w widoku perspektywicznymi, przy czym powierzchnię niędzyfazową pomiędzy warstwami wypełniacza a maeriału przegrody jest płaszczyzna Χ-Χ, fig. 4 - bryłę kompoo/tu ceramicznego według wynnlazku przed oszlifowaniem szorstkich powierzchni wykonaną przy użyciu zespołu pokazanego na fig. 2 w widoku perspektywicznym, przy czym powierzchnią międzyfazową pomiędzy warstwami wypełniacza a miteriału przegrody jest płaszczyzna Y-Y, fig. 5 - prekursor meealu macerzystego z fig. 1 i 1A w widoku z boku z częsctow^ przekrojem, z warstwą domieszki ztw^otI'znej nałożoną na sekcję modelu pozytywowego, fig. 6 - zespół złożony z kształtowego prekursora metalu macierzystego umieszczonego wewwątrz osłony z przegrody i zawartego w naczyniu ognirtwiβłym w przekroju poprzecznym z sekcją m^c^c^;Lu pozytywowego prekursora metalu mMerzystego w sprzężeniu z wypełniaczem dostosowującym się pod względem kształtu, fig. 7 - bryłę kompozytu ceramiizotgo wdług wynalazku wykormną z zastosowaniem zespołu z fig. 6 w widoku perspektywicznym, fig. 8 - prekursor meealu manerzystego ukształtowany tak, że jego powierzchnie zewnętrzne tworzą model pozytywowy, a powierzchnia otworu cylindrycznego przebiegającego poprzez ten prekursor tworzy sekcję bez odwzorowana, w widoku perspekmywicznymi, fig. 8A prekursor areału macierzystego z fig. 8 w położeniu obróconym o 180° wokół swej głównej osi

155 755 wzdłużnej w stosunku do położenia na fig. 8 w widoku perspektywicznym, fig. 8B prekursor metalu macierzystego z fig. 8 i 8A w widoku z boku z cylindryczną przegrodą umieszczoną w cylindrycnnym otworze prekursora i wstającą z każdego jego końca, fig. 9 - zespół złożony z kształoowego prekursora meealu maacerzystego z fig. 8B umieszczonego w naczyniu ogniotrwałym w zespole zawierającym wP^ełniacz dostosowujący się pod względem kształtu i przegrodę, fig. 10 - prekursor metalu lMιαieΓzystego kształt<3wany podobnie lub tak samo jak na fig. 1 i 1A i osłonięty przegrodą w widoku perspektw/icznym z częściwym przekrojem, a fig. 11 przedstawia zespół kształowwego prekursora metalu [raaiercystego i przegrody z fig. 10 umieszczony w naczyniu ogniotrwałym w zespole zawierającym wpełniacz dostosowujący się pod względem kształtu i przegrodę w przekroju poprzecznym.

W praktycznej realizacji przedmiotowego wynalazku prekursor meealu ιraaCeΓcystego stosowany jest w postaci kształtki z jedną sekcją tworzącą model pozytywowy, którego kształt geomeeΓyccny mi być odwotnie odwzorowywany jako negatwowy kształt gotowego kompozytu ceramicznego oraz sekcję bez odwzorowywana. Według wyMlazku skomplikowane kształty negatywowe mogą być odwotnie od^orowy-wine w gotowym ktmpetycie ceramicznym podczas tworzenia lub hodownia ceramiki zamiast ksztcłOowcaic lub obróbki bryły ceramicznej skrawaniem. Prekursor metalu raαiercystego można odpowiednio kształowrać dowolnymi odpowiednimi środkami. Przykładowo ka^łek meealu, taki jak pręt, kęs lub wlewek, można odpowiednio obrabiać skrawaniem, odlewać, formowe, wtłaczać lub inaczej kształtować, aby utworzyć prekursor metalu maierzystego. Prekursor meealu mιαieΓzystego może posiadać rowki, otwory, zagłębienia, pola, nadlewy kołnierze, wstępy, gwinty itp. w^onane w nim, jak również może posiadać kołnierze, tuleje, tarcze, pręty itp. przymocowane do niego, aby utworzyć model pozytywowy o żądanym kształcie. Prekursor metalu maierzystego może zawierać jeden lub kilka kawałków meealu odpowiednio uksctałOowanych, tak że kiedy jest umieszczony ze swą sekcją modelu pozytywowego w sprzężeniu ze złożem wpełniacza dostosowującym się pod względem kształtu Iz sekcją bez odwzo rowywania nie stykającą się ze złożem wPeenaacza/, wówczas model pozyt^ow tworzy kształtowy segment złoża wPθł^aiaiza bezpośrednio przy maie prekursora meealu Iracierzysłego. Kiedy prekursor meealu raαieΓcystegt jest roztopiony i produkt reakcji utleniania infiltruje w złoże wP^ełⁿiacza, wówwzas w wynikowej bryle ktmpetytu ceramicznego powwsaje kształt negatwowy. Przedmiotów wmlazek zapewnia zatem zaletę uzyskania kształtu negatywowego przez obróbkę skrawaniem lub inne kształtowanie metalu, a nie przez szlifowanie lub obróbkę skrawaniem cera miki, co jest procesem znacznie trudniejzym i kosztowniejszym.

Przy przeprowadzaniu sposobu według wyfialazku prekursor metalu IraαCeΓzystłgt umieszcza się jego sekcją modelu pozytywowego w sprzężeniu ze złożem wypełniccza dostosowującego się pod wględem kształtu w wirunkach kontrolowania wzrostu, które będą wspomagać wzrost produktu reakcji utleniania zasadniczo lub włącznie z sekcji modelu etzytwtwłgo i w złoże wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu, z uniemożliwianiem lub zapobieganiem ^^z^o^-towi produktu reakcji utleniania z sekcji bez tdozorowonaa. Waaurn<i kontroli wzrostu migą być uzyskiwane lub wspomagane przez ustalenie kinetyki reakcji utleniania metalu maći^irzystego, która jest korzystniejsza przy lub w sąsiedztwie sekcji modelu pozytywowego niż przy sekcji bez odwzorowywana. W wyniku uzyskuje, się preferencyjny wzrost lub rozwój produktu reakcji utleniania w złoże WPeł^-acza dostosowującego się pod względem kształtu z sekcji mdelu pozytywowego i uniemotliwiaaie lub eliminację takiego wzrostu z sekcji bez odwzorowywana. Przykładowo odpowO-einią domieszkę zewnętrzną rożna podawać na sekcję modelu pozytywowego, co wspomaga wzrost z tych części prekursora metalu mcierzysłego, na które domieszka ta jest nałożona, jak wyjaśniono szczegółowo w równocześnie rozpiatywanym zgłoszeniu patentowm USA nr 822 999 tego samego właściciela opisanym powżżj. Taka domieszka może być nakładana zewnętrznie na powierzchnię sekcji modelu pozytywowego prekursora meealu Maierzystego i/lub może być wpro^dzana w wypełniacz dostosowujący się pod względem kształtu zwócony do sekcji modelu pozytywowego, korzystnie przy lub w pobliżu powierzchni sekcji modelu pozytywo155 755 wego. Ponadto utleniacz stały i/lub utleniacz ciekły (wyjaśniono szczegółowo poniżej) może być prowadzony w złoże w<Peeniacza w części lub strefie przy sekcji modelu pozytywowego. Wzrost będzie następował lub Jest ułatwiany w kierunku utleniacza.

Kontrolę wzrostu polikrystalizznego produktu reakcji utleniania można uzyskać za pomocą odpowiedniej bariery lub środka zapobiegającego wzrostowi, tak jak w przykładach wykominia opisanych w równocześnie rozpatyywanym zgłoszeniu patentowym USA nr 861 024 z 8 marca 1986. Skutecznymi przegrodami są maeriały, które są niezwilżalne przez transjwrocawany roztopiony materiał maacerzysty w warunkach procesu, przez to że zasadniczo nie ma powinowactwa pomiędzy roztopóonym metalem a przegrodą i dlatego zapobiega ona wrc^^tow.. Mogą być również stosowane takie przegrody, które mją tendencję do reagowania z tran5portowanyra roztoponnym metalem maierzystym, aby uniemożliwiać dalsze wrastani-e,

W szczególności użyteczne przegrody to siarczan wapnia, krzemian wapnia, cement portlandzki, stopy mettli, takie jak stal nierdzewna oraz gęsta lub spieczona ceramika, taka jak tlenek glinowy, który można stosować w przypadku aluminium jako meealu mcierzystego. Przegroda może również zawierać jako swój składnik odpowiedni palny lub lotny matriał, który jest eliminowany przez nagrzanie, albo też maeriał, który rozkłada się po ogrzaniu, aby uczynić przegrodę przepuszczalną lub zwiększyć porowatość i przepuszczalność przegrody. Przegroda pokrywa lub jest nałożona na sekcję ^^etilu maierzystego bez odwzorowywania i korzystnie jest z maeriału, który dostosowuje się do powierzchni lub kształtu tej sekcji zmnżejszając przez to do minimum lub eliminując niepożądany wzT^ia^t;. Można zastosować połączenie tych sposobów, to znaczy przegrodę można nakładać na sekcję prekursora me^lu rncierzystego bez odwzorowywana, a domieszkę ztwlż'tΓzną można nakładać na sekcję modelu pozytywowego i/lub podawać do wypełniacza zwróconego do sekcji modelu pozytywowego. Sekcja prekursora metalu maćerzystego bez odwzorowywania może być utΓyynyoażt bez styku ze złożem wypełniacza, nawet jeżeli nie jest pokryta maeriałem przegrody, to znaczy można pozostawić ją odsłoniętą do atmosfery, gdy warunki są takie, że wzrost produktu reakcji utleniania do atmo sfery jest uniemożliwiony za wyjątkiem tych powierzchni prekursora meealu macierzystego, dla których dostępna jest ztwnżtrzżt domieszka lub utleniacz w stanie stałym lub ciekłym.

Chociaż wy^l.azek jest opisany poniżej szczególnie w odniesieniu do aluminium jako korzystnego meealu macerzystego, inne odpowwednie meeale macerzyste, które spełniają kryteria pmdmiotowego wyrnlazku, ale bez ograniczenia do nich, to krzem, tytan, cyna, cyrkon i hafn.

Można zastosować utleniacz stały, ciekły lub w fazie pary, albo też kombirację takich utleniaczy, jak podano powyżej. Przykładowo typowymi utleniaczami są, bez ograniczenia, tlen azot, chlorowiec, siarka, fosfor, arsen, wgiel, bor, selen, tellur i ich związki oraz kombinacje, na przykład metan, etan, propan, acetylen, etylen i propylen /jako źródło węgla/, SiO^, / jako źródło tlenu/ i mieszaniny takie jak powietrze, J-A^O i C0/CC>2, przy czym ostatnie dwie /to znaczy H-/HgO i CO^CO.,/ są użyteczne przy zimnejszaniu aktywności ~tlenu w środowisku.

Chociaż można zastosować dowolne odpowiednie utleniacze, przykłady wykorania wyrnlazku opisano poniżej w odniesieniu do zastosowania utleniaczy w fazie pary. Jeżeli stosuje się utleniacz gazowy lub parowy, to znaczy utleniacz w fazie pary, wyełniacz jest przepuszczalny dla utleniacza w fazie pary, tak że po w/stawieniu złoża wypełniacza na utleniacz taki utleniacz w fazie pary przenika przez złoże wypełniacza do styku z roztopóonym metalem cierzysyym w nim. Określenie "utleniacz w fazie pary" oznacza maeriał zamieniony w parę lub normalnie gazowy, który tworzy atmosferę utleniającą. Przykładowo tlen lub mieszaniny gazowe zawierające tlen /łącznie z powietrzem/ są korzystnymi utleniaczami w fazie pary jak w przypadku, gdy metalem maierzystym jest aluminium, przy czym powóetrze jest zwykle korzystniejsze z oczywistych względów ekonomicznych. Kiedy utleniacz jest identyfikowany jako zawierający dany gaz lub parę, oznacza to utleniacz, w którym idtżtyfikowtnż gaz lub para jest jedynym, głójwiym lub przynajmniej znaczącym utleniaczem meealu mcierzystego w warunkach ttrżyrażwanych w stosowany środowisku utleniajiżyffl. Przykładowo, chociaż głównym skład8

155 755 niklem powietrza jest azot, tlen zawarty w powietrzu Jest jedlynym lub głównym utleniaczem dla metalu eaierzystego, ponieważ tlen jest znacznie silnZeSsyem utleniaczem niż azot. Powietrze objęte jest zatem definicją utleniacza "gaz zawierający tlen" a nie definicją utleniacza "gaz zawierający azot". Przykładem utleniacza "gaz zawierający azot" w opisie i zastrzeżeniach jest "gaz formujący", który zawiera około 96% objętościowych azotu i około 4% obeętościowz wodoru.

Kiedy stosuje się utleniacz stały, może być on rozproszony w całym złożu wypełniacza, albo jeżeli jest stosowany w połączeniu z utleniazzem w fazie pary, tylko w części złoża przy meealu maαizrsystym. Utleniacz ten można stosować w postaci cząstkowej zmieszany z wypełniaczem i/lub jako powlokę cząstek wypełniacza. Można stosować każdy odpowiedni utleniacz stały zawiera jący pierwiastki takie jak bor lub wgiel, albo redukowlne zwązki takie jak dwutlenek krzemu /jako źródło tlenu/ lub pewne borki o stabilności termodynamicznej mńejszej niż stabilność termodynamiczna borkowego produktu reakcji meealu maierzystego. Jeżeli utleniacz stały stosuje się w połączeniu z utleniaczem w fazie pary, utleniacze fbiera się tak, aby były kompatybilne dla celów wynalazku.

Jeżeli stosuje się utleniacz ciekły, wówzas całe złoże wypeniacza lub jego część przy metalu raαiersystm jest pokryrta, nasycona przez zanurzenie, rozproszenie lub inaczej przesycona utlenaaczem, tak aby impregnowł on całość lub część wypeniacza. Określenie "utleniacz ciekły" oznacza taki utleniacz, który jest cieczą w warunkach reakcji utleniania, a więc utleniacz ciekły może mieć stały prekursor, taki jak sól, która jest roztapiana w warunkach reakcji utleniania. Alternatywnie utleniacz ciekły może być prekursorem ciekłym, na przykład roztworem maaeriału, który stosuje się do pokrywania lub impregnowania części lub całości wypełniacza i który roztapia się lub rozkłada w w runkach reakcji utleniania, aby wytworzyć odpowiainią cząsteczkę utleniacza. Przykładami utleniaczy ciekłych według takiej definicji są szkła o niskiej temperaturze topnienia. Jeżeli utleniacz ciekły stosuje się w połączeniu z utleniaczem w fazie pary, wówwzas utleniacz ciekły należy stosować w taki sposób, aby nie utrudniał dostępu utleniacza w fazie pary do roztopionego metalu mαieΓzystzgo.

W pewnych warunkach może być korzystne stosowanie utleniacza stałego i/lub utleniacza ciekłego w połączeniu z utleniaczem w fazie pary. Taka kombinacja dodatkowych utleniaczy może być szczególnie użyteczna przy wspomganiu utleniania meealu maiersystego, aby wytwarzać produkt reakcji utleniania preferencyjnie w złożu wypełniacza, zwłaszcza przy modelu aozytwwowye, a nie poza jego powierzchniami lub w sekcji bez odworowwnna. Oznacza to, że zastosowanie takich dodatkowych utleniaczy w złożu wypełniacza przy sekcji modelu pozytywowego może wywarzać w tej części lub strefie złoża środowisko, które jest korzystniejsze dla kinetyki utleniania metalu maierzystego niż środowisko poza tą częścią lub strefą złoża. Takie wzmO^ione środowisko jest korzystne dla wspommgania wzrostu osnowy z produktu reakcji utleniania w złoże do jego granicy i w eliminowaniu lub zmnńejszaniu do minimum prze rastania, to znaczy wzrostu poza granicę złoża wypełniacza.

Wyyeeniaczem dostosowującym się pod względem kształtu, stoioiinym w praktycznej realizacji wyalazku może być jeden lub kilka z wielu różnych maeriałów odpowiie^inLch dla tego celu. W zastosowaniu w opisie i w zastrzeżeniach określenie "dostosowujący się pod względem kształtu" odnoszące się do wypełniacza oznacza, że wypełniacz taki może być upakowany wpkół, ułożony przy lub owinięty wokół kształtki prekursora metalu MaieΓsystego i będzie dostosowy^ć swój kształr do kształtu części lub sekcji prekursora, przy których jest umieszczony. Przykładowo, jeżeli wypełniacz zawiera maeriał cząstkowy taki jak drobne sitΓnt ogniotrwałego tlenku meealu, model pozytywowy z prekursora metalu maierzystego Jest umieszczony w sprzężeniu z wypełniaczem z dostosowaniem kształtu tak, że model pozytywowy określa w wypełniaczu kształt przystający do modelu pozytywowego, to znaczy kształt negatywowy. Jednakże nie ma konieczności, by w^ΓP^eeniais miał postać drobnoiS^rnistą. Przykładowo wypełniacz może zawierać druty, włókna lub wiskery albo maeriały takie jak wełna metalowa. WwyeZniαcs może

155 755 również zawierać albo niejednorodną albo jednorodną kombirację dwóch lub więcej takich składników lub konfiguracji geomeerycznych, na przykład kombrnicję małych ziaren i wiskerów. Konieczne jest tylko, aby konfiguracja fizyczna wypełniacza była taka, by pozytywowy model z prekursora mettalu macierzystego można było umieścić w sprzężeniu z masą wypełniacza z dostosowaniem wypełniacza dokładnie do kształtu powierzchni modelu pozytywowego, tak że negatywowy kształt wjytworzony w końcu w bryle kompozytowej jest negatywem pozytywowego modelu z prekursora meealu malerzystego. Model ten tworzy więc początkowo kształoowy segment złoża wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu.

Wyyełniacz dostosowujący się pod względem kształtu użyteczny w praktycznej realizacji wynalazku to taki, który w wirunkach reakcji utleniania według wunlazku, jak opisano poniżej jest przepuszczalny dla przechodzenia utleniacza, gdy utleniacz jest w fazie pary. W każdym przypadku wφełniccz jest również przepuszczalny dla wzrostu lub rozwoju produktu reakcji utleniania poprzez ten w/ppeniacz. Podczas reakcji utleniania wgląda, że roztopiony melal mci(^i^,zysty migruje poprzez powstający produkt reakcji utleniania, aby podtrzymać reakcję.

Ten produkt reakcji utleniania jest zasadniczo nieprzepuszczalny dla otaczającej atmosfery i dlatego atmosfera pieca, na przykład powietrza nie może przechodzić przez niego. Jak wyjaśniono w wymienionym poprzednio zgłoszeniu pctenOswm nr 823 542 z 27 stycznia 1986 tego samego właściciela nieprzepuszczalność wrastającego produktu reakcji utleniania dla atmosfery pieca powoduje problem różnicy ciśnień, gdy produkt reakcji utleniania zamknie wnękę powstającą na skutek migracji roztopionego metalu mderzystego. Problem ten pokonywany jest w wymienionym zgłoszeniu patenow^/m tego samego właściciela przez zastosowanie scmodpeCalnego wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu, który to wypełniacz Jak podano tam przy temperaturze powyżej temperatury topnienia meealu mcieΓiystego lub blisko niej, ale poniżej temperatury reakcji utleniania częściowo spieka się lub inaczej spaja się ze sobą i z wzrastającą warstwą produktu reakcji utleniania wyzsarczająco, by zapewnić w/rzymłość strukturalną z zewnątrz dla powsSającej męki, aby zachować odwzorowany kształt geometryczny modelu w powwsającej wnęce przynajmniej dopóki struktura wzrastającego produktu reakcji utleniania nie osiągnie grubości wyzsarczającej, by była samozii^lnie wstrzymała na różnicę ciśnień powstającą na ściance wzrastającego produktu reakcji utleniania tworzącej wnękę. SamooteCalrly wypełniacz nie może jednak spiekać się lub spajać przy zbyt niskiej temperaturze, ponieważ nastąpiłoby jego pękanie na skutek rozszerzalności cieplnej i zmiany objętości po roztopieniu meealu maierzystego, gdy meeal ten jest ogrzewany do temperatury pracy. Inaczej mówiąc scmospej3lny wyełniacz powinien utrzminywać swą zdolność dostosowania pod względem kształtu, aby umooiiwić różnicę zmian objętości pomiędzy nim a metalem mcierzysZym, gdy mee.al ten jest nagrzewany i roztapiany, a następnie powinien spajać się, aby zapewnić mecteiniczną wZ^;riymłdść powwsającej wnęki w marę postępu reakcji utleniania. Sposób według przedmiotowego wynnlazku w welu przypadkach unika problemu z różnicą ' ciśnień, ponieważ prekursor miału mdi^rzyst^e^go m sekcję /bez odwzorowywała/, z której produkt reakcji utleniania nie wzrasta, przyna jmniej nie w znacznym stopniu, a'więc nie powtaje wnęka całkowicie zamknięta przez wrastający produkt reakcji utleniania. Można Jednak zastosować przegrody nieprzepuszczalne dla atmosfery, tak że blokują cne dostęp atmosfery pieca do powsającej wi^ki, na skutek czego powstaje różnica ciśniiń na ściankach wzrastającego produktu reakcji utleniania. W takich okolicznościach samspajalny wypełniacz stosuje się dla uzyskania wytrzymałości mechaańcznej przynajmniej w początkowej fazie wzrostu, jak opisano powyżej.

Dla zastosowania w opisie i w zastrzeżeniach dla scharakteryzowania wyeenicciz dostosowujących się pod względem-ksfzałtu określenie "samosy jdny" oznacza takie wypełniacze, które umieszczone w styku z edzyZw'ossym modelem z metalu maierzystego z dostosowaniem pod wględem kształtu zachowują wyzsarczającą zdolność dostosowywania się pod wględem kształtu, aby umożliwić zmianę objętości metalu mańi^irzyste^go w temperaturze topnienia i różnicę rozszerzał10

155 755 ności cieplnej pomiędzy metalem mcierzystjm a wypełniaczem oraz przynajmniej w strefie podparcia bezpośrednio przy modelu pozytywowym są samoistnie samoopajalne, ale tylko przy temperaturze pow-żej temperatury topnienia metalu macierzystego lecz poniżej i wystarczająco "blisko temperatury reakcji utleniania, aby zachować wymienioną powyżej możliwość zmiany objętości i różnicy rozszerzalności cieplnej. Taka samooppaalność wpeeniacza nadaje mu w^tarczającą wytrzymałość kohezyjną, aby zachować odwotnie odwzorowany kształt negatwowy pomimo różnicy ciśnień powstającej na nim przez przemieszczenie metalu maierzystego w WPeeniacz

Zasadniczo, jak podano powyżej, wypłniacz może być wypełniaczem samospajalum w każdym przypadku, chociaż nie jest to konieczne w każdym przypadku.

Nie ma konieczności, by cała rasa lub złoże wypełniacza zawierało wypełniacz dostosowujący się pod względem kształtu lub jeśli "trzeba wyełniacz samsipjalny, chociaż układ taki leży w zakresie wynl-azku. Wyyatnijcc musi być dostosowywalny pod względem kształtu i/lub samospajalny tylko w tej części złoża wypełniacza, która sąsiaduje z i jest kszt^aiłow^i^ra przez model pozytywowy z meealu maierzystego. Inaczej mówśąc wyeeniacz musi być dostosowwalny pod względem kształtu i/lub samospajalny tylko na głębokości w-sercza jącej dla dostosowania się pod względem kształtu do modelu pozytywowego z prekursora meealu mcierzystego i/lub do zapewnienia wysarcza jące j w^trzymłości iechanńcznej w danej sytuacji. Reszta złoża wpełniacza nie. mtui mieć zdolności dostosowywania kształtu i/lub samo^<^i_.

W żadnym przypadku wypłniacz nie powinien stykać się lub reagować w taki sposób, by powstawała nieprzepuszczalna rasa blokująca infiltrację produktu reakcji utleniania poprzez wypełniacz lub kiedy stosuje się utleniacz w fazie pary - przejście takiego utleniacza poprzez wypełniacz. Ponadto w/Pełniacz powinien być wystarczająco dostosowywalny pod względem kształtu, aby umoożiwiał różnicę rozszerzalności cieplnej pomiędzy metalem mcierzystym a wypltniaczem po nagrzaniu zestawu i zmianę objętości., metalu po jego roztopieniu z zachowaniem ścisłego dostosowania kształtu do modelu pozytywowego z prekursora metalu macerzystego.

W praktycznej realizacji w-Taiazku zestaw złożony z miału macerzystego, złoża wypełniacza i, jeśli są stosowane, przegrody lub śroc&ów zapobiegających wzrostowi nagrzewa się do temperatury powżej temperatury topnienia metalu, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby powiała bryła lub jeziorko roztopionego meealu w środowisku utlenjajiymm . W styku z utlenjaczim roztopiony meeal będzie reagować tworząc warstwę produktu reakcji utleniania. Przy stałym wybawieniu na działanie środowiska utleniajccego w odpowiednim zakresie temperatur reszta roztopionego metalu Jest stopniowo wciągana w i poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza i. po zetknięciu się z utleniazzem powstaje dodatków produkt reakcji utleniania. Przynajmniej część produktu reakcji utleniania jest utrymmywana w_ styku z i pomiędzy roztopóonym metalem raccerzystym a utle^ac^m, tak aby spowodować cią^gły wzrost a^olikryttalizrnego produktu reakcji utleniania w złoże wypełniacza, przez co wypełniacz zostaje objęty polikryt·tαalicryym produktem reakcji utleniania. Polikrystaliczny raaeriał osnow ciągle wzrasta dopóki utrzymane są odpowieinie warunki reakcji utleniania.

Proces ten trwa aż produkt reakcji utleniania dokona infiltracji lub zatopienia żądanej ilości wypeniacza. Uzyskany w w-mku produkt z kom^c^o^jytu ceramicznego zawiera wypełniacz zatopiony przez osnowę ceramiczną zawierającą polikrystaliczny produkt reakcji utleniania i ewnniualnie jeden lub kilka nieutlenionych lub meealicznych składników meealu macierzystego i/lub pustych przestrzeni. Typowo w tych polik:ryttjlCcznyih osnowach ceramicznych krystality produktu reakcji utleniania są zawite Więcej niż w j«inym wymarzę, korzystnie w trzech w-Marach, a wtrącenia meealiczne lub puste przestrzenie mogą być częściowo połączone ze sobą. Kiedy proces prowadzony jest aż poza w^czerpanie metalu ΜΟία^—stego, wówwzas otrzymany kompozyt ceramiczny jest gęsty i zasadniczo pozbaWony pustych przestrzeni. Kiedy proces odbywa się do końca, to znaczy kiedy zostanie utlenione tyle metalu ile jest ioilist w warunkach procesu, w kompaiycit ceramicznym zamiast złączonego me155 755 talu powstają pory. Produkt z kompozytu ceramicznego według wynalazku ma zasadniczo pierwotne wymiary 1 negatywowy kształt geometryczny sekcji pozytywowego modelu z prekursora metalu imcierzystego z umożliwieniem zmian objętości na skutek roztopienia i różnicy rozszerzalności cieplnej podczas obróbki prekursora metalu rmcierzystego w stosunku do bryły kompozytowej ukształoowa.nej i ochłodzonej.

Nawiązując obecnie do rysunków, należy zauważyć, le wszystkie ich elementy niekoniecznie są w skali. Przykładowo na fig. 9-11 grubość przedstawionego papieru lub cienkiej tektury została przesadzona dla lepszej jasności ilustracji. Na fig. 1 przedstawiono prekursor 2 metalu macierzystego w postaci pozytywowego mooelu, który zasadniczo zawiera prostokątny rowek 4 i cylindryczną wnękę 6, która może być gładkim otworem jak przedstawiono lub otwore: gwintowanym wykonanym w powSerzchni 8 z prostokątnym polem 9 odstającym do góry od powierzct ni 8 /jak pokazano na fig. i/. Rowek 4, wnęka 6 i pole 9 są wykonane w powierzchni 8 prekursora 2 meealu imaierzystego i w"az z nim tworzą model pozytywowy, który będzie odwrotnie odwzorowany jak opisano poniżej w związku z wyrobem ceramicznym z fig. 3. Prekursor 2 meealu imaierzystego ma również ramię 11 stanowiące przedłużenie powierzchni 8. Poza tym prekursor 2 .meealu iraaierzystego zawiera powierzchnię 10 /fig. lA/, która jest przeciwległa powierzchni 8 i cztery boki 7a, 7b /fig. 1/ 7c i 7d /fig. 1A i 2/. Powierzchnia 10, boki 7a - 7b i część ramienia 11 nie tworząca części powierzchni 8 stanowią sekcję bez odwzorowcia prekursora 2 meealu raaierzystego, kiedy powierzchnia międzyfazowa pomiędzy cząstowaym raterćaeern obojętnym 16 a wypełniaczem 14 leży w płaszczyźnie Χ-Χ /fig. 2/, jak opisano poniżej. V zastosowaniu w opisie i w załączonych zastrzeżeniach określenie "imaeriał obojętny" odnosi się do maeriału cząstkowego, który jest zasadniczo obojętny i niezwLlżalny dla roztopionego metalu imaierzystego w warunkach procesu, to znaczy w warunkach roztopienia i reakcji utleniania.

Na fig. 2 przedstawiono prekursor 2 metalu raccerzystego umieszczony w naczyniu ogniotrwałym 12, na przykład w naczyniu z tlenku glinowego, zawierającym dwu'Wrstwϋwt złoże materiału cząstkowego, przy czym dolna część naczynia 12 jest wypełniona wypełniaczem 14 dostosowującym się pod w:ględem kształtu, a górna część naczynia 12 /zasadniczo poważaj płaszczyzny Χ-Χ/ jest wypełniona imaeriałem obojętnym 16 dostosowującym się pod wiględem kształtu Sekcja bez odwzorowywania prekursora 2 mt^lu maacerzystego jest tą Jego częścią,'która jest przykryta imaeriałem obojętnym 16 i w tonseksencii nie styka się ze złożem wypełniacza 14. Prekursor 2 metalu raacerzystego może zawierać dowolny odpowiedni mt^l raaci^irzysty, na przykład na bazie aluminium. Prekursor 2 meealu imaierzystego jest umieszczony swym modelem pozyns,żOinm. 4, 6, 8, 9 w styku ze złożem 14 wreeniacza dostosowującego się pod względem kształtu, tak że wypełniacz taki wypełnia rowek 4 i cylindryczną wnękę 6 oraz styka się z powierzchnią 8 i z powierzchniami pola 9 dostosowując się do żdpowiedniih zmian modelu pozytywowego. Wyypeniacz 14 dostosowujący się pod wiględem kształtu sięga zatem pow^ej płaszczyzny Χ-Χ tylko w rowek 4 i w cylindryczną wnękę 6. Sekcja bez odwzorow^a prekursora 2 me talu m^aieΓzystego jest więc usytuowana w imperiale obojętnym 16. V.'yyetniaiz 14 dostosowujący się pod wiględem kształtu nie sięga poza przeciwległe otwarte końce rowka 4, tak że przy tych przeciwległych końcach rowka 4 znajduje się powierzchnia międzyfazowa pomiędzy wy>ełniaczem 14 dostosowującym się pod względem kształtu a imaeriałem obojętnym 16. Jeżel i jest to konieczne lub pożądane, przy każdym przeciwległymi końcu rowka 4 można umieścić odpowiedni element zatrzymujący, taki jak papier, tektura, folia z tworzywa sztucznego, płytka metalowa /korzystnie perforowana płytka metalowa/ lub siatka, aby uniemożliwić przeciekanie wypełniacza 14 dostosowującego się pod względem kształtu l/lub mieszanie się maeriału obojętnego 16 z wypełniaczem 14 podczas montażu.

Po ogrzaniu zestawu z fig. 2 do temperatury wTłarczająco wτożtej, by stopić meeal macierzysty z prekursora 2, utleniacz w fazie pary, który przenika przez złoże przegrody i wypełniacza dostosowującego się pod względem! kształtu, a więc jest w styku z roztopowym meta12

155 755 len, utlenia roztopiony metal i wrost produktu reakcji utleniania powoduje infiltrację w złoże >wy>eeniacza 14 dostosowującego się pod względem kształtu, '.'.'zraatający produkt reakcji utleniania nie będzie przenikać maaeriału obojętnego 16,· który dzięki temu służy skutecznie do utrzymania roztopionego metalu dla wzrostu produktu reakcji utleniania z niego. Przykładowo, kiedy metalem macierzystym jest metal na bazie aluminium, a utleniaczem jest powietrze, temperatura reakcji utleniania może wynosić 850 - 145O⁰C, korzystnie 900 - 135O°C, a produktem reakcji utleniania jest tlenek glinowy, typowo tlenek gli-nowy alfa. P.oztopiony metal migruje poprzez powssający naskórek z produktu reakcji utleniania z objętości poprzednio zajmowanej przez prekursor- 2 meealu macerzystego, a w trakcie trwania reakcji przestrzeń w złożu 16 maaeriału obojętnego poprzednio zajmowana przez prekursor 2 mealu maierzystego zostaje częściowo lub zasadniczo całkowicie opróżniona przez nigrację roztopionego meealu maaierzystego poprzez produkt reakcji utleniania do jego zewiętrz.nej powierzchni, gdzie styka się on z utleniacemm w fazie pary w złożu ·wpełniacza 14 dostosowującego się pod względem kształtu i jest utleniany, aby utworzyć dodatkowy produkt reakcji utleniania. Ruch cząstek maeriału obojętnego 16 w przestrzeń opróżnioną przez roztopiony meeal maćerzystp, to znaczy w miejsce poczattkw/ego usytuowania prekursora 2 meealu macerzystego, jest dopuszczalny, ponieważ nie ma szkodliwego wpływu na wzrastającą bryłę ceramiczną. Jednakże, jeżeli jest to pożądane lub konieczne ze względu na kształt geometryczny zastosowanego modelu pozytywowego, można zastosować sztywne środki zatrzymujące, aby wkluczyć taki ruch. Przykaaowwo odpowiedni sztywny element zatrzymujący można umieścić na powierzchni 10 prekursora 2 mesilu macierzystego, aby zatrzymywać cząstkowy maeriał obojętny 16 na miejscu, gdy roztopiony metal maacerzysty infiltruje w złoże wpełniacza 14.

Uzyskiwany wwyniku produkt reakcji utleniania: zawiera polikrystaliczny maeriał ceramiczny, który może zawierać wtrącenia nieutlenionych składników roztopionego metalu macerzpstego. Po zakończeniu żądanego wzrostu osnowy ceramicznej zestaw pozostawia się do ochłodzenia i wynikowy kompozyt ceramiczny, którego wymiary oznaczone są linią przerywaną 18 na fig.

2, oddziela się od maeriału obojętnego 16 i sadtó^ru wyplm-acza dostosowującego się pod względem kształtu oraz nitprzeeaagiwantgo meealu mcierzystego, jeżeli pozostał w naczyniu 12. Nieerzereagowanz metal maacerzysty, jeżeli istnieje, oraz cienką waastwę tlerku utworzoną na powierzchni międzyfazowej z maeriałem obojętnym 16 można łatwo oddzielić od kompozytu ceramicznego. Tak wytworzona struktura z kompozyp;u ceramicznego odwOtnie odwzorowuje kształt pozytywowego modelu, a resztę bryły ceramicznej, jeśli trzeba, można kształowrać przez obróbkę skrawaniem lub srliOowinie, albo inaczej nadawać jej żądany kształt zew^ę^ny. Przykładowo, jak pokazano na fig. 3, gotowa, u^sztajtowana bryła 20 z kompozyp;u ceramicznego ma odwzorowaną powierzchnię, to znaczy kształt negatywowy, który jest negatywem modelu pozytywowego określonego przez rowek 4, wmkę 6, powierzchnię 8 i kołnierz 9 prekursora 2 metalu macerzystego. Odworowany kształt negatywowy bryły 20 z toypezyp;u ceramicznego zawiera szczelinę 21, która stanowi negatywowa odwzorowanie kształtu kołnierza 9 i cylindryczny nadlew 22, który stanowi negatywowe odwirowanie wr^ki 6. Wyzmarz szczeliny 21 są przystające do kołnierza 9, a wz^ary nadlewu 2 są przystające do wnyki 6. Podobnie prostokątne pole 24 jest przystające do rowka 4 i stanowi jego negaZwrowe odwirow^ie. Powierrchnii 26 bryły kompozytowej 20 jest podobnie itgaZwo>iyy odwzorowaniem powierzchni 8 prekursora 2 metalu yacierzystegr. Pozostałe części bryły kompozyty ,20, na przykład boki 28a i 28b oraz dwa boki /niewidoczne na fig. 3/ odpowiednio przeciwległe bokom 28a i 28b, jak również powierzchnia /niewidoczna na fig. 3/ przeciwległa powierzchni 26 są wykonane przez obróbkę skrawaniem, srli0oiaiit lub inne tsrtałroiinie zasadniczo brytawo ukształtowanej części ztwytΓznej bryły ceramicznej wrastającej poniżej płaszczyzny Χ-Χ, której kształt jest zasadniczo oznaczony na fig. 2 linią przerywaną 18. Ponieważ ramię 11 jest usytuowane w matsiNale obojęnnym 16, /kied-p powierzchnię międzyfazową pomiędzy mteriatey obojętnym 16 a wypełniaczem 14 jest płaszczyzna X-X/, przy czym tylko ta część ramienia 11, która stanowi przedłużenie

155 755 li powierzchni 8, styka się z wypeniaczem 14, ramię 11 nie zostaje odwzorowane w bryle ceramicznej 20. Zadaniem ramienia 11 w tym przykładzie wytooańa jest zwiększenie długości br\ ły ceramicznej 20 /mierzonej wzdłuż jej głównej osi wzdłużnej/, ponieważ pole sprzężenia wypełniacza 14 z prekursorem 2 /na powierzchni 8/ z dostosowaniem kształtu jest zwiększone przez szerokość ramienia 11. Przykładowo, jeżeli zaniedba się skrócenie na skutek szlifows nia bryły ceramicznej 20 dla uzyskania wykończonych powierzchni 28, 28a itd., długość brył ceramicznej 20 pomiędzy polem 24 a powierzchnią boczną 28a pokazana jest na iig. 3 przez v Miar i/, który jest zasadniczo taki sam jak wyiiar L na iig. 1. Gdyby ramię 11 zostało pominięte w prekursorze 2 metalu mcierzystego, długość L~ bryły ceraMcznej 20 /iig. 3/ był by zasadniczo taka sama jak wymiar s na iig. 1.

Przy wyborze odpowiedniego maeriiału na wypeniacz i utrzymaniu warunków reakcji utle niania przez czas wystarczający dla usunięcia zasadniczo całego roztopionego meealu mcierzystego z przegrody złożonej ze złoża 16 w przedstawionym przykładzie wykomnia otrzymuje się wierne odwzorowanie odwotne pozytywowego modelu z prekursora 2 meealu MaieΓry5tego przez powierzchnię 26, pole 24, nadlew 22 i szczelinę 21 bryły ceramicznej 20. Jeżeli pewr ilość nieprzeraagowanego metalu mcierzystego pozostaje na bryle ceramicznej, można ją łat wo usunąć z uzyskanej bryły ceraMcznej, aby odsłonić wierne odwzorownie odwrotne. Chocia przedstawiony kształt prekursora 2 meealu Maierrpstegs /i odwzorowany kształt 21, 22, 26, 24/ jest stosunkowo prosty, to jednak jako prekursor 2 meealu mcierzystego można wykonywa modele pozytywowe o znacznie bardziej skomplikowanym kształcie geometrycznym i można je odwzorowywać odwrotnie dokładnie jako kształt negatywowy kompozytowej bryły ceraMcznej sp sobem według przedmiotowego wymlazku,

W alteΓcatwwnym przykładzie w/kominia prekursor metalu Mcćerzystego 2 można zanurzyć głębiej w złożu wP^3e^^!^i-acza 14 dostosowującego się pod względem kształtu, albo można zwięk szyć w/^s°kość złoża 14 do poziomu oznaczonego przez płaszczyznę Y-Y, albo do dowolnego poziomu pomiędzy płaszczyznami Χ-Χ i Y-Y. Wyyejniaiz 14 dostosowujący się pod względem kszta tu może na^t sięgać pow^aj poziomu płaszczyzny Y-Y i przykrywać część po wierzchni 10 pre kursora 2 metalu macierzystego pod warunkiem, że część ta pozostanie bez styku z w^ϊ^^ej^ίu.aczem, aby uniknąć utworzenia wnęki całkowicie zamkiętej przez produkt reakcji utleniania. WyMary sekcji modelu pozytywowego wrastają wraz ze wrostem wysokości złoża 14 wypełniacza, aby objąć tę część boków 7a, 7b, 7c i 7d prekursora 2 metalu maierzystego, która jes objęta przez wyweeniacz 14 dostosowujący się pod wględem kształtu. Wzrost produktu reakcj utleniania będzie wtedy odbywł się nie tylko poprzez powierzchnię 8 i powierzchnie rowka wnęki 6 i kołnierza 9, lecz roy^iież poprzez tę część boków 7a - 7d prekursora 2 meealu macierzystego, która jest otoczona przez wypełniacz 14 i styka się z nim. W takim przypadku sekcja bez odwzorowywała prekursora 2 metalu maći^irzys^ego będzie częścią pozostawioną be styku z ww^)e--iic.czei 14, taka jak na przykład tylko powierzchnia 10 prekursora 2 metalu ma cierzystego, kiedy wyplniacz 14 dostosowujący się pod względem kształtu sięga do płaszczyzny Y-Y.

Fig. 4 przedstawia w widoku perspekpwii^|zinym z przekrojem bryłę ceramiczną 30 uzyskaną z praktycznej realizacji wynalazku z zespołem z iig. 4, gdzie powierzchnia m.ędzyiazowa po między wypełniaczem 14 a maeriałem obojętnym 16 jest w płaszczyźnie Y-Y, tak że wypełniać 14 jest w sprzężeniu z dostosowywaniem kształtu z każdą powierzchnią prekursora 2 za w^J^t kiera powierzchni 10. W układzie tym powierzchnia 10 tworzy całą sekcję bez odwzorowywała prekursora 2 metalu maccerzystego, którego model pozyPo'sawp utworzony jest z powierzchni 8 i boków 7a, 7b, 7c i 7d, a więc raw.jrα oprócz rowka 4, wnęki 6 i kołnierza 9 ramię 11. Przeprowadzanie procesu według wynalazku z wypełniaczem 14 sięgajipym do poziomu płaszczyz ny Y-Y daje w wyniku wrost produktu reakcji utleniania, aby wytworzyć bryłę z kompozytu ceramicznego zasadniczo jak pokazano linią przerywaną 19 na iig. 2. Uzyskiwana w wydku 'orła ceramiczna 30 po oddzieleniu od nadmiaru wypeni-acza 14 i m.aaeriału obojętnego 16 poka14

155 755 zana jest na fig. 4 przed szlifowaniem lub obróbką skrawaniem /jeśli trzeba/ wydłuż powierzchni zasadniczo analogicznych do powierzchni bocznych 28a, 28b i sąsiednich powWerzchni bocznych i dennych /niewidoczne na fig. 3/ bryły ceramicznej 20 z fig. 3. Bryłę ceramiczną 30 pokazano na fig. 4 w stanie, w którym Jest ona wyjęta z naczynia 12 i ma zewnętrzną powierzchnię boczną 32, powierzchnię denną 34 /jak widać na fig. 4/ i powierzchnie ścianek weywntrznych 36a, 36b i 36c, które tworzą odpowiednio kształt negatywowy odwotnie odwzorowujący powierzchnie boczne 7a, 7b i 7c prekursora 2 metalu macerzystego. /powierzchnia ścianki wewnętrznej odwotnie odwirowująca powierzchnię boczną 7d prekursora 2 meealu maierzystego została pominięta w przekroju na fig. 4, który jest wykonany wzdłuż płaszczyzny rówiooegłej, ale po weewntrznej stronie pominiętej ścianki weywąęrznęj odwzorow^ącej odwotnie powierzchnię boczną 7d/. Wzrost produktu reakcji utleniania poprzez te części wP^eeniacza 14 w sprzężeniu z dostosowaniem kształtu z powierzchniami bocznymi 7a - 7d na fig. 2 daje w wyniku wytworzenie ścianek wewęęrznych 36a, 36b, 36c i czwartej ścianki w!^więrznej /nie pokazana/ odwzorowująca odwrotnie powierzchnię 7d, aby uzyskać zasadniczo prostokątne wgłębienie 36 określone przez uprzednio w^minione ścianki i powierzchnię 26'. Powierzchnia 26' tworzy kształt negatywowy odwrotnie odwzorowujący powierzchnię 8 prekursora 2 i zasadniczo odpowiada powierzchni 26 przykładu wyko minia z fig. 3. Powierzchnia 26' ma szczelinę 2l', nadlew 22' i pole 24' zasadniczo odpowiadające szczelinie 21, nad^wowi 22 i polu 24 przykładu wykom nia z fig. 3. Ponadto bryła ceramiczna 30 ϋ u spodu ścianki oetιmitrznej 36 szczelinę lub kanał 40, który jest kształtem ntgrtwt>oym odwrotnie odwirowującym ramię 11 prekursora 2. Bryła ceramiczna 30 może być ^ιΛι^Ιι^ wykończona, na przykład przez srliOowriit lub obróbkę skrawaniem, aby uzyskać płaskie powierzchnie, jak ogólnie zaznaczono liniami przerywanymi /bez numeru/ na fig. 4.

Po rozważeniu powyższego opisu różnych kształtowych brył ceramicznych otrzymywanych przy zmianie względnego położenia prekursora 2 w stosunku do powierzchni międzyfazowej pomiędzy wypełniaczem 14 a maeriałem obojętnym 16 wynika, że roztopiony metal miaierzysty z prekursora 2 będzie migrować i rosnąć jako produkt reakcji utleniania w złoże wypełniacza 14 poprzez te obszary prekursora 2, które są w styku z lub sprzężone są z powierzchnią prekursora 2. Przyjmując obecność mae^r^jLału i warunki zapewniające wzrost produktu reakcji utleniania poprzez wszystkie powOerrchnie prekursora 2, które nie są blokowane przez styk z przegrodą, należy zauważyć, że roztopiony metal mrieΓrysty będzie opuszczać objętość pierwotnie zajmowaną przez prekursor 2 i wzrastać jako produkt reakcji utleniania w wypełniacz 14 wiernie odwzorowując odwoinie w wynikowuj samo nośnej bryle kompozytu ceramicznego kształt powierzchni międzyfrrtoej pomiędzy modelem ptzytooooym prekursora 2 metalu mrierzystego a przepuszczanym wypełniaczem 14 ^ί^^ζοη/ιι w sprzężeniu z nim z dostosowaniem pod względem kształtu. Przykładowo, jeżeli powierzchnia międzyiazoor pomiędzy wypełniaczem 14 a mtoriałem obojętnym jest usytuowana na poziomie pomiędzy płaszczyznami Χ-Χ a Y-Y, wy^s°kość ścianek wewnięrriych 36a, 36b, 36c i ścianki wewlitrznej tdw:orOwιjącej powierzchnię 7d, a więc głębokość zagłębienia 38 będzie odpowiednio zmniejsrona. Przykładowo, jeżeli powierzchnia międzyfazowa pomiędzy wypełniaczem 14 a maeriałem obojętnym 16 jest płaszczyzną Z-Z, wysokość wyπίenitiych ścianek ·oe\olięrziych będzie mniejsrr niż wr^s°kość nadlewu 22' lub pola 24'.

Należy zauważyć, że właściwości ooφełniaiza, jeśli chodzi o przepuszczalność i dostosowywanie się pod względem kształtu, jak opisano powyżej są właściwościami całego składu wypełniacza i że poszczególne składniki wypełniacza nie muszą mieć wszystkich lub dowolnych z tych właściwości. Vypetnirir może zawierać zatem albo materiał pojedynczy, mieszaninę cząstek tego samego matoriału, ale o różnych wtelkościach cząstek, albo mieszaniny dwóch lub więcej mareΓirłóo. V tym ostal^nni przypadku pewne składniki wypełniacza mogą nie być wystarczająco dostosowywane pod względem kształtu lub przepuszczalne, ale wypeniacz, którego składnik ten jest częścią, będzie mieć odpowienią przepuszczalność lub dtstosooy'wιlntść pod względem kształtu ze względu na obecność innych maeriałóo. Duża liczba maeriałów,

155 755 które dają użyteczne wyyełniacze przy kompozycie ceramicznym przez nadawanie żądanych cech jakościowych kompozytowi będzie również mieć opisane powitej właściwości przepuszczalności i dostosowywania się pod względem kształtu.

Jeśli chodzi o poszczególne składniki wypełniacza, jedna odpowiednia klasa składników ^pełniacza obejmuje te środki chemiczne, które w temperaturze i w warunkach utleniających procesu nie są lotne, są stabilne termodynamicznie i nie reagują z rozpuszczonym metalem macierzystym ani nie rozpuszczają się w nim nadmiernie. Fachowcom znane są liczne maeriały spełniające te kryteria w przypadku, gdy stosuje się aluminiowy metal macerzysty z powietrzem lub tlenem jako utleniaczem. Materiały takie obejmują tlenki pojedynczych metali: aluminium, Α^θρ ceru, CeOg; hafnu, HfO2; lantanu, LagO^; .neodynu, ^20^} prazeodjmu, różne tlenki; samru, Sm^O-j; skandu, ScgO^; toru, ThOg} uranu, UO?; itru^Oj oraz cyrkonu, ZarOg. Ponadto w tej klasie stabilnych związków ogniotrwałych zawarta jest duża liczba związków metalicznych drugiego, trzeciego i wyższych rzędów, takich jak spinel mgnezoaw-glinowy, MgO.AlgOj. .

Drugą klasę odpowiednich składników ^yaełniacza tworzą te, które nie są scmoistnit stabilne w środowisku utleniająyym i w wysokiej temperaturze korzystnego przykładu wykonania, ale ze względu na stosunkowo powolną kinetykę reakcji degradacji m>gą być zawarte jako faza wypełniacza w rosnącej bryle ceramicznej. Przykładem jest tu węglik krzemu. Maaeriał ten utleniłby się całkowicie w warunkach potrzebnych dla utleniania na przykład aluminin tlenem lub powietrzem według wrnnlazku, gdyby nie warstwa ochronna z tlerkcu krzemu powstająca na cząsteczkach węglika krzemu i okrywająca je, aby ograniczyć dalsze utlenianie węglika krzemu. Ochronna warstwa dw-itlenku krzemu umoi-iwia również spiekanie się cząstek węglika krzemu lub lekkie spajanie się ze sobą i z innymi składnikami wf^eeniacza w warunkach reakcji utleniania w procesie dla aluminiowego metalu mccerzystego z powietrzem lub tlenem Jako utleniczemm.

Trzecia klasa odpowiednich składników w'Petniacza to takie, od których, tak jak od włókien węglowych, z powodów termodynamicznych lub kinetycznych nie oczekuje się przetryjraania działania środowiska utleniającego lub roztopionego aluminium w korzystnym przykładzie wskórania, ale które można uczynić iommaCybilnymi z procesem, jeżeli 1/ środowisko jest uczynione mnej aktjwnym, na przykład przez zastosowanie CO/cOg w charakterze gazu utleniającego lub 2/ przez nałożenie pokrycia, takiego jak tlenek glinowy, które czyni je kinetycznie niereagującymi w środowisku utleniją^ym lub przy wstawieniu na działanie roztopionego meealu.

Jako dalszy przykład wyko rrn nia wynalazku i jak wyjaśniono w zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela dodanie mCeΓiałói domieszkujących do metalu może wpływać korzystnie na proces reakcji utleniania. Zadanie lub zadanie mCeΓiału domieszkującego mogą zależeć od wielu czynników innych niż sam maeriał domieszkujący. Czynniki te obejmują na przykład dany metal mcierzysty, żądany produkt końcowy, kombinację domieszek, Jeżeli stosuje się dwie lub więcej domieszek, zastosowanie domieszki podawanej z zewnątrz w połączeniu z domieszką stopową, stężenie domieszki, środowisko utleniające i warunki procesu.

Domieszka lub domieszki /l/ można stosować jako składniki stopowe metalu mderzystego, /2/ można podawać na przynajmniej część piwieΓzchni metalu mcierzystego lub /3/ można podawać do wypełniacza lub do części złoża wypełniacza, na przykład do głębokości wypełniacza koniecznej dla dostosowania do pirytJWi>wegi modelu prekursora meealu macierzystego lub też można stosować dowalną kombilnację dwóch lub więcej sposobów /l/, /2/ i /3/. Przykładowo domieszkę stopową można stosować w połączeniu z domieszką podawaną z zewiątrz. W przypadku sposobu /3/, kiedy domieszka lub domieszki podawane są do wypełniacza, podawanie takie można Γealroowαć w dowolny odpowiedni sposób, na przykład przez dyspergowanie domieszek w części lub w całej msie wPełniacza jako’ powłoki lub w postaci cząstkowej, korzystnie obejmując przynajmniej część złoża wypełniacza przy meealu macierzystym. Dodanie jakichkolwiek dome16

155 755 szek do w'P^ełⁿi^acza może również odbywać się przez nakładanie warstwy jednego lub kilku materiałów domieszkujących na i w złożu, łącznie z jego wewnętrznymi otworami, przecięciami, kanałami, przestrzeniami pośrednimi itp., które czynią je przepuszczalnym. Dogodny sposób dodawania każdego mteriału domieszkującego jest to nasycenie całego złoża cieczą /na przykład roztworem/ maaeriału domieszkującego. Źródło domieszki można również utworzyć przez umieszczenie sztywnej bryły domieszki w styku z i pomiędzy przynajmniej częścią powierzchni mealu rraaierzystego a złożem wypełniacza. Przykładowo cienki arkusz szkła zawierającego krzem /użyteczne jako domieszka dla utleniania aluminiowego meealu mcierzystego/ można um.es cić na powierzchni metalu [raacerzystego. Kiedy aluminiowy metal macćerzysty /który może być domieszkowany wełwętrznie Mg/ pokryty miaeriałem zawierającym krzem nagrzeje się w środowisku utleniaJicym /na przykład w przypadku aluminium w powwetrzu w zakresie temperatury 850 - 145O°C, korzystnie 900 - 135O°C/ następuje wzrost polikrystaiccnnego maaeriału ceramicznego w przepuszczalne złoże. W przypadku, jeżeli domieszka Jest podawana ze^wętrzęie na przynajmniej część powierzchni meealu imaćerzystego, polikrystaliczna struktura tenrikowa rośnie zasadniczo w przepuszczalny wypełniacz zasadniczo poza warstw domieszki /to znaczy poza głębokość nałożonej warstwy domieszki. W każdym przypadku jedną lub kilka domieszek można podać z zewnątrz na powierzchnię meealu raaćerzystego i/lub do przepuszczalnego złoża. Ponadto domieszki stopowe w meealu macierzystym i/lub podane z zewnątrz do meealu maacerzystago można wspomagać domieszkami podawanymi do złoża wypeeniacza. Tak więc wszelkie braki stężenia domieszek stopowych w metalu imcierzystym i/lub podanych zew^ę^nie do metalu macierzystego można uzupełnić przez dodatkowe stężenie odpowiednich domieszek podawanych do ziożia’ i vice yersa.

Użyteczne domieszki dla aluminiowego meealu maacerzystego, zwłaszcza z powietrzem jako utlenaazzem, obejmują przykładowo rneć^liczny magnez i meealiczny cynk, w kornminncji ze sobą lub w z innymi domieszkami jak opisano pornżej. Metale te lub odpowiednie źródło tych metali może być wprowadzone stopowo do metalu araacerzystego na bazie aluminium przy stężeniach każdego z nich 0,1 - 10% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru uzyskiwanego metalu domieszkowanego. Stężenia w tym zakresie inicjują wzrost ceramiczny, wspoamgają transport meealu i mają korzystny wpływ na morfologię wrostu wynikowego produktu reakcji utleniania. Stężenie każdej domieszki będzie zależeć od takich czynników jak koMbracja domieszek i temperatura procesu.

Innymi domieszkami, które skutecznie wspomag^ą wrost polikrystalCzęnegr produktu reakcji utleniania dla systmmów z metalem maierzystym na bazie aluminium są przykładowo krzem, german, cyna i ołów, zwłaszcza kiedy są stosowane w ^ιΛϊηβ^ΐ z magnezem lub cynkiem. Jedna lub kilka z tych innych domieszek lub odpowiednie ich źródło jest wprowadzone stopowo do metalu maiierzystego na bazie aluminium przy stężeniach każdej z nich 0,5 - 15% ragowych w stosunku do całości stopu. Jednakże bardziej pożądaną kinetykę wzrostu i morfolrgię wzrostu otrzymuje się przy stężeniach domieszek w zakresie 1-lC% wagowych całości stopu metalu amcierzystego. Ołów jako domieszkę wprowadza się zwykle stopowo do meealu ;McieΓzystegr na bazie aluminium przy tempera turze przynajmniej 1000°C, tak aby uwględnić jego niską rozpuszczalność w aluminium. Jednakże dodanie innych składników stopowych, takich jak cyna, znacznie zwiększa rozpuszczalność ołowiu i umooliwia dodawanie maeriału stopowego przy niższej temperaturze.

Można stosować jedną lub kilka domieszek zależnie od okoliczności, jak objaśniono powyżej. Przykładowo w przypadku aluminiowego metalu iaaiercystegr z powietrzem jako utleniaceem szczególnie użyteczne domieszek obejmują /a/ magnez i krzem lub /b/ magnez, cynk i krzem. W przykładach tych korzystne stężenie mgnezu jest w zakresie 0,1 - 3% wagowe, cynku 1-6% wagowych i krzemu 1-lC% wagowych. Kiedy metalem imcierzystym jest aluminium domieszkowane wełmęttznie magnezem, a czynnikiem utleniajccym jest powietrze lub tlen, zaobserwowano, że magnez jest przynajmniej częściowo utleniany ze stopu przy temperaturach 820 - 95O°C.

155 755

W takich przypadkach systemów domieszkowanych mgnezem mgnez tworzy tlenek magnezu i/lub spinel eagnezowooglinowy jako fazę na powierzchni roztopionego stopu aluminium i podczas procesu wzrostu te związki mgnezu pozostają głównie przy początkowej powierzchni tlenkowej stopu metalu maierzystego /to znaczy przy "powierzchni inicjacji"/ we wzrastającej strukturze ceramicznej. W takich systemach domieszkowanych mignezem struktura na bazie tlenku glinowego powoSaje więc niezależnie od stosimkowo cienkiej warstwy spinelu tegnezowo-gginowego przy powierzchni inicjacji. Jeśli trzeba, tę powierzchnię inicjacji można łaOwo usunąć przez szlifowanie, obróbkę skrawaniem, polerowanie lub piaskowanie. Ponadto niezwykle cienką /na przykład cieńszą niż ok. 2 /um/ warstwę tlenku magnezu obserwowano na powierzchni zew^ę^nej, warstwę tę można łatwo usunąć przez piaskowanie, jeśli trzeba.

Dodatkowe przykłady maeriałów domieszkujących użytecznych z aluminżowym metalem ιεκ:^rzystym obejmują sód, lit, wipń, bor, fosfor, itr, które można stosować oddzielnie lub w kombinacji z jedną lub kilkoma domieszkami zależnie od warunków procesu i od utleniacza. Sód i lit można stosować w bardzo małych ilościach rzędu części na milion, typowo 100 - 200 części na milion, a każdy z tych pierwiastków może być stosowany oddzielnie lub też razem, albo też w ^ιΛΐϋ^ί z innymi domieszkami. Pierwiastki ziem rzadkich takie jak cer, lantan, prazeodym, neodym i samr są również użytecznymi domieszkami, znowu zwłaszcza jeżeli są stosowane w komminaaji z innymi domieszkami.

Jak zauważono powyżej nie ma konieczności stopowego wprowadzania jakiegokolwiek maeriału domieszkującego w metal mccerzysty. Przykładowo selektywne nakładanie jednego lub kilku mteriałów domieszkujących cienką warstwą na całość lub na część powierzchni me^^lu malerzystego umożliwia lokalny wzrost ceramiczny z powierzchni meealu mcierzystego lub Jej części i pozwala na wzrost polikrystalicinego eaCeriału ceramicznego w przepuszczalny wypełniacz w wybranych obszarach. Wzrost polikΓystalizinegż maeriału ceramicznego w przepuszczalne złoże można zatem·sterować przez lokalne umieszczenie maeriału domieszki na powierzchni metalu mcCeΓzy3ttgż. Nałożona powłoka lub wιΓStoc domieszki jest cienka w stosunku do grubości bryły metalu maieΓrystegż i wrost lub tworzenie się produktu reakcji utleniania sięga w przepuszczalne złoże zasadniczo poza warstwę domieszki, to znaczy poza głębokość nałożonej warstwy domieszki. Taką warstwę maeriału domieszkującego można nakładać przez mlowwnie, zanurzanie, sitodruk, naparowywanie lub też inaczej można nakładać maeriał domieszkujący w postać i.· cieczy lub pasty, albo przez napylanie katodowe, albo przez zwykłe osadzanie warstwy cząstek stałych domieszki lub też nakładanie stałego cienkiego arkusza lub fummu domieszki na powierzchnię metalu macierzystego. Maaeriał domieszkujący może, ale nie musi, zawierać spoiwa organiczne lub nieorganiczne, nośniki, rozpuszczalniki i/lub zagęszczacze. Bardziej korzystnie maeriały domieszkujące nakłada się w postaci proszków na powierzchnię metalu mcieΓrystego lub przez rozproszenie w przynajmniej części wy>etniacza. Szczególnie korzystny sposób podawania domieszek na powierzchnię metalu mcierrystegż polega na zastosoiwniu ciekłej zawiesiny domieszek w mieszaninie wady ze spoiwem organicznym natryskiwanej na powierzchnię metalu mcierzystego w celu otrzymania przywierającej powłoki, która ułatwia mnipulowanie domieszkowanym metalem mcitrrystym przez procesem.

Maaeriały domeszkujące, kiedy są. stosowane zew^ę^nie, są zwykle podawane na część poa^wi^rzchni metalu mcieΓzystegż, jako jednorodna powłoka na nim. Ilość domieszki jest skuteczna w szerokim zakresie w stosunku do ilości meealu mcieΓrystego, do którego domieszka ta jest dodawana, a w przypadku aluminium doświadczenia nie w/Jkazały iatjiienia żadnej granicy górnej lub dolnej. Przykładowo, kiedy stosuje się krzem w postaci dwutlenku krzemu podawanego zew^ę^nie jako domieszka dla meealu macerzystego na bazie aluminium, przy zastosowaniu powietrza lub tlenu jako utleniacza, ilości tak małe jak 0,0001 g krzemu na centymetr kwadratowy zew^ę^nie domieszkowanej powierzchni metalu mcierzyseego lub około 0,00003g krzemu na gram me^^lu mcierryseego przeznaczonego do utleniania można stosować dla spowodowania zjawiska wrostu ceramiki pol·itrystcliiriej. Można stosować jedną lub kilka innych

155 755 domieszek, na przykład mteriał domieszkowany krzemem można uzupełnić imperiałem domieszkującym, który zawiera źródło magnezu i/lub cynku. Stwierdzono również, że strukturę ceramiczną można uzyskać z meealu raacerzystego na bizie aluminium przy zastosowaniu powietrza lub tlenu jako utleniacza przez użycie MgO i/lub M^IąOą jako domieszki w ilości większej niż 0,003 g Mg na centymetr kwadratowy zewnętrznie domieszkownej powierzchni metalu mcierzystego lub większej niż około 0,0008 g Mg na gram meealu mcierzystego, który ma być utleniany.

Sposoby podawania domieszek /2/ i /3/ opisane powyżej, ^to znaczy podawanie domieszki z zewnątrz na przynajmniej część powerzchni metalu maćerzystego lub do złoża l^jełniacza albo części złoża wypeeniacza, można stosować w przykładzie wykornmia wynlazku, w którym kontrolę mostu produktu reakcji utleniania uzyskuje się przez takie zew^ntrzne podawanie domeszki. Maaeriały i warunki raźna wybrać tak, aby nie następował znaczny wzrost produktu reakcji utleniania z tych części prekursora meealu macerzystego, które nie rają zew^ę^nej domeszki, a prekursor metalu raaierzystego nie jest domieszkowany stopowo domieszką wstarczającą dla ułatwienia reakcji utleniania. Kiedy domieszkę zewnętrzną stosuje się w połączeniu z modelem pozytywnym tylko z prekursora meealu macerzystego, wówczas raźna nie stosować przegrody na części bez odwzorowywana. Należy jednak zauważyć, że podawanie zewnętrzne domieszki można również stosować w połączeniu z imperiałem przegrody.

Sposób stosowania domieszki zewiętrznej przedstawiono na fig. 5, gdzie prekursor 2 metalu macerzystego jest umieszczony w złożu wypełniacza 14 dostosowującego się pod względem kształtu, przy czym wszystkie powierzchnie prekursora 2 meealu raacerzystego, łącznie z częścią bez odwzorowywana, są w dostosowującym się pod względem kształtu sprzężeniu z κ^^ηΐθczem 14. Takie umieszczenie uzyskuje się na przykład przez zastąpienie złoża raaeriału obojętnego 16 na fig. 2 wypełniaczem dostosowującym się pod względem kształtu, tak że naczynie ogniotrwałe 12 jest całkowicie wypełnione złożem wypełnicczc 14 dostosowującego się pod oglądem kształtu, w którym umieszczony jest prekursor 2 metalu Inacierzysttgo. W przykładzie z fig. 5 podawanie zewnętrzne domieszki stosuje się, aby uzyskać taki sam efekt jak w przypadku fig. 2, gdyby powierzchnia międzyfa^s^i^wa pomiędzy złożem 14 wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu a złożem 16 cząstkowego maeriału obojętnego była na poziomie płaszczyzny Χ-Χ. W celu uzyskania -tego efektu warstwę 40 maeriału domieszkującego nakłada się tak, aby przykryć całą powierzchnię modelu pozytywowego utworzoną przez powierzchnię 8, która jak opisano powyżej w odniesieniu do przykładów wykonania z fig. 1 - 4 rai rowek 4, wnękę 6 i kołnierz 9 z odsądzeniem 11 tworzącym wytęp· Powierzchnie 10, 7a, 7c, 7b i 7d oraz powierzchnie odsądzenia nie pokryte rateriałem domieszkującym 40 tworzą razem część bez odwzorowywania prekursora 2 meealu mcćerzystego w przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 5 /powierzchnia 7b jest niewidoczna na fig. 5/. Waaunki reakcji utleniania zastosowane w przykładzie wyłkoncnic z fig. 5 są takie, że wrstw 40 maeriału domieszkującego jest potrzebna dla wspomgania wzrostu produkcji reakcji utleniania, a przy braku warstwy 40 maeriału domieszkującego wzrost produktu reakcji utleniania jest uniemożliwiony lub hamowany wystarczająco, aby uniknąć znacznego powstawania produktu reakcji utleniania z powierzchni prekursora 2 metalu macierzystego tworzących jego część bez odwzorowywaia. Zatem w tym przykładzie wykonania prekur sor 2 meealu maierzystego nie będzie zawierać w ogóle lub będzie zawierać ilość domieszki stopowej niewysSarczającą dla ^poma^^a^^a wzrostu produktu reakcji utleniania w otrsyraęych warunkach. Czynniki takie jak skład meealu mcierzsstego, skład i ilość utleniacza oraz temperatura pracy będą określać, czy dany meeal maćerzysty wymaga obecności domieszki w celu wytwarzania produktu reakcji utleniania w znacznej ilości. V układzie z fig. 5 i w takich warunkach, kiedy warstwa 40 maaeriału domieszkującego jest wymgana dla wspomgania istotnego wzrostu produktu reakcji utlenicęic, nie będzie istotnego wzrostu z części bez odwzorowywania, choćby nawet była ona w dostosowującym się pod względem kształtu sprzężeniu ze złożem wypełniacza 14, który jest przepuszczalny dla wzrostu produktu reakcji utleniania. Zamiast lub oprócz wrstwy 40 maeriału domieszkującego można stosowć odpowiednią domieszkę w tych

155 755 częściach lub strefach złoża 14 wT>^ełniacza dostosowującego się pod względem kształtu, które są zwrócone do, sąsiadują i/lub stykają się z modelem pozytywowym z prekursora 2 metalu macerzystego. Ponadto w takich strefach złoża wypełniacza można stosować utleniacz stały lub ciekły, aby uzyskać korzystną kinetykę wrt^^tu na modelu pozytwowym. Produkt uzyskiwany z zespołu przedstawionego częściowo na fig. 5 będzie podobny lub identyczny Jak bryła z kompozytu ceramicznego przedstawiona na fig. 3.

Na fig. 6 pokazano inny przykład wskórania w^lazku, gdzie prekursor 2' metalu mcierzystego jest umieszczony w złożu 14 wyełniacza dostosowującego się pod wględem kształtu, który umieszczony jest w zasadniczo prostokątnej obudowie 42 wkommej z maeriału zawierającego perforowany mteriał przegrody. Osłona 42 jest zasadniczo wypełniona wypełniaczem 14 dostosowującym się pod względem kształtu i umieszczony w nim prekursorem 2' meealu mcierzystego. Maaeriał perforowanej przegrody, z którego wykonana jest osłona 42 może stanowić przykładowo siatkę ze stali nierdzewnej. Osłona 42 ma kołowy otwór w^onany w swej górnej i dolnej powierzchni 42a, 42b /patrz fig. 6/ oraz dwie cylindryczne rurki 44a, 44b wpro^dzane przez te otwory tak, że przebiegają do odpowiednich przeciwległych powierzchni 46, 48 prekursora 2' metalu macerzystego. Każda z rurek 44a, 44b jest wypełniona machałem obojętnym 16, a same rurki mogą być wykonane z perforowanego maeriału przegrody lub siatki takiej samej lub podobnej,jak w przypadku osłony 42. Prekursor 2' metalu macerzystego mi w tym przykładzie ^komnia kołnierz 50 ^stający ze s^j powierzchni 48. Na fig. 6 pokazano powierzchnie boczne 52a, 52c i powierzchnię przednią 52d prekursora 2' metalu maierzystego. /Określenia "boczny" i "przedni" w poprzednim zdaniu odnoszą się do przypadku, gdy patrzy się na fig. 6/..Powierzchnia tylna /gdy patrzy się na fig. 6/ metalu maierzystego 2' nie jest widoczna na fig. 6. Należy zauważyć, że wzystkle opisane powierzchnie prekursora 2' metalu macerzystego są w dostosowujący się pod względem kształtu sprzężeniu z wypełniaczem 14 zawitym w osłonie 42 oprócz kołowych części przeciwległych powierzchni 46 i 48, które są pokryte cząstteimi maeriału obojętnego 16 zawrtego odpowiednio w rurkach 44a i 44b. Cała powierzchnia prekursora 2' metalu macerzystego twarzy więc modfel pozytywowy oprócz tych dwóch kołowych segmentów pokrytych maeriałem obojętnym 16, które to segmenty tworzą odpowiejinij części bez odwzorowywania prekursora 2' meealu mtierzystjgo. Ponieważ osłona 42 stanowi przegrodę dla. wzrostu produktu reakcji utleniania, złoże 15 maeriału cząstkowego nie msi zawierać ani wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu, ani maeriału obojętnego. Faktycznie, zespół złożony z osłony 42 i rurek 44a, 44b może być wsparty przez odpowiednie elementy w naczyniu ogniotiwαłym 42. Korzystne jest jednak podparcie zespołu w złożu maeriału cząstkowego 15, którym może być, ale nie musi, maeriał obojętny. Gdyby sama osłona 42 nie była przegrodą dla wzrostu produktu reakcji utleniania, wówczas złoże 15 lub przynajmniej jego część sąsiadująca z i obejmująca osłonę 42 powinna zawierać maaeriał obojętny.

Po ogrzaniu zespołu z fig. 6 do temperatury wstarczająco -^sokiej dla roztopienia metalu mać^rzystego i po zetknięciu się roztopionego meealu macerzystego z odpowiednim utle^szeem ciekłym, stayym i/lub w fazie pary następuje utlenianie meealu macerzystego i wzrost produktu reakcji utleniania z pozytywowego modelu z prekursora 2' ideału mcierzystego. Jeżeli reakcja może przebiegać aż do uzyskania żądanego wzrostu bryły ceramicznej /ewentualnie do wyzerpania się meealu maierzystego z objętości początkowo zajmowanej przez prekursor 2' metalu mtieΓzystjgo/, produkt reakcji .utleniania . wzrasta do granicy określonej przez wewnnęrzną powierzchnię osłony 42. Objętość osłony 42 w stosunku do objętości prekursora 2' metalu mccerzystego wybiera się łatwo tak, aby otrzymać objętość produktu reakcji utleniania, która wpełni puste przestrzenie objętości wypełniacza 14 dostosowującego się pod względem kształtu zawartego w osłonie 42.

Na fig. 7 przedstawiono wynikową bryłę 54 z kompozytu ceramicznego otrzymaną przy zastosowaniu zespołu z fig. 6. Bryła 54 z kompozytu ceramicznego mi zasadniczo płaską powierzch20

155 755 nię górną 56 i powierzchnie boczne 58, 60 widoczne na fig. 7. Powierzchnie te są zasadniczo zgodne z analogicznymi powierzchniami wewnętrznymi osłony 42. Do powierzchni górnej 56 dochodzi cylindryczny otwór 62a odpowiadający zasadniczo objętości rurki 44a zawartej w osłonie 42. Odpowiedni otwór cylindryczny 62b przebiega do powierzchni dolnej /bez oznaczenia cyfrowego/ bryły 54 kompozytu ceramicznego i odpowiada objętości rurki 44b w osłonie 42. Objętość początkowo zajmowana przez prekursor 2' metalu iracierzystego zostaje opróżniona podczas utleniania meealu maćerzystego i w wyniku uzyskuje się zasadniczo prostokątną wnękę 64 utworzoną w kompozycie ceramicznym 54 i pokazaną linią przerywaną na fig. 7. Powierzchnia dolna /gdy patrzy się na fig. 7/ wnęki 64 ma wykonany w niej rowek 66, który stanowi odi-otne zdw^(^I'zwc^i.e powierzchni kołnierza 50 prekursora 2' meealu maCerzysttgz. Rurki 44a, 44b są wypełnione cząstkami maeriału obojętnego 16 w zespole z fig. 6. Ponieważ mte riał obojętny jest przepuszczalny, zapewnia on poprzez rurki 44a, 44b dostęp do otaczającej atmosfery poprzez wnękę 64 tworzoną podczas reakcji, tak że wnęka 64 nigdy nie jest całkowicie szczelnie zamknięta w stosunku do otaczającej atmosfery przez wzrastający produkt reakcji utleniania. Jak wyjaśniono powyżej unika się przez to problemu różnicy ciśnień działających na rosnącą bryłę wydrążoną z produktu reakcji utleniania na skutek tego, że produkt reakcji utleniania jest nieprzepuszczalny dla otaczającego powietrza lub atmosfery.

Na fig. 8, 8A i 8B przedstawiono inny przykład wykonania prekursora 58 meealu mcierzystego, na przykład aluminium, który ma zasadniczo kształt prostokątny z powierzchniami 70,

74,' i bokami 72a, 72b, 72c i 72d. Prekursor 68 metalu maćerzystego ma prostokątne pole 76, które odstaje od jego powierzchni 74. Pole 76 przebiega zasadniczo równolegle do i zgodnie z bokami 72a i 72d. Cylindrycznie ukształoowany otwór 78 przechodzi poprzez prekursor 68 metalu Maierzystego od jego powierzchni 70 do powierzchni 74.

Na fig. 9 przedstawiono prekursor 68 metalu Mccerzystego umieszczony w naczyniu ogniotrwałym 80 w zestawieniu prekursora 68 Kt^lu mcierzystego z wypełniaczem dostosowującym się pod względem kształtu i przegrodą lub elementem uniemożliwiającym wrost. W tym przykładzie ^konania cylindryczna przegroda 82, która wstrzymuje lub uniemożliwia wrost, ma takie wymiary i kształt, aby mogła być wsunięta w cylindryczny otwór 78 w styku z całą jego powierzchnią cylindryczną. Jak pokazano na fig. 8B i 9 przegroda cylindryczna 82 jest dłuższa niż otwór 78, a jej część wstaje na zewnątrz z każdego końca. V przekroju na fig. 9 pokazano konstrukcję przegrody cylindrycznej 82, która w przedstawionym przykładzie wykonania zawiera środkowy rdzeń 82b, który może być wykonany z gipsu ioZeelrskitgo, umieszczony w rurce 82a z grubego papieru lub cienkiej tektury użytej dla nadania początkowego kształtu przegrodzie. Po nagrzaniu papier lub tektura spala się,lub ulatnia i nie bierze później udziału w procesie. Prostokątna przegroda 88 otwarta przy swym górnym i dolnym końcu /jak pokazano na fig. 9/ pokazana jest w przekroju na fig. 9 i składa się z czterech ścianek, które przebiegają odpowiednio równolegle do boków 72a, 72b, 72c i 72d /w odstępie od nich/ prekursora 68 meealu maieΓzysttgz. Przegroda 88 ma więc kształt krótkiego odcinka prostokątnego kanału. Tylko trzy ze ścianek przegrody 88 są widoczne na fig. 9, to znaczy ścianka 88b i w przekroju ścianki 88a i 88c. Jak pokazano w odniesieniu do ostatnich dwóch ścianek powierzchnia wewnątrzna każdej z nich utworzona jest z warstwy gipsu mZetarskiegz, którą w ści arkach 88a i 88c pokazano w przekroju jako warstwę 88a' i 88c'. Zewnntrzny gruby papier lub wrstwę tektury pokazano w przekroju jako wrstwy 88a" i 88c".

Prekursor 68 meealu maieΓzystegz wraz z cylindryczną przegrodą 82 włożoną w jego cylindryczny otwór umieszczony jest w złożu wypełniacza 84 dostosowującego się pod wglądem kształtu zawrtyni w prostokątnej przegrodzie 88. Przegroda 88 i jej zawartość są umieszczone w złożu imaericłu obojętnego 86, od którego oddziela przegroda 88. W tym przykładzie wykonania część bez odwzorowywania prekursora 68 metalu macerzystego utworzona jest przez cylindryczną powierzchnię cylindrycznego otworu 78, która to powierzchnia styka się z i jest przystająca do zewrnęrznej powierzchni cylindrycznej przegrody 82. Pozostałe powierzchnie

155 755

Źl prekursora 68 metalu mderzystego tworzą model pozytywowy i wrost produktu reakcji utleniania z prekursora 68 meealu macćerzystego będzie w odpowiednich warunkach opisanych powyżej następować z tych powierzchni poprzez złoże wypełniacza 84 dostosowującego się pod względem kształtu. Wzrost produktu reakcji utleniania jest hamowany do zatrzymania, gdy rosnący produkt reakcji utleniania zetknie się z przegrodą 82 i 88 oraz odpowiednio z maeriałem obojętnym 86. Układ pokazany na fig. 9 da w fniku bryłę ceramiczną o kształcie identycznym lub zasadniczo podobnym jak opisany powyżej i przedstawiony na fig. 7, a uzyskany z zespołu z fig. 6. Nie trzeba więc poWarzać opisu bryły ceramicznej z fig. 7.

Na fig. 10 i 11 przedstawiono inny sposób otrzymywania bryły z kompozytu ceramicznego podobnej lub identycznej,jak przedstawiona na fig. 3, przy czym przez zastosowanie odpowiedniej przegrody kontroluje się wzrost produktu reakcji utleniania i przez to unika się koniecz ności obróbki skrawaniem lub szlioowania w stopniu wymaganym dla kształtu nieregularnych części bryły ceramicznej z fig. 4 /którą ^konano stosując zespół z fig. 2/. .Jak pokazano na fig. 10 prekursor 2' meealu macerzystego mi kształt podobny lub identyczny jak prekursor 2 metalu macerzystego z fig. 1, 1A i 2. Prekursor 2' meealu mcćerzystego mm więc płaską powierzchnię 10', przeciwległą powierzchnię 8', od której odchodzi prostokątne pole 9' i w której wykonany jest rowek 4* oraz cylindryczny otwór lub wnęka 6*. Oisadzenie ll' odchodzi wzdłuż jednego boku prekursora 2' metalu maacerzystego, który umieszczony jest w prostokątnej przegrodzie 90, która w rzeczywistości złożona jest z prostokątnego pudełka z grubego papieru lub cienkiej tektury otwartego na przeciwległych końcach. Prostokątna przegroda 90 jest wyłożona gipsem w sposób podobny jak prostokątna przegroda 88 w przykładzie w/komnia z fig. 9. Jak pokazano na fig. 10 prostokątna przegroda 90 zawiera ścianki 90a, 90b, 90c i 90d, przy czym większą część ścianki 90d na fig. 10 urwano dla przejrzystości rysunku. Każda ze ścianek 90a - 90d ma wewontrr włożenie z utwardzonego gipsu modelarskiego, jak to najlepiej widać w przypadku pokazanej w przekroju ścianki 90c, gdzie można zobaczyć tekturową ściankę zewnlur^ną 90c' z ^więtrznym włożeniem z gipsu modelaΓskiego 90c". Podobnie, jak pokazano na fig. 11, ścianka 90c wyko-nana jest z tektury 90a', na której znajduje się warstwa gipsu 90a". Powierzchnia 10 prekursora 2' metalu mcierzystego na pokrycie 92 z gipsu modelarskiego.

Pięć z sześciu głównych powierzchni prekursora 2' metalu mcierzystego jest więc pokrytych przegrodą, utworzoną w przedstawionym przykładzie, w^onania przez warstwę gipsu modelaΓskiegd. Jak w przypadku wszystkich przegród złożonych z gipsu i tektury, tektura lub papier służy jako forma, na którą można w stanie wilgotnym lub plcstyzęnym nałożyć gips i następnie pozostawić do wsechU-ęcia, aby po utwardzeniu powstała sztywna przegroda. Tektura służy również Jako ozmodnęenil przegrody gipsowj, aby zapobiegać pęknięciom podczas mamputowania i montażu przegrody oraz prekursora mesalu maćerzystego w naczyniu ogniotiwaiłym. Jak już wześniej podano zamiast papieru lub tektury i zamiast gipsu można zastosować dowolne inne odpowiednie maeriały.

Przy takim uniemjoiJLwLeniu lub zatrzymaniu wrostu produktu reakcji utleniania przez przegrodę powierzchnia 8', rowek 4', otwór 6'i pole 9' tworzą razem model pozytywow z prekursora 2' metalu maierzystegd, podczas gdy pozostałe powierzchnie tworzą część bez odworowywarua prekursora 2' metalu maierzystego.

Na fig. 11 przedstawiono prekursor 2' metalu macerzystego oraz przyporządkowaną mu przegrodę 90 umieszczone w złożu cząstkowego obojętnego 94 z zastosowaniem w przestrzeni nad prekursorem 2' wPeł^^za 96 dostosowującego się pod względem kształtu. Górna część /patrząc na fig. 10 i ll/ prostokątnej przegrody 90 sięga nad powierzchnię 8'prekursora 2' metalu macierzystego i służy dla oddzielenia złoża wpałniacza 96 dostosowującego się pod względem kształtu od złoża cząstek maeriału obojętnego 94 zawrtego w naczyniu dgniotoociłym 98. Przez ogrzewanie zespołu z fig. 11 do odpowieliniej podwższonej temperatury i utrzymywanie go w tej temperaturze przez czas wst^czający zgodnie ze sposobami opisanymi

155 755 pow-żej, otrzymuje się bryłę z kompozytu ceramicznego podobną lub identyczną jak przedstawiono na fig. 3, co zostanie zilustrowane przez przykład podany poniżej.

Struktury z komppazytu ceramicznego przez praktyczną realizację wynalazku zwykłe będą gęstą, spójną masą, gdzie 5 - 98% całej objętości struktury kompozytowej utworzonych jest przez jeden lub kilka składników wypełniacza zatopionych o polikrystalicznej osnowie ceramicznej. Polikrystaliczna osnowa ceramiczna jest zwykłe złożona, kiedy metalem macierzystym jest aluminium, a utleniaczem jest tlen lub powietrze, z 60 - 99% /ciężaru osnowy polikrystalicznej/ złączonego tlerkcu glinowego alfa i około 1-4C% /od tej samej podstawy// nieutlenionych składników meealicznych.takich jak z metalu maierzystego.

Wyynlazek jest dalej objaśniony przez następujące przykłady nie stanowiące ograniczenia.

Przykład I. Prekursor metalu mcierzystego skrawano w celu uzyskania kształtu pokazanego na fig. 1, 1A i 10. Prekursor wykonano z bloku ze stopu aluminium 38(0.1 otrzymanego z firm Belmont Metals Inc. o nominalnym składzie 8-8,!% wagowych krzemu, 2-% wagowe cynku, 0,1% wgowego rngnezu, 3,% wgowego miedzi oraz żelaza, manganu i niklu, chociaż zawartość magnezu była nieco powyżej zakresu 0,17-0,8%. Uzyskaną w wⁿiku kształtkę prekursora metalu maierzystego zaopatrzono w przegrodę,jak przegroda 90, 92 pokazana na fig. 10. Przegroda odpowOadającl przegrodzie 90 z fig. 10 zawierała formę kartonową, na którą warstwą o grubości 1,6 - 3,2 mm nałożono gips ρο^Ιθ^^ι /Bondex, z fimy Bondex Commany/. Przegroda odpowiadająca przegrodzie 92 z fig. 10 zawierała warstwę tego samego gipsu moreearskiego o grubości 1,6 - 3,2 mm. PowOerzchnit rdpowOadające powierzchniom 10, 7a, 7b, 7c i 7d prekursora meealu maćerzystego przedstawionego na fig. 1, 1A i 10 pokryto mteriałem przegrody i tworzyły one część prekursora bez odwzorowywana. Powierzchnia 8, rowek 4, otwór 6 i pole 9 nie miały przegrody, a więc tworzyły model przytonwy z prekursora meealu maierzystego. Przegroda odpowwadająca przegrodzie 90 z fig. 11 rozciągała się około 15 mm powyżej powierzchni 8 prekursora metalu mαierzystegr. Wyypeniacz zawierający jednorodną mieszaninę cząstek tlenku glinowtgo /38 Alundum z firmy Norton Compsny/ z 7C% cząstek o ziarnie 220 i 30% Wagowych cząstek o ziarnie 500 oraz cząstek meealicznego krzemu w ilości 7% wagowych całkowitego ciężaru cząstek Alundum umieszczono w przestrzeni nad prekursorem określonej przez przegrodę odpowiadającą przegrodzie 90 z fig. 10. Wwypeniacz umieszczony był więc w zapewniającym dostosow/anie kształtu styku z modelem pozytor^iym utworzonym przez powierzchnię 8, rowek 4, otwór 6 i pole 9. Zespół złożony z przegrody, wy^łmi-acza i prekursora metalu mαieΓzystegr umieszczono na i w złożu ma^i^iału obojętnego zawierającego cząstki tel^nku glinowego /E1 Alundum z firny Norton Cormany, ziarno 90/ w sposób przedstawiony na fig. 11. Złoże maeriału obojętnego odpowiada złożu 94 z fig. 11 i znajdowało się zasadniczo na poziomie wierzchołka osłony przegrodowej rdpowiadalącej osłonie 90 z fig. 11.

Uzyskany w wniku zestaw umieszczono w piecu i ogrzewano w prwietrzu o temperaturze 1000^OC przez 28 h. Następnie umo01iwirio ochłodzenie zestawu i bryłę z kompozytu ceramicznego wyr°^słą z prekursora metalu macerzystego wJęto z naczynia ogniotrwałego, a nadmiar wypełniacza i maeriału przegrody usunięto przez lekkie piaskowanie. Otrzymano bryłę ceramiczną o kształcie arzedsaiwronym na fig. 3, która wskazywała bardzo dokładne odwotne odwzorowanie modelu pozytywowego z prekursora meealu mlierzysttgr.

Przykład II. Blok z tego samego stopu aluminium, jak zastosowany w przykładzie I skrawano i wiercono, aby uzyskać prekursor metalu macerzystego o kształcie przedstawionym na fig. 8 i 8A o całkowitych wpadarach: długość 63,5 mm, szerokość 31,75 mm i grubość 17,5 mm, z cylindyyciyym otworem /lnalogiciyym jak 78 na fig. 8 i 8A/ o średnicy 19 mm. Prostokątne pole /analogiczne jak 78 na fig. 8 i 8A/ miało grubość 1,6 mm /wysokość ponad powierzchnię odpowiadającą powierzchni 74 z fig. 8 i 8^/ i szerokość 6,3 mm. Rurkę papierową wypełnioną gipsem moretarskim /Bondex z firmy Bondex Company/ włożono w otwór, przy czym zewnętrzna średnica rurki papierowej przystawała i była w styku z powierzchnią otworu cylin155 755 drycznego, a cylindryczna przegroda wystawała około 6,3 mm poza każdy z końców otworu cylindrycznego. Gips moddearski /Bondex z firmy Bondex Commpny/ nałożono grubą warstwą na gruby papier w kształcie prostokątnego pudełka otwartego po przeciwległych końcach, którego wymiary były następujące: Długość 76,2 mm, szerokość 38 mm i wy°kość 31 mm. To pudełko pokryte gipsem ΓηοάεΐΗΓβ^πι odpowiada przegrodzie 88 z fig. 9.

Warstwę podstawową maeriału obojętnego zawierającego E1 Alundura z firny Norton Company o ziarnie 90 umieszczono w tyglu ogniotrwałym. Jeden koniec prostokątnej przegrody umieszczono na warstwie rateriału obojętnego, a prekursor metalu mcierzystego Iz przegrodą cylindryczną włożoną w otwór/ umieszczono w złożu wypłniacza /odpowiadającym 84 na fig. 9/ za^rtym w prostokątnej przegrodzie zasadniczoJak pokazano na fig. 9. Wypełniacz był takim samym wypełniaczem,jak zastosowany w przykładzie 1 i zasadniczo w/pełniał prostokątną przegrodę. Taki sam typ maeriału obojętnego /odpowiadający 86 na fig. 9/ jak zastosowano w przykładzie 1 dodano w przybliżeniu do takiej samej wyckości jak wy³ełniacz, a w wyniku otrzymano zespół zasadniczo jak przedstawiono na fig. 9. Uzyskany zestaw umieszczono w piecu i ogrzewano w atmosferze powietrza przy temperaturze 1000°C przez 28 h. Po tym czasie zestawowi umożliwiono ochłodzenie, a uzyskaną bryłę z komiKizzytu ceramicznego wyjęto z ognistIwałegs naczynia 80 i usunięto przez lekkie piaskowanie nadmiar wyP^ełnitiza i mae^iri-ału przegrody, które przywierały do niej. W wyniku otrzymano bryłę ceramiczną zasadniczo jak pokazano na fig. 7, która wier nie odwzorowywała odwotnie pozytywowy model z prekursora metalu maierzystego.

W obu przykładach I i II wyP^ełniacz dostosowujący się pod względ.em kształtu umieszczony w styku z pozytywowym modelem z prekursora metalu mtierzystegs jest samospajalnym wypełniaczera dostosowującym się pod względem kształtu, tak że sarnspajalna natura wP^:'ełnitczt pozwalała na wyrzymywnie różnicy ciśnień działających na powtający produkt reakcji utleniania. To znaczy, jeśli różnica ciśnień wystąpi na powstającym naskórku produktu reakcji utleniania ze względu na migrację roztopionego metalu mιaierzystegs w celu wywarzania dodatkowego produktu reakcji utleniania z pozostawientom wnęki o zmniejszonym ciśnieniu, wówczas stmospetalna natura wypełniacza zapewni w/ssarczającą wyrzymałość mecteniczną, aby uzyskać odporność na siły mechaniczne wwwerane na naskórek powtającego produktu reakcji utleniania przez różnicę ciśnień. Jednakże w tych dwóch przykładach cienka warstwa gipsu moSeearskiegs tworząca przegrodę była wystarczająco przepuszczalna dla powietrza, tak że powwetrze przenikało przez nią i wyównywło ciśnienie we wnęce lub pustej przestrzeni utworzonej przez migrujący metal macerzysty.

Chociaż opisano tylko kilka przykładowych rozwiązań wynalazku w sposób szczegółowy powyżej, fachowcy łatwo ocenią, że przedmiotowy w/mlazek obejmie wiele kombinacji i odmian innych niż te przykładowe.

Claims

Zastrzeżenia patenowwe

1. Sposób wytwazania wyrobu z kompozyu ceramicznego, o kształcie negatywowym odwotnie odwzorowującym pszywocp model z prekursora meealu ro^erzystego, który to kompozy zawiera osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie metalu maaieΓzystłgs, aby wywarzyć polikrystaicczny imaeriał złożony z produktu reakcji utleniania metalu maieΓzystegs utleniaczem i ewentualnie jeden lub kilka składników meealiiznych oraz wp^|ełnitiz objęty przez tę osnowę ceramiczną, znamienny tym, że stosuje się prekursor metalu mtieΓzzstego posiadający sekcję będącą modelem eszywsccym do odwrotnego odwzorowania i sekcję bez odwzorowywania, umieszcza się przynajmnej sekcję prekursora metalu macerzystego, stanowiącą model pozytywy, w styku ze złożem wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu w warunkach ksntΓoSowtnłgs wrostu, aby wspomagać wrost produktu reakcji utleniania z sekcji stanowiącej model pszyycowp w kiermku do wpełnitczt i uniemożliwiać wrost z sekcji bez odwzoΓowwcanaa, przy czym odwzorowany wypełniacz jest przepuszczalny dla utleniacza

155 755 gdy utleniacz styka się z roztopionym metalem mcierzystym i jest przepuszczalny dla infiltracji przez wzrost produktu reakcji utleniania poprzez ten wypeniacz, ogrzewa się prekursor meealu mccerzystego do zakresu temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby wywarzyć roztopiony metal maaierzysty i przy tej temperaturze doprowadza się do reakcji roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem, zaś uzyskany produkt reakcji utleniania co najmniej w części utrzymuje się w styku z i pomiędzy riztopionym metalem a utleniaczem, aby stopnóowo przepuszczać roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania i do styku z utlenaazeem w złożu wpeeniacza, aż do momentu uzyskania negatywowego kształtu w złożu wypalacza, podczas gdy produkt reakcji utleniania w dalszym ciągu tworzy się na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, a następnie kontynuuje się tę reakcję przez taki okres czasu, aby przynajmniej częścóowo objąć odwzorowany wypełniacz w produkcie reakcji utleniania przez wzrost tego produktu w wypeniacz, dla uzyskania wyrobu o kształcie negatywowym, a w końcu oddziela się uzyskany produkt od nadmiaru wypełniacza i ewentualnie od niepΓzetaaiywnego meealu macierzystego.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się środek przykrywający przynajmniej część sekcji meealu maieΓznstego bez odwzorowywana.

3. Sposób według zastrz. 1, albo 2, znamienny tym, że stosuje się utleniacz zawierający utleniacz w fazie pary, a środek przykrywający jest przepuszczalny dla utleniacza w fazie pary.

4. Sposób wsedług zastrz. 3, znamienny tym, stosuje się warstwę gipsu moietarskiego.

5. Sposób widług zastrz. 2, znamienny tym, stosuje się warstwę mteriału obojętnego.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, tu ustala się przez przykrycie sekcji metalu maieΓznstegi bez odwzorowywania substancją uniemożliwiającą przerastanie produktu reakcji utleniania przez ten środek.

7. Sposób widług zastrz. 1, znamienny tym, że warunki kontrolowania wzrostu ustala się przez podawanie zewrę ęrznej domieszki do sekcji stanowiącej model pozytywowy.

8. Sposób wceiług zastrz. 1, znamienny tym, że umieszcza się prekursor metalu macerzystego w sprzężeniu ze złożem wypalacza dostosowującego się pod względem kształtu, przez co sekcja prekursora metalu macerzystego bez odwzorowywała jest wolna od stykania się ze złożem wypalacza.

9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się meeal macierzysty na bazie aluminium.

10. Sposób w ©i ług zastrz. 1, znamienny tym, że warunki kontrolowanego wzrostu ustala się przynajmniej częściowo przez warowazenie utleniacza stałego i/lub utleniacza ciekłego w część złoża wypełniacza dostosowującego się pod w:ględem kształtu przy sekcji stanowiącej model pozytywowy.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny gaz zawierający tlen.

12. Sposób wielług zastrz. 1, gaz zawierający azot.

13. Sposób-w^dług zastrz. 1, powietrze.

14. Sposób według zastrz. 1, że jako środek przykrywający że jako środek przykrywający że warunki kontrooownego awtrosznamienny t

że jako utleniacz stosuje ^się ' m. że Jako utleniacz stosuje Się m, że Jako utleniacz stosuje się m, że Jako utleniacz stosuje ^Się

znamienny znamienny wych wodoru.

15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że Jako metal macierzysty stosuje się stopy metali na bazie krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.

155 755

16. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako utleniacz stosuje się gaz zawierający tlen, gaz zawierający azot;, chlorowiec, siarkę, fosfor, arsen, wgiel, bor, selen, tellur, meszaninę H2/H2O, dwiUlenek krzemu, metan, etan, propan, acetylen, etylen, propylen i mieszaninę CO/CO2 oraz związki wymienionych pierwiastków.

17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wyelniacz stosuje się wydrążone bryłki, cząstki, proszki, włókna, wiskery, kulki, pęcherzyki, wełnę stalową, płytki, agregaty, druty, pręty, granulki, rurki, tkaniny z włókien ogniotrwałych, drobnych rurek lub ich mieszanin.

18. Sposób ^dług zastrz. 1, znamienny tym, że jako wypełniacz stosuje się tlenek glinowy, dwu lenek krzemu, węglik krzemu, tlerkclαzltet krzemow-glinowy, tlenek cyrkonowy, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, glinian mgnezowy, stopy żelaza, stop żelazo-choom-aluminium.

19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metal mccerzysty domieszkuje się jedną lub k^koma domieszkami przez stopowe wprowadzenie jednej lub kilku domieszek w metal mocerzysty i/lub nakładanie jednej lub kilku domieszek w postaci warstwy maaeriału domieszkującego na przynajmniej część modelu pozytywowego z metalu maierzystego i/lub wpro^dza się jedną lub kilka domieszek przynajmniej częściowo w wyełniacz przy modelu pozytyowym.

20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że Jako domieszkę stosuje się mgnez, cynk, krzem, german, cyna, ołów, bor, sód, lit, wapń, fosfor, itr, lantan, cer, prazeodym, neoclym i samar.

155 755

155 755

155 755

FIG 10

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz. Cena 3000 zł