PL156546B1

PL156546B1 - Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego PL PL

Info

Publication number: PL156546B1
Application number: PL1987267679A
Authority: PL
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1987-09-10
Publication date: 1992-03-31
Also published as: JP2505211B2; EP0261057A2; FI84811C; HU202800B; EP0261057A3; DK166410B1; PT85619B; HUT46620A; PH24999A; ZA875716B; KR950002338B1; DE3784420D1; CA1315076C; AU591325B2; DE3784420T2; KR880003868A; MX167178B; CZ277740B6; YU197088A; AU7727587A

Abstract

1. Sposób w ytw arzania w yrobów z kom pozytu ceram icznego zaw ierajacego m aterial p o li- krystaliczny jak o p ro d u k t reakcji u tleniania zlozony z pierw szego o b szaru oraz z obszaru koncow ego integralnego z pierw szym obszarem , rózniacego sie od niego skladem i/lu b m ik ro - stru k tu ra i ew entualnie zaw ierajacego w ypelniacz, znamienny tym, ze ogrzew a sie m etal m acie- rzysty do tem p eratu ry powyzej jego tem p eratu ry topnienia, ale ponizej tem p eratu ry topnienia p ro d u k tu reakcji utleniania, do p ow stania bryly roztopionego m etalu m acierzystego i w tej tem peraturze p rzeprow adza sie reakcje bryly roztopionego m etalu m acierzystego z utleniaczem , do w ytw orzenia p ro d u k tu reakcji utleniania, przy czym utrzym uje sie przynajm niej czesc p ro - d u k tu reakcji utleniania w kontakcie z bryla roztopionego m etalu m acierzystego 1 utleniaczem , aby stopniow o tran sp o rto w ac roztopiony m etal m acierzysty poprzez p ro d u k t reakcji utleniania w k ierunku do utleniacza, tak ze p ro d u k t reakcji u tleniania ciagle pow staje na pow ierzchni m iedzyfazowej pom iedzy utleniaczem a poprzenio utw orzonym p ro d u k tem reakcji utleniania, przez co w ytw arza sie coraz grubszy pierw szy obszar p ro d u k tu reakcji u tlen ian ia poczatkow o zaw ierajacy spojony ze soba m etal m acierzysty, po czym zm niejsza sie szybkosc tran sp o rtu roztopionego m etalu m acierzystego, a nastepnie przeprow adza sie reakcje m iedzy utleniaczem a przynajm niej czescia zespolonego m etalu m acierzystego z pierw szego o b szaru p ro d u k tu reakcji utleniania w kierunku do pow ierzchni tego obszaru, dla w ytw orzenia na niej p ro d u k tu reakcji utleniania i kontynuuje sie reakcje przez czas w ystarczajacy do w ytw orzenia obszaru koncow ego p ro d u k tu reakcji utleniania. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego przez utlenianie roztopionego metalu macierzystego, aby powstał materiał polikrystaliczny z dwoma integralnymi obszarami pierwszym i końcowym, przy czym ten ostatni ma strukturę bardziej drobnoziarnistą niż pierwszy.

Przedmiot niniejszego wynalazku związany jest z opisem patentowym US nr 4713 360, który przedstawia sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego, otrzymanych jako produkt reakcji utleniania z prekursora metalu macierzystego. Roztopiony metal macierzysty reaguje z utleniaczem w fazie pary, aby powstał produkt reakcji utleniania, a metal migruje poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, na skutek czego ciągle powstaje wyrób z kompozytu ceramicznego, który można wytwarzać ze spojonym ze sobą składnikiem metalicznym i/lub z połączonymi ze sobą porami. Proces ten można wspomagać przez zastosowanie domieszki stopowej, tak jak w przypadku aluminiowego metalu macierzystego utlenianego w powietrzu. Sposób ten ulepszono przez zastosowanie domieszek zewnętrznych nakładanych na powierzchnię prekursora metalu, jak opisano w amerykańskim zgłoszeniu patentowym nr 822999 z 27 stycznia 1986.

Przedmiot niniejszego wynalazku jest również związany z przedmiotem zgłoszenia patentowego PL nr 257 812. Zgłoszenie to opisuje nowy sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego przez wzrost produktu reakcji utleniania z metalu macierzystego w przepuszczalną masę wypełniacza, przez co następuje infiltracja wypełniacza osnową ceramiczną.

Jak opisano w zgłoszeniu patentowym PL nr 265 520 można zastosować przegrodę w połączeniu z materiałem wypełniacza lub formę wstępną, aby uniemożliwić wzrost lub rozwój produktu reakcji utleniania poza przegrodę, w przypadku, gdy przy wytwarzaniu wyrobu ceramicznego stosuje się utleniacze w fazie pary. Przegroda taka ułatwia wytwarzanie wyrobu ceramicznego o określonych granicach. Odpowiednią przegrodą może być dowolny materiał, związek, pierwiastek, mieszanina itp., która w warunkach procesu według wynalazku zachowuje pewną integralność, nie jest lotna i korzystnie jest przepuszczalna dla utleniacza w fazie pary, mając zdolność do lokalnego uniemożliwiania, utrudniania, zatrzymywania, przeszkadzania, zapobiegania itp. kontynuowaniu wzrostu produktu reakcji utleniania. Odpowiednie przegrody dla stosowania z aluminiowym metalem macierzystym obejmują siarczan wapnia (gips modelarski), krzemian wapnia i cement portlandzki oraz ich mieszaniny, które nakłada się jako zawiesinę lub pastę na powierzchnię wypełniacza. Przegrody te mogą również obejmować odpowiedni materiał palny lub lotny, który jest eliminowany po ogrzaniu lub materiał, który rozkłada się po ogrzaniu, aby zwiększyć porowatość i przepuszczalność przegrody. Ponadto przegroda może zawierać odpowiednie cząstki materiału ogniotrwałego, aby zmniejszyć ewentualny skurcz lub pękanie, które w przeciwnym przypadku mogło by się zdarzyć podczas procesu. Taki meteriał cząstkowy posiadający zasadniczo taki sam współczynnik rozszerzalności jak materiał złoża wypłeniacza lub formy wstępnej, jest szczególnie pożądany. Przykładowo, jeżeli forma wstępna zawiera tlenek glinowy, a uzyskana w wyniku ceramika zawiera tlenek glinowy, przegroda może być zmieszana z cząstkami tlenku glinowego, korzystnie odpowiadającymi numerowi sita 20-1000, ałe mogą być jeszcze mniejsze. Inne odpowiednie przegrody zawierają powłoki z metalu lub ogniotrwałej ceramiki, które są otwarte przynajmniej na jednym końcu, aby umożliwić przesycenie złoża utleniaczem w fazie pary i jego styk z roztopionym metalem macierzystym.

Niniejszy opis wyraźnie nawiązuje do wszystkich poprzednich zgłoszeń patentowych na ten temat.

W każdym z tych zgłoszeń patentowych znajduje się opis przykładów wykonania wyrobu ceramicznego zawierającego produkt reakcji utleniania i ewentualnie jeden lub kilka nieutlenionych składników prekursora metalu macierzystego i/lub puste przestrzenie. Produkt reakcji utleniania może zawierać połączone ze sobą pory, które mogą częściowo lub prawie całkowicie zastępować fazę metaliczną. Te połączone ze sobą pory będą w znacznym stopniu zależne od takich czynników jak temperatura, przy której powstaje produkt reakcji utleniania, czas, w którym przebiega reakcja utleniania, skład metalu macierzystego, obecność materiałów domieszkujących itd. Niektóre z połączonych ze sobą porów mogą być dostępne z powierzchni zewnętrznej lub

156 546 powierzchni struktury ceramicznej, albo też czyni się je dostępnymi przez operację przeprowadzoną po procesie, na przykład przez skrawanie, cięcie, szlifowanie, kruszenie itp.

U podstaw wynalazku legło spostrzeżenie, że stan, który jest pozornie niepożądany, taki jak tłumienie lub przerywanie dostarczania roztopionego metalu do strefy reakcji utleniania przy powierzchni międzyfazowej pomiędzy świeżo utworzonym materiałem polikrystalicznym a utleniaczem, można wykorzystać dla wytworzenia materiału polikrystalicznego z dwoma obszarami, pod warunkiem, ze w strefie reakcji utleniania utrzymuje się odpowiednie dostarczanie metalu macierzystego do utleniania.

Zgodnie z jedną wersją wynalazku opracowano sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego zawierającego materiał polikrystaliczny, na przykład tlenek glinowy alfa, złożony z pierwszego obszaru i obszaru końcowego integralnego z pierwszym obszarem, ale różniącego się od niego pod względem składu i/lub mikrostruktury.

Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że metal macierzysty ogrzewa się do temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby wytworzyć bryłę roztopionego metalu macierzystego. W tej temperaturze przeprowadza się reakcję bryły roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem, do wytworzenia produktu reakcji utleniania i początkowo przynajmniej część produktu reakcji utleniania utrzymuje się w kontakcie z bryłą roztopionego metalu macierzystego i utleniaczem, aby stopniowo transportować roztopiony metal macierzysty z bryły poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza. W ten sposób produkt reakcji utleniania stale powstaje na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio utworzonym produktem reakcji utleniania, przez co wytwarza się coraz grubszy pierwszy obszar produktu reakcji utleniania zawierający początkowo spojony ze sobą metal macierzysty. Następnie zmniejsza się transport roztopionego metalu macierzystego, a następnie przeprowadza się reakcję między utleniaczem a przynajmniej częścią zespolonego metalu macierzystego z pierwszego obszaru produktu reakcji utleniania w kierunku do powierzchni tego obszaru, dla wytworzenia na niej produktu reakcji utleniania i kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający do wytworzenia obszaru końcowego produktu reakcji utleniania.

Korzystnie, według wynalazku kontynuuje się rozpoczętą reakcję przynajmniej do momentu wyczerpania bryły roztopionego metalu macierzystego. Metal macierzysty i materiał polikrystaliczny i wypełniacz orientuje się względem siebie tak, że materiał polikrystaliczny wzrasta w kierunku do i w wypełniacz, obejmując przynajmniej część wypełniacza materiałem polikrystalicznym. Formuje się przynajmniej część pierwszego obszaru w pierwszym etapie reakcji, a następnie orientuje się wypełniacz i ten pierwszy obszar materiału polikrystalicznego względem siebie tak, że po wytworzeniu obszaru końcowego w drugim etapie reakcji, obszar końcowy wzrasta w kierunku do i w wypełniacz, przy czym przynajmniej część wypełniacza jest objęta wówczas przez obszar końcowy.

Orientuje się metal macierzysty i pierwszy wypełniacz względem siebie tak, że w pierwszym etapie reakcji pierwszy obszar materiału polikrystalicznego w kierunku do i w pierwszy wypełniacz, a następnie orientuje się materiał polikrystaliczny pierwszego obszaru oraz masę drugiego wypełniacza względem siebie tak, że w drugim etapie reakcji obszar końcowy materiału polikrystalicznego wzrasta w kierunku do i w drugi wypełniacz, obejmując przynajmniej jego część obszarem końcowym.

Według wynalazku pierwszy wypełniacz różni się od drugiego wypełniacza.

Utleniacz jest utleniaczem w fazie pary, po czym jako utleniacz w fazie pary stosuje się gaz zawierający tlen, jako metal macierzysty stosuje się aluminiowy metal macierzysty, a ponadto stosuje się przynajmniej jedną odpowiednią domieszkę w połączeniu z metalem macierzystym.

Korzystnie jako utleniacz stosuje się powietrze, a zakres temperatury wynosi około 850°C do 1450°C.

Według wynalazku umieszcza się przegrodę przynajmniej na etapie tworzenia się materiału polikrystalicznego, ograniczając zasięg jego powstawania.

Poniżej nastąpi szczegółowy opis sposobu według wynalazku i korzystnych przykładów jego wykonania.

156 546 5

Dla zastosowania w niniejszym opisie i w załączonych zastrzeżeniach przyjmuje się następujące definicje określeń:

Określenie „ceramiczny nie należy traktować jako ograniczone do struktury ceramicznej w sensie klasycznym, to znaczy w tym sensie, że składa się ona w całości z materiałów niemetalicznych i nieorganicznych, ale określenie to raczej odnosi się do bryły, która jest głównie ceramiczna odnośnie składu lub dominujących właściwości, chociaż bryła ta może zawierać mniejsze lub istotne ilości jednego lub kilku składników metalicznych uzyskanych z metalu macierzystego albo redukowanych z utleniacza lub domieszki, najczęściej w zakresie 1-40% objętościowych, albo może być jeszcze więcej metalu.

Określenie „produkt reakcji utleniania oznacza ogólnie jeden lub kilka metali w dowolnym stanie utlenionym, kiedy metal oddał elektrony lub podzielił się elektronami z innym pierwiastkiem, związkiem lub ich kombinacją. Zgodnie z tą definicją „produkt reakcji utleniania jest to produkt reakcji jednego lub kilku metali z utleniaczem takim jak opisano w niniejszym wynalazku.

Określenie „utleniacz oznacza jeden lub kilka odpowiednich akceptorów elektronów i może występować w stanie stałym, ciekłym lub gazowym (para) albo też w kombinacji tych stanów (na przykład ciało stałe i gaz) w warunkach procesu wzrostu ceramicznego.

Określenie „metal macierzysty ma dotyczyć stosunkowo czystych metali, metali dostępnych w handlu z zanieczyszczeniami i/lub składnikami stopowymi oraz stopów i związków międzymetalicznych, przy czym „metal macierzysty zawiera ten metal jako stosunkowo czysty metal, metal dostępny w handlu z zanieczyszczeniami i/lub składnikami stopowymi lub stop, w którym ten prekursor metalu jest głównym składnikiem. Kiedy dany metal jest wymieniany jako metal macierzysty, na przykład aluminium, wówczas należy traktować go zgodnie z tą definicją, chyba że z kontekstu wynika inaczej. Przykładowo, kiedy metalem macierzystym jest aluminium, wówczas aluminium może być metalem stosunkowo czystym (na przykład aluminium dostępne w handlu o czystości 99,7%) lub jest to aluminium 1100 zawierające jako normalne zanieczyszczenia około 1% wagowo krzemu i żelaza, albo też stopy aluminium takie jak na przykład 5052.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia mikrofotografię wyrobu z kompozytu ceramicznego wytworzonego sposobem według przykładu 1, fig. 2 - mikrofotografię wyrobu z kompozytu ceramicznego wytworzonego według przykładu 2, fig. 3 - mikrofotografię wyrobu wytworzonego według przykładu 3, fig. 4 -mikrofotografię wyrobu wytworzonego według przykładu 4, fig. 5 - mikrofotografię wyrobu wytworzonego według przykładu 5, fig. 6 - mikrofotografią wyrobu wytworzonego według przykładu 6, fig. 7-13 - mikrofotografie wyrobu z kompozytu ceramicznego wytworzonego według przykładu 7 z pokazaniem różnych faz wzrostu gęstej warstwy naskórka, a fig. 14 przedstawia mikrofotografię metalu macierzystego według przykładu 8.

Zgodnie ze sposobem według wynalazku, wyrób z kompozytu ceramicznego wytwarza się z pierwszym obszarem i obszarem końcowym, który różni się od pierwszego obszaru składem i/lub strukturą krystalitów. Przykładowo obszar końcowy może mieć większę twardość według Rockwella i delikatniejszą strukturę krystalitów niż pierwszy obszar, nawet w tych przypadkach, gdzie skład obu obszarów jest podobny lub zasadniczo identyczny. Różnice pomiędzy pierwszym obszarem a obszarem końcowym są wyraźnie widoczne przy badaniu przekroju wyrobu uzyskanego sposobem według wynalazku. Obszar końcowy stanowi wyraźny obszar kontrastujący od pierwszego obszaru, co można łatwo zaobserwować okiem nieuzbrojonym lub pod powiększeniem. Obszar końcowy daje wrażenie większej gęstości (i tak może być w rzeczywistości) niż pierwszy obszar, który wykazuje większe obszary krystalitów niż w obszarze końcowym, większe puste przestrzenie i/lub wytrącenia metaliczne. Pierwszy obszar ma zasadniczo grubszą, bardziej otwartą strukturę niz obszar końcowy, który w porównaniu z nim daje wrażenie drobniejszego ziarna i większej gęstości. W przykroju wyrobu z kompozytu ceramicznego obszar końcowy wygląda zwykle jak gęsty powierzchniowy naskórek na rdzeniu lub podłożu z pierwszego obszaru.

Warunki, przy których powstaje obszar końcowy, występują wtedy, gdy ilość roztopionego metalu macierzystego dostępnego dla przeciągania przez materiał polikrystaliczny w celu utworzenia przez reakcję utleniania z utleniaczem dodatkowego materiału polikrystalicznego na powierzchni poprzednio utworzonego materiału polikrystalicznego zostanie zmniejszona do lub

156 546 poniżej pewnego poziomu, który można nazwać poziomem modyfikacji wzrostu, albo też metalu tego zabraknie.

Bez zamiaru narzucenia konkretnej teorii tego zjawiska uważa się, że poziom modyfikacji wzrostu osiągany jest w danej strefie pierwszego obszaru wtedy, gdy roztopiony metal macierzysty znajdujący się w tej strefie jest odizolowany od bryły roztopionego metalu macierzystego albo przez przerwanie drogi transportu od bryły roztopionego metalu do tej strefy, albo przez wyczerpanie lub usunięcie bryły roztopionego metalu. Rozważa się, że kiedy to następuje, wówczas siły kapilarne transportujące roztopiony metal macierzysty do powierzchni międzyfazowej z utleniaczem zostają zmniejszone i jeśli następuje dalszy wzrost materiału polikrystalicznego, to odbywa się on w warunkach zmniejszonej energii, przy których stosunkowo mniej metalu macierzystego zdolnego do utleniania go jest dostępne dla zwilżania danego obszaru produktu reakcji utleniania. Produkt reakcji utleniania ma wtedy tendencję do powstawania jako bardziej gęsty materiał polikrystaliczny o drobniejszym ziarnie, gdzie drogi przepływu dla transportu roztopionego metalu macierzystego do powierzchni międzyfazowej z utleniaczem mają mniejsze pole przekroju poprzecznego niż w pierwszym obszarze. Zmniejszone pole przekroju poprzecznego tych dróg przepływu umożliwia transport metalu tymi drogami poprzez osłabione siły włoskowatości.

Fakt, że obszar końcowy jest ostro ograniczony od pierwszego obszaru, sugeruje, że zmiana lub zmiany warunków reakcji modyfikujące wzrost, które spowodowały przejście od powstawania materiału pierwszego obszaru do powstawania materiału polikrystalicznego obszaru końcowego nastąpiły raczej gwałtownie. Gwałtowna natura takich zmian zgodna jest z przesłanką, że stłumienie lub przerwanie ciągłego transportu roztopionego metalu macierzystego jest zmianą modyfikującą wzrost, ponieważ takie stłumienie lub przerwanie następowałoby według oczekiwań raczej gwałtownie. Przykładowo wyczerpanie bryły roztopionego metalu macierzystego jest analogiczne do braku paliwa w samochodzie. Działanie jest normalne albo prawie normalne aż dopływ paliwa ustanie lub będzie tak niewielki, że ciągłe zasilanie silnika zostanie nagle przerwanie. Nagłe przerwanie ciągłego dopływu roztopionego metalu może również nastąpić bez wyczerpania się bryły roztopionego metalu macierzystego przez przerwanie lub zablokowanie drogi transportu roztopionego metalu z bryły roztopionego metalu do powierzchni międzyfazowej styku z utleniaczem. Może to nastąpić wtedy, gdy bryła roztopionego metalu macierzystego zostanie zubożona, chociaż nie wyczerpana, a przynajmniej część jej wychodzi ze styku z rosnącym materiałem polikrystalicznym. Przykładowo malejąca bryła roztopionego metalu macierzystego może oddzielić się od przykrywającego ją łuku materiału polikrystalicznego, pozostaje w styku z tą bryłą tylko przy jej krawędziach brzegowych. Zmniejszony w konsekwencji obszar styku pomiędzy materiałem polikrystalicznym a bryłą metalu macierzystego może być powodem stłumienia przepływu ze względu na zmniejszony obszar styku.

Stłumienie lub przerwanie transportu metalu macierzystego do pierwszego obszaru może więc nastąpić na skutek wyczerpania się lub zubożenia bryły roztopionego metalu macierzystego i w pewnych przypadkach może być to zadowalający sposób tworzenia obszaru końcowego na strukturze ceramicznej. Jednakże istnieje korzystny sposób zapewniający doskonałą kontrolę procesu przez przerywanie reakcji utleniania po utworzeniu żądanej ilości materiału polikrystalicznego pierwszego obszaru, ale przed wyczerpaniem lub modyfikującym wzrost zubożeniem bryły metalu macierzystego. Przykładowo podczas pierwszego etapu reakcji procesu, kiedy dokona się już wzrost pierwszego obszaru o żądanym wymierzę, ale roztopiony metal macierzysty jest nadal obficie w sposób ciągły transportowany z bryły roztopionego metalu do pierwszego obszaru, temperaturę pieca można obniżyć poniżej temperatury reakcji, na przykład piec można całkowicie wyłączyć i pozwolić, by zestaw złożony z metalu macierzystego i polikrystalicznego materiału pierwszego obszaru ochłodził się. Krzepnąca bryła metalu macierzystego oddziela się wtedy od materiału polikrystalicznego pierwszego obszaru, a następnie materiał ten z powrotem nagrzewa się do temperatury procesu w obecności utleniacza. Przy takim oddzieleniu pierwszego obszaru od jego prekursora metalu macierzystego, zawarty w nim metal macierzysty będzie reagować z utleniaczem tworząc obszar końcowy, jak opisano powyżej.

Prowadzenie procesu w taki sposób stopniowy (pierwszy stopień reakcji, stopień przerwy i drugi stopień reakcji) pozwala na uniknięcie konieczności usiłowania dokładnego obliczenia ile metalu macierzystego trzeba początkowo przewidzieć dla spowodowania stłumienia lub przerwa156 546 nia transportu roztopionego metalu w żądanej fazie wzrostu materiału polikrystalicznego. Ponadto taki stopniowy sposób przeprowadzania procesu umożliwa cięcie, szlifowanie, obróbkę skrawaniem lub inne kształtowanie materiału polikrystalicznego pierwszego obszaru dla uzyskania żądanego wymiaru i kształtu przed przeprowadzeniem reakcji w drugim etapie w celu utworzenia obszaru końcowego.

Dla wybranych części powierzchni selektywnie kształtowanego i wymiarowanego materiału polikrystalicznego pierwszego obszaru można zastosować przegrodę. Jak opisano powyżej przegroda będzie uniemożliwiać powstawanie obszaru końcowego w tych częściach, na które jest nołożona. Przegroda, taka jak warstwa gipsu modelarskiego lub cementu portlandzkiego itp., może być zatem nakładana według żądanego wzoru na meteriał polikrystaliczny pierwszego obszaru, aby sterować przez to wzór powstającego obszaru końcowego. Alternatywnie obszar końcowy może być wytwarzany zasadniczo na całej powierzchni materiału polikrystalicznego pierwszego obszaru.

Materiał pierwszego obszaru lub jego część może być oddzielona od metalu macierzystego przez cięcie, szlifowanie, piłowanie odłamanie lub innym odpowiednim sposobem. Oddzielonemu materiałowi pierwszego obszaru można nadać dowolny żądany kształt geometryczny przed rozpoczęciem etapu drugiej reakcji. Zastosowane tu i w zastrzeżeniach określenie „kształtowanie materiału polikrystalicznego pierwszego obszaru oznacza i obejmuje kształtowanie dowolnymi środkami wliczając, ale bez ograniczenia, cięcie, szlifowanie, piłowanie, dłutowanie, wiercenie, skrawanie lub polerowanie, albo ich kombinację. Oczywiście materiał polikrystaliczny pierwszego obszaru może być od początku hodowany do żądanego kształtu geometrycznego przy zastosowaniu jednego lub kilku sposobów opisanych w pewnych zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela, na przykład we wspomnianym powyżej zgłoszeniu patentowym nr 861 024 (przegroda), nr 823 542 (odwrotne odwzorowywanie kształtu) lub nr 896 157 (odwzorowanie kształtu powierzchni) W takim przypadku materiał polikrystaliczny pierwszego obszaru hodowany do żądanego, uprzednio wybranego kszatałtu geometrycznego jednym lub kilkoma z powyżej wspomnianych sposobów może nie wymagać dodatkowego kształtowania. Alternatywnie kształt geometryczny tak kontrolowanych materiałów pierwszego obszaru może być ulepszany lub modyfikowany przez jedną lub kilka operacji kształtowania jak opisano powyżej.

Chociaż wynalazek opisano poniżej podając aluminium jako metal macierzysty, należy uważać, że można stosować również inne metale macierzyste, takie jak krzem, tytan, cynę, cyrkon i hafn.

Cechy i zalety przedmiotowego wynalazku w pełni wynikają z następujących przykładów, w których wszystkie części i procenty podano jako wagowe, chyba że wyraźnie stwierdzono inaczej.

Przykład I. Cylindryczny wlewek aluminiowy ze stopu 380.1 zawierającego minimalnie 3,8% miedzi, 1% żelaza, mniej niz0,10% magnezu, 0,41% manganu, 0,029% niklu, 8,41% krzemu i 2,28% cynku (stop dostępny w handlu z Belmont Metals Inc.) o średnicy 2,5 cm i o wysokości 2,2 cm zanurzono w złożu tlenku glinowego (El Alundum, sito 90, Norton Co.) tak, że górna kołowa powierzchnia wlewka była odsłonięta i usytuowana zasadniczo zgodnie z powierzchnią złoża. Stop ten nagrzewano w zadanej temperaturze 1100°C przez 48 h w atmosferze powietrza.

Procentowy wzrost ciężaru wlewka po reakcji utleniania wynosił 158%.

Chociaż powstał produkt reakcji utleniania w postaci materiału polikrystalicznego (tlenek glinowy alfa), to jednak przecięcie uzyskanego produktu i wypolerowanie powierzchni przekroju nie dało żadnych informacji odnośnie warstwy obszaru końcowego na materiale pierwszego obszaru. Potwierdzenie braku takiej warstwy naskórka uzyskano przez mikorfotografię (fig. 1).

Przykład II. Cylindryczny wlewek ze stopu aluminium zawierającego 10% krzemu i 3% magnezu o średnicy 2,5 cm i wysokości 2,2 cm zanurzono w złozu z tlenku glinowego (El Alundum, sito 90) tak, że górna kołowa powierzchnia wlewka była odsłonięta i usytuowana zasadniczo na poziomie powierzchni złoża. Stop nagrzewano w zadanej temperaturze 1200°C przez 48 h w atmosferze powietrza.

Procentowe zwiększenie ciężaru wlewka po reakcji utleniania wynosiło 141%.

Chocaż powstał produkt reakcji utleniania w postaci meteriału polikrystalicznego (tlenek glinowy alfa), to jednak przecięcie uzyskanego produktu i wypolerowanie powierzchni przekroju nie dało żadnej informacji o istnieniu obszaru końcowego na materiale obszaru pierwszego. Potwierdzenie braku gęstego naskórka usykano poprzez mikrofotografię (fig. 2).

156 546

Przykład III. Cylindryczny wlewek z dostępnego w handlu stopu aluminium 712, do którego później dodano stopowo 10% krzemu (uzyskując stop aluminium zawierający nominalnie 10,3% krzemu, 0,5% żelaza, 0,25% miedzi, 0,1% manganu, 0,6% magnezu, 0,4-0,6% chromu,5-6,5% cynku i 0,15-0,25% w złożu z tlenku glinowego (E1 Alundum, sito 90) tak, że górna kołowa powierzchnia wlewka była odsłonięta i zasadniczo usytuowana zgodnie z powierzchnią złoża. Stop ogrzewano przy zadanej temperaturze 1200°C przez 48 h w atmosferze powietrza.

Procentowy wzrost ciężaru wlewka po reakcji utleniania wynosił 177%.

Chociaż powstał polikrystaliczny produkt reakcji utleniania (tlenek glinowy alfa), przecięcie uzyskanego produktu i wypolerowanie powierzchni przekroju nie dało żadnej informacji odnośnie warstwy materiału obszaru końcowego. Potwierdzenie braku obszaru końcowego na materiale pierwszego obszaru usykano poprzez mikrofotografię (fig. 3).

Przykład IV. Cylindryczny wlewek aluminiowy z dostępnego w handlu stopu aluminium 712 (ten sam stop co w przykładzie 3, ale o zawartości krzemu 0,3%) o średnicy 2,5 cm i wysokości 2,2 cm zanurzono w złożu z tlenku glinowego (El Alundum, sito 90) tak, ze górna powierzchnia kołowa wlewka była odsłonięta i usytuowana zasadniczo zgodnie z powierzchnią złoża. Stop ogrzewano przy zadanej temperaturze 1200°C przez 48 h w atmosferze powietrza.

Procentowe zwiększenie ciężaru wlewka po reakcji utleniania wynosiło 80%.

Przecięcie uzyskanego produktu i wypolerowanie powierzchni przekroju dało informację o powstaniu gęstej warstwy obszaru końcowego na materiale pierwszego obszaru. Potwierdzenie tego usykano przez mikrofotografię (fig. 4).

Przykład V. Cylindryczny wlewek z dostępnego w handlu stopu aluminium 5052 (stop aluminium zawierający 0,1% miedzi, 0,4% zelaza, 2,2-2,8% magnezu, 0,1% manganu, 0,25% krzemu, 0,1% cynku i 0,15-0,35% chromu) o średnicy 2,5 cm i wysokości 2,2 cm zanurzono w złożu z tlenku glinowego (El Alundum, sito 90) tak, że górna powierzchnia kołowa wlewka była odsłonięta i usytuowana zasadniczo zgodnie z powierzchnią złoża. Stop ogrzewano w zadanej temperaturze 1200°C przez 48 h w atmosferze powietrza.

Procentowe zwiększenie ciężaru wlewka po reakcji utleniania wynosiło 44%.

Przecięcie uzyskanego produktu i wypolerowanie powierzchni przekroju wykazało powstanie gęstej warstwy obszaru końcowego. Potwierdzenie tego faktu uzyskano przez mikrofotografię (fig. 5).

Przykład VI. Cylindryczny wlewek z dostępnego w handlu stopu aluminium 6061 (stop aluminium zawierający 0,15% miedzi, 0,7% żelaza, 0,8-1% magnezu, 0,15-0,35% chromu) o średnicy 2,5 cm i wysokości 2,2 cm zanurzono w złożu z tlenku glinowego (El Alundum, sito 90) tak, że górna kołowa powierzchnia wlewka była odsłonięta i usytuowana zasadniczo zgodnie z powierzchnią złoża. Stop ogrzewano w zadanej temperaturze 1200°C przez 48 h w atmosferze powietrza.

Procentowe zwiększenie ciężaru wlewka po reakcji utleniania wynosiło 23%.

Przecięcie uzyskanego produktu i wypolerowanie powierzchni przekroju wykazało powstanie gęstej warstwy obszaru końcowego na podłożu obszaru pierwszego. Potwierdzenie tego faktu uzyskano poprzez mikrofotografię (fig. 6).

Przykład VII. Aby określić wpływ czasu na powstawanie warstwy obszaru końcowego, siedem prętów o długości 23 dm, szerokości 5 cm i grubości 1,3 cm (próbki 1-7) z dostępnego w handlu stopu aluminium 5052 zanurzono w oddzielnych złożach tlenku glinowego (El Alundum, sito 90) tak, że powierzchnia 22x5 cm pręta była odsłonięta i usytuowana zasadniczo zgodnie z powierzchnią złoża. Te siedem prętów domieszkowano zewnętrznie przez natryśnięcie 1 g dwutlenku krzemu rónomiernie na całą odsłoniętą powierzchnię. Odpowiednie pręty były ogrzewane oddzielnie w zadanej temperaturze reakcji 1125°C w atmosferze powietrza przez różny czas.

Produkt reakcji w każdej z próbek 1-7 przecięto, a powierzchnie przekroju wypolerowano (patrz odpowiednio fig. 7-13). Próbki zbadano, a tam gdzie stwierdzono istnienie warstwy końcowej, dokonano pomiaru. Wyniki badania i pomiarów zestawiono w tabeli 7, gdzie warstwy końcowe określane są po prostu jako „warstwy gęste.

156 546

Tabela 7

Próbka	Czas, h	Obserwacja	Zmierzona grubość warstwy powierzchniowej 0 większej gęstości
1	72	brak gęstej warstwy	—
2	120	brak gęstej warstwy	—
3	144	gęsta warstwa	0,33 cm
4	168	gęsta warstwa	0,42 cm
5	192	gęsta warstwa	0,33 cm
6	240	gęsta warstwa	0,66 cm
7	288	gęsta warstwa	0,83 cm

Zmierzone wartości warstwy powierzchniowej obszaru końcowego o zwiększonej gęstości podane w powyższej tabeli 7 otrzymano przez fizyczny pomiar mikrofotografii z fig. 9-13 jako odległość pomiędzy ostrzami przeciwległych strzałek oznaczających gęstą warstwę powierzchniową na tych mikrofotografiach. Uważa się, ze jest to wynikiem odporności krzemu na utlenianie w zastosowanych warunkach reakcji w połączeniu ze zwiększeniem stężenia krzemu w roztopionym metalu macierzystym, gdy dopływ roztopionego metalu macierzystego jest stłumiony w pierwszym obszarze polikrystalicznego materiału. Stężenie krzemu, który nie był utleniony w zauważalnym stopniu w zastosowanych wyrunkach wyraźnie staje się wystarczająco duże, aby nadać roztopionemu metalowi macierzystemu resztkową odporność na reakcję utleniania zanim warunki energetyczne (jak opisano powyżej) staną się wastarczająco niskie, by powodować powstawanie obszaru końcowego możliwego do zidentyfikowania. Chociaż powyższa teoria nie jest wiąząca, to jednak zadowalająco opisuje uzyskane wyniki. W celu otrzymania obszaru końcowego, zmniejszony dopływ roztopionego metalu macierzystego, chociaż jest zmniejszony wytarczająco, by spowodować obniżone warunki energetyczne dla powstawania obszaru końcowego, musi jednak zawierać wystarczającą ilość roztopionego metalu macierzystego zdolnego do utleniania go, aby reagował z utleniaczem w celu utworzenia materiału polikrystalicznego w obszarze końcowym. Zastosowanie w metalu macierzystym lub w połączeniu z metalem macierzystym znacznych ilości składników metalu macierzystego, które są nieutleniane w zastosowanych warunkach reakcji, może zatem służyć dla uniemożliwiania powstawania obszaru końcowego, nawet jeśli otrzymuje się warunki poza tym sprzyjające takiemu tworzeniu obszaru końcowego, na przykład zmniejszenie dopływu roztopionego metalu macierzystego w ten obszar.

Przykład VIII. Przeprowadzono doświadczenie w celu określenia, czy po wzroście obszaru końcowego w miejscu oddalonym od bryły roztopionego metalu macierzystego część pierwszego obszaru sąsiadującą z bryłą metalu macierzystego można wykorzystywać dla wzrostu jej własnego obszaru końcowego. Dwa pręty z dostępnego w handlu stopu aluminium 5052 o wymiarach 5 X 23 X 1,3 cm pokryto SiO2 w ilości 0,3 g w części środkowej powierzchni 5X23 cm każdego ^pr^ęta. ^S1^O2 nałożono w obszarze ^prosto^kątn^ym ok:olo ³⁰ cm^{2 p}o^śro^dku ^pr^ęta w ^pewnej odtegłości od jego krawędzi. Domieszkowane S1O2 powierzchnie pręta pozostawiono odsłonięte, gdy pręt umieszczono w złożu z El Alundum, sito 90 (dostarczane przez Norton Company). Tak uzyskany zestaw ogrzewano w powietrzu w pierwszym stopniu reakcji przy temperaturze 1175°C przez 120 h 1 otrzymano grubą bryłę materiału polikrystalicznego w kształcie bochenka z podłożem z matrialu pierwszego obszaru i z grubym naskórkiem lub strukturą z materiału obszaru końcowego. Po sprawdzeniu materiału po ochłodzeniu do temperatury otoczenia stwierdzono pozostanie po tym przebiegu znacznej ilości aluminium metalu macierzystego po stronie obszaru pierwszego oddalonej od obszaru końcowego. Prostokątną część polikrystalicznego materiału pierwszego obszaru odcięto od części sąsiadującej z bryłą aluminium metalu macierzystego, oszlifowano w celu uzyskania płaskich powierzchni 1 ustawiono w łódce z tlenku glinowego. W drugim etapie reakcji próbkę tę umieszczono w piecu rurowym na 24 h przy temperaturze 1175°C w przepływie powietrza. Po wyjęciu z pieca i ochłodzeniu wycięto próbkę z krawędzi materiału, który nie stykał się z łódką z tlenku glinowego, przełamano i sfotografowano. Na fig. 14 pokazano powstanie obszaru

156 546 końcowego, pr/y czym obszar końcowy zaznaczono „nowy wzrost, a pierwszy obszar zaznaczono „zmniejszona zawartość aluminium. Fig. 14 jest mikrofotografią pod powiększeniem 1000 X a linia wymiarowa pokazuje, że warstwa obszaru końcowego ma grubość około 0,07 mm. Wyraźnie widać, ze warstwa końcowa ma gęstą, przeważająco drobnoziarnistą mikrostrukturę w porównaniu z podłożem z pierwszego obszaru, które jest zasadniczo ubogie w metaliczne wytrącenia z aluminiowego metalu macierzystego.

Przykład VIII przedstawia, ze dopływ metalu macierzystego do jednej strefy pierwszego obszaru można wystarczająco zmienić, aby powstał obszar końcowy, podczas gdy drugą strefę pierwszego obszaru zbliżoną do roztopionego metalu można wykorzystać (po oddzieleniu od roztopionego metalu) dla wytworzenia jej własnego, to znaczy drugiego obszaru końcowego. Przykład VIII demonstruje również stopniową reakcję, w której produkt polikrystaliczny pierwszej strefy powstaje w pierwszym stopniu reakcji i reakcja jest przerywana w etapie pośrednim, w którym materiał pierwszego obszaru, a dokładniej wybrana część materiału pierwszego obszaru, zostaje oddzielona od bryły metalu macierzystego po ochłodzeniu wyrobu z kompozytu ceramicznego do temperatury otoczenia. W etapie pośrednim odcięta część była kształtowana przez płaskie szlifowanie jej powierzchni. Następnie w drugim etapie reakcji na oddzielonej i ukształtowanej części materiału pierwszego obszaru hodowano obszar końcowy. Fakt, że obszar końcowy był hodowany w pierwszym etapie reakcji w miejscu oddalonym od materiału pierwszego obszaru, z którego była wycięta kształtowana próbka dla drugiego etapu reakcji wyraźnie przedstawia warunki panujące w tym konkretnym doświadczeniu. Nie jest ani istotne, ani konieczne, by materiał obszaru końcowego był tworzony w pierwszym etapie reakcji.

W korzystnym przykładzie wykonania wyrób z kompozytu ceramicznego wytwarzany jest przez zastosowanie masy materiału wypełniacza umieszczonej przy i w styku z powierzchnią metalu macierzystego, a proces jest kontynuowany, aż reakcja utleniania dokona infiltracji złoża materiału wypełniacza do jego granicy, która może być określona przez odpowiednią przegrodę. Masa wypełniacza, której korzystnie nadana jest postać formy wstępnej, jest wystarczająco porowata lub przepuszczalna, aby utleniacz, w tym przypadku utleniacz w fazie gazowej, mógł przenikać wypełniacz i stykać się z metalem oraz dla umożliwienia wzrostu produktu reakcji utleniania w wypełniaczu. Alternatywnie utleniacz może być zawarty w wypełniaczu lub zawierać wypełniacz. Wypełniacz może zawierać dowolny odpowiedni materiał, taki jak częsteczki, proszki, płytki, wydrążone bryłki, kulki, włókna, wiskery ltp., które typowo są materiałami ceramicznymi. Można zastosować również metaliczny materiał wypełniacza taki jak cząstki lub włókna metalowe, jeżeli są zabezpieczone powłoką przed wzajemną dyfuzją z metalem obcym lub jeśli trzeba też modyfikować właściwości wypełniacza przez wzajemną dyfuzję z metalem obcym. Ponadto złoże wypełniacza może zawierać siatkę wzmacniających prętów, płytek lub drutów. Typowo w takich polikrystalicznych strukturach ceramicznych, obejmujących kompozyty ceramiczne, krystality produktu reakcji utleniania są wzajemnie połączone ze sobą, a składnik zawierający metal jest przynajmniej częściowo połączony ze sobą i dostępny od strony zewnętrznej powierzchni bryły ceramicznej.

Jak objaśniono w zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela, materiały domieszkujące stosowane w połączeniu z metalem macierzystym mogą w pewnych przypadkach korzystnie wpływać na proces reakcji utleniania, zwłaszcza w układach, gdzie stosuje się aluminium jako metal macierzysty. Funkcja lub funkcje materiału domieszkującego mogą zależeć od pewnej liczby czynników poza symym materiałem, domieszkującym. Czynniki takie obejmują, na przykład określoną kombinację domieszek, jeżeli stosuje się dwie lub więcej domieszek, zastosowanie domieszki doprowadzanej z zewnątrz w połączeniu z domieszką stopową z metalem macierzystym, stężenie domieszek, środowisko utleniające i warunki procesu.

Domieszka lub domieszki zastosowane w połączeniu z metalem macierzystym (1) mogą być stosowane jako składniki stopowe aluminiowego metalu macierzystego (2) mogą być nakładane na przynajmniej część powierzchni metalu macierzystego lub (3) mogą być nakładane na lub wprowadzane w część lub całość materiału wypełniacza lub formy wstępnej, albo też można zastosować połączenie dwóch lub więcej tych sposobów (1), (2) i (3). Przykładowo domieszkę stopową można stosować oddzielnie lub w połączeniu z drugą domieszką nakładaną z zewnątrz. W przypadku sposobu (3), gdzie dodatkową domieszkę lub domieszki podaje się do materiału wypełniacza,

156 546 11 podawanie takie może odbywać się w dowolny odpowiedni sposób jak wyjaśniono w zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela.

Domieszki użyteczne dla aluminiowego metalu macierzystego, zwłaszcza z powietrzem jako utleniaczem, zawierają magnez, cynk i krzem oddzielnie lub w kombinacji ze sobą, albo też w kombinacji z innymi domieszkami jak opisano poniżej. Metale te, albo odpowiednie źródło metali, można wporwadzić stopowo w metal macierzysty na bazie aluminium w stężeniach dla każdego z nich 0,1-10% wagowych całkowitego ciężaru uzyskiwanego metalu domieszkowanego. Te materiały domieszkujące lub odpowiednie ich źródło (np. MgO, ZnO lub S1O2) można również stosować zewnętrznie na metal macierzysty. Można zatem uzyskać wyrób z kompozytu ceramicznego tlenku glinowego w przypadku stopu aluminium z krzemem jako metalu macierzystego przy zastosowaniu powietrza jako utleniacza stosując MgO jako domieszkę powierzchniową w ilości większej niż 0,0008 g na gram metalu macierzystego, który ma być utleniony i większej niż 0,003 g/cm2 powierzchni metalu macierzystego, na którą nakłada się MgO.

Dodatkowe przykłady materiałów domieszkujących skutecznych w przypadku aluminiowych metali macierzystych utlenianych za pomocą powietrza obejmują sód, german, cynę, ołów, lit, wapń, bor, fosfor i itr, które mogą być stosowane oddzielnie lub w połączeniu z jednym lub kilkoma innymi domieszkami zależnie od utleniacza i warunków procesu. Użytecznymi domieszkami są również pierwiastki ziem rzadkich takie jak cer, lantan, prazeodym, neodym i samar, zwłaszcza gdy stosowane są w połączeniu z innymi domieszkami. Wszystkie materiały domieszkujące jak objaśniono w zgłoszeniach patentowych tego samego zgłaszającego mają skuteczny wpływ na wspomaganie wzrostu polikrystalicznego produktu reakcji utleniania dla systemów z metalem macierzystym na bazie aluminium.

Jak objaśniono powyżej można stosować utleniacz stały, ciekły lub w fazie pary (gaz), albo też połączenie takich utleniaczy. Przykładowo typowe utleniacze obejmują bez ograniczenia tlen, azot, chlorowiec, siarkę, fosfor, arsen, węgiel, bor, selen, telur 1 ich związki oraz mieszaniny, na przykład tlenek krzemu (jako źródło tlenu), metan, etan, propan, acetylen, etylen i propylen (jako źródło węgla) oraz mieszaniny takie jak powietrze, H2/H2O i CO/CO2, przy czym ostatnie dwie (to znaczy H2/H2O i CO/CO2) są użyteczne w zmniejszaniu aktywności tlenu w środowisku.

Chociaż można zastosować dowolne odpowiednie utleniacze, to jednak opisano konkretne przykłady realizacji wynalazku w odniesieniu do zastosowania utleniaczy w fazie pary. Jeżeli utleniacz gazowy lub w fazie pary, na przykład powietrze jako utleniacz w fazie pary jest stosowane w połączeniu z wypełniaczem, wówczas wypełniacz jest przepuszczalny dla utleniacza w fazie pary, tak że po wystawieniu złoża wypełniacza na działanie utleniacza utleniacz w fazie pary przenika przez złoże wypełniacza do styku z roztopionym metalem macierzystym. Określenie „utleniacz w fazie pary“ oznacza materiał zamieniony w parę lub normalnie gazowy, który daje atmosferę utleniającą. Przykładowo tlen lub mieszaniny gazowe zawierające tlen (wliczając powietrze) są korzystnymi utleniaczami w fazie pary, a w przypadku, gdy aluminium jest metalem macierzystym, powietrze jest zwykle preferowane z oczywistych względów ekonomicznych. Kiedy utleniacz jest identyfikowany jako zawierający szczególny gaz lub parę, oznacza to utleniacz, w którym ten gaz lub para są jednym, głównym lub przynajmniej istotnym utleniaczem metalu macierzystego w warunkach otrzymywanych w zastosowanym środowisku utleniającym. Przykładowo, chociaż głównym składnikiem powietrza jest azot, to jednak tlen zawarty w powietrzu jest jedynym utleniaczem dla metalu macierzystego, ponieważ tlen jest znacznie silniejszym utleniaczem niz azot. Powietrze podlega zatem definicji utleniacza „gaz zawierający tlen“ a nie definicji utlenicza „gaz zawierający azot“. Przykładem utleniacza „gaz zawierający azot zastosowanym tu i w zastrzeżeniach jest „gaz formujący, który zawiera ok. 96% objętościowych azotu i ok. 4% objętościowe wodoru.

Kiedy stosuje się utleniacz stały, jest on zwykle rozproszony w całym złożu wypełniacza lub w części złoza przy metalu macierzystym w postaci częstek domieszanych do wypełniacza lub jako powłoka na cząstkach wypełniacza. Można stosować dowolny odpowiedni utleniacz w stanie stałym zawierający pierwiastki takie jak bor lub węgiel lub redukowalne związki takie jak dwutlenek krzemu lub pewne borki o stabilności termodynamicznej niższej niż w przypadku borkowego produktu reakcji metalu macierzystego. Przykładowo, kiedy jako utleniacz w stanie stałym dla

156 546 aluminiowego metalu macierzystego stosuje się bor lub redukowalny borek, uzyskiwanym produktem reakcji utleniania jest borek aluminium.

W pewnych okolicznościach reakcja utleniania może postępować tak gwałtownie z utleniaczem w stanie stałym, że produkt reakcji utleniania ma tendencję do spiekania się na skutek egzotermicznej natury procesu. Mozę to spowodować uszkodzenie mikrostrukturalnej jednorodności bryły ceramicznej. Takiej gwałtownej reakcji egzotermicznej można uniknąć przez domieszanie do zestawu stosunkowo obojętnych wypełniaczy, które wykazują małą zdolność reakcji. Wypełniacze takie pochłaniają ciepło reakcji zmniejszając do minimum wydzielanie ciepła. Przykładem takiego odpowiedniego wypełniacza obojętnego jest wypełniacz identyczny z zamierzonym produktem reakcji utleniania.

Jeżeli stosuje się utleniacz ciekły, wówczas całe złoze wypełniacza lub jego część przy metalu macierzystym jest nasycona utleniaczem. Wypełniacz może być przykładowo pokryty lub nasycony, na przykład przez zanurzenie w uteniaczu, aby przesycić wypełniacz. Określenie „wypełniacz ciekły oznacza taki, który jest cieczą w warunkach reakcji utleniania, a więc utleniacz ciekły może mieć stały prekursor, na przykład sól, która topi się w warunkach reakcji utleniania. Alternatywnie utleniacz ciekły może mieć prekursor ciekły, na przykład roztwór materiału, który stosuje się do nasycenia części lub całości wypełniacza, i który jest roztapiany lub rozkładany w warunkach reakcji utleniania, aby uzyskać odpowiednią cząsteczkę utleniacza. Przykładami utleniaczy ciekłych według tej definicji są szkła o niskiej temperaturze topnienia.

▼

288 hr

I cm

FIG. 13 —

FIG. 14

l 92 hr

I cm

FIG. II

I cm

FIG. 12

240 hr

τ

i cm

FIG. 9

I 44 hr

hr

I cm

FIG. 7

120 hr

FIG. 8

FIG. 5

FIG. 6

FIG. 3

FIG. 4

156 546

FIG. I

FIG. 2

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 5000 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wyrobów z ceramicznego zawierającego materiał polikrystaliczny jako produkt reakcji utleniania złożony z pierwszego obszaru oraz z obszaru końcowego integralnego z pierwszym obszarem, różniącego się od niego składem i/lub mikrostrukturą i ewentualnie zawierającego wypełniacz, znamienny tym, ze ogrzewa się metal macierzysty do temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, do powstania bryły roztopionego metalu macierzystego i w tej temperaturze przeprowadza się reakcję bryły roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem, do wytworzenia produktu reakcji utleniania, przy czym utrzymuje się przynajmniej część produktu reakcji utleniania w kontakcie z bryłą roztopionego metalu macierzystego i utleniaczem, aby stopniowo transportować roztopiony metal macierzysty poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, tak że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzenio utworzonym produktem reakcji utleniania, przez co wytwarza się coraz grubszy pierwszy obszar produktu reakcji utleniania początkowo zawierający spojony ze sobą metal macierzysty, po czym zmniejsza się szybkość transportu roztopionego metalu macierzystego, a następnie przeprowadza się reakcję między utleniaczem a przynajmniej częścią zespolonego metalu macierzystego z pierwszego obszaru produktu reakcji utleniania w kierunku do powierzchni tego obszaru, dla wytworzenia na niej produktu reakcji utleniania i kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający do wytworzenia obszaru końcowego produktu reakcji utleniania.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kontynuuje się rozpoczętą reakcję przynajmniej do momentu wyczerpania bryły roztopionego metalu macierzystego.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metal macierzysty i materiał polikrystaliczny i wypełniacz orientuje się względem siebie tak, że materiał polikrystaliczny wzrasta w kierunku do, i w wypełniacz, obejmując przynajmniej część wypełniacza materiałem polikrystalicznym.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że formuje się przynajmniej część pierwszego obszaru w pierwszym etapie reakcji, a następnie orientuje się wypełniacz i ten pierwszy obszar materiału polikrystalicznego względem siebie tak, że po wytworzeniu obszaru końcowego w drugim etapie reakcji ten obszar końcowy wzrasta w kierunku do, i w wypłeniacz, przy czym przynajmniej część wypełniacza jest objęta wówczas przez obszar końcowy.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że orientuje się metal macierzysty i pierwszy wypełniacz względem siebie tak, że w pierwszym etapie reakcji pierwszy obszar materiału polikrystalicznego wzrasta w kierunku do i w pierwszy wypełniacz, a następnie orientuje się materiał polikrystaliczny pierwszego obszaru oraz masę drugiego wypełniacza względem siebie tak, że w drugim etapie reakcji obszar końcowy meteriału polikrystalicznego wzrasta w kierunku do i w drugi wypełniacz, obejmując przynajmniej jego część obszarem końcowym.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwszy wypełniacz różni się od drugiego wypełniacza.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako utleniacz stosuje się utleniacz w fazie pary.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że jako utleniacz w fazie pary stosuje się gaz zawierający tlen, a jako metal macierzysty stosuje się aluminiowy metal macierzysty, a ponadto stosuje się przynajmniej jedną odpowiednią domieszkę w połączeniu z metalem macierzystym.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że jako utleniacz stosuje się powietrze, a zakres temperatury wynosi 850°C do 1450°C.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ie na etapie tworzenia się materiału polikrystalicznego umieszcza się przegrodę ograniczając zasięg jego powstawania.

156 546