PL156547B1 - Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego PL - Google Patents
Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego PLInfo
- Publication number
- PL156547B1 PL156547B1 PL1987267681A PL26768187A PL156547B1 PL 156547 B1 PL156547 B1 PL 156547B1 PL 1987267681 A PL1987267681 A PL 1987267681A PL 26768187 A PL26768187 A PL 26768187A PL 156547 B1 PL156547 B1 PL 156547B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- preform
- parent metal
- oxidant
- oxidation reaction
- reaction product
- Prior art date
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 79
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 228
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 228
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 108
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 98
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 claims abstract description 87
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 80
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 80
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 46
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 99
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 58
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 46
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 46
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 32
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 22
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 22
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 claims description 18
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 13
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 claims description 13
- OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L calcium sulfate Chemical compound [Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O OSGAYBCDTDRGGQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 12
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 10
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 9
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 claims description 7
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 claims description 7
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 7
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 6
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 5
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 claims description 4
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 claims description 4
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J calcium sulfate hemihydrate Chemical compound O.[Ca+2].[Ca+2].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O ZOMBKNNSYQHRCA-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 4
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- 239000011507 gypsum plaster Substances 0.000 claims description 4
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 4
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 4
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 4
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052882 wollastonite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010456 wollastonite Substances 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 2
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 2
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000011132 calcium sulphate Nutrition 0.000 claims 2
- 239000001175 calcium sulphate Substances 0.000 claims 1
- 230000003362 replicative effect Effects 0.000 abstract 1
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 50
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 36
- 239000000047 product Substances 0.000 description 36
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 35
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 25
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 22
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 20
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 19
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 18
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 13
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 12
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 10
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 10
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 9
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 9
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 9
- 210000002615 epidermis Anatomy 0.000 description 9
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- -1 ethylene, propylene Chemical group 0.000 description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 7
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 6
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 6
- SONHXMAHPHADTF-UHFFFAOYSA-M sodium;2-methylprop-2-enoate Chemical compound [Na+].CC(=C)C([O-])=O SONHXMAHPHADTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 229910002063 parent metal alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005058 metal casting Methods 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 239000011505 plaster Substances 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007582 slurry-cast process Methods 0.000 description 3
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 3
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical group Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N magnesium orthosilicate Chemical compound [Mg+2].[Mg+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] HCWCAKKEBCNQJP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000391 magnesium silicate Substances 0.000 description 2
- 229910052919 magnesium silicate Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000019792 magnesium silicate Nutrition 0.000 description 2
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 2
- 230000008470 skin growth Effects 0.000 description 2
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007822 Li2ZrO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004614 Process Aid Substances 0.000 description 1
- 206010037867 Rash macular Diseases 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical group [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910007948 ZrB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RFBLTNQEHOBXPG-UHFFFAOYSA-N [Zn].[Ni].[Sn].[Cu] Chemical compound [Zn].[Ni].[Sn].[Cu] RFBLTNQEHOBXPG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N boron;zirconium Chemical compound B#[Zr]#B VWZIXVXBCBBRGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- RCFVMJKOEJFGTM-UHFFFAOYSA-N cerium zirconium Chemical compound [Zr].[Ce] RCFVMJKOEJFGTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N iron silicon Chemical compound [Si].[Fe] XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- QWDUNBOWGVRUCG-UHFFFAOYSA-N n-(4-chloro-2-nitrophenyl)acetamide Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(Cl)C=C1[N+]([O-])=O QWDUNBOWGVRUCG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000007569 slipcasting Methods 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001721 transfer moulding Methods 0.000 description 1
- 150000003682 vanadium compounds Chemical class 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- 230000004584 weight gain Effects 0.000 description 1
- 235000019786 weight gain Nutrition 0.000 description 1
- 229910052845 zircon Inorganic materials 0.000 description 1
- ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N zirconium nitride Chemical compound [Zr]#N ZVWKZXLXHLZXLS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N zirconium(iv) silicate Chemical compound [Zr+4].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] GFQYVLUOOAAOGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/65—Reaction sintering of free metal- or free silicon-containing compositions
- C04B35/652—Directional oxidation or solidification, e.g. Lanxide process
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5025—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials with ceramic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
- C04B41/81—Coating or impregnation
- C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
- C04B41/87—Ceramics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12007—Component of composite having metal continuous phase interengaged with nonmetal continuous phase
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
- Y10T428/12014—All metal or with adjacent metals having metal particles
- Y10T428/12153—Interconnected void structure [e.g., permeable, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]
- Y10T428/2991—Coated
- Y10T428/2993—Silicic or refractory material containing [e.g., tungsten oxide, glass, cement, etc.]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
- Materials For Medical Uses (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Medicines Containing Antibodies Or Antigens For Use As Internal Diagnostic Agents (AREA)
- Acyclic And Carbocyclic Compounds In Medicinal Compositions (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
1. Sposób wytwarzania wyrobu z kom pozytu ceramicznego, posiadajacego porow aty rdzen z gesta warstwa powierzchniowa zwiazana integralnie z tym rdzeniem , znamienny tym, ze przygotowuje sie forme wstepna, zawierajaca m aterial wypelniacza i m etal macierzysty rozpro- szony w m ateriale wypelniacza, przy czym ilosc metalu m acierzystego jest wystarczajaca dla wytworzenia produktu reakcji utleniania o objetosci przewyzszajacej calkow ita dostepna w formie wstepnej, nastepnie roztapia sie metal macierzysty w obecnosci utleniacza i przeprow a- dza sie reakcje uzyskanego roztopionego metalu macierzystego na styku z utleniaczem, w celu uzyskania produktu reakcji utleniania, po czym wywoluje sie transport roztopionego metalu macierzystego poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, w celu kontynuo- wania wytwarzania produktu reakcji utleniania w formie wstepnej, co powoduje zasadniczo calkowite wypelnienie objetosci dostepnej przestrzeni. Z równoczesnym powstaniem pustych przestrzeni w calej formie wstepnej, przynajmniej czesciowo odw rotnie odwzorowujacych ksz- talt geometryczny macierzystego kolejno kontynuuje sie reakcje aby zapewnic dalszy transport roztopionego metalu macierzystego poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utlenia- cza i do przynajmniej jednej powierzchni form y wstepnej, aby wytworzyc produkt reakcji utleniania na tej powierzchni bez pustych przestrzeni, uzyskujac stosunkow o gesta warstwe powierzchniowa. PL
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego, który ma porowaty rdzeń z gęstym naskórkiem lub gęstą warstwą powierzchniową wytworzoną integralnie z rdzeniem.
Przedmiot niniejszego zgłoszenia związany jest z opisem patentowym US nr P 4713 360. Zgłoszenie to opisuje sposób wytwarzania brył ceramicznych hodowanych jako produkt reakcji utleniania z prekursora metalu macierzystego. Roztopiony metal macierzysty reaguje z utleniaczem w fazie pary, aby wytworzyć produkt reakcji utleniania, a metal migruje poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, przez co ciągle powstaje ceramiczna bryła polikrystaliczna, która może być wytwarzana z połączonym składnikiem metalicznym. Proces ten można wspomagać przez zastosowanie domieszki stopowej, jak w przypadku aluminiowego metalu macierzystego utlenianego w powietrzu. Sposób ten ulepszono przez zastosowanie domieszek zewnętrznych podawanych na powierzchnię prekursora metalu, jak opisano w równocześnie rozpatrywanym zgłoszeniu patentowym US.
Przedmiot niniejszego zgłoszenia jest również związany ze zgłoszeniem patentowym PL nr P 257 812. Zgłoszenia te opisują nowy sposób wytwarzania kompozytów ceramicznych przez wzrost produktu reakcji utleniania z metalu macierzystego w przepuszczalną masę wypełniacza, przez co infitruje się wypełniacz osnową ceramiczną.
Bryły kompozytowe zawierające borek metalu, składnik metaliczny i ewentualnie obojętny wypełniacz opisano w zgłoszeniu patentowym PL nr P 264 412. Według tego wynalazku roztopiony metal macierzysty infiltruje w masę źródła boru, które może być zmieszane z obojętnym wypełniaczem i reaguje ze źródłem boru tworząc borek metalu macierzystego. Warunki są kontrolowane tak, aby uzyskać bryłę ceramiczną zawierającą zmieniające się procenty objętościowe ceramiki i metalu.
Wspólny dla wszystkich tych zgłoszeń patentowych jest opis przykładów wykonania bryły ceramicznej zawierającej produkt reakcji utleniania złączony w jednym lub kilku kierunkach (zwykle w trzech kierunkach) i jeden lub kilka składników metalicznych. Objętość metalu, który typowo zawiera nieutlenione składniki metalu macierzystego i/lub metalu zredukowanego z utleniacza lub wypełniacza, zależy od takich czynników jak temperatura, przy której powstaje produkt reakcji utleniania, czas, w którym może przebiegać reakcja utleniania, skład metalu macierzystego, obecność materiałów domieszkujących, obecność zredukowanych składników utleniacza lub materiałów wypełniacza itd.
Niniejszy opis nawiązuje do całości opisu wszystkich powyższych zgłoszeń patentowych.
W ostanich latach pojawiło się wzrastające zainteresowanie zastosowaniem materiałów ceramicznych jako części konstrukcyjnych w dziedzinach historycznie zdominowanych przez części
156 547 metalowe. Powodem tego zainteresowania stała się wyższość ceramiki w porównaniu z metalami pod względem pewnych właściwości takich jako odporność na korozję, twardość, moduł sprężystości, izolacja cieplna lub właściwości przewodzenia oraz ogniotrwałość. W konsekwencji elementy ceramiczne zostały wybrane lub są w trakcie opracowania dla zastosowania jako części silników, wymienników ciepła, narzędzi skrawających, łożysk i powierzchni ciernych, pomp i osprzętu morskiego.
Spośród wymienionych dziedzin zastosowania użycie materiałów ceramicznych w silnikach spalinowych umożliwia znaczne polepszenie działania i wynikowej sprawności. Elementy ceramiczne mają mniejszy współczynnik tarcia niż metale, co przyczynia się do właściwości mechanicznych lepszych niż mają współpracujące metale, nawet przy wysokich temperaturach panujących w silniku spalinowym. Elementy ceramiczne mają również korzystniejsze parametry pod względem stabilności wymiarów w szerokim zakresie występujących temperatur. Pewne elementy ceramiczne są izolatorami cieplnymi w porównaniu z metalami, co również stwarza możliwość polepszenia sprawności silnika, gdy znaczna część (nawet do około 75%) energii zawartej w paliwie może być tracona w postaci ciepła odlotowego. Postawiony cel zaprojektowania adiabatycznego silnika spalinowego z zastosowaniem elementów ceramicznych przy ich niskim przewodnictwie cieplnym, ale dobrej stabilności wymiarów staje się bliski realizacji, przy pełniejszym wykorzystaniu energii zawartej w spalanym paliwie. Postępy w rozwoju materiałów ceramicznych są sterowane przez długo odczuwane potrzeby pragmatyczne.
Inne właściwości elementów ceramicznych ograniczały jednak ich pełne wdrożenie w pewnych niekorzystnych środowiskach wymagających elementów, które mają dobrą integralność strukturalną ze zmniejszonymi tendencjami do zużycia na skutek erozji lub kawitacji. Oczywiście w pełni zagęszczone materiały ceramiczne mogą spełniać niektóre z tych wymagań. Jednakże wytwarzanie elementów ceramicznych o pełnej gęstości, zwłaszcza o skomplikowanym kształcie, jest trudne, jeżeli wymaga się również taniej powtarzalności części w produkcji masowej.
Osiągnięto ograniczony sukces w usiłowaniach na celu wytworzenie gęstych wyrobów ceramicznych jako wyrobów integralnych, czy jako wyrobów kompozytowych. Jeden taki sposób opisano w opisie patentowym US nr 3 437 468. Patent ten dotyczy kompozytów ceramicznych złożonych z tlenku glinowego i spinelu. Opisany sposób obejmuje utworzenie jeziorka roztopionego aluminium przykrytego grupą warstwą drobnoziarnistego krzemianu magnezu. Roztopione aluminium jest transportowane poprzez warstwę cząstek, gdzie jest częściowo utleniane przez redukcję - utlenianie aluminium i krzemianu magnezu, jak również utlenianie tlenem atmosferycznym. Proces daje w wyniku kompozyt złożony z wielu faz tlenkowych i faz metalicznych, a mianowicie spinelu, tlenku glinowego alfa, wolnego krzemu i/lub związku międzymetalicznego krzemu z aluminium, zwykle również z pewną zawartością wolnego lub pierwiastkowego aluminium. Reakcja przebiega powoli, a utlenianie jest wspomagane na przykład za pomocą tlenku metalu alkalicznego. Produkt po otrzymaniu miele się na cząstki o żądanym wymiarze, a następnie miesza się z odpowiednimi żywicami, aby ukształtować wyroby ścierne.
Były również inne próby mające na celu wytworzenie produktów ceramicznych znacznie bardziej przybliżonych do czystego kształtu żądanego wyrobu przez zastosowanie cząstkowego prekursora metalu i utlenianie powietrzem. Patent USA nr 3 255 027, patent USA nr 3 473 938 oraz patent USA nr 3 473 987 opisują takie sposoby wytwarzania integralnych struktur szkieletowych, na przykład w postaci plastra pszczelego. W patencie 3 255027 cząstkowe aluminium lub stop aluminium łączy się z czynnkiem topikowym w postaci tlenku metalu, a ponadto można również zastosować cząstkowy wypełniacz ogniotrwały. Mieszaninę utlenia się w celu dokonania przemiany aluminium w korund. Otrzymuje się ogólnie porowaty produkt o samoistnie niskich właściwościach wytrzymałościowych.
Wynalazek według patentu 3 255 027 charakteryzuje się wytwarzaniem produktu z wewnętrzną pustą przestrzenią. Patent 3 473 938 proponuje eliminację tej wady przez zastosowanie w pierwotnej mieszaninie związku wanadu, który w warunkach procesu powoduje powstanie mostków z tlenku glinowego. Patent 3 473 987 rzekomo polepsza wytrzymałość dwuściennego wyrobu z tlenku glinowego przez utlenianie na miejscu szablonów aluminiowych, jeżeli są one pokryte proszkiem aluminium, topnikiem i ogniotrwałym wypełniaczem.
156 547
Patent USA nr 3298 842 opisuje sposób wytwarzania wydrążonych cząstek ogniotrwałych takich jak wydrążone cząstki tlenu glinowego. Porowatą mieszaninę cząstek aluminium lub cząstek stopu aluminium, ogniotrwałego wypełniacza i katalizatora ogrzewa się w powietrzu do temperatury powyżej 650°C, ale poniżej której nastąpiłoby samospojenie lub spieczenie ogniotrwałego wypełniacza. Cząstki metaliczne utleniają się na swych powierzchniach, zużywając wolny metal i pozostawiając po nim pustą przestrzeń, aby otrzymać wydrążone cząstki ogniotrwałe, które są fizycznie oddzielone od ogniotrwałego wypełniacza. Wypełniacz może być obojętny lub reagujący w tym procesie. Kiedy jest to wypełniacz obojętny, występuje on w ilości przynajmniej 5-krotnie większej od objętości składnika metalicznego, a w przypadku wypełniacza reagującego, występuje on w ilości przynajmniej 7 razy większej niż składnik metaliczny. Te podstawowe proporcje wypełniacza są konieczne dla zmniejszenia do minimum aglomeracji utlenionych cząstek i odpowiednio, aby uniknąć struktury spojonej w sposób ciągły, co mogłoby utrudniać otrzymywanie żądanych cząstek tlenku glinowego. Ponadto mieszanina jest wypalana w stosunkowo niezagęszczonej postaci, aby zmniejszyć tendencje do spajania się wypełniacza z równoczesnym umożliwieniem łatwego dostępu utleniacza do aluminium w mieszaninie. W patencie tym zaleca się porowatość przynajmniej 60%, a korzystnie 70%.
Chociaż poświęcano wiele uwagi i czyniono wiele wysiłków dla wytworzenia wyrobów ceramicznych, łącznie z wytwarzaniem wyrobów ceramicznych przez utlenianie na miejscu prekursora metalu, te dotychczasowe usiłowania nie powiodły się pod jednym lub kilkoma względami, jeśli chodzi o opracowanie produktów mających integralność strukturalną, która czyni z nich wyroby handlowe. Przykładowo migracja aluminium z folii w celu wytworzenia dwuściennego produktu ceramicznego wyraźnie obniża jakość wyrobu wytworzonego w ten sposób przez adaptację jako składnik strukturalny na skutek braku wytrzymałości, zwłaszcza wytrzymałości na ściskanie i/lub wytrzymałości na zginanie. Niektóre sposoby wytwarzania są kłopotliwe, wymagają powtarzalnego powlekania modelu itp. z pośrednimi etapami suszenia.
Dalszą wadą dotychczasowych usiłowań z zastosowaniem utleniania na miejscu proszku, folii i drutów dla wytwarzania brył ceramicznych była bardzo słaba odporność takich brył na erozję i ścieranie stykowe. Za słabe właściwości strukturalne i właściwości ścierania wyrobów według stanu techniki odpowiedzialna jest ich samoistna porowatość, która znacznie ogranicza jakiekolwiek praktyczne zastosowanie tych wynalazków.
Próby utleniania modelu i dążenie do osiągnięcia tego celu ograniczone są do wytwarzania wyrobów o niskiej jakości. Z drugiej strony inne próby, które musiały dać w efekcie ceramiczne części konstrukcyjne o wytrzymałości możliwej do przyjęcia były ograniczone do procesów wytwarzania wymagających wysokich ciśnień i temperatur dla realizacji spiekania i zagęszczania składników, w związku z tym ich koszty były niekorzystne. Nie ma zatem w tej dziedzinie skutecznych sposobów wytwarzania użytecznych wyrobów konstrukcyjnych.
Sposobem według wynalazku wytwarza się wyrób ceramiczny posiadający porowaty rdzeń otoczony stosunkowo gęstym naskórkiem lub mający taki naskórek na przynajmniej jednej powierzchni. Otrzymuje się produkt ceramiczny wykazujący żądane właściwości, takie jak polepszone właściwości cieplne i właściwości ścierania. Ponadto wyroby ceramiczne wytwarzane sposobem według wynalazku umożliwiają realizację zadań konstrukcyjnych dzięki zdolności gęstego naskórka do przenoszenia obciążeń. W korzystnym przykładzie wykonania wyrób według wynalazku ma porowaty rdzeń otoczony zasadniczą gęstą, odporną na ścieranie, charakteryzującą się wysoką wytrzymałością warstwą, której grubość wynosi w przybliżeniu 5-15% grubości ścianki wyrobu ceramicznego.
Sposób wytwarzania wyrobu ż kompozytu ceramicznego, posiadającego porowaty rdzeń z gęstą warstwą powierzchniową związaną integralnie z tym rdzeniem, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przygotowuje się formę wstępną, zawierającą materiał wypełniacza i metal macierzysty rozproszony w materiale wypełniacza, przy czym ilość metalu macierzystego jest wystarczająca dla wytworzenia produktu reakcji utleniania objętości przewyższającej całkowitą objętość dostępną w formie wstępnej. Następnie roztapia się metal macierzysty w obecności utleniacza, przeprowadza reakcję uzyskanego roztopionego metalu macierzystego na styku z utleniaczem, w celu uzyskania produktu reakcji utleniania, po czym wywołuje się transport roztopionego metalu macierzystego poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, w celu kontynuowania wytwarzania produktu reakcji utleniania w formie wstępnej, co powoduje
156 547 zasadniczo całkowite wypełnienie objętości dostępnej przestrzeni z równoczesnym powstaniem pustych przestrzeni w całej formie wstępnej, przynajmniej częściowo odwrotnie odwzorowujących kształt geometryczny metalu macierzystego.
Kolejno kontynuuje się reakcję aby zapewnić dalszy transport roztopionego metalu macierzystego poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza i do przynajmniej jednej powierzchni formy wstępnej, aby wytworzyć produkt reakcji utleniania na tej powierzchni bez pustych przestrzeni, uzyskuje stosunkowo gęstą warstwę powierzchniową. Utleniacz zawiera utleniacz w fazie pary, wybrany z grupy złożonej z: powietrza, tlenu, azotu i gazu formującego.
Według wynalazku stosuje się materiał wypełniacza zasadniczo niereagujący w warunkach procesu.
Forma wstępna według wynalazku zawiera reagujący wypełniacz i związek metaliczny redukowalny przez roztopiony metal macierzysty w reakcji redukcji-utleniania, przy czym ten metal macierzysty występuje w formie wstępnej w nadmiarze stechiometrycznym w stosunku do wymienionego związku metalicznego. Formę wstępną ogrzewa się do temperatury, a której inicjuje się reakcję redukcji-utleninia i wytwarza produkt reakcji utleniania zasadniczo w całej formie wstępnej. Forma wstępna utrzymuje swój kształt, z objętością porów przynajmniej około 5%, przy czym korzystnie objętość porów wynosi 25-45%.
Metal macierzysty według wynalazku wybrany jest z grupy złożonej z aluminium, krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.
Wypełniacz zawiera składnik wybrany z grupy złożonej z tlenków, węglików lub azotków aluminium, krzemu, cyny, miedzi, cynku, żelaza, niklu, chromu, cyrkonu, hafnu, kobaltu, wolframu i ich mieszanin. Stosuje się metal macierzysty składający się z aluminium i domieszki wybranej z grupy złożonej z magnezu, cynku, krzemu, germanu, cyny, ołowiu, boru, sodu, litu, wapnia, fosforu, itru, metali ziem rzadkich i mieszanin. Na część powierzchni formy wstępnej nakłada się materiał w postaci przegrody uniemożliwiającej lub zmniejszającej wytwarzanie gęstej warstwy powierzchniowej.
Stosuje się metal macierzysty, którym jest aluminium, utleniacz, którym jest powietrze, a materiał przegrody zawiera przynajmniej jeden składnik wybrany z grupy złożonej z siarczanu wapnia, krzemianu wapnia, cementu portlandzkiego wolastonitu i ich kombinacji. Stosuje się metal macierzysty, którym jest aluminium, materiał wypełniacza, którym jest składnik wybrany z grupy złożonej z kaolinu, gliny, glinokrzemianu, kordierytu, krzemionki lub mulitu. Jako utleniacz w stanie stałym, utleniacz w stanie płynnym, utleniacz w fazie pary lub dowolną ich kombinację stosuje się źródło boru.
W sposobie według wynalazku co najmniej jedna powierzchnia formy wstępnej jest usytuowana przy utleniaczu stałym. Utleniacz stały miesza się z zasadniczo nie reagującym wypełniaczem.
Wyroby z kompozytu ceramiczengo posiadające porowaty rdzeń i gęstą warstwę powierzchniową utworzoną integralnie z tym rdzeniem wytwarzane są przez kontrolowaną reakcję utleniania metalu macierzystego utleniaczem, aby „hodować produkt reakcji utleniacza. Sposób taki wymaga przygotowania formy wstępnej o określonym kształcie zawierającej metal macierzysty i materiał wypełniacza, przy czym metal macierzysty jest rozproszony w całym materiale wypełniacza. Procent objętościowy metalu macierzystego jest wystarczający dla wytworzenia objętości produktu reakcji utleniania, która jest większa niż cała potencjalnie dostępna objętość przestrzeni wewnątrz formy wstępnej, na skutek czego resztkowa objętość metalu macierzystego podlega dalszemu utlenianiu w celu wytworzenia gęstej warstwy powierzchniowej. Procent objętościowy produktu reakcji utleniania uzyskiwanego z utleniania metalu macierzystego jest zatem większy niż jakakolwiek objętość przestrzeni pierwotnie występująca jako pory w formie wstępnej plus objętość przestrzeni wytworzonej w formie wstępnej przez reakcję metalu macierzystego lub jego produktu reakcji utleniania z wypełniaczem podczas procesu według wynalazku. Warunki procesu są sterowae tak, aby utrzymywać metal macierzysty w stanie roztopionym w obecności utleniacza, z którym metal ten reaguje po zetknięciu się, aby wytworzyć produkt reakcji utleniacza. Proces ten jest kontynuowany, aby spowodować transport roztopionego metalu poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza i kontynuować wytwarzanie dodatkowego produktu reakcji utleniania po styku z utleniaczem w formie wstępnej oraz wypełnić tym produktem całą objętość porów. Równocześnie w formie wstępnej powstają puste przestrzenie zasadniczo lub częściowo
156 547 odwzorowujące kształt metalu macierzystego istniejącego w pierwotnej formie wstępnej. Gdy objętość początkowych porów w formie wstępnej zostanie wypełniona produktem reakcji utleniania, resztkowy metal roztopiony nadal migruje w kontrolowanych warunkach procesu poprzez produkt reakcji utleniania i w kierunku do utleniacza, przynajmniej do jednej powierzchni formy wstępnej, aby wytworzyć dodatkowy produkt reakcji utleniania jako zasadniczo gęstą warstwę pokrywającą porowaty rdzeń powstający z pierwotnej formy wstępnej i integralną z nim. Gęsta warstwa lub naskórek, który przerasta powierzchnię zewnętrzną formy wstępnej, jest zasadniczo pozbawiony pustych przestrzeni, które powstają przez odwrotne odwzorowanie kształtu metalu macierzystego pierwotnie rozproszonego w formie wstępnej, a zatem jest zasadniczo gęsty w stosunku do rdzenia. Uzyskiwany kompozyt posiada gęstą warstwę zewnętrzną o lepszych właściwościach ścierania i erozji niż porowaty rdzeń, a porowaty rdzeń ma lepsze właściwości izolacji cieplnej niż gęsty naskórek. Ponadto kompozyt ma tendencję do posiadania lepszego przewodnictwa cieplnego w kierunkach równoległych do swej powierzchni w gęstej warstwie naskórka, z równoczesnym utrzymaniem małej przewodności cieplnej w kierunku prostopadłym do swej powierzchni poprzez porowaty rdzeń. Właściwości te są sterowane, a wynikowe właściwości gotowego wyrobu są dopasowywane częściowo przez odpowiedni dobór składników formy wstępnej, zastosowanego utleniacza lub utleniaczy i warunków procesu.
Dalszą cechą kompozytu według wynalazku jest wytrzymałość strukturalna spowodowana gęściejszą, bardziej drobnoziarnistą mikrostrukturą naskórka w stosunku do rdzenia. Naprężenia wywierane na kompozyt, takie jak naprężenia skrętne i zginające, typowo są zwiększone do maksimum przy powierzchni kompozytu. Silny, gęsty naskórek kompozytu według wynalazku zwiększa zatem do maksimum możliwość słabego, porowatego rdzenia, by służył on potrzebom konstrukcyjnym, a jednak zachował małą przewodność cieplną i niewielki ciężar.
Rzeczywiście, cechy opisane powyżej i połączone w wyrobach kompozytowych według wynalazku są idealnie dostosowane do wymagań stawianych wielu częściom pracującym w gorących strefach, a potrzebnym aktualnie w silnikach cieplnych. Przykładowo, wykładziny komór spalania, wykładziny cylindrów, denka tłoków, wykładziny otworów wydechowych, króćce wydechowe i obudowy turbosprężarek doładowujących są przykładami części silnika cieplnego, które wymagają dużej powierzchniowej przewodności cieplnej w kierunkach równoległych do powierzchni części, aby uniknąć „gorących miejsc i nadmiernych naprężeń cieplnych oraz małej przewodności cieplnej w kierunkach prostopadłych do tych powierzchni, aby uniknąć uszkodzenia w przypadku części o małej odporności cieplnej i/lub strat cieplnych; dużych wytrzymałości na rozciąganie, ściskanie i zginanie, aby były wytrzymywane takie naprężenia jak powodowane przez ciśnienia spalania lub naprężenia wywierane po odlewaniu, gdy części takie stanowią wkładki w odlewach metalowych; dobrych właściwości ścierania takich jak ścieranie przy styku ślizgowym (na przykład w przypadku wykładziny cylindra silnika wysokoprężnego) i/lub odporności na erozję powodowaną przez niespalone produkty spalania takie jak węgiel (na przykład w przypadku wykładziny otworu wydechowego); małej porowatości powierzchniowej, aby uniemożliwić wchodzenie w pory skroplonych produktów spalania, takich jak woda, które później zamarzają i powodują pęknięcia oraz małego ciężaru.
Zwykle porowate części ceramiczne są za słabe, by można było wokół nich odlewać metale, co byłoby pożądane dla wielu zastosowań w silnikach cieplnych. Jest to szczególnie słuszne w przypadku wydrążonych struktur porowatych takich jak ceramiczne wykładziny otworów wydechowych, wykładziny cylindrów, komory spalania itd., które mają tendencję do pękania i kruszenia się, gdy odlewany metal kruszy się po ochłodzeniu. Odkryto, że wiele wyrobów ceramicznych otrzymanych sposobem według wynalazku ma wytrzymałość wystarczającą, by możliwe było takie odlewanie metalu wokół nich bez pękania lub rozkruszania.
Forma wstępna dla sposobu według wynalazku złożona jest z metalu macierzystego i wypełniacza, przy czym metal macierzysty jest rozmieszczony w całym wypełniaczu. Wypełniacz może być albo nie reagujący, albo reagujący z metalem macierzystym w warunkach procesu. Według jednego przykładu wykonania wynalazku forma wstępna może być złożona z aluminiowego metalu macierzystego w postaci cząstkowej i wypełniacza z tlenku glinowego w postaci cząstkowej, co w opisanych tu warunkach procesu stanowi mieszaninę niereagującą. W takim przykładzie wykonania stosuje się, jak opisano poniżej jedną lub kilka domieszek albo wprowadzanych stopowo do
156 547 aluminiowego metalu macierzystego, albo rozproszonych w wypełniaczu, albo też oboma tymi sposobami, w celu ułatwienia utleniania metalu macierzystego i transportu metalu macierzystego poprzez jego produkt reakcji. Taka niereagująca mieszanina jest traktowana przez opisany proces reakcji utleniania, aby wytworzyć porowatą ceramikę z gęstą warstwą powierzchniową.
W alternatywnym przykładzie wykonania reagująca mieszanina może być złożna z metalu macierzystego i materiału wypełniacza posiadającego składnik metaliczny, który jest redukowalny przez roztopiony metal macierzysty w reakcji utleniania - redukcji. W tym przypadku metal macierzysty występuje w nadmiarze stechiometrycznym w stosunku do ilości koniecznej dla reagowania ze składnikiem metalicznym wypełniacza, aby zapewnić wystarczającą objętość resztkowego lub nieprzereagowanego metalu macierzystego dla wzięcia udziału w późniejszej reakcji utleniania w celu wytworzenia produktu reakcji utleniania jako gęstej warstwy. W tej alternatywnej procedurze forma wstępna jest ogrzewana do temperatury wystarczającej dla zainicjowania reakcji redukcji - utleniania (to znaczy do temperatury „skuteczności reakcji), zanim nastąpi istotne atmosferyczne utlenianie metalu macierzystego, na skutek czego produkt reakcji utleniania najpierw powstaje w bryle formy wstępnej. W wielu przypadkach reakcja redukcji - utleniania jest egzotermiczna i powoduje szybkie nagrzanie formy wstępnej pomagając w przemianie metalu macierzystego w roztopioną postać reagującą. W jednej odmianie sposobu według wynalazku wszystkie etapy następujące po reakcji redukcji - utleniania są prowadzone w warunkach zasadniczo izotermicznych. Może jednak wprowadzać zmiany temperatury w celu sterowania lub dopasowywania wzrostu i mikrostruktury warstwy powierzchniowej.
Wyrób o prawie czystym kształcie można otrzymać przy odpowiedniej konsolidacji zestawu złożonego z metalu macierzystego i wypełniacza w surowej formie wstępnej charakteryzującej się utrzymywaniem kształtu, po czym kontroluje się reakcję następującą po ogrzaniu. Objętość porów formy wstępnej wynosi typowo przynajmniej około 5%, ale korzystniej jest w zakresie 25-35%. Ta objętość porów jest w równowadze z objętością reagującego metalu macierzystego, którego produkt reakcji utleniania przewyższa objętość porów, to znaczy musi być wystarczająca ilość metalu, by zapewnić, że produkt reakcji utleniania lub produkt reakcji redukcji - utleniania wypełni te przestrzenie międzywęzłowe (objętość porów międzycząsteczkowych plus objętość przestrzeni powstającej w formie wstępnej podczas procesu) w formie wstępnej. Następnie produkt reakcji utleniania tworzy gęstą powierzchnię.
Ta gęsta warstwa jest głównie złożona z produktu reakcji utleniania. Ponadto ta gęsta warstwa może zawierać przykładowo resztkowy metal macierzysty, zredukowany (metaliczny) składnik dowolnego związku metalicznego, który wszedł w reakcję redukcji - utleniania, stopu lub związku międzymetalicznego pomiędzy metalem macierzystym, a jego składnikiem lub dowolnego zredukowanego metalu, zależnie od takich czynników jak typ zastosowanego wypełniacza, warunki procesu i zastosowanie materiałów domieszkujących. Wyroby ceramiczne wytworzone z nieragującego zestawu metalu macierzystego i wypełniacza mogą zawierać do około 25% lub więcej (objętościowo) składników metalicznych, korzystnie 5-10%. Takie wyroby ceramiczne wytworzone z reagujących zestawów metalu macierzystego i wypełniacza mogą zawierać 20-40% lub więcej składników metalicznych, ale korzystnie 25-35%.
Wyroby otrzymane sposobem według wynalazku wykazują w istotnym stopniu polepszoną integralność strukturalną w stosunku do podobnego typu wyrobów według stanu techniki. Mają one znacznie polepszone właściwości cieplne (na przykład właściwości izolujące) połączone z dobrymi właściwościami ścierania. Kompozytowe wyroby ceramiczne według wynalazku mogą korzystnie pełnić funkcję części konstrukcyjnych w silnikach cieplnych i w podobnych środowiskach wymagających takich parametrów technicznych jak mały ciężar, wytrzymałość, ścieranie, erozja i korozja.
W opisie i w zastrzeżeniach podane poniżej określenia mają znaczenie:
„Ceramiczna nie ogranicza się do bryły ceramicznej w sensie klasycznym, to znaczy w tym sensie, że zawiera ona w całości materiały niemetaliczne i nieorganiczne, ale raczej odnosi się do bryły, która jest głównie ceramiczna pod względem albo składu, albo dominujących właściwości, chociaż bryła taka może zawierać niewielkie lub znaczne ilości jednego lub kilku skłandików metalicznych pochodzących z metalu macierzystego lub zredukowanych z wypełniacza, utleniacza
156 547 9 lub domieszki, najczęściej w zakresie 1-40% objętościowych, ale może zawierać jeszcze więcej metalu.
„Produkt reakcji utleniania oznacza jeden lub kilka metali w dowolnym stanie utlenionym, kiedy metal lub metale oddały swe elektrony lub podzieliły się elektronami z innym pierwiastkiem, związkiem lub ich kombinacją. Zgodnie z tą definicją „produkt reakcji utleniania stanowi produkt reakcji jednego lub kilku metali z utleniaczem takim jak tlen, azot, chlorowiec, siarka, fosfor, arsen, węgiel, bor, selen, tellur i ich związki oraz kombinacje, przykładowo takie jak redukowalne związki metali, metan, etan, propan, acetylen, etylen, propylen i mieszaniny takie jak powietrze, H2/H2O i CO/CO2, przy czym dwie ostatnie (to znaczy H2/H2O i CO/CO2) są użyteczne przy zmniejszaniu aktywności tlenu w środowisku.
„Utleniacz oznacza jeden lub kilka odpowiednich akceptorów elektronów, które będą reagować z metalem macierzystym w istniejących warunkach i może występować w postaci stałej, ciekłej lub gazowej (para), albo jako kombinacja tych stanów (na przykład stan stały i gaz) w warunkach procesu. Definicja ta obejmuje związek redukowalny przez metal macierzysty.
„Metal macierzysty odnosi się do takiego metalu, na przykład aluminium, tytanu, krzemu, cyrkonu, hafnu, cyny itd., który jest prekursorem polikrystalicznego produktu reakcji utleniania i 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 mówi się o danym metalu jako o metalu macierzystym, na przykład akuminium, należy to rozumieć zgodnie z tą definicją, chyba że z kontekstu wynika inaczej.
Określenie „wypełniacz zastosowane tu obejmuje albo pojedyncze składniki, albo mieszaniny składników, które mogą być albo reagujące, albo niereagujące, mogą występować pojedynczo lub wielofazowo i mogą nie zawierać utleniacza lub też mogą zawierać jeden lub kilka utleniaczy. Wypełniacz można stosować w wielu różnych postaciach, takich jak proszki, płatki, płytki, mikrokulki, wiskery, pęcherzyki itd. i może on być albo gęsty, albo porowaty.
Wynalazek jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia fotografię wykładziny otworu wydechowego z kompozytu ceramicznego według przykładu 1, fig. 2 - mikrofotografię przekroju ścianki wykładziny z fig. 1, fig. 3 - mikrofotografię przekroju bryły kompozytowej według przykładu 2, fig. 4 - fotografię wykładzin otworu wydechowego z kompozytu ceramicznego według przykładu 3, fig. 5 - mikrofotografię naskórka z tlenku glinowego alfa zawierającego metal na bryle ceramicznej według przykładu 6, a fig. 6 przedstawia fotografię odlewu metalowego i wykładziny otworu wydechowego według przykładu 8.
Kompozyty ceramiczne według przedmiotowego wynalazku wytwarza się z formy wstępnej zawierającej skonsolidowany zestaw metalu macierzystego i wypełniacza, przy czym metal macierzysty jest rozproszony w wypełniaczu. Przykłady zestawów metalu macierzystego rozproszonego w wypełniaczu obejmują sproszkowany metal macierzysty zmieszany z proszkiem ceramicznym lub mieszaniną proszków ceramicznych służącą jako wypełniacz. Innymi przykładami są metal macierzysty w postaci gąbczastej, otwartokomórkowej, którego komórki są wypełnione proszkiem ceramicznym lub krótkie włókna metalowe zmieszane z płytkami ceramicznymi, albo też zestaw złożony z warstw siatek metalowych wypełnionych wiskerami ceramicznymi, lub mieszanina płatków metalowych lub śrutu metalowego z mikrokulkami ceramicznymi. Zestawowi takiemu nadaje się żądany kształt, aby uzyskać formę wstępną. Forma wstępna ma wystarczającą wytrzymałość w stanie surowym, aby można było nią manipulować i korzystnie jest zbliżona do czystego kształtu wyrobu ceramicznego, który ma być wytworzony. Forma wstępna może być porowata w tym sensie, że nie jest w całości gęsta, lecz zawiera pory międzywęzłowe pomiędzy cząstkami lub elementami wypełniacza i pomiędzy cząstkami lub elementami metalu macierzystego i wypełniacza.
W korzystnym przykładzie wykonania porowatość wystarcza, by forma wstępna była przepuszczalna dla utleniacza gazowego. Forma wstępna jest również zawsze przepuszczalna, jeśli chodzi o umożliwienie rozwoju lub wzrostu produkcji reakcji utleniania jako osnowy w formie wstępnej bez istotnego zakłócenia, naruszania lub innego zmieniania podstawowego kształtu geometrycznego formy wstępnej. Objętość przestrzeni dostępnej w formie dla rozwoju osnowy z produktu reakcji utleniania typowo będzie wynosić przynajmniej około 5% objętościowych formy wstępnej jako całości, a korzystniej przynajmniej 25% objętości formy wstępnej. Wyrób z kompozytu
156 547 ceramicznego o optymalnej wytrzymałości i integralności uzyskuje się ze składu formy wstępnej, w którym procent objętościowy metalu macierzystego podlegającego utlenianiu utleniaczem, aby wytworzyć żądany produkt reakcji utleniania, przewyższa objętość porów w formie wstępnej, jak wyjaśniono poniżej bardziej szczegółowo. Objętość przestrzeni dostępnej dla rozwoju osnowy z produktu reakcji utleniania w formie wstępnej może wynosić od około 5% do praktycznej granicy około 65%, a korzystnie wynosi 25-35%.
W procesie według przedmiotowego wynalazku można stosować jeden lub kilka utleniaczy. Przykładowo utleniacz stały może tworzyć wypełniacz lub być składnikiem wypełniacza i może być stosowany równocześnie z utleniaczem w fazie pary lub niezależnie od niego. Jeżeli forma wstępna zawiera przykładowo utleniacz stały i nie ma otwartych porów, wówczas produktem reakcji utleniania występującym w formie wstępnej będzie produkt pochodzący z metalu macierzystego i stałego utleniacza. Jeżeli forma wstępna jest otoczona tylko utleniaczem w fazie pary, wówczas gęsty naskórek, który powstaje na powierzchni formy wstępnej, będzie produktem reakcji utleniania metalu macierzystego i utleniacza w fazie pary. Jeżeli forma wstępna jest otoczona przez obojętny gaz i umieszczona w proszkowym złożu złożonym z utleniacza stałego, wówczas powstająca gęsta warstwa naskórkowa będzie produktem reakcji utleniania metalu macierzystego i sproszkowanego utleniacza otaczającego formę wstępną. Jeżeli wypełniacz obojętny jest zmieszany ze stałym utleniaczem sproszkowanym otaczającym formę wstępną, wówczas powstaje gęsty naskórek zawierający obojętny wypełniacz.Utleniacz ciekły można stosować przykładowo przez wprowadzenie utleniacza stałego jako składnika wypełniacza w formie wstępnej, przy czym taki utleniacz stały roztapia się przed osiągnięciem temperatury procesu.
W korzystnym przykładzie wykonania formę wstępną umieszcza się w piecu zasilanym utleniaczem w fazie pary i ogrzewa się do odpowiedniego zakresu temperatury, aby spowodować przemianę słabej formy wstępnej w część konstrukcyjną. Zależnie od zdolności reakcyjnej wypełniacza w stosunku do metalu macierzystego może zmieniać się cykl ogrzewania. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku formę wstępną umieszcza się w piecu, który został uprzednio nagrzany do temperatury reakcji. Jeżeli potrzebne są domieszki, są one zawarte w formie wstępnej lub wprowadzone stopniowo do metalu macierzystego, albo stosuje się oba te sposoby. Metal macierzysty roztapia się, optymalnie bez pogorszenia integralności wymiarowej formy wstępnej, ale temperatura jest niższa niż temperatura topnienia produktu reakcji utleniania i wypełniacza. Roztopiony metal macierzysty reaguje z utleniaczem w fazie pary tworząc produkt reakcji utleniania. Porowatość formy wstępnej jest wystarczająca dla przyjęcia produktu reakcji utleniania bez istotnego zakłócania granic formy wstępnej. Dalsze wystawienie roztopnionego metalu macierzystego na działanie środowiska utleniającego powoduje transport roztopionego metalu poprzez produkt reakcji utleniania ze stopniowym przeciąganiem roztopionego metalu w produkt reakcji utleniania i poprzez niego w kierunku do atmosfery utleniającej, co powoduje stopniowy wzrost polikrystalicznego produktu reakcji utleniania. Ten produkt reakcji utleniania wzrasta w przestrzenie międzywęzłowe formy wstępnej. Równocześnie puste przestrzenie (należy je odróżnić od porów) powstają na skutek migracji lub transportu roztopionego metalu, przy czym te puste przestrzenie mają tendencje do zasadniczo odwrotnego odwzorowywania wielkości i kształtu pierwotnych cząstek metalu macierzystego. Procent objętościowy metalu macierzystego jest bardziej niż wystarczający dla wytworzenia objętości produktu reakcji utleniania przewyższającej pierwotną objętość porów formy wstępnej, a zastosowanie takiego nadmiaru metalu macierzystego w porównaniu do pierwotnej objętości porów zapewnia, że pory zostaną wypełnione produktem reakcji utleniania podczas procesu. Jeżeli procent objętościowy metalu macierzystego jest za mały, uzyskiwana w wyniku struktura jest słaba na skutek zbyt małego rozwoju osnowy ceramicznej, a ponadto nie powstaje gęsty naskórek. Z drugiej strony nadmiar metalu macierzystego może być niepożądany, ponieważ produkt końcowy będzie zawierać za dużo metalu dla ostatecznego zastosowania. W przypadku aluminiowego metalu macierzystego reagującego w powietrzu pożądany zakres dla tego metalu wynosi 30-50% objętościowych całości formy wstępnej.
Początkowy wzrost produktu reakcji utleniania z roztopionych cząstek metalu powoduje wypełnienie porów międzycząsteczkowych w formie wstępnej i powstanie pustych przestrzeni, jak podano powyżej. Kontynuowanie procesu wspomaga ciągłą migrację resztkowego roztopionego
156 547 metalu w kierunku na zewnątrz poprzez produkt reakcji utleniania i w kierunku przynajmniej jednej powierzchni formy wstępnej, aż wzrost produktu reakcji utleniania osiągnie powierzchnię. Następnie produkt reakcji utleniania powstaje na powierzchniach formy wstępnej. Uzyskiwana w wyniku powierzchnia jest gęsta w stosunku do obszaru podpo wierzchniowego lub rdzenia gotowej bryły ceramicznej, ponieważ reakcja utleniania na powierzchni przebiega zasadniczo przy braku cząstkowego metalu macierzystego, który jest prekursorem pustych przestrzeni, a więc powierzchnia jest zasadniczo pozbawiona pustych przestrzeni. Rdzeń gotowej bryły kompozytowej (to znaczy część lub strefa usytuowana pod gęstą powierzchnią) jest stosunkowo porowaty na skutek powstawania pustych przestrzeni, natomiast powierzchnia bryły jest stosunkowo gęsta i złożona z produktu reakcji utleniania oraz z nieprzereagowanych lub nieutlenionych składników metalicznych, takich jak nieutleniony metal macierzysty. Ten gęsty naskórek stanowi typowo niewielki ułamek objętości wyrobu, który w znacznym stopniu zależy od procentu objętościowego metalu macierzystego w formie wstępnej i od grubości końcowego wyrobu, przy czym oba te parametry reguluje się w zależności od przeznaczenia, a typowo grubość naskórka może wynosić 0,1-1 mm, korzystnie 0,2 - 0,5 mm. W części konstrukcyjnej, która ma być stosowana w silniku cieplnym i ma grubość przekroju około 6,3 mm warstwa gęsta będzie typowo mieć grubość około 0,2 mm. Gęsty naskórek utrzymuje się po ochłodzeniu, wykazując w istotnym stopniu zwiększoną odporność na ścieranie w porównaniu z porowatym rdzeniem bryły i to zarówno dla zużycia ściernego, jak i dla zużycia erozyjnego, natomiast wyrób z kompozytu ceramicznego jako całość ma doskonale właściwości cieplne dla zastosowań konstrukcyjnych.
Uzyskiwany w wyniku wyrób z kompozytu ceramicznego zawiera formę wstępną infiltrowaną do jej granic przez osnowę ceramiczną zawierającą materiał polikrystaliczny złożony zasadniczo z produktu reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem i ewentualnie jednego lub kilku składników metalicznych, takich jak nieutlenione składniki metalu macierzystego i/lub zredukowane składniki wypełniacza. Należy ponadto podkreślić, że wytwarzane są puste przestrzenie przez częściowe lub zasadniczo całkowite przemieszczenie cząstek metalu macierzystego, ale procent objętościowy pustych przestrzeni będzie w znacznym stopniu zależny od takich warunków jak temperatura, czas, typ metalu macierzystego, procent objętościowy metalu macierzystego i stężenie domieszek. Typowo w tych polikrystalicznych wyrobach ceramicznych krystality produktu reakcji utleniania są złączone ze sobą w więcej niż jednym wymiarze, korzystnie w trzech wymiarach, a składniki metaliczne uzyskiwane w wyniku transportu roztopionego metalu macierzystego mogą być złączone ze sobą przynajmniej częściowo, wyrób z kompozytu ceramicznego według wynalazku ma dobrze określone granice i w przybliżeniu wymiary i kształt geometryczny pierwotnej formy wstępnej pokrytej wytworzoną gęstą warstwą naskórkową. Polikrystaliczny kompozyt ceramiczny zawiera składniki metaliczne, takie jak nieutleniony metal macierzysty, których ilość zależy w znacznym stopniu od takich czynników jak warunki procesu, składniki stopowe w metalu macierzystym i domieszki, chociaż w pewnych przypadkach może zasadniczo nie zawierać metalu, jak przedstawiono w przykładzie 7. Procent objętościowy metalu można dopasować w celu spełnienia wymaganych właściwości dla końcowego zastosowania produktu, a dla kilku zastosowań, takich jak części silnika, korzystne jest, by zawartość metalu w gotowej części wynosiła 5-10% lub mniej. Według tego korzystnego przykładu wykonania obserwuje się, że wypełniacz zasadniczo nie reaguje z metalem macierzystym w warunkach procesu.
Ponadto chociaż wynalazek opisano tu ze szczególnym odniesieniem do aluminium i specjalnych przykładów wykonania aluminiowego metalu macierzystego, jest to jedynie dla celów ilustracyjnych i należy rozumieć, że można stosować również inne metale, takie jak krzem, tytan, cynę, cyrkon itd., które spełniają warunki wynalazku lub mogą być domieszkowane tak, aby je spełniały. Tak więc w specjalnym przykładzie wykonania aluminiowy metal macierzysty w postaci cząstkowej miesza się z cząstkowym wypełniaczem z tlenku glinowego i zestala się w przepuszczalną formę wstępną w stanie surowym. W przypadku tego przykładu wykonania stosuje się jedną lub kilka domieszek, jak opisano dalej albo rozproszonych w wypełniaczu lub utworzonych przez wypełniacz, albo wprowadzonych stopowo w aluminiowy metal macierzysty, lub też stosuje się oba te sposoby razem. Formę wstępną można wytwarzać lub kształtować o dowolnych określonych lub żądanych wymiarach lub kształcie dowolnym konwencjonalnym sposobem takim jak odlewanie z gęstwy, formowanie wtryskowe, formowanie przetłoczne, odlewanie sedymentacyjne, formowanie
156 547 podciśnieniowe itd. przez obróbkę dowolnego odpowiedniego materiału wypełniacza takiego jak tlenki metali, borki, węgliki itp. Wypełniacz może być spojony, aby powstała surowa forma wstępna, dowolnym odpowiednim spoiwem, na przykład alkoholem poliwinylowym itp., które nie zakłóca reakcji według wynalazku ani nie pozostawia niepożądanych resztkowych produktów ubocznych w wyrobie z kompozytu ceramicznego.
Przykłady materiałów użytecznych przy wytwarzaniu formy wstępnej przy praktycznej realizacji przedmiotowego wynalazku, zależnie od metalu macierzystego i wybranego systemu utleniania, mogą obejmować jeden lub kilka materiałów z następującej grupy: tlenek glinowy, węglik krzemu, tlenoazotek krzemowo-glinowy, tlenek cyrkonu, borek cyrkonu, azotek tytanu, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, różne stopy żelaza, na przykład stop żelazo-chrom-aluminium, węgiel oraz ich mieszaniny. Jednakże w formie wstępnej można stosować dowolny odpowiedni materiał. Przykładowo, jeżeli jako metal macierzysty stosuje się aluminium, a zamierzonym produktem reakcji utleniania jest azotek aluminium, wówczas przykładami odpowiednich materiałów na formę wstępną są cząstki azotku aluminium i/lub tlenku aluminium. Jeżeli jako metal macierzysty stosuje się cyrkon, a zamierzonym produktem reakcji utleniania jest azotek cyrkonu, wówczas na formę wstępną odpowiednie będą cząstki dwuborku cyrkonu. Jeżeli jako metal macierzysty stosuje się tytan, a zamierzonym produktem reakcji utleniania jest azotek tytanu, odpowiednia będzie forma wstępna złożona z cząstek tlenku glinowego i/lub dwuborku tytanu. Jeżeli jako metal macierzysty stosuje się cynę, a zamierzonym produktem reakcji utleniania jest tlenek cyny, odpowiednia będzie forma wstępna złożona z cząstek tlenku glinowego. Jeżeli jako metal macierzysty stosuje się krzem, a zamierzonym produktem reakcji utleniania jest azotek krzemu, odpowiednia będzie forma wstępna złożona z cząstek azotku krzemu.
Cząstki metalu macierzystego powinny być odpowiedniej wielkości, tak aby powstawały puste przestrzenie z odwrotnym odwzorowaniem, które mogą przyczyniać się do właściwości cieplnych wyrobu ceramicznego, ale jeszcze nie będą tak duże, aby pogarszały wytrzymałość strukturalną lub integralność wyrobu. Użyteczna jest więc wielkość cząstek metalu macierzystego odpowiadająca numerowi sita 50-500, krozystnie 100-250. Odpowiednie wypełniacze mogą mieć cząstki odpowiadające numerowi sita 10-1000 lub nawet mniejsze, albo też można stosować mieszaninę wielkości cząstek i typów. Określenia „cząstkowy lub „cząstka w odniesieniu do wypełniacza w szerokim zastosowaniu obejmują proszki, włókna, wiskery, kulki, płytki, aglomeraty itp. Formę wstępną można włożyć do ogrzanego wstępnie pieca zasilanego utleniaczem, takim na przykład jak powietrze, który to utleniacz ma temperaturę procesu. Jeżeli jest to pożądane, formę wstępną można ogrzewać powoli lub stosunkowo szybko (z właściwym doborem dla powstawania naprężeń cieplnych) do lub w zakresie temperatur procesu, to znaczy powyżej temperatury topnienia metalu macierzystego, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania. Przykładowo, kiedy metalem macierzystym jest aluminium, a utleniaczem jest powietrze, temperatura ta jest typowo w zakresie 850-1450°C, korzystniej 900-1350°C.
Alternatywnie zestaw złożony z metalu macierzystego i wypełniacza może być reagujący i zawiera wypełniacz, który reaguje z metalem macierzystym. To znaczy wypełniacz reagujący zawiera składnik metaliczny, na przykład dwutlenek krzemu lub bor, redukowalny przez roztopiony metal macierzysty w warunkach procesu. Forma wstępna może być złożona całkowicie z wypełniacza reagującego, albo też ten wypełniacz może być kombinacją jednego lub kilku obojętnych materiałów wypełniających. Przykładowo, kompozytowy wyrób ceramiczny można wytwarzać przez mieszanie cząstek aluminiowego metalu macierzystego z cząstkowym wypełniaczem zawierającym krzemionkę, takim jak zawierające wodę gliny glinokrzemianowe i przez prowadzenie procesu w powietrzu przy temparturze 900-1200°C.
Metal macierzysty w tym przykładzie wykonania wybiera się uwzględniając kilka czynników. Musi on występować wolumerycznie nie tylko w nadmiarze w stosunku do swego produktu reakcji utleniania dla potencjalnie dostępnej objętości przestrzeni formy wstępnej, ale również w nadmiarze stechiometrycznym w stosunku do reagującego składnika wypełniacza. Nadmiar ten zapewnia, że wystarczająca objętość metalu macierzystego ulegnie reakcji z wypełniaczem i że zachowa się resztkowa ilość dla reakcji utleniania w celu wytworzenia produktu reakcji utleniania na przestrzeni formy wstępnej. Wypełniacz wybiera się tak, aby reagował z metalem macierzystym w reakcji redukcji - utleniania. Tak więc wypełniacz złożony jest ze składnika regulującego, typowo
156 547 składnika zawierającego metal, takiego jak krzemionka w glinach, redukowalnego przez roztopiony metal macierzysty w celu uzyskania produktu reakcji redukcji-utleniania zasadniczo w całej masie formy wstępnej. Chociaż więc jest wiele metali możliwych do użycia jako metal macierzysty i wiele na materiał wypełniacza, oba te materiały muszą być dobrane tak, aby spełniały te cele funkcjonalne.
W tym szczególnym, korzystnym przykładzie wykonania formę wstępną zawierającą zestaw reagujący ogrzewa się, aby zainicjować reakcję redukcji - utleniania przed istotnym utlenianiem atmosferycznym składnika aluminiowego. Należy odpowiednio unikać powolnego ogrzewania formy wstępnej w atmosferze zawierającej utleniacz. Formę wstępną umieszcza się w piecu podgrzanym do zakresu temperatur procesu. Po zainicjowaniu reakcji redukcji - utleniania ma ona tendencję do samopodtrzymywania, ponieważ jest to reakcja egzotermiczna, a zatem temperatura formy wstępnej może nieco wzrosnąć. Reakcja redukcji - utleniania postępuje szybko i zasadniczo w całej masie formy wstępnej, aby wytworzyć wyrób na tym etapie, który złożony jest z produktu reakcji redukcji - utleniania, zredukowanych składników reagującego wypełniacza i resztkowego metalu macierzystego, który jest dostępny dla reakcji utleniania z utleniaczem w fazie pary. Przy zakończeniu reakcji redukcji - utleniania, kiedy następuje przynajmniej większość zmiany ciężaru, procedurę kontynuuje się jak opisano powyżej pod względem wzrostu produktu reakcji utleniania i wytworzenia gęstego naskórka. Pory formy wstępnej zostają wypełnione produktem reakcji utleniania, na skutek czego równocześnie powstają puste przestrzenie, a resztkowy metal macierzysty jest transportowany poprzez produkt reakcji do powierzchni, aby wytworzyć po reakcji utleniania żądaną gęstą warstwę powierzchniową.
W tym alternatywnym przykładzie wykonania proces ogrzewania stanowi zatem zasadniczo procedurę dwustopniową. W pierwszym etapie podwyższa się temperaturę do temperatury skutecznej dla reakcji, aby zainicjować reakcję redukcji - utleniania, a drugi etap wywołuje i utrzymuje transport roztopionego metalu poprzez powstający produkt reakcji utleniania, aby wytworzyć gęstą warstwę powierzchniową. Korzystnie ten etap ogrzewania jest izotermiczny pomimo obecności możliwych do zidentyfikowania etapów lub stopni. Jest on izotermiczny w tym sensie, że temperatura pieca (w odróżnieniu od temperatury formy wstępnej) pozostaje zasadniczo stała.
Procent objętościowy składników metalicznych w wyrobie ceramicznym może zmieniać się, a ponadto może być dostosowywany tak, aby spełnić żądane właściwości ostatecznego zastosowania. Typowo produkt końcowy zawiera około 20-40% objętościowych składników metalicznych, korzystnie 25-35%. Ponadto gęsty naskórek stanowi ułamek całej objętości wyrobu, jak wyjaśniono powyżej.
Pewne metale macierzyste w specyficznych warunkach temperatury i atmosfery utleniającej spełniają kryteria niezbędne dla zjawiska utleniania według przedmiotowego wynalazku bez żadnych specjalnych dodatków lub modyfikacji. Jednakże jak opisano w poprzednio wymienionych zgłoszeniach patentowych, materiały domieszkujące stosowane w połączeniu z metalem macierzystym mogą korzystnie wpływać lub wspomagać proces reakcji utleniania. Bez ograniczenia przez szczegółową teorię lub wyjaśnienie funkcji domieszek, wydaje się, że niektóre z nich są użyteczne w tych przypadkach, gdzie odpowiednie zależności energii powierzchniowej pomiędzy metalem macierzystym a jego produktem reakcji utleniania nie mogą występować samoistnie. Tak więc pewne domieszki lub kombinacje domieszek, które zmniejszają energię międzyfazową ciało stałe - ciecz, będą mieć tendencję do wspomagania lub przyśpieszania powstawania polikrystalicznego wyrobu wytwarzanego po utlenianiu metalu do postaci zawierającej kanały dla transportu roztopionego metalu, jak to jest wymagane dla sposobu według wynalazku. Inną funkcją materiałów domieszkujących może być inicjowanie zjawiska wzrostu osnowy ceramicznej albo przez to, że służą one jako czynnik zarodkowy dla powstawania stabilnych krystalitów produktu reakcji utleniania, albo przez przerywanie początkowo biernej warstwy produktu reakcji utleniania w pewien sposób, albo oboma tymi sposobami. Ta ostatnia klasa domieszek może nie być konieczna dla powodowania zjawiska wzrostu ceramicznego według przedmiotowego wynalazku, ale takie domieszki mogą być ważne dla skracania okresu inkubacji dla inicjacji takiego wzrostu do praktycznych granic przemysłowych dla pewnych systemów metalu macierzystego.
Funkcja lub funkcje materiału domieszkującego mogą zależeć od pewnej liczby czynników innych niż sam materiał domieszkujący. Czynnikami tymi są przykładowo szczególna kombinacja domieszek, kiedy stosuje się dwie lub więcej domieszek, zastosowanie domieszki podawanej z
156 547 zewnątrz w połączeniu z domieszką stopową w metalu macierzystym, stężenie domieszki, środowisko utleniające i warunki procesu.
Domieszkę lub domieszki w połączeniu z metalem macierzystym (1) można stosować jako składniki stopowe metalu macierzystego (2) można podawać na przynajmniej część powierzchni składników metalu macierzystego w formie wstępnej lub (3) można podawać lub dostarczać poprzez wypełniacz lub część wypełniacza, albo też można stosować kombinację dwóch lub więcej sposobów (1), (2) i (3). Przykładowo domieszkę stopową można stosować w połączeniu z domieszką podawaną zewnętrznie. W przypadku sposobu (3), kiedy domieszkę lub domieszki podaje się do wypełniacza lub wchodzą one w skład wypełniacza, podawanie można realizować w dowolny odpowiedni sposób, na przykład przez dyspergowanie domieszek w części lub w całej masie formy wstępnej w postaci powłok lub w postaci cząstek, korzystnie w części wypełniacza przylegającej do metalu macierzystego. Podawanie jakichkolwiek domieszek do formy wstępnej można również realizować przez nakładanie warstwy jednego lub kilku materiałów domieszkujących na i w formie wstępnej, łącznie z jej wewnętrznymi otworami, węzłami, kanałami, przestrzeniami pośrednimi itp., które czynią ją przepuszczalną. W przypadku, gdy domieszkę podaje się zewnętrznie na przynajmniej część powierzchni składników metalu macierzystego formy wstępnej, polikrystaliczna struktura tlenkowa wzrasta w przepuszczalny wypełniacz zasadniczo poza warstwę domieszki (to znaczy poza głębokość nałożonej warstwy domieszki). W każdym przypadku jedną lub kilka domieszek można podawać zewnętrznie na powierzchnię składników metalu macierzystego i/lub do przepuszczalnego wypełniacza. Ponadto domieszki wprowadzane stopowo w metal macierzysty i/lub podawane zewnętrznie na powierzchnię składników metalu macierzystego mogą być wspomagane przez domieszki podawane do formy wstępnej lub stanowiące składniki formy wstępnej. Tak więc wszelkie braki stężenia domieszek stopowych w metalu macierzystym i/lub podawanych zewnętrznie na metal macierzysty można uzupełniać przez dodatkowe stężenie odpowiednich domieszek podawanych do wypełniacza lub stanowiących składniki wypełniacza i vice versa.
Użyteczne domieszki dla aluminiowego metalu macierzystego, zwłaszcza kiedy utleniaczem jest powietrze, obejmują przykładowo metaliczny magnez i metaliczny cynk w połączeniu ze sobą lub w połączeniu z innymi domieszkami opisanymi poniżej. Metale te lub odpowiednie źródło metali można wprowadzać stopowo do metalu macierzystego na bazie aluminium ze stężeniami dla każdego z nich 0,1-10% wagowych całkowitego ciężaru uzyskiwanego metalu domieszkowanego. Zakres stężenia każdej domieszki będzie zależeć od takich czynników jak kombinacja domieszek i temperatura procesu. Stężenia w tym zakresie inicjują wzrost ceramiczny, wspomagają transport metalu i mają korzystny wpływ na morfologię wzrostu wynikowego produktu reakcji utleniania.
Dodatkowe przykłady materiałów domieszkujących użytecznych z aluminiowym metalem macierzystym obejmują sód, lit, wapń, bor, fosfor i itr, które można stosować oddzielnie lub w połączeniu z jedną lub kilkoma innymi domieszkami zależnie od utleniacza i warunków procesu. Sód i lit można stosować w bardzo małych ilościach rzędu części na milion, typowo 100-200 części na milion, a każdy z nich można stosować oddzielnie lub razem, albo w połączeniu z innymi domieszkami. Pierwiastki ziem rzadkich, takie jak cer, lantan, prazeodym, neodym i samar są również użytecznymi domieszkami, znowu zwłaszcza wtedy, gdy stosuje się je w połączeniu z innymi domieszkami.
Jak opisano w zgłoszeniu patentowym US nr 861024 z 8 maja 1986 r. można stosować przegrodę, aby uniemożliwić wzrost lub rozwój produktu reakcji utleniania poza początkową powierzchnię przegrody. Można to zastosować, aby zapobiec powstawaniu gęstego naskórka na tych powierzchniach formy wstępnej, gdzie taki naskórek byłby niepożądany, a zatem istnieje możliwość wytwarzania gęstego naskórka selektywnie na powierzchni formy wstępnej. Przegrodę typowo stosuje się tylko w połączeniu z utleniaczem w fazie pary, ponieważ w innym przypadku selektywne sterowanie powstawania gęstego naskórka na powierzchni formy wstępnej można łatwo realizować poprzez usytuowanie dostępności utleniacza takiego jak utleniacz stały lub ciekły. Przegrodą może być dowolny odpowiedni 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, a równocześnie jest zdolna do lokalnego uniemożliwiania, hamowania, zatrzymywania, przeszkadzania, zapobiegania itp. ciągłemu wzrostowi pro156 547 duktu reakcji utleniania. Siarczan wapnia (gips modelarski), krzemian wapnia i cement portlandzki oraz ich mieszaniny typowo nakłada się w postaci zawiesiny lub pasty na powierzchnię materiału wypełniacza. Takie przegrody mogą również zawierać odpowiedni materiał palny lub lotny, który jest eliminowany po nagrzaniu, albo też materiał, który rozkłada się po nagrzaniu, aby zwiększyć porowatość i przepuszczalność przegrody. Ponadto przegroda może zawierać odpowiednie cząstki ogniotrwałe, aby zmniejszyć ewentualny możliwy skurcz lub pękanie, które w przeciwnym przypadku mogłyby występować podczas procesu. Szczególnie korzystny jest taki materiał cząstkowy, który ma zasadniczo taki sam współczynnik rozszerzalności cieplnej jak materiał złoża wypełniacza. Przykładowo, jeżeli forma wstępna zawiera tlenek glinowy, a uzyskiwana w wyniku ceramika zawiera tlenek glinowy, przegroda może być zmieszana z cząstkami tlenku glinowego, korzystnie o wielkości odpowiadającej numerowi sita 20-1000.
Przykład I. Wyłożenie otworu wydechowego silnika tłokowego z kompozytu ceramicznego posiadające porowaty rdzeń i gęsty naskórek wytworzono według wynalazku następująco.
Gęstwę z tlenku glinowego przygotowano przez zmieszanie 245 części tlenku glinowego A-17 (Alcoa) z 60 częściami wody w mieszalniku nożycowym. Siedem kropli Darvan-7 na 300 g wsadu (R. T. Vanderbilt Co., Norwalk, CT 06855) dodano powoli dla zdyspergowania tlenku glinowego. Mieszanie prowadzono przez 2h, aby uzyskać dobrą gęstwę. Gęstwę przechowywano na dwóch walcach, aby była ona ciągle mieszana. Przed odlewaniem gęstwę umieszczono w zamrażarce, aby ochłodzić ją do temperatury 0°C. Ochłodzenie gęstwy zmniejszyło do minimum reakcję pomiędzy proszkiem stopu aluminium (stosowany jako metal macierzysty w tym przykładzie) a wodą. Po ochłodzeniu gęstwy do 0°C wyjęto ją z zamrażarki i dodano do niej 126 części proszku stopu aluminium o wielkości ziaren odpowiadających numerowi sita 200 (dla składów podanych w tabeli A) oraz mieszano przez około 20 s. Gęstwę zawierającą proszek metalu macierzystego (stop aluminium) natychmiast wlano w formę gipsową, której wnęka miała kształt wyłożenia otworu wydechowego silnika tłokowego i odnawiano w ciągu około 40 s, aby uzyskać formę wstępną o grubości 3,6 mm. Formę wstępną odłączono od formy i wysuszono w piecu w temperaturze 80°C przez 24 h. Forma wstępna podczas odlewania z gęstwy i suszenia uległa skurczowi mniejszemu niż 1%. Następnie formę wstępną ogrzano w powietrzu do 1000°C przez 12 h i utrzymywano w tej temperaturze przez 30 h. Następnie temperaturę podwyższono do 1300°C w ciągu 6h i bryłę utrzymywano w temperaturze 1300°C przez 12 h. Następnie temperaturę sprowadzono z powrotem do temperatury pokojowej w ciągu 20 h.
Wytworzone w wyniku wyłożenie otworu wydechowego z kompozytu miało jednakową grubość 0,2-0,3 mm gęstego naskórka na powierzchni wewnętrznej i na powierzchni zewnętrznej, oraz porowatą ściankę rdzeniową. Fotografię uzyskanej w wyniku struktury wyłożenia otworu wydechowego pokazano na fig. 1. Podczas cyklu wypalania ciężar formy wstępnej wzrósł o 16,7% na skutek utleniania metalu macierzystego przez powietrze. Grubość tej części wzrosła od etapu formy wstępnej do gotowej części od 3,6 do 4,6 mm. Przekrój ścianki wyłożenia otworu wydechowego z kompozytu z porowatym rdzeniem posiadającym gęsty naskórek pokazano na fig. 2.
Tabela A
| Zakres wielkości ziaren proszku | Cyna | Cynk | Miedź | Nikiel | Krzem | Żelazo |
| sito -200 | 1,71% | 3,50% | 4,21% | 0,07% | 8,12% | 1,22% |
| sito -80 +200 | 1,30% | 3,42% | 4,28% | 0,12% | 8,63% | 1,29% |
| Magnez | Chrom | Mangan | Tytan | Aluminium | ||
| 0,10% | 0,06% | 0,21% | 0,8% | reszta | ||
| 0,16% | 0,09% | 0,21% | 0,8% | reszta |
Przykład II. Przykład ten przedstawia wytwarzanie gęstego naskórka w bryle wytwarzanej z gęstwy zawierającej reagujący wypełniacz (kaolin EPK) stosowany z proszkiem aluminiowego metalu macierzystego.
części kaolinu EPK (Feldspar Corporation, Edgar, Florida) zmieszano z 30 częściami wody w mieszalniku z dużą prędkością przez 2 h. Dodano około 12 kropli Darvan-7 na wsad 300 gramów
156 547 dla zdyspergowania kaolinu. Po przygotowaniu gęstwy 100 części gęstwy zmieszano z 70 częściami proszku stopu aluminium (sito -80 + 100) taki sam skład jak proszek (sito -80 + 200) w przykładzie I przez 20 s. Gęstwę wylano na płaski krążek gipsowy, aby wytworzyć krążek o grubości 3-4 mm i o średnicy 25 mm. Odlew taki suszono przez 24 h w 80°C i wypalano w piecu przy temperaturze 1000°C w powietrzu przez 24 h. Czasy ogrzewania i chłodzenia wynosiły około 1 h. Po wypaleniu próbka wykazywała porowate wnętrze złożone z porowatego rdzenia posiadającego pory o przybliżonej wielkości i kształcie jakie miał proszek stopu aluminium, z gęstym naskórkiem. Grubość gęstego naskórka wynosiła około 0,2 mm. Analiza rentgenowska wykazała, że bryła zawierała tlenek glinowy alfa, krzem oraz stop aluminium.
Mikrofotografię przekroju uzyskanej bryły kompozytowej przedstawiono na fig. 3. Przykład III. Przykład ten ilustruje, że powstawanie gęstego naskórka nie zależy od wielkości cząstek proszku metalu macierzystego. Gęstwę tlenku glinowego przygotowano przez zmieszanie 245 części A-17 i 60 części wody w mieszalniku nożycowym. 7 kropli Darvan-7 (R.T. Vanderbilt Co, Norwalk, CT 06855) na wsad 300 g dodano w celu zdyspergowania tlenku glinowego. Mieszanie trwało przez 2 h, aby otrzymać dobrą konsystencję gęstwy. Gęstwę przechowywano na dwóch walcach, aby była stale mieszana. Przed odlewaniem gęstwę umieszczono w zamrażalniku, aby ochłodzić ją do 0°C. Po ochłodzeniu gęstwy do 0°C wyjęto ją z zamrażarki i podzielono na trzy wsady. Proszki stopu aluminium (126 części proszku stopu aluminium na 300 części gęstwy) o trzech różnych wielkościach ziarna (sito -200, sito -80 + 200, sito -80 + 100, taki sam skład jak w przykładzie I) dodawano do poszczególnych wsadów jako metal macierzysty. Gęstwy z proszkami aluminium mieszano przez 20 s i odlewano w formę gipsową dla wyłożenia otworu wydechowego. Gęstwa była odwadniana przez 40-70 s. Odlane formy wstępne odłączono od formy i suszono przez 24 h w 80°C. Formy wstępne umieszczono w piecu i podwyższano temperaturę do 1000°C przez 12 h. Temperaturę utrzymywano na wartości 1000°C przez 20 h, a następnie podwyższano do 1300°C przez 6 h. Po przetrzymaniu w temperaturze 1300°C przez 12 h temperaturę sprowadzono do temperatury pokojowej przez 20 h. Tabela B podsumowuje wyniki doświadczenia. Na fig. 4 przedstawiono fotografię wytworzonych wyłożeń otworu wydechowego.
Tabela B
| Wielkość ziaren proszku metalu macierzystego (stop aluminium) | % proszku metalu macierzystego (stop aluminum) | Skurcz podczas odlewania z gęstwy i suszenia (%) | Wzrost ciężaru po wypalaniu (%) | Zmiana średnicy po wypalaniu (%) | Zmiana grubości po wypaleniu (%) | Uwagi |
| sito -200 | 34 | mniej mz 1 | 15,7 | 1,7 | 32 | dobry równomierny naskórek |
| (sito -80 + 200) | 34 | mniej mz 1 | 29,6 | * 2,5 | 32 | dobry równomierny naskórek |
| (sito -80+ 100) | 34* | mniej mz 1 | 20,6 | 4,0 | 35 | drobny równomierny nas- |
korek
Jako procent całkowitego ciężaru składników stałych w gęstwie
Przykład IV. Przykład ten ilustruje, że stosunek ilości stopu metalu macierzystego do wypełniacza jest ważny dla wytwarzania gęstego naskórka. Przygotowano dwie gęstwy, jedną złożoną z tlenku glinowego (A-17, Alcoa) i drugą zawierającą kaolin EPK (Feldspar Corporation, Edgar, Floryda 32049). Gęstwę z tlenku glinowego przygotowano przez zmieszanie 245 części A-17 w 60 częściach wody. Tlenek glinowy dyspergowano przy zastosowaniu siedmiu kropli Darvan-7 (R. T. Vanderbilt Co., Norwalk, CT) na wsad 300 g. Gęstwę EPK przygotowano przez zmieszanie 70 części EPK z 30 częściami wody. W przypadku tej gęstwy również zastosowano Darvan-7 jako środek dyspergujący (12 kropli na wsad 300 g). Gęstwy mieszano przez około 2 h z dużą prędkością, a następnie przeniesiono na dwa walce, gdzie były one stale mieszane. Tuż przed odlewaniem z gęstwami tymi zmieszano proszek stopu aluminiowego metalu macierzystego (jak w przypadku wsadu sito -80 + 200 w przykładzie I) i gęstwy natychmiast wylano w formy gipsowe i odwodniono przez 40 s, aby uzyskać formy wstępne o grubości 3-4 mm. Ilość proszku stopu aluminium i temperatury wypalania podano w tabeli C.
156 547
Tabela C
| Procent*** proszku metalu macierzystego (stop aluminium) w gęstwie | Wielkość ziaren proszku Al | Temperatura wypalania (°C) | Czas wypalania (h) | Uwagi dotyczące powstawania naskórka |
| 2^xxx | (sito -80 + 200) | 1300 (narastanie 15 h chłodzenie 23 h) | 24 | Nie powstaje równomierny naskórek. Plamisty wygląd powierzchni. |
| 34* | (sito -80 + 200) | 1300 (narastanie 15 h chłodzenie 23 h) | 24 | Powstaje równomierny gęsty nakórek. |
| 50** | (sito -80+ 100) | 1000 (narastanie 1/2 h chłodzenie \/2 h) | 1/3 | Na powierzchni powstał cienki, równomierny gęsty nakórek |
| 43,4XX | (sito -80 + 100) | 1000 (narastanie \/2 h chłodzenie \/2 h) | 2 | Nie powstaje naskórek, plamisty wygląd. |
gęstwa tlenku glinowego gęstwa EPK jako procent całkowitego ciężaru części stałych
Stwierdzono, że kiedy ilość proszku stopu metalu macierzystego wynosiła 29% (całkowitego ciężaru części stałych) w gęstwie z tlenku glinowego, wówczas nie powstawał gęsty naskórek, natomiast równomierny gęsty naskórek powstawał wtedy, gdy w taki sam sposób wypalano gęstwę zawierającą 34% proszku metalu z tego samego stopu.
Takie samo zjawisko obserwowano w przypadku gęstw zawierająych EPK. Kiedy ilość proszku stopu metalu macierzystego wynosiła 43,4% (całego ciężaru części stałych), wówczas nie powstawał naskórek. Bryła miała plamisty wygląd. Natomiast kiedy w identycznych warunkach, ale przy krótszych czasach (2 h w porównaniu z 1/3 h) wypalano bryłę z gęstwy zawierającej 50% tego samego proszku stopu metalu macierzystego, powstawał równomierny gęsty naskórek.
Przykład V. Przykład ten ilustruje, że powstawanie gęstego naskórka odbywa się również w prasowanych formach wstępnych, a zatem że sposób wytwarzania form wstępnych (na przykład odlewanie z gęstwy w poprzednich przykładach w porównaniu z prasowaniem według tego przykładu) nie jest krytyczny dla powstawania gęstej warstwy naskórka.
W tym przypadku 66% tlenku glinowego A-17 (Alcoa) mieszano oddzielnie z proszkami stopu aluminiowego metalu macierzystego (taki sam stop jak w przykładzie I) o dwóch zakresach wielkości ziaren sito -200 i sito -80 + 200. Mieszanie przeprowadzano za pomocą moździerza i tłuczka przez 30 minut, aż do otrzymania jednorodnej mieszaniny. Mieszaniny te prasowano w stalowej formie w celu uzyskania tabletek o grubości 12,7 mm i o średnicy 25,4 mm pod ciśnieniem 700 kG/cm2 bez ża<dnego spoiwa. Następnie tiryfy umueszczono na ogniotrw'ałej płyde z tlenku glinowego i wypalono. Wypalanie złożone było z podwyższania temperatury brył do 1000°C przez 12 h, przetrzymywania w temperaturze 1000°C, podwyższania temperatury do 1300°C przez 6h, przetrzymywania przez 12 h w temperaturze 1300°C i ochładzania do temperatury pokojowej w ciągu 20 h. Wyniki tego badnia podano w tabeli D.
Tabela D
| Procent proszku metalu macierzystego (stop aluminium) (%) | Zakres wielkości ziaren proszku metalu macierzystego (stop aluminium) | Zmiana średnicy po wypaleniu (%) | Zmiana grubości po wypaleniu (%) | Zmiana ciężaru po wypaleniu (%) | Uwagi dotyczące powstawania naskórka |
| 34 | sito -200 | 9 | 12,4 | 15,4 | gęsty jednorodny naskórek |
| 34 | sito -80 + 200 | 6,2 | 18,2 | 22,9 | gęsty jednorodny naskórek |
Przykład VI. Przykład ten ilustruje, że gęsty naskórek powstaje w przypadkach, gdy bryła ceramiczna zawiera więcej niż jedną fazę ceramiczną i jest dalszym przykładem zastosowania reagującego wypełniacza w formie wstępnej.
156 547
W tym przypadku cyrkonian ceru i cyrkonian litu ( sito -200, Electronic Space Products, International, Westlake, CA 91362) oddzielnie mieszano w uprzednio określonych proporcjach (podane w tabeli E) z proszkiem metalu macierzystego (stop aluminium) (taki sam stop jak w przykładzie I). Mieszaniny mieszano starannie w moździerzu agatowym przez 0,5 h. Następnie sprasowano je w tabtetki o średnicy 25,4 mm w pras* ie mechanicznej pod cenieniem 700 kG/cm2 bez żadnego środka poślizgowego. Wstępnie ukształtowane tabletki wypalono następnie w powietrzu. Cykl wypalania złożony był z podwyższania temperatury pieca do 1000°C przez 12h, utrzymywania temperatury 1000°C przez 24 h, podnoszenia temperatury od 1000 do 1300°C przez 6 h, utrzymywania temperatury 1300°C przez 12 h i chłodzenia od 1300°C do temperatury pokojowej przez 20 h.
Wyniki tych badań podano w tabeli E.
Tabela E
| Procent proszku aluminiowego metalu macierzystego (ciężar składników stałych) | Zakres wielkości ziaren proszku (%) | Zwiększenie ciężaru po wypaleniu (%) | Zmiana średnicy po wypaleniu (%) | Zmiana grubości po wypaleniu (%) | Fazy następujące po wypaleniu | Uwagi dotyczące naskórka powierzchniowego |
| 34* | (sito -80 + 200) | 25,8 | 10,6 | 20,7 | tlenek glinowy alfa Ceo.jsZro 25O2 tetragonalny ZrC>2 | Próbka jest żółta z gęstym, szarym naskórkiem. |
| 50* | (sito -200) | 36,9 | Ceo17^!ZrO2502 tlenek glinowy alfa tetragonalny ZO2 | Próbka jest żółta z , gęstym, starym naskórkiem. | ||
| 34xx | (Sno-80 + 200 | 24,2 | 7,4 | 13,4 | L1AIO2 gamma jednoskośny ZrOa LiAlsOe | Próbka jest żółta z gęstym, szarym naskórkiem |
| 50” | (sito -200) | 29,9 | LiAlsOe jednoskośny ZrO2 L1AIO2 gamma | Próbka jest żółta z gęstym, szarym naskórkiem |
mieszanina zawierająca cyrkonian ceru mieszanina zawierająca cyrkonian litu jako procent całkowitego ciężaru części stałych
Stwierdzono, że szary naskórek z tlenku glinowego alfa zawierającego nieco metalu (patrz mikrofotografia na fig. 5) powstał w obu przypadkach, gdy wypalano mieszaninę zawierającą 34% i 50% proszku macierzystego stopu aluminium o dwóch wielkościach ziaren i cyrkonaniu ceru. Wnętrze brył było bardzo porowate i nie zawierało możliwych do wykrycia (dyfrakcyjną metodą rentgenowską) ilości aluminium lub krzemu. Bryły kompozytowe wytwarzane przy użyciu cyrkonaniu ceru w formie wstępnej zawierały, jak stwierdzono, tlenek glinowy alfa, Ceo,75Zro,2sO2 i tetragonalny tlenek cyrkonowy, natomiast bryły przygotowane z zastosowaniem Li2ZrO3 w formie wstępnej posiadały w gotowym wyrobie L1AIO2 gamma, jednoskośny ΖγΟ2 i LiAlsOe.
Przykład VII. Przykład ten ilustruje, że powstawanie gęstego naskórka może odbywać się selektywnie na bryle kompozytowej przy zastosowaniu przegrody, która uniemożliwia niepożądany wzrost naskórka na wybranych powierzchniach formy wstępnej w warunkach doświadczalnych.
W doświadczeniu tym dwie identyczne formy wstępne przygotowano w zamiarze wytworzenia wyłożeń otworów wydechowych silnika tłokowego przy zastosowaniu procedury podanej w przykładzie III. Oba te otwory zawierały 34% proszku stopu aluminium (sito -200) (taki sam stop jak w przykładzie I). Jedną z tych form wstępnych pokryto zawiesiną złożoną z gipsu modelarskiego i 30% krzemionki (ziarno 500), która służyła jako przegroda dla wzrostu naskórka na skutek niezdolności stopu aluminium do zwilżania tego materiału. Powłokę taką nałożono na wewnętrzną powierzchnię formy wstępnej, podczas gdy powierzchnia zewnętrzna była nie pokryta. W przypadku drugiej formy wstępnej żadnej powierzchni nie powleczono tym materiałem przegrody. Obie bryły umieszczono na ogniotrwałej płycie z tlenku glinowego i wypalono w powietrzu. Wypalanie złożone było z podnoszenia temperatury do 1000oC przez Γ 8 h, utrzymywania temperatury r000°C przez 20 h, i chłodzenia pieca z powrotem do temperatury pokojowej przez 10 h. Po wypaleniu
156 547 stwierdzono, że pierwsza forma wstępna dała w wyniku porowatą bryłą z jednorodnym gęstym naskórkiem na zewnętrznej powierzchni, która nie była powleczona przegrodą, natomiast na powierzchni wewnętrznej, która była pokryta przegrodą, naskórek nie powstał. Kontrolna bryła formy wstępnej, która nie miała przegrody na żadnej powierzchni, posiadała gęsty i jednorodny naskórek na obu powierzchniach oraz porowaty rdzeń.
Przykład VIII. Przykład ten ilustruje, że wyłożenie otworu wykonane z gęstym naskórkiem jest wystarczająco wytrzymałe, aby przetrzymać naprężenia podczas procesu odlewania stopu aluminium wokół tego wyłożenia, co może być pożądane przy wytwarzaniu głowicy silnika.
Aby wytworzyć wyłożenie otworu z gęstym naskórkiem zmieszano w mieszalniku o dużej prędkości mieszania 245 części tlenku glinowego A-17 i 60 części wody. Do zawiesiny podczas ciągłego mieszania dodano stopniowo 7 kropli Darvan-7 na 300 g wsadu. Zawiesinę mieszano przez 2h, a następnie przeniesiono na dwa walce, gdzie była ona stale mieszana. Przed odlewaniem gęstwę przeniesiono do zamrażarki, aby ochłodzić ją do 0°C. Po ochłodzeniu gęstwy zmieszano ją ze 135 częściami proszku aluminium (sito -80+ 100) (dla wsadu /sito -80 + 200) stopu z przykładu I) przez 20 s. Proces ten dał w wyniku formę wstępną o grubości 3,8 mm i o średnicy zewnętrznej 39,2 mm. Formę wstępną odłączono od formy i wysuszono przez 24 h w 80°C. Wysuszoną formę umieszczono na ogniotrwałej płycie z tlenku glinowego i wypalono w powietrzu. Proces wypalnia był złożony z podnoszenia temperatury pieca do 1000°C przez 12 h, utrzymywania temperatury 1000°C przez 48 h, podnoszenia temperatury do 1300°C przez 12 h i chłodzenia pieca od 1300°C do temperatury pokojowej przez 20 h.
Po wypalenia stwierdzono, że uzyskane w wyniku wyłożenie otworu z kompozytu ceramicznego ma gęsty naskórek o grubości 0,2-0,3 mm na powierzchni wewnętrznej i zewnętrznej. Sredmca otworu została zwiększona z 39,2 do 39,9 mi^ natomist grut>ość zwiększyła się z 3,8 do 4,4 mm.
Taki kompozyt ceramiczny ogrzano następnie wstępnie do 400°C i umieszczono w formie stalowej. Następnie wokół tak umieszczonej części przy temperaturze 700°C wylano roztopiony stop aluminium o nominalnym składzie takim samym jak w przykładzie I. Odlew pozostawiono do ochłodzenia, a następnie wyjęto z formy. Na fig. 6 pokazano odlew metalowy z wyłożeniem otworu wydechowego. Wyłożenie to nie pękło ani nie odkształciło się, co oznacza, że było ono wystarczająco wytrzymałe dla naprężeń występujących podczas procesu odlewania.
FIG. 4
FIG. 6
FIG. 5
FIG. 2
Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.
Cena 5000 zł.
Claims (20)
- Zastrzeżenia patentowe1. Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego, posiadającego porowaty rdzeń z gęstą warstwą powierzchniową związaną integralnie z tym rdzeniem, znamienny tym, że przygotowuje się formę wstępną, zawierającą materiał wypełniacza i metal macierzysty rozproszony w materiale wypełniacza, przy czym ilość metalu macierzystego jest wystarczająca dla wytworzenia produktu reakcji utleniania o objętości przewyższającej całkowitą dostępną w formie wstępnej, następnie roztapia się metal macierzysty w obecności utleniacza i przeprowadza się reakcję uzyskanego roztopionego metalu macierzystego na styku z utleniaczem, w celu uzyskania produktu reakcji utleniania, po czym wywołuje się transport roztopionego metalu macierzystego poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, w celu kontynuowania wytwarzania produktu reakcji utleniania w formie wstępnej, co powoduje zasadniczo całkowite wypełnienie objętości dostępnej przestrzeni. Z równoczesnym powstaniem pustych przestrzeni w całej formie wstępnej, przynajmniej częściowo odwrotnie odwzorowujących kształt geometryczny macierzystego kolejno kontynuuje się reakcję aby zapewnić dalszy transport roztopionego metalu macierzystego poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza i do przynajmniej jednej powierzchni formy wstępnej, aby wytworzyć produkt reakcji utleniania na tej powierzchni bez pustych przestrzeni, uzyskując stosunkowo gęstą warstwę powierzchniową.
- 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utleniacz zawiera utleniacz w fazie pary.
- 3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako utleniacz w fazie pary stosuje się utleniacz z grupy złożonej z: powietrza, tlenu, azotu lub gazu formującego.
- 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiał wypełniacza zasadniczo niereagujący w warunkach procesu.
- 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się formę wstępną zawierającą reagujący wypełniacz i związek metaliczny redukowalny przez roztopiony metal macierzysty w reakcji redukcji-utleniania, przy czym ten metal macierzysty występuje w formie wstępnej w nadmiarze stechiometrycznym w stosunku do wymienionego związku metalicznego, po czym ogrzewa się formę wstępną do temperatury, w której inicjuje się reakcję redukcji-utleniania i wytwarza produkt reakcji utleniania zasadniczo w całej formie wstępnej.
- 6. Sposób według zastrz. 1 albo 5, znamienny tym, że stosuje się formę wstępną utrzymującą swój kształt, z objętością porów przynajmniej około 5%.
- 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że objętość porów wynosi 25-45%.
- 8. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się metal macierzysty wybrany z grupy złożonej z aluminium, krzemu, cyny, cyrkonu i hafnu.
- 9. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się wypełniacz zawierający składnik wybrany z grupy złożonej z tlenków, węglików lub azotków aluminium, krzemu, cyny, miedzi, cynku, żelaza, niklu, chromu, cyrkonu, hafnu, kobaltu, wolframu i ich mieszanin.
- 10. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się metal macierzysty składający się z aluminium i domieszki wybranej z grupy złożonej z magnezu, cynku, krzemu, germanu, cyny, ołowiu, boru, sodu, litu, wapnia, fosforu, itru, metali ziem rzadkich i ich mieszanin.
- 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na część powierzchni formy wstępnej nakłada się materiał w postaci przegrody uniemożliwiającej lub zmniejszającej wytwarzanie gęstej warstwy powierzchniowej.
- 12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że jako materiał przegrody stosuje się przynajmniej jeden składnik wybrany z grupy złożonej z siarczanu wapnia, krzemianu wapnia, cementu portlandzkiego, gipsu modelarskiego, wolastonitu i ich kombinacji, natomiast jako metal macierzysty stosuje się aluminium, zaś jako utleniacz stosuje się powietrze.
- 13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się metal macierzysty, którym jest aluminium i materiał wypełniacza, którym jest składnik wybrany z grupy złożonej z kaolinu, gliny, glinokrzemianu, kordierytu, krzemionki lub mulitu.
- 14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako utleniacz w stanie stałym, utleniacz w stanie płynnym, utleniacz w fazie pary lub dowolną ich kombinację stosuje się źródło boru.156 547 3
- 15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej jedna powierzchnia formy wstępnej jest usytuowana przy utleniaczu stałym.
- 16. Sposób według zastrz. 15, znamienny tym, że utleniacz stały miesza się z zasadniczo nie reagującym utleniaczem.
- 17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się materiał wypełniacza zawierający utleniacz.
- 18. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że na część powierzchni formy wstępnej nakłada się materiał przegrody dla uniemożliwienia lub zmniejszenia powstawania gęstej warstwy powierzchniowej.
- 19. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że jako materiał przegrody stosuje się składnik wybrany z grupy złożonej z siarczanu wapnia, krzemianu wapnia, cementu portlandzkiego, gipsu modelarskiego, wolastonitu i ich kombinacji, jako metal macierzysty stosuje się aluminium, jako utleniacz powietrze.
- 20. Sposób według zastrz. 5, znamienny tym, że stosuje się metal macierzysty, którym jest aluminium, natomiast wypełniacz zawiera materiał wybrany z grupy składającej się z kaolinu, kordierytu, krzemionki i mulitu.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/908,119 US4956137A (en) | 1986-09-16 | 1986-09-16 | Porous ceramic composite with dense surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL267681A1 PL267681A1 (en) | 1988-07-21 |
| PL156547B1 true PL156547B1 (pl) | 1992-03-31 |
Family
ID=25425220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL1987267681A PL156547B1 (pl) | 1986-09-16 | 1987-09-10 | Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego PL |
Country Status (29)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4956137A (pl) |
| EP (1) | EP0261050B1 (pl) |
| JP (1) | JP2589315B2 (pl) |
| CN (1) | CN1034229C (pl) |
| AT (1) | ATE75712T1 (pl) |
| BG (1) | BG50270A3 (pl) |
| BR (1) | BR8704674A (pl) |
| CA (1) | CA1315074C (pl) |
| CS (1) | CS275993B6 (pl) |
| DD (1) | DD285773A5 (pl) |
| DE (1) | DE3778808D1 (pl) |
| DK (1) | DK165831C (pl) |
| ES (1) | ES2032469T3 (pl) |
| FI (1) | FI84810C (pl) |
| GR (1) | GR3005382T3 (pl) |
| HU (1) | HU198432B (pl) |
| IE (1) | IE60249B1 (pl) |
| IL (1) | IL83091A (pl) |
| IN (1) | IN171088B (pl) |
| MX (1) | MX166019B (pl) |
| NO (1) | NO176138C (pl) |
| NZ (1) | NZ221091A (pl) |
| PH (1) | PH25452A (pl) |
| PL (1) | PL156547B1 (pl) |
| PT (1) | PT85714B (pl) |
| RU (1) | RU2018501C1 (pl) |
| TR (1) | TR25659A (pl) |
| YU (2) | YU46694B (pl) |
| ZA (1) | ZA874916B (pl) |
Families Citing this family (38)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5654246A (en) * | 1985-02-04 | 1997-08-05 | Lanxide Technology Company, Lp | Methods of making composite ceramic articles having embedded filler |
| US5266537A (en) * | 1986-09-16 | 1993-11-30 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for producing self-supporting ceramic bodies with graded properties |
| US5164347A (en) * | 1986-09-16 | 1992-11-17 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for producing self-supporting ceramic bodies with graded properties |
| US5015610A (en) * | 1986-09-16 | 1991-05-14 | Lanxide Technology Company, Lp | Porous ceramic composite with dense surface |
| US5518061A (en) * | 1988-11-10 | 1996-05-21 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of modifying the properties of a metal matrix composite body |
| IL92397A0 (en) * | 1989-01-30 | 1990-07-26 | Lanxide Technology Co Ltd | Method of producing self-supporting aluminum titanate composites and products relating thereto |
| EP0437169B1 (en) * | 1990-01-12 | 1995-01-18 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of making ceramic composite bodies and bodies made thereby |
| FR2676051B1 (fr) * | 1991-05-03 | 1993-12-17 | Snecma | Piece en composite ceramique a revetement metallique, procede de realisation et composition de poudre utilisee. |
| US5236787A (en) * | 1991-07-29 | 1993-08-17 | Caterpillar Inc. | Thermal barrier coating for metallic components |
| US5174143A (en) * | 1991-11-05 | 1992-12-29 | Mcdonnell Douglas Corporation | Surface densification of porous materials |
| US5620791A (en) * | 1992-04-03 | 1997-04-15 | Lanxide Technology Company, Lp | Brake rotors and methods for making the same |
| US5848349A (en) * | 1993-06-25 | 1998-12-08 | Lanxide Technology Company, Lp | Method of modifying the properties of a metal matrix composite body |
| US5350003A (en) * | 1993-07-09 | 1994-09-27 | Lanxide Technology Company, Lp | Removing metal from composite bodies and resulting products |
| JP2694242B2 (ja) * | 1995-12-22 | 1997-12-24 | 工業技術院長 | 高信頼性窒化ケイ素セラミックスとその製造方法 |
| US6103651A (en) * | 1996-02-07 | 2000-08-15 | North American Refractories Company | High density ceramic metal composite exhibiting improved mechanical properties |
| DE19623425B4 (de) * | 1996-06-12 | 2005-06-16 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Verfahren zur Herstellung reaktionsgebundener Mullit-haltiger Keramikformkörper und deren Verwendung |
| DE19750517A1 (de) * | 1997-11-14 | 1999-05-20 | Asea Brown Boveri | Hitzeschild |
| WO2000040521A1 (en) | 1998-12-31 | 2000-07-13 | Corning Incorporated | Low sintering temperature cordierite batch and cordierite ceramic produced therefrom |
| US6759004B1 (en) * | 1999-07-20 | 2004-07-06 | Southco, Inc. | Process for forming microporous metal parts |
| SE516263C2 (sv) * | 2000-04-11 | 2001-12-10 | Doxa Certex Ab | Kemiskt bunden keramisk produkt, sätt vid dess framställning, verktyg att användas vid sättets utförande samt utbytbar del på verktyget |
| SE516264C2 (sv) * | 2000-04-11 | 2001-12-10 | Doxa Certex Ab | Sätt att framställa ett kemiskt bundet keramiskt material samt det enligt sättet framställda materialet |
| US6521053B1 (en) | 2000-11-08 | 2003-02-18 | General Electric Co. | In-situ formation of a protective coating on a substrate |
| US6648596B1 (en) | 2000-11-08 | 2003-11-18 | General Electric Company | Turbine blade or turbine vane made of a ceramic foam joined to a metallic nonfoam, and preparation thereof |
| US6582812B1 (en) * | 2000-11-08 | 2003-06-24 | General Electric Company | Article made of a ceramic foam joined to a metallic nonfoam, and its preparation |
| US6755619B1 (en) | 2000-11-08 | 2004-06-29 | General Electric Company | Turbine blade with ceramic foam blade tip seal, and its preparation |
| WO2007096986A1 (ja) * | 2006-02-24 | 2007-08-30 | Ibiden Co., Ltd. | 端面加熱装置、ハニカム集合体の端面乾燥方法、及び、ハニカム構造体の製造方法 |
| RU2379257C1 (ru) * | 2008-10-17 | 2010-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Способ изготовления изделий из корундовой керамики |
| FR2950622B1 (fr) * | 2009-09-28 | 2011-10-21 | Snecma Propulsion Solide | Piece en materiau composite a matrice ceramique et procede pour sa fabrication. |
| DE102010031855A1 (de) * | 2010-07-22 | 2012-01-26 | J. Eberspächer GmbH & Co. KG | Abgasanlage |
| US8919318B2 (en) | 2011-06-15 | 2014-12-30 | Federal-Mogul Corporation | Germanium containing coating for inner surfaces of cylinder liners |
| DE102014100568A1 (de) * | 2014-01-20 | 2015-07-23 | Tenedora Nemak, S.A. De C.V. | Gussteil und Einsatz für ein solches Gussteil |
| RU2550170C1 (ru) * | 2014-02-05 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный архитектурно-строительный университет" (СГАСУ) | Способ пластического формования керамических камней в шнековом вакуумном прессе с электроприводом |
| CA3056376A1 (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-20 | Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc. | Porous ceramic particles and method of forming porous ceramic particles |
| CN109206125A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-01-15 | 广州供电局有限公司 | 陶瓷绝缘件及其制备方法 |
| CN109369944A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-02-22 | 南安泰达工业设计有限公司 | 一种阻燃耐磨型保温泡沫塑料板及其制备方法 |
| CN111471883B (zh) * | 2020-03-20 | 2021-04-09 | 福建省盛荣生态花卉研究院有限责任公司 | 一种陶瓷金属复合材料及其制备方法 |
| CN114853499B (zh) * | 2022-03-31 | 2023-04-07 | 山东大学 | 一种刚玉粉基超低导热泡沫陶瓷材料及其制备方法 |
| CN116770157B (zh) * | 2023-06-26 | 2026-02-06 | 南昌航空大学 | 一种致密层-壁结构的多孔碳化钛-镍复合材料及制备方法 |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2741822A (en) * | 1951-01-29 | 1956-04-17 | Carborundum Co | Preparation of refractory products |
| US3255027A (en) * | 1962-09-07 | 1966-06-07 | Du Pont | Refractory product and process |
| US3298842A (en) * | 1963-03-22 | 1967-01-17 | Du Pont | Process for preparing hollow refractory particles |
| US3296002A (en) * | 1963-07-11 | 1967-01-03 | Du Pont | Refractory shapes |
| US3262763A (en) * | 1964-02-19 | 1966-07-26 | Du Pont | High temperature-resistant materials of aluminum, boron, nitrogen, and silicon and preparation thereof |
| US3419404A (en) * | 1964-06-26 | 1968-12-31 | Minnesota Mining & Mfg | Partially nitrided aluminum refractory material |
| US3473987A (en) * | 1965-07-13 | 1969-10-21 | Du Pont | Method of making thin-walled refractory structures |
| DE1567844A1 (de) * | 1965-08-13 | 1970-10-22 | Tokyo Shibaura Electric Co | Methode zur Herstellung einer gesinterten Masse von Aluminium-Nitrid |
| US3421863A (en) * | 1966-03-04 | 1969-01-14 | Texas Instruments Inc | Cermet material and method of making same |
| US3437468A (en) * | 1966-05-06 | 1969-04-08 | Du Pont | Alumina-spinel composite material |
| US3789096A (en) * | 1967-06-01 | 1974-01-29 | Kaman Sciences Corp | Method of impregnating porous refractory bodies with inorganic chromium compound |
| US3473938A (en) * | 1968-04-05 | 1969-10-21 | Du Pont | Process for making high strength refractory structures |
| US3864154A (en) * | 1972-11-09 | 1975-02-04 | Us Army | Ceramic-metal systems by infiltration |
| US3973977A (en) * | 1973-11-01 | 1976-08-10 | Corning Glass Works | Making spinel and aluminum-base metal cermet |
| DE3381519D1 (de) * | 1983-02-16 | 1990-06-07 | Moltech Invent Sa | Gesinterte metall-keramikverbundwerkstoffe und ihre herstellung. |
| ZA851813B (en) * | 1984-03-16 | 1986-10-29 | Lanxide Corp | Novel ceramic materials and methods of making same |
| NZ211405A (en) * | 1984-03-16 | 1988-03-30 | Lanxide Corp | Producing ceramic structures by oxidising liquid phase parent metal with vapour phase oxidising environment; certain structures |
| JPS6197160A (ja) * | 1984-07-20 | 1986-05-15 | ランキサイド テクノロジー カンパニー，リミティド パートナーシップ | セラミックス金属複合材料の製造方法 |
| NZ212704A (en) * | 1984-07-20 | 1989-01-06 | Lanxide Corp | Producing self-supporting ceramic structure |
| US4851375A (en) * | 1985-02-04 | 1989-07-25 | Lanxide Technology Company, Lp | Methods of making composite ceramic articles having embedded filler |
| US4828785A (en) * | 1986-01-27 | 1989-05-09 | Lanxide Technology Company, Lp | Inverse shape replication method of making ceramic composite articles |
-
1986
- 1986-09-16 US US06/908,119 patent/US4956137A/en not_active Expired - Fee Related
-
1987
- 1987-07-01 PH PH35477A patent/PH25452A/en unknown
- 1987-07-06 IE IE179087A patent/IE60249B1/en not_active IP Right Cessation
- 1987-07-06 IL IL83091A patent/IL83091A/xx unknown
- 1987-07-06 HU HU873044A patent/HU198432B/hu not_active IP Right Cessation
- 1987-07-07 ZA ZA874916A patent/ZA874916B/xx unknown
- 1987-07-09 IN IN527/CAL/87A patent/IN171088B/en unknown
- 1987-07-10 NO NO872872A patent/NO176138C/no unknown
- 1987-07-13 FI FI873079A patent/FI84810C/fi not_active IP Right Cessation
- 1987-07-16 NZ NZ221091A patent/NZ221091A/xx unknown
- 1987-07-20 BG BG080667A patent/BG50270A3/xx unknown
- 1987-07-21 RU SU874202949A patent/RU2018501C1/ru active
- 1987-07-27 DK DK389387A patent/DK165831C/da not_active IP Right Cessation
- 1987-07-27 MX MX007507A patent/MX166019B/es unknown
- 1987-07-27 JP JP62187492A patent/JP2589315B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1987-07-28 EP EP87630135A patent/EP0261050B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-07-28 ES ES198787630135T patent/ES2032469T3/es not_active Expired - Lifetime
- 1987-07-28 DE DE8787630135T patent/DE3778808D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1987-07-28 AT AT87630135T patent/ATE75712T1/de not_active IP Right Cessation
- 1987-07-30 YU YU143187A patent/YU46694B/sh unknown
- 1987-07-31 DD DD87305595A patent/DD285773A5/de not_active IP Right Cessation
- 1987-08-14 CA CA000545689A patent/CA1315074C/en not_active Expired - Fee Related
- 1987-09-08 CS CS876500A patent/CS275993B6/cs unknown
- 1987-09-09 BR BR8704674A patent/BR8704674A/pt not_active Application Discontinuation
- 1987-09-09 TR TR87/0610A patent/TR25659A/xx unknown
- 1987-09-10 PL PL1987267681A patent/PL156547B1/pl unknown
- 1987-09-15 PT PT85714A patent/PT85714B/pt not_active IP Right Cessation
- 1987-09-15 CN CN87106332A patent/CN1034229C/zh not_active Expired - Fee Related
-
1988
- 1988-12-01 YU YU02180/88A patent/YU218088A/xx unknown
-
1992
- 1992-08-06 GR GR920401719T patent/GR3005382T3/el unknown
Also Published As
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4956137A (en) | Porous ceramic composite with dense surface | |
| US5304520A (en) | Porous ceramic composite with dense surface | |
| US4873038A (en) | Method for producing ceramic/metal heat storage media, and to the product thereof | |
| US5051382A (en) | Inverse shape replication method of making ceramic composite articles and articles obtained thereby | |
| US5654246A (en) | Methods of making composite ceramic articles having embedded filler | |
| JP2518846B2 (ja) | セラミック複合成形体の製造方法 | |
| JP2549117B2 (ja) | セラミック複合物物体の製造方法 | |
| AU602741B2 (en) | Method of making shaped ceramic composites | |
| US5420085A (en) | Methods of making composite aluminum nitride ceramic articles having embedded filler | |
| KR950005503B1 (ko) | 조밀한 표면층을 가진 자립성 세라믹 복합체의 제조 방법 | |
| JPH02275755A (ja) | 自己支持形チタン酸アルミニウム複合体の製造方法及び該複合体に関連した製品 | |
| US5139977A (en) | Porous ceramic composite with dense surface | |
| US4698319A (en) | Densified composite containing one or more interwoven matrix compositions | |
| US5139979A (en) | Method of producing self-supporting aluminum titanate composites and products relating thereto | |
| CA1307913C (en) | Method of making ceramic composite articles by inverse shape replication of an expendable pattern | |
| US5000892A (en) | Method of making ceramic composite articles by inverse shape replication of an expendable pattern | |
| US5168081A (en) | Ceramic composite articles obtained by inverse shape replication |