PL156549B1 - A method of a block production from a ceramic composite and a self-supporting structure of a ceramic composite,especially a gun tube - Google Patents

Abstract

1 . Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego utrzymywanego pod naprezeniem sciska- jacym przez element oslonowy i zawierajacego oslone ceramiczna otrzymana przez utlenianie metalu macierzystego, w celu wytworzenia materialu polikrystalicznego, zawierajacego produkt reakcji utlenia- nia metalu macierzystego utleniaczem i ewentualnie jeden lub kilka skladników metalicznych oraz mase wypelniacza objeta przez te osnowe, znamienny tym, ze ogrzewa sie metal macierzysty do zakresu temperatury powyzej jego temperatury topnienia, ale ponizej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby wytworzyc bryle roztopionego metalu macierzystego, nastepnie styka sie roztopiony metal macierzysty z wypelniaczem w obecnosci utleniacza, przy czym przynajmniej czesc wypelniacza jest zawarta w elemencie oslonowym, w sprzezeniu dostosowujacym sie pod wzgledem ksztaltu z wewnetrzna powierzchnia tego elementu oslonowego, tak ze wymieniona powierzchnia tworzy powierzchnie grani- czna masy wypelniacza, a produkt reakcji utleniania wzrasta w masie wypelniacza w kierunku do i wzdluz tej powierzchni granicznej, a ponadto w okreslonym zakresie temperatury przeprowadza sie reakcje roztopionego metalu z utleniaczem, aby wytworzyc produkt reakcji utleniania, utrzymuje sie przynaj- mniej czesci produktu reakcji utleniania w styku z, i pomiedzy roztopionym metalem macierzystym a utleniaczem, aby progresywnie transportowac roztopiony metal macierzysty poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, ze produkt reakcji utleniania ciagle tworzy sie w wypelniaczu na powierzchni miedzyfazowej, pomiedzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utle- niania oraz kontynuuje sie te reakcje az do chwili, gdy material polikrystaliczny dokona infiltracji wypelniacza do powierzchni granicznej i otrzymuje sie wyrób z elementem oslonowym, wywolujacym w tym wyrobie naprezenia sciskajace. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego.

Przedmiot niniejszego zgłoszenia związany jest z przedmiotem opisu patentowego PL nr 257 812, opisującego nowy sposób wytwarzania samonośnego kompozytu ceramicznego, poprzez wzrost produktu reakcji utleniania z metalu macierzystego w przepuszczalną masę wypełniacza.

Sposób wytwarzania samonośnej bryły ceramicznej przez utlenianie prekursora metalu macierzystego opisano ogólnie w opisie patentowym US nr 4 713 360. Odkrycie zjawiska utleniania, które można wspomagać przez zastosowanie domieszek wprowadzanych stopowo w metal macierzysty, daje w wyniku samonośne bryły ceramiczne o żądanej wielkości hodowane jako produkt reakcji utleniania prekursora metalu macierzystego.

Powyższy sposób ulepszono przez zastosowanie zewnętrznych domieszek nakładanych na powierzchnie prekursora metalu macierzystego jak opisano w amerykańskim zgłoszeniu patentowym nr 822999 z 27 stycznia 1986, pt. „Sposób wytwarzania samonośnych materiałów ceramicznych.

Dalszy rozwój powyższych sposobów umożliwia wytwarzanie samonośnych struktur ceramicznych, które zawierają wewnątrz jedną lub kilka wnęk, odwrotnie odwzorowujących kształt geometryczny pozytywowej formy z ukształtowanego prekursora metalu macierzystego, umieszczonego w złożu z wypełniacza, dostosowującego się pod względem kształtu, który jest samospajalny w określonych warunkach, jak opisano w opisie patentowym PL nr 263 840.

Jeszcze inne rozwinięcie powyższych sposobów umożliwia wytwarzanie samonośnych brył ceramicznych posiadających kształt negatywowy, który odwrotnie odwzorowuje pozytywowy model prekursora metalu macierzystego umieszczony przy masie wypełniacza, jak opisano w zgłoszeniu patentowym PL nr P 267 239.

Niniejsze zgłoszenie wyraźnie nawiązuje do wyżej wymienionych opisów.

W ostatnich latach istnieje coraz większe zainteresowanie zastosowaniem materiałów ceramicznych w przypadku konstrukcji historycznie wytwarzanych z metalu. Przyczyną takiego zainteresowania stała się wyższość materiałów ceramicznych pod względem pewnych właściwości, takich jak odporność na korozję, twardość, moduł sprężystości i ogniotrwałość, w porównaniu z metalami.

Aktualne wysiłki zmierzające do wytworzenia wyrobów ceramicznych o większej wytrzymałości, większej niezawodności i bardziej odpornych na działania dynamiczne są głównie skupione na opracowaniu ulepszonych sposobów technologii ceramiki monolitycznej i opracowaniu nowych kompozycji materiałowych, zwłaszcza kompozytów z osnową ceramiczną. Struktura kompozytowa jest to taka struktura, która zawiera niejednorodny materiał, bryłę lub wyrób wykonany z dwóch lub więcej różnych materiałów, które są ściśle złączone ze sobą, w celu nadania kompozytowi żądanych właściwości. Przykładowo, dwa różne materiały mogą być ściśle połączone ze sobą przez zatopienie jednego z nich w osnowie z drugiego. Struktura kompozytowa z osnową ceramiczną typowo zawiera osnowę ceramiczną, która obejmuje jeden lub kilka różnego rodzaju materiałów wypełniacza, takich jak ziarna, włókna, pręty itp.

Wspomniane zgłoszenia patentowe opisują nowe sposoby wytwarzania, rozwiązujące te problemy lub ograniczające tradycyjne technologie ceramiczne, przy wytwarzaniu kompozytów na przykład przez zagęszczanie lub spiekanie. Przedmiotowy wynalazek łączy te sposoby z dodatkowymi nowymi koncepcjami, aby uzyskać kształtowe ceramiczne struktury kompozytowe z członem osłonowym, wytwarzanym integralnie z kompozytem, dla utrzymywania go pod naprężeniem ściskającym. Ponadto przedmiotowy wynalazek przewiduje wytwarzanie kompozytów ceramicznych o pewnym określonym kształcie geometrycznym poprzez zjawisko reakcji utleniania, które pokonuje trudności i ograniczenia związane ze znanymi sposobami, a ponadto daje w wyniku integralne środki, wytwarzane na miejscu podczas procesu reakcji utleniania, dla utrzymywania kompozytu ceramicznego pod obciążeniem ściskającym. W technologii ceramicznej znane jest zjawisko, że materiały ceramiczne są znacznie bardziej wytrzymałe na naprężenia ścikające niż na naprężenia rozciągające. Jeżeli materiał ceramiczny znajdzie się pod działaniem ciśnienia, na przykład przez przyłożenie ciśnienia na wewnętrznej średnicy rurki ceramicznej, wówczas materiał ten znajduje się pod rozciąganiem. Jeżeli przy rozciąganiu nastąpi pęknięcie w materiale cerami4

156 549 cznym, materiał ceramiczny rozpadnie się. Pożądane jest zatem zabezpieczenie przed takim uszkodzeniem katastroficznym, co można osiągnąć poprzez sposób według wynalazku, poprzez zastosowanie środka ściskającego wytwarzanego na miejscu, w celu utrzymywania kompozytu ceramicznego pod naprężeniem ściskającym.

Od dawna wiadomo, że korzystnie obciążone wstępnie części mogą być bardzo wytrzymałe w zastosowaniu, ponieważ naprężenia, którym części te są poddawane podczas pracy, najpierw likwidują naprężenia wstępne, zanim spowodują skuteczne dodatkowe naprężenia w pracującej części. W przypadku używania materiałów ceramicznych dla zastosowań z naprężeniami rozciągającymi, maksymalną wytrzymałość konstrukcyjną otrzymuje się przez naprężenie wstępne takich materiałów' na ściskanie zwłaszcza, że ich wytrzymałość na ściskanie może być w pewnych przypadkach przynajmniej 5-krotnie większa niż wytrzymałość na rozciąganie.

Dotychczas wstępne naprężanie części ceramicznej odbywało się za pomocą tulei metalowej, co było bardzo kosztowne i trudne. Część ceramiczna i część metalowa musiały być bardzo dokładnie pasowane, z prawie dokładną zgodnością pomiądzy nimi, aby spowodować właściwą wartość równomiernego naprężenia w materiale ceramicznym i uniknąć powstawania bardzo dużych naprężeń stykowych, które mogłyby spowodować pęknięcie materiału ceramicznego. Warunek ten spełniano jedynie przez staranne i kosztowne, bardzo dokładne szlifowanie części ceramicznej i tulei metalowej na powierzchniach, którymi miały się one stykać ze sobą.

Przedmiotowy wynalazek pokonuje te problemy i usuwa konieczność takiego szlifowania przez zastosowanie nowej techniki opisanej poniżej.

Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego utrzymywanego pod naprężeniem ściskającym przez element osłonowy i zawierającego osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenianie metalu macierzystego, w celu wytworzenia materiału polikrystalicznego, zawierającego produkt reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych oraz masę wypełniacza objętą przez tę osnowę, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ogrzewa się metal macierzysty do zakresu temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby wytworzyć bryłę roztopionego metalu macierzystego, następnie styka się roztopiony metal macierzysty z wypełniaczem w obecności utleniacza, przy czym przynajmniej część wypełniacza jest zawarta w elemencie osłonowym, w sprzężeniu dostosowującym się pod względem kształtu z wewnętrzną powierzchnią tego elementu osłonowego, tak że wymieniona powierzchnia tworzy powierzchnię graniczną masy wypełniacza, a produkt reakcji utleniania wzrasta w masie wypełniacza w kierunku do i wzdłuż tej powierzchni granicznej, a ponadto w określonym zakresie temperatury przeprowadza się reakcję roztopionego metalu z utleniaczem, aby wytworzyć produkt reakcji utleniania, utrzymuje się przynajmniej części produktu reakcji utleniania w styku z, i pomiędzy roztopionym metalem macierzystym a utleniaczem, aby progresywnie transportować roztopiony metal macierzysty poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, że produkt utleniania ciągle tworzy się w wypełniaczu na powierzchni międzyfazowej, pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania oraz kontynuuje się te reakcje aż do chwili, gdy materiał polikrystaliczny dokona infiltracji wypełniacza do powierzchni granicznej i otrzymuje się wyrób z elementm osłonowym, wywołujący w tym wyrobie naprężenia ściskające.

Korzystnie jako metal macierzysty stosuje się aluminium, a jako utleniacz stosuje się gaz zawierający tlen, a zakres temperatury wynosi 850-1450°C, zwłaszcza jako gaz zawierający tlen stosuje się powietrze.

Korzystnie stosuje się wypełniacz zawierający przynajmniej w części utleniacz w fazie pary oraz utleniacz stały i/lub utleniacz ciekły, i przeprowadza się reakcję roztopionego metalu macierzystego również z tym dodatkowym utleniaczem.

W dalszym rozwinięciu sposobu jako utleniacz stały stosuje się krzem, bor i redukowalne borki metali, a jako metal macierzysty stosuje się krzem, tytan, cynę, cyrkon i hafn, przy czym jako wypełniacz stosuje się krzemionkę, węglik krzemu, tlenek glinowy, tlenek cyrkonu, glinian magnezu i ich mieszaniny. Dalej stosuje się przynajmniej jeden materiał domieszkujący w połączeniu z metalem macierzystym. Korzystnie stosuje się utleniacz w fazie pary, dla którego element osłonowy i wypełniacz są przepuszczalne.

156 549

Człon osłonowy typowo wybiera się tak, aby miał on większy współczynnik rozszerzalności cieplnej niż bryła z kompozytu ceramicznego, na skutek czego po ochłodzeniu polikrystalicznej bryły ceramicznej i członu osłony człon ten ma tendencję do szybszego kurczenia się niż kompozytowa bryła ceramiczna, a ze względu na ścisły styk z tą bryłą wywiera na nią naprężenia ściskające. W korzystnym przykładzie wykonania element osłonowy zawiera wewnętrzną siatkową wykładzinę i zewnętrzną sztywną tuleję lub jest wykonany ze stali nierdzewnej, stopu Ni-Cr-Fe, stopu Ni-Cr-Mo, stopu Fe-Ni-Cr-Co, albo wykonany z tytanu, cyrkonu i stali, względnie wykonany z materiału o współczynniku rozszerzalności cieplnej większym niż współczynnik rozszerzalności cieplnej materiału polikrystalicznego.

Korzystnie stosuje się element osłonowy wyłożony lub powleczony ochronną warstwą.

Utrzymywanie ceramiki pod naprężeniem ściskającym jest korzystne, ponieważ zapobiega powstawaniu w bryle ceramicznej pęknięć na skutek naprężeń rozciągających, a ponadto chroni przed katastroficznym uszkodzeniem bryły ceramicznej.

Określenie „ceramiczna nie jest ograniczone do wyrobu ceramicznego w sensie klasycznym, to znaczy w tym sensie, że zawiera on całkowicie materiały niemetaliczne i nieorganiczne, ale raczej odnosi się do wyrobu, który jest głównie ceramiczny pod względem albo składu, albo dominujących właściwości, chociaż może także zawierać niewielkie lub znaczne ilości jednego lub kilku składników metalicznych, pochodzących z metalu macierzystego, albo zredukowanych z utleniacza lub z domieszki, najbardziej typowo w zakresie 1-40% objętościowych, ale może zawierać jeszcze więcej metalu.

„Produkt reakcji utleniania oznacza ogólnie jeden lub kilka metali w dowolnym stanie utlenionym, kiedy metal oddał swe elektrony lub podzielił się nimi z innym pierwiastkiem, związkiem lub ich kombinacją. „Produkt reakcji utleniania według tej definicji obejmuje produkt reakcji jednego lub kilku metali z utleniaczem takim jak opisane w niniejszym zgłoszeniu.

„Utleniacz oznacza jeden lub kilka odpowiednich akceptorów elektronów, i może być to ciało stałe, ciecz lub gaz (para), albo ich kombinacja, na przykład ciało stałe i gaz w warunkach procesu.

„Metal macierzysty odnosi się do metalu, na przykład aluminium, 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 aluminium, należy to rozumieć zgodnie z tą definicją, chyba że z kontekstu wynika inaczej.

„Samoistne dopasowanie oznacza nieodłączną właściwość członu osłonowego wywierania naprężenia ściskającego na ściśle sprzężoną z nim kompozytową bryłę ceramiczną po ochłodzeniu w warunkach procesu.

Wynalazek jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie zestaw złożony ze zbiornika i brył źródła metalu macierzystego oraz elementu osłonowego, w którym zawarte jest złoże wypełniacza w częściowym przekroju, fig. 1A - szczegół z fig. 1 oznaczony linią przerywaną A na fig. 1 w powiększeniu, fig. 2 - samonośną ceramiczną strukturę kompozytową z elementm osłonowym samoistnie dopasowanym do niej, wykonaną z zastośowaniem zestawu ze złożem wypełniacza z fig. 1 według przedmiotowego wynalazku w częściowym przekroju, a fig. 2A przedstawia tę strukturę w widoku od strony linii A-A z fig. 2.

W praktycznej realizacji przedmiotowego wynalazku zestaw zawierający bryłę metalu macierzystego roztapia się, aby wytworzyć roztopiony metal macierzysty, który styka się z bryłą lub masą wypełniacza przynajmniej częściowo zawartą w elemencie osłonowym, zwanym dalej członem osłonowym. Część członu osłonowego stykająca się z wypełniaczem nazywana jest powierzchnią sprzężenia członu osłonowego. Człon osłonowy może otaczać całość lub część bryły wypełniacza, którą może być złoże luźnego wypełnicza cząstkowego lub ukształtowana forma wstępna z wypełniacza (jak opisano poniżej), przy czym wypełniacz ten zawiera utleniacz lub jest przesycony utleniaczem. Do zestawu tego dostarcza się środowisko utleniające i ogrzewa się go do zakresu temperatury powyżej temperatury topnienia metalu macierzystego, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania metalu macierzystego. Po styku z utleniaczem roztopiony metal macierzysty reaguje tworząc produkt reakcji utleniania i rozpoczyna się infiltracja i obejmowanie wypełniacza rosnącym materiałem polikrystalicznym jako wynikiem utleniania metalu macierzy6

156 549 stego. Takie utlenianie, łącznie z obejmowaniem wypełniacza produktem reakcji utleniania, opisano szczegółowo w równocześnie rozpatrywanych zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela.

W praktycznej realizacji przedmiotowego wynalazku proces kontynuuje się, aż materiał polikrystaliczny dokona infiltracji i objęcia mteriału wypełniacza oraz wzrośnie do styku z powierzchnią sprzężonego członu osłonowego. W pewnych przypadkach tylko część uzyskiwanego w wyniku wyrobu ceramicznego zwanego dalej bryłą jest objęta członem osłonowym. W innych przypadkach więcej niż jeden człon osłonowy może być zastosowany dla jednej ceramicznej bryły kompozytowej. Kształt tej części kompozytowej bryły ceramicznej jeżeli istnieje, która znajduje się na zewnątrz członu osłonowego, może być kontrlowany przez zastosowanie wypełniacza lub odpowiedniej części wypełniacza jako ukształtowanej formy wstępnej, jak opisano poniżej, albo przez umieszczenie złoża wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu w ukształtowanej przegrodzie, na przykład w przegrodzie z gipsu modelarskiego, jak opisano w innym opisie patentowym PL nr P. 265 520. Przegroda zatrzymuje wzrost materiału polikrystalicznego wytworzonego przez reakcję utleniania. Jak opisno, przegrodę taką jak gips modelarski, można nakładać również na powierzchnię formy wstępnej.

Metal macierzysty można umieszczać tak, aby uzyskać zbiornik metalu macierzystego, który uzupełnia pierwsze źródło metalu macierzystego w styku z bryłą lub masą wypełniacza. Bryła metalu macierzystego w zbiorniku płynie na zasadzie grawitacyjnej, aby uzupełnić źródłowy metal macierzysty, który został zużyty w procesie reakcji utleniania, przez co zapewnione jest, że całkowicie wystarczająca ilość metalu macierzystego jest dostępna dla kontynuowania procesu, aż na skutek reakcji utleniania powstanie żądana ilość materiału polikrystalicznego. Uzyskiwany w wyniku ceramiczny produkt kompozytowy zawiera objęty wypełniacz oraz samoistnie dopasowany człon osłonowy. Powierzchnie graniczne wyrobu z kompozytu ceramicznego w członie osłonowym mogą być określone przynajmniej częściowo przez kształt geometryczny powierzchni wewnętrznej lub powierzchni sprzężenia członu osłonowego, kiedy ten ostatni obejmuje wypełniacz lub jego część. W takim przypadku kształt kompozytu ceramicznego jest przystający do wewnętrznej powierzchni lub powierzchni sprzężenia członu osłonowego, który służy jako przegroda, a więc określa wewnętrzny kształt geometryczny struktury z kompozytu ceramicznego w taki sam sposób jak wewnętrzna powierzchnia formy określa zewnętrzny kształt geometryczny przedmiotu kształtowanego w niej.

W pewnych przykładach wykonania wynalazku metal macierzysty lub jego część nazywana bryłą źródła metalu macierzystego może być umieszczona wewnątrz złoża wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu lub w sprzężeniu z nim. Wypełniacz taki dostosowuje się do kształtu bryły źródła metalu macierzystego na skutek czego (jak wyjaśniono w opisie patentowym PL nr P 263 840 i zgłoszeniu patentowym nr P 267 239 i nr 896 157), w uzyskiwanej w wyniku ceramicznej strukturze kompozytowej zostaje utworzony negatywowy kształt lub jedna albo kilka wnęk, które odwrotnie odwzorowują kształt geometryczny bryły źródła metalu macierzystego. Bryła źródła metalu macierzystego może zawierać jeden lub kilka kawałków i może to być zwykły calinder, pręt, wlewek itp., albo też bryła ta może być odpowiednio ukształtowana za pomocą odpowiednich środków, na przykład może być to pręt metalu macierzystego, kęs lub wlewek odpowiednio obrabiany skrawaniem, odlany, formowany, wytłaczany lub inaczej kształtowany, aby uzyskać ukształtowaną bryłę źródła metalu macierzystego. Bryła źródła metalu macierzystego może zatem mieć jeden lub kilka rowków, otworów, zagłębień, pól, nadlewów, kołnierzy, gwintów śrubowych itp.

Alternatywnie lub ponadto może ona mieć jeden lub kilka kołnierzy, tulei, tarcz, prętów itp. połączonych z nią, aby uzyskać żądany kształt. Negatywowy kształt lub wnęka powstała w ten sposób w kompozytowej bryle ceramicznej będzie zawierać metal macierzysty lub będzie wypełniona takim metalem mecierzystym, który z powrotem krzepnie, gdy struktura jest ochładzana po procesie. Taki zakrzepły metal macierzysty można ewentualnie usuwać z negatywowego kształtu lub wnęki zawierającej go, jak opisano poniżej. Uzyskiwany w wyniku, ukształtowany produkt z kompozytu ceramicznego może więc zawierać wypełniacz objęty polikrystaliczną osnową ceramiczną i samoistnie dopasowany do jednego lub kilku członów osłonowych. Sama osnowa ceramiczna może ewentualnie zawierać jeden lub kilka nieutlenionych składników metalu macierzystego

156 549

Ί i/lub pustych przestrzeni oraz ma wybrany kształt geometryczny powierzchni. (Nieutlenionych składników metalu macierzystego ewentualnie rozproszonych w osnowie ceramicznej nie należy mylić z litym z powrotem zakrzepłym metalem macierzystym pozostającym w kształcie negatywowym lub we wnęce utworzonej w złożu wypełniacza przez bryłę metalu macierzystego).

Chociaż wynalazek został opisany poniżej w odniesieniu do aluminium jako korzystnego metalu macierzystego, inne odpowiednie metale macierzyste, które spełniają kryteria przedmiotowego wynalazku są to przykładowo, ale bez ograniczenia, krzem, tytan, cyna, cyrkon i hafn. Przykładowo, przy szczególnych przykładach realizacji przedmiotowego wynalazku, kiedy metalem macierzystym jest aluminium, produktem reakcji utleniania jest tlenek glinowy alfa lub azotek aluminium, a w przypadku tytanu jako metalu macierzystego, produktem reakcji utleniania jest azotek tytanu lub borek tytanu, zaś w przypadku krzemu jako metalu macierzystego, produktem reakcji utleniania jest węglik krzemu, borek krzemu lub azotek krzemu.

Można stosować utleniacz stały, ciekły lub w fazie pary, albo kombinację takich utleniaczy. Typowe utleniacze w fazie pary obejmują, bez ograniczenia, tlen, azot, chlorowiec, siarkę, fosfor, arsen, węgiel, bor, selen, tellur i ich związki oraz kombinacje, na przykład krzemionkę (jako źródło tlenu), metan, etan, propan, acetylen, etylen i propylen (jako źródło węgla) oraz mieszaniny takie jak powietrze, H2/H2O i CO/CO2, przy czym dwie ostatnie (to znaczy H2/H2O i CO/CO2) są użyteczne przy zmniejszaniu aktywności tlenu w środowisku. Struktura ceramiczna według wynalazku może zawierać produkt reakcji utleniania zawierający jeden lub więcej tlenków, węglików, azotków, borków i tlenoazotków. Mówiąc bardziej szczegółowo, produktem reakcji utleniania może być, na przykład jeden lub kilka związków z następującej grupy: tlenek glinowy, azotek glinowy, węglik krzemu, borek krzemu, borek glinowy, azotek tytanu, azotek cyrkonu, borek tytanu, borek cyrkonu, azotek krzemu, borek hafnu i tlenek cyny.

Chociaż można stosować dowolne odpowiednie utleniacze, poniżej opisano przykłady wykonania wynalazku w odniesieniu do zastosowania utleniaczy w fazie pary. Jeżeli stosuje się utleniacz gazowy lub parowy, to znaczy utleniacz w fazie pary, wypełniacz jest przepuszczalny dla utleniacza w fazie pary, tak że po wystawieniu złoża wypełniacza na utleniacz, utleniacz w fazie pary przenika złoże wypełniacza do styku z roztopionym metalem macierzystym w nim. Przykładowo, tlen lub mieszaniny gazowe zawierające tlen (łącznie z powietrzem) są korzystnymi utleniaczami w fazie pary, jak w przypadku, kiedy metalem macierzystym jest aluminium, przy czym powietrze jest korzystniejsze z oczywistych względów ekonomicznych. Kiedy utleniacz w fazie pary identyfikuje się jako zawierający określony gaz lub parę, oznacza to utleniacz, w którym ten gaz lub para jest jedynym, głównym lub przynajmniej znaczącym utleniaczem metalu macierzystego w warunkach otrzymywanych w zastosowanym środowisku utleniającym. Przykładowo, chociaż głównym składnikiem powietrza jest azot, tlen zawarty w powietrzu jest jedynym lub głównym utleniaczem dla metalu macierzystego, ponieważ tlen jest znacznie silniejszym utleniaczem niż azot. Powietrze podlega zatem definicji utleniacza „gaz zawierający tlen“ a nie definicji utleniacza „gaz zawierający azot“. Przykładem utleniacza „gaz zawierający azot w zastosowaniu tu i w zastrzeżeniach patentowych jest „gaz formujący, który zawiera 96% objętościowych azotu i 4% objętościowe wodoru.

Kiedy stosuje się utleniacz stały, jest on zwykle rozproszony w całym złożu wypełniacza lub w części złoża przy metalu macierzystym w postaci cząstek zmieszanych z wypełniaczem lub ewentualnie jako powłoki na cząstkach wypełniacza. Można zastosować dowolny utleniacz stały zawierający pierwiastki takie jak bor lub redukowalne związki, takie jak dwutlenek krzemu lub pewne borki o stabilności termodynamicznej niższej niż w przypadku borkowego produktu reakcji metalu macierzystego. Przykładowo, kiedy jako utleniacz stały dla aluminiowego metalu macierzystego stosuje się bor lub redukowalny borek, wynikowym produktem reakcji utleniania jest borek aluminium.

W pewnych przypadkach reakcja utleniania może przebiegać tak gwałtownie z utleniaczem stałym, że produkt reakcji utleniania ma tendencję do stapiania się na skutek egzotermicznej natury procesu. Zjawisko takie może pogarszać mikrostrukturalną jednorodność bryły ceramicznej. Takiej gwałtownej reakcji egzotermicznej można uniknąć przez domieszanie do składu stosunkowo obojętnych wypełniaczy, które mają niską zdolność reakcji. Wypełniacze takie pochłaniają ciepło reakcji, aby zmniejszyć do minimum uchodzenie ciepła. Przykładem takiego odpowiedniego

156 549 wypełniacza obojętnego jest wypełniacz identyczny jak zamierzony produkt reakcji utleniania.

Jeżeli stosuje się utleniacz ciekły, całe złoże wypełniacza lub jego część przy metalu macierzystym jest powleczone lub nasycone, na przykład przez zanurzenie w utleniaczu, aby przesycić wypełniacz. Określenie „utleniacz ciekły oznacza taki utleniacz, który jest cieczą w warunkach reakcji utleniania, a więc utleniacz ciekły może mieć stały prekursor, na przykład sól, która roztapia się w warunkach reakcji utleniania. Alternatywnie utleniacz ciekły może mieć prekursor ciekły, na przykład roztwór materiału, który stosuje się do nasycania części lub całości wypełniacza i który roztapia się lub rozkłada w warunkach reakcji utleniania, aby powstała odpowiednia cząsteczka utleniacza. Przykładami utleniaczy ciekłych według tej definicji są szkła o niskiej temperaturze topnienia.

Utleniacz, który jest cieczą lub ciałem stałym w warunkach procesu, może być stosowany w połączeniu z utleniaczem w fazie pary. Takie dodatkowe utleniacze mogą być szczególnie korzystne dla wspomagania utleniania metalu macierzystego, głównie w złożu wypełniacza lub w formie wstępnej, a nie poza jej powierzchniami granicznymi. Oznacza to, że zastosowanie takich dodatkowych utleniaczy może spowodować powstanie w formie wstępnej środowiska bardziej korzystnego dla kinetyki utleniania metalu macierzystego niż środowisko na zewnątrz formy wstępnej. Takie wspomagane środowisko korzystnie wspiera powstawanie osnowy w formie wstępnej do granicy, a zmniejsza do minimum przerastanie.

W złożu cząstkowego materiału objętościowego, który jest obojętny lub nieprzepuszczalny dla roztopionego metalu macierzystego, może być korzystnie zawarta bryła zbiornika metalu macierzystego. Złoże materiału obojętnego będzie więc zawierać roztopiony zbiornikowy metal macierzysty, który będzie podawany, typowo poprzez otwór w dnie złoża materiału obojętnego, do bryły źródłowej umieszczonej w złożu materiału wypełniacza. Przykładowo, cylindryczny lub półkulisty wlewek stanowiący bryłę zbiornika metalu macierzystego można umieścić w złożu wypełniacza z wystawaniem jego części ponad bryłę.

Alternatywnie metal macierzysty można stosować niezależnie od kształtowania go i odwrotnego odwzorowywania jego kształtu lub jego części w ceramicznej bryle kompozytowej. Można więc stosować dowolną postać metalu macierzystego, jeżeli kształt metalu macierzystego nie ma być odwrotnie odwzorowany w ceramicznej bryle kompozytowej. Roztopiony metal macierzysty stykający się z masą wypełniacza może być w takich przypadkach stosowany jako roztopiony metal lub kęs albo wlewek o dowolnym dogodnym dostępnym kształcie. Złoże wypełniacza może stanowić złoże wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu lub ukształtowaną formę wstępną z wypełniacza. Kształt zestawu może być taki, aby początkowo zapewnić wystarczający zapas metalu macierzystego w styku z wypełniaczem, albo też można zastosować bryłę zbiornika metalu macierzystego dla uzupełniania źródła metalu macierzystego stykającego się z wypełniaczem, kiedy roztopiony metal macierzysty migruje w wypełniacz.

Jeżeli z bryły zbiornika do bryły źródła, która umieszczona jest w wypełniaczu dostosowującym się pod względem kształtu lub w sprzężeniu z takim wypełniaczem, dostarczana jest wystarczająca ilość roztopionego metalu, wówczas po zakończeniu reakcji, gdy produkt reakcji utleniania wzrośnie do żądanej wielkości, nieutleniony roztopiony metal macierzysty z powrotem krzepnie, a wnęka lub negatywowy kształt w strukturze ceramicznej zostaje wypełniony zakrzepłym metalem macierzystym. Jeżeli jednak dostarczanie metalu macierzystego jest niewystarczające dla utrzymania wnęki lub negatywowego kształtu w stanie wypełnionym metalem macierzystym, wówczas wnęka lub negatywowy kształt może być pusty, albo tylko częściowo wypełniony zakrzepłym metalem macierzystym. Taki zakrzepły metal macierzysty można, jeżeli trzeba, usuwać z wnęki lub negatywowego kształtu w wyrobie z kompozytu ceramicznego w późniejszej operacji, aby uzyskać kształtkę kompozytową posiadającą wewnątrz pustą wnękę lub kształt, który odwrotnie odwzorowuje kształt geometryczny bryły źródła metalu macierzystego.

Wypełniacz stosowany w praktycznej realizacji przedmiotowego wynalazku może być jednym lub kilkoma z wielu różnych materiałów odpowiednich dla tego procesu. Wypełniacz może być wypełniaczem „dostosowującym się pod względem kształtu, które to określenie w zastosowaniu tu i w zastrzeżeniach patentowych oznacza, że wypełniacz jest taki, że można go umieścić w poje156 549 mniku i dostosuje się on do kształtu wnętrza tego pojemnika. Wypełniacz taki może również dostosować się do umieszczonej w nim lub w sprzężeniu z nim bryły źródła metalu macierzystego. Przykładowo, jeżeli wypełniacz zawiera materiał cząstkowy, taki jak drobne ziarna ogniotrwałego tlenku metalu, na przykład tlenku glinowego, wypełniacz będzie dostosowywać się do kształtu wnętrza pojemnika lub członu osłonowego, w którym jest umieszczony. Aby wypełniacz był wypełniaczem dostosowującym się pod względem kształtu nie jest jednak konieczne, by był on w postaci drobnoziarnistej. Przykładowo, wypełniacz może występować w postaci włókien, takich jak krótko cięte włókna lub w postaci materiału włóknistego w rodzaju waty, na przykład w rodzaju waty stalowej. Wypełniacz może również zawierać kombinację dwóch lub więcej takich kształtów geometrycznych, na przykład kombinację małych ziaren i włókien. Aby uzyskać taki wypełniacz dostosowujący się pod względem kształtu trzeba jedynie, aby konfiguracja fizyczna wypełniacza była taka, by mógł on wypełniać i dostosowywać się pod względem kształtu do wewnętrznej powierzchni pojemnika z przegrodą, w którym jest on umieszczony. Taki wypełniacz dostosowujący się pod względem kształtu będzie również ściśle dostosowywał się do powierzchni bryły metalu macierzystego lub jej części, która jest umieszczona w masie wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu lub w sprzężeniu z nim. Można stosować dowolny użyteczny kształt lub kombinację kształtów wypełniacza, na przykład wydrążone bryłki, cząstki, proszki, włókna, wiskery, kulki, pęcherzyki, wełnę stalową, płytki, agregaty, druty, pręty, granulki, rurki, tkaninę z włókien ogniotrwałych lub ich mieszaniny.

Wypełniacz może również stanowić ukształtowaną formę wstępną, która ma dowolny określony lub potrzebny kształt i wielkość nadane jej dowolnym konwencjonalnym sposobem, na przykład przez odlewanie z gęstwy, kształtowanie wtryskowe, prasowanie przetłoczne, kształtowanie próżniowe itp., przez obróbkę dowolnego odpowiedniego materiału wypełniacza typu bardziej szczegółowo opisanego w innej części tego opisu. Forma wstępna z wypełniacza, która jest przepuszczalna dla wzrostu w nią materiału polikrystalicznego otrzymywanego przez utlenienie metalu macierzystego utleniaczami w fazie pary może zawierać lub mieć umieszczony w niej utleniacz stały i/lub ciekły, które mogą być stosowane w połączeniu z utleniaczem w fazie pary. Forma wstępna ma powierzchnię graniczną i powinna zachowywać wystarczającą integralność kształtu i wytrzymałość w stanie surowym, aby zapewnić dokładność wymiarów po infiltracji osnową ceramiczną, mimo że jest dostatecznie przepuszczalna, aby umożliwić wzrost osnowy polikrystalicznej. Korzystnie wypełniacze formy wstępnej mają porowatość 5-9% objętościowych, korzystniej 25-50%. Porowata forma wstępna korzystnie powinna być zdolna do zwilżania jej roztopionym metalem macierzystym przy warunkach temperaturowych procesu, aby wspierać rozwój materiału polikrystalicznego w wypełniaczu formy wstępnej, w celu wytworzenia ceramicznego wyrobu kompozytowego o wysokiej integralności i dobrze określonych granicach.

Wypełniacze, z których wykonana jest forma wstępna, takie jak proszki ceramiczne lub cząstki, mogą być spojone dowolnym odpowiednim spoiwem, na przykład alkoholem poliwinylowym itp., które nie zakłóca reakcji według wynalazku ani nie pozostawia niepożądanych resztkowych produktów ubocznych w ceramicznym wyrobie kompozytowym. Można przykładowo stosować odpowiednie cząstki, takie jak węglik krzemu lub tlenek glinowy, mające ziarno odpowiadające numerowi sita 10-100 lub drobniejsze, albo też mieszaninę wielkości ziaren i typów. Cząstki mogą być formowane za pomocą znanych sposobów, takich jak formowanie zawiesiny cząstek w spoiwie organicznym, wylewanie zawiesiny w formę i następnie pozostawienie do wysuszenia w podwyższonej temperaturze.

Mówiąc bardziej szczegółowo, jeśli chodzi o odpowiednie materiały, które można stosować dla wytwarzania przepuszczalnej formy wstępnej, na wypełniacz przepuszczalnej formy wstępnej odpowiednie są materiały należące do trzech klas wypełniaczy opisanych w innej części tego opisu.

Niezależnie od tego, czy wypełniacz ma postać formy wstępnej, czy jest to luźno upakowane złoże lub masa wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu, jeden lub kilka członów osłonowych częściowo lub całkowicie obejmuje lub otacza wypełniacz, tak że wzrost materiału polikrystalicznego obejmującego wypełniacz rozciąga się do powierzchni sprzężenia członów osłonowych, aby samoistnie dopasować skurczowo człony osłonowe do ceramicznej struktury kompozytowej. Człon osłonowy można wykonać z dowlonego odpowiedniego materiału i może mieć on dowolny żądany kształt zdolny do osłonienia przynajmniej części wypełniacza. Przykła10

156 549 dowo, człon ten może być wykonany z metalu takiego jak stal lub stal nierdzewna, albo stop niklowy, taki jak sprzedawany pod nazwą handlową „Inconel. Człon osłonowy może być perforowany, albo może być konstrukcją otworowaną w celu umożliwienia przepływu utleniacza w fazie pary. W pewnych przypadkach może być pożądane lub konieczne powleczenie członu osłonowego, aby wyposażyć go w warstwę chroniącą ten człon przed utlenianiem, działaniem metalu macierzystego i/lub wypełniacza w warunkach procesu.

Nawiązując do rysunku, fig. 1 przedstawia zestaw 10 posiadający komorę zbiornikową 12 i człon osłonowy 14 umieszczony poniżej i dołączony do komory zbiornikowej 12 poprzez otwór (bez oznaczenia cyfrowego) w dnie 28 komory zbiornikowej 12. Człon osłonowy 14 złożony jest z siatki 16 i perforowanego cylindra 18, który podobnie jak siatka 16 ma zasadniczo kształt cylindryczny. Wewnętrzna powierzchnia sprzężenia członu osłonowego 14 określona jest przez siatkę 16 (fig. 1 i 1A) zawartą w perforowanym cylindrze 18 i wzmocnioną przez ten cylinder. Cylinder 18 służy jako zewnętrzny, sztywny człon, który wzmacnia cylindryczną siatkę 16 i ma wykonane perforacje 20 (fig. 1A). Cylinder 18 jest wystarczająco sztywny, aby utrzymywał podczas procesu kształt złoża 38 zawartego w nim wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu. Siatka 16 może być wykonana z tkaniny ogniotrwałej lub metalu, na przykład w postaci siatki ze stali nierdzewnej. W przedstawionym przykładzie wykonania jest to tkana siatka ze stali nierdzewnej o otwartych oczkach, przy czym wiele jej otworów jest usytuowanych zgodnie z perforacjami 20 cylindra 18, tak, że człon osłonowy 14 jest otworowany i dlatego umożliwia wchodzenie atmosfery z otoczenia. W miejscach usytuowanych w odstępach wokół zewnętrznej powierzchni cylindra 18 umieszczonych jest wiele kątownikowych wsporników żelaznych 22 utrzymywanych za pomocą pierścieni zaciskowych 32, aby wzmocnić konstrukcję. Podstawa 24, która może być albo konstrukcją litą, albo otworowaną, zamyka dno członu osłonowego 14.

Komora zbiornikowa 12, która ma również kształt cylindryczny i ma średnicę większą niż człon osłonowy 14, zamknięta jest przez ścianki zbiornika 26 i dno 28, które nie są perforowane. W przedstawionym przykładzie wykonania złoże 60 cząstkowego materiału obojętnego wspiera bryłę 34 zbiornika metalu macierzystego w komorze zbiornikowej 12. Bryła zbiornika 34 ma górną część o zasadniczo cylindrycznym kształcie dołączoną do zwężającej się do wewnętrz, stożkowo ukształtowanej części, od której odstaje przedłużenie do styku, przy dnie 28, z bryłą źródła 36, która ma podłużny, zasadniczo cylindryczny kształt i średnicę znacznie mniejszą niż średnica bryły zbiornika 34. Bryła źródła 36 ma szereg złożony z trzech cylindrycznych lub krążkowych występów 36a, 36b i 36c i jest umieszczona w złożu wypełniacza 38 zawartym w członie osłonowym 14.

Człon osłonowy 14 jest wypełniony złożem wypełniacza 38 dostosowującego się pod względem kształtu, w którym umieszczona jest bryła źródła 36 i wystaje jako cylindryczny rdzeń metalu macierzystego w osłonę z materiału złoża wypełniacza. Bryła źródła 36 i/lub wypełniacz 38 mogą być traktowane domieszką lub mogą zawierać domieszkę, aby ułatwić reakcję utleniania. Jedną lub kilka domieszek można stosować stopowo w metalu macierzystym, a jedną lub kilka domieszek można nakładać z zewnątrz na bryłę źródła 36 lub jej części. Ponadto lub dodatkowo jedną lub kilka domieszek można podawać do wypełniacza 38, przynajmniej w sąsiedztwie bryły źródła 36. Cząstkowy materiał obojętny 30 w komorze zbiornikowej 12 jest niezwilżalny przez roztopiony metal macierzysty, a zatem jest obojętny i nie przepuszczalny dla przepływu roztopionego metalu macierzystego poprzez ten materiał, tak że nie ma możliwości powstawania lub wzrostu produktu reakcji utleniania poprzez złoże obojętnego materiału 30. Zbiornik roztopionego materiału macierzystego zapewnia grawitacyjny przepływ w bryłę źródła 36, aby uzupełniać metal macierzysty, który infiltrował i został utleniony w złożu 38 wypełniacza dostosowującego się pod względem kształtu. Przykładowo, w przypadku aluminiowego metalu macierzystego, materiał obojętny 30 może stanowić ziarnisty materiał El Alundum, produkt Norton Company.

W pewnych przypadkach może być pożądane odizolowanie lub chronienie komory zbiornikowj 12 przed otaczającą atmosferą. W takich przypadkach można zastosować płytę pokrywy zbiornika przy górnym otworze komory zbiornikowej 12 w stosunku do otaczającej atmosfery oraz można zastosować płytę uszczelniającą dla zamykania otworu (bez oznaczenia cyfrowego) pomiędzy komorą zbiornikową 12 a członem osłonowym 14, z wyjątkiem otwierania, aby przepuścić przez ten otwór metal macierzysty.

Przy ubijaniu złoża wypełniacza 38 dostosowującego się pod względem kształtu w członie osłonowym 14 wypełniacz ten dostosowuje się do powierzchni wewnętrznej lub powierzchni

156 549 sprzężenia członu 14 określonej przez siatkę 16, przy czym wewnętrzny kształt członu osłonowego 14 stanowi powierzchnię graniczną złoża wypełniacza i członu, z którym ceramiczna struktura kompozytowa zostaje samoistnie spasowana skurczowo. Ponadto takie ubijanie dostosowuje również wypełniacz do kształtu bryły źródła 36, tak że bryła ta określa i wypełnia ukształtowaną wnękę wewnątrz masy wypełniacza 38 dostosowującego się pod względem kształtu.

Zestaw 10 umieszcza się w piecu, który zawiera odpowiedni utleniacz w fazie pary, lub w który utleniacz taki jest wyprowadzany, jeżeli stosuje się go. (W innym przypadku stosuje się gaz obojętny lub próżnię). Utleniacz w fazie pary może zawierać powietrze atmosferyczne, a w takim przypadku można zastosować odpowiednie otwory wentylacyjne w piecu, aby doprowadzić źródło utleniacza w fazie pary po prostu przez wpuszczenie powietrza do wnętrza pieca. Zestaw 10 złoża wypełniacza może być wsparty w położeniu pionowym w piecu za pomocą dowolnych odpowiednich elementów wsporczych (nie pokazane). Komora zbiornikowa 12 utrzymywana jest powyżej członu osłonowego 14, tak że roztopiony metal macierzysty przypływa na zasadzie grawitacji z bryły zbiornika 34 do bryły źródła 36. Utleniacz w fazie pary przenika w złoże wypełniacza 38 dostosowującego się pod względem kształtu poprzez perforacje 20 cylindra 18 i otwory w siatce 16.

Wzrost produktu reakcji utleniania postępuje, jak opisano powyżej, w miarę jak roztopiony metal jest przeciągany poprzez rosnącą bryłę produktu reakcji utleniania, aby był utleniany na powierzchni tej bryły i aby powstawał dodatkowy produkt reakcji utleniania. Kiedy rosnący materiał polikrystaliczny osiągnie otworowaną siatkę 16 dalszy jego wzrost zostaje zatrzymany przez przegrodę utworzoną przez siatkę 16 wspartą przez cylinder 18. Materiał polikrystaliczny rośnie więc całkowicie wypełniając człon osłonowy 14, a więc zostaje samoistnie dopasowany do niego. Ponieważ wzrost materiału polikrystalicznego zostaje zatrzymany przez przegrodę skutecznie utworzoną przez człon osłonowy 14, zatem materiał ten całkowicie wypełnia ten człon i jest samoistnie dopasowany do niego. Rosnący materiał polikrystaliczny jest zasadniczo całkowicie dopasowany pod względem kształtu do członu osłonowego, tak że jest bezpiecznie utrzymywany, a po ochłodzeniu jest zamknięty w tym członie. Ponadto, kiedy calinder 18 zawiera materiał o większym współczynniku rozszerzalności cieplnej niż bryła kompozytu ceramicznego, na przykład kiedy zawiera on metal taki jak stal nierdzewna lub stop niklu, taki jak stop Inconel, a bryła kompozytowa ma skład według przykładu 1, wówczas otrzymuje się również termiczne pasowanie skurczowe. Kiedy zestaw ogrzany jest do temperatury reakcji, cylinder ze stali nierdzewnej lub stopu niklu rozszerza się, a materiał polikrystaliczny rosnąc wypełnia ten rozszerzony cieplnie cylinder. Po ochłodzeniu zestawu następuje skurcz zarówno struktury kompozytu ceramicznego, jak i cylindra osłonowego. Ponieważ jednak rozszerzalność cieplna i skurcz cylindra 18 ze stali lub ze stopu niklu jest znacznie większy niż większości materiału ceramicznego struktury 40, otrzymuje się ciasne pasowanie skurczowe cylindra 18 wokół ceramicznej struktury kompozytowej 40, gdy struktura ta ochładza się po zakończeniu procesu, co polepsza właściwości struktury ceramicznej 40 przez wywieranie na nią korzystnego naprężenia wstępnego.

Wyjmowanie ceramicznej struktury kompozytowej można osiągnąć przez rozmontowanie zespołu 10 złoża wypłeniacza. Zwolnienie pierścieni zaciskowych 32 spowoduje zwolnienie kątownikowych wsporników żelaznych 22 i umożliwi oddzielenie od nich i od podstawy 24 ceramicznej struktury kompozytowej 40 z członem osłonowym 14 dopasowanym samoistnie skurczowo wokół niej. Człon osłonowy 14 jest więc na stałe osadzony na ceramicznej strukturze kompozytowej 40. Ceramiczna struktura kompozytowa 40 może być cięta poprzecznie przy lub w pobliżu górnej części (patrząc na fig. 1) członu osłonowego 14, aby uzyskać zasadniczo cylindryczną, osłoniętą ceramiczną strukturę kompozytową pokazaną na fig. 2. Ceramiczna struktura kompozytowa 40 ma wewnętrzny otwór 42, który jest odwrotnym odwzorowaniem kształtu bryły źródła 36 i zawiera szereg złożony z trzech powiększonych komór (tylko dwie 42a i 42b pokazane na fig. 2). Te powiększone komory stanowią odwrotne odwzorowanie cylindrycznych występów 36a, 36b i 36c bryły źródła 36. Zakrzepły metal macierzysty, który powstaje w otworze 42, kiedy zestaw chłodzi się po zakończeniu reakcji utleniania, można usunąć dowolnym odpowiednim sposobem, jeżeli jest to potrzebne. Przykładowo, można wywiercić otwór o średnicy w przybliżeniu równej średnicy otworu 42, aby usunąć masę zakrzepłego metalu macierzystego, a pozostały metal macierzysty, głównie w powiększonych komorach, np. 42a i 42b, można usunąć przez rozpuszczenie chemiczne.

156 549

Przykładowo, w przypadku aluminiowego metalu macierzystego można zastosować kwas solny. Kwas solny rozpuszcza aluminium, ale nie ma szkodliwego wpływu na ceramiczną strukturę kompozytową. W pewnych przypadkach może być pożądane pozostawienie rdzenia metalu macierzystego lub jego części na miejscu, aby uzyskać gotowy wyrób z metalowym rdzeniem.

Zewnętrzna powierzchnia ceramicznej struktury kompozytowej 40 jest dostosowana kształtem do wewnętrznej cylindrycznej powierzchni siatki 16, to znaczy jest przystająca do niej, a szorstka lub teksturowana powierzchnia przenikająca w sploty siatki pomaga w utrzymywaniu samoistnie dopasowanego skurczowo członu osłonowego, to znaczy członu osłonowego 14 na miejscu. Na cylindrze 18 można zastosować zwrócone do wewnątrz występy, aby wzmocnić samoistne dopasowanie. Dla niektórych kształtów członu osłonowego 14 może być konieczne lub pożądane zastosowanie za pomocą połączenia kolankowego jednego lub kilku dodatkowych zbiorników metalu, dla wprowadzenia roztopionego metalu macierzystego w kilku punktach do bryły źródła 36, aby ułatwić wzrost produktu reakcji utleniania poprzez całą objętość złoża wypełniacza 38.

Jak przedstawiono na fig. 2 i 2A człon osłonowy, na przykład zawierający cylinder 18 samoistnie dopasowany skurczowo wokół ceramicznej struktury kompozytowej 40, może służyć jako element, na którym można zamontować drugi człon. Fig. 2 i 2A przedstawiają przykład wykonania, w którym ceramiczna struktura kompozytowa posiadająca na niej człon osłonowy 14 ma ponadto kołnierzowy człon rurowy 44 zamontowany na członie osłonowym 14. Uzyskuje się to przez wyposażenie osłoniętej struktury ceramicznej w człon rurowy 14, który ma kołnierz 44a przy jednym swym końcu. Człon rurowy 44 może być litą, nieperforowaną konstrukcją, taką jak odcinek rury i może mieć drugi kołnierz (nie pokazany) przymocowany do jej końca przeciwległego w stosunku do końca, na którym zamocowany jest kołnierz 44a, aby uzyskać kołnierzowy przewód posiadający rdzeń z ceramicznej struktury kompozytowej, poprzez który przebiega otwór 42. Człon rurowy 44 może być zgrzewany punktowo przy zewnętrznej powierzchni kołnierza 44a (i przy jego przeciwległym końcu) z perforowanym cylindrem 18, jeżeli jest to pożądane lub potrzebne.

Zaletą konstrukcji przedstawionej na fig. 2 i 2a jest umożliwienie wzrostu ceramicznej konstrukcji kompozytowej do sprzężenia z ogrzanym, rozszerzonym cieplnie, perforowanym cylindrem 18, aby po ochłodzeniu uzyskać ceramiczną strukturę rdzeniową otoczoną metalem dopasowanym skurczowo. Zaleta sposobu według wynalazku w stosunku do znanych sposobów skurczowego dopasowania tulei metalowej wokół uprzednio istniejącego rdzenia ceramicznego polega na wymaganiu w znanych sposobach osiągania bardzo dokładnych tolerancji średnicy zewnętrznej rdzenia ceramicznego i średnicy wewnętrznej tulei metalowej. Te dokładne tolerancje są konieczne, aby różnica rozszerzalności cieplnej i skurczu pomiędzy rdzeniem ceramicznym a tuleją metalową leżała w wąskim zakresie, który umożliwi nasunięcie ogrzanej tulei na ceramiczny rdzeń, a po ochłodzeniu skurcz zapewniający właściwą wartość siły zaciskającej rdzeń ceramiczny. Dokładne tolerancje są ponadto wymagane dla uzyskania dokładnej zgodności pomiędzy powierzchnią metalu a powierzchnią ceramiki, by uniknąć dużych naprężeń stykowych, które mogą spowodować pęknięcie bryły ceramicznej.

Sposób według przedmiotowego wynalazku nie wymaga obróbki skrawaniem rdzenia ceramicznego i cylindra metalowego dla uzyskania takich dokładnych tolerancji. Zamiast tego wybiera się cylinder metalowy o odpowiedniej średnicy i hoduje się ceramiczną strukturę kompozytową w i do wewnętrznej powierzchni cylindra, aby uzyskać ścisłe dopasowanie do niego. Cylinder lub wewnętrzne wyłożenie cylindra tworzy przegrodę, do której, ale nie poza nią, wzrasta produkt reakcji utleniania, przez co zapewnione jest dokładne, samoistne dopasowanie. Przy odpowiedniej różnicy rozszerzalności cieplnej pomiędzy calindrem a ceramiczną bryłą kompozytową po ochłodzeniu zestawu powstaje właściwy poziom naprężenia wstępnego. W przypadkach, kiedy metal osłaniający nie musi tworzyć konstrukcji perforowanej, można założyć tuleję lub odcinek rurowy o odpowiedniej konstrukcji nieperforowanej, jak pokazano na fig. 2 i 2a w postaci członu rurowego 44.

Ceramiczna struktura kompozytowa, do której człon osłonowy jest samoistnie dopasowany skurczowo, zawiera, jak zaznaczono powyżej, ceramiczną osnowę obejmującą wypełniacz, który może być wypełniaczem dostosowującym się pod względem kształtu lub ukształtowaną bryłą formy wstępnej, jak opisano szczegółowo powyżej. Jedna odpowiednia klasa składnika wypełnia156 549 cza zawiera takie chemikalia, które przy temperaturze i warunkach utleniających procesu nie są lotne, są termodynamicznie stabilne i nie reagują ani nie rozpuszczają się nadmiernie w roztopionym metalu macierzystym. Fachowcom znanych jest wiele materiałów spełniających takie warunki w przypadku, kiedy stosuje się aluminiowy metal macierzysty i powietrze lub tlen jako utleniacz. Materiały takie obejmują tlenki pojedynczych metali: aluminium, AI2O3; ceru, COO2; hafnu, HfO2; lantanu, La2O3; neodymu, Nd2O3; prazeodymu; różne tlenki; samaru, S1TI2O3; skandu, SC2O3; toru, ThCh; uranu, UO2; itru, Y2O3; oraz cyrkonu, ZO2. Ponadto ta klasa stabilnych związków ogniotrwałych obejmuje dużą liczbę związków metalicznych drugiego, trzeciego i wyższych rzędów, takich jak spinel magnezowo-aluminiowy, MgO · AI2O3.

Druga klasa odpowiednich wypełniaczy lub składników wypełniaczy to te, które nie są samoistnie stabilne w środowisku utleniającym i przy wysokiej temperaturze korzystnego przykładu wykonania, ale które, ze względu na stosunkowo powolną kinetykę reakcji rozpadu, mogą być zawarte jako faza wypełniacza we wzrastającej bryle ceramicznej. Przykładem o znaczeniu przemysłowym jest SiC. Materiał ten utleniłby się całkowicie w warunkch potrzebnych dla utleniania aluminium tlenem lub powietrzem według wynalazku, gdyby nie ochronna warstwa dwutlenku krzemu tworząca się na cząstkach SiC, aby ograniczyć dalsze utlenianie SiC. Ochronna warstwa dwutlenku krzemu umożliwia również spiekanie się lub spajanie cząstek SiC ze sobą i z innymi składnikami wypełniacza.

Trzecia klasa odpowiednich materiałów wypełniacza to takie jak włókna węglowe, od których ze względów termodynamicznych lub kinetycznych nie oczekuje się przetrzymywania w środowisku utleniającym, potrzebnym dla praktycznej realizacji przykładów wykonania wynalazku lub przy wystawieniu na działanie roztopionego aluminium, ale które mogą być czynione kompatybilnymi z procesem według przedmiotowego wynalazku, jeżeli 1/ środowisko uczyni się mniej aktywnym, na przykład przez zastosowanie H2O łub CO/CO2 jako gazów utleniających lub 2/ przez nałożenie powłoki, na przykład z tlenku glinowego, która czyni te środki kinetycznie niereagującymi w środowisku utleniającym.

Ogólnie, wśród wypełniaczy, które jak stwierdzono są użyteczne, znajdują się: tlenek glinowy, krzemionka, węglik krzemu, tlenoazotek krzemo-glinowy, tlenek cyrkonu, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, glinian magnezowy, stopy żelaza, stop żelazo-chrom-aluminium, węgiel i aluminium.

Jako dalszy przykład wykonania wynalazku i jak wyjaśniono w zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela dodanie materiałów domieszkujących do metalu może korzystnie wpłynąć na proces reakcji utleniania. Funkcja lub funkcje materiału domieszkującego mogą zależeć od pewnej liczby czynników innych niż sam materiał domieszkujący. Czynniki te obejmują przykładowo określony metal macierzysty, żądany produkt końcowy, określoną kombinację domieszek, jeżeli stosuje się dwie lub więcej domieszek, zastosowanie domieszki podawanej z zewnątrz w połączeniu z domieszką stopową, stężenie domieszki, środowisko utleniające i warunki procesu.

Domieszkę lub domieszki (1) można stosować jako składniki stopowe metalu macierzystego, (2) można nakładać na przynajmniej część powierzchni bryły metalu macierzystego, albo (3) można podawać do wypełniacza lub do części złoża wypełniacza sąsiadującej z bryłą źródła metalu macierzystego, albo też można stosować dowolną kombinację dwóch lub więcej sposobów (1), (2) i (3) . Przykładowo, jedną lub kilka domieszek wprowadzonych stopowo w metal macierzysty można stosować w połączeniu z jedną lub kilkoma domieszkami podawanymi zewnętrznie na całość lub na część powierzchni bryły metalu macierzystego. W przypadku sposobu (3), kiedy domieszkę lub domieszki podaje się do wypełniacza, podawanie takie może być realizowane w dowolny odpowiedni sposób, na przykład przez dyspergowanie domieszek w części lub w całej masie wypełniacza jako powłoki na cząstkach wypełniacza lub w postaci ziarnistej, korzystnie w przynajmniej tej części złoża wypełniacza, która bezpośrednio sąsiaduje z bryłą metalu macierzystego. Podawanie jednej z domieszek do wypełniacza może również odbywać się przez nakładanie warstwy jednego lub kilku materiałów domieszkujących na lub w złoże wypełniacza, łącznie z jego wewnętrznymi otworami, przestrzeniami międzywęzłowymi, kanałami, przestrzeniami pośrednimi itp., które czynią ten wypełniacz przepuszczalnym.

Wygodnym sposobem podawania materiału domieszkującego jest nasycenie całego złoża wy^pe^łmacza riecz^ą (na ^przyk^ła^d roztworem) materiału ^domⁱeszkujące^go. Zr^ódło tomiesztó można

156 549 również utworzyć przez umieszczenie sztywnej bryły domieszki w styku z i pomiędzy przynajmniej częścią powierzchni metalu macierzystego a złożem wypełniacza. Przykładowo, cienką warstwę szkła zawierającego krzem (użyteczne jako domieszka dla utleniania aluminiowego metalu macierzystego) można umieścić na powierzchni metalu macierzystego. Kiedy aluminiowy metal macierzysty, który może być wewnętrznie domieszkowany magnezem (pokryty materiałem zawierającym krzem) zostanie roztopiony w środowisku utleniającym (na przykład w przypadku aluminium w powietrzu przy temperaturze 850-1450°C, korzystnie 900-1350°C) następuje wzrost materiału polikrystalicznego w przepuszczalne złoże.

W przypadku, gdy domieszka jest nakładana z zewnątrz na przynajmniej część powierzchni metalu macierzystego, 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 nakładać z zewnątrz na powierzchnię metalu macierzystego i/lub na przepuszczalne złoże. Dodatkowo domieszki stopowe w metalu macierzystym i/lub podawane z zewnątrz na metal macierzysty można wspomagać domieszkami podawanymi do złoża wypełniacza. Wszelkie braki w stężeniu domieszek stopowych w metalu macierzystym i/lub podawanych z zewnątrz do metalu macierzystego można uzupełniać poprzez dodatkowe stężenie odpowiednich domieszek podawanych do złoża i vice versa.

Domieszki użyteczne dla aluminiowego metalu macierzystego, zwłaszcza kiedy utleniaczem jest powietrze, obejmują magnez, cynk i krzem, albo oddzielnie, albo w kombinacji ze sobą lub w kombinacji z innymi domieszkami, jak opisano w niniejszym opisie. Metale te lub odpowiednie źródło tych metali mogą być wprowadzane stopowo w metal macierzysty na bazie aluminium ze stężeniami dla każdego z nich 0,1-10% wagowych całkowitego ciężaru uzyskiwanego w wyniku metalu domieszkowanego. Te materiały domieszkujące lub odpowiednie ich źródło, na przykład MgO, ZnO lub SiO2 mogą być używane zewnętrznie na metal macierzysty. Można zatem uzyskać strukturę ceramiczną z tlenku glinowego dla stopu aluminium-krzem, jako metalu macierzystego, stosując powietrze jako utleniacz przy użyciu MgO jako domieszki powierzchniowej w ilości większej niż około 0,0008 g na gram metalu macierzystego, który ma być utleniany i większej niż około ^{0,003 g} na cm^{2 p}owierzc^hm metalu macerzystego na ktc>r^ą nakłada s^{ię MgO}.

Dodatkowe przykłady materiałów domieszkujących skutecznych z aluminiowymi metalami macierzystymi utlenianymi powietrzem obejmują sód, german, cynę, ołów, lit, wapń, bor, fosfor i itr, które można stosować oddzielnie lub w połączeniu z jedną lub kilkoma domieszkami zależnie od utleniacza i warunków procesu. Pierwiastki ziem rzadkich, takie jak cer, lantan, prazeodym, neodym i samar są również użytecznymi domieszkami, znowu zwłaszcza kiedy są stosowane w kombinacji z innymi domieszkami. Wszystkie te materiały domieszkujące, jak wyjaśniono w zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela, są skuteczne we wspomaganiu wzrostu polikrystalicznego produktu reakcji utleniania dla systemów z metalem macierzystym na bazie aluminium.

Ceramiczne struktury kompozytowe otrzymane przez praktyczną realizację przedmiotowego wynalazku będą zwykle gęstą, spójną masą, w której 5-98% całej objętości struktury kompozytowej złożone jest z jednego lub kilku składników wypełniacza objętych polikrystalicznym materiałem osnowy. Ten polikrystaliczny materiał osnowy jest zwykle złożony, kiedy metalem macierzystym jest aluminium, a utleniaczem jest powietrze lub tlen, z 60-98% wagowych (ciężaru materiału polikrystalicznego) złączonego tlenku glinowego alfa i 1-40% wagowych (na tej samej podstawie) nieutlenionych składników metalu macierzystego.

Wstępne naprężenia zapewniane przez przedmiotowy wynalazek są szczególnie odpowiednie dla projektowania i wytwarzania wewnętrznie sprzężonych brył, takich jakie mogą być stosowane, na przykład jako lufy broni palnej. Lufy typowo podlegają wewnątrz działaniu środowiska pod bardzo wysokim ciśnieniem, łącznie z erozją, korozją i ścieraniem stykowym, a równocześnie wymagają dokładnej tolerancji, prostości i w wielu przypadkach geometrycznego kształtu gwintu. Sposobem podobnym do przedstawionego w przykładzie 1 można wytwarzać gwintowaną ceramiczną strukturę kompozytową lub z otworem niegwintowanym, która zawiera metalową tuleję dopasowaną skurczowo, tak aby kompozyt był poddany ściskaniu. Po wystrzale lufa zostaje poddana działaniu ciśnienia, które najpierw likwiduje naprężenia ściskające w kompozycie ceramicznym, a dopiero potem powstają naprężenia rozciągające w lufie. Na skutek tego kompozyt ceramiczny może być znacznie bardziej wytrzymały na rozciąganie przy określonym kształcie niż w

156 549 15 przypadku konstrukcji bez naprężeń wstępnych. Kompozyty ceramiczne o składzie podobnym jak w przykładzie 1 sprawdzano pod względem odporności na erozję i stwierdzono, że przy takich próbach zużycie jest przynajmniej dwukrotnie mniejsze niż w przypadku stopu Stellite 6. Stop Stellite jest aktualnie stosowany dla wyłożenia luf karabinów maszynowych. Przedmiotowy wynalazek ma istotną zaletę w stosunku do dotychczasowych prób wyłożenia lufy broni palnej materiałem ceramicznym dzięki swej jedynej w swoim rodzaju możliwości wytwarzania zarówno bardzo dużych luf wyłożonych ceramiką, jak i małych luf.

Wynalazek jest ponadto przedstawiony w następującym przykładzie nie stanowiącym ograniczenia.

Przykład I.W celu przygotowania ceramicznej struktury kompozytowej posiadającej tuleję metalową umieszczoną bezpośrednio na niej rurę według wykazu 40 (średnica zewnętrzna 49,2 mm) ze stopu Inconel 601 (International Nickel Co.) (18 na fig. 1) o długości 152 mm perforowano wieloma otworami każdy o średnicy 4,8 mm. Otwory wywiercono w całej bryle cylindrycznej rury w rozstawie 9,5 mm pomiędzy środkami w układzie rzędowym. Perforowaną blachę ze stali nierdzewnej 304 o grubości 0,2 mm z otworami o średnicy 0,4 mm zastosowano jako wyłożenie wewnętrzne (16 na fig. 1) dla przewierconej rury z Inconelu. Otwory zajmowały 22% otwartego pola powierzchni blachy. Wybrano perforowaną blachę ze stali nierdzewnej, by stanowiła przegrodę dla wzrostu osnowy w przedstawionych przykładach.

Człon z metalu macierzystego złożonego ze stopu aluminium zawierającego 10% krzemu i 3% magnezu stanowił bryłę źródła metalu macierzystego i bryłę zbiornika metalu macierzystego, jak pokazano na fig. 1. W tym przykładzie zastosowano bryłę zbiornika metalu macierzystego (34 na fig. 1) o niestożkowym kształcie cylindrycznym o średnicy 63,5 mm i wysokości 51 mm, a bryła źródła metalu macierzystego (36 na fig. 1) miała średnicę 19 mm i długość 152 mm i była połączona gwintem oraz była umieszczona w masie wypełniacza (masa wypełniacza 38 dostosowującego się pod względem kształtu na fig. 1 i 1A), który stanowiła mieszanina 5% wagowych piasku przemysłowego (krzemionka) i 95% wagowych ziarnistego tlenku glinowego 38 Alundum o ziarnie 90 z firmy Norton Company. Mieszaninę wypełniacza ogrzewano do ok. 1250°C przez 24 h, a następnie pozostawiono do ochłodzenia do temperatury otoczenia, po czym ochłodzoną mieszaninę zmielono i umieszczono w perforowanej rurze według wykazu 40 z Inconelu wyłożonej stalą nierdzewną. Bryłę źródła metalu macierzystego powleczono warstwą kleju stolarskiego (sprzedawany pod nazwą handlową Elmer) i piasku. Bryła zbiornika była umieszczona w złożu z 38 Alundum o ziarnie 90 zawartym w komorze ze stali nierdzewnej 304 (12 na fig. 1) z wykonanym w jej dnie otworem o średnicy 51 mm (bez oznaczenia cyfrowego na fig. 1). Wierzchołek rury z Inconelu przyspawano do obwodu otworu o średnicy 51 mm.

W celu wspierania uzyskanego w wyniku zestawu w położeniu pionowym część rury z Inconelu (14 na fig. 1) umieszczono w perforowanym cylindrze podporowym ze stali nierdzewnej 304 o średnicy wewnętrznej 89 mm z przewierconymi otworami o średnicy 2,4 mm, które zajmowały 40% otwartego pola powierzchni cylindra wsporczego. Cylinder wsporczy miał długość umożliwiającą wspieranie komory zbiornikowej (12 na fig. 1) u góry cylindra wsporczego. Konstrukcja taka utrzymywała zestaw złożony z metalu macierzystego i wypełniacza w położeniu pionowym, przy czym bryła zbiornika była usytuowana bezpośrednio pionowo nad bryłą źródła. Uzyskany w wyniku podparty zespół umieszczono na ogniotrwałym otwartym pojemniku i ogrzewano w piecu z atmosferą powietrza przez lOhdo temperatury 1245°C, którą utrzymywano przez 100 h, a następnie chłodzono przez 30 h do 125°C, po czym pozostawiono do ochłodzenia do temperatury otoczenia. Ceramiczna bryła kompozytowa wyrosła w osłonie z cylindra ze stali nierdzewnej w rurze z Inconelu według Wykazu 40 i objęła masę wypełniacza. Po ochłodzeniu stwierdzono, że osłona z Inconelu została bardzo ciasno dopasowana wokół ceramicznej bryły kompozytowej i zapewniła naprężenie ściskające w ceramicznej bryle kompozytowej dzięki większemu współczynnikowi rozszerzalności cieplnej. Po usunięciu zakrzepłego metalu macierzystego z otworu ceramicznej bryły przez wywiercenie i obróbkę chemiczną (kwas solny) odsłonięto otwór przebiegający poprzez bryłę z odwrotnym odwzorowaniem kształtu gwintu pierwotnej bryły źródła.

156 549

Jak przedstawiono w powyższym przykładzie bezpośrednie dopasowanie ceramicznej bryły kompozytowej do tulei z Inconelu uzyskano sposobem według przykładowego wynalazku bez konieczności szlifowania powierzchni styku ceramika/metal.

Chociaż powyżej opisano szczegółowo tylko kilka przykładowych realizacji wynalazku, fachowcy łatwo ocenią, że wynalazek ten obejmuje wiele kombinacji i odmian niż te podane przykładowo.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 5000 zł.

Claims (15)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania wyrobu z kompozytu ceramicznego utrzymywanego pod naprężeniem ściskającym przez element osłonowy i zawierającego osłonę ceramiczną otrzymaną przez utlenianie metalu macierzystego, w celu wytworzenia materiału polikrystalicznego, zawierającego produkt reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych oraz masę wypełniacza objętą przez tę osnowę, znamienny tym, że ogrzewa się metal macierzysty do zakresu temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby wytworzyć bryłę roztopionego metalu macierzystego, następnie styka się roztopiony metal macierzysty z wypełniaczem w obecności utleniacza, przy czym przynajmniej część wypełniacza jest zawarta w elemencie osłonowym, w sprzężeniu dostosowującym się pod względem kształtu z wewnętrzną powierzchnią tego elementu osłonowego, tak że wymieniona powierzchnia tworzy powierzchnię graniczną masy wypełniacza, a produkt reakcji utleniania wzrasta w masie wypełniacza w kierunku do i wzdłuż tej powierzchni granicznej, a ponadto w określonym zakresie temperatury przeprowadza się reakcję roztopionego metalu z utleniaczem, aby wytworzyć produkt reakcji utleniania, utrzymuje się przynajmniej części produktu reakcji utleniania w styku z, i pomiędzy roztopionym metalem macierzystym a utleniaczem, aby progresywnie transportować roztopiony metal macierzysty poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, że produkt reakcji utleniania ciągle tworzy się w wypełniaczu na powierzchni międzyfazowej, pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania oraz kontynuuje się tę reakcję aż do chwili, gdy materiał polikrystaliczny dokona infiltracji wypełniacza do powierzchni granicznej i otrzymuje się wyrób z elementem osłonowym, wywołującym w tym wyrobie naprężenia ściskające.
2. 2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się aluminium.
3. 3. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że jako utleniacz stosuje się gaz zawierający tlen, a zakres temperatury wynosi 850-1450°C.
4. 4. Sposób, według zastrz. 3, znamienny tym, że jako gaz zawierający tlen stosuje się powietrze.
5. 5. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wypełniacz zawierający przynajmniej w części utleniacz w fazie pary oraz utleniacz stały i/lub utleniacz ciekły, i przeprowadza się reakcję roztopionego metalu macierzystego również z tym dodatkowym utleniaczem.
6. 6. Sposób, według zastrz. 5, znamienny tym, że jako utleniacz stały stosuje się krzem, bor i redukowalne borki metali.
7. 7. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się krzem, tytan, canę, carkon i hafn.
8. 8. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że jako wypełniacz stosuje się krzemionkę, węglik krzemu, tlenek glinowy, tlenek cyrkonu, glinian magnezu i ich mieszaniny.
9. 9. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się przynajmniej jeden materiał domieszkujący w połączeniu z metalem macierzystym.
10. 10. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się utleniacz w fazie pary, dla którego element osłonowy i wypełniacz są przepuszczalne.
11. 11. Sposób, według zastrz. 10, znamienny tym, że stosuje się element osłonowy zawierający wewnętrzną siatkową wykładzinę i zewnętrzną sztywną tuleję.
12. 12. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się element osłonowy wykonany ze stali nierdzewnej, stopu Ni-Cr-Fe, stopu Ni-Cr-Mo, stopu Fe-Ni-Cr-Co.
13. 13. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się element osłonowy wykonany z tytanu, cyrkonu i stali.
14. 14. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się element osłonowy wykonany z materiału o współczynniku rozszerzalności cieplnej większym niż współczynnik rozszerzalności cieplnej materiału polikrystalicznego.
15. 15. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się element osłonowy wyłożony lub powleczony ochronną warstwą.

    156 549