PL156551B1

PL156551B1 - Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego PL PL

Info

Publication number: PL156551B1
Application number: PL1987267687A
Authority: PL
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1987-09-10
Publication date: 1992-03-31
Also published as: CA1309575C; AU7834087A; NO873824L; IL83749A; FI873998A0; DK481687D0; BR8704748A; YU158387A; EP0261066A2; AU603135B2; IE60251B1; PL267687A1; AU6819590A; FI88911C; IN168484B; HU204240B; DK481687A; KR880003872A; PT85715A; HUT46613A

Abstract

1. Sposób wytwarzania wyrobów z kom pozytu ceramicznego, zawierajacego osnowe cera- miczna otrzym ana jako produkt reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem w fazie pary i wypelniacz infiltrowany przez te osnowe ceramiczna, znamienny tym, ze w pierwszym etapie ogrzewa sie pierwsze zródlo m etalu m acierzystego w obecnosci utleniacza w fazie pary, w celu uzyskania bryly roztopionego metalu macierzystego i przeprowadza sie reakcje tego rozto- pionego metalu macierzystego z utleniaczem przy takiej tem peraturze, aby pow stal produkt reakcji utleniania, który styka sie z i rozciaga sie pomiedzy bryla roztopionego metalu macierzy- stego a utleniaczem, utrzymuje sie te tem perature, aby stopniowo transportow ac roztopiony metal przez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, ze produkt reakcji utlenia- nia ciagle powstaje na powierzchni miedzyfazowej, pom iedzy utleniaczem a poprzednio wytwo- rzonym produktem reakcji utleniania oraz kontynuuje sie te reakcje przez czas wystarczajacy, w celu wytwarzania m aterialu polikrystalicznego zawierajacego produkt reakcji utleniania i ewen- tualnie jeden lub kilka skladników metalicznych, a w drugim etapie rozdrabnia sie m aterial polikrystaliczny do okreslonej wielkosci ziarna w celu zastosowania go do wypelniacza, który form uje sie nastepnie jako przepuszczalna form e wstepna i umieszcza sie drugie zródlo metalu macierzystego, które orientuje sie wzgledem przepuszczalnej masy czastkowego wypelniacza tak, ze wytwarzanie produktu reakcji utleniania nastepuje w kierunku do, i w mase czastkowego wypelniacza, po czym pow tarza sie czynnosci pierwszego etapu z drugim zródlem metalu macierzystego oraz kontynuuje sie reakcje przez czas wystarczajacy, aby produkt reakcji utle- niania infiltrowal w przynajmniej czesc masy czastkowego wypelniacza. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego, zawierającego osnowę ceramiczną, otrzymaną jako produkt reakcji utleniania metalu macierzystego w fazie pary i wypełniacz infiltrowany przez tę osnowę ceramiczną.

W ostatnich latach istnieje coraz większe zainteresowanie zastępowaniem metali ceramiką, ponieważ pod względem pewnych właściwości materiały ceramiczne są lepsze niż metale. Istnieje jednak kilka znanych ograniczeń lub trudności przy takim zastępowaniu, na przykład różnorodność skali, możliwość wytwarzania skomplikowanych kształtów, uzyskiwanie właściwości potrzybnych dla końcowego zastosowania i koszty. Wiele z tych ograniczeń lub trudności zostało pokonanych przez wynalazki zgłaszającego opisane w: opisie patentowym US nr 4713 360, zgłoszeniach patentowych PI nr P 257 812, i zgłoszeniu amerykańskim z 1986 r. nr 822999.

W opisach tych materiały ceramiczne lub polikrystaliczne kompozytowe materiały ceramiczne wytwarza się przez reakcję utleniania pomiędzy metalem macierzystym a utleniaczem w fazie pary, to znaczy materiałem zamienionym w parę lub normalnie gazowym tworzącym atmosferę utleniającą. Sposób ten opisano ogólnie w opisie patentowym US nr 4 713 360. Według tego ogólnego sposobu metal macierzysty, na przykład aluminium, ogrzewa się do podwyższonej temperatury

156 551 powyżej temperatury topnienia tego metalu, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby wytworzyć bryłę roztopionego metalu macierzystego, która reaguje po styku z utleniaczem w fazie pary, tworząc produkt reakcji utleniania. Przy tej temperaturze produkt reakcji utleniania lub przynajmniej jego część jest w styku i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego metalu macierzystego a utleniaczem i roztopiony metal jest transportowany poprzez wytworzony produkt reakcji utleniania oraz w kierunku do utleniacza. Transportowany roztopiony metal tworzy dodatkowy produkt reakcji utleniania po styku z utleniaczem przy powierzchni, poprzednio wytworzonego produktu reakcji utleniania. Gdy proces ten trwa, dodatkowy metal jest transportowany poprzez ten wytworzony polikrystaliczny produkt reakcji utleniania, przez co ciągle „rośnie struktura ceramiczna ze złączonych krystalitów. Uzyskiwana w wyniku bryła ceramiczna może zawierać składniki metaliczne, takie jak nieutlenione składniki metalu macierzystego i/lub puste przestrzenie. W przypadku, gdy produktem reakcji utlenienia jest tlenek, odpowiednimi utleniaczami są tlen lub mieszaniny gazowe zawierające tlen (łącznie z powietrzem), przy czym powietrze jest najkorzystniejsze z oczywistych względów ekonomicznych. Jednakże utlenianie stosuje się w szerokim sensie we wszystkich zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela oraz w przedmiotowym zgłoszeniu i określenie to oznacza utratę elektronów przez metal lub podzielenie się nimi na rzecz utleniacza, którym może być jeden lub kilka pierwiastków i/lub związków. Zatem pierwiastki inne niż tlen lub związki mogą służyć jako utleniacz, jak wyjaśniono poniżej bardziej szczegółowo.

W pewnych przypadkach metal macierzysty może wymagać obecności jednej lub kilku domieszek, aby korzystnie wpływać na wzrost produktu reakcji utlniania lub ułatwić go, a domieszki takie stosuje się jako składniki stopowe metalu macierzystego. Przykładowo, kiedy metalem macierzystym jest aluminium, a utleniaczem jest powietrze, domieszki takie jak magnez i krzem, aby wymienić talko dwa z dużej klasy materiałów domieszkujących, są wprowadzane stopowo w aluminium i stosowane jako metal macierzysty. Uzyskiwany w wyniku produkt reakcji utleniania zawiera tlenek glinowy, typowo alfa tlenek glinowy.

Wspomniane wyżej amerykańskie zgłoszenie patentowe nr 822 999 B/ opisuje dalsze rozwinięcie oparte na odkryciu, że odpowiednie warunki wzrostu, jak opisano powyżej dla metali macierzystych wymagających domieszek, można powodować przez nałożenie jednego lub kilku materiałów domieszkujących na powierzchnię lub powierzchnie metalu macierzystego, przez co unika się konieczności stopowego wprowadzania materiałów domieszkujących w metal macierzysty, na przykład metali takich jak magnez, cynk i krzem, w przypadku, gdy metalem macierzystym jest aluminium, a utleniaczem jest powietrze. Przy tym sposobie łatwo jest stosować handlowo dostępne metale i stopy, które w przeciwnym przypadku nie miałyby odpowiednio domieszkowanego składu. Odkrycie to jest korzystne również pod tym względem, że wzrost ceramiczny można osiągnąć w jednym lub kilku wybranych obszarach powierzchni metalu macierzystego, a nie bez ograniczenia, dzięki czemu proces taki można stosować bardziej skutecznie, na przykład przez domieszkowanie tylko jednej powierzchni lub tylko części powierzchni metalu macierzystego.

Nowe, kompozytowe struktury ceramiczne i sposoby ich wytwarzania opisane w zgłoszeniu patentowym PL nr P 257 812, wykorzystują reakcję utleniania dla wytworzenia kompozytowych struktur ceramicznych, zawierających zasadniczo obojętny wypełniacz, infiltrowany polikrystaliczną osnową ceramiczną. Metal macierzysty usytuowany przy masie przepuszczalnego wypełniacza ogrzewa się, aby wytworzyć bryłę roztopionego metalu macierzystego, który reaguje z utleniaczem w fazie pary, jak opisano powyżej, aby wytworzyć produkt reakcji utleniania. Gdy produkt reakcji utleniania rośnie i infiltruje w sąsiedni materiał wypełniacza, roztopiony metal macierzysty jest transportowany poprzez poprzednio wytworzony produkt reakcji utleniania w masę wypełniacza i reaguje z utleniaczem, tworząc dodatkowy produkt reakcji utleniania na powierzchni poprzednio wytworzonego produktu, jak opisano powyżej. Uzyskiwany w wyniku wzrost produktu reakcji utleniania infiltruje w lub, obejmuje złoże i powoduje powstanie ceramicznej struktury kompozytowej z polikrystaliczną osnową ceramiczną, obejmującą wypełniacz.

Wspomniane powyżej zgłoszenia patentowe opisują zatem wytwarzanie produktu reakcji utleniania łatwo „hodowanego do żądanych wielkości i grubości dotychczas uważanych za trudne, lub nawet niemożliwe do osiągnięcia przy konwencjonalnych sposobach technologii ceramicznej.

156 551

Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego zawierającego osnowę ceramiczną, otrzymaną jako produkt reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem w fazie pary i wypełniacz, infiltrowany przez tę osnowę ceramiczną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w pierwszym etapie ogrzewa się pierwsze źródło metalu macierzystego, w obecności utleniacza w fazie pary, w celu uzyskania bryły roztopionego metalu macierzystego i przeprowadza się reakcję tego roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem przy takiej temperaturze, aby powstał produkt reakcji utleniania, który styka się z, i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego metalu macierzystego a utleniaczem, utrzymuje się tę temperaturę, aby stopniowo transportować roztopiony metal przez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej, pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania oraz kontynuuje się tę reakcję przez czas wystarczający, w celu wytworzenia materiału polikrystalicznego, zawierającego produkt reakcji utleniania i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych, a w drugim etapie materiał polikrystaliczny rozdrabnia się do określonej wielkości ziarna w celu zastosowania go jako wypełniacza, który formuje się następnie jako przepuszczalną formę wstępną i umieszcza się drugie źródło metalu macierzystego, które orientuje się względem przepuszczalnej masy cząstkowego wypełniacza tak, że wytwarzanie produktu reakcji utleniania następuje w kierunku do, i w masę cząstkowego wypełniacza, po czym powtarza się czynności etapu pierwszego z drugim źródłem metalu macierzystego oraz kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający, aby produkt reakcji utleniania infiltrował w przynajmniej część masy cząstkowego wypełniacza.

Korzystnie pierwsze źródło i drugie źródło metalu macierzystego stanowi aluminium, a jako utleniacz w fazie pary stosuje się powietrze. Uprzywilejowanie stosuje się materiał domieszkujący w połączeniu z pierwszym źródłem i/lub drugim źródłem metalu macierzystego. Korzystnie pierwsze źródło metalu macierzystego i drugie źródło metalu macierzystego są zasadniczo takie same pod względem składu, względnie zasadniczo różnią się pod względem składu.

Korzystnie sposób przeprowadza się tak, że skład utleniacza stosowanego w pierwszym etapie jest zasadniczo taki sam jak skład utleniacza stosowanego w drugim etapie, względnie zasadniczo różni się. Dalej sposób charakteryzuje się tym, że w drugim etapie materiał wypełniacza miesza się z masą wypełniacza cząstkowego przed orientowaniem, a jako przepuszczalną masę cząstkowego wypełniacza stosuje się formę wstępną, o uprzednio określonym kształcie, a występująca infiltracja w tę formę wstępną wytwarza samonośny kompozyt ceramiczny, o kształcie formy wstępnej.

Korzystnie drugie źródło metalu macierzystego stanowi model, przy czym masa wypełniacza dostosowuje się pod względem kształtu do modelu, który jest odwrotnie odwzorowywany przez kompozyt ceramiczny.

W odmianie sposobu wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego w pierwszym etapie ogrzewa się pierwsze źródło aluminiowego metalu macierzystego, w obecności powietrza jako utleniacza i w połączeniu z przynajmniej jednym materiałem domieszkującym, w celu wytworzenia bryły roztopionego metalu macierzystego, po czym przeprowadza się reakcję tego roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem przy temperaturze 850-1450°C, w celu wytworzenia tlenku glinowego jako produktu reakcji utleniania, który to produkt styka się z, i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego metalu macierzystego a utleniaczem, utrzymuje się tą temperaturę, aby stopniowo transportować roztopiony metal przez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej, pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, kontynuuje się tę reakcję przez czas wystarczający dla wytworzenia materiału polikrystalicznego, zawierającego produkt reakcji utleniania i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych, zaś w drugim etapie rozdrabnia się materiał polikrystaliczny, w celu uzyskania wielkości ziaren stosowanych jako wypełniacz i formuje się przepuszczalną formę wstępną z tego cząstkowego wypełniacza, orientuje się drugie źródło aluminiowego metalu macierzystego i formę wstępną względem siebie tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w kierunku do, i w formę wstępną, po czym powtarza się czynności pierwszego etapu oraz kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający, aby produkt reakcji utleniania infiltrował w formę wstępną.

156 551

W innej odmianie sposobu wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego w pierwszym etapie orientuje się pierwsze źródło metalu macierzystego i przepuszczalne złoże pierwszego materiału wypełniacza względem siebie tak, aby powstawanie produktu reakcji utleniania odbywało się w kierunku do, i w złoże materiału wypełniacza, następnie ogrzewa się pierwsze źródło metalu macierzystego w obecności utleniacza w fazie pary, aby powstała bryła roztopionego metalu macierzystego i przeprowadza się reakcję roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem przy temperaturze zapewniającej wytworzenie produktu rekacji utleniania, który to produkt jest w styku z, i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego metalu macierzystego a utleniaczem, następnie utrzymuje się tę temperaturę, aby progresywnie transportować roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza i w masę pierwszego materiału wypełniacza tak, że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania oraz kontynuuje się tę reakcję przez czas wystarczający dla infiltracji, przynajmniej części złoża pierwszego materiału wypełniacza, polikrystalicznym materiałem ceramicznym, zawierającym produkt reakcji utleniania, pierwszy materiał wypełniacza i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych, zaś w drugim etapie rozdrabnia się materiał polikrystaliczny do wielkości ziaren nadających się do zastosowania jako drugi wypełniacz i formuje się przepuszczalną masę drugiego wypełniacza, orientuje się drugie źródło metalu macierzystego i przepuszczalną masę drugiego wypełniacza względem siebie tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w kierunku do, i w masę ziarnistego wypełniacza, po czym powtarza się czynności pierwszego etapu oraz kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający, aby produkt reakcji utleniania infiltrował przynajmniej w część masy drugiego wypełniacza.

Korzystnie pierwszy materiał wypełniacza i drugi materiał wypełniacza mają zasadniczo taki sam skład, względnie zasadniczo różnią się składem.

Uprzywilejowanie jako pierwsze źródło i drugie źródło metalu macierzystego stosuje się aluminium, jako utleniacz w fazie pary stosuje się powietrze. Uprzywilejowanie stosuje się materiał domieszkujący w połączeniu z pierwszym źródłem i/lub drugim źródłem metalu macierzystego.

Korzystnie pierwsze źródło metalu macierzystego i drugie źródło metalu macierzystego mają zasadniczo taki sam skład, względnie zasadniczo różnią się składem. Tak samo skład utleniacza stosowanego w pierwszym etapie jest zasadniczo taki sam jak skład utleniacza stosowanego w drugim etapie, albo zasadniczo różni się.

Uprzywilejowanie przed orientowaniem z masą drugiego wypełniacza miesza się trzeci materiał wypełniacza, a jako przepuszczalną masę drugiego wypełniacza stosuje się formę wstępną o określonym uprzednio kształcie z tym, że infiltrację w formę wstępną wytwarza samonośny kompozyt ceramiczny, mający kształt formy wstępnej.

Korzystnie drugie źródło metalu macierzytego stanowi model, przy czym masa wypełniacza dostosowuje się pod względem kształtu do modelu, który jest odwrotnie odwzorowywany przez kompozyt ceramiczny.

W odmianie sposobu wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego w pierwszym etapie ogrzewa się pierwsze źródło aluminiowego metalu macierzystego, w obecności powietrza jako utleniacza i w połączeniu z przynajmniej jednym materiałem domieszkującym, w celu powstania bryły roztopionego metalu macierzystego, przeprowadza się reakcję roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem przy temperaturze 850-1450°C, w celu wytworzenia tlenku glinowego jako produktu reakcji utleniacza, który to produkt jest w styku z, i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego metalu a utleniaczem, utrzymuje się tę temperaturę, aby stopniowo transportować roztopiony metal przez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej, pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający w celu wytworzenia polikrystalicznego materiału zawierającego produkt reakcji utleniania i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych, a następnie w drugim etapie rozdrabnia się materiał polikrystaliczny do wielkości cząstek dla zastosowania w charakterze drugiego wypełnia8

156 551 cza i formuje się przepuszczalną formę wstępną z tego cząstkowego drugiego wypełniacza oraz orientuje się drugie źródło aluminiowego metalu macierzystego i formę wstępną względem siebie tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w kierunku do, i w tę formę wstępną, po czym powtarza się czynności pierwszego etapu oraz kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający, aby produkt reakcji utleniania infiltrował w formę wstępną.

Korzystnie drugie źródło metalu macierzystego stanowi model, przy czym masę wypełniacza dostosowuje się pod względem kształtu do modelu, który jest odwrotnie odwzorowywany przez kompozyt ceramiczny. Wypełniacz może być luźnym lub spojonym obszarem charakteryzującym się odstępami, otworami lub przestrzeniami pośrednimi, a złoże lub masa wypełniacza jest przepuszczalna dla utleniacza w fazie pary i dla wzrostu produktu reakcji utleniania. Określenie „wypełniacz oznacza albo jednorodną, albo niejednorodną mieszaninę, złożoną z dwóch lub więcej materiałów. Z wypełniaczem może być zmieszanych jeden lub kilka dodatkowych materiałów wypełniacza, które są przygotowane konwencjonalnymi sposobami. Ponadto metale macierzyste i utleniacze stosowane w tym procesie dla zapewnienia replikowanego wypełniacza mogą być zasadniczo takie same lub odmienne pod względem składu, od używanych przy produkcji końcowego produktu kompozytowego.

Produkt reakcji utleniania wzrasta w wypełniacz bez przerywania lub przemieszczania składników wypełniacza, na skutek czego stosunkowo gęsta kompozytowa struktura ceramiczna powstaje bez użycia wysokich temperatur i dużych ciśnień. Ponadto przedmiotowy proces zmniejsza lub usuwa konieczność kompatybilności chemicznej i fizycznej, warunków, które są zwykle pożądane, gdy w produkcji kompozytu ceramicznego stosuje się technikę spiekania bezciśnieniowego.

Kompozyty ceramiczne, które są wytwarzane według przedmiotowego wynalazku, mają wysoce pożądane właściwości elektryczne, cieplne, konstrukcyjne i właściwości ścierania, a jeśli trzeba, mogą być obrabiane skrawaniem, polerowane, szlifowane itp., aby uzyskać wyroby, które mają wiele różnych zastosowań przemysłowych.

Podane poniżej określenia mają następujące znaczenia:

„Ceramiczna nie ogranicza się do bryły ceramicznej w sensie klasycznym, to znaczy w tym sensie, że zawiera ona całkowicie 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 mniejsze lub znaczne ilości jednego lub kilku składników metalicznych, pochodzących z metalu macierzystego lub wytworzonych z utleniacza albo domieszki, najbardziej typowo 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 oddał swe elektrony lub podzielił się z innym pierwiastkiem, związkiem lub ich kombinacją. „Produkt reakcji utleniania“, według tej definicji 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, na przykład metan, tlen, etan, propan, acetylen, etalen, propylen i mieszaniny takie jak powietrze, H2/H2O i CO/CO2, przy czym H2/H2O i CO/CO2 są użyteczne przy zmniejszeniu aktywności tlenu w środowisku.

„Utlemaca, utleniacz w fazie pary, dla określenia utleniacza zawierającego dany gaz lub parę, oznacza utleniacz, w którym dany gaz lub para jest jedynym lub głównym, albo przynajmniej znaczącym utleniaczem metalu macierzystego, w warunkach otrzymanych w zastosowanym środowisku utleniającym. Przykładowo, chociaż głównym składnikiem powietrza jest azot, tlen zawarty w powietrzu jest jedynym utleniaczem 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 jest „gaz formujcy*, który typowo zawiera około 96% objętościowych azotu i około 4% objętościowych wodoru.

„Metal macicz^ty oznacza taki metal, 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.

156 551

Wynalazek jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1A i IB przedstawiają fotografie ilustrujące zewnętrzną morfologię wzrostu próbek otrzymanych przez utlenianie metalu macierzystego, w postaci stopu aluminium 380.1 w złożach cząstek z wyhodowanego i pokruszonego tlenku glinowego (w przypadku fig. 1A) oraz stopionego tlenku glinowego (w przypadku fig. IB), a fig. 2A i 2B - fotografie ilustrujące zewnętrzną morfologię wzrostu próbek, otrzymanych przez utlenianie metalu macierzystego, złożonego z aluminium o czystości 99,7%, w złożach cząstek hodowanego i rozkruszonego tlenku glinowego (w przypadku fig. 2A) oraz stopionego tlenku glinowego (w przypadku fig. 2B).

Według przedmiotowego wynalazku, w celu wytworzenia wyrobów z kompozytów ceramicznych metal macierzysty ogrzewa się do stanu roztopienia, w obecności utleniacza w fazie pary, aby powstał produkt reakcji utleniania, który infiltruje w złoże lub masę wypełniacza. Wypełniacz zastosowany tu, to rozdrobnione cząstki polikrystalicznego materiału, wytworzonego poprzdnio zasadniczo takim samym sposobem. Wypełniacz ten wykazuje powinowactwo do produktu reakcji utleniacza hodowanego, podczas tego procesu dla wytwarzania końcowego wyrobu kompozytowego, z wyraźną możliwością przypisania powinowactwa pomiędzy podobnymi substancjami w warunkach procesu, to znaczy istnieje wyraźne powinowactwo dla wzrostu produktu reakcji w jego replikę. Ze względu na to powinowactwo zaobserwowaliśmy zwiększoną kinetykę wzrostu, na skutek czego wzrost przebiega nieco szybciej niż zasadniczo taki sam proces bez stosowania replikowanego wypełniacza. Ponadto zaobserwowaliśmy polepszenie morfologii przyczyniające się do lepszego jakościowo odwzorowania modelu z metalu macierzystego przez bryłę ceramiczną, co w pełni ilustrują podane poniżej przykłady i co zostało opisane w zgłoszeniu patentowym PL nr P. 263 840.

Jednym czynnikiem, który przyczynia się, jak się wydaje, do tych polepszonych właściwości, jest obecność materiału domieszkującego ściśle związana z wypełniaczem. Przykładowo, kiedy tlenek glinowy jako produkt reakcji utleniania powstaje na skutek reakcji utleniania aluminium w powietrzu, materiał domieszkujący typowo stosuje się w połączeniu z aluminiowym metalem macierzystym. Domieszka ta lub jej część może nie zostać wyczerpana z systemu reakcji, dzięki czemu zostaje rozproszona w części lub całości materiału polikrystalicznego. W takim przypadku materiał domieszkujący może być skupiony na powierzchni inicjacji lub powierzchni zewnętrznej materiału polikrystalicznego, albo też może być ściśle spojony z mikrostrukturą produktu reakcji utleniania, lub może być stopiony ze składnikiem metalicznym materiału polikrystalicznego. Kiedy materiał polikrystaliczny rozdrabnia się dla zastosowania w charakterze wypełniacza, zawarty w nim materiał domieszki jako część wypełniacza służy teraz jako użyteczna domieszka przy wytwarzaniu końcowego produktu kompozytowego. Przykładowo, krzem jest użyteczną domieszką dla reakcji utleniania aluminium w powietrzu, a znaczny procent krzemu będzie stapiać się z fazą metaliczną materiału polikrystalicznego. Przy zastosowaniu w charakterze wypełniacza, ten materiał polikrystaliczny zawiera wbudowaną domieszkę dla wykorzystania przy wytwarzaniu kompozytu z tlenku glinowego.

Bryła ceramiczna wytwarzana jako źródło wypełniacza dla końcowego produktu kompozytowego jest rozdrabniana do żądanej ziarnistości, na przykład w młynie udarowym, młynie rolkowym, kruszarce stożkowej lub innymi konwencjonalnymi sposobami, zależnie głównie od żądanej wielkości ziaren i od składu materiału polikrystalicznego. Zmielony materiał ceramiczny jest sortowany i odzyskiwany do użycia w charakterze wypełniacza. Może być pożądane najpierw kruszenie bryły ceramicznej na duże kawałki o wymiarach 6,3-13 mm, na przykład w kruszarce szczękowej, młynie młotkowym itd., a następnie mielenie na drobniejsze cząstki odpowiadające situ nr 50 lub drobniejsze, na przykład przez mielenie udarowe. Taki materiał ziarnisty typowo przesiewa się, aby otrzymać żądane frakcje. Odpowiednie wypełniacze mogą mieć wielkość ziarna odpowiadającą numerowi sita 100-500 lub mniejsze ziarna, zależnie od zamierzonego kompozytu ceramicznego i jego ostatecznego zastosowania.

Jak objaśniono powyżej wytworzony materiał polikrystaliczny może zawierać składniki metaliczne, takie jak nieutleniony metal macierzysty. Ilość metalu może zmieniać się w szerokim zakresie 1-40% objętościowych, a czasami więcej, zależnie głównie od stopnia wykorzystania (przemiany) metalu macierzystego stosowanego w tym procesie. Może być pożądane oddzielenie przynajmniej części metalu, zwłaszcza większych kawałków, od produktu reakcji utleniania, zanim

156 551 zastosuje się materiał jako wypełniacz. Oddzielanie takie można korzystnie przeprowadzić po rozkruszeniu lub zmieleniu materiału polikrystalicznego. Produkt reakcji utleniania zwykle kruszy się łatwiej niż metal, w związku z czym w pewnych przypadkach można częściowo rozdzielić oba składniki przez rozdrabnianie i przesiewanie.

Nieutleniony metal macierzysty występujący w wypełniaczu będzie również w postaci ziarnistej, a przy zastosowaniu przy wytwarzaniu końcowego wyrobu będzie podlegał reakcji utleniania pozostawiając puste przestrzenie w osnowie ceramicznej odpowiadające wielkości cząstek metalu. Te puste przestrzenie rozmieszczone w osnowie ceramicznej mogą być pożądane lub też nie, zależnie od właściwości zadanych dla kompozytu i jego końcowego zastosowania. Jeżeli dla końcowego wyrobu pożądany jest duży procent objętościowy pustych przestrzeni, na przykład w celu zwiększenia izolacji cieplnej kompozytu, korzystne będzie zastosowanie wypełniacza posiadającego dość dużą ilość nieultenionego metalu macierzystego. Takie wbudowane pory można ograniczyć tylko do części kompozytu tworząc warstwowe złoże wypełniacza zawierające (1) wypełniacz z ziarnistym metalem macierzystym i (2) stosunkowo czysty wypełniacz (metal usunięty) lub wypełniacz z innego źródła.

Obserwuje się, że według przedmiotowego wynalazku metal macierzysty stosowany przy wytwarzaniu wypełniacza może być zasadniczo taki sam lub może się różnić od metalu macierzystego stosowanego przy wytwarzaniu końcowego ceramicznego produktu kompozytowego. Może być pożądane zastosowanie wypełniacza posiadającego kilka wyliczonych powyżej zalet, ale produkt reakcji utleniania różni się składem chemicznym od produktu reakcji utleniania gotowego wyrobu. Przykładowo, przy takim rozwiązaniu możliwe jest wytwarzanie bryły ceramicznej z tlenku glinowego przez proces reakcji utleniania aluminiowego metalu macierzystego w atmosferze tlenu w celu późniejszego zastosowania w charakterze wypełniacza w osnowie ceramicznej z azotku aluminium wytworzonego przez reakcję utleniania aluminiowego metalu macierzystego w atmosferze azotu.

W alternatywnym rozwiązaniu wypełniacz zastosowany przy wytwarzaniu gotowego wyrobu kompozytowego jest sam uzyskiwany z kompozytu ceramicznego wytwarzanego przez proces reakcji utleniania, a następnie mielonego i sortowanego na sitach. Wypełniacz stosowany przy wytwarzaniu kompozytu ceramicznego, który jest prekursorem wypełniacza dla końcowego produktu, można wybierać tak, aby wspomagać lub polepszać właściwości gotowego wyrobu. Można to uzyskać przez wybieranie wypełniacza różniącego się pod względem składu od produktu reakcji utleniania, tak że uzyskiwany w wyniku prekursor wypełniacza będzie złożony z dwóch składników, które mogą być ściśle spojone jako mikrokompozyt.

Przy wytwarzaniu ceramicznej struktury kompozytowej według tego rozwiązania pierwsze źródło metalu macierzystego i przepuszczalne złoże lub masę materiału wypełniacza orientuje się względem siebie tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania będzie odbywać się w kierunku do i w wymienione złoże materiału wypełniacza. Pierwsze źródło metalu macierzystego ogrzewa się w obecności utleniacza w fazie pary, aby wytworzyć bryłę roztopionego metalu macierzystego, która reaguje z utleniaczem w tym zakresie temperatur tworząc produkt reakcji utleniania. Ten produkt reakcji utleniania jest w styku z i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego metalu a utleniaczem, przez co następuje stopniowe przeciąganie roztopionego metalu poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza i w masę materiału wypełniacza, tak że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania. Reakcję tę kontynuuje się przez czas wystarczający dla infiltracji przynajmniej części złoża materiału wypełniacza materiałem polikrystalicznym zawierającym produkt reakcji utleniania i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych, takich jak nieutleniony metal macierzysty. Uzyskany w wyniku kompozyt polikrystaliczny rozdrabnia się do wielkości ziaren odpowiedniej dla zastosowania w charakterze drugiego wypełniacza i przepuszczalną masę tego drugiego wypełniacza (który może mieć oddmienny skład) orientuje się względem drugiego źródła metalu macierzystego tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania będzie odbywać się w kierunku do i w tę masę drugiego wypełniacza. Proces reakcji utleniania powtarza się, jak podano powyżej i kontynuuje się przez czas wystarczający, aby produkt reakcji utleniania infiltrował w przynajmniej część masy drugiego wypełniacza, przez co powstaje końcowy ceramiczny wyrób kompozytowy.

156 551

Właściwości ceramicznych wyrobów kompozytowych według wynalazku mogą różnić się na skutek takich czynników jak wybór metalu macierzystego, skład wypełniaczy i utleniacza. Typowe właściwości zamierzone dla takich kompozytów, które można dostosowywać, obejmują twardość, wytrzymałość na zginanie, odporność na kruche pękanie i moduł sprężystości. Wyroby kompozytowe są zwykle dostosowywane lub wytwarzane, na przykład przez obróbkę skrawaniem, polerowanie, szlifowanie itd., dla zastosowania jako wyroby handlowe, które to określenie zastosowane tu ma obejmować bez ograniczenia przemysłowe, konstrukcyjne i techniczne bryły ceramiczne dla takich zastosowań, przy których ważne lub korzystne są właściwości elektryczne, cieplne, konstrukcjyne, właściwości ścierania lub inne cechy albo właściwości.

Chociaż przedmiotowy wynalazek opisano tu zwłaszcza w odniesieniu do systemów, w których jako metal macierzysty stosuje się aluminium lub stop aluminium, a zamierzonym produktem reakcji utleniania jest tlenek glinowy, ma to jedynie sens przykładu i należy rozumieć, że przedmiotowy wanalazek przy zastosowaniu podanych tu zasad nadaje się do innych systemów, w których jako metal macierzysty używa się inne metale, takie jak cyna, krzem, tytan, cyrkon itd. Ponadto zamierzonym produktem reakcji utleniania jest tlenek metalu, azotek, borek, węglik itp. metalu macierzystego.

Mówiąc nieco bardziej szczegółowo o pewnych etapach procesu, metal macierzysty, który może być domieszkowany, jak wyjaśniono powyżej, jako prekursor produktu reakcji uteniania kształtowany jest jako wlewek, kęs, pręt, płytka itp. i umieszczony w obojętnym złożu, tyglu lub innym pojemniku ogniotrwałym. Ten pojemnik wraz z zawartością umieszcza się w piecu, który zasila się gazowym utleniaczem. Zestaw taki ogrzewa się do temperatur poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, ale powyżej temperatury topnienia metalu macierzystego, który to zakres temperatur, przykładowo w przypadku aluminium z zastosowaniem powietrza jako utleniacza w fazie pary wynosi zwykle 850-1450°C, korzystnie 900-1350°C. W tym zakresie temperatur pracy powstaje bryła lub jeziorko roztopionego metalu i po zetknięciu się z utleniaczem roztopiony metal reaguje tworząc warstwę produktu reakcji utleniania. Po ciągłym wystawieniu na działanie utleniającego środowiska roztopiony metal jest stopniowo wciągany w i poprzez poprzednio wytworzony produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza. Po zetknięciu się z utleniaczem roztopiony metal reaguje tworząc dodatkowy produkt reakcji utleniania i w ten sposób powstaje stopniowo coraz grubszy produkt reakcji utleniania, z pozostawieniem ewentualnie składników metalicznych rozproszonych w materiale polikrystalicznym. Reakcja roztopionego metalu z utleniaczem jest kontynuowana, aż produkt reakcji utleniania wzrośnie do żądanej granicy.

W przykładzie wykonania, przy którym kompozyt ceramiczny przygotowywany jest, aby służył jako prekursor wypełniacza, roztopiony metal i przepuszczalna masa materiału wypełniacza umieszczane są przy sobie i orientowane względem siebie tak, że wzrost produktu reakcji utleniania, jak opisano powyżej będzie odbywać się w kierunku do materiału wypełniacza, tak aby wypełniacz lub jego część była infiltrowana przez rosnący produkt reakcji utleniania i była obejmowana przez niego. Takie umieszczanie i orientowanie metalu macierzystego i wypełniacza względem siebie może odbywać się po prostu przez umieszczenie bryły metalu macierzystego w złożu cząstkowego materiału wypełniacza lub przez umieszczenie jednej lub kilku brył metalu macierzystego w, na lub przy złożu lub innym zespole materiału wypełniacza. Zespół ten umieszcza się tak, że kierunek wzrostu produktu reakcji utleniania będzie powodować przenikanie lub infiltrację przynajmniej części materiału wypełniacza. Wypełniacz może zawierać przykładowo proszki lub inne cząstki, agregaty, włókna ogniotrwałe, rurki, wiskery, kulki, płytki itp., albo ich kombinacje. Ponadto odpowiednie materiały wypełniacza mogą zawierać przykładowo tlenki metali, azotki lub węgliki, na przykład tlenek glinowy, tlenek magnezu, tlenek hafnu, tlenek cyrkonowy, węglik krzemu, azotek krzemu, azotek cyrkonu, azotek tytanu itd., jak wyjśniono w zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela.

Uzyskiwany w wyniku materiał polikrystaliczny może mieć pory, które mogą częściowo lub prawie całkowicie zastępować fazę metaliczną, ale procent objętościowy pustych przestrzeni będzie w znacznym stopniu zależeć od takich warunków jak temperatura, czas, typ metalu macierzystego i stężenie domieszek. Typowo w tych polikrystalicznych strukturach ceramicznych krystality produktu reakcji utleniania są złączone w więcej niż jednym kierunku, korzystnie w trzech wymiarach, a metal może być przynajmniej częściowo złączony.

156 551

Polikrystaliczny materiał ceramiczny (lub materiał kompozytowy, jeżeli jest wytwarzany) jest teraz rozdrabniany i sortowany pod względem wielkości dla zastosowania w charakterze wypełniacza przy wytwarzaniu końcowego produktu kompozytowego. Ten ziarnisty wypełniacz, który można mieszać z jeszcze innymi materiałami wypełniacza, tworzy przypuszczalne złoże, korzystnie ukształtowaną formę wstępną. Złoże to i drugi metal macierzysty orientuje się względem siebie tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania będzie odbywać się w kierunku do złoża i w złoże. Etapy procesu, jak opisano powyżej zostają zasadniczo powtórzone. Proces reakcji jest kontynuowany przez czas wystarczający, tak że produkt reakcji utleniania infiltruje w przynajmniej część złoża lub do żądanej granicy formy wstępnej, przez co powstaje kompozyt ceramiczny.

Szczególnie skuteczny sposób praktycznej realizacji tego wynalazku obejmuje kształtowanie wypełniacza w formę wstępną o kształcie odpowiadającym żądanemu kształtowi geometrycznemu końcowego produktu kompozytowego. Formę wstępną można przygotowywać dowolnym z wielu konwencjonalnych sposobów wytwarzania bryły ceramicznej (na przykład prasowanie jednoosiowe, prasowanie izostatyczne, odlewanie z gęstwy, odlewanie sedymentacyjne, odlewanie taśmowe, formowanie wtryskowe, skręcanie włókien w przypadku materiałów włóknistych itd.) (zależnie głównie od właściwości wypełniacza). Początkowe spojenie cząstek przed infiltracją można otrzymać przez lekkie spieczenie lub przez zastosowanie różnych spoiw organicznych lub nieorganicznych, które nie zakłócają procesu, ani nie powodują powstania niepożądanych produktów ubocznych w gotowym materiale. Formę wstępną watwarza się tak, aby miała wystarczającą integralność kształtu i wytrzymałość w stanie surowym, przy czym powinna być ona przenikalna dla transportu produktu reakcji utleniania, a korzystnie ma porowatość 5-90% objętościowych, korzystniej 25-50% objętościowych. Można również zastosować mieszaninę materiału wypełniacza i wielkości cząstek. Formę wstępną doprowadza się następnie do styku z roztopionym metalem macierzystym na jednej lub kilku jej powierzchniach przez czas wystarczający dla zakończenia wzrostu i infiltracji w formę wstępną do jej powierzchni granicznych.

Jak opisano w równocześnie rozpatrywanym zgłoszeniu patentowym USA nr 861 024 z 9 maja 1986 scedowanym na tego samego właściciela, w połączeniu z materiałem wypełniacza lub formą wstępną można zastosować przegrodę, aby uniemożliwić wzrost lub rozwój produktu reakcji utleniania poza tę przegrodę. Odpowiednią przegrodą może być dowolny materiał, związek, pierwiastek, mieszanina itp., która w warunkach procesu według przedmiotowego wynalazku zachowuje pewną integralność, nie jest lotna i korzystnie jest przepuszczalna dla utleniacza w fazie pary, przy czym jest ona zdolna do lokalnego uniemożliwiania, utrudniania, zytrzymywania, przeszkadzania, zapobiegania itp. ciągłemu wzrostowi produktu reakcji utleniania. Odpowiednie przegrody dla stosowania w przypadku aluminiowego metalu macierzystego obejmują siarczan wapnia (gips modelarski), krzemian wapnia i cement portlandzki oraz ich mieszaniny, które typowo nakłada się jako zawiesinę lub pastę na powierzchnię materiału wypełniacza. Te przegrody mogą również zawierać odpowiedni palny lub lotny materiał, który jest eliminowany po ogrzaniu, albo materiał, który rozkłada się po ogrzaniu, aby. zwiększyć porowatość i przenikalność przegrody.

Ponadto przegroda, może zawierać odpowiedni ziarnisty materiał ogniotrwały, aby zmniejszyć ewentualny skurcz lub pękanie, które w przeciwnym przypadku magą nastąpić podczas procesu. Szczególnie korzystny jest taki materiał ziarnisty, który ma zasadniczo taki sam współczynnik rozszerzalności jak złoże wypełniacza lub forma wstępna. Przykładowo, jeżeli forma wstępna zawiera tlenek glinowy, a wynikowa ceramika zawiera tlenek glinowy, przegroda może być zmieszana z cząstkami tlenku glinowego, korzystnie o wielkości ziaren odpowiadającej numerowi sita 20-1000, ale mogą być jeszcze mniejsze cząstki. Inne odpowiednie przegrody zawierają ceramiczne materiały ogniotrwałe lub osłony metalowe, które są otwarte przynajmniej na jednym końcu, aby umożliwić przenikanie utleniacza w fazie pary poprzez złoże do styku z roztopionym metalem macierzystym.

W wyniku stosowania formy wstępnej, zwłaszcza w połączeniu z przegrodą, uzyskuje się czysty kształt, zmniejszając do minimum lub eliminując kosztowne operacje końcowej obróbki skrawaniem lub szlifowania.

Jako dalszy przykład wykonania wynalazku i jak wyjaśniono w zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela dodanie materiałów domieszkujących w połączeniu z metalem macierzystym może korzystnie wpłynąć na proces reakcji utleniania. Funkcja lub funkcje materiału domieszkującego mogą zależeć od wielu czynników innych niż sam materiał domieszkujący.

156 551

Czynniki takie obejmują przykładowo określony metal macierzysty, żądany produkt końcowy, określoną kombinację domieszek, kiedy stosuje się więcej niż dwie domieszki, zastosowanie zewnętrznie nakładanej domieszki w połączeniu z domieszką stopową, stężenie domieszki, środowisko utleniające oraz warunki procesu.

Domieszkę lub domieszki stosowane w połączeniu z metalem macierzystym (1) można stosować jako składniki stopowe metalu macierzystego, (2) można podawać na przynajmniej część powierzchni metalu macierzystego lub (3) można podawać na złoże wypełniacza lub formę wstępną lub na ich część, na przykład w strefie wsporczej formy wstępnej, albo też można stosować dowolną kombinację dwóch lub więcej sposobów (1), (2) i (3). Przykładowo, domieszkę stopową można stosować w połączeniu z domieszką podawaną z zewnątrz. W przypadku sposobu (3), kiedy domieszkę lub domieszki wprowadza się do złoża wypełniacza lub formy wstępnej, wprowadzenie takie 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 ziarnistej, korzystnie przynajmniej w części formy wstępnej przy metalu macierzystym.

Wprowadzanie domieszek do formy wstępnej może również odbywać się przez nakładanie warstwy jednego lub kilku materiałów domieszkujących na i w formie wstępnej, łącznie z jej wewnętrznymi otworami, odstępami, kanałami, przestrzeniami pośrednimi itp., które czynią ją przepuszczalną.

Wygodnym sposobem wprowadzania dowolnego materiału domieszki jest zanurzenie całego złoża w cieczy (na przykład w roztworze) materiału domieszkującego. Jak wyjaśniono powyżej domieszka może być wbudowana w wypełniacz, który stosuje się przy wytwarzaniu końcowego ^pro^duk!u ^kom^poz^ytowe^go. Zrć^ło domieszki mo^że ^być r^ównie^ż stosowane ^przez unneszczeme sztywnej bryły dmieszki w styku z i pomiędzy przynajmniej częścią powierzchni metalu macierzystego a formą wstępną. Przykładowo, cienki arkusz 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 w zakresie 850-1450°C, korzystnie 900-1350°C) następuje wzrost polikrystalicznego materiału ceramicznego w przepuszczalną formę wstępną.

W przypadku, gdy domieszka jest podawana z zewnętrz na przynajmniej części powierzchni metalu macierzystego, polikrystaliczna struktura tlenkowa rośnie zasadniczo w przepuszczalnej formie wstępnej zasadniczo poza warstwę domieszki (to znaczy poza głębokość nałożonej warstwy domieszki). W każdym przypadku jedną lub kilka domieszek można podawać zewnętrznie na powierzchnię metalu macierzystego i/lub do przepuszczalnej formy wstępnej. Ponadto domieszki stopowe w metalu macierzystym i/lub podawane z zewnątrz do metalu macierzystego mogą być wspomagane przez domieszki wprowadzane do formy wstępnej. Wszelkie braki stężenia domieszek stopowych w metalu macierzystym i/lub nałożonych zewnętrznie na metal macierzysty można wspomagać przez dodatkowe stężenie odpowiednich domieszek wprowadzonych do formy wstępnej i vice versa.

Użyteczne domieszki dla aluminiowego metalu macierzystego, zwłaszcza kiedy utleniaczem jest powietrze, obejmują na przykład magnez, cynk i krzem w połączeniu ze sobą lub w połączeniu z innymi domieszkami opisanymi poniżej. Metale te lub odpowiednie źródło metalu może być wprowadzane stopowo w metal macierzysty na bazie aluminium ze stężeniami dla każdego z nich 0,1-10% wagowych w stosunku do całego ciężaru wynikowego metalu domieszkowanego. Stężenia w tym zakresie inicjują, jak się wydaje, wzrost ceramiczny, wspomagają transport metalu i korzystnie wpływają na morfologię wzrostu wynikowego produktu reakcji utleniania. Zakres stężenia każdej domieszki będzie zależeć od takich czynników jak kombinacja domieszek i temperatura procesu.

Inne domieszki, które są skuteczne przy wspomaganiu wzrostu polikrystalicznego produktu reakcji utleniania dla systemów z metalami macierzystymi na bazie aluminium to przykładowo german, cyna i ołów, zwłaszcza kiedy są stosowane w kombinacji z magnezem lub cynkiem. Jedną lub kilka z tych innych domieszek lub odpowiednie ich źródło wprowadza się stopowo w system

156 551 aluminiowego metalu macierzystego ze stężeniami dla każdej z nich 0,5-15% wagowych całego stopu. Bardziej pożądaną kinetykę wzrostu i morfologię wzrostu otrzymuje się jednak przy stężeniach domieszek w zakresie 1-10% wagowych całości stopu metalu macierzystego. Ołów jako domieszkę wprowadza się stopowo w metal macierzysty na bazie aluminium zwykle przy temperaturze przynajmniej 1000°C, aby uwzględnić niską rozpuszczalność ołowiu w aluminium. Jednakże dodanie innych składników stopowych, takich jak cyna, zwykle zwiększa rozpuszczalność ołowiu i umożliwia dodawanie materiałów stopowych przy niższej temperaturze.

Można stosować jedną lub kilka domieszek zależnie od okoliczności, jak wyjaśniono powyżej. Przykładowo, w przypadku aluminiowego metalu macierzystego z powietrzem jako utleniaczem szczególnie użyteczne kombinacje domieszek stanowią (a) magnez i krzem lub (b) magnez, cynk i krzem. W takich przykładach korzystne stężenie magnezu leży w zakresie 0,1-3% wagowe, cynku w zakresie 1-6% wagowych, a krzemu w zakresie 1-10% wagowych.

Dodatkowe przykłady materiałów domieszkujących użytecznych w przypadku aluminiowego metalu macierzystego stanowią sód, lit, wapń, bor, fosfor i itr, które można stosować oddzielnie lub w kombinacji z jedną lub kilkoma innymi domieszkami, zależnie od utleniacza i warunków procesu. Sód i lit można stosować w bradzo małych ilościach rzędu części na milion, typowo 100-200 części na milion, a każdy z nich można stosować oddzielnie lub razem, albo w kombinacji z innymi domieszkami. Użytecznymi domieszkami są również pierwiastki ziem rzadkich takie jak cer, lantan, prazeodym, neodym i samar, znowu zwłaszcza, kiedy są stosowane w kombinacji z innymi domieszkami.

Jak zauważono powyżej nie jest konieczne stopowe wprowadzanie materiału domieszkującego w metal macierzysty. Przykładowo, selektywne stosowanie jednego lub kilku materiałów domieszkujących w postaci cienkiej warstwy albo na całej powierzchni, albo na części powierzchni metalu macierzystego umożliwia lokalny wzrost ceramiki z powierzchni metalu macierzystego lub jej części i prowadzi do wzrostu polikrystalicznego materiału ceramicznego w przepuszczalne złoże lub formę wstępną w wybranych obszarach. Wzrost polikrystalicznego materiału ceramicznego można więc sterować przez lokalne umieszczenie materiału domieszkującego na powierzchni metalu macierzystego. Nakładana powłoka lub warstwa domieszki jest cienka w stosunku do grubości bryły metalu macierzystego, a wzrost lub powstawanie produktu reakcji utleniania w przepuszczalnym złożu lub formie wstępnej sięga zasadniczo poza warstwę domieszki, to znaczy poza głębokość nałożonej warstwy domieszki. Taką warstwę materiału domieszki mażna nakładać przez malowanie, zanurzanie, sitodruk, naparo wywanie lub inne nakładanie materiału domieszkującego w postaci cieczy lub pasty, albo przez napylanie katodowe, lub po prostu przez osadzanie warstwy stałych ziaren domieszki lub stałego cienkiego arkusza lub filmu domieszki na powierzchni metalu macierzystego. Materiał domieszkujący może, ale nie musi, zawierać spoiwa organiczne lub nieorganiczne, nośniki, rozpuszczalniki i/lub zagęszczacze. Korzystnie materiały domieszkujące nakłada się jako proszki na powierzchnię metalu macierzystego lub dysperguje się w przynajmniej części wypełniacza. Szczególnie korzystny sposób nakładania domieszek na powierzchnię metalu macierzystego polega na zastosowaniu ciekłej zawiesiny domieszek w mieszaninie wody ze spoiwem organicznym natryskiwanej na powierzchnię metalu macierzystego w celu otrzymania przywierającej powłoki, która ułatwia manipulowanie domieszkowanym metalem macierzystym przed procesem.

Materiały domieszkujące, kiedy stosuje się je zewnętrznie, zwykle nakłada się na część powierzchni metalu macierzystego w postaci jednorodnej powłoki. Ilość domieszki jest skuteczna w szerokim zakresie względem ilości metalu macierzystego, na który jest ona nakładana, a w przypadku aluminium doświadczenia nie wykazały istnienia żadnej granicy górnej lub dolnej. Przykładowo, kiedy stosuje się krzem w postaci dwutlenku krzemu podawanego zewnętrznie jako domieszka dla metalu macierzystego na bazie aluminium przy zastosowaniu powietrza lub tlenku jako utleniacza, ilości tak małe jak 0,00003 g krzemu na gram metalu macierzystego lub około 0,0001 g krzemu na centymetr kwadratowy odsłoniętej powierzchni metalu macierzystego, wraz z drugą domieszką zawierającą źródło magnezu i/lub cynku dają zjawisko wzrostu ceramiki polikrystalicznej. Stwierdzono również, że strukturę ceramiczną można uzyskać z aluminiowego metalu macierzystego zawierającego krzem przy zastosowaniu powietrza lub tlenu jako utleniacza stosując MgO jako domieszkę w ilości większej niż około 0,0008 g magnezu na gram metalu macierzystego,

156 551 który ma być utleniany i większej niż 0,003 g magnezu na centymetr kwadratowy powierzchni metalu macierzystego, na który nakłada się MgO. Okazuje się, że do pewnego stopnia zwiększenie ilości materiałów domieszkujących może zmniejszać czas reakcji niezbędny dla wytworzenia kompozytu ceramicznego, ale będzie to zależeć od takich czynników jak typ domieszki, metal macierzysty i warunki reakcji.

Kiedy metalem macierzystym jest aluminium domieszkowane wewnętrznie magnezem, a czynnikiem utleniającym jest powietrze lub tlen, zaobserwowano, że magnez jest przynajmniej częściowo utleniany ze stopu przy temperaturach 820-950°C. W takich przypadkach systemów domieszkowanych magnezem, magnez wytwarza tlenek magnezu i/lub fazę spinelu magnezowoglinowego przy powierzchni roztopionego stopu aluminium, a podczas procesu wzrostu takie związki magnezu pozostają głównie przy początkowej powierzchni tlenkowej stopu metalu macierzystego (to znaczy przy „powierzchni inicjacji) w rosnącej strukturze ceramicznej. W takich systemach domieszkowanych magnezem strukturę na bazie tlenku glinowego wytwarza się więc niezależnie od stosunkowo cienkiej warstwy spinelu magnezowo-glinowego na powierzchni inicjacji. Jeżeli jest to pożądane, ta powierzchnia inicjacji może być łatwo usunięta, na przykład przez szlifowanie, obróbkę skrawaniem, polerowanie lub piaskowanie.

Poniżej podano przykłady, które ilustrują sposoby i wyniki wynalazku.

Przykład I. Materiały wypełniacza dla hodowanych kompozytów ceramicznych według przedmiotowego wynalazku wytwarzano przez kruszenie i mielenie brył ceramicznych przygotowanych zgodnie ze sposobami według zgłoszeń patentowych tego samego właściciela. W szczególności pręty z handlowego stopu aluminium (nieco zanieczyszczona wersja stopu 380.1 opisana poniżej) przetwarzano w ceramikę przez utlenianie w powietrzu przy temperaturze 1080°C przez 72 h, to znaczy przez czas wystarczający dla zakończenia reakcji aluminiowego metalu macierzystego. Podczas tego procesu pręty te były wsparte w złożach z cząstek tlenku glinowego (Norton E-l Alundum, ziarno odpowiadające numerowi sita 90), a utlenianie odbywało się od odsłoniętej powierzchni metalu w kierunku do atmosfery powietrza. Po ochłodzeniu do temperatury otoczenia wyhodowane kawałki ceramiki oddzielono od luźno przywierających cząstek złoża, od cienkiego naskórka tlenkowego, który powstał na nieodsłoniętych powierzchniach metalu i od resztkowego metalu pozostającego w złożu.

Tak wyhodowane kawałki ceramiki zostały przetworzone na cząstki przez kombinację kruszenia i mielenia w celu zastosowania ich w charakterze wypełniacza kompozytu. Materiały najpierw kruszono do maksymalnej wielkości cząstki 6,3 mm za pomocą kruszarki szczękowj, a następnie rozdrabniano dalej przez suche mielenie wibracyjne przez 24 h. Uzyskany proszek przesiano, aby oddzielić frakcję o wielkości ziaren odpowiadających numerowi sita -100// + 200 dla zastosowania w charakterze wypełniacza kompozytu.

Jako materiał kontrolny lub porównawczy stopione cząstki tlenku glinowego (Norton 38 Alundum) pierwotnie o wielkości ziaren odpowiadającej numerowi sita 14 kruszono w kruszarce rolkowej, mielono na sucho w młynie kulowym i przesiewano, aby oddzielić frakcję odpowiadającą numerowi sita -100// + 200, to znaczy taką samą frakcję jak wybrana dla wyhodowaniego i pokruszonego materiału wypełniacza.

Ceramiczne bryły kompozytowe przygotowano przy użyciu dwóch różnych wypełniaczy dla celów porównania. Dwie wysokie ogniotrwałe łódki z tlenku glinowego napełniono początkowo do głębokości w przybliżeniu 12,7 mm poziomą warstwą wolastonitu materiału, który działa jako przegroda dla procesu reakcji utleniania. Pręt ze stopu aluminium 380.1 o wymiarach 229 mm X 51 mm X 13 mm umieszczono na wierzchu warstwy wolastonitu w każdej łódce. Stop ten oprócz aluminium zawiera nominalnie (wagowo) około 7,5-9,5% krzemu, 3,0-4,0% miedzi, mniej niż 2,9% cynku, mniej niż 1,0% żelaza, mniej niż 0,5% manganu, mniej niż 0,5% niklu, mniej niż 0,35% cyny i mniej niż 0,1% magnezu, chociaż inne próbki tej samej partii stopu 380.1 zawierały jak stwierdzono około 0,17-0,18% magnezu, co stanowiło potencjalnie ważne odchylenie od nominalnego składu, ponieważ magnez jest udowodnioną domieszkę lub promotorem reakcji utleniania. Pręty ze stopu otoczono następnie ze wszystkich stron oprócz spodu cząstkami materiałów wypełniacza do głębokości przynajmniej 12,7 mm, przy czym w jednej łódce zastosowano wypełniacz

156 551 wyhodowany i pokruszony, a w drugiej łódce zastosowano wypełniacz ze stopionego tlenku glinowego.

Łódki ogniotrwałe wypełnione jak opisano powyżej umieszczono w piecu powietrznym i ogrzewano do temperatury 1000°C stosując cykl wypalania obejmujący nagrzewanie do temperatury przez 5h, utrzymywanie w temperaturze przez 60 h i okres chłodzenia pieca przez 5h. Następnie wyhodowany kompozyt ceramiczny oddzielono od przegrody i pozostałych materiałów złoża, a wszelkie luźno przywierające cząstki usunięto przez lekkie piaskowanie.

Analiza wzrostu ciężaru dla obu próbek branego jako zmiana ciężaru łódki ogniotrwałej wraz z zawartością podzielona przez początkowy ciężar stopu aluminium, wykazuje, że w przybliżeniu taka sama ilość reakcji nastąpiła w każdym z wypełniaczy. W szczególności przejmowanie tlenu wynosiło 59% w przypadku wypełniacza hodowanego i kruszonego i 56% w przypadku wypełniacza ze stopionego tlenku glinowego. Jednakże, jak wykazuje porównanie fig. 1A i IB, wzrost w hodowany i kruszony wypełniacz był znacznie bardziej jednorodny, co jest ważną zaletą procesu.

Porównanie właściwości mechanicznych uzyskanych z próbek ciętych z dwóch różnych materiałów również wykazuje znaczne różnice, jak podsumowano w tabeli. W tabeli tej moduł sprężystości określono sposobem polegającym na pomiarze prędkości dźwięku, a odporność na kruche pękanie zmierzono za pomocą konwencjonalnej próby Chevrona z karbem, zaś umowną wytrzymałość na zginanie określono przez zginanie czteropunktowe. Dane w tabeli wykazują oczywistą wyższość materiału przygotowanego przez wzrost w wypełniacz wyhodowany i rozkruszony, jeśli chodzi o właściwości mechaniczne.

Tabela

Porównanie właściwości

Materiał wypełniacza

Właściwość	Wyhodowany i rozkruszony	Stopiony tlenek glinowy
Twardość	84	71
(według Rockwella, skala A
Moduł sprężystości	316	202
(GPa)
Wytrzymałość na kruche pękanie	4,67	2,74
(MPa-m^1/2)
Umowna wytrzymałość na zginanie	256	67

Przykład II. Procedurę według przykładu 1 powtórzono dokładnie, jak opisano powyżej z tym wyjątkiem, że hodowanie końcowych ceramicznych brył kompozytowych przeprowadzono stosując aluminium o czystości 99,7% jako metal macierzysty, a nie stop 380.1 opisany w przykładzie I. W tym przypadku wzrost następował łatwo w wyhodowany i pokruszony materiał wypełniacza, dając zysk ciężaru (mierzony jak w przykładzie 1) 65% i całkiem jednorodną morfologię wzrostu, jak pokazano na fig. 2A. W przeciwieństwie do tego nie nastąpił żaden wzrost w wypełniacz ze stopionego tlenku glinowego, a dla tej próbki pokazanej na fig. 2B zysk ciężaru był ujemny, co jak się przypuszcza odzwierciedla eliminację niewielkich ilości lotnych składników z łódki i materiałów złoża. W tym przykładzie wzrost osnowy ceramicznej w złoże wyhodowanego i rozkruszonego wypełniacza był w oczywisty sposób lepszy niż wzrost w konwencjonalne cząstki stopionego tlenku glinowego. Właściwości mechaniczne kompozytu otrzymanego przez wzrost w wyhodowany i pokruszony materiał wypełniacza były bardzo podobne, albo nieco lepsze niż otrzymane w przypadku materiału z takim samym wypełniaczem wytwarzanego, jak opisano w przykładzie 1.

156 551

FIG. 2A

FIG. 2B

FIG. IB

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 5000 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego, zawierającego osnowę ceramiczną otrzymaną jako produkt reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem w fazie pary i wypełniacz infiltriwany przez tę osnowę ceramiczną, znamienny tym, że w pierwszym etapie ogrzewa się pierwsze źródło metalu macierzystego w obecności utleniacza w fazie pary, w celu uzyskania bryły roztopionego metalu macierzystego i przeprowadza się reakcję tego roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem przy takiej temperaturze, aby powstał produkt reakcji utleniania, który styka się z i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego metalu macierzystego a utleniaczem, utrzymuje się tę temperaturę, aby stopniowo transportować roztopiony metal przez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej, pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania oraz kontynuuje się tę reakcję przez czas wystarczający, w celu wytwarzania materiału polikrystalicznego zawierającego produkt reakcji utleniania i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych, a w drugim etapie rozdrabnia się materiał polikrystaliczny do określonej wielkości ziarna w celu zastosowania go do wypełniacza, który formuje się następnie jako przepuszczalną formę wstępną i umieszcza się drugie źródło metalu macierzystego, które orientuje się względem przepuszczalnej masy cząstkowego wypełniacza tak, że wytwarzanie produktu reakcji utleniania następuje w kierunku do, i w masę cząstkowego wypełniacza, po czym powtarza się czynności pierwszego etapu z drugim źródłem metalu macierzystego oraz kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający, aby produkt reakcji utleniania infiltrował w przynajmniej część masy cząstkowego wypełniacza.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsze źródło i drugie źródło metalu macierzystego stanowi aluminium.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako utleniacz w fazie pary stosuje się powietrze.
4. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się materiał domieszkujący w połączeniu z pierwszym źródłem i/lub drugim źródłem metalu macierzystego.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsze źródło metalu macierzystego i drugie źródło metalu macierzystego są zasadniczo takie same pod względem składu.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pierwsze źródło metalu macierzystego i drugie źródło metalu macierzystego zasadniczo różnią się pod względem składu.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skład utleniacza stosowanego w pierwszym etapie jest zasadniczo taki sam jak skład utleniacza stosowanego w drugim etapie.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że skład utleniacza stosowanego w pierwszym etapie zasadniczo różni się od składu utleniacza stosowanego w drugim etapie.
9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w drugim etapie materiał wypełniacza miesza się z masą wypełniacza cząstkowego przed orientowaniem.
10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako przepuszczalną masę cząstkowego wypełniacza stosuje się formę wstępną o uprzednio określonym kształcie, a występująca infiltracja w tę formę wstępną wytwarza kompozyt ceramiczny o kształcie formy wstępnej.
11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że drugie źródło metalu macierzystego stanowi model, przy czym masę wypełniacza dostosowuje się pod względem kształtu do modelu, który jest odwrotnie odwzorowany przez kompozyt ceramiczny.
12. Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego, zawierającego osnowę ceramiczną otrzymaną jako produkt reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem w fazie pary i wypełniacz infiltrowany przez tę osnowę ceramiczną, znamienny tym, że w pierwszym etapie ogrzewa się pierwsze źródło aluminiowego metalu macierzystego w obecności powietrza jako utleniacza i w połączeniu z przynajmniej jednym materiałem domieszkującym, w celu wytworzenia bryły roztopionego metalu macierzystego, po czym przeprowadza się reakcję tego roztopionego

156 551 metalu macierzystego z utleniaczem przy temperaturze 850-1450°C, w celu wytworzenia tlenku glinowego jako produktu reakcji utleniania, który to produkt styka się z, i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego metalu macierzystego a utleniaczem, utrzymuje się tę temperaturę, aby stopniowo transportować roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej, pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, kontynuuje się tę reakcję przez czas wystarczający dla wytworzenia materiału polikrystalicznego, zawierającego produkt reakcji utleniania i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych, zaś w drugim etapie rozdrabnia się materiał polikrystaliczny w celu uzyskania wielkości ziaren stosowanych jako wypełniacz i formuje się przepuszczalną formę wstępną z tego cząstkowego wypełniacza, orientuje się drugie źródło aluminiowego metalu macierzystego i formę wstępną względem siebie tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w kierunku do i w formę wstępną, po czym powtarza się czynności pierwszego etapu oraz kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający, aby produkt reakcji utleniania infiltrował w formę wstępną.
13. Sposób, według zastrz. 12, znamienny tym, że drugie źródło metalu macierzystego stanowi model, przy czym masę wypełniacza dostosowuje się pod względem kształtu do modelu, który jest odwrotnie odwzorowywany przez kompozyt ceramiczny.
14. Sposób wytwarzania kompozytu ceramicznego zawierającego osnowę ceramiczną otrzymaną jako produkt reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem w fazie pary oraz wypełniacz infiltrowany przez tę osnowę ceramiczną, znamienny tym, że w pierwszym etapie orientuje się źródło metalu macierzystego i przepuszczalne złoże pierwszego materiału wypełniacza względem siebie tak, aby powstawanie produktu reakcji utleniania odbywało się w kierunku do i w złoże materiału wypełniacza, następnie ogrzewa się pierwsze źródło metalu macierzystego w obecności utleniacza w fazie pary, aby powstała bryła roztopionego metalu macierzystego i przeprowadza się reakcję roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem przy temperaturze zapewniającej wytworzenie produktu reakcji utleniania, który to produkt jest w styku z, i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego metalu macierzystego a utleniaczem, następnie utrzymuje się tę temperaturę, aby progresywnie transportować roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza i w masę pierwszego materiału wypełniacza tak, że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania oraz kontynuuje się tę reakcję przez czas wystarczający dla infiltracji przynajmniej części złoża pierwszego materiału wypełniacza polikrystalicznym materiałem ceramicznym zawierającym produkt reakcji utleniania, pierwszy materiał wypełniacza i ewentaulnie jeden lub kilka składników metalicznych, zaś w drugim etapie rozdrabnia się materiał polikrystaliczny do wielkości ziaren nadających się do zastosowania jako drugi wypełniacz i formuje się przepuszczalną masę drugiego wypełniacza, orientuje się drugie źródło metalu macierzystego i przepuszczalną masę drugiego wypełniacza względem siebie tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w kierunku do i w masę ziarnistego wypełniacza, po czym powtarza się czynności pierwszego etapu oraz kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający, by produkt reakcji utleniania infiltrował przynajmniej w część masy drugiego wypełniacza.
15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że pierwszy mteriał wypełniacza i drugi materiał wypełniacza mają zasadniczo taki sam skład.
16. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że pierwszy materiał wypełniacza i drugi materiał wypełniacza zasadniczo różnią się składem.
17. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że pierwsze źródło i drugie źródło metalu macierzystego zawierają aluminiowy metal macierzysty.
18. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że jako utleniacz w fazie pary stosuje się powietrze.
19. Sposób według zastrz. 14 albo 17, znamienny tym, że stosuje się materiał domieszkujący w połączeniu z pierwszym źródłem i/lub drugim źródłem metalu macierzystego.
20. Sposób według zastrz. 14 albo 17, znamienny tym, że pierwsze źródło metalu macierzystego i drugie źródło metalu macierzystego mają zasadniczo taki sam skład.
21. Sposób według zastrz. 14 albo 17, znamienny tym, że pierwsze źródło metalu macierzystego i drugie źródło metalu macierzystego zasadniczo różnią się składem.

156 551
22. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że skład utleniacza stosowanego w pierwszym etapie jest zasadniczo taki sam jak skład utleniacza stosowanego w drugim etapie.
23. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że skład utleniacza stosowanego w pierwszym etapie zasadniczo różni się od składu utleniacza stosowanego w drugim etapie.
24. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że przed orientowaniem miesza się z masą drugiego wypełniacza trzeci materiał wypełniacza.
25. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że jako przepuszczalną masę drugiego wypełniacza stosuje się formę wstępną o określonym uprzednio kształcie, z tym, że infiltrację w formę wstępną wytwarza samonośny kompozyt ceramiczny mający kształt formy wstępnej.
26. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że drugie źródło metalu macierzystego stanowi model, przy czym masę wypełniacza dostosowuje się pod względem kształtu do modelu, który jest odwrotnie odwzorowywany przez kompozyt ceramiczny.
27. Sposób wytwarzania kompozytu ceramicznego, zawierającego osnowę ceramiczną otrzymaną jako produkt reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem w fazie pary oraz wypełniacz infiltrowany przez tę osnowę ceramiczną, znamienny tym, że w pierwszym etapie ogrzewa się pierwsze źródło aluminiowego metalu macierzystego w obecności powietrza jako utleniacza i w połączeniu z przynajmniej jednym materiałem domieszkującym, w celu powstania bryły roztopionego metalu macierzystego, przeprowadza się reakcję roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem przy temperaturze 805-1450°C, w celu wytworzenia tlenku glinowego jako produktu reakcji utlaniania, który to produkt jest w styku z, i rozciąga się pomiędzy bryłą roztopionego n .talu a utleniaczem, utrzymuje się tę temperaturę, aby stopniowo transportować roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza tak, że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający w celu wytworzenia polikrystalicznego materiału zawierającego produkt reakcji utleniania i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych, a następnie w drugim etapie rozdrabnia się materiał polikrystaliczny do wielkości cząstek dla zastosowania w charakterze drugiego wypełniacza i formuje się przepuszczalną formę wstępną z tego cząstkowego drugiego wypełniacza oraz orientuje się drugie źródło aluminiowego metalu macierzystego i formę wstępną względem siebie tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w kierunku do i w tę formę wstępną, po czym powtarza się czynności pierwszego etapu oraz kontynuuje się reakcję przez czas wystarczający, aby produkt reakcji utleniania infiltrował w formę wstępną.
28. Sposób według zastrz. 27, znamienny tym, że drugie źródło metalu macierzystego stanowi model, przy czym masę wypełniacza dostosowuje się pod względem kształtu do modelu, który jest odwrotnie odwzorowywany przez kompozyt ceramiczny.