PL156558B1 - A method of self-supporting ceramic composite production - Google Patents

Abstract

1 . Sposób w ytw arzania kom pozytu ceram icznego, zawierajacego osnowe ceram iczna otrzym ana przez utlenianie alum iniowego m etalu m acierzystego, prow adzacego do pow stania polikrystalicznego m aterialu zlozonego zasadni- czo z produktu reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem zawierajacym utleniacz w fazie pary i ewentualnie jeden lub kilka skladników m etalicznych, oraz wypelniacz infiltrow any przez te osnow e, znamienny tym, ze alum i- niowy m etal m acierzysty i m aterial wypelniacza orientuje sie wzgledem siebie tak, ze pow staw anie p ro duktu reakcji utleniania odbyw a sie w kierunku wypelniacza, przy czym m aterial wypelniacza m a pow loke ze zródla krzem u na przynajm niej czesci tego w ypelniacza rózniacej sie pod wzgledem skladu od glównego skladu w ypelniacza, a zródlo krzem u m a wlasciwosci dom ieszkujace, nastepnie ogrzewa sie alum iniowy m etal macierzysty do tem peratury powyzej jego tem peratury topnienia, ale ponizej tem peratury topnienia produktu reakcji utleniania, aby pow stal roztopiony alum in i owy m etal m acierzysty i zachodzila reakcja roztopionego alum iniowego m etalu macierzystego z utleniaczem przy wymienionej tem peraturze, co prow adzi do pow stania produktu reakcji utleniania i przy tej tem peraturze utrzym uje sie przynajm niej czesci produktu reakcji utleniania w styku z i pomiedzy bryla roztopionego m etalu a utleniaczem , tak ze roztopiony m etal stopniow o przeciaga sie poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku utleniacza i m aterialu w ypelniacza, a p rodukt reakcji utleniania ciagle powstaje w wypelniaczu . . . ............. PL PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	© OPIS PATENTOWY @ PL	© 156558 @ Bl
	Numer zgłoszenia: 267779	© IntCl5:
	(°) Data zgłoszema: 16.09·1987	C04B 35/10 C04B 35/56
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej	6ΖΥΤΕΙΒΠ
		3 fi li 10 A
@	Sposób wytwarzania kompozytu ceramicznego

		©	Uprawniony z patentu:
©	Pierwszeństwo:		Lanxide Technology Company,LP, Newark, US
	17.09.1986,US,908473 06.07.1987,US,070006	©	Pełnomocnik: PATPOL Spółka z o.o., Warszawa, PI
	Zgłoszenie ogłoszono:
	21.07.1988 BUP 15/88
	O udzieleniu patentu ogłoszono:
	31.03.1992 WUP 03/92

Bl

IO

O

LO \ 1 Sposób wytwarzania kompozytu ceramicznego, zawierającego osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenianie 'aluminiowego metalu macierzystego, prowadzącego do powstania polikrystalicznego materiału złożonego zasadniczo z produktu reakcji utleniania metalu macierzystego utleniaczem zawierającym utleniacz w fazie pary i ewentualnie jeden lub kilka składników metalicznych, oraz wypełniacz infiltrowany przez tę osnowę, znamienny tym, że aluminiowy metal macierzysty i materiał wypełniacza orientuje się względem siebie tak, ze powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w kierunku wypełniacza, przy czym materiał wypełniacza ma powłokę ze źródła krzemu na przynajmniej części tego wypełniacza różniącej się pod względem składu od głównego składu wypełniacza, a źródło krzemu ma właściwości domieszkujące, następnie ogrzewa się aluminiowy metal macierzysty do temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby powstał roztopiony alumiomowy metal macierzysty i zachodziła reakcja roztopionego aluminiowego metalu macierzystego z utleniaczem przy wymienionej temperaturze, co prowadzi do powstania produktu reakcji utleniania i przy tej temperaturze utrzymuje się przynajmniej części produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy bryłą roztopionego metalu a utleniaczem, tak ze roztopiony metal stopniowo przeciąga się poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku utleniacza i materiału wypełniacza, a produkt reakcji utleniania ciągle powstaje w wypełniaczu ... ......

o.

SPOSÓB WYTARZANIA KOMPOYTU CERAMICZNEGO

Claims (6)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sptsób wytwarzania kompozytu ceramicznego, zawierającego tsntwę ceramiczną otrzymaną przez utlenianie alumirnowegt mtalu maaierzystegt, prowadzącego dt ptwstania polikrystalczznegt maeriału złożonego zasadniczt z produktu reakcji utleniania metalu mcnerzystegc utleniazzem zawierającym utleniacz o fazie pary i eoMtjulnie jeden lub kilka składnikóo metalicznych, traz wypełniacz inf lttroM.ny przez tę tsntwę, znamienny tym, że aluminio<y metal macerzysty i maeriał wpeZΩiaczα trientuje się względem siebie tak, ze powstawanie prtdukt i reakcji utleniania odbywa się w kierunku wypeZolacz3, przy czym .raaeriał w^ϊ^^Z;nltiza ma ptwłtkę ze źródła krzemu na przynajmniej części tegt wypełniacza różniącej się ptd względem składu td głó / legt składu wypeZniaizα, a źródłt krzemu na właściwości dcmieszkujące, następnie tgrzewa się aluminiowy meeal maćerzysty dt temperatury powyżej jegt temperatury ttpniznla, ale poniżej temperatury topnienia prtduktu reakcji utleniania, aby ptwstał roztopiony aluminiowy meal macerzysty i zachodziła reakcja roztopionegt aluminiowegt raeealu mtieΓzystegt z utlenaaczem przy wyienionej temperaturze, co prowadzi dt powstania produktu reakcji utleniania i przy tej temperaturze utrzymuje się przynajmniej części produktu reakcj utle na nia w styku z i pomędzy bryłą roztopionego metalu a utleniaczem, tak ze roztopiony metal stopniowo przeciąga się poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku utleniacza i maeriału wypełniacza, a produkt reakcji utlenia nia ciągle powssaje w w/yKe-uaczi na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utlernazeern a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, pt czym kontynuuje się tę reakcję przez czas wystrczający dla infiltracji przynajmniej części OPeemacza materiałem polikrystałiczym·

2. Sposób wdług zastrz. 1, z n a m i e η n y tym, że źródłem krzemu jest związek krzemu redukowany przez roztopiony me*al maieΓzystp.

3. Sposób w (dług zastrz. 1, znamienny tym, że powłokę ze źródła krzemu wytwarza się przez utlenianie lub dysocjację prekursora krzemowego.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że utlenianie lub dysocjację dla wytworzenia powłoki ze źródła krzemu przeprowadza się przed etapem orientowania się metalu maierzystego i wypełniacza względem siebie.

5. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że utlenianie lub dysocjację dla wytworzenia powłoki ze źródła krzemu przeprowadza się na miejscu podczas wytwarzania produktu reakcji utleniania.

6. Sposób wdług zastrz. 3, albo 4 albo 5, znamienny ty o, że utlenianie dla wywożenia powłoki przeprowadza się przez ograe-ranie źródła krzemu w obecności atmosfery zawierającej tlen, aby powtała powłoka krzemionkowa.

7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, ze wypełniacz wybiera się z grupy złożonej z węglika krzemu, azotku krzemu, tlenku glinowego, tlenku cyrkonu i azotku boru.

8. Sptsób według zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie metalu mcierzystego przeprowadza się w temperaturze 7OO-145O°C.

9. Sptsób wdług zastrz. 1, znamienny tym, że ogrzewanie meealu mcierzystego prowadzi się w obecności atmosfery zawierającej tlen przy temperaturze 1000-l⁴50°^C, aty powstała ^powłtka ze ^źr^ódła krzemu, ^{a p}o ^w^wr^e.niu tej powłoki. na liejs cu na znacznej części wypełń acza zmienia się temperaturę, aby kontynuować wytwarzanie produktu reakcji utleniania.

156 558

10. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo stosuje się przynajmniej jeden dodatkowy maeriał domieszkujący w połączeniu z metalem mcierzystym.

11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kształtuje się mteriał wypełniacza w przynajmniej jedną formę wstępną z przynajmniej jedną określoną powierzchnią graniczną

12. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że nakłada się na formę wstępną przegrodę, aby uniemożliwić powstawnie produktu reakcji utleniania poza nią.

15. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się przynajmniej jeden utleniacz stały lub utleniacz ciekły, albo oba, zawrte w przynajmniej części mteriału wP^eer.iacza, dodatkowo przeprowadza się reakcję roztopionego metalu z tym dodatkowym utlenaaczera, a maeriał polikrystaliczny zawiera ponadto produkt reakcji utleniania mt^lu macierzystego z tym dodatkowym utleniaczem.

14. Sposób według zasltrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jako źródło krzemu stosuje się krzemionkę, krzemian lub krzem.

15. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że utleniacz wciera się z grupy złożonej z gazu zawierającego azot, powietrza, mieszaniny H₂/H₂O lub mieszaniny co/co₂.

* * *

Przymiotem wyralazku jest sposób wytwarzania kompozytu ceramicznego, przez infiltrację wypełniacza, który powleczony jest źródłem krzemu rającym właściwości domieszkujące, produktem reakcji utleniania hodowanym z aluminiowego me^lu maierzystego jako prekursora.

W ostatnich latach istnieje coraz większe zainteresowanie zastosowaniem maeiri^ałł^w ceramicznych na konstrukc je dotychczas budowane z meetli. Powodem tego za intetekowanla stała się wyższość maeriałów ceramicznych nad metalami pod względem pewnych właściwości takich Jak odporność na korozję, twardość, moduł sprężystości i opnotrwałość. Aktualne wysiłki mjące na celu wywożenie bardziej wytrzymłych, bardziej niezawodnych i silniejszych wyrobów ceramicznych są głównie skupione na opracowaniu ulepszonych sposobów technologii ceramiki mo^oi-tycznej, jak również opracowaniu nowych kkmpokCcJi ma^ri^aiooł^ch, mianowicie kompozytów z osnową ceramiczną. Struktura ceramiczna jest to taka struktura, która stanowi niejednorodny maer.ał, bryłę lub wjyrób wykonany z dwóch lub -ięcej różnych maaeriałói, które są ściśle połączone w celu otrzymania żądanych właściwości kkepokyts.

Przykładowo dwa różne maeriały mogą być ściśle połączone przez um^szcctnie jednego z nich w osnowie z drugiego. Kornmozyt z osnową ceramiczną zawiera jeden lub kilka różnych rodzajów maeriału wypełniacza, takich jak cząstki, włókna, pręty itp. Różne odpowiednie mae^riały stosowano jako w^Pee.nltcc przy wyważaniu kompozytów z osnową ceramiczną. Wypełniacze te były stosowane w postaci włókien, płytek, cząstek, wiskerów itd. Maaeraały te obejmują przykładowo pewne tlenki /pojedyncze lub meszane/, azotki, węgliki lub borki aluminium, hafnu, tytanu, cyrkonu, itru i krzemu. Pewne znane matriały, które stosowano jako wypeeniacz, takie jak wąglik krzemu i azotek krzemu, nie są samokstnie stabilne przy wyso^ej temperaturze w środowisku utlsnijjącym /na przykład powyżej 350°C/, ale podlegają w takim środowisku reakc^m rozkładu o stosunkowo powoonej kinetyce.

Istnieje kilka znanych ograniczeń lub trudności przy zastępowaniu meeaii maeriałami ceramicznymi, na przykład różnorodność skali, możliwość wytworzenia skomplikowanych ksztalrów, uzyskiwanie właściwości żądanych dla ostatecznego zastosowania oraz koszty.

Kilka równocześnie rozpatrywanych w USA zgłoszeń patentowych pokonuje niektóre z tych ograniczeń lub trudności i stwarza nowe sposoby niezawodnego wftwrzania mteriałów ceramicznych, łącznie z tkeeekyCael. Ważny sposób przedstawiono w równocześnie rozpatrywa4

156 558 nym zgłoszeniu patentowym USA nr 818 945. Wspomniane zgłoszenia opisują sposób wytłwnzinia sanonośnych brył ceramicznych hodowanych jako produkt reakcji utleniania z prekursora metalu maierzystego. Roztopiony metal reaguje z utleniaczem o fazie pary tworząc produkt reakcji utleniania, a meeal migruje poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, przez co ciągle poiosaje ceramiczna bryła krystaliczna. Proces ten może być wspomagany przez zastosowanie domieszki stopowej, takiej jak zastosowana w przypadku utleniania aluminium domies;kowanego magnezem i Krzemem w powietrzu, aby wytworzyć struktury ceramiczne z tlenku ginnowego alfa. Sposób ten ulepszono przez nakładanie maeriałów domieszkujących na powierzchnię metalu prekursora, jak opisano w zgłoszeniu patenonymi USA nr 822 999. Takie zjawisko utleniania wykorzystywano przy wtiwrzaniu ceramicznych brył kompozytowych, jak opisano w zgłoszeniu patenOowml USA nr 819 387.

Wspominane zgłoszenia opisują nowe sposoby wkurzania samonośnego kompozytu ceramicznego przez hodowanie produktu reakcji utleniania z prekursora metalu macerzystego w przepuszczalną msę wyplrU-acza, przez co następuje infiltracja wypełniacza osnową ceramiczną. Uzyskiwany w wyniku kompozyt nie ma jednak określonego kształtu geometrycznego. Sposób wytwarzania ceramicznych brył kompozytowych o określonym kształcie geometrycznym przedstawiono również w zgłoszeniu pαte:tSowm> USA nr 861 025. Zgodnie z tym sposobem powwtający produkt reakcji utleniania infiltruje w przepuszczalną formę wstępną w kierunku określonej powierzchni granicznej. Odkryto, że wysoką dokładność powtającego kształtu można łatwo osiągnąć przez w'posazem.z formy wstępnej w przegrodę, jak opisano w zgłoszeniu patentowym USA nr 861 024. Sposób ten zapewnia ukształoowane samonośne bryły ceramiczne, łącznie z uktztałOowanymi kompozytami ceramicznymi, przez hodowanie produktu reakcji utleniania meealu prekursora do przegrody oddalonej od tego metalu w celu określenia powierzchni granicznej. Sposób wywarzania kompozytów ceramicznych z męką, której wernntrzny kształt geometryczny odwrotnie odwzorowuje kształt pozytywowej formy lub modelu z me^lu maierzystego opisano w zgłoszeniu pai^i^nowym USA nr 823 542 oraz w zgłoszeniu pat^i^noOT^y^m USA nr 896 157.

Sposób stwarzania kompozytu ceramicznego, zawierającego osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie aluminiowego metalu macerzystego, prowadzącego dc powstania polikrystalicznego maeriału złożonego zasadniczo z produktu reakcji utleniania metalu macerzystego utleniacznm zawierającm utleniacz w fazie pary i e^^r.niu^].nie jeden lub kilka składników neet.licznyih oraz wypełniacz inlittniirany przez tę osnowę, według wyynlazku charakteryzuje się tym, że aluminiowy me lal macerzysty i maeriał wypełniacza orientuje się względem siebie tak, że pomttaw^i^^.ie produktu reakcji utleniania odbywa się w kierunku w/ppeniacza, przy czym maeriał wypełniacza rn powłokę ze źródła krzemu na przynajmniej części tego w^rPθZnlaizα różniącej się pod względem składu od głównego składu wypełniacza, a źródło krzemu ma właściwości domieszkujące. Następnie ogrzewa się aluminiowy μΖ,^ι macerzysty do temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, aby powotał roztopiony aluminiowy meeal macerzysty i zachodziła reakcja roztopionego aluminiowego metalu macerzystego z υtleniazznm przy w'cnenionej temperaturze, co prowadzi do powltaniα produktu reakcji utleniania. Przy tej temperaturze utrzymuje się przynajmniej części produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy bryłą roztopionego mt^lu a utleniacznm, tak że roztopiony me^l stopniowo przeciąga się poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku utleniacza i maeriału wypeniacza, a produkt reakcji utleniania ciągle powstaje w wypełniaczu na powierzchni międzcfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, po czym kontynuuje się tę reakcję przez czas w^rctarizający dla infiltracji przynajmniej części wyeeniacza maerlaZnm poiikrystaicznyym. Korzystnym rozwiązaniem jest, jeśli źródłem krzemu jest związek krzemu reduko-walny przez roztopiony me^l nacierzysty. Powłokę ze źródła krzemu wytwarza Si? przez utlenianie lub dysocjację prekursora krzemowego. Utlenianie lub dysocjację dla wytworzenia powłoki ze źródła Krzemu przeprowadza się przed etapem orientowania się mt^lu

156 558 macierzystego i wpelniacza względem siebie. W korzystnym rozwiązaniu sposobu utlenianie lub dysocjację dla wtwrzenia powłoki ze źródła krzemu przeprowadza się na miejscu podczas wytwarzania produktu reakcji utleniania. Utlenianie dla wyłwrzenia powłoki przeprowidza się korzystnie przez ogrzewrne źródła krzemu w obecności atmosfery zawierającej tlen, aby powtała powłoka krzemionkowa.

Korzystnie wypalacz wybiera się z grupy złożonej z wglika krzemu, azotku krzemu, tlerkcu glinowego, tlerku cyrkonu i azotku boru. Ogrzewanie metalu [racierzystego przeprowadza się w tempera turze 700 - 145O°C. Ogrzewanie metalu mcierzystego promdzi się korzystnie w obecności atmosfery zawierającej tlen przy temperaturze 1000 - 1450°C, aby powstała powłoka ze źródła krzemu, a po wytworzeniu tej powłoki na miejscu na znacznej części wypełniacza zmienia się temperaturę, aby kontynuować wAwronie produktu reakcji utleniania. Dodatkowo stosuje się przynajmniej jeden dodatkowy maaeriał domieszkujący w połączeniu z metalem maierzystym. Maaeriał wypełniacza kształtuje się w przynajmniej jedną for mię wstępną, z przyna jmniej jedną określoną powierzchnią graniczną. Na formę wstępną nakłada się przegrodę, aby uniemożliwić powstawanie produktu reakcji utlenianię poza nią. Stosuje się przynajmniej jeden utiemnacz stały lub utleniacz ciekły, albo oba, zawarte w przyna jmniej części maeriału wyplenia cza, dodatkowo przeprowadza się reakcję roztopionego metalu z tym dodatkowym utlenćaczem, a maaeriał polikrystaliczny zawiera ponadto produkt reakcji utleniania metalu maierzystego z tym dodatkowym utleniaczem. Jako źródło krzemu stosuje się krzemionkę, krzemian lub krzem, a utleniacz wybiera się z grupy złożonej z gazu zawierającego azot, powietrza, mieszaniny Hg/i^O lub mieszaniny CO/CCj

Maaeriały uzyskiwane sposobem według wynalazku mją zasadniczo jednorodne właściwości w całym swym przekroju, do grubości dotychczas trudnych do osiągnięcia przy konwencloralnych procesach wytwrzania struktur ceramicznych. Proces, który daje w wyniku te ιμΙθπιły, pozwala również na uniknięcie wysokich kosztów związanych z konwencjonalnymi sposobami produkcji ceramicznej, łącznie z przygotowaniem drobnoziarnistych, jednorodnych proszków o w/^s°liiej czystości i ich zagęszczaniem takimi sposobami jak spiekanie, prasowanie na gorąco lub prasowanie izostatyczne.

WjToby otrzymane sposobem według w^iazku nadają śię do zastosowania jako wyroby handlowe, które to określenie obejmuje ceramiczne bryły przemysłowe, konstrukcyjne i techniczne dla takich zastosowań, gdzie istotne są właściwości elektryczne, ściercnic, cieplne, konstrukcyjne i inne. Określenie to me obejmuje mteriałów odzyskiwanych lub odpadowych, które mogą być wrtwrzar.e jako niepożądane produkty uboczne przy obróbce roztopionych meeali.

Poniżej podano definicje określeń użytych w nin^eijszym opisie i zastrzeżeniach patentowych:

Określenie ceraeilzrc nie ogranicza się do bryły ceramicznej w sensie klasycznym, to znaczy w tym sensie, że zawiera ona całkowicie mmaeriały riemetalilzre i nieorganiczne, aie odnosi się do bryły, która jest głównie ceramiczna pod względem albo składu, albo dominująlzlh właściwości, chociaż bryła ta raoże zawierać niewielkie lub znaczne ności jednego lub kilku składników meta licznych pochodzących z metalu mclerzzstego lub wytvsιrzanych z utleńiacza albo domieszki, najczęściej w zakresie 1-W% rbjętoścrowzch, ale również może zawierać jeszcze więcej mt^lu.

Produkt reakcji utleniania ogólnie oznacza aluminium jako metal macierzysty w dowolnym stanie utlenomym, kiedy metal oddał swe elektrony lub podzśelił się nimi z innym pierwiastkeem, związkiem lub ich kombinacją. Produkt reakcji utieriar.ię według tej definicji oznacza produkt reakcji aluminiowego metalu z υΐΙεηίθ^Μ takim jak przedstawione w ririejzzyrr! opisie.

Ijtlerιcls. rsrccsc jeden lub kilka odpowiednich akceptorów elektronów i może być to ciało stałe, ciecz lub gaz /para/ albo ich /ra przykład ciało stałe i gaz/ w warunkach procesu.

156 558

Metal mcierzysty oznacza aluminium, które jest prekursorem polikrystalicznego produktu reakcji utleniania i obejmuje zasadniczo czyste aluminium, aluminium dostępne w handlu c zanieczyszczeniami i/lub składnikami stopowymi, albo stop aluminium, w którym aluminium jako prekursor jest głównym lub najbardziej znaczącym składnikiem przy wytwór zmiu produktu reakcji utleniania.

źródło krzemu oznacza pierwiastkowy krzem lub związek krzemowy, który dostarcza rateriał domieszkujący i/lub wspomaga zwilżanie wypełniacza roztopiny/m metalem mccerzystjm w w runkach procesu.

Sposób według w^lazku jest bliżej objaśniony w przykładach wskórania, jak również w nawiązaniu do rysunku, na którym fig. 1, 2 i 3 przedstawiają fotografie kompozytu wykonanego weiług przykładu II odpowi^nio w widoku z góry i w widokach z boku, przy czym część wyhodowanego kompozytu odcięto dle dalszej analizy, a fig. k przedstawia mitk-ofotograf ię struktury kompozytowej w powiększeniu plęćdzlesięcίtkiOznym, z pokazaniem powleczonych cząstek wypełniacza objętych przez osnowę ceramiczną wyko raną według przykładu III.

W praktycznej realizacji sposobu według w/mlazku aluminiowy metal mccerzysty, który może być domieszkowany dodatkowym mteriałem domieszkującym i jest prekursorem dla produktu reakcji utleniania, kształoowmy jest jako wlewek, kęs, pręt, płyta ltp. Masę lub bryłę maeriału wypełniacza zawiera jącego cząstki, proszki, włókna, wiskery lub inne odpowiednie kształty, z powłoką ze źródła krzemu orientuje się w:ględem aluminiowego metalu macierzystego tak, że kien-mek wzrostu produktu reakcji utleniania będzie do wypełniacza i w w^rPaenlacz. Skład powłoki różni się od pierwotnego składu wy^:,eł^{nl a}ict, a w przypadku związku krzemu jest on również redukowany przez roztopiony aluminiowy meal mccerzysty, przez co służąc jako domieszka wspomaga reakcję utleniania. Uwwża się również, że źródło krzemu służy również do zwiększania zwilżalności wypełniacza metalem macierzystym,. Złoże jest przepuszczalne dla utleniacza w fazie pary /na przykład powieerza/ i dla wzrostu osnowy z produktu reakcji utleniania, w celu umoiiwLania rozwoju produktu reakcji utleniania i jego infiltracji poprzez wyetr^i^;tcc.

Maaeriały domieszkujące mają korzystny wpływ na proces reakcji utleniania metali macierzystych, a krzem, dwutlenek krzemu i podobne związki zawierające krzem są użytecznymi źródłami domieszki, gdy jako metal macierzysty stosuje się aluminium. Zgodnie z kircysZnym przykładem realizacji sposobu weiług wrzlaztu związek krzemu po ogrzaniu do odpo^^óe^ć^niej tempe ratury w atmosferze zawierającej tlen tworzy powłokę tlerkkową, która służy jako ma^e^i.ał domieszkujący. Powstawanie powłoki tlenkowej na wypełniaczu może odbywać się w etapie wstępnego wypalania lub na miejscu podczas wtwrzaua bryły ceramicznej w obecności gazu zawierającego tlen jako utleniacza. Jeżeli me podano inaczej, określenia wypełniacz lub maeriał wypełniacza mją oznaczać rasę, złoze lub formę wstępną zawiera jącą maeri-ał wypełniacza przynajmniej częściowo powleczony źródłem krzemu, który może występować w połączeniu z innymi maeriałami wypełniacza pozbawionymi takiej powłoki.

Sam wypełniacz reaguje jak w przypadku wąglika krzemu, tworząc powłokę ze związku krzemu, który jest redukowany przez roztopiony aluminiowy metal raaćerzysty. W takim, przypadku wypełniacz sam ra właściwości domieszkujące ztptwz].ane przez powłokę, a pozostała nie zίtzlo^ część służy jaKO wypełniacz po infiltracji przez produkt reakcji utleniania. Szczególnie korzystne oyρaenl.acze tego typu zawierają wglik krzemu i azotek krzemu. Przy μΙθριιłach tego typu po ogrzaniu w powietrzu lub innych odpowiednich gazach zawierających tlen powstaje powłoka krzemionkowa lub powłoka krzemianowa. Jeżeli jest to pożądane, wypalacz może mieć odpowiednią powłokę ze źródła krzemu lub prekursora krzemowego nałożoną na wypełniacz o całkowicie odmiennym składzie. Przykładowo, szczególnie korzystnym jest ortokrzeiltz icteroetyiowy nałożony na włókna z tlenku cyrkonu, przy czym po wysuszeni lub umiarkowanym ogrzaniu dla zdysocjowania iaaerltłu powstaje powlcka krzemionkowa. Ponadto jako cząstkowy maaeriał tlenku glźnowego można sto156 558 sować szkło z krzemianu etylu, które po ogrzaniu tworzy powłokę krzemionkową.

Według korzystnego przykładu realizacji sposobu według wynalazku odpowiedni wyppemacz, taki jak wgHk krzemu lub azotek krzemu w postaci cząstkowej, wyiala się wstępnie lub ogrzewa w atmosferze zawierającej tlen, na przykład w powietrzu, przy temperaturze wystarczającej dla powstania powłoki krzemionko^j na znacznej części tego cząstkowego mter^^łu. Przykładowo, kiedy stosuje się węglik krzemu jako wypeeniacz, wypalanie wstępne odbywa się korzystnie przy temperaturze 1000-1450°C, korzystnie 12OO-135O°C. Czas potrzebny dla powstania powłoki tlenkowej na takich wypełniaczach zależy od takich czynników jak wielkość cząstek, kształt, porowatość i dostępność utleniacza. Dla w glina krzemu o wielkości ziaren odpowiadającej .numerowi sita 250-750 odpowiedni czas wyra lania wstępnego wynosi 5-40 godzin. Inną zaletą w^plania wstępnego jest yytwrzar.ie grubszej powłoki krzemionkowej niz rożna byłoby wytworzyć w czasie potrzebnym dla powiania osnowy.

W innym przykładzie wykonania cienką błonkę lub powłokę z dwutlenku krzemu wytwrza się na miejscu podczas procesu reakcji utleniania z gazem zawierającym tlen jako utleniacz. Zestaw złozony z aluminiowego metalu raaierzystego i wypełni3CZJ, umieszczony w odpowiednim naczyniu ogniotrwałym, ogrzewa się do temperatury nie tylko powżej temperatury topnienia metalu rraaierzystego, lecz również •wytancza jąco wsokiej, by powstała odpowiednia powłoka krzemionkowa na wypełniaczu. V tym przykładzie tw-korania utleniacz w fazie pary stosowany w reakcji utleniania, przy której powwtaje osnowa, rówiież reaguje z wyetsucze^i tworząc naskórek z dwutlenku krzemu. Przykładowo, Kiedy stosuje się Wι''P^elⁿiJlz z wglika krzemu infiltrowany przez osnowę z tlenku glrnowego jako produkt reakcji utleniania aluminiowego metalu maierzystego i utleniacza w fazie pary zawierającego tlen, korzystnie powietrza, przy odpowiedrnej temperaturze na cząstkach węglika krzemu powtaje powłoka tlenkowa. Zestaw najpierw ogrzewa się ^do temperatury ^00-1.450^, korz^ystnie ¹²OO-135O°C. Gd^y cienka błonka lub powłoka krzemionkowa powsanie na raaenale wpełnialzJ z wglika krzemu, ter. zakres temperatur można utrzymywać lub też można dla kontynuowania procesu reakcji utleniania i dla rozwoju ceramicznej struktury komppzytowej.

W kolejnym przykładzie realizacji sposobu według w/zeιJLa^zlu imaeriał 'w^rP^eł^:'^^ł·JC^zJ zostaje powleczony krzemem, na przykład przez naparowywme chemiczne. Jest to szczególnie korzystne w przypadku wypełniaczy, takich jak włókna, cząstki lub wiskery, które wyimaają ochrony przed degradacją w w runkach procesu. Przykładowo, cząstki azotku boru muszą być chronione przed utlenianym i reakcja, z roztoplonym aluminium, a powłoka krzemowa zapewnia taką ochronę.

Maaeriały wypełniacza takie jak węglik krzemu i azotek krzemu wstępują korzystne w postaci cząstkowej i mogą zawierać mieszaninę ziaren różnej wielkości, korzystnie w zakresie numerów sita 10-1000, ale można stosować jeszcze imnńE^.jsze cząstki. Jednakże w przypadku azotku krzemu pożądane jest zastosowanie stosunkowo grubego mt^ri.ału, aby zapobiec nadmiernemu utlenianiu lub reakcji powstawania azotku aluminium i krzemu. W ten sposób zmeszany wypełniacz dostosowuje się do wytwarzania mae^rułu wypeełTtiacza posiadającego żądane właściwości końcowe, takie jak przepuszczalność, porowatość, gęstość ltd.

Wypełniacz zazwyczaj jest spojony jako złoże lub forma wstępna dowolnym spodem /materiał, czynnik, związek itp./, które nie zakłóca reakcji wtoług przedmiotowego w/mlazku, ani nie pozostawia zealznplh ilości niepożądaι-Ρω resztkowych produktów ubocznych w ceramicznym produkcie kompozytowym. Stwierdzono, ze odpowiednimi wPθenl·ac^zJml są na przykład alkohol poliwinylowy, żywice epoksydowe, lateks naturalny i tpetetyczep. Wypełnlacz, ze spodem lub bez niego, formuje się nadając mu dowolny określony kszttałt i wielkość koeweecjonalnym sposobem takim jak odlewanie z gęstwy, formowanie wtryskowe, formowanie przetłolzee, formownie podciśnlenlowe itp.

Korzystnym jest, abp matmał wp>ełnlaąza był ukształtowany wtępnie i miał przynajmniej jedną powierzchnię graniczną. Ponadto powinien on zachowywać w stopniu wyzS3rcz^jącym integralność swego kształtu i wtrzpyTość w stanie surowym, jak również dokładność

156 558 wymiarową podczas obróbki i i^twrzania bryły ceramicznej). Złoże wjyełniacza lub forma wstępna powinna być jednak wystarczająco przepuszczalna, aby umoożiwić wzrost polikrystalicznego mieri.ału osnowy. Przykładowo, forma -wstępna z węglika krzemu lub azotku krzemu korzystna do stosowania w sposobie w dług wmlazku ma porowatość 5 - 90% objętościowych, korzystniej 25-7% objętoścoowych.

Przy prowadzeniu procesu wP^ee^nla^cz> który może być wtępnie wyiplony i/lub kształtowany wstępnie, umieszcza się przy jednej lub kilku powierzchniach, albo przy części powierzchni tluminiim. Itetteiał wPełniacza korzystnie styka się z powierzchnią metalu macierzystego, ale kiedy jest to pożądane, może być częściowo zanurzony, lecz nie całkowicie, w roztop^nym meealu, ponieważ całkowite zanurzenie odcięłoby lub zablokowało dostęp utleniacza w fazie pary do maeriału wypełniacza dla prawidłowego rozwoju osnowy polikrystalicznej. Powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w kierunku do i w maeriał wypełniacza.

Zestaw zawierający w/Peeni-acz i aluminium jako meeal maierzysty umieszcza się w piecu, który otrzymuje odpowiedni utleniacz w fazie pary i ogrzewa się ten zestaw do lub w zakresie temperatur powyżej temperatury topnienia meealu mtn^rzystego, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania. Zakres temperatur procesu dla aluminiowego metalu macerzystego przy zastosowaniu powietrza jako utleniacza w fazie pary zwykle wynosi 700-1450°C, korzystnie 800-1350°C. W tym roboczym zakresie temperatur lub korzysnym zakresie temperatur po\wtaje bryła lub jeziorko roztopionego meealu, a po zetknięciu z utle niaczem roztopiony meeal reaguje tworząc warstwę produktu reakcji utleniania. Po ciągłym wystawieniu nt działanie środowiska utleniającego w odpowiednim zakresie temperatur, reszta roztopionego metalu jest ttopniooi> przeciągana w i poprzez produkt reakcji utleniania w kieriuiku do utleniacza. Po zetknięciu z utlent^czem roztopiony metal reaguje tworząc dodatkowy produkt reakcji utleniania. Przynajmnnej część produktu reakcji utleniania utrzymuje się w styku z i pomiędzy roztopóonym mcierzystym a utlenaaczem, tak aby spowodować ciągły transport roztopionego meealu poprzez wywarzony produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, tak że polikrystaliczny produkt reakcji utleniania infiltruje przynajmniej w część maeriału wP^eeⁿⁱac2a. Powłoka ze źródła krzemu wywarzona na mteriale wy^eni-acza, nt przykład przez wstępne wywlenie na miejscu lub wstępne powleczenie, wspomaga wrost polikrystaUcnnego produktu reakcji utleniania przez zapewuenie ciągłego źródła krzemowego maeriału domieszkującego w całej objętości wy^ełhltlzt.

Proces ten kontynuuje się,aż produkt reakcji utleniania dokona infiltracji przynajmnnej części złoża maeriału wypalacza. Jeżeli stosuje się formę wstępną, proces ten jest kontynuowany, aż produkt reakcji utleniania dokona infiltracji i obejmie składniki formy wstępnej do określonej powierzchni granicznej i korzystnie nie poza nią, co byłoby przerastanym polikryttallcnnegi maeriału osnowy.

Należy rozumieć, że uzyskiwany w wyniku procesu polikrystaliczny osnowy może mieć pory, które mogą ccęśliowo lub prawie całkowicie zastępować składniki metaliczne, ale procent objętoścoowy pustych przestrzeni będzie w znacznym stopniu zależeć od takich czynników jtk temperatura, czas, typ metalu mcierzystego i stężenie domieszek. Zazwyczaj w takich polikrysttUcznych strukturach lłramllcnylh krystality produktu reakcji utleniania są złączone w więcej niż jednym wy-aTze, korzystnie w trzech wymiarach, t metal i pory mogą być przynajmniej częściowo złączone. Uzyskany w wyniku procesu ceramiczny wyrób kompozytowy m wymiary i kształt geomeeryczny pierwotnej formy wtępnej, jeżeli była zastosowana. W szczególności dobrą jakość osiąga się przez zastosowanie przegrody.

Utleniacz w ftzie pary stosowany w procesie reakcji utleniania jest normlrne gazowy lub jest zamieniany w parę przy warunkach procesu, tworząc atmosferę utleniającą ttką jtk powietrze atmosferyczne. Jeżeli jednak stosuje się wypełniacz wpialony wstępne lub powleczony, wówczas οΑβη^^-ηι nie musi być gaz zawierający tlen. Typowe utleniacze w fazie pary /gazowe/, których zastosowanie może zależeć od tego, czy wypełniacz został wstępnie

156 558 wypalony lub powleczony, obejmo Ją dodatkowo na przykład azot lub gaz zawierający azot i mieszaniny takie jak powietrze, H₂/h₂0 i CO/CO2, przy czym mieszaniny H₂/h₂O i C0/C0₂ są użyteczne przy zmniejszaniu aktywności tlenu w środowisku pod względem pożądanych utlenialnych składników formy wstępnej. Tlen lub mieszaniny gazowe zawierające tlen /łącznie z powietrzem/ są odpowiednie dla utleniaczy w fazie pary, przy czym powietrze jest zwykle bardziej korzystne z oczywistych względów ekonomicznych. Kiedy o utleniaczu w fazie pary mówi się jako o zawierającym dany gaz lub parę, oznacza to utleniacz w fazie pary, w którym ten gaz lub para jest jedynym, dominującym lub przynajmniej znaczącym utleniaczem metalu macierzystego w wronkach otrzymanych w zastosowanym środowisku utleniającye. Przykładowo, chociaż głównym składnikiem powietrza jest azot, tlen zawrty w powietrzu jest jedynym utlenaaczem meealu macerzystego w warunkach ot^zmn^y^nych w zastoow^i^r^y^m środowisku utleniającym. Powietrze podlega zatem definicji utleniacza gaz zawierający tlen a me definicji utleniacza gaz zawierający azot. Przykładem utleniacza zawierającego azot zaotosiwnym tu i w zastrzeżeniach jest gaz formujący, który zazwrczaj zawiera około 96% objętoścSowcch azotu i około 4% objętościowe wdoru.

Utleniacz, który jest cieczą lub ciałem otaCym w wronkach procesu, można stosować łącznie z utlenaaceem w fazie pary. Takie dodatkowe utleniacze są szczególnie korzystne przy wspomganiu utleniania metalu maierzystego w maeriale wypełniacza a nie poza jego powierzchniami. Oznacza to, że zastosowanie takich dodatkowych utleniaczy tworzy środowisko w maeriale wpeZnlacci bardziej korzystne dla kinetyki utleniania meealu macerzystego niż środowisko na zewrątrz złoża wpceniacza lub formy wtępnej. W stosunku do MierIału wypełniacza z węglika krzemu stosowanego jako forma wstępna takie wspomaga ące środowisko jest korzystne dla przyśpieszania rozwoju osnowy w formie wstępnej do granicy i dla zimńejszania do minimum przerastania.

Kiedy utleniacz w stanie otaZee stosuje się dodatkowo oprócz utleniacza w fazie pary, może być on dyspergowany w całej objętości maeriału wypełniacza lub tylko w części maenału wpełniacza przy metalu maierzystym, na przykład w postaci ziarnistej i w mieszaninie z maeriałem wpeeniacza. Można stosować każdy odpowiedni utleniacz stały zależnie od jego kompeayCilności z utlenίaczee w fazie pery. Takie utleniacze stałe zawierają odpowiednie pierwiastki, takie jak bor, albo odpowiednie redukowane związki, takie jak pewne borany, szkła boranowe, krzemiany i szkła krzemianowe o stabilności termodynamicznej mnnejszej niż mm produkt reakcji utleniania meealu miieΓzystzgo. Jeżeli utleniacz ciekły stosuje się dodatkowo oprócz utleniacza w fazie pery, utleniacz ciekły jest dyspergowany w całej objętości złoża maeriału wypeenlacci, lub w części maeriału wyceenlacza, przy roztopowym meealu, pod warunkiem, że taki ciekły utleniacz nie uniemożliwia dostępu utleniacza w fazie pary do roztopionego metalu macerzystego. Określenie utleniacz ciekły oznacza taki, który jest cieczą w wrotkach reakcji utleniania, a więc utleniacz ciekły może mieć stały prekursor, taki jak sól, która jest roztapiana lub ciekła przy warunkach reakcji utleniania. Alternatywnie utleniacz ciekły może mieć prekursor ^ζΜζ, na przykład roztwór maeriału, który roztapia się lub rozkłada w wronkach procesu, dając odpowiednią cząsteczkę utleniacza. Przykłady utleniaczy ciekłych według takiej definicji obejmują szkła o niskiej temperaturze topnienia.

Jeżeli stosuje się ukształoowaną formę wstępną, forma wstępna powinna być wysarczająco porowata lub przepuszczalna, aby umiożl^witała przenikanie utleniacza w fazie pary poprzez formę wstępną do styku z roztopsiyye metalem rMcierzcstym. Forma wstępna powinna być również wystarczająco przepuszczalna dla umoSZlwltila wzrostu produktu reakcji utleniania w jej granicach bez istotnego zakłócania lub innej zmiany jej kształtu gtometrcczitgo. W przypadku, gdy forma wstępna zawiera utleniacz stały i/lub utleniacz ciekły, który może być stosowany waz z utlen^cemn w fazie pary, forma wstępna powinna być wystarcza jąco porowata lub przepuszczai-a, aby umoożlwiała i przyjno-rała wzrost produktu reakcji utleniania pochodzący od utleniacza stałego i/lub ciekłego.

156 558

W korzystnym przykładzie realizacji sposobu wdług wynalazku stosuje się kompozytowy wyełniacza, który po ogrzaniu do odpowiedniej temperatury w atmosferze zawierającej tlen, stanowi źródło maeriału domieszkującego. To znaczy przykładowo węglik krzemu jako wypełniacz jest źródłem dwutlenku krzemu jako domieszki. W pewnych zastosowaniach może być konieczne lub pożądane użycie dodatkowego maaeriału domieszkującego, aby uzupełnić maaeriał sami^^nie dostarczany przez źródło krzemu. Kidy oprócz źródła krzemu stosuje się jedną lub kilka domieszek, mogą one być po pierwsze stosowane jako składniki stopowe aluminiowego metalu rraaierzystego, po drugie mogą być nakładane na przynajmniej część powierzchni metalu mcierzystego lub po trzecie mogą być w^rowi^^^ne w część lub całość ratern.iu wypeeniacza. Można tez stosować dowolną kombinację tych wżenionych dwóch lub trzech sposobów. Przykładowo domieszkę stopową z metalem macierzystym można stosować oddzielnie lub w połączeniu z drugą domieszką podawaną zewnętrznie wraz z powłoką ze związku krzemu. W przypadku, kiedy dodatkową domieszkę lub domieszki podaje się do maeriału wypełniacza, można to realizKać w dowolny odpowiedni sposób. Funkcja lub funkcje ιΙθγιιłu domieszkującego mogą zależeć od liczby czynników innych niż sam domieszkujący. Czynniki takie obejmują na przykład określoną kombirację domieszek, kiedy stosuje się dwie lub więcej domieszek, zastosowanie domieszki podawanej z zew^ą^n w połączeniu z domieszką stopową z metalem mcierzystym, stężenie domieszki, środowisko utleniające i warunki procesu.

Domieszki użyteczne w połączeniu ze źródłem krzemu jako domieszką dla aluminiowego metalu mnerzystego, zwłaszcza gdy utlenum jest powietrze, obejmują mgnez i cynk, które stosuje siy w połączeniu z innymi domieszkami. Meiale te lub odpowiednie źródło tych meeali wprowadza się stopowo w metal mαlerzysty na bazie aluminium ze stężeniami dla każdego z nich 0,1 - 1096 ragowych w stosunku do całkowitego ciężaru wynikowego metalu domieszkowanego. Jeżeli jest to pożądane, metaliczny krzem w^ip^dza się stopowo do metalu mcierzystego, aby uzupełnić źródło krzemu stanowiące powłokę na w'PθeniaClu. W takich przykładach korzystne stężenie mgnezu m^ści się w zakresie 0,1 - 3% wagowe, krzemu w zakresie 1 - 10% wagowych, a cynku, kiedy stosuje się go z mgnezzm, w zakresie 1-6% wagowych. Te maaeruły domieszkujące lub odpowiednie ich źródło /na przykład MgO i ZnO/ można stosować zewnątrznie na meeal maίerzysty. Strukturę ceramiczną z tlenku glńnowego uzyskuje się μ!;! dla aluminiowego metalu maleΓzystego stosując powletrze jako utleniacz przy użyciu

MgO jako domieszki w i lości większej niż 0,0008 g na gran mtalu [maierzystego, który ma 2 byc utleniony i większej niz 0,003 g na cm metalu mni^rzystego, na który nakłada się MgO.

Dodatkowymi przykładami ma^iua^ć^w domieszkujących skutecznych z alumiraowymi metalami macierzystymi reagującymi z atmosferą zawierającą tlen są sód, german, cyna, ołów, lit, wapń, bu·, iosior 1 itr, którz mogą być stosowane oddzielnie lub w połączeniu z jedną lub z kilkoma innymi domieszkani, zależnie od utleniacza i warunków procesu. Pierwiastki ziem rzadkich, takie jak czr, lantu, prazeodym, neodym 1 samr są również użytecznymi domieszkami, zwłaszcza gdy są stosowane w połączeniu z innymi domieszkami. Wszystkie ιΙθγιι^ domieszkujące stosowane dodatkowo, oprócz powłoki zz źródła krzemu, wspomgają skutecznie wzrost polikrystaΙϋΜί^Ε^ο produktu reakcji- utleniania dla syslirnów z mzei^m mcierzystym na bazie aluminium.

Ceramicznym produktem kompozytowym ztysymywαnym przy praktycznej realizacji przedmiotowego wynalazku jest μ;^1^1.ζ spoisty produkt, w którym 5-93% oo jętoś. coowych całkowitej objętości aeramiaznego produktu kompozytowego składa się z wyeZniacza objętego przez polikrystaliczną osnowę aeramlayną. Polikrystaliczna zznzwt ceramiczna zwykli składa się, kizdy Jako utleniacz stosuje się powietrze lub tlen, z 60-99% objttoścziwyah /objętości osnowy polikrystalicznej/ złączonego tlenku glinowego alfa 1 około 1-4o% wagowch /na tzj samej podstawie/ składników metalicznych, takich jak mzutlenicnz składniki mtalu macierzystego lub zredukowany mtal z domieszki lub utleniacza.

156 558

Λ połączeniu z nateriałeni wpełniacza można stosować przegrodę, aby uniemożliwiać wzrost lub rozwój produktu reakcji utleniana poza przegrodę. Odpowiednią przegrodą m^e być dowolny raatriał, związek, pierwiastek, mieszanina itp., która w warunkach procesu według wynalazku zachowuje pewną integralność, nie jest lotna i korzystnie jest przepuszczalna dla utleniacza w fazie pary, a równocześnie jest zdolna do lokalnego uniewzliw^rna, utrrad niania, zatrzymywania, przeszkadzania, zapobiegania itp. cieggemiu wzrostowi produktu reakcji utleniania. Siarczan -rap.pia /gips modelarski/, krzemian wapnia i ce^^i^l; portlandzki, oraz ich mieszaniny, które są korzystne w przypadku aluminium stanowiącym, metal maaierzysty i z gazowym ^Ιθγ^οιθ- zpwlesaJązym tXen, typowo nakłada się jako zawiesinę lub pastę na powierzchnię maPerlpłu wpee.niacza. Taka przegroda może również zawierać odpowiedni rnteriał palny lub lotny, który jest emminowany po nagrzaniu, albo też maeri^iał, który rozkłada się po nagrzaniu, w celu zwiększenia porowtości i przepuszczalności przegrody. Ponad to przegroda może zawierać odpowiednie cząstki ogniotrwałe, aby zmniejszyć ^θ^ιβΙο^ skurcz lub pękanie, które mogłyby wystąpić podczas proces i. Szczególnie pożądany jest taki maeriał cząstkowy, który ma zasadniczo taki sam wwpółczynnik rozszerzalności cieplnej jak złoże wyeeniacza. Jeżeli forma wstępna zawiera tlenek glino··', a wynikowy maeriał ceramiczny zawiera tlenek gl-now-y, przegroda korzystnie zmieszana jest z cząsto- ym mteraałmm z tlenku glrnowego, korzystnie o wielkości ziarna odpowwadającej numerowi sita 20 - 100'.

Podane poniżej przykłady ilustrują praktycznie realizację sposobu według -yyaaazku.

Przykład I. Sposobem według wytworzono strukturę ceramiczną zawierającą produkt reakcji utleniania zawierający tlenek glrnowy, który obejmuje wiskery SiC beta dostarczam przez ΝΙΧΜΪΙ TECHNO-RSEARCH COMPANY, LTD., powleczone początko--? albo ha’ d lewą krzemionką koloidalną /Ludox HS-5O z Du Pont Coi^ny/, albo roztworem krzemianu sodu /40-42° Baume/ w charakterze dodatkowych źródeł krzemu.

Trzy formy wstępne o średnicy 51 mm i o grubości 9,5 mm wykonano przez zm^^zann trzech oddzielnych partii wiskerów SiC beta z czynnikiem ciekłym, wianu uzyskanej zawiesiny do formy i następnie odgazowuje i w/suszenie w urządzeniu pddci.śnltndowe. Czynniki ciekłe, które były mieszane z wiskerami SiC beta obejmowały wod-ę elstydowpną jako czj i-.ik kontrolny, koloidalną krzemionkę i roztwór krzemianu sodowego. Formy wstępne umieszczono na złożu S1 Alundum ziarno 90 /z Norton Comopny/ zawartym w łódce ogniotrwałej. Wlewki ze stopu aluminium 712.2 o takiej samej średnicy jak średnica form wstępnych, maiły jedną stronę powleczoną cienką wrstwą piasku, a tak powleczoną stronę każdego wlewka umieszczono w styku z górną powierzchnią formy wstępnej. Zestaw taki ut_lszczdod w piecu i ogrzewano do temperatury 900^OC w ciągu 5 godzin. tę utΓzemyoαnd przez S6 godzin, a następnie zestaw ochłodzono do temperatury otoczenia w ciągu 5 godzin. Infiltracja produktu reakcji utleniania w postaci ^l^niu gl^owego była poΓelialnil mła w formie wstępnej zawierającej tylko wiskery Sic beta /woda destydowpnp jako czynnik kontrolny/. Wiskery SiC beta powleczone krzemionką koloidalną były infiltrowane w całej grubości formy wstęonej. Infiltracja w.sku^<^w SiC beta z roztworem krzemianu sodu odbywała się w przybliżeniu do środka formy wstępnej.

Przykład II. Sposobem według w>z'nP-azkl wykonano ceramiczną strukturę kompozytową zawierającą produkt reakcji utleniania w postaci tlenku glinowego, obejmujący cząstki μΡ^ι·ιρ1π wpełniacza w postaci węglika krzemu /S9 •Crystolon, ziarno 500 z firny Horton Co./ początkowo powleczonego kszemiorką koloidalną /Ludox HS-S0 z Du Pont Company, roztwór S-75 w charakterze źródła krzemu.

Powłokę z krzemionki koloidalnej na cząstkach wglika krzemu wykonano przez pszygoto•«w.nie dwóch form w-tępnych. o wymarach S1 x 51 x 1S mm przez odlewanie sedymentacyjne w formie kauczukowej mieszaniny cząstek węglika krzemu /ziarno 500/ i krzemionki koloidalnej przy stosu-ku proszku do cieczy jak 2:1. Po osadza-.. się i wysuszeniu jedną z form wwtępnych pokruszono i .przepuszczono 1S0/5 przez s_;o .;· '.o-, pokruszony węglik krz-n . leczony krzemionką koloidalną odlewano następnie sedymentacyjnie jeszcze raz stosując

156 558 spoiwo 2% lateksu akrylowego /klej stolarski Elraer, Borden Co /. Formę wstępną identyczną jak powyżej przygotowano stosując węglik krzemu nie powleczony krzemionką koloidalną, przy użyciu tylko spoiwa latekoowego.

Trzy pręty ze stopu aluminium 712 /o noEinalnym składzie -wagowym 0,1% Si, 0,6% Mg,

6% Zn/ umieszczono w ogniotrwałym złożu włókien woastorntu /.WAD FP z fumy Petty-Rowley Chemical Co./, które umieszczone były w naczyniu ogniotrwałym, tak że jedna powierzchnia 51 x 51 mm każdego pręta była odsłonięta do atmosfery i usytuowana zgsadnczono na jednym poziomie ze złożem. Trzy opisane pow/zej formy wstępne umieszczono każdą na jednym z prętów ze stopu, tak ze powierzchnia 51 x 51 mm każdej formy wstępnej oraz analogiczna powierzchnia stopu były usytuowane zasadniczo w jednej linii. Warstwę włókien wlastonitu umieszczono na wierzchu forta wstępnych, aby powstrzmnr/wać przerastanie osnowy ceramicznej poza granice formy wstępnej. Zestaw taki umieszczono w piecu i ogrzewano ponad 10 godzin do temperatur^y 1°°^0<%. ITemperaturę w piecu utrz^ywa.no na wrtości ILOOC^C: przez ⁸⁰ godzin, po czym piec chłodzono do temperatury otoczenia przez 10 godzin. Zestaw wyjęto z pieca i odebrano uzyskane cer^iczne struktury kompooytowe. Uzyskane kompozyty poddano piaskowaniu, aby usunąć mtenały formy wtępnej nie objęte osnową. Na fig. 1 /a/, l/b/, 2/a/ i 2./M przedstawiono fotografie uzyskanych mteriałów koramooytowych przy stosowaniu form wstępnych z powłoką z krzemionki koloidalnej /fig. 2/a/ i 2/b/ dotyczą formy wstępnej z powtórnym odlewaniem/, gdzie przedstawiono dobry wzrost, a fig. 3/a/ i ~lól przedstawiają uzyskany kompozyt bez zastosowania powłoki krzemionkowej. Jak wynika z tych fotografii, formy wstępne, dla których zastosowano cząstki powleczone krzemionką, zostały obję te zasadniczo do swych granic wymiarowych, podczas gdy foima wstępna nie zawierająca krzemionki wszywała zasadniczo miejszą infiltrację przez osnowę ceramiczną.

Przykład III. Sposobem według w/ilazku wżormo ceramiczną strukturę kompozytową zawierającą produkt reakcji utleniania w postaci tlenku glinowego obejmujący cząstki azotku boru, które były powleczone krzemem.

Pręt ze stopu ali.minimi 38(0.1 /z Belmont Metals, o noiinalnjm składzie wagowym 8-8,% Si, 2-j% Zn i 0,1% Mg jako aktywne domieszki oraz 3,% Cu, jak również Fe, Mn i Ni, ale zawrtość Mg była nieco wyższa niż w zakresie 0,17-0,18%/ umieszczono w złożu z cząstek azotku boru /złam w przybliżeniu odpowiadające numerowi sita 50/. Cząstki azotku boru były powleczone krzemem /przez naparowanie chemiczne/, aby zabezp.eczyć azotek boru przed rozkładem i w charakterze źródła domieszki krzemów j, która wipomjjalia źródło krzemu w sto we. Złoże to było umieszczone w naczyniu ogniotrwałym. Zestaw taki umieszczono w piecu, który miał otwór ułatwiający przechodzenie powietrza i ogrzewano do temperatury 1100^OC przez 5 godzin. Piec itΓzml:ywano w tempera turze 1100°C przez 48 godzin, a następnie ochłodzono do temperatury otoczenia. Odebrano uzyskany kompozyt ceramiczny. Na fLg. 4 przedstawiono mikrofotografię konpoz;zti w powiększeniu pięćdziesięciokootyyrn, który to kompozyt zawiera osnowę 2 z tlenku glinowego obejmującą cząstki azotku boru 4 nadal posiadające resztki powłoki krzemowej 6.

Pow/ższe przykłady demmtn^.ją użyteczność maeriału wpełniacza ze źródłem krzemu posiada jącego właściwości domieszkujące dla wspoiisgna powtawma kompooytu.