PL157104B1 - Sposób wytwarzania ksztaltek ceramicznych przez odwzorowanie ksztaltu traconego modelu PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania ksztaltek ceramicznych, stanowiacych produkt reakcji utleniania metalu macierzystego i utleniacza w fazie gazowej, znamienny tym, ze zestawia sie korpus metalu macierzystego i tracony model z powierzch- nia ksztaltujaca, odsunieta zewnetrznie wzgledem tego korpusu metalu macierzystego, naklada sie na te powierzchnie ksztaltujaca przepuszczajaca gaz powloke z materialu odwzorowujacego, tworzac powierzchnie zasadniczo przysta- jaca i wspólrozciagliwa z ta powierzchnia ksztaltujaca i usytuowana przeciwlegle wzgledem tego korpusu metalu macierzystego tak, ze wspomniany tracony model wyznacza przestrzen pomiedzy metalem macierzystym a powierzchnia przystajaca, przy czym wspomniana przepuszczajaca gaz powloka z materialu odwzorowujacego ma samoistnie zwiazana strefe podtrzymujaca, bezposrednio sasiadujaca i wspólrozciagliwa z powierzchnia ksztaltujaca, zapewniajaca wystarczajaca wytrzymalosc rozdzielcza i utrzymujaca ksztalt powierzchni przystajacej po usunieciu wspomnianego traconego modelu, wyznaczajac tym samym wneke formy, nastepnie ogrzewa sie metal macierzysty w obecnosci utleniacza w fazie gazowej do temperatury przekraczajacej jego temperature topnienia, lecz ponizej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania dla utworzenia masy stopionego metalu, usuwa sie tracony model, tworzac tym samym wspomniana wneke formy, powoduje sie w tej temperaturze reagowanie stopionego metalu z utleniaczem w fazie gazowej dla utworzenia produktu reakcji utleniania, który to produkt kontaktuje sie i rozciaga pomiedzy masa stopionego metalu a utleniaczem w fazie gazowej i przeprowadza sie ten stopiony metal przez produkt reakcji utleniania w strone gazowego utleniacza i przepuszczajacej gaz powloki materialu odwzorowujacego tak, ze produkt reakcji utleniania kontynuuje formowanie przy powierzchni posredniej pomiedzy utleniaczem w fazie gazowej a uprzednio utworzonym produktem reakcji utleniania, tworzac coraz grubszy korpus produktu reakcji utleniania wglab wneki formy, przy czym reakcje te kontynuuje sie przez okres czasu wystarczajacy do zastapienia wneki formy produktem reakcji utleniania az po powierzchnie przystajaca, tworzac w ten sposób element ceramiczny majacy powierzchnie ksztaltowa, odwzorowujaca wspomniana powierzchnie ksztaltujaca i wreszcie odzyskuje sie element ceramiczny, majacy wspomniana powierzchnie ksztaltowa. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kształtek ceramicznych, a zwłaszcza sposób wytwarzania korpusów ceramicznych zawierających produkt reakcji utleniania metalu macierzystego i utleniacza, mających wybrany zarys geometryczny utworzony przez odtworzenie kształtu modelu jednorazowego użytku.

Sposób narastania produktu ceramicznego w drodze reakcji utleniania jest ujawniony w zgłoszeniu patentowym St. Zjednoczonych Ameryki nr seryjny 818 943, złożonym 15 stycznia 1986 r. Zgłoszenie to ujawnia sposób wytwarzania samopodtrzymujących korpusów ceramicznych, narastających jako produkt reakcji utleniania wstępnego metalu macierzystego, który może być wzbogacony przez użycie domieszki stopowej. Stopiony metal macierzysty reaguje z utleniaczem w fazie gazowej, tworząc produkt reakcji utleniania. W odpowiednim zakresie temperatur, stopiony metal jest progresywnie odciągany przez produkt reakcji utleniania do kontaktu z utleniaczem, kontynuując tym samym tworzenie dodatkowego produktu reakcji utleniania i rozwijając ceramiczny korpus. Sposób ten ulepszono poprzez zastosowanie zewnętrznych domieszek, nakładanych na powierzchnię wstępnego metalu macierzystego jak ujawniono w zgłoszeniu patentowym St. Zjednoczonych Ameryki nr seryjny 822999, złożonym 27 stycznia 1986 r.

Sposób wytwarzania złożonego wyrobu ceramicznego przez infiltrację obojętnego materiału wypełniacza produktem reakcji utleniania, uzyskanym według procedury ujawnionej w powyższym zgłoszeniu, jest ujawniony w zgłoszeniu patentowym St. Zjednoczonych Ameryki nr seryjny 819 397, złożonym 17 stycznia 1986 r., jako częściowa kontynuacja zgłoszenia nr seryjny 697 876, złożonego 4 lutego 1985 r. Zgłoszenia te ujawniają sposób wytwarzania kompozycji ceramicznej przez narastanie produktu reakcji utleniania w obojętnym wypełniaczu poprzez umieszczenie masy tego wypełniacza w sąsiedztwie metalu macierzystego i powodowanie reagowania tego metalu macierzystego zgodnie z reakcją utleniania ujawnioną powyżej.

Dla znacznego zahamowania lub zapobiegania narastaniu produktu reakcji utleniania w celu ułatwienia uzyskania czystego kształtu produktu ceramicznego można zastosować materiały zaporowe. Pomysł ten był ujawniony w zgłoszeniu patentowym St. Zjednoczonych Ameryki nr seryjny 861 024, złożonym 8 maja 1986 r.

Obecnie narasta zainteresowanie zastępowaniem metali ceramiką, ponieważ pod względem niektórych własności ceramiki są lepsze od metali. Istnieją jednakże niektóre znane ograniczenia lub trudności związane z takim zastępowaniem, takie jak skala różnorodności zastosowań, zdolność do tworzenia złożonych kształtów, spełnianie własności wymaganych dla ostatecznego zastosowania oraz koszty. Opisane wyżej zgłoszenia patentowe pokonują wiele z tych trudności lub ograniczeń i stanowią nowe sposoby niezawodnego wytwarzania materiałów ceramicznych łącznie z kompozycjami.

Jednakże dotychczas powodowanie narastania produktu reakcji utleniania, mającego określony kształt lub geometrię bez formy wstępnej, ciągle sprawia pewne trudności. W wielu przypadkach dla uzyskania kształtu konieczne jest po zakończeniu procesu kształtowania produktu reakcji utleniania. Celem wynalazku jest opracowanie niezawodnego sposobu powodowania narastania produktu reakcji utleniania do wstępnie określonego kształtu lub zarysu geometrycznego.

Według wynalazku opracowany jest sposób wytwarzania elementu ceramicznego, zawierającego produkt reakcji utleniania stopionego metalu macierzystego i utleniacza w fazie gazowej i powtarzającego kształt geometryczny modelu jednorazowego użytku. W praktyce wynalazku, stosuje się korpus metalu macierzystego i jednorazowy model mający powierzchnię kształtującą tak, że powierzchnia kształtująca modelu jest odsunięta na zewnątrz względem korpusu metalu macierzystego. Określenie „jednorazowy oznacza, że materiał modelu stanowi wosk lub tworzywo sztuczne, usuwane skutecznie w warunkach procesu, na przykład przez ogrzewanie.

Na powierzchnię kształtującą modelu jest nałożona przepuszczalna dla gazu powłoka z materiału odwzorowującego kształt lub materiału powłokowego (opisanego szczegółowo poniżej), dla ustanowienia powierzchni przystającej dla powłoki materiału odwzorowującego kształt, która jest zasadniczo przystająca i współrozciągliwa z powierzchnią kształtującą modelu. Ta powierzchnia przystająca jest usytuowana przeciwległe względem korpusu metalu macierzystego tak, że jednorazowy model ogranicza przestrzeń pomiędzy metalem macierzystym a powierzchnią kształtującą.

Materiał powłokowy ma wewnętrznie samowiążącą strefę podtrzymującą, bezpośrednio sąsiadującą i współrozciągliwą z powierzchnią kształtującą modelu, która jest wewnętrznie samo157 104 wiążąca z wystarczającą wytrzymałością rozdzielczą, aby materiał powłokowy utrzymał kształt lub geometrię powierzchni przystającej bez opadnięcia lub ubytku i aby tworzył wnękę formy wewnątrz materiału powłokowego po usunięciu jednorazowego modelu.

Zespół ten jest ogrzewany w obecności utleniacza w fazie gazowej powyżej temperatury topnienia metalu macierzystego, lecz poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania metalu macierzystego i utleniacza w fazie gazowej, tworzącego korpus stopionego metalu macierzystego, przez co usuwa się jednorazowy model. Usuwanie jednorazowego modelu odbywa się przez odparowywanie, wypalanie lub podobnie w zależności od szczególnego materiału modelu. Jednorazowy model jest zwykle wykonany z materiału takiego jak tworzywo sztuczne lub wosk, który spala się lub ulatnia pod wpływem temperatur procesowych. Po usunięciu modelu, wnęka formy jest uformowana pomiędzy przystającą powierzchnią utworzoną przez materiał powłokowy a metalem macierzystym. Powierzchnia przystająca materiału powłokowego tworzącego wnękę formy odwzorowuje lub jest odciskiem pozytywowym powierzchni kształtującej modelu. W tej temperaturze, stopiony metal macierzysty reaguje z utleniaczem w fazie gazowej, tworząc warstwę produktu reakcji utleniania. Stopiony metal macierzysty jest wciągany i transportowany przez tę warstwę w stronę utleniacza i materiału powłokowego. Gdy stopiony metal macierzysty kontaktuje się z utleniaczem w fazie gazowej przy powierzchni pośredniej między utleniaczem gazowym a uprzednio utworzonym produktem reakcji utleniania, wówczas reaguje tworząc coraz grubszy korpus produktu reakcji utleniania, postępujący wgłąb wnęki formy w stronę materiału powłokowego. Reakcja utleniania przebiega wystarczająco długo, aby wypełnić wnękę formy produktem reakcji utleniania.

W pierwszym rozwiązaniu wynalazku, materiał powłokowy zawiera odpowiednią substancję zaporową (jak ujawniono w zgłoszeniu patentowym St. Zjednoczonych Ameryki nr seryjny 861 024), w rodzaju krzemianu wapnia lub siarczanu wapnia, która hamuje narastanie produktu reakcji utleniania przy ustanowionej powierzchni przystającej. W tym przypadku produkt stanowi element ceramiczny zawierający produkt reakcji utleniania o kształtowej powierzchni, odwzorowu jącej powierzchnię kształtującą jednorazowego modelu.

W następnym rozwiązaniu wynalazku, materiał powłokowy zawiera wypełniacz (jak ujawniono w zgłoszeniu patentowym St. Zjednoczonych Ameryki nr seryjny 819 397), infiltrowany przez narastanie produktu reakcji utleniania. Reakcja utleniania przebiega przez okres czasu wystarczający do wypełnienia wnęki formy produktem reakcji utleniania i dodatkowo infiltracji wypełniacza na pożądaną głębokość. W tym przypadku, otrzymany produkt stanowi element ceramiczny zawierający produkt reakcji utleniania mający kształtową powierzchnię odwzorowującą powierzchnię kształtującą jednorazowego modelu i dodatkowo kompozycję ceramiczną zawierającą wypełniacz, stanowiący całość z kształtową powierzchnią elementu ceramicznego.

W następnym rozwiązaniu obecnego wynalazku, wypełniacz jest umieszczony pomiędzy metalem macierzystym a jednorazowym modelem przed ogrzaniem tak, że narastający produkt reakcji utleniania będzie najpierw infiltrował ten wypełniacz przed wypełnieniem wnęki formy. Produkt otrzymywany tym sposobem stanowi element ceramiczny, zawierający produkt reakcji utleniania, mający kształtową powierzchnię odwzorowującą powierzchnię kształtującą jednorazowego modelu i stanowiący całość z kompozycją ceramiczną, umieszczoną przeciwległe do kształtowej powierzchni. Według obecnego rozwiązania zastosowany materiał powłokowy może stanowić substancję zaporową lub drugi wypełniacz, mający strefę podtrzymującą. Określenie „ceramiczny nie jest odniesione wyłącznie do korpusu ceramicznego w klasycznym sensie, to znaczy że składa się on całkowicie z materiałów niemetalicznych i nieorganicznych, ale określa korpus, który jest głównie ceramiczny ze względu na skład albo własności, jakkolwiek korpus ten może zawierać małe lub znaczne ilości jednego lub więcej składników metalicznych,pochodzących z metalu macierzystego, lub wyredukowanych z utleniacza lub domieszki, najczęściej w zakresie od około 1-40% objętościowo, jednakże metalu może być jeszcze więcej.

Określenie „produkt reakcji utleniania ogólnie oznacza jeden lub więcej metali w dowolnym stanie utlenienia, przy czym metal oddaje elektrony lub dzieli je z innym pierwiastkiem, związkiem lub ich kombinacją. Zgodnie z tym, określenie „produkt reakcji utleniania obejmuje produkt reakcji jednego lub więcej metali z utleniaczem, w rodzaju produktów opisanych poniżej.

157 104

Określenie „utleniacz oznacza jedną lub więcej odpowiednich substancji pobierających elektrony lub dzielących elektrony, które mogą być stałe, ciekłe lub gazowe (para) lub mogą być ich kombinacją (np. substancja stała i gazowa) w warunkach procesu.

Określenie „metal macierzysty dotyczy takiego metalu, np. glinu, który stanowi prekursor dla polikrystalicznego produktu reakcji utleniania i który stanowi stosunkowo czysty metal, względnie metal dostępny w handlu z zanieczyszczeniami i/lub składnikami stopowymi, albo stop w którym ten metaliczny prekursor stanowi główny składnik, zaś gdy jako metal macierzysty zostanie wymieniony konkretny metal np. glin, wówczas to określenie należy identyfikować ze wskazanym metalem, o ile dany kontekst nie będzie wskazywał inaczej.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej wyjaśniony na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój pionowy stałego modelu jednorazowego, kontaktującego się z korpusem z metalu ceramicznego i mającego przepuszczającą gaz powłokę z materiału odwzorowującego kształt, nałożoną na powierzchnię kształtującą modelu, fig. 2 - przekrój pionowy analogiczny do fig. 1, ale pokazujący model jednorazowy z otwartym dnem, fig. 3 - przekrój pionowy analogiczny do fig. 1, ale pokazujący model wydrążony, fig. 4 - przekrój pionowy analogiczny do fig. 1, ale pokazujący model wieloczęściowy, fig. 5 - fotografię widoku z góry kształtki ceramicznej uzyskanej w przykładzie 1, a fig. 6 - zdjęcie mikroskopowe przy 100-krotnym powiększeniu przekroju elementu ceramicznego wytworzonego w przykładzie 2, pokazujące kompozycję ceramiczną stanowiącą całość z kształtową powierzchnią elementu.

Według obecnego wynalazku stosuje się metal macierzysty (który może być domieszkowany jak opisano szczegółowo poniżej) i jednorazowy model, mający powierzchnię kształtującą, odsuniętą na zewnątrz względem metalu macierzystego. Materiał macierzysty ma zwykle postać wlewka, kęsa, pręta,płyty lub tym podobnie i jest umieszczony w obojętnym złożu, tyglu lub innym pojemniku ogniotrwałym z powierzchnią odsłoniętą do atmosfery, odpowiednim do pomieszczenia jednorazowego modelu.

Jednorazowy model może być wykonany z dowolnego,odpowiedniego materiału, który da się usunąć w warunkach procesu. Usunięcie to może nastąpić w drodze, przykładowo ulotnienia lub spalenia materiału modelu. Zasadniczo zaleca się materiały modelu ulatniające się łub spalające po ogrzaniu bez pozostawienia popiołu lub pozostałości, ponieważ tego rodzaju pozostałości mogą być niepożądane, jeżeli pozostaną we wnęce formy po usunięciu modelu. Odpowiednie na model materiały stanowią, przykładowo, spieniony polistyren, poliuretan, polietylen lub woski. Materiał modelu powinien być dobrany odpowiednio do szczególnego zakresu temperatur procesu, zastosowanego utleniacza w fazie gazowej i materiału powłokowego (omówionego szczegółowo poniżej), zastosowanego szczególnie z uwzględnieniem nośników lub środków stosowanych do nakładania materiału powłokowego na model. Ponadto, niektóre materiały modelowe bardziej niż inne nadają się do poszczególnej techniki kształtowania.

Materiał modelu może być odpowiednio kształtowany na model za pomocą dowolnych odpowiednich środków. Przykładowo materiał modelu można kształtować za pomocą konwencjonalnych procesów obejmujących formowanie wtryskowe, wydmuchiwanie, wytłaczanie, odlewanie, obróbkę skrawaniem i tym podobne. Formowanie wtryskowe stanowi obecnie zalecany sposób wykonywania dużej ilości modeli. Wydmuchiwanie można również zalecać do innych rozwiązań ze względu na możliwość wytwarzania wydrążonych form jednorazowych. Wydmuchiwanie może być szczególnie pożądane z tego względu, że minimalizuje ilość materiału zastosowanego na model w celu ułatwienia szybszego usuwania modelu podczas procesu. Model może posiadać uformowane w nim rowki, otwory, wgłębienia, powierzchnie styku, występy, kołnierze, rdzenie, gwinty śrubowe i tym podobne, jak również może mieć przymontowane kołnierze, tulejki, tarcze, pręty lub tym podobne, stanowiąc model o dowolnym pożądanym kształcie. Model może również stanowić jedną lub więcej części jednostkowych, odpowiednio ukształtowanych tak, aby po zmontowaniu lub połączeniu i powleczeniu materiałem powłokowym, zespół modeli służył jako ekwiwalent funkcjonalny jednoczęściowego modelu.

Na powierzchnię kształtującą modelu jest nałożona przepuszczająca gaz powłoka z materiału odwzorowującego kształt lub materiał powłokowy, tworząc powierzchnię, która jest przystająca i współrozciągliwa z powierzchnią kształtującą modelu tak, że model ogranicza przestrzeń pomiędzy metalem macierzystym a powierzchnią kształtującą. Materiał powłokowy odwzorowuje kształt

157 104 geometrii powierzchniowej modelu i tworzy strefę podtrzymującą decydującą o jednolitości strukturalnej tak, że po usunięciu jednorazowego modelu materiał powłokowy nie opadnie w powstałą wnękę formy i będzie utrzymywał pozytywowy odcisk powierzchni kształtującej modelu. Ponadto, materiał powłokowy jest wystarczająco przepuszczalny dla utleniacza gazowego, aby umożliwić dojście utleniacza do wnęki formy dla ułatwienia utlenienia zawartego w niej stopionego metalu.

Dla ułatwienia utrzymania jednolitości strukturalnej, materiał powłokowy ma strefę podtrzymującą w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni kształtującej modelu. Strefa podtrzymująca umożliwia materiałowi powłokowemu zarówno samopodtrzymywanie jak i utrzymywanie geometrii powierzchni kształtującej modelu. Strefa podtrzymująca może być utworzona przez dodanie odpowiednich materiałów wiążących, takich jak krzemionka lub gliny nieorganiczne, w rodzaju wodnych krzemianów glinu, które spiekają się lub samowiążą w temperaturze procesu. Przykładowo, można nałożyć warstwę krzemionki na powierzchnię kształtującą modelu za pomocą odpowiedniego kleju lub lepiszcza. Następnie na warstwę krzemionki nakłada się materiał powłokowy. Po ogrzaniu do temperatury procesowej, krzemionka będzie się spiekała lub wiązała, ustanawiając strefę podtrzymującą w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni kształtującej. Ponadto, niektóre materiały powłokowe samorzutnie formują strefę podtrzymującą po nałożeniu na model. Przykładowo, jako materiał powłokowy można zastosować siarczan, który będzie tworzył strefę podtrzymującą poprzez hydrolizę. Grubość strefy podtrzymującej zależy głównie od zastosowanych szczególnych parametrów procesu. Jednakże ogólnie, strefa podtrzymująca powinna mieć wytrzymałość wystarczającą przynajmniej do podparcia ciężaru materiału powłokowego podczas procesu. Z tego względu, przy dobieraniu strefy podtrzymującej należy rozważyć takie czynniki jak wielkość i geometria modelu, zastosowany materiał powłokowy, czas reakcji, metal macierzysty, warunki utleniania itd.

W jednym rozwiązaniu obecnego wynalazku, materiał powłokowy zawiera substancję zaporową, jak ujawniono w zgłoszeniu patentowym St. Zjednoczonych Ameryki nr seryjny 861024, przytoczonym powyżej, dla przyhamowania narastania produktu reakcji utleniania poza powierzchnią przystającą. Tym samym narastanie produktu reakcji utleniania jest zasadniczo zawarte w obrębie wnęki formy. Jak ujawniono w powyższym, współbieżącym zgłoszeniu w St. Zjednoczonych Ameryki, odpowiednim materiałem zaporowym może być dowolny materiał, związek, pierwiastek, mieszanina lub tym podobne, które w warunkach procesu według wynalazku, utrzymują pewną integralność, nie są lotne i korzystnie są przepuszczalne dla utleniacza gazowego, przy jednoczesnej zdolności do miejscowego powstrzymywania, wygaszania, hamowania, przeszkadzania, zapobiegania lub tym podobnie, kontynuacji narastania produktu reakcji utleniania. Odpowiednie substancje zaporowe do zastosowania z glinowym metalem macierzystym i zawierającymi tlen utleniaczami gazowymi stanowią siarczan wapnia, krzemian wapnia typu wolastonitu, cement portlandzki lub ich kombinacje. Ponadto, jeżeli substancja zaporowa jest zastosowana jako materiał powłokowy, wówczas można domieszkować odpowiedni ogniotrwały materiał cząsteczkowy dla zredukowania jakiegokolwiek możliwego skurczu lub pękania, które mogłyby wystąpić w trakcie procesu wskutek ogrzewania i które zakłóciłyby wierność odwzorowania. Jak stwierdzono powyżej, wiele z tych substancji zaporowych ma zdolność naturalnego samopodtrzymywania po zestaleniu lub hydrolizie. W takim przypadku stosowanie oddzielnej strefy podpierającej może być niekonieczne.

W następnym rozwiązaniu materiał matrycy zawiera wypełniacz, który może być infiltrowany przez narastanie produktu reakcji utleniania. Tego rodzaju wypełniacze i infiltracja tych wypełniaczy przez osnowę z produktu reakcji utleniania są ujawnione w przytoczonym powyżej zgłoszeniu patentowym St. Zjednoczonych Ameryki nr seryjny 819397. Mogą one stanowić cząsteczki, włókna, pręty, itd. Zwykle materiał wypełniacza zawiera cząstki,takie jak tlenek glinu lub karborund, stosowane w konwencjonalnej technologii wytwarzania ceramiki.

Materiał wypełniacza jest wyposażony w strefę podtrzymującą jak opisano powyżej i nałożony jest na powierzchnię kształtującą modelu. Przykładowo, wypełniacz z tlenku glinu może być zmieszany z określoną ilością krzemionki, nadającej się do tworzenia strefy podtrzymującej w temperaturze procesu.

Alternatywnie, pewna ilość krzemionki może również być powleczona bezpośrednio na powierzchnię kształtującą modelu, a wypełniacz w postaci tlenku glinu powleczony na krzemionkę.

157 104

W obecnym rozwiązaniu, powierzchnia przystająca utworzona przez nałożenie materiału powłokowego na model zasadniczo nie zakłóci lub nie przyhamuje narastania produktu reakcji utleniania poza granice wnęki formy, jak w przypadku substancji zaporowej, lecz faktycznie przyjmie narastający produkt. W tym przypadku, produkt reakcji utleniania metalu macierzystego i utleniacza gazowego wypełni wnękę formy, a następnie wniknie w materiał powłokowy na pożądaną głębokość. Tym samym, produkt reakcji utleniania będzie narastał poza granice wnęki formy wgłąb materiału powłokowego. Otrzymany wyrób stanowi element ceramiczny, mający powierzchnię kształtową odtwarzającą powierzchnię kształtującą traconego modelu i stanowiący kompozycję ceramiczną, zawierającą produkt reakcji utleniania z osadzonymi podstawnikami wypełniacza, scalony z tą powierzchnią kształtową.

Dany materiał powłokowy jest zwykle rozproszony w nośniku, rozpuszczalniku lub innym odpowiednim płynie, tworząc odwzorowującą kształt zawiesinę, pastę lub mieszaninę, która może być nałożona na model i dopasuje się do zawiłości powierzchni kształtującej. Wierność odtworzenia powierzchni kształtującej traconego modelu przez element ceramiczny zależy przynajmniej częściowo od wierności przylgnięcia materiału powłokowego do powierzchni kształtującej modelu, oraz nierozdzielności strefy podtrzymującej dla utrzymania tej wierności. Ogólnie, im drobniejsze cząsteczki lub składniki kompozycji materiału powłokowego tym większa jest wierność dopasowania do powierzchni kształtującej. Analogicznie, im bardziej płynna zastosowana mieszanina materiału powłokowego, tym większa wierność odwzorowania.

Materiał powłokowy jest nakładany na powierzchnię kształtującą traconego modelu w ilości pozwalającej na uzyskanie struktury samopodtrzymującej po usunięciu modelu. Jak rozważono powyżej, ta ilość materiału powłokowego, nałożona na model, może się zmieniać w zależności od licznych czynników, łącznie z rozmiarem modelu, rodzajem materiału powłokowego i strefy podtrzymującej, warunkami procesu itd.

Dla ułatwienia zastosowania i odwzorowania materiału powłokowego na traconym modelu, materiał ten jest zwykle połączony z odpowiednim nośnikiem takim jak płyn lub rozpuszczalnik, który ulotni się lub przereaguje z materiałem powłokowym lub innym obecnym materiałem, dla utworzenia pożądanego składu i odpowiedniej strefy podtrzymującej. Jednakże należy sobie zdawać sprawę, że przy dobieraniu szczególnego medium lub nośnika w rodzaju rozpuszczalnika, niektóre rozpuszczalniki mogą nie mieć zdolności do jednorodnego mieszania się ze szczególnym, zastosowany materiałem modelu. Na przykład, niektóre rozpuszczalniki organiczne takie jak aceton nie mają zdolności do jednorodnego mieszania w bezpośrednim kontakcie z pewnymi piankami organicznymi, takimi jak spieniony polistyren i rozpuszczą lub zniszczą tracony model, wykonany z takiej pianki. Z tego względu należy zwrócić uwagę, aby unikać takich kombinacji i dobierać takie kombinacje lub mieszaniny włącznie z materiałem powłokowym, które mają zdolność do jednorodnego mieszania z kompozycją materiałową modelu.

Według wynalazku, tracony model może być lity, wydrążony lub z otwartym dnem, zaś powierzchnia kształtująca modelu podtrzymuje zastosowany materiał powłokowy. Ponadto, tracony model może zawierać więcej niż jedną część lub sekcję, które są zmontowane tworząc żądaną geometrię. Dla przykładu, w odniesieniu do fig. 1 - 4, na których tymi samymi oznacznikami oznaczono metal macierzysty 1, powierzchnię kształtującą 3 i materiał powłokowy 5, można uzyskać element ceramiczny mający tak samo ukształtowaną powierzchnię, stosując lity tracony model 2 pokazany na fig. 1, względnie model 4 z otwartym dnem, pokazany na fig. 2, wydrążony model 6 na fig. 3, wieloczęściowy model 8 pokazany na fig. 4, lub podobne kombinacje każdego z nich. W każdym przypadku, materiał powłokowy zawierający strefę podtrzymującą odwzorowuje powierzchnię kształtującą i tworzy taką samą powierzchnię przystającą.

W jeszcze innym rozwiązaniu wynalazku, pomiędzy metalem macierzystym a traconym modelem przed ogrzewaniem jest umieszczona warstwa wypełniacza. Po ogrzaniu układu stopiony metal reaguje z utleniaczem gazowym i następuje narastanie produktu reakcji utleniania najpierw wgłąb i poprzez wypełniacz, a następnie do wnęki formy. Materiał powłokowy może zawierać substancję zaporową lub wypełniacz jak zauważono powyżej. Otrzymany wyrób stanowi element ceramiczny, mający kształtową powierzchnię odwzorowującą powierzchnię kształtującą traconego modelu i mający kompozycję ceramiczną usytuowaną przeciwległe względem kształtowej powierzchni.

157 104

Jakkolwiek wynalazek opisano szczegółowo poniżej ze specjalnym odniesieniem do glinu jako zalecanego metalu macierzystego, to inne odpowiednie metale macierzyste spełniające kryteria obecnego wynalazku stanowią, ale nie wyłącznie, krzem, tytan, cyna, cyrkon i hafn.

Jak stwierdzono powyżej, zastosowano metal macierzysty i tracony model tak, że powierzchnia kształtująca modelu jest usytuowana zewnętrznie względem metalu macierzystego. Zwykle, na tracony model jest nałożony materiał powłokowy przed ustawieniem modelu w sąsiedztwie metalu macierzystego. Jednakże materiał powłokowy można nałożyć na model po ustawieniu. Przykładowo, model można umieścić na powierzchni metalu macierzystego, zawarty w ogniotrwałym pojemniku i następnie nałożyć na model materiał powłokowy. Układ zawierający pojemnik i jego zawartość, stanowiącą tracony model z nałożonym materiałem powłokowym, umieszcza się w piecu do którego jest doprowadzony utleniacz gazowy i ogrzewa się do temperatur powyżej temperatury topnienia metalu macierzystego, lecz poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania. Przykładowo, w przypadku glinu i powietrza jako utleniacza gazowego, dla uzyskania glinowego produktu reakcji utleniania, odpowiedni zakres temperatury wynosi ogólnie pomiędzy około 850-1450°C, a bardziej korzystnie pomiędzy około 900-1350°C. Zwykle podczas tego ogrzewania, kompozycja materiałowa traconego modelu ulega spaleniu lub ulotnieniu, eliminując tym samym tracony model i zasadniczo opróżniając wnękę formy. W niektórych przypadkach we wnęce formy może pozostać jedna lub więcej pozostałości lub produktów pośrednich, powstających w wyniku spalania lub ulatniania modelu. Jednakże w większości przypadków, obecność minimalnych ilości takiego materiału nie pogorszy narastania produktu reakcji utleniania, ani wierności odwzorowania. Tym niemniej, ogólnie zaleca się stosować materiał, który nie będzie pozostawiał tego rodzaju resztek we wnęce formy po usunięciu modelu.

W obrębie tego roboczego przedziału lub zakresu temperatury, tworzy się korpus lub jeziorko stopionego metalu, zaś pod wpływem kontaktu z utleniaczem stopiony metal zaczyna reagować, tworząc warstwę produktu reakcji utleniania. Jednakże w niektórych przypadkach, mianowicie gdy jako metal macierzysty będą zastosowane pewne stopy metali, lub gdy zastosuje się pewne domieszki, wówczas tworzenie produktu reakcji utleniania może być poprzedzone tworzeniem się związku typu spinel, np. spinel glinianu magnezu. Po dłuższym wystawieniu na działanie środowiska utleniającego, stopiony metal jest progresywnie wciągany wgłąb i poprzez jakikolwiek uprzednio utworzony produkt reakcji utleniania w kierunku utleniacza do wnęki formy w stronę powierzchni przystającej, ustalonej przez materiał powłokowy. Po zetknięciu z utleniaczem, stopiony metal reaguje tworząc dodatkowy produkt reakcji utleniania, powiększający progresywnie grubość produktu, tym samym progresywnie wypełniając wnękę formy. W rozwiązaniu według wynalazku, gdy materiał powłokowy zawiera substancję zaporową, reakcja stopionego metalu z utleniaczem trwa tak długo, dopóki produkt reakcji utleniania nie wypełni wnęki formy i nie narośnie do przystającej powierzchni materiału powłokowego, która zapobiegnie lub przyhamuje dalsze narastanie produktu. Gdy materiał powłokowy zawiera wypełniacz, wówczas reakcja utleniania przebiega dalej przez czas wystarczający, aby produkt reakcji utleniania wniknął w materiał wypełniacza, otaczający wnękę formy na pożądaną głębokość.

Należy uwzględnić, że otrzymany materiał polikrystaliczny elementu ceramicznego może wykazywać porowatość, która może być częściowym lub prawie całkowitym zastąpieniem faz (y) metalu, które zwykle występują i są rozprowadzone w produkcie reakcji utleniania, jednakże procent objętościowy porów będzie zależał w dużym stopniu od takich warunków jak temperatura, czas, rodzaj materiału macierzystego i stężenia domieszek. Zwykle w tych polikrystalicznych elementach ceramicznych, kryształy produktu reakcji utleniania są wzajemnie połączone w więcej niż jednym wymiarze, korzystnie w trzech wymiarach i metal może być przynajmniej częściowo wzajemnie połączony.

Jakkolwiek można zastosować inne odpowiednie utleniacze w połączeniu z utleniaczem gazowym w szczególnych rozwiązaniach wynalazku, to jednak rozważanie poniższe jest przeprowadzone w szczególnym odniesieniu do zastosowania utleniaczy gazowych. Z tego względu, że zastosowano utleniacz w postaci gazu lub pary, tj. utleniacz w fazie gazowej, zatem materiał powłokowy jest korzystnie przepuszczalny dla utleniacza gazowego tak, że utleniacz gazowy przechodzi przez materiał powłokowy, kontaktując się ze stopionym metalem macierzystym. Jak opisano we wspomnianych powyżej zgłoszeniach patentowych, określenie „utleniacz w fazie gazo10

157 104 wej“ oznacza odparowaną lub normalnie gazową substancję, tworzącą atmosferę utleniającą. Przykładowo, zalecanymi utleniaczami gazowymi są tlen lub mieszaniny gazów zawierające tlen (włączając powietrze), tak jak w przypadku, gdy metal macierzysty stanowi glin, a tlenek glinu jest pożądanym produktem reakcji, przy czym powietrze jest zwykle bardziej zalecane z oczywistych przyczyn ekonomicznych. Gdy utleniacz będzie zawierał szczególny gaz lub parę, oznacza to utleniacz, w którym stwierdzony gaz lub para jest wyłącznym dominującym lub przynajmniej istotnym utleniaczem metalu macierzystego w warunkach panujących w stosowanym środowisku utleniającym. Przykładowo, jakkolwiek głównym składnikiem powietrza jest azot, to zawartość tlenu w powietrzu stanowi normalnie wyłączny utleniacz metalu macierzystego, ponieważ tlen jest znacznie silniejszym utleniaczem niż azot. Z tego względu powietrze mieści się w określeniu „utleniacz gazowy zawierający tlen“, ale nie mieści się w określeniu utleniacza „gazowego zawierającego azot“. Przykładem utleniacza „gazowego zawierającego azot“, również tu przytaczanego jako „gaz formujący jest gaz zawierający 96 procent objętościowo azotu i 4 procent objętościowo wodoru.

Stały lub płynny utleniacz również można zastosować w połączeniu z utleniaczem gazowym w każdym praktycznym rozwiązaniu wynalazku, w którym jest zastosowany wypełniacz. Przykładowo, stały utleniacz można rozproszyć lub domieszać w postaci cząsteczek z materiałem wypełniacza. W przypadkach, gdy stały utleniacz jest zmieszany z wypełniaczem zawierającym materiał powłokowy, wówczas stały utleniacz i materiał powłokowy są najpierw mieszane a następnie nałożone na tracony model. Gdy wypełniacz znajduje się pomiędzy metalem macierzystym a modelem traconym, wówczas stały utleniacz można podobnie zmieszać lub rozproszyć w materiale wypełniacza. W każdym przypadku, gdy produkt reakcji utleniania wnika do wypełniacza materiału powłokowego, wówczas utleniacz stały będzie uzupełniał utleniacz gazowy. Można stosować dowolny odpowiedni utleniacz stały, włączając pierwiastki takie jak bar lub węgiel, lub związki redukowalne, takie jak dwutlenek krzemu lub niektóre borki o niższej stabilności termodynamicznej niż produkt reakcji borkowania metalu macierzystego. Przykładowo, gdy jako stały utleniacz glinowego metalu macierzystego będzie zastosowany bor lub redukowalny borek, wówczas wynikowym produktem reakcji utleniania jest borek glinu.

W niektórych przypadkach, reakcja utleniania metalu macierzystego utleniaczem stałym może przebiegać tak gwałtownie, że produkt reakcji utleniania zaczyna się palić wskutek egzotermicznego charakteru procesu. Zjawisko to może zniszczyć mikrostrukturalną jednolitość otrzymywanego, ceramicznego produktu reakcji utleniania. Tej gwałtownej reakcji egzotermicznej można uniknąć lub ją przyhamować przez dobranie pewnych materiałów wypełniacza, które mogą absorbować ciepło reakcji dla zminimalizowania jakiegokolwiek niekontrolowanego efektu termicznego. Przykładem takiego odpowiedniego, obojętnego wypełniacza jest materiał identyczny do zamierzonego do uzyskania produktu reakcji utleniania pomiędzy stałym utleniaczem a metalem macierzystym.

Jeżeli w połączeniu z utleniaczem gazowym zastosuje się utleniacz płynny, wówczas materiał wypełniacza lub jego część jest powleczona lub nasączona na przykład przez zanurzenie w utleniaczu, do nasycenia wypełniacza. Następnie wypełniacz jest zastosowany jak opisano powyżej. Odniesienie do utleniacza płynnego oznacza płyn w warunkach reakcji utleniania. Utleniacz płynny może mieć stałego prekursora, na przykład sól, która jest ciekła w warunkach reakcji utleniania. Alternatywnie, płynny utleniacz może stanowić prekursor płynny, np. roztwór substancji, który jest stosowany do nasycenia części lub całego wypełniacza i który jest stopiony lub rozłożony w warunkach reakcji utleniania, stanowiąc odpowiednią część utleniacza. Przykładami płynnych utleniaczy jak opisano są szkła o niskiej temperaturze topnienia.

Jak wyjaśniono w przytoczonych zgłoszeniach patentowych, dodatek do metalu macierzystego materiałów domieszkowych może korzystnie wpłynąć lub pobudzić proces reakcji utleniania. Oddziaływanie domieszek może zależeć od rozmaitych czynników, innych niż rodzaj samej domieszki. Czynniki te obejmują przykładowo, szczególny metal macierzysty, pożądany produkt końcowy, szczególna kombinacja domieszek w przypadku zastosowania dwóch lub więcej domieszek, stężenie domieszki, środowisko utleniające oraz warunki procesu.

Domieszka lub domieszki mogą być wprowadzane jako składniki stopowe metalu macierzystego, lub mogą być nałożone na zewnętrzną powierzchnię metalu macierzystego, korzystnie powierzchnię narastania, w postaci cząsteczek lub proszku. Gdy jest zastosowany wypełniacz,

157 104 umieszczony pomiędzy metalem macierzystym a traconym modelem, wówczas odpowiednie domieszki można nałożyć lub domieszać do wypełniacza lub jego części. W przypadku technologii, w której domieszka lub domieszki są dołożone do wypełniacza, może być to przeprowadzone w dowolny odpowiedni sposób, na przykład rozpraszanie domieszek w części lub całości wypełniacza jako powłoki lub w postaci cząsteczkowej, przy czym korzystnie domieszkę lokuje się w przynajmniej części wypełniacza w sąsiedztwie metalu macierzystego. Dodanie jakiejkolwiek z domieszek do wypełniacza można również zrealizować przez zastosowanie warstwy jednej lub więcej domieszek na złożu i w obrębie złoża, włączając w to jakiekolwiek jego wewnętrzne otwory, szczeliny, kanały, przestrzenie interwencyjne lub tym podobne, czyniące je przepuszczalnym. Dogodnym sposobem wprowadzenia jakiegokolwiek materiału domieszkowego jest nasączenie stosowanego wypełniacza w płynie (np. roztworze materiału domieszkowego).

Źródło domieszki również może stanowić sztywny blok domieszki, umieszczony w kontakcie i pomiędzy przynajmniej częścią traconego modelu a metalem macierzystym. Przykładowo, można umieścić cienką taflę szkła zawierającego krzemionkę (stosowanego jako domieszka do utleniania glinowego metalu macierzystego) na powierzchni metalu macierzystego i umieszczonego na nim traconego modelu.

W przypadku gdy domieszka leży pomiędzy metalem macierzystym a traconym modelem złoża wypełniacza, jeżeli będzie zastosowany, wówczas polikrystaliczna struktura tlenkowa narasta zasadniczo poza warstwą domieszki (tj. poza grubością zastosowanej warstwy domieszki wgłąb wnęki). Dodatkowo lub alternatywnie, jedna lub więcej domieszek może być umieszczona zewnętrznie na powierzchni traconego modelu, która inaczej stykałaby się z metalem macierzystym. Dodatkowo, domieszki stopione wewnątrz metalu macierzystego mogą być wzmocnione domieszką (ami) wprowadzoną według wspomnianych powyżej sposobów. Tym samym, jakikolwiek niedobór stężenia domieszek wtopionych w metal macierzysty może być uzupełniony dodatkowym stężeniem odpowiedniej domieszki (ek), zastosowanej w alternatywny sposób i na odwrót.

Przydatne domieszki do glinowego metalu macierzystego, szczególnie przy powietrzu jako utleniaczu, stanowią,przykładowo, magnez i cynk, szczególnie w połączeniu z innymi domieszkami, jak opisano poniżej. Metale te, lub odpowiednie źródło tych metali, mogą być wtopione w metal macierzysty na bazie glinu w stężeniach pomiędzy około 0,1-10% wagowo każdy, w odniesieniu do całego ciężaru otrzymanego domieszkowanego metalu. Stężenie każdej domieszki zależeć będzie od takich czynników jak połączenie domieszek i temperatura procesu. Stężenia w odpowiednim zakresie powodują zapoczątkowanie narastania ceramicznego, wzmagają przenoszenie metalu i korzystnie wpływają na morfologię narastania otrzymywanego produktu reakcji utleniania.

Inne domieszki skuteczne we wspomaganiu narastania polikrystalicznej reakcji utleniania, w przypadku metalu macierzystego na bazie glinu z powietrzem jako utleniaczem, stanowią przykładowo krzem, german, cyna i ołów, zwłaszcza zastosowane w połączeniu z magnezem lub cynkiem. Jedna lub więcej tych innych domieszek, lub odpowiednie ich źródło, są wtopione w glinowy materiał macierzysty ze stężeniem dla każdej od około 0,5 do około 15% wagi całego stopu, jednakże bardziej pożądaną linetykę i morfologię narastania uzyskuje się przy stężeniach domieszek w zakresie od około 1-10% wagi całego stopu metalu macierzystego. Ołów jako domieszka jest zasadniczo wtopiony w materiał macierzysty na bazie glinu w temperaturze przynajmniej 1000°C tak, aby poprawić jego niską rozpuszczalność w glinie, jednakże dodatek innych składników stopowych, takich jak cyna, generalnie polepsza rozpuszczalność ołowiu i pozwala na dodawanie materiału stopowego w niższej temperaturze.

Inne przykłady materiałów domieszkowych, przydatnych do glinowego metalu macierzystego, stanowią sód, lit, wapń, bor, fosfor i itr, które mogą być stosowane indywidualnie lub w połączeniu z jedną lub więcej innych domieszek, w zależności od utleniacza i warunków procesu. Sód i lit można zastosować w bardzo małych ilościach rzędu części na milion, zwykle około 100-200 części na milion i mogą być użyte indywidualnie lub razem, lub w połączeniu z inną domieszką (ami). Pierwiastki ziem rzadkich, takie jak cer, lantan, prazeodym, neodym i samar również stanowią wartościowe domieszki, tak samo szczególnie zastosowane w połączeniu z innymi domieszkami.

157 104

Jak stwierdzono powyżej, nie jest konieczne wtapianie każdego materiału domieszkowego do metalu macierzystego. Przykładowo, selektywne stosowanie jednego lub więcej materiałów domieszkowych w postaci cienkiej warstwy na całej lub części powierzchni metalu macierzystego lub odpowiedniej powierzchni traconego modelu umożliwia miejscowe narastanie ceramiczne metalu macierzystego lub jego części i samo w sobie prowadzi do narastania polikrystalicznego materiału ceramicznego wgłąb wnęki. Tym samym, narastanie półkrystalicznego materiału ceramicznego wgłąb wnęki może być w pewnym stopniu kontrolowane przez miejscowe umieszczanie materiału domieszki na powierzchni traconego modelu. Zastosowana powłoka lub warstwa domieszki jest cienka w stosunku do zamierzonej grubości kompozycji ceramicznej, a narastanie lub formowanie się produktu reakcji utleniania wgłąb wnęki formy sięga zasadniczo poza warstwę domieszki, tj. poza grubość zastosowanej warstwy domieszki. Warstwa domieszki może być nałożona przez malowanie, zanurzanie, sitodruk, odparowanie, lub inne nanoszenie materiału domieszki w postaci płynu lub pasty, względnie rozpylanie katodowe lub zwykłe osadzanie warstwy stałej domieszki cząsteczkowej lub stałego cienkiego arkusza lub folii domieszki na powierzchni traconego modelu. Materiał domieszki może, ale niekoniecznie, zawierać organiczne lub nieorganiczne spoiwa, nośniki, rozpuszczalniki i/lub środki zagęszczające. Jednakże jak stwierdzono powyżej, niektóre nośniki lub media mogą nie mieć zdolności do jednorodnego mieszania z materiałem modelu. Bardziej korzystnie, materiał domieszkowy jest zastosowany jako proszek na powierzchni traconego modelu za pomocą kleju lub lepiszcza, które będą usunięte wraz z modelem podczas procesu. Szczególnie zalecany sposób wprowadzania domieszek na powierzchnię traconego modelu polega na stosowaniu płynnej zawiesiny domieszek w mieszaninie woda/spoiwo organiczne, natryskiwanej na powierzchnię traconego modelu w celu uzyskania przylegającej powłoki, ułatwiającej manewrowanie traconym modelem przed procesem.

Materiały domieszkowe stosowane zewnętrznie są zwykle nakładane na przynajmniej część odpowiedniej powierzchni traconego modelu lub metalu macierzystego w postaci jednolitej powłoki. Ilość domieszki jest skuteczna w szerokim zakresie w stosunku do ilości metalu macierzystego poddawanego reakcji, zaś w przypadku glinu ustalono doświadczalnie górne i dolne granice robocze. Przykładowo, stosując krzem w postaci dwutlenku krzemu zewnętrznie jako domieszkę glinowo-magnezowego metalu macierzystego i powietrze lub tlen jako utleniacz, skuteczne są ilości tak małe jak 0,00003 grama krzemu na gram metalu macierzystego, lub około 0,0001 grama krzemu na centymetr kwadratowy powierzchni metalu macierzystego, na której jest stosowany SiO2. Stwierdzono również, że można uzyskać strukturę ceramiczną z glinowo-krzemowego metalu macierzystego, stosując powietrze lub tlen jako utleniacz, używając jako domieszki MgO w ilości większej niż około 0,0008 g Mg na gram metalu macierzystego poddawanego utlenianiu i większej niż około 0,003 grama Mg na centymetr kwadratowy powierzchni metalu macierzystego, ma którą jest nałożony MgO.

Wynalazek obecny dostarcza niezawodnego sposobu wytwarzania kształtowych elementów ceramicznych, zawierających produkt reakcji utleniania stopionego metalu macierzystego i utleniacza w fazie gazowej, przez odwzorowywanie kształtu traconego modelu. Wydajność, z jaką można produkować kształtowane tracone modele zgodnie z dostępną technologią stwarza szerokie możliwości doboru geometrii lub kształtu, który może następnie być odwzorowany w elemencie ceramicznym według wynalazku.

Poniżej przedstawione są przykłady stosowania obecnego wynalazku, przytoczone dla ilustracji sposobu, nie zaś dla ograniczenia jego zakresu.

Przykład I. Tracony model w kształcie bloku o wymiarach około 25,4 mm na 25,4 mm na 19,05 mm grubości ukształtowano ze spienionego polistyrenu. Powierzchnia kształtująca modelu miała kwadratową powierzchnię czołową o wymiarach 25,4 mm na 25,4 mm i cztery prostokątne powierzchnie modelu o wymiarach 25,4 mm na 19,05 mm.

Materiał powłokowy zawierał 59 procent wagowo wolastonitu (mineralny krzemian wapnia, z Nyco Inc., Klasa FP), oraz 50 procent wagowo siarczanu wapnia (Bondex, z Bondex, Inc.). Mieszanina wolastonitu i siarczanu wapnia została zmieszana z wodą dla ułatwienia hydrolizy siarczanu wapnia w celu utworzenia strefy podtrzymującej w sąsiedztwie powierzchni kształtującej modelu. Mieszaninę tę nałożono na szczyt i cztery boki traconego modelu w warstwie około

157 104 13

12,7 mm, pozostawiając spód modelu nie pokryty. Całość pozostawiono do ustalenia dlii powstania strefy podtrzymującej.

W luźnym złożu cząstek wolastonitu umieszczono blok ze stopu glinu (oznaczony jako stop 380.1 z metali Belmonta, mający nominalny wyszczególniony skład wagowy 8-8,5% Si, 2-3% Zn i 0,1% Mg jako domieszki aktywne, oraz 3,5% Cujak również Fe, Mn i Ni, ale rzeczywista zawartość Mg była częstokroć wyższa niż w zakresie 0,17-0,18%), o wymiarach 50,8 mm na 50,8 mm na

12.7 mm grubości, w ten sposób, że odsłonięta była jedna kwadratowa powierzchnia czołowa

50.8 mm. Na odsłoniętej powierzchni metalu macierzystego rozproszono pewną ilość materiału domieszkowego (Leecote, LX-60, z Acme Resin Co., zawierającego zasadniczo krzemionkę). Tracony model wraz z nałożonym materiałem powłokowym został umieszczony na wierzchu odsłoniętej powierzchni metalu macierzystego tak, że nie powleczona powierzchnia polistyrenowej kostki stykała się z metalem. Model i odsłonięte części metalu były również pokryte wolastonitem tak, że cały układ metalu macierzystego z powleczonym modelem był zagrzebany w wolastonicie.

Układ ten umieszczono w piecu z doprowadzonym powietrzem, i podgrzano przez 4 godziny do 1100°C. Temperaturę pieca utrzymywano przy 1100°C przez 120 godzin, a następnie schłodzono go przez 4 godziny. Następnie układ wyjęto z pieca i odzyskano element ceramiczny. Materia! powłokowy usunięto przez luźne piaskowanie. Na fig. 5 pokazano uzyskany element ceramiczny po usunięciu nadmiaru nie przereagowanego metalu macierzystego. Pomiar elementu potwierdza dużą wierność odwzorowania traconego modelu.

Przykładu. Przygotowano element ceramiczny do odwzorowania traconego modelu, ukształtowanego w postaci bloku tak jak w przykładzie I, jednakże w tym przypadku materiał powłokowy zawierał wypełniacz w postaci tlenku glinu.

Materiał powłokowy, zawierający 30 procent wagowo wypełniacza w postaci tlenku glinu (rozmiar 325, tabelaryczny tlenek glinu, z Alcoa) i 70% Leecote (LX-60, zawierający zasadniczo krzemionkę, dla ustanowienia strefy podtrzymującej), nałożono na powierzchnię kształtującą traconego modelu w postaci warstwy o grubości około 0,9 mm. Mieszaninę wolastonitu i siarczanu wapnia, opisaną w przykładzie I, nałożono na materiał powłokowy z tlenku glinu w postaci warstwy o grubości około 12,7 mm i pozostawiono do zestalenia. Mieszanina ta została nałożona dla zapobieżenia narastaniu produktu reakcji utleniania poza wypełniający materiał powłokowy.

Powleczony model został umieszczony na bloku ze stopu glinu (oznaczonego stop 380.1), który pokryto domieszką jak w przykładzie I, zaś powleczony model i pozostałe odsłonięte części powierzchni metalu zostały przykryte wolastonitem tak, że cały układ metalu macierzystego i traconego modelu pokrytego materiałem powłokowym był zagrzebany w krzemianie wapnia jak w przykładzie I.

Układ ten umieszczono w piecu z doprowadzonym powietrzem i ogrzewano przez 4 godziny do 1100°C. Temperaturę pieca przetrzymywano przy 1100°C przez 120 godzin, a następnie piec ostudzono przez 4 godziny. Układ wyjęto z pieca i odzyskano wyrób ceramiczny. Usunięto mieszaninę siarczan wapnia/wolastonit poprzez luźne piaskowanie. Na fig. 6 pokazano fotografię mikroskopową przy 100-krotnym powiększeniu, przedstawiającą element ceramiczny 1 scalony z warstwą kompozycji ceramicznej 3.

FIG. 5 rt

7/	7~/~	777777,-
	FIG.	1
				V-3
/\z

FIG. 4

FIG. 2

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz

Cena 5000 zł.

Claims (29)

1. Zastrzeżenia patento w e

   1. Sposób wytwarzania kształtek ceramicznych, stanowiących produkt reakcji utleniania metalu macierzystego i utleniacza w fazie gazowej, znamienny tym, że zestawia się korpus metalu macierzystego i tracony model z powierzchnią kształtującą, odsuniętą zewnętrznie względem tego korpusu metalu macierzystego, nakłada się na tę powierzchnię kształtującą przepuszczającą gaz powłokę z materiału odwzorowującego, tworząc powierzchnię zasadniczo przystającą i współrozciągliwą z tą powierzchnią kształtującą i usytuowaną przeciwległe względem tego korpusu metalu macierzystego tak, że wspomniany tracony model wyznacza przestrzeń pomiędzy metalem macierzystym a powierzchnią przystającą, przy czym wspomniana przepuszczająca gaz powłoka z materiału odwzorowującego ma samoistnie związaną strefę podtrzymującą, bezpośrednio sąsiadującą i współrozciągliwą z powierzchnią kształtującą, zapewniającą wystarczającą wytrzymałość rozdzielczą i utrzymującą kształt powierzchni przystającej po usunięciu wspomnianego traconego modelu, wyznaczając tym samym wnękę formy, następnie ogrzewa się metal macierzysty w obecności utleniacza w fazie gazowej do temperatury przekraczającej jego temperaturę topnienia, lecz poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania dla utworzenia masy stopionego metalu, usuwa się tracony model, tworząc tym samym wspomnianą wnękę formy, powoduje się w tej temperaturze reagowanie stopionego metalu z utleniaczem w fazie gazowej dla utworzenia produktu reakcji utleniania, który to produkt kontaktuje się i rozciąga pomiędzy masą stopionego metalu a utleniaczem w fazie gazowej i przeprowadza się ten stopiony metal przez produkt reakcji utleniania w stronę gazowego utleniacza i przepuszczającej gaz powłoki materiału odwzorowującego tak, że produkt reakcji utleniania kontynuuje formowanie przy powierzchni pośredniej pomiędzy utleniaczem w fazie gazowej a uprzednio utworzonym produktem reakcji utleniania, tworząc coraz grubszy korpus produktu reakcji utleniania wgłąb wnęki formy, przy czym reakcję tę kontynuuje się przez okres czasu wystarczający do zastąpienia wnęki formy produktem reakcji utleniania aż po powierzchnię przystającą, tworząc w ten sposób element ceramiczny mający powierzchnię kształtową, odwzorowującą wspomnianą powierzchnię kształtującą i wreszcie odzyskuje się element ceramiczny, mający wspomnianą powierzchnię kształtową.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed ogrzewaniem pomiędzy metal macierzysty a tracony model nakłada się wypełniacz tak, że wspomniany wypełniacz jest pośrednio umieszczony pomiędzy metalem macierzystym a powierzchnią przystającą, po czym powoduje się infiltrację tego wypełniacza przez produkt reakcji utleniania przed formowaniem wspomnianego coraz grubszego korpusu produktu utleniania wgłąb wnęki formy i odzyskuje się wspomniany element ceramiczny, mający kompozycję ceramiczną tworzącą z nim całość umieszczoną przeciwległe względem powierzchni kształtowej.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do przynajmniej części przepuszczającej gaz powłoki materiału odwzorowującego, użytego do ustanowienia powierzchni przystającej, wprowadza się substancję zaporową, przyhamowywując tym samym narastanie produktu reakcji utleniania przy tej powierzchni przystającej.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przepuszczająca gaz powłoka materiału odwzorowującego zawiera wypełniacz, poprzez który może narastać produkt reakcji utleniania, a narastanie produktu reakcji utleniania jest kontynuowane poza powierzchnię przystającą wgłąb wypełniacza tak, aby osadzić przynajmniej część wypełniacza w obrębie produktu reakcji utleniania, przez co odzyskuje się element ceramiczny zawierający kompozycję ceramiczną stanowiącą całość z powierzchnią kształtową.
5. 5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się metal z grupy krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.
6. 6. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się metal z grupy krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.

   157 104 3
7. 7. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się metal z grupy krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.
8. 8. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się metal z grupy krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.
9. 9. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się glin.
10. 10. Sposób weciług zzate. 2, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się glin.
11. 11. Sposób weeiług zza^z. 3, tym, że jako metal macierzysty stosuje się glin.
12. 12. Sposób weeiług zzasz. 4, tym, że jako metal macierzysty stosuje się glin.
13. 13. Sposób według zastrz. 9 albo 10 albo 11 albo 12, znamienny tym, że jako utleniacz stosuje się gaz zawierający tlen.
14. 14. Sposób według zastrz. 13, znamienny tym, że jako utleniacz stosuje się powietrze.
15. 15. Sposób według zastrz. 14, znamienny tym, że stosuje się temperaturę w zakresie od około 850°C do 1450°C.
16. 16. Sposób według zastrz. 5 albo 6 albo 7 albo 8, znamienny tym, że metal macierzysty stosuje się w połączeniu z domieszką.
17. 17. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do przepuszczającej gaz powłoki materiału odwzorowującego wprowadza się czynnik wiążący przynajmniej w strefie podtrzymującej.
18. 18. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że do przepuszczającej gaz powłoki materiału odwzorowującego wprowadza się czynnik wiążący przynajmniej w strefie podtrzymującej.
19. 19. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że do przepuszczającej gaz powłoki materiału odwzorowującego wprowadza się czynnik wiążący przynajmniej w strefie podtrzymującej.
20. 20. Sposób według zastrz. 9, znamienny tym, że do powierzchni wypełniacza, usytuowanej przeciwległe względem wspomnianej powierzchni kształtującej, wprowadza się substancję zaporową, przez co przyhamowywuje się narastanie produktu reakcji utleniania przy tej substancji zaporowej.
21. 21. Sposób według zastrz. 20, znamienny tym, że jako substancję zaporową stosuje się siarczan wapnia, cement portlandzki, krzemian wapnia i ich mieszaniny.
22. 22. Sposób według zastrz. 18, znamienny tym, że jako substancję zaporową stosuje się siarczan wapnia, cement portlandzki, krzemian wapnia i ich mieszaniny.
23. 23. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się glin, jako utleniacz stosuje się gaz zawierający tlen, zaś metal macierzysty stosuje się w połączeniu z domieszką.
24. 24. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na tracony model stosuje się materiał wybrany z grupy spienionego polistyrenu, poliuretanu i polietylenu.
25. 25. Sposób według zastrz. 17 albo 18 albo 19, znamienny tym, że jako czynnik wiążący stosuje się krzemionkę, kaolin i ich mieszaniny.
26. 26. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wypełniacz stanowi tlenek glinu lub węglik krzemu.
27. 27. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wypełniacz stanowi tlenek glinu lub węglik krzemu.
28. 28. Sposób według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że stosuje się źródło stałego utleniacza, wprowadza się to źródło do wspomnianego wypełniacza i powoduje się reagowanie tego źródła z metalem macierzystym, przy czym ten stały utleniacz stosuje się w połączeniu z utleniaczem w fazie gazowej, tworząc wspomniany produkt reakcji utleniania.
29. 29. Sposób według zastrz. 2 albo 4, znamienny tym, że stosuje się źródło ciekłego utleniacza, wprowadza się to źródło do wspomnianego wypełniacza i powoduje się reagowanie tego źródła z metalem macierzystym, przy czym ten ciekły utleniacz stosuje się w połączeniu z utleniaczem w fazie gazowej, tworząc wspomniany produkt reakcji utleniania.

    157 104