PL157542B1

PL157542B1 - Sposób wytwarzania wyrobów z ceramicznego kompozytu i samonosny korpus zceramicznego kompozytu PL PL PL

Info

Publication number: PL157542B1
Application number: PL1988274049A
Authority: PL
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1987-08-10
Filing date: 1988-08-03
Publication date: 1992-06-30
Also published as: CN1031694A; NO883412D0; JP2642679B2; PT88228B; CA1318490C; YU47199B; NO883412L; CS276740B6; ZA885836B; CS8805536A2; HUT63132A; DD300642A5; US4886766A; MX166272B; PL274049A1; EP0303552B1; YU151588A; PH25600A; DK444888A; FI883705A

Abstract

reprodukujacego w przeciwleglych kierunkach geom etryczny ksztalt m odelu w ykonanego z rodzim ego m etalu, przy czym ten ceram iczny kom pozytow y korpus zaw iera ceram iczna substancje podstaw ow a otrzym ana z reakcji utlenia- nia rodzim ego m etalu, oraz wypelniacz osadzony w tej substancji podstaw ow ej, znam ienny tym , ze wykonuje sie w pierwszym etapie korpus z m odelu z rodzim ego m etalu posiadajacego co najm niej jedno otw arte wglebienie dla stw orzenia scianki o ograniczonym przekroju i o przeciwleglych pow ierzchniach scianki, po czym w drugim etapie bezposrednio naklada sie na pow ierzchnie scianki wypelniacz, którem u m ozna nadaw ac ksztalt, przy czym stosuje sie wypelniacz, który przepuszcza utleniacz, gdy wymaga sie, zeby utleniacz stykal sie z roztopionym rodzim ym m etalem i jest przepuszczalny na infiltracje na skutek rozrostu produktów reakcji utleniania poprzez odpow iednie w arstwy w ypelniacza, a ponadto zachow uje w ystarczajaca zdolnosc do ksztaltow ania sie, dla dostosow ania sie do zmiany objetosci rodzim ego m etalu w punkcie jego topliwosci i do róznicy term icznego rozszerzania sie wystepujacej pom iedzy rodzim ym m etalem i odpow iednim i w arstwam i wypelniacza, a nastepnie w trzecim etapie nagrzewa sie osadzony w wypelniaczu uksztaltow any rodzim y m etal do tem peratury wyzszej od jego punktu topliwosci, lecz nizszej od tem peratury punktu topliw osci produktu reakcji utleniania, dla stw orzenia korpusu ze stopionego przy tej tem peraturze rodzim ego m etalu przez dzialanie na stopiony rodzim y m etal utleniaczem dla stw orzenia produktu reakcji utleniania, oraz zachow anie przynajm niej czesci tego p ro duktu reakcji utleniania w stycznosci z i pom iedzy m asa roztopionego rodzim ego m etalu i utleniaczem dla ciagle postepujacego wyciagania roztopionego m etalu przez w ytw arzanie produktu reakcji utleniania i w prowadzenie go do zloza w ypelniacza dla rów noczesnego ksztaltow ania tych kilku osiowo umieszczonych, odsunietych od siebie, scianek w zlozu wypelniacza, gdy p rodukt reakcji utleniania w dalszym ciagu nabiera ksztaltu w przestrzeni pom iedzy utleniaczem i wczesniej utw orzonym produktem reakcji utleniania, i kontynuow anie tej reakcji przez czas w ystarczajacy dla przynajm niej czesciowego polaczenia wypelniacza z produktem reakcji utleniania przez rozrost tego ostatniego dla utw orzenia ceram icznego sam onosnego korpusu z kom pozytu posiadajacego kilka osiowo umieszczonych, odsunietych od siebie, scianek z ograniczonym przekrojem poprzecznym , który zasadniczo inwersyjnie reprodukuje geom etryczne ksztalty m odelu i przez to tw orzy przynaj- mniej dw a osiowo ukierunkow ane korytarze dla plynów, a w koncu, w czwartym etapie, oddziela sie uzyskany sam onosny korpus z kom pozytu od nadm iaru wypelniacza, jezeli taki wystepuje. PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej @ OPIS PATENTOWY © PL © 157542 ® BI (²^) Numer z głoszenia: 274049 Oy <£9 IntCl⁵:

C04B 35/10 © Data ^zgł°^szenia: 03.08.1988

Sposób wytwarzania wyrobów z ceramicznego kompozytu i samonośny korpus z ceramicznego kompozytu

Pierwszeństwo:

10.08.1987,US,084550

Zgłoszenie ogłoszono:

02.05.1989 BUP 09/89

O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.06.1992 WUP 06/92

Uprawniony z patentu:

Lanxide Technology Company LP. Newark, US

Pełnomocnik:

PATPOL Spółka z o.o., Warszawa, PL

PL 157542 BI

Sposób wytwarzania samonośnego korpusu z ceramicznego kompozytu, posiadającego kilka osiowo umieSszczonych, odsuniętych od siebie ścianek i posiadającego ograniczony przekrój poprzeczny i zasadniczo inwersyjnie reprodukującego w przeciwległych kierunkach geometryczny kształt modelu wykonanego z rodzimego metalu, przy czym ten ceramiczny kompozytowy korpus zawiera ceramiczną substancję podstawową otrzymaną z reakcji utleniania rodzimego metalu, oraz wypełniacz osadzony w tej substancji podstawowej, znamienny tym, że wykonuje się w pierwszym etapie korpus z modelu z rodzimego metalu posiadającego co najmniej jedno otwarte wgłębienie dla stworzenia ścianki o ograniczonym przekroju i o przeciwległych powierzchniach ścianki, po czym w drugim etapie bezpośrednio nakłada się na powierzchnie ścianki wypełniacz, któremu można nadawać kształt, przy czym stosuje się wypełniacz, który przepuszcza utleniacz, gdy wymaga się, żeby utleniacz stykał się z roztopionym rodzimym metalem i jest przepuszczalny na infiltrację na skutek rozrostu produktów reakcji utleniania poprzez odpowiednie warstwy wypełniacza, a ponadto zachowuje wystarczającą zdolność do kształtowania się, dla dostosowania się do zmiany objętości rodzimego metalu w punkcie jego topliwości i do różnicy termicznego rozszerzania się występującej pomiędzy rodzimym metalem i odpowiednimi warstwami wypełniacza, a następnie w trzecim etapie nagrzewa się osadzony w wypełniaczu ukształtowany rodzimy metal do temperatury wyższej od jego punktu topliwości, lecz niższej od temperatury punktu topliwości produktu reakcji utleniania, dla stworzenia korpusu ze stopionego przy tej temperaturze rodzimego metalu przez działanie na stopiony rodzimy metal utleniaczem dla stworzenia produktu reakcji utleniania, oraz zachowanie przynajmniej części tego produktu reakcji utleniania w styczności z i pomiędzy masą roztopionego rodzimego metalu i utleniaczem dla ciągle postępującego wyciągania roztopionego metalu przez wytwarzanie produktu reakcji utleniania i wprowadzenie go do złoża wypełniacza dla równoczesnego kształtowania tych kilku osiowo umieszczonych, odsuniętych od siebie, ścianek w złożu wypełniacza, gdy produkt reakcji utleniania w dalszym ciągu nabiera kształtu w przestrzeni pomiędzy utleniaczem i wcześniej utworzonym produktem reakcji utleniania, i kontynuowanie tej reakcji przez czas wystarczający dla przynajmniej częściowego połączenia wypełniacza z produktem reakcji utleniania przez rozrost tego ostatniego dla utworzenia ceramicznego samonośnego korpusu z kompozytu posiadającego kilka osiowo umieszczonych, odsuniętych od siebie, ścianek z ograniczonym przekrojem poprzecznym, który zasadniczo inwersyjnie reprodukuje geometryczne kształty modelu i przez to tworzy przynajmniej dwa osiowo ukierunkowane korytarze dla płynów, a w końcu, w czwartym etapie, oddziela się uzyskany samonośny korpus z kompozytu od nadmiaru wypełniacza, jeżeli taki występuje.

SPOSÓB WY?’WARW5IA WYROBÓW Z CERAMICZNEGO KOMPOZYTU I SAMONOŚNY KORPUS Z CERAMICZNEGO KOMPOZYTU

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania samontśnegt korpusu z ceramicznego kompozytu, posiadającego kilka tsioot umieszczonych, oasuniętych od siebie ścianek i posiadającego ograniczony przekrój poprzeczny i zasadniczo inwersyjnie reprodukującego o przeciwległych kierunkach geometryczny kształt modelu wykonanego z rodzimego metalu, przy czym ten ceramiczny kompozytowy korpus zawiera ceramiczną substancję podstawową otrzymaną z reakcji utleniania rodzimego mtalu, oraz wypełniacz osadzony w tej substancji podstawowej, znamię nny tym, że wykonuje się w pierwszym etapie korpus z modelu z rodzimego mtalu posiadającego co najmniej jedno otwarte wgłębienie dla stworzenia ścianki o ograniczonym przekroju i o przeciwległych powierzchniach ścianki, po czym w drugim etapie bezpośrednio nakłada się na powierzchnie ścianki wypełniacz, któremu można nadawać kształt, przy czym stosuje się wyppłniacz, który przepuszcza utleniacz, gdy wymaga się żeby utleniacz stykał się e roztopionym rodE^nym metalem i jest przepuszczalny na infiltrację na skutek rozrostu produktó reakcji utleniania poprzez odpowiednie warstwy wypełniacza, a ponadto zachowuje wystarczającą zdolność dt kształtowania się, dla dostosowania się do zmiany objętości roczmego metalu w punkcie jego topliwości i do różnicy termicznego rozszerzania się występującej pomiędzy rodzmnym metalem i odpowiednimi warstwami wyppeniacza, a następnie w ti^iecm etapie nagrzewa się osadzony w w^I^płniaczu ukształtowany rodźmy metal do temperatury wyższej od jego punktu topliwości, lecz niższej od temperatury punktu topliwości produktu reakcji utleniania, dla stworzenia korpusu ze stopionego przy tej temperaturze rtdEi mgo ratalu przez działanie na stopiony rodzmy metal utleniaczem dla stworzenia produktu reakcji utleniania, oraz zachowanie przynajmniej części tego produktu reakcji utleniania w styczności z i pomiędzy masą roztopionego rodzimego mtalu i utleniazeem dla ciągle postępującego wyciągania roztopionego mtalu przez wytwarzanie produktu reakcji utleniania i wprowadzenie go do złoża wyρełniacza dla równoczesnego kształtowania tych kilku osiowo umieszczonych, odsuniętych td siebie, ścianek w złożu w^Γpełniacza, gdy produkt reakcji utleniania w dalszym ciągu nabiera kształtu w przestrzeni pomiędzy utlenaaczem i wcześniej utworzonym produktem reakcji utleniania, i kontynuowanie tej reakcji przeE cEas wystarczający dla przynajmniej częściowego połączenia wypełoiicza z produktem reakcji utleniania prEe z rozrost tego ostatniego dla utworzenia ceramicznego s^chośnego korpusu z kompozytu posiadającego kilka osiowo umieszczonych, odsuniętych td siebie, ścianek z ograniczonym przekrojem poprzecznym, który zasadniczo ^wersyjnie reprodukuje geometryczne kształty modelu i przez to tworzy przynajmniej dwa osiowo ukierunkowane korytarze dla płynów, a w końcu, w cEwartym etapie, oddziela się uzyskany simooiśnn korpus z kompozytu od nadmiaru wypełniaczi, jeżeli taki występuje.
2. Sposób według Eastrz. 1, znamienny tym, że złoże wypełnlacza posiada dodatkowo strefę podtrzymującą, która jest samowiążącą się przy temperaturze wyższej td punktu topliwości rod e mego metalu, leCE niższej lub (wystarczająco bliskiej temperatury reakcji utleniania, ażeby umotliwić wspomniane dostosowioie się.
3. Sposób według EastrE. 1 albo 2, znamienny tym, że rodEimy mtal ma kształt cylindra, a (wgłębienie jest wzdłużnym otworem.
4. Sposób według EastrE. 1 albo 2, znamienny tym, że w ściance z rodzimego mtalu wyk:onuje się co najmniej jeden otwór i w nim umie;szcza się wypełniacz.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że produkt reakcji utleniania wprowadza się do wypełniicza umieszczonego w tym otworze dla stworzenia środków podtrzymujących, integralnych z odsuniętymi od siebie ściankami.
6. Sposób według EastrE. 3, znamienny tym, że osiowo rozmieszczone, odsunięte od siebie ścianki ustala się jako współosiowe.
7. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, się domieszkę w połączeniu z rodzimym rotalem.

że dodatkowo stosuje

157 542
8. Sposób według Eastrz, 1 albo 2, znamienny tym, że jako rodzimy materiał stosuje się glin.
9. Sposób według zastrE. 8, znamienny tym, że dodatkowo stosuje się domieszkę w połączeniu z tym rodih^j^m metalem.
10. Sposób według 1 albo 2, znamienny tym, że dodatkowo łączy się osiowo umieszczone ścianki prEynajmniej jednym łączącym żebrem.
11. Sposób według zastrz. 1 albo 2, £ nam i i η n y tym, że stosuje się utle- niace w fazie pary. 12. Sposób według zastrE. 1 albo 2, £ nam i θ η n y t y m, że utleniacz jest przy tej temperaturze w postaci ciała stałego. 13. Sposób według zastrz. 12, z n a m i e n n y t y m, że utleniacz jest wybrany z grupy zawierająrnj dwutlenek krzemu, bor, węglik, koTdieryt i związek, który może być odtleniony. 14. Sposób według zastrz. 11, e n a m i e n n y * y m, że stosuje się utleniacz w postaci gazu zawierającego tlen. 15. Sposób według zastrz, 11, z n a m i e n n y t y m, że utleniacz na postać gazu zawierającego azot. 16. Sposób według Eastrz. 14, z n a m i e n n y t y m, że jako rodzimy mtal sto- suje się glin. 17. Sposób według zastrz. 1 albo 2, z nam i e η n y t y m, że rodźmy mtal wy- biera się z grupy składająoej się z , krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.

18. Sposób według zastrz. 1 albo 2, z nam i € η n y tym, że w^ppłniacz wybiera się z grupy składającej się e jednego lub kilłcu tlenków mteli wybranyoh z grupy składającej się z glinu, ceru, hafnu, tytanu, krzemu, mgnezu, boru, lantanu, neodymu, prazeodymu, samru, skandu, toru, uranu, itru i cyrkonu.

19. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się ceramiczną substancję zawierającą tlenek, azotek, węglik lub borek.

20. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się korpus z rodzmego mtalu zawierający dwa odsunięte od siebie otwarte z dwóch stron cylindry.

21. Sposób według 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się krawędziową ściankę korpusu z rod e me go mtalu ze środkami hamującymi.

22. Sposób wytwarzania samonośnego korpusu z ceramicznego kompozytu, posiadającego kilka zasadniczo współosiowych, odsuniętych od siebie cylindrów, zasadniczo inwersyjnie reprodukujących w przeciwnych kierunkach kształt geometryczny modelu wykonanego z rodztaHgo metalu, prEy czym ceramiczny korpus wykonany z kompozytu Eawwera ceramiczną substancję podstwwową otrzymaną z reakcji utleniania rodztango mtalu glinowego z utleniaczem, włącznie z utleniaczem w fazie pary, dla uzyskania produktu reakoji utleniania, ογθβ wyppłniacz osadzony w substanoji podstawowej, znamienny tym, że w piewsEym etapie wykonuje się otwarty na końcu cylinder z ginnowego mtalu rodzimego, posiadający co najmniej jeden otwór w ściance cylindra, po czym w drugim etapie bezpośrednio nakłada się na przeciwległe powierzchnie ścianek cylindra pierwszą warstwę iypolniacza, któremu można nadawać kształt, i drugą warstwę wypołniacza do otworu, przy czym ta warstwa wypełniacza odznacza się tym, że przepuszcza, jeżeli to jest wyimgane, utleniacz, gdy wyrnga się, żeby wypełniacz zetknął się z roztopoonym rodE^nym metalem, i przepuszcza infiltrację produktu reakcji utleniania przy jego mroscie przeE odpowiednie warstwy iypolniacza, a ponadto zachowuje wystarczającą zdolność do kształoowania się dla dostosowania się do zmiany objętości rodEJmego mtalu w punkcie jego topliwości i do różnicy termicznego rozszerzania się występującej pomiędzy rodzimym mtalem i odpowiednimi warstwami wypolniacza, a następnie w tmom etapie nagrzewa się osadzony w wypełniaczu ukształowwany rodzimy metal do temper_atury wyższej od jego punktu topliwości, lecz niższej od temperatury punktu topliwości produktu reakcji utleniania, dla stworzenia korpusu ze stopionego przy tej temperaturze rodEtaiego mtalu przeE działanie na stopiony metal rodEimy utleniadem dla stworzenia produktu reakcji utleniania, oraz Eachowanie przynajmniej części tego produktu reakcji utleniania w stycznośoi z i pomiędEy masą roztopionego mtalu i utleniaczem

157 542 dla ciągle postępującego wyciągania roztopionego metalu prEeE wytwarzanie produktu reakcji utleniania i wprowadzanie go do złoża wyppłniacaa dla równoczesnego kształtowania odsuniętych od siebie cylindrów w pierwszej warstwie wypełniacza i promieniowo rozstawionych żeber w drugiej warstwie wypełniacza, gdy produkt reakcji utleniania w dalszym ciągu nabiera kształtu w przestrzeni pomiędzy utlenaazzem i wcześniej utworzonym produktem reakcji utleniania, a ponadto kontynuowanie tej reakcji ργεθε czas wystarczający do przynajmniej częściowego połącsenia w^ppełnl-acsa z produktem reakcji utleniania przez rozrost tego ostatn:e3go dla utworzenia samonośnego korpusu z kompozytu posiadającego kilKa współosiowych, odsuniętych od siebie cylindrów i promieniowo rozstawionych żeber, jako środków podtrzymujących dla odsuniętych od siebie cylindrów, które zasadniczo inwersyjnie reprodukują geometryczne kształty modelu i ργεθε to tworzą osiowo umieszczone korytarze dla płynów, a w końcu, w cswartym etapie oddziela się uzyskany samonośny korpus z kompozytu od nadmiaru wyyełniacza, jeżeli taki występuje.

23. Sposób według sastrs. 22, snamienny tym, że stosuje się utleniacz w postaci gazu zawierającego tlen, a produkt reakcji utleniania obejmuje tlenek glinu.

24. Sposób według zastrs. 22 ąlbo 23, snamienny tym, że na krańcową ściankę cylindra z rodzimego mealu nakłada się środki hamująca.

25· Sposób według zstrs. 22 albo 23, znamienny tym, że stosuje się domieszki w po^cseniu z glinowym rodBk^j^m mtalem.

26. Samonośny ceramiczny korpus z kompozytu, znamienny tym, że jest złożony z osiowo umieszczonych, odsuniętych od siebie, cylindrycznych ścianek /28, 30/, o ograniczonym przekroju pop^ecznym, tworzących środkowy otwór /14/ i przytomniej jeden wzdłużny kanał /51, 53/ pomiędzy ściankami, oras elementy łączące /32, 50, 76/ dla podtrzymywania cylindrycznych ścianek /28, 30/ odsuniętych od siebie, przy csym te ścianki elementy iączące zawierają poliκ.Γystalaziną substancję podstawową zazwyczaj inwersyjnie odtwarzającą geometryczne kształty rodzimego mtalu umieszczonego w złożu wteriału wypełnia jącego /24/, po wyprowadzę niu tego rodzimego mtalu z jego pierwotnego umiejscowienia dla bieżącego tworzenia wspomnianych ścianek i elementów łączących w czasie przebiegu reakcji utleniania roztopionego mtalu rodzimego przechodzącego z pierwotnego umiejscowienia dla utworzenia ceramicznej polikrystalicznej substancji podstawowej w złożu wypełniacza /24/, przy czym ta ceramiczna substancja podstwwowa zawiera produkt reakcji utleniania mtalu rodzimego b utlenaaczem.

27. Korpus według zastrs. 26, znamienny tym, że rodzimy mtal jest złożony z glinu, a produkt reakcji utleniania jest złożony z tlenku glinu.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobów z ceramicznego kompozytu oraz samoucs^ korpus z ceramicznego kompozytu, posiadający kilka odsuniętych od siebie elementów ściankowych, z których każdy ma określony przekrój poprzeczny i ogranicza korytarze dla płynów.

Samonośny korpus z ceramicznego kompozytu zawiera polikrystaliczną ceramiczną substancję podstawową, w której jest osadzony Maeriał wypełniająay, a ponadto posiada kilka osiowo ustawionych, odsuniętych od siebie elementów ściankowych, z których każdy ma określony przekrój poprzeczny, i jest inwersyjnym odtworzeniem w odwrotnych kierunkach geometrycznych kształtów modelu z wgłębieniami wykonanego z rodzimego mtalu.

Ze zgłoszenia patelewego USA nr 819 397 z dnia 17 stycznia 1986 r. jest znany sposób wytwarzania samonośnego korpusu z ceramicznego kompozytu przez rozrastanie się produktu reakcji utleniania metalu rodzimego w przepuszczalnej masie wyppeniacza. Jednak otrzymywany tym sposobem kompozyt nie ma określonego, lub z góry określonego, ukształtowania.

Sposób powodowania rozrastania się produktu ceramicznego reakcją utleniania jest ujawniony w zgłoszeniu pttennow;5m USA nr 818 943 z dnia 15 stycznia 1986 r. To zgłoszenie patenoowe ujawnia sposób wytwarzanie sαmoiośicoh aeΓamicznynh korpusów, ptwθtałyoh jako

157 542 produkt reakcji utlenia nia mtalu rodzimego, będącego prekursorem. Na roztopiony mtal rodzimy działa się utleniaczem w fazie pary dla wytworzenia produktu reakcji utleniania, a mtal przechodzi poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku utleniacza, przy czym stale wytwarza polikrystaliczną msę ceramiczną z produktu reakcji utleniania. Typową cechą polikryatalćcznych ms ceramicznych jest połączenie ziarn krystalicznych produktu reakoji utleniania między sobą w więcej niż w jednjm wymmarze, w korzystnym przypadku w trzech wjrniarach. Gdy reakcja nie jest prowadzona poza granicę wyczerpania mtalu rodzimego, otrzymana misa ceramiczna jest gęata i bez pustych przestrzeni. Tam, gdzie to jest pożądane, msa ceramiczna może być wytworzona ze składnikami mtalicznymi, które mogą, lecz nie muszą, być ze sobą połączone, i/lub z porowatością. Reakcja może być ulepszona przez zastosowanie domieszki stopowej, takiej jak utleniony w powietrzu glinowy mtal rodzimy. Ten sposób został ulepszony przez zastosowanie zewnętrznych domieszek działających na powierzchnię mtalu prekursora, jak ujawniono w zgłoszeniu patenoowjm USA nr 822 999 z dnia 27 stycznia 1986 r.

Dalszy rozwój wyżej wspomnianych sposobów umożliwia kształtowanie konstrukcji z ceramicznego kompozytu zawierającyoh polikrystaliczną ceramiczną substancję podstawową, w której jest osadzony wypełniacz i posiadającej jedno lub więcej wgłębień utworzonych inwersyjnym odtwarzaniem w odwrotnych kierunkach ksztełtww geomtrycznych ukształowł^r^ego metalu rodzimego. Te sposoby są opisane w zgłoszeniu pa fenowym USA nr 823 542 z dnia 27 stycznia 1986 r. oraz w zgłoszeniu ettentiwyr USA nr 896 147 z dnia 13 sierpnia 1986 r.

Również opracowano sposób wytwarzania konstrukcji z ceramicznego kompozytu o uprzednio wybranej postaci, lub kształtach geoimtrycznych, przez użycie ukształoowanej formy wstępnej z przepuszczalnego wyppłniacza, w której substancja podstawowa wzrasta w miarę ubytku utlenóonego mtalu rodzimego, jak to opisano w zgłoszeniu patenoww^m USA nr 861 025 z dnia 8 wja 1986 r.

Uksztełtewane ceramiczne kompozyty, odznaczające się dużą wiernością kształtu, uzyskano przez zastosowanie środków hamujących w celu zatrzymania, lub powstrzymania, rozrostu produktu reakcji utleniania w wybranym obszarze granicnnjm dla określenia kształtu lub geometri konstrukcji z ceramicznego kompozytu. Ta technika postępowania jest znana ze zgłoszenia patentowego USA nr 861 024 z dnia 8 maja 1986 r.

Przy zastosowaniu sposobów według wyże j JLonych zgłoszeń do wytwarza nia ceramicznej masy kompozytowej charakterystyczne jest to, że zastosowano materiały iypełniające przepuszczają środki utleniające, gdy się wymaga tego, aby środki utleniające stykały się ze stoptjnym metalem rodzŁnym, i ponadto, to że materiały te są przepuszczalne dla infiltracji rozrastającego się produktu reakcji utleniania do oypełniacza. Wynw^ΓZtje konstrukcje z ceramicznych kompozytów są zazwyczaj nie rozdzianiem! pojedyńczymi korpusami z ceramicznego komozytu, które mają początkowe uksztaiowwanie wstępnego mtalu wypełniacza, lub posiadają wgłębienie, którego kształt i geomeeria są określone kształtem uprzednio uformowanego mtalu rodzimego.

Niniejszy wynalazek jest dalszym ulepszeniem przez stworzenie samonośnego ceramicznego korpusu posiadającego oddalone od siebie elementy ściankowe, z których każdy ma określony przekrój poprzeczny ograniczający korytarze dla płynów, przy czym ten korpus ceramiczny jest wytworzony przez inwersyjne odtworzenie ukształtewanego mtalu rodzimego.

Zgodnie z wynalazkiem przewiduje się sposób wytwarzania samonośnego korpusu z ceramicznego kompozytu posiadającego kilka oddalonych od siebie elementów ściankowych, z których każdy ma określony przekrój poprzeczny ograniczający zasadniczo ciągłe korytarze dla płynów. Elementy ściankowe odtwarzają ogólnie inwersyjnie w przeciwnych kierunkach geometrę wzorowego moodlu. Każdy z osiowo umieszczonych elementów ściankowych posiada ceramiczną substancję podstawową z osadzonym w niej wypełniaczem, i jest uzyskiwany przez reakcję utleniania mtalu rodzimego dla stworzenia polikrystaliznnego mteriału, który zasadniczo składa się z produktu reakcji utleniania mtalu rodzimego z czynnikiem utleniająyyrn, i ewentualnie z jednego lub kilku mtali, na przykład nieutlenionych składników metalu τού zimego,

157 542

Sposób według wynalazku polega na tym, że nadaje się kształt rodEiramu mtalowi dla stworzenia cylindrycznego modelu, posiadającego co najmniej jedno otwarte wgłębienie lub otwór, i w ten sposób tworzy 3ię przeciwległe powierzchnie ścianki, to jest wewnntrzną ściankę wgłębienia i zewnętrzną ściankę. Grubość ścianki, która jest z góry określona przy nadawaniu kształtu mtalcwego modelu, określa przestrzeń pomiędzy elementami ścianko wymi i końcowym wyrobem. Maatriał wypełniający jest umie:szczony bezpośrednio na obu powierzchniach cylindrycznego moddlu. Mattriał wypełniający jest rozmieszczany albo na całej powierzchni każdej ścianki, albo tylko na z góry określonej części tej powierzchni, a pokryty obszar będzie określał obszar elementów ściankowych końcowego wyrobu z kompozytu. Jeżeli to jest wyMgane, maei-iał wyρełniający jest przepuszczalny dla czynnika utleniającego, jak w przypadku, w którym czynnik utleniający jest utlenaaceem w fazie pary, i w każdym przypadku jest przepuszczalny dla rozrastania produktu reakcji utleniania, oraz posiada wystarczającą zdolność, w całym zakresie temperatur nagrzewania, przystosowania się do różnicy termicznego rozszerzania się, występującej pomiędzy złożem wyppłniacza i rodzmnym i ponadto do zmiany objętości mtalu przy temperaturze topnienia.

Każde złoże maaeriału jącego, a przynajmniej złoża w strefach podtrzymujących znajdujących się na wewnęęrznych powierzchniach ścianek wgłębienia i na zewnęęrznej powierzchni zewnęęrznej ścianki, otaczające model, jest faktycznie samowiążące powyżej temperatury, która jest wyższą od punktu topliwości rodzmego mealu, lecz niższą, a w korzysnyym przypadku bardzo bliską, temperatury reakcji utleniania, przy czym warstwy materiału wyppeniającego posiadają wystarczającą siłę spoistości dla utrzymania inwersyjnie odtworzonych kształtów ge om t rycz nych modelu wewnątrz złoża, przy migracji rodzimego metalu, jak opisano w dalszym ciągu.

Ukształtowany rodźmy z nałożonymi warstwami maeriału wyppłniającego, jest nagrzewany do temperatury wyższej od jego punktu topliwości, lecz niższej od punktu topliwości produktu reakcji utleniania, dla stworzenia korpusu ze stopionego mtalu rodzimego, i na stopiony mtal rodzimy działa się w tym zakresie temperatur środkiem utleniającym dla stworzenia produktu reakcji utleniania. Przynajmniej część produktu reakcji utleniania jest utrzmywana w tym zakresie temperatur w kontakcie z i pomiędzy msą roztopionego mtalu i środkiem utleniaąąyym, przy czym roztopiony mtal jest w sposób ciągły odciągany z masy roztopionego mtalu środkiem utleniaąącm dla utrzymywania w dalszym ciągu produktu reakcji utleniania na powierzchni styku środka utleniającego z wcześniej utworzo· nym produktem reakcji utleniania. Tę reakcję przeprowadza się w dalsEym ciągu w tym zakre· sie temperatur przez czas wystarczający do przynajmniej częściowej infiltracji obu warstw produktem reakcji utleniania przy jego wzrastającej ilości, tworząc równocześnie odsunięte od siebie elementy ściankowe, z których każdy ma określony przekrój] poprzeczny, i pozostawiając między nimi koi*ytarz lub kanał, przedtem zajmowany przez i centra lny korytarz lub kanał, ograniczony najbardziej wewn n^znymi elementami ściankowymi. W ten sposób rozrasta się produkt reakcji utleniania w przeciwległych kierunkach ku warstwom mteriału wyppeniającego, a przemieszczanie się i przetwarzanie się mtalu powoduje tworzenie ceramicznej substancji podstawowej inwersyjnie reprodukującej w przeciwnych kierunkach przylegającą część metalowego modelu, przy czym tworzy się korytarE dla płynów. Korytarz dla płynu pomiędzy elementami ściankowymi jest obrazem ścianki mtalu rodzimego. Wynnkający z tego samonośny korpus z kompozytu oddziela się od nadmiaru wyppłniacza, jeżeli taki występuje, i uzyskany produkt jest wieloΞcięπktwym, cylindrycnym korpusem z ceramicznego kompozytu ze wzdłużnym korytarzem pomiędzy elementami ścinnkowymi i z centrannm Kr;^tar^em dla płynów. Elementy ściankowe przebiegają osiowo i w korzystnym przypadku współosiowo, tak że ścianki są zasadniczo koncentryczne.

W innej postaci wykonania przedmiotu wynalazku przewiduje się środki do podtrzymywania elementów ściankowych dla zapobiegania ich zapadnięciu się i dla utrymywania ścianek w odpowiednich wzajemnych odległościach. W jednej postaci wykonania przedmiotu wynalazku środki podtrzymujące są wykonane w jednej całości z korpusem ceramicznego kompozytu przez wykonanie jednego lub kilku otworów, lub prze wierceń w modelu i napełnianie tyoh otworów mteriałem wyppłnia jącm· W czasie trwania reakcji produkt reakcji utleniania wzrasta

15? 542 jako substancja podstawowa w warstwy wypełniacza przylegające do ścianek, tworząc prEy tym żebra łączące pomiędzy elementami ścmnkowymi. W innej postaci wykonania przedmiotu wynalazku, używając modelu z metalu rodzmego o dwóch lub więcej cylindrach, środki podtrzymujące mogą być wbudowane pomiędzy cylindry, a utworzone w korpusie z ceramicznego kompozytu środki podtrzymujące są miejscowo związane przez produkt reakcji utleniania i w ten sposób połączone podtrzymują odsunięte od siebie cylindry.

Używane określenia mają następujące znaczenia:

Ceramiczny - jest niesłusznie interpretwwsny jako ograniczony do msy ceramicznej w klasycznym tego słowa znaczeniu, to znaczy, że składa się całkowicie z niemtalicEnych i nie organieEnych materiałww - lecz raczej odnosi się do msy, która jest w przeważającej części ceramiczną, zarówno co do składu jak i do dominujących właściwości, jakkolwiek masa może Eawierać mniejsze lub większe ilości jednego- lub więcej mtalicznych składników pochodzących z rodzimego mtalu, lub zredukowanych ze środka utleniającego albo domieszek najbardziej typowych w zakresie od 1 do 4O?6 objętośctawych, lecz może zawierać więcej mtalu.

Produkt reakcji utleniania - oznacza na ogół jeden lub więcej meali w dowolnym stanie utleniania, przy czym mtal oddał elektrony, lub podzielił się elektronami e innym elementem, związkiem chemicznym lub ich kombbnacją. Zgodnie z tym produkt reakcji utleniania w tej definicji Eawiera produkt reakcji jednego lub więcej meali ae środkiem utleniającym, jak to jest tutaj opisane.

Utleniacz - oznacza jeden lub więcej odpowiednich akceptorów elektoonów, udziatawców elektoonów, i może być elementem, Komiinacją elementów, związkiem chemicznym lub kombinacją związkew chemicznych, włącznie z podatnymi w warunkach reakcji na redukcję związkami chemicznymi, przy czym jest ciałem stałym, cieczą lub gazem /parą/ lub kombinacją takich skłaćnkków /na przykład ciało stałe i gaz/.

Rodzimy mtal - dotyczy tego mtalu, na przykład glinu, który jest prekursorem poliiryst8lącEnego produktu reakcji utleniania i zawiera ten mtal jako względnie cEysty metal, z zanieczyszczeniami i/lub składniKami stopowymi, lub też dotycEy stopu, w którym ten mtal będący prekursorem stanowi większy składnik, przy czym jeżeli jakiś szczególny metal jest wspomniany jako rodEimy metal, na przykład glin, należy odczytywać określenie tego mtalu mjąc na uwadEe tę definicję, jeżeli w tekście nie ma innego wskazania.

Określenia cylindryczna ścianka lub cylindryczny element ścianKowy nie należy interpreowwać jako ograniczonego do ścianki, której przekrój poprzeczny jest kołem, lecz racEej to określenie dotyczy każdej ścianki, której przekrój poprzeczny m odpowiednio zamknięty kształt, taki jak oKrągry, eliptyczny, trójkątny, prostokątny lub dowolny inny wielokątny, na przykład pięciokątny, ośmioKątny. Ponadto to określenie obejmuje nie tylko ścianki, których powierzchnie są płaskie i gładkie, lecz również ścianki posiadające dowolny typ lub kształt pofalowań, takich jak ząbkowe, sinusoidalne, faliste lub podobne.

Przedmiot wynalazku zostanie dokładnie opisany na przykładach wykonania uwidocznionych na rysunku, na którym fig. 1 przed stawia model z rod zimnego mtalu o kształcie cylindrycznej rurki, posiadający liczne otwory przechodzące poprzez ściankę cylindra, w widoku z prEodu, fig. 2 - model z fig. 1 napełniony wypełniaczem, w przekroju wzdłuż linii 2-2 zaznaczonej na fig. 1, fig. 3 - ukształtowany rodEimy mtal przedstawiaj ący altemaywną postać wykonania przedmiotu wynalazku, w widoku z przodu, fig. 4 - ukształowany rodźmy mtal z fig. 3 z umieszczonym na miejscu mteriałam wypełniającym, w widoku od końca, fig. 5 - więksEą liczbę moodei wykonanych z ukształowwanego rodzimego mtalu z fig. 1, osadzonych w złożu z jednorodnego wypełniacza, umieszczonych w ognioodpornym naczyniu, we wzdłużnym przekroju poprzecznym, fig. 6 - ukształowwany rodzimy mtal z fig. 5 ze strefą podtrzymującą w materiale ^^jjeei^iacza, we fragmentarycznym powiększonym przekroju, fig. ? - samonośny korpus z ceramicznego kompozytu wykonany według wynalazku przy użyciu modelu e rodzimego mtalu z fig. 1, w widoku z przodu, fig. 8 - samonośny korpus z ceramicznego kompozytu, a fig. 7, w widoku z boku, fig. 9 - model z rodzimego metalu ukształtowany jako para w^płłoatowt umieszczonych cylindrycznych rurek, prEy czym każda z tyoh rurek posiada liczne otwory przechodzące na wylot przez ściankę każdego z cylindrów,

157 542 w widoku z boku, fig. 10 - samonośny korpus ceramiczny wykonany według wynalazku przy użyciu z fig. 9, w widoku z boku, fig. 11 - model z maaeriału rodzimego użyty do wykonania ceramicznego kompozytu w aleernatywnym wykonaniu, w przekroju poprzecznym, fig. 12 samonośny korpus ceramiczny wykonany według wynalazku przy użyciu modelu z rodzimego mtalu z fig. 11, w widoku.

W praktycznym zastosowaniu przedmiotu niniejszego wynalazku rodzimy mtal jest przewidziany w postaci wzornika lub modelu posiadającego co najmniej jeden osiowo przebiegający kania·!:, który jest otwarty co najmniej na jednym końcu. Przy zastosowaniu sposobu według wynalazku, model z rodzimego metalu jest inwersyjnie reprodukowany w przeciwnych kierunkach dla wyprodukowania samonośnego korpusu z ceramicznego kompozytu zawierającego liczne oddalone od siebie ścianki, z których każda ma ograniczony przekrój poprzeczny· Przedmiot wynalazku nie obejmuje etap<w oddzielnego wytwarzania cylindrycznych korpusów, które są następnie umieszczane współosiowo i łączone ze sobą· OKreślenie inwersyjnie reprodukowany oznacza, że przestrzeń wytworzona w wyrobie pomiędzy ściankami jest ograniczona przeciwległymi powierzchniami sąsiadujących ceramicznych ścianek, które są zasadniczo podobne do początkowego kształtu rodzimego mtalu· Oznacza to, że jeżeli rodźmy meal, jako model, zawiera cylindryczną rurkę o okrągłym przekroju poprzecznym, przestrzeń utworzona pomiędzy elementami solankowymi wyrobu ceramicznego będzie zasadniczo o tej samj szerokości co grubość cylindrycznej ścianki i będzie miała cylindryczny przekrój poprzeczny jako negatywne odtworzę nie kształtu geomtrycznego modelu·

Modelowi z rodzimego mtalu można nadawać kształt dowolnymi środkami tak dalece, aż będzie posiadał co najmniej jeden otwór przebiegający w korzystnym przypadku po osi wzdłużnej przez ukształoowany rodzimy mtal, na przykład cylindryczną rurkę. Na przykład, kawałek mtalu, mjącego postać rurki, lub dowolnego innego prEewodu, posiada jący wzdłużny otwór przebiegający całkowicie przez ten przewód tworząc cylinder, może być odpowiednio obrabiany, odlewany, wytłaczany lub inaczej kształkowann dla stworzenia ufoumowanego modelu. Rodzimy metal, jako model, może mieć rowki, otwory, wgłębienia, występy, kołnierze lub tym podobne, dla stworzenia modelu do uformowania środków podtrzymujących dla ceramicznego korpusu z kompozytu, jak to będzie bardziej szczegółowo objaśnione w dalszym ciągu. Mooel z rodzimego metalu może mijać dowolny, odpowiednio zamknięty przekrój poprzeczny, począwszy od kołowego aż do wielokątnego, jak wyżej określono. Bez wEględu na kształt rodzimego mtalu, maeriał wrpełt^isający jest umieszczony na powierzchniach ścianek modelu, włącznie z wgłębieniami lub wewnętrzną ścianką i zewnętrzną ścianką, a w korzystam przypadku powierzchnie ścianek są równoległe i w ten sposób tworzą korytarz dla płynu, o przekroju poprzecznym zasadniczo w takim samym kształcie. Celowym jest wypełnienie wgłębień odpowiednim wyppłniającym, który jest następnie osadzony w innym smołowanym złożu maeriału wyppłniającego znajdującym się w odpowiednim tyglu lub naczyniu. Te dwa maaeriały wy^peniające mogą być takie same lub o różnym składzie lub czystości. W ten sposób model ogranicza ukθztałkowane wgłębienie w odpowiednich warstwach maeriału yypełniającego i w^ypenia ukształkowane wgłębienia tymi masami wy₎n>ełrtiacza. Gdy rodzimy metal zajmujący przestrzeń w w^ppłniaczu jest całkowicie stopiony, utlenia się i wychodzi z tej przestrzeni, liczne ceramiczne ścianki powiązane ze sobą w przekroju poprzecznym i osiowo ustawione, rozbudowują się w przeciwnych kierunkach tworząc w ten sposób przestrzenie ograniczone w wytworzonym korpusie z ceramicznego kompozytu, które są zasadniczo podobne do kształtu pierwotnego modelu z rodzimego Mteilu. W ten sposób grubość ścianki modelu z rodzmego mtalu może określać szerokość w przekroju poprzecznym przestrzeni pomiędzy elementami ściankowymi. l^^kający z tego produkt z kompozytu ceramicznego posiada zasadniczo geomtryczne ukształoowanie pierwotnego modelu, dostosowane do zmian objęto^córnych wynikających z topienia mtalu i termicznej rozszerzalności rodzimego mtalu w czasie przeróbki, z uwzględnieniem kształoowania i chłodzenia korpusu z kompozytu ceramicznego.

W ten sposób niniejszy wynalazek da je, pod pewnym względem, korzyść wytworzenia ceramicznego korpusu o skomplikowanej geommerii kształtu, przez obróbkę metalowego modelu, a nie przez nadawanie kształtu obróbką przedmiotu ceramicznego, co jest trudniejsze i bardziej kosztowne.

157 542

Jakkolwiek prEedmiot wynalazku jest w dalszym ciągu szczegółowo opisany w od niesieniu do glinu, który jest najchętniej stooowanjm rodzmmyrn metalem, to jednak przedmiot wynalazku obejmuje i inne odpowiednie rodzime mts^l.e, które odpowiadają wymaganiom niniejszego wynalazku, nie ograniczając ich do krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.

Stosując w praktyce sposób według wynalazku nagrzewa się w otoczeniu utleniający zestaw rodzimego metalu, jako modelu, oraz złoża wypełniacza do temperatury wyżsEej od punktu topliwości mtalu, lecz niżsEej od punktu topliwości produktu reakcji utleniania, z czego uzyskuje się masę, lub zbiornik roztopionego Mtalu i wypełniacza. W zetknięciu ze środkiem utleniajcym roztopiony mtal wejdzie w reakcję dla utworzenia warstwy produktu raakoji utleniania. Przy dalszym poddawaniu działaniu utleniającego otoczenia, w odpowiednim zakresie temperatury, pozostający roztopiony mtal jest progresywnie wciągany do i przez produkt reakcji utleniania w kierunku ku środkowi utlanijącemiu i ku złożu wypceniacza i tam, w zetknięciu ze środkiem utlenijjcym tworzy dodatkowy produkt reakcji utleniania. Przynajmniej część produktu reakcji utleniania jest utrymywana w zetknięciu z i pomiędzy roztopiorym rodzimym mtelem i środkiem utle nij jcyym w ten sposób, żeby powodować ciągły przyrost polikrystalczznego produktu reakoji utleniania w warstwach wyppłniacza i przeE to infiltrację i osadzanie się wypsłniacza w polikrystaió-c nyym produkcie reakoji utleniania. Polikrystaliczny mteriał substancji podstawowej rozrasta się w dalszym ciigu tak długo, jak długo utrzymują się odpowiednie warunki reakcji utleniania i pozostanie jakaś część nieutlenionego mtelu rodzimego.

Reakcja przebiega w dalszym ciągu aż do mommntu, w którym produkt reakcji utleniania przeniknie do i osadEi się w żądanej wielkości złożu wypełni^cza. Uzyskany w ten sposób wyrób e ceramicznego kompozytu zawiera wypełniacz z osadzoną w nim substancją podstawową zawierającą polikrystaliczny produkt reakcji utleniania i ewentualnie jeden lub więcej nieutlenionych składników rodEtego mealu, zredukowane składniki stałego lub płynnego środka utleniającego, składniki domieszek, ewentualnie puste przestrzenie, lub kombinację wyżej wymianiotyąh materiałów. Typową cechą tych polikrcstalącEnych substancji podstawowych jest to, że ziarna krystaliczne produktu reakcji utlenienia są między sobą połączone w więcej niż w jednym wJcniarze, w korzystnym przypadku w trzech wymmarach, a wtrącenia metalu lub puste przestrzenie są częściowo między sobą połączone. Gdy reakcja nie jest prowadzona aż poza wyczerpanie rodEimego mtalu, otrzymany ceramiczny kompozyt jest względnie gęsty i nie posiada pustych przestrzeni. Natamst, gdy reakcję przeprowadza się w całej pełni, to znaczy, że utlenia się tak dużo mealu, jak żądano, lub jak to było możliwe w warunkach reakcji, w ceramicznym kompozycie utworzą się pory w miejsce połączonych między sobą cząstek mtalu. Uzyskany w ten sposób ceramiczny kompozytowy produkt według wynalazku posiada kilka osiowo ukierunkowanych, odsuniętych od siebie, cylindrycznych ścianek, na ogół inwersyjnie reprodukujących w przecównym kierunku geomitryczne ukształoowanie pierwotne go modelu, dostosowanych do częściowych zmian objętościowych metalu rodzimego w jego punkcie topliwości i do termicznego rozszerzania się w czasie trwania reakcji, uwzględniając utworzoną i chłodzoną msę kompozytu. W korzys^ym przykładzie wykonania przedmiotu wynnlazku, elementy ściankowe są współosiowo ustawione, a ceramiczny wyrób posiada środkowy korytarz i jeden lub więcej współosiowo rozmieszczonych kanałów dla płynów. Tego typu i tej konstrukcji wyrób mógłby być szczególnie użyteczny jako wymiennik ciepła.

Przechodząc sEczegoocwo do rysunków, w których to same oznaczniki oznaczają podobne części w różnych widokach, fig. 1 i 2 są perspektywicznymi widokami modelu z wgłębieniem, wykonanego z rodzimego metalu, ogólnie oznaczonego cyfrą 10, ukształiowanego jako cylindryczna rurka, lub cylinder, posiadający ściankę 12 oraz środkowy otwór 14 prze biegający osiowo. Cylindryczna rurka 12 na fig. 1 posiada liczne otwory 16 przebiegające w poprzek ścianki 12 cylindra 10. W postaci wykonania przedmiotu wynalazku pokazanej na fig. 3 i 4 cylindryczna rurka 10 posiada liesne wydłużone szczeliny 10 przebiegające wzdłużnie prawie przez całą długość ścianki 12 cylindra. W tej postaci wykonania każdy otwór 16, 18 jest napełniony materiałem wypełniającym 20, jak pokazano na fig. 2 i 4. Inna warstwa maaeriału wyppłniającego 22, o takim składzie jak maeriał 20, lub o innym składzie, jest

157 542 umie sec eona wewnątrz centralnego otworu 14, lecz jeżeli to jest pożądane, wewnętrzna ścianka każdego cylindra może być obłożona yjarstwą o z góry określonej grubości, tak żeby wypełniać tylko część otworu, a najgłębsza warstwa jest zaopatrzona w odpowiedni środek hamujący dla powstrzymania rozrastania się. Również, jeżeli stosunek długości otworu do jego średnicy jest dużą wielkością, gazowy środek utleniający może nie zezwolić na łatwe ułożenie się warstw w czasie trwania reakcji i na skutek tego pozostaną luźne uwarstwienia, to w takim razie byłoby dobrze spowodować uwarstwienie za pomocą płynnego lub stałego środka utleniającego, jak to jest bardziej szczegółowo opisane w dalszym ciągu. W korzystnej postaci wykonania przedmiotu wynalazku warstwy 20 i 22 zawierają spiekalny lub samowiążący się wypełniacz, lub wiążący lub spiekający środek, jak wyjaśniono w dalszym ciągu, którego obszar lub granice względem modelu są zaznaczone na fig. 6 przerywanymi liniami 21.

Należy rozumieć, że taka samowiążąca się strefa może obejmować tylko część warstwy, lub zasadniczo całą warstwę, a ponadto maaeriał wypełniacza może być sam w sobie samowiążący się, albo z powodu właściwości składnika wyppłniacza, albo z powodu dodania odpowiedniego materiału do warstwy, dla stworzenia wystarczającego związania się. Jak pokazano na fig..5, tylko jako na przykładzie, krawędziowe końcowe ścianki z rodzimego imtalu 10 eą powleczone odpowiednim środkiem hamującym 23 /szczegółowo opisanym w dalszym ciągu/ i wówczas metal rodźmy jest osadzony w złożu jednorodnego wypełniacza 24 umieszczonego w ognioodpornymi naczyniu 25, takim jak gMnowe naczynia. Warstwy 20, 22, 24 wypełniaczα mogą być takie same lub różne pod wzglądem składu, czystości i rodzaju. Przy nagrzaniu zestawu przed stawionego na fig. 5 do wystarczająco wysokiej dla stopienia rodEimłgł metalu temperatury, środek utleniający, taki jak utleniacz w fazie pary, który przenika przez złoże i styka się z roztop^nym metalem, utlenia roztopiony metal i powoduje wynika jący z tego rozrost produktu reakcji utleniania i przenika przez warstwy 20, 22, 24.

Środki hamujące ²3 ograniczaj^ą rozrastanie się ^produktu reakcji utleniania na koroowych. ściankach moodlu. Na przykład, gdy r^odzitorym mtalsm jest glin lub jego związki, a powietrze jjesl; środkiem utoenia tocym, temperatura reakcji utlenienia rowinne wynosić od 69O°C ^do około ¹4^5O°C, korzystnie od około 9°°°C do olcoło 135⁰°^ ^przy czym joroduktem realkcji utleniania jest tlenek glinu. Roztopiony metal wędruje poprzez tworzącą się warstwę produktu reakcji utleniania, z przestrzeni uprzednio zajętej modelem, co może powodować spadek ciśnienia w msie z powodu nieprzepuszczalności rozrastającego się naskórka produktu reakcji utleniania względem otaczającej atmosfery i dodatnie ciśnienie działające na naskórek z produktu reakcji utleniania, podobny do pojemnika. Jednak warstwy 20, 22 i 24 oypełniαcEa /lub podtrzymujące warstwy/, mogą być faktycznie samowiążące się przy lub pow/yżej temperatury saiowOąEania się, która leży powyżej punktu topliwości rodzimego metalu i bardzo blisko jej, lecz poniżej temperatury reakcji utleniania. Z tego powodu przy ich nagrzaniu do ich temperatury samowiązania się, lecz nie wcześniej, warstwy 20, 22 i 24 wyppłniacza, lub warstwy je podtrzymujące, spiekają się lub wiążą się ze sobą w inny sposób i przyczepia ją się do rozrastającego się produktu reakcji utleniania w sposób wystarczający, żeby nadać tym warstwom lub osrsOwoi je podtrzymującym, wystarczającą wytrzymałość na różnicę ciśnień i przez to wytrzymałość potmEebną do zachowania w każdej warstwie wypełniacza ge om lirycznych kształtów cylindrycznych ścianek i między nimi ukształtowanych wgłębień na skutek zgodności warstw e kształtem modelu 10. Jak szczegółowo opisano w dalszym ciągu, w przypadku, w którym wypełniαcze stały się samowiążące wyraźnie przed zakończeniem rozszerzania się rodzimego metalu, na skutek jego nagrzewania i topienia się, samoistnie związane wypełniacEe popękałyby lub połamałyby się na skutek rozszerzania się mtalu. W postaci wykonania przedmiotu wynalazku, w której tylko warstwa podtrzymująca wypełniacze zawiera spiekający się lub samowiążący się w;yełniaąz lub składnik wiążący lub spiekający się, przerywane linie 21 na fig. 6 wskazują zasięg strefy podtrzymującej w złożu. W miarę, jak reakcja przebiega w dalszym ciągu, wgłębienia wewnątrz warstw 20,

22 i 24, uprzednio wypełnione modelem 10, zostają zasadniczo całkowicie opróżnione na skutek wędrowania roEtopoonego metalu rodzimego poprzez produkt reakcji utleniania do jego zewnętrznej powierzchni, gdzie on styka się ze środkiem utleniającym w fazie pary i zostaje utleniony dla stworzenia dodatkowego produktu reakcji utleniania. Produkt reakcji

157 542 utleniania Eawiera polikrystaliczny mteriał ceramiczny, który może posiadać wtrącenia składników rodzimego metalu, jak również utlenione składniki domieszki oraz stały lub płynny środek utleniający, jeżeli taki jest używany, w zależności od warunków reakcji i reagentów. Po zakończeniu reakcji i odejściu msy e przestrzeni uprzednio zajmowanej przeE mode1 10, można zestaw chłodzić dla uzyskania wynikającego z reakcji ceramicznego komppoytu, ogólnie oznaczonego cyfrą 26 na fig. 7 i 8.

Uzyskany w wyniku tego kompozyt 26 zawiera współosiowe cylindry 28 i 30 i centralny korytarz 29 i otacza jący korytarE 31. Te dwa cylindry są piłtrzpnyroane w odległości wzglę dem siebie licznymi promieniowo rozg^wionymi szprychami lub żebrami 32 /fig. 8/, które są utworzone pomiędzy współosiowymi cylindrami z kompozytu 26 i są z nimi całkowicie połączone. NadmPar wypełniacza, jeżeli taki występuje, zostaje oddzielony od kompozytu piaskowaniem, wibracjami, oczyszczaniem w bębnie, szlLfowłani^iam i innymi podobnymi sposoba mi. Ze względu na ekonomię zastosowanej techniki korzystne jest użycie przy piaskowaniu cząsteczek maeriału nadającego się na wyyełniacz, lub na składnik wypełniacza, na skutek czego usunięty wypełniacz i żwirek mogą być ponownie użyte jako wyppłniacz w następnej operacji. Nawet gdyby wypełniacz sam się związał w czasie reakcji, wytrzymałość tego samo istnie związanego wypełniacza jest zazwyczaj znacznie miejsza od wytrzymałości otrzymane go kopoozytu i z tego powodu można usunąć nadmiar samoistnie związanego wypełniacza piaskowaniem bez wyraźnego uszkodzenia msy 26 komppzytu. Powierzchnie uzyskanych produktów z ceramicznego kompozytu mogą być szlioowane lub inacEej obrabiane dla uzyskania żądanych wymiarów, kształtów, wykończania powierzchni związanych e wymiarami i ksEtałtem korytarzy w nich ukształoowanych.

Należy zauważyć, że z modelu 10 o kształcie cylindrycznej msy 12, wytwarza się dwa współosiowe cylindry, takie jak 28 i 30. Z tego powodu w czasie przebiegu reakcji utlenia nia ceramiczna substancja podstawowa rozrasta się na boki w obu kierunkach, to jest, po pierwsze ku środkowi od powierzchni ścianki rodzimego mealu, ku wgłębieniu lub ku środkowemu otworowi oraz, po drugie, na zewnątrz od zewnętrznej powierzchni ścianki rodzppiego mtalu, dla wytworzenia wewnętrznego cylindra 28 i zewnętrznego cylindra 30, jak również elementów podtrzymających 32.

Model z rodzimego mtalu może być ukształowany lub skonstruowany w ten sposób, żeby można było wytworzyć więcej niż dwa cylindry. Na przykład model wykonany z rodzimego mtalu, ogólnie oznaczony cyfrą 36 na fig. 9, może mieć kształt dwóch współosiowych cylindrów 38 i 40, z których każdy posiada poprzecznie przebiega jące otwory 42 i 44. Wddużne żebra 45, w korzystnym przypadku wykonane e materiałów ceramicznych, takich jak tlenek glinu, są wsunięte pomiędzy metalowe cylindry 38 i 40. Mc^dl jest osadzony w odpowiednim wypełniaczu umieszczonym w ognioodpornym naczyniu, podobnym do pokazanego na fig. 5 tak, że warstwy oypełniacza są umieszczone w centralnym otworze wewnętΓznegi cylindra, pomiędzy cylindrami i otaczają zewnętrzny cylinder, oraz w otworach 42 i 44. W czasie przebiegu reakcji utleniania cylindryczna ścianka wei^e^z^go cylindrycznego modelu 38 tworzy produkt reakcji utleniania w przeciwległych kierunkach dla wytworzenia pary wewnęęrznych cylindrycznych ceramicznych ścianek 46 i 48, które są współosiowo odsunięte od siebie i podtrzpnyrotne przez licene szprychy lub żebra 50 /patrz fig. 10//, powstałe przez wrośnięcie produktu reakcji utleniania,jako substancji podstawowej, do wypełnitcza, który był umieszczony w poprzecznych otworach 42. Podobnie cylindryczna ścianka zewnętrznego cylindrycznego pooelu 40 tworzy w cEasie przebiegu reakcji utleniania produkt reakcji utleniania w przeciwległych kierunkach dla utworzenia pary zewnętrznych cylindrycznych ceramicznych ścianek 52 i 54 podtrzymywanych ospółisiooo i w położeniu odsuniętym od siebie licznymi szprychami 55 powstałymi przez wrastanie produktu reakcji utleniania, jako substancji podstawowej, do wypełnitczt, który był umieszczony w poprzecznych otworach 44. Produkt reakcji utleniania uzyskany przez roErost ceramicznych ścianek tworzy wszystkie stopki wzdłużnych żeber 45 i przy tym zwiąże żebra na miejscu i pod^ypa odsunięte od siebie elementy ściankowe 48 i 52. Uzyskany kompozyt posiada centralny korytarz 51 dla płynu oraz otaczające, lub koncentryczne korytarze 53, 57 i 59.

157 542

W innej postaci wyko na nia przedmiotu wynalazku model wykonany z rodzimego mtalu, oznaczony cyfrą 60 na fig. 11, może być w ten sposób ukształtowany, że gdy jest osadzony w wypełniaczu 24 uK.ss£C^!^rym w naczyniu 25, jak na fig. 5, wewnętrzny cylindryczny model 61 wykonany z rodzimego mtalu jest otocEony i współśrodkowo umieszczony względem zewnętrznego cylindrycenego mac^e-lu 62 wykonanego z rodzimego mt^łlu. Wewwntrzny cylindryczny model 61 posiada liczne poprzeczne otwory 64. Również ścianka 62 zewnętrznego cylindryoznego modelu jest otoczona środkiem hamującym 66, który hamuje lub ogranicza rozrost lub rozwój produktu reakcji utleniania, jak to będzie w dalszym cięgu opisane. Tak jak w innych postaciach wykonania przedmiotu wynalazku, odpowiedni wypełniacz, który może posiadać warstwę /y/ podtrzymującą /e/, jest umieszczony wewnątrz środkowego otworu cylindra 62 i pomiędzy wewnętrznym cylindrycznym modelem 61 i zewnętrznym cylindrycznym modelem 62, jak również w poprzecznych otworach 64. Jako wynik przebiegu reakcji utleniania cylindryczna ścianka wewuntrznego cylindrycznego modelu 61 wytwarza produkt reakcji utleniania w przeciwległych kierunkach, przy czym tworzy parę wewnętrznych ceramicznych ścianek 68 i 70, które są podtrzymywane, oJfaur^zLęte od siebie, licenymi żebrami lub szprychami 72 powstałymi przez wrastanie produktu reakcji utleniania, jako ceramicznej substancji podstawowej, do wypeWniacza, który był uprzednio umieszczony w poprzecznych otworach 69. Środki hamujące 66 zapobiegają rozrastaniu się ścianki cylindrycznej zewnętrznego modelu cylindrycznego 62 i wytwarzaniu produktu reakcji utleniania w kierunku na zewnątrz. W ten sposób cylindryczny model 62 wytwarza integralną cylindryczną zewnętrzną ściankę 74 z kompozytu ceramicznego w czasie przebiegu reakcji utleniania, przez wrastanie produktu reakcji utleniania do wyppłniacza. Jeden lub więcej prętów lub żeber 76, takich jak ceramiczne żebro, może być umieszczonych pomiędzy cylindycznymi ściankami, jak opisano powołując się na postać wykonania przedmiotu wynalazku z fig. 9 i 10. W kompozycie ceramicznym mieści się centralny korytarz 76 dla płynów i współosiowe korytarze 80 i 82. W wyniku zastosowania w praktyce przedmiotu wynalazku można wytworzyć produkt z kompozytu ceramicznego posiadający dwie lub więcej cylindryczne ścianki przez wykonanie innego modelu z metalu rodzimego z wgłębieniami i zastosowanie środków hamujących.

Przez dobranie odpowiedniego wyppłniacza i utΓzyπywazie warunków reakcji utleniania poprzez okres wystarczający na wyprowaddenie zasadniczo całego roztopionego rodzimego mtalu z napełnionych wgłębień, l^pp^^nych na początku modelem, otrzymuje się wierną inwersyjną reprodukcję kształtów ge omety cznych modc^łLu /łącznie z wywierceniami/, otworami lub im podobnymi.. Ponieważ kształt przedstawiony na rysunkach wszystkich utworzonych cylindrycznych ścianek i przestrzeni jest względnie prosty, można wewnątrz ceramicznego kompozytu uformować wgłębienia i inne przestrzenie, które ir/wersyjnie wiernie reprodukują kształty modelu o znacznie bardziej skomplikowanych kształtach geoimtycznych.

WyzeWniacz, który można dostosować do modelu, nadający się do Eastosowania w sposobie według wynalazku, może być jednym lub kilkoma mteriałami z szerokiego wachlarza wyppłniaczy nadających się do tego celu. Jeżeli ^^ppłi^iiacz składa się z jednorodnego mteriału, takiego jak drobne ziarenka ognioodpornego tlenku metalu, wówczas tak lypełniα się model, że on ogranicza wypełnione wgłębienia /lub zajęte wggębienia/. Jednak wypełniacz nie musi występować jako jednorodny maeriał lecz może Eawierać, na przykład, włókna, kryształy nitkowe, pyły lub im podobne. Wyzeeniacz może również zawierać heterogeniczne lub homogeniczne zwiąEki dwóch, lub kilku, takich składników, lub geometycznych układów, na przykład kombinacje mlych jednorodnych ziaren i kryształów nitkowych. Fizyczna postać wypełniacza powinna umożliwiać otoczenie lub wyppłnienie modelu z rodzimego mtalu masą wypełniacza ściśle przylegającego do powierzchni modelu. Model z rodzimego mtalu jest wymieniony tutaj jako model, ponieważ ostatecznie ukształtewana w kompozycie bryła jest negatywem kształtów geometycznych modelu. W ten sposób model nadaje na początku kształt lub zajmuje /wypełnioną/ przestrzeń wewnnąrz, lub pomiędzy warstwami w^pplni-acza, która na początku była ukształtewana i wyppłniona modelem. Odpowiednie iypełziacze zawierają na przykład tlenki, węgliki, azotki, borki, takie jak tlenek glinu, tlenek cyrkonowy, borek tytanu, węglik krzemu, aEotek glinu i azotek tytanu lub dwuskładnikowe, trójskaadnktiwe i wyższego rzędu związki tlenków meali, takie jak spinel, na przykład spinel magnesowoglinowy.

151 542

Nadający się do zastosowania, użyteczny w praktycznym zastosowaniu przedmiotu wynalazku wypełniacz, jest to taki, który w opisanych w dalszym ciągu warunkach reakcji utleniania jest przepuszczalny, dla przejścia przez wypełniacz środka utleniającego, gdy on jest w fazie pary. W każdym przypadku wypełniacz jest także przepuszczalny dla rozrastającego i rozwijającego się poprzez wyppłniacz produktu reakcji utleniania. W czasie trwania reakcji utleniania okazuje się, że stopiony rodzimy metal wędruje poprzez produkt reakcji utleniania będąc w postaci nadającej się do podtrzymywania reakcji. Ten produkt reakcji utleniania jest na ogół nieprzepuszczalny dla otaczającej atmosfery pieca i na przykład powietrze nie może przejść przez ten produkt. Nieprzepuszcza nie przez rozrastający się produkt reakcji utleniania atmosfery pieca powoduje powstanie różnicy ciśnienia, gdy produkt reakcji utleniania otacza wgłębienie utworzone przez przemieszcza nie się roztopionego rodzimego mtalu. Ten problem rozwiązuje się przez -zastosowanie samowiążących się wypełniła czy, które częściowo spiekają się, lub .w inny sposób wystarczająco wiążą się ze sobą w temperaturEe wyższej od punktu topliwości rodzmego mtalu i blisko niej, lecz niższej od temperatury reakcji utleniania i wiążą się z rozrastającą warstwą produktu reakcji utleniania dla stworzenia strukturalnej wytrzymłości po zewnęęrznej stronie rozrastającego się wgłębienia dla zachowania reprodukowanego geometrycznego kształtu formy w rozwijaąącym się wgłębieniu, przynajmniej do czasu, kiedy rozrastająca się struktura produktu reakcji utleniania osiągnie wystarczającą grubość, żeby stać się samonośną w stosunku do różnicy ciśnienia, które rozwija aię przez ściankę rozrastającego się produktu reakcji utleniania otaczającego wytworzone wgłębienie. Jednak samowiążący się wyppłniacz nie powinien spiekać aię lub wiązać się sam ze sobą przy zbyt niskiej temperaturze, ponieważ w takm przypadku cieplne rozszerzania się i zmiana objętości przy topieniu się rodzimego mtalu, gdy jest on nagrzewany do temperatury reakcji, mogłyby spowodować popękanie wypełniacza. Innymi słowami, samowiążący się w/ppłniacz powinien zachować swoją zdolność dostosowywania się do różnicy zmian objętości występującej między nim i rodzmyym miałam, gdy ten mtal jest nagrzewany i roztapiany, a następnie wiązany sam ze sobą dla stworzenia mechanicznej wytrzymałości względem rozrastaąącego się wgłębienia w miarę postępu reakcji utleniania. Jednak technika zastosowania niniejszego wynalazku w sposób typowy unika zagadnienia różnicy ciśnienia, ponieważ nie tworzy się, przynajmniej w stopniu, który miałby znaczenie, rozrastaąąyym aię produktem reakcji utleniania wgłębienia całkowicie zamkniętego. Mogą jednak być użyte środki hamujące nieprzepuszczające atmosfery i w pewnych przypadkach tak rozbudowane, że mogą zablokować dostęp atmosfery pieca do tworzącego się wgłrębienia, co spowoduje różnicę ciśnienia po obu stronach ścianek rozrastaąącego się produktu reakcji utleniania. W takich przypadkach stosuje się samowiążący się wypełniacz dla stworzenia mechanicznej wytrzymłości przynajmniej w początkowych etapach rozrastania się, jak to powyżej opisano.

Użyte odnośnie wyppłniacza określenie samowiążący się oznacza te wypp łniac ze , które umieszczone w odpowiednim kontakcie z pozytywnym modelem wykonanym z rodzimego metalu zachowują wystarczającą zdolność dostosowania się do zmiany objętości rodzmego mtalu w jego punkcie topliwości i do różnicy termicznego rozszerzania się występującej pomiędzy rodzLym mtalem i wypełni8CEem, przynajmniej w jego strefie podtrzymującej, bezpośrednio przylegającej do pozytywnego modelu, a ponadto te wypełniaczł, które są faktycznie samowiążące się, lecz tylko w temperaturze wyższej od punktu topliwości rodimego mtalu, lecE niższej, lub wystarczająco bliskiej tempera tury reakcji utleniania, dla umoóżiwienia wyżej wspomniane go dostosowania się. Takie taiowiąEanił się ’iypeeniacza nadaje mu wystarczająco spoistą wytrzymałość dla zachowania inwersyjnie reprodukowanego negatywu modelu przy różnicach ciśnień, które rozwijają się w nim przy ruchach rodzimego metalu w kierunku, w/ppłi^^-iacza.

Nie jest konieczne, żeby cała masa lub warstwa wyppłniacza zawierała iypełniacz, który może się dostoθiwyiać lub gdy to jest żądane wyppeuracz samowiążący się. Natomiast jest potrzebne, żeby wypełniaąz był dostosowalny i/lub samowiążący się w tej części jego złoża, która przylega do pozytywowego i posiada j®go kształt. Innymi słowy, wyppłniacz powinien być dostosowalny i/lub samowiążący się tylko do głębokości, w przypadku dostoso157 542 palności wystarczającej do dostosowania się do ksEtałtu pozytywowego modelu wykonanego z prekursora - rodzimego mtialtt, a w od niesieniu do samowiązzlności - wys Saro za jące j do stworzenia wyrnmganej wytrzymałości mechanicznej w szczególnej sytuacji. Pozostała część złoża nie musi być dostosowalna i/lub samowiążąca się.

'11 każdym przypadku wypełniacz nie powinien spiekać się, roztapiać się lub reagować w taki sposób, który stwarzałby msę nieprzepuszczalną, blokującą przechodzenie przez wypełniacz produktu reakcji utleniania, lub środka utleniającego w fazie pary. Ponadto wypełniacz powinien być wystarczająco dostosowalny do różnic termicznego rozszerzania się występujących pomiędzy rodzimym metalem i wyppłniaczem prEy nagrzewaniu całego zestawu, oraz do zmiany objętości metalu przy jego topieniu się, przy zachowaniu ścisłej zgodności z pozytywowym modelem wykonanym z rodzimego metalu - prekursora. Należy rozumieć, że wyżej opisane cechy wyppłniacza, takie jak przepuszczalność, możliwość dostosowania się, samowiązalność - są cechami całej msy yypełniacza i że poszczególne składniki wyppłniacza nie muszą mieć wszystkich, lub niektórych z tych cech. Z tego powodu wypełniacz może składać się z jednego maeriału, z mieszaniny cząsteczek tego samego maeriału, lecz o różnych wymmarach ziaren, lub z mieszaniny dwóch lub więcej mteriałów. W tym ostatnim przypadku niektóre składniki wyppłniacza m^^ą być niewystarczająco saiowiążącł się, lub spiekające się, przy temperaturze reakcji utleniania, lecz wypełniacz, którego jest on składnikiem powinien mieć cechy samowiąEalności lub spiekalności przy i powyżej temperatury samowiązalności z powodu obecności innych materiałów. Duża liczba mteriałów używanych jako użyteczne wypełniacze w kompozycie ceramicznym, będzie przez udzie lanie kompozytowi posiadanych cech jakościowych posiadała również wyżej opisane cechy przepuszczalności, dostosowalności i samowwązania się. Takie nadające się materiały pozostaną niewystarczająco spieczone lub związane same w sobie przy temperaturach niższych od temperatury reakcji utleniania, na skutek czego yypeeniacz, w którym model jest osadzony, może dostosować się do teimicznego rozszerzania się i zmiany objętości w punkcie topliwości i spiecze się albo zwiąże się sam ze sobą w inny sposób tylko przy dojściu do temperatury wiązania się ze sobą, która leży powyżej punktu topliwości rodzimego mtalu, lecz blisko i poniżej temperatury reakcji utleniania, w sposób wystarczający do stworzenia żądanej wytrzymtości mechanicznej dla zapobiegania załamania tworzącego się wgłębienia w czasie początkowych etapów rozrastania się lub poszerzania się produktu reakcji utleniania

Stały, ciekły lub w fazie pary utleniacz, lub kombbnacja takich utleniaczy, może być użyty jak wyżej zaznaczono. Na przykład typowe utleniacze zawierają, bez ograniczeń, tlen, azot, halogen, siarkę, fosfor, arszenik, węgiel, bor, selen, telur i ich związki lub połączenia, na przykład dwutlenek krzemu, jako źródło tlenu, mtan, etan, propan, acetylen, etylen i propylen /jako źródło węgla/ i takie mieszaniny jak powietrze, I-ł/HjO i CO/COg, przy czym te dwa ostatnie są użyteczne przy redukowaniu działania tlenu z otoczenia.

W zgleżności od zastosowanego utleniacza, wynikająca z tego ceramiczna substancja pods^wowa może zawierać tlenek, węglik, azotek lub borek.

Jakkolwiek można zastosować dowolny nadający się utleniacz, to jednak korzystnie jest stosowanie utleniacza w fazie pary /gazu/, a specjalne wykonania przedmiotu wynalazku są tutaj opisane powołując się na utleniacze w fazie pary. Jeżeli używa się utleniacza w fazie gazu lub pary, wypełniacz jest przepuszczalny dla gazu na skutek czego po wystawieniu złoża wypełniacza na działanie utleniacza, utleniacz w fazie pary przenika przez złoże wypełniacza, żeby w nim zetknąć się z roztopionym rodzmym metalem. Określenie utleniacz w faEia psry oznacza wyparowany lub normlnie gazowy matr^ał, który stwarza atmosferę utleniającą. Na przykład tlen lub mieszaniny gazów zawiei rające tlen /włącznie z powietrzem/ są pożądanymi utleniaczami w fazie pary, jak w przypadku, w którym glin jest mtalem rodzmym, użytym razem z powietrzem, które jest bardzo pożądane ze względu na oczywiste Ealety ekonomiczne. Jeżeli utleniacE jest określany jako zawierający sECEególny gaz lub parę, to oznacza, że jest to utleniacz, w którym określony gaz lub para jest jedynym, prze wyższającym lub przynajmniej ważnym, składnikeem utleniacza. Na przykład, jakkolwiek głównym składnikiem powietrza jest azot, to jednak tlen jest utlenisceem Γοίϊΐϋ^ mtalu, ponieważ tlen jest znacznie si.lnieSstm^ι utleniałem niż azot. Z tego powodu powietrza

157 542 mieści się w ramach definicji utleniacza gaz zawierający tlen, a nie w ramach definicji gaz zawwerający azot. Przykładem utleniacza gaz zawierający azot, użytym tutaj w zast rzeże niach patentowych, jest gaz kształtujący zawieś rający 96$ azotu i 45? wodoru obj ętościowo.

Jeżeli używa się utleniacza w postaci ciała stałego, to jest on zazwyczaj rozprzestrze niony w całym złożu wypełniacza, lub w części złoża przylegającej do rodzimego mealu, w postaci cząsteczek lub proszków rozmieszczonych w wypełniaczu lub też w postaci powłok na cząsteczkach wyppłniacza. Można użyć każdego utleniacza w postaci ciała stałego, włącznie z takimi pierwiastkami jak bor lub węgiel lub ze związkami, które można odtleniać, takimi jak kordieryt, dwutlenek krzemu lub niektóre borki o niższej stałości teimiodynamicEnej niż produkt borkowej reakcji rodzimego mtalu. Na przykład, jeżeli bor lub borek, który można odtleniać, są użyte jako utleniacz w postaoi ciała stałego dla glinu jako mtalu ro dzimego, uzyskiwany z tego produkt reakcji utleniania jest borkiem glinu. Jeżeli rodzonym metalem jest tytan, dwunastoborek glinu jest odpowiednim utleniaczem w postaci ciała stałego i produkt zawiera dwuborek tytanu.

W niektórych przypadkach reakcja utleniania może przebiegać tak szybko przy zastosowaniu utleniacza w postaoi ciała stałego, że produkt reakcji utleniania będzie miał tendenoję do stapiania się z powodu egzotermicznego charakteru reakcji. To zjawisko może zmniej szyć jednolitość mikrostrukturalną msy ceramicznej. Można uniknąć tej szybkiej egzotermicznej reakcji przez dodanie do składu wyppłniacza względnie obojętnych iypełniaczy, które cechują się niską reaktywnością. Takie wypełniacEe absorbują ciepło reakoji celem zmnnejszenia dowolnych zjawisk ucieczek termicznych. Przykładem takiego odpowiedniego obojętnego wyppłniacza jest wyppłniacz taki sam, jak zamierzony produkt reakcji utleniania.

Jeżeli jest użyty utleniacz w fazie płynu, należy nim pokryć całe złoże wy^płniacza lub jego część, która przylega do roztopionego metalu, lub namoczyć wypełniacz przez zanurzenie wraz z utlenacceem, który ma wsiąknąć do wyppłniacza. Płynny utleniacE dotyczy takiego utleniacza, który jest płynny w warunkach reakcji utleniania i w związku z tym płynny utleniacz może mieć prekursora w postaci ciała stałego, takiego jak sól, która stawia się w warunkach reakcji utleniania. Alternatywnie, pl^ynny utleniacz może być cieczą, lub roztworem, który jest użyty do zaimpregnowania części lub całości iypełniacEa i Kory topi się lub rozkłada w warunkach reakcji utleniania dla wytworze nia odpowiedniej wilgotności. Przykładami płynnych utleniacEy, takich jak tu określono, są topiące się przy niskich temperaturach.

Jak uprzednio zaznaczono, wiążący się lub spiekający się, czynnik może być dodany jako składnik do wypełniacza w tych przypadkach, w których wyppłniacz nie posiada sam w sobie cech samowwązania lub spiekania się wystarczających do zapobiegania załamywaniu się przestrzeni utworzonej w miejsce uprzednio zajmowanej przez model. Ten wiążący czynnik może być rozproszony w całej masie wyρełniacza lub tylko w strefie podtrzymującej. Odpowiednie do tego mteriały zawierają składniki organo-imtaliczne, które w warunkach utleniania wymaganych dla utworzenia produktu reakcji utleniania, przynajmniej częściowo rozłożą się i wystarczająco zwiążą w^ppłi^iiacz dla stworzenia żądanej mechanicznej wytrzymałości. Składnik wiążący nie powinien zakłócać przebiegu reakcji utleniania lub pozostawiać niepożądane resitooKe produkty uboczne wewnątrz wyrobu z kompozytu ceramicznego. Fachowcom są dobrze znane odpowiednie składniki wiążące. Na przykład cztery-etylochlorokrzemian jest przykładem irglnimeeslicEnego składnika wiążącego pozostawiającego przy temperaturze reakcji utleniania dwutlenek krzemu, który skutecznie wiąże wypełnilcz wymaganą siłą spoistości.

ΜθΙθγϊι^ będące domieszkami korzystnie wpływają na przebieg reakcji utleniania, szczególnie w układach, w których glin jest zastosowany jako rodzimy mt^l. Dommeszka lub domieszki, użyte razem obok rodamego mtalu mogą być:

1/ stworzone jako stopowe składniki rodzimego mtalu i mogą być

2/ zastosowane przynajmniej do części powierzchni rodzimego mtalu lub też mogą być zastosowane do lub w^ozone do

157 542

3/ części lub całości materiału wypełniacza lub wstępniaka lub mogą być zastosowane do kombinacji dwóch lub więcej technologii 1/, 2/ lub 3/.

Ka przykład stopowa domieszka może być użyta sama lub w połączeniu z drugą zewnętrznie zastosowaną domieszką, W przypadku technologii 3/, w której dodatkowa domieszka lub domieszki są zastosowane do maaeriału wypełniacza, zastosowania ich może być przeprowadzone w dowolny sposób.

Działanie lub działania, poszczególnych domieszek może zależeć od wielu czynników. Takimi czynnikami są, na przykład, poszczególne rodzime mtale, poszczególne połączenia domieszek, gdy używa się dwóch lub więcej domieszek, użycie zewnęęrznie zastosowanej domieszki w połączeniu z domieszką występującą jako stop mtalu będącego prekursorem, koncentracja użytej domieszki, warunki utleniające i warunki przebiegu reakcji.

Dondeszki dla glinowego mtalu rodzimego, szczególnie przy użyciu powietrza jako utleniacza, obejmują magnez, cynk, krzem albo sarn w sobie, albo w połączeniu z innymi domieszkami, jak opisano w dalszym ciągu. Te metale lub odpowiednie źródła tych metali, mogą byó użyte jako stopowa składniki w połączeniu z rodzmny^m metalem na bazie glinu w wagowej koncentracji każdego z nich około od 0,1 do 10% w stosunku do całkowitego ciężaru tego mtalu z domieszką. Służące jako domieszki metale lub odpowiednie ich źródła /na przykład MgO,

ZnO lub SiOg/, mogą byó użyte zewnętrznie w stosunku do rodzimego mtalu. Z tego powodu można uzyskaó ceramiczną strukturę na bazie tlenku glinu dla rodzimego mtalu zawierającego glin i krzem, używając powietrza jako utleniacza, stosując MgO jako domieszkę nałożoną na powierzchnię mtalu w ilości większej niż około 0,0008 grama Mg na gram rodzimego p

mtalu, który m byó utleniony, - i w większe j niż 0,003 grama Mg na 1 cm rodzimego mtalu, na którym zastosowano MgO.

Dodatkowe przykłady mteriałów jako domieszek dla glinowych rodzimych meeali obejmują sód, german, cynę, ołów, lit, wapno, bor, fosfor i itr, przy czym mogą byó one użyte oddzielnie lub w połączeniu z jedną lub kilkoma domieszkami, w zależności od utleniacza i warunków przebiegu reakcji. Takie pierwiastki jak car, lantan, praza odym, neodym i samar są również użytecznymi domieszkami. Te mteriały służące jako domieszki są skuteczne w przyspieszeniu rozszerzania się polikrystalicznej reakcji utleniania układów rodzimego metalu na zasadzie glinu.

Można używać środków hamujących dla zatrzmywania rozrostu lub poszerzania się poza pożądane granica produktu reakcji utleniania, przy czym odpowiednim środkiem hamującym może być każdy maeriał, związek, pierwiastek, mieszanka lub im podobny, który w warunkach przebiegu reakcji zachowuje pewną wartość, nie ulatnia się i w korzystnym przypadku przepuszcza utleniacz w fazie pary, będąc zdolnym do miejscowego utrudniania, zαtrnimywania, przeszkadzania, zapobiegania lub podobnego działania w stosunku do trwającego w dalsEym ciągu rozrostu produktu reakcji utleniania. Jak pokazano na przykładzie wykonania przedmiotu wynalazku uwidocznionego na fig. 5, zastosowano środek hamujący na zewnętrznych czołach ukształo owa nego rodzimego mtalu dla zapobieżenia rozrostowi produktu reakcji utleniania tych powierzchni. Odpowiednie środki hamujące, szczególnie dla glinowego mtalu rodzimego, w stanie gazowym zawierające powie trze lub tlen, obejmują siarczan wapnia, krzemian wapnia i ctmsit portlandzki i ich mieszaniny, które są typowo stosowane jako papki lub pasty nakładane na powie:rzchnie modelu, lub na powierzchnie wypeeniacza, jeżeli rozrastanie się ma być ograniczone do części złoża iypetniacza. Te środki mogą również zawierać odpowiednie paliwo lub ulatnia jacy się maaeriał, który zostaje wyeliminowany przy nagrzewaniu lub maeriał który rozkłada się przy nagrzaniu, w celu zwiększenia porowatości i przepuszczalności środków hamujących. Ponadto środki hamujące mogą obejmować odpowiednie cząsteczki ognioodporne dla zmnńijiaze nia wszystkich możliwych skurczów lub pękania, które w niektórych przypadkach mogą występować w czasie trwania reakcji. Szczególnie jest pożądany taki środek hamujący, który zasadniczo ma taki sam współczynnik rozszerzalności co złoże wyppłniacza. Na przykład, jeżeli złoże zawiera tlenki glinu i końcowy produkt ceramiczny zawiera tlenki glinu, środek hamujący może byó zmieszany ze składnikiem zawierającym tlenki glinu i pożądane jest żeby ten składnik miał taki sam w^niar ziarenek, co maaeriał użyty jako złoże, na przykład około 20-1000. Inne odpowiednie środki

157 542 hamujące obejmują gęste ognioodporne składniki ceramiczne lub blachy mtalowe, które powinny być otwarte przynajmniej na jednm końcu, żeby umożliwić utleniaczowi w fazie pary przeniknięcie przez złoże i zetknięcie się z ciekłym metalem, W niektórych przypadkach będzie możliwe dostarczenie ze środkami hamującymi źródła drugiego mtalu. Na przykład, niektóre rodzaje związków stali nierdzewnej tworzą tlenki składników, takie jak tlenek żelaza, t]^^i^ek niklu, tlenek chromu, w zależności od chemicznego składu stali, gdy są poddane działaniu pewnych warunków reakcji utleniania, takich jak wysoka temperatura w atmosferze zawiirającej tlen. Z tego powodu, w niektórych przypadkach, środek hamujący, taki jak blacha ze stali nierdzewnej, może stworzyć odpowiednie źródło drugiego, lub obcego metalu, które może spowodować wprowadEenie drugich mtali, takich jak nikiel lub chrom, do strumienia roztopionego mtalu w zetknięciu się z nim.

Przykład I. Ceramiczny korpus w kształcie -rurki, posiadający dwa współosiowe, połączone ze sobą ceramiczne cylindry, wykonany z cylindrycznej rurki /takiej jak pokazano na fig. 2/, posiadający długość 25,4 mm i średnicę 25,4 mm, ze ścianką cylindryczną o grubości 3»² mm, jest zao^patrzony w trzy rzęd^y otworów rozstawionyc^{h p}o^{d ką}tem 90°, posiadających średnicę 3,2 mm. Cylinder był wykonany ze stopu glinu o składzie wagowym 8-8,51? Si, 2-31? Zn i 0,11? Mg jako czynną domieszkę, oraz 3,5% Cu i Fe, Mn i Ni, przy czym zawartość Mg była czasem wyższa /w granicach 0,17-0,18??/. Zewnętrzne i wewnętrzne cylindryczne ścian ki i ścianki poprzecznych otworów były całkowicie powleczone proszkiem krzemowym 0,025 do ²⁵ mm węgli^kiem ^krzemu, uprzednio wypalonym w ^powietrzu ^przy temperaturze 125°°C ^przez 24 godziny, następnie całkowicie zanurzone w uprzednio wypalonym złożu wypełniacza z węglika krEemu umieszczonym w ognioodpornym naczyniu. Ten zestaw był nagrzewany w powietrzu przez ²⁴ godziny ^do 'temperaturjr ⁹°°°C, clrarakterystycznej ^dla realcoji. Całkowity czas ^przebywania w piecu był równy 35 godzinom, z 6-cio godzinnym cyklem podgrzewania i 5-cio godzinnjm cyklem chłodzenia.

Uzyskany mteriał kompozytowy został poprzecznie przecięty dla uwidocznienia pary cylin drycznych ścianek połączonych ze sobą żebrami, jak pokazano na fig. 9. Wewnętrzny cylinder posiadał zewnętrzną średnicę około 16 mm i grubość ścianki około 2,4 mm. Przestrzeń pomiędzy parą cylindrycznych ścianek miała wysokość około 3,2 . Zewnętozny cylinder posiadał zewnętrzną średnicę około 27 mm i grubość ścianki 2,4 mm.

Skład otrzymanego kompozytu został potwierdzony analizami dyfrakcji promieni Σ i optycznej mikroskopii. Kompozyt zawierał, jako podstawową substancję, tlenek glinu otaczający wyppłniacz, którym był węglik krzemu.

Przykład II. Powtórzono czynności z przykładu I, lecz złoże nypetniαcza było mieszaniną składającą się z 70% tlenku glinu T 64 /-325 ziarno/, Alcos i z 30% BPK /kaolin, Feldspar Corp, Edgar, FL/, i ten zestaw był nagrzewany w powietrzu przez 40 godzin ao temperatury 1000°^C, cłiarakterystycznej <31a reakcji, toyskano ^parę współosiowy^ cylindrycznych ścianek połączonych ze sobą żebrami, jak przedstawiono na fig. 9. Wewnęi-zna cylindryczna ścianka posiadała grubość 1,6 mm, z zewnętrzną średnicą 17,6 mm. Zewnętrzna cylindrycEna ścianka posiadała grubość około 1,6 mm i zewnętrzną średnicę około 27 mm. Przestrzeń pomiędzy parą cylindrycznych ścianek posiadała wysokość około 3,2 mm.

Przykład III. Powtórzono czynności przykładu II, lecz złoże wyppeniacza było tlenkeem glinu /A 17 - 325 ziarno, Alcos/ i zestaw był nagrzewany przez 40 godzin, w tym 5 ^godzⁱn nagrzewania pieca i ⁵ godzin chłonę nia ^pieca, ^do temperatury 10CO°^C charakterystycznej dla reakcji. Uzyskano parę współosiowych cylindrycznych ścianek połączonych ze sobą żebrami. Zewnętrzna średnica z^be^znej ścianki cylindrycznej wynosiła 1,6 mm, grubość ścianki około 2,4 mm. We^n^Ena cylindryczna ścianka posiadała grubość 2,4 mm i zewnętrzną średnicę 27 mm. Przestrzeń pomiędzy parą cylindrycznych ścianek mała wysokość około 3,2 mm.

PrEykład IV. Cylindryczna rurka o długości 25,4 mm ze stopu glinu 380,1 /podobna do przedstawionej na fig. 2/, była całkowicie zanurzona w złożu kordierytu umieszczonym w ognioodpornym pojemniku. Cylindryczna rurka miała długość 25,4 mm i średnicę zewnętrzną równą 25,4 mm, oraz ściankę z poprzecznymi otworami o średnicy 3,2 mm.

157 542

Wewnętrzna cylindryczna ścianka i ścianki poprzecznych otworów były napełnione kordierytowym wypełniaczem. Zestaw był nagrzewany pr^zez 40 godzin w ^powietrzu o temperaturze 1000°C, charakterystycznej dla reakcji. Całkowity czas przebywania w piecu wynosił 50 godEin z 5-cio godzinnym cyklem nagrzewania i 5-cio godzinnym cyklem chłodzenia. Rozrost kompozytu ceramicznego w parze współosiowych ścianek cylindrycznych połączonych ze sobą żebrami był bardzo jednolity. Zewnętrzna średnica zewnętrznej ścianki cylindrycznej wynooiła w przybliżeniu 27 mm, a grubość tej ścianki wynosiła około 1,6 mm. WewantrEna, cylindryczna ścianka posiadała grubość około 1,6 mm i zewnętrzną średnicę około 17,6 mm. Przestrzeń pomiędzy parą cylindrycznych ścianek miała wysokość około 3,2 mm.