PL157887B1

PL157887B1 - Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego PL PL PL

Info

Publication number: PL157887B1
Application number: PL1987269554A
Authority: PL
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1986-12-22
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1992-07-31
Also published as: US4824622A; FI90055B; TR23487A; DE3784472T2; CS276997B6; PT86446B; DE3784472D1; NO875249D0; DK671987A; AU602741B2; NZ222925A; DK671987D0; EP0272997B1; YU229687A; CS955287A3; FI875526A0; AU8224487A; CA1307385C; BG60616B1; HUT49102A

Abstract

1. Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego zawierajacego wypelniacz infiltrowany przez osnowe ceramiczna otrzymana przez utlenienie metalu macierzystego, co prowadzi do powstania osnowy polikrystalicznej zlozonej zasadniczo z produktu reakcji utleniania metalu macierzystego jednym lub kil- koma utleniaczami, lacznie z utleniaczem w fazie pary i ewentualnie jednego lub kilku skladników metalicznych, znamienny tym, ze ogrzewa sie metal macierzysty do tem-peratury powyzej jego temperatury topnienia ale ponizej tem peratury topnienia produktu reakcji utlenia- nia, prowadzac do roztopienia metalu, nastepnie styka sie powierzchnie roztopionego metalu z przepuszczal- nym wypelniaczem majacym przynajmniej na jednej powierzchni warstwe dostosowana zasadniczo do ksztaltu geometrycznego tej powierzchni oraz przepu- szczalna dla utleniacza w fazie pary i przepuszczalna dla infiltracji przez wzrost produktu reakcji utleniania, przy czym warstwa ta jest przynajmniej czesciowo oddalona od wymienionej powierzchni styku, tak ze powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa sie w wypelniaczu i w kierunku do i przynajmniej czesciowo w te warstwe oraz przy temperaturze ogrzewania, kolejno przeprowa- dza sie reakcje roztopionego metalu z utleniaczem w celu wytworzenia produktu reakcji utleniania, po czym utrzy- muje sie przynajmniej czesci wymienionego produktu reakcji utleniania w styku z i pomiedzy roztopionym metalem a utleniaczem, aby progresywnie transportowac roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, tak ze produkt reakcji utleniania ciagle powstaje na pow ierzchni........................................... PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

OPIS PATENTOWY® PL® 157887 © BI

Numer zgłoszenia: 269554

IntCl⁵:

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej

Data zgłoszema: ¹⁸·¹²·¹⁹⁸⁷

C04B 35/10 C04B 35/56

CZUEIHU

OGÓLNA

Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego

Pierwszeństwo:

22.12.1986, US.945404

Uprawniony z patentu:

Lanxide Technology Company, LP-Newark,

Delaware, US

Zgłoszenie ogłoszono:

01.09.1988 BUP 18/88

O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.07.1992 WUP 07/92

Pełnomocnik:

PATPOL Spółka z o.o., Warszawa, PL

PL 157887 BI

1. Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego zawierającego wypełniacz infiltrowany 57) przez osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie metalu macierzystego, co prowadzi do powstania osnowy polikrystalicznej złożonej zasadniczo z produktu reakcji utleniania metalu macierzystego jednym lub kilkoma utleniaczami, łącznie z utleniaczem w fazie pary i ewentualnie jednego lub kilku składników metalicznych, znamienny tym, że ogrzewa się metal macierzysty do tem-peratury powyżej jego temperatury topnienia ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, prowadząc do roztopienia metalu, następnie styka się powierzchnię roztopionego metalu z przepuszczalnym wypełniaczem mającym przynajmniej na jednej powierzchni warstwę dostosowaną zasadniczo do kształtu geometrycznego tej powierzchni oraz przepuszczalną dla utleniacza w fazie pary i przepuszczalną dla infiltracji przez wzrost produktu reakcji utleniania, przy czym warstwa ta jest przynajmniej częściowo oddalona od wymienionej powierzchni styku, tak że powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w wypełniaczu i w kierunku do i przynajmniej częściowo w tę warstwę oraz przy temperaturze ogrzewania, kolejno przeprowadza się reakcję roztopionego metalu z utleniaczem w celu wytworzenia produktu reakcji utleniania, po czym utrzymuje się przynajmniej części wymienionego produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy roztopionym metalem a utleniaczem, aby progresywnie transportować roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, tak że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powi^i^^c^t^r^i...................

SPOSÓB WYWARZANIA WYROBÓW Z KOMMOZYTU CERAMICZNEGO

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego zawierającego o/lP^łniacz infiltrowany przez osncoę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie metalu raaierzystego, co prowadzi do powstania osnowy polikrystalicznej złożonej zasadniczo z produktu reakcji utleniania metalu roWerzystego Jednym lub kilkoma utleniaczami, łącznie z utleniaczem o fazie pary i ewentualnie Jednego lub kilku skhjdnikoO mtalicznych, znamienny tym, że ogrzewa się mtal roacerzysty do temjpratury powyżej Jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, prowadząc do roztopienia me^lLu, następnie styka się powierzchnię roztopionego mtalu z przepuszczalnym wypełniaczem rającym przynajmniej na jednej powierzchni warstwę dostosowaną zasadniczo do kształtu getroeryicnego tej pwierzchirL, oraz przepuszczalną dla utleniacza w fazie pary i przepuszcza Iną dla infiltracji przez wzrost produktu reakcji utleniania, przy czym warstwa ta Jest przynajmniej częścOowo oddalona od w/nmenionej powierzchni styku, tak że powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w wypełniaczu i w kierunku do 1 przynajmniej częściowo w tę warstwę; oraz przy temperaturze ogrzewania, kolejno przeprowadza się reakcję roztopionego metalu z utleniaczem w celu wtórzenia produktu reakcji utleniania, po czym utrzymuje się przynajmniej części wyndenionego produktu reakcji utleniania w styku z i pomLędzy roztopionym m; talem a utleniaczem, aby progresywnie transporować roztopiony mtal poprzez produkt reakcji utleniania w kier mku do utleniacza, tak że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni mLędzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, który infiltocwał w ^ppłniacz, tworząc wrób z kompozytu następnie kontynuuje się reakcję, aby dokonać infiltracji przynajmniej części wymimionej warstwy produktem reakcji utleniania, by wytworzyć ceramiczną warstwę pokrywającą wyrób z kompozytu oraz usuwa się ceramiczną warstwę z przynajmniej części wymienionej powierzchni, aby wytworzyć wyrób z kompozytu posiadający powierzchnię określoną przez tę warstwę.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wypełniacz zawierający tlenek gmncwy lub węglik krzemu.
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że wyceniona warstwa zawiera raaeriał warany z grupy złożonej z tlerku cyrkonowego, tłerku hafnu oraz ich mieszanin.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako metal rowerzysty stosuje się aluminium.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że Jako mtal roace^/sty stosuje się mtal wybrany z grupy złożonej z krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się utleniacz zawierający przynajmniej Jeden utleniacz stały lub utleniacz ciekły, albo kombirncję utleniacza stałego i utleniacza ciekłego zawartą w roaeriale w^łniacza lub w formie wstępnej.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że stosuje się utleniacz stały wybrany z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, węgla, redukioalnych węglików, boru 1 redukowalnych borków.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się utleniacz wbrany z grupy złożonej z gazu zawierającego tlen, gazu zawierającego azot, chlorowca, siarki, fosforu, arsenu, węgla, boru, selenu, telluru, m.escaneny Hj/HgO, metanu, etanu, propanu, acetylenu, etylenu, propylenu, krzemionki 1 mieszaniny CO/CO2 lub ich mieszanin.

157 887
9. Sposób według zastrz. 8, zna m i e η n y f y m, że jako utleniacz stosuje się gaz zawierający tlen.
10. Sposób według zastrz. 8, zna rn i e η n y t y m, że jako utleniacz stosuje się gaz zawierający azot.
11. Sposób według zastrz. 1, zna m i e η n y t y m, ze stosuje się wypełniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z wydrążonych bryłek, cząstek, proszkd, , włókien wiskerów, kulek, pęcherzyków, płytek, agregatów, waty stalowej, drutów, prętd, drążków, płatkiw, Dassylck., rurek, tkaniny z włÓKien ogniotrwałych, kanalików lub ich mieszanin.
12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wypełniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z Jednego lub kilku tleikktw·, borków, azotk<w lub węglikd mtnlu wybranego z grupy złożonej z aluminium, ceru, hafnu, lantanu, neodymu, prazeodymu, samaru, skandu, toru, uranu, itru i cyrkonu.
13. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się w^fp^etniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z jednego lub kilku z następujących materiaócw: tlenek glinowy, węglik krzemu, tlenoazotek krzemowo-aluminiowy, tlenek cyrkonowy, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, glinian magnezowy, stop żelazo-chrom-aluminium oraz aluminium i ich mieszaniny.
14. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się formę wstępną zawierającą materiały wybrane z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, węglika krzemu i tlenku glinwego.
15. Sposób według zastrz. 14, zna m i e η n y t y m, że młem^ mają wielkość ziaren odpcwίeda jącą numerom sita 10-1000.
16. Sposób według zastrz. 1, zna m i e η n y t y m, że stosuje się źródło domiesz- ki w połączeniu z m cierzystym.
17. Sposób według zastrz. 16, z na m i e η n y t y m, że źródło domieszki stanowi źródło dwóch lub więcej pierwiaskki z następującej grupy: magnez, cynk, krzem, german, cyna, ołów, bor, sód, lit, wapń, fosfor, itr oraz mt^l ziem rzadkich.
18. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako mtal maierzysty stosuje się aluminium i stosuje się przynajmniej jedno źródło domeszki stopowo z mtalem micierzysyym oraz przynajmniej jedno źródło domieszki podawane na powierzchnię mtalu mcierzystego.
19. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że etap usuwania obejmuje stosowanie piaskawai-nLa, bębnowania ściernego i erozji zawiesinowej.
20. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo chłodzi się warstwę ceramiczną przykrywającą wyrób z kompozytu przed etapem usuwania.
21. Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego o żądanym kształcie zawierającego formę wstępną infittnaną przez osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie meealu mcie rzystego, prowadzącego do powstania polikrystalicznej osnowy złożonej zasadniczo z produktu reakcji utleniania meealu maćerzystego jednym lub kilkoma utleniaczami, łącznie z utleniaczem w fazie pary i ewentualnie jednego lub kilku składnkki me^^Licznych, z n a « mienny tym, że ogrzewa się mtal mcćerzysty do temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, prowadząc do roztopienia me^lu; kolejno orientuje się formę wstępną względem roztopionego metalu tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania będzie odbywać się w formę wstępną oraz w kierunku do w/mimionej powierzchni i przynajmniej częśco^o w wymienioną warstwę oraz przy temperaturze ogrzewania, przy czym forma wstępna przepuszczalna dla infiltracji produktem reakcji utleniania mi przynajmniej jedną powierzchnię z warstwą zasadniczo dostosowaną do kształtu geomlrycznego tej pkwieΓzchni oraz przepuszczalną dla utleniacza w fazie pary i przepuszczalną dla infiltracji przez wzrost produktu reakcji utleniania, następnie przeprowadza się reakcję roztopionego metalu z utleniaczem, w celu wytworzenia produktu reakcji

157 887 utleniania, po czym, utrzymuje się przynajmniej części produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy roztopionym Mtal^m a utleniazzem, aby progresywnie transporOwać roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, tak że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczeπ] a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, który infiltował w formę wstępną, następnie kontynuuje się reakcję, by dokonać infiltracji przynajmniej części wymienionej warstwy produktem reakcji utleniania, w celu wytworzenia warstwy ceramicznej przykrywaJącej przynajmniej część infiirowanej formy wstępnej, przy czym ta warstwa ceramiczna ma integralność mechaniczną słabszą niż integralność me;c^ar^^;Lczna infiirowanej formy wstępnej po czym usuwa się warstwę ceramiczną z wymiinionej pcwierzchr'ί, aby wytworzyć wyrób z kompozytu ceramicznego o kształcie formy wstępnej i z pcwierzihnią określoną przez wymienioną warstwę.
22. Sposób według zastrz. 21, znam i e η n y t y m, że wymeniona warstwa zawie- ra matriał wybrany z grupy złożonej z tlenku cyrkonowego, tlerkou hafnu oraz ich mieszanin.
23. Sposób według zastrz. 21, znam i e η n y t y o, że stosuje się formę wstęp- ną zawierającą tlenek
24. Sposób według glincwy. zastrz. 21, znam i e η n y t y o, że jako metal maierzysty stosuje się aluminium.
25. Sposób według zastrz. 21, znam i e η n y t y m, że jako metal maaćerzysty stosuje się oeeal wybrany z grupy złożonej z krzemu, tytanu, cyny. , cyrkonu i hafnu.
26. Sposób według zastrz. 21, z n a m i e η n y t y o, że stosuje się utleniacz zawierający przynajmniej jeden utleniacz stały lub utleniacz ciekły, albo kombinację utleniacza stałego i utleniacza ciekłego zawartą w mteriale wypełniacza lub w formie wstępnej.
27. Sposób według zastrz. 26, znamienny tym, że stosuje się utleniacz stały wybrany z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, węgla, redukowalnych węglików, beru 1 redukowalnych borków.
28. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stosuje się utleniacz wybrany z grupy złożonej z gazu zawierającego tlen, gazu zawierającego azot, chlorowca, siarki, fosforu, arsenu, węgla, boru, selenu, telluru, mieszaniny Hg/^O, metanu, etanu, propanu, acetylenu, etylenu, propylenu, krzemionki i mieszaniny CO/CO2 lub ich mieszanin.
29. Sposób według zastrz. 28, z n a o i e η n y t y m, że jako utleniacz stosuje si ę gaz zawierający tlen.
30. Sposób według zastrz. 28, z n a o i e η n y t y m, że jako utleniacz stosuje się gaz zawierający azot.
31. Sposób według zastrz. 21, z n a o i e η n y t y m, że stosuje się wypełniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z wydrążonych bryłek cząstek, proszków, włó- kien, wiskertw, kulek, pęcherzyków, waty stalowej, płytek, agregatów, drutów, prętów, drążków, płatków, pastylek, rurek, tkaniny z włókien ogniotrwałych, kanalikiw lub ich mieszanin.
32. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stosuje się wyjpłniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z jednego lub kilku tlenków, borków, azotkow lub węglików oeealu wybranego z grupy złożonej z aluminium, ceru, hafnu, lantanu, neodymu, prazeodymu, samr-u, skandu, toru, uranu, itru i cyrkonu.
33. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stosuje się wypełniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z jednego lub kilku z następujących maeriałow: tlenek glinowy, węglik krzemu, tlenoazotek krzemowooaluminiowy, tlenek cyrkonowy, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, glinian magnezowy, stop żelazo-choom-aluminium i ich mieszaniny.
34. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że stosuje się formę wstępną zawiera jącą matriały wybrane z grupy złożonej z dwuHenku krzemu, węglika krzemu i tlenku glinowego.

157 837 35. Sposób według zastrz. 34, z o a m i e η o y t y m, że maeriały mją wielkość ziaren idpwiedająią numerom sita 10-1000. 36. Sposób według zastrz. 21, z o a m i e η o V t y m, że stosuje się formę wstęp- oą zawierającą pokryte włókna węglowe. 37. Sposób według zastrz. 21, z o a ra i e o r y t y m, że stosuje się źródło do- mieszki w połączeniu z mtal^m roiaierzystym. 33. Sposób według zastrz. 37, z o a ra i e η o y t y n. że źródło domieszki stanowi źródłu dwóch lub więcej pit.wiissków z na stępującej grupy- mgrnz, , cynk, krzem, geti.a:., cyna, ołów, bor, sód, lit, wapń,· fosfor, itr oraz met-al ziem rzadkich.
39. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że jako metal maćerzysty stosuje się aluminium i stosuje się przynajmniej jedno źródło domieszki stopowo z metalem macierzystym oraz przynajmniej jedno źródło domieszki podawane na powierzchnię metalu rraiierzystego.
40. Sposób według zastrz. 21, znamienny tym, że etap usuwania obejmuje stosowanie piaskowania, bębnowania ściernego i erozji zawiesinowej.
41. Sposób według zastrz. 21, znamienny tyra, że dodatkwo chłodzi się warstwę ceramiczną przykrywającą ceramiczny wy^r°b kompozytowy przed etanem usuwania.
42. Sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego o żądanym kształcie zawierającego formę wstępną infittrwwaną przez osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie aluminiowego meealu mcćerzystego, prowadzącego do powstania polikrystalicznej osnowy złożonej zasadniczo z tlenku glinowego jako produktu reakcji utleniania aluminiowego meealu mcierzystego utleniazzem zawierającym utleniacz w fazie pary zawierający tlen i ewentualnie jednego lub kilku składników meealicznych, znamienny tym, że ogrzewa się aluminiowy meeal maćerzysty do temperatury 850-1450°C, prowadząc do roztopienia mt^^lu, kolejno orientuje się formę wstępną względem roztopionego metalu tak, że wytwarzanie tlenku glinowego jako produktu reakcji utleniania odbywa się w formę wstępną i w kierunku do wymienionej powierzchni oraz przynajmniej częściowo w wymienioną warstwę; przy temjpraturze ogrzewania, przy czym forma wstępna przepuszczalna dla infiltracji przez tlenek glinowy jako produkt reakcji utleniania aluminiowego meealu mccoirzystego ueleniactem zawierającym utleniacz w fazie pary zawierającym tlen ma przynajmniej jedną powierzchnię z warstwą zasadniczo dostosowaną do kształtu genetycznego tej powierzchni, przepuszczalną dla utleniacza w fazie pary i przepuszczalną dla infiltracji przez wzrost produktu reakcji utleniania, następnie przeprowadza się reakcję roztopionego metalu z utleniaczem, w celu wytworzenia tlenku glinu jako produktu reakcji utleniania, po czym utrzymuje się przynajmniej część tlerkou glinowego jako produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy roztopionym iretalem a utleniaczem, aby progresywnie transporować roztopiony metal poprzez tlenek glinowy jako produkt reakcji utleniania w kierLoiku do utleniacza, tak że tlenek glinowy jako produkt reakcji utleniania ciągle powwtaje na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym tlenkeera gHowym jako produktem reakcji utleniania, który infiltrował w formę wstępną, następnie kontynuuje się reakcję, aby dokonać infiltracji przynajmniej części wymienionej warstwy produktem reakcji utleniania, by powstała warstwa ceramiczna przykrywająca przynajmniej część inflitowanej formy, przy czym ta warstwa ceramiczna ma integralność mechaniczną słabszą niż integralność mechaniczna iofittrwanej formy wstępne j, po czym usuwa się warstwę ceramiczną z wymienionej pwierzchni, by wytworzyć wyrób z kompozytu ceramicznego posiadający kształt formy wstępnej i rwierzchnię określoną przez wyrnie.oiooą wrstwę.
43. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że wymieniona warstwa zawiera maeriał wybrany z grupy złożonej z tlenku cyrkonowego, tlenku hafnu oraz ich mieszanin.
44. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że stosuje się formę wstępną zawierającą tlenek glinwy.

157 337

L5. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że stosuje się utleniacz zawierający przynajmniej jeden utleniacz stały lub utleniacz ciekły, albo kombinację utleniacza stałego i utleniacza ciekłego zawartą w maeriale wypełniacza lub w formie wstępnej.
46. Sposób według zastrz. 45, znamienny tyra, że stosuje się utleniacz stały wybrany z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, węgla, redukowalnych węglików, boru i redukowalnych borków.
47. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że stosuje się wypełniacz 'uh farmę wstępną wybi ane z grupy złożonej z wydrążonych bryłek, cząstek, proszków, •„łukien, wiskercw, kulek, pęcherzyków, waty stalowej, płytek, agregatów, drutów, prętów, drążków, placków, pastylek, rurek, tkaniny z włókien ogniotrwałych, kanalik<w lub ich miiszann.
48. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że stosuje się w^lpetniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z jednego lub kilku tlerków, borków, azotkow lub węglików metalu wybranego z grupy złożonej z aluminium, ceru, hafnu, lantanu, neodymu, prazeodymu, samru, skandu, toru, uranu, itru i cyrkonu.
49. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że stosuje się wypełniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z jednego lub kilku z następujących materia ów: tlenek glincwy, węglik krzemu, tlenoazotek krzernowo-aluminicwy, tlenek cyrkonowy, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, glinian magnezowy, stop żelazo-chrom-dudnium oraz aluminium i ich mieszaniny.
50. Sposób według zastrz. 42, z n a m i e n n y t y m, że stosuje się formę wstępną zawierającą ιraCeΓiały wybrane z grupy złożonej z dwutlenku krzemu. , węglika krzeau i tlen- ku glinowego.
51. Sposób według zastrz. 50, z n a m i e n n y t y m, że maeridy maaą wielkość ziaren odpowśadającą numerom sita 10-1000.
52. Sposób według zastrz. 42, z n a m i e n n y t y m, że stosuje się formę wstęp- ną zawierającą pokryte włókna węglowe.
53. Sposób według zastrz. 42, z n a m i e n n y t y m, że stosuje się źródło do- mieszki w połączeniu z metalem mccoirzysi^j^m.
54. Sposób według zastrz. 53, z n a m i e n n y t y m, że żródło domieszki stanowi źródło dwóch lub więcej pierwiα8ikύs z następującej grupy: mggiez, cynk, krzem, german, cyna, ołów, bor, sód, lit, wapń, fosfor, itr oraz metal ziem rzadkich.
55. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się aluminium i stosuje się przynajmniej jedno źródło domieszki stopcwo z metalem macierzystym oraz przynajmniej jedno źródło domieszki podawane na powierzchnię metalu macierzystego.
56. Sposób według zastrz. 42, znamienny t y m, że etap usuwania obejmuje stosowanie piaskowania, bębnowania ściernego i erozji zawiesinowej.
57. Sposób według zastrz. 42, znamienny tym, że dodatkowo chłodzi się warstwę ceramiczną przykrywającą ceramiczny wyrób kompozytowy przed etapsm usuwania.

Frzedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego. Wynalazek dotyczy, zwłaszcza sposobu wytwarzania wyrobów z kompozytu ceramicznego przez kierowany wzrost produktu reakcji utleniania metalu racierzystego w przepuszczalny wypdniacz i w sąsiednią przepuszczalną warstwę usytuowaną na zewnątrz wPpeniacza, tak że uzyskiwana w wyniku warstwa kompozytowa ma integralność mechaniczną słabszą niż uzyskiwany kompozytowy wypełniacz i może być oddzielony od niej, przez co powstaje granica dla infiltrowanego wypełniacza.

15? 387

Frzedmiot niniejszego zgłoszenia związany jest z opisem patentwym USA nr 4713360.

Opis ten przedstawia sptsób wytwarzania wyrobi ceramicznych hodowanych jako produkt reakcji utleniania z prekursorem metalu macierzystego.

Roztopiony metal macierzysty reaguje z utleniaczem w fazie pary, aby wytworzyć produkt reakcji utleniania, a metal migruje poprzez ten produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, przez co ciągle powssaje polikrystaliczny wyrób ceramiczny z produktu reakcji utleniania. Wyrób ceramiczny może być wytwarzany ze składnikami mealicznymi i/lub porami, które mogą uyć ze sobą połączone lub też nie. Froces ten może być wspomagany przez zastoso wani.e domieszki stopowej, tak jak w przypadku aluminiowego mealu mcierzystego utlenianego w pośetrzu. Sposób ten ulepszono przez zastosowanie zewnętrznych dom^szek. podawanych na powierzchnię meeaij prekursora Jak opisano w zgłoszeniu patenowym USA nr 822 999 z 27 stycznia 1986.

Frzedmiot niniejszego zgłoszenia jest rinież związany ze zgłoszeniem patenowyym PL nr P 257 812. Zgłoszenie to opisuje nowy sposób wytwarzania wyrobi kompozyti ceramicznych przez wzrost produktu reakcji utleniania z metalu macierzystego w przepuszczalny wypełniacz, przez co dokonuje się infiltracja wypełniacza osncwą ceramiczną.

Dalsze rozwinięcia powyższych sposobi JmoOżiwSają wytwarzanie ceramicznych wyrobi kompozytowych, które /1/ zawierają jedną lub kilka wnęk odwrotnie odwzorowujących kształt geometryczny ukształoowanego metalu mcierzystego prekursora i /2/ mają negatywowy, który odwrotnie odwzorowuje pozytywowy model prekursora metalu maacerzystego. Sposoby te opisano odpowiednio /1/ w zgłoszeniach patenowych PL nr 263 840 oraz /2/ w zgłoszeniu patenowym USA nr 896 147 z 13 sierpnia 1986.

Użyteczną właściwością tych sposobi według wymienionych wyżej zgłoszeń patentowych dotyczących wytwsczanic wrrobu ceramicznego o czystym kształcie, łącznie z wyrobami z kompozytu, które zachowują zasadniczo oryginalny kształt i wyimary wypełniacza lub formy wstępnej, jest zmiiejszenie do minimum uniemożliwienie przerastania osnowy ceramicznej poza określone powSerzihnie graniczne. Przerastanie poza powierzchnie graniczne można zasadniczo uniemożliwić przez kontrolowanie infiltracji polikrystalicznej osnowy ceramicznej do dowolnych określonych powierzchni granicznych, które mogą być z^aliow/ane na przykład przez zastosowanie określonej ilości metalu mccerzystego, iapewnienie w formie wstępnej bardziej korzystnej kinetyki utleniania niż na zewnątrz formy wstępnej, wyczerpanie atmosfery utleniającej w pewnym punkcie procesu lub obniżenie temperatury reakcji w pewnym punkcie procesu. Każdy z tych etapów może wymgać ścisłej kontroli lub nadzorowania, aby zasadniczo nie było żadnego polikry sta lennego przerastania poza określoną ptwSerzchneę graniczną, a mimo tego może nie powstać najbardziej pożądany czysty lub prawie czysty kształt, albo też może być wymagana dodatkowa obróbka wykańczająca dla uzyskania możliwych do przyjęcia tolerancji w gotowej części.

Opracowano już sposoby wytwarzania wyrobow z kompozytu ceramicznego posiadających wybrany uprzednio kształt geometryczny. Sposoby te obejmują zastosowanie ukształtowanej formy wstępnej z przepuszczalnego wypełniacza, w którą wzrasta osnowa ceramiczna poprzez utlenianie prekursora metalu macerzystego jak opisano w zgłoszeniu patenow/ym FL nr 265 519. Inny sposób wytwSΓzanea takich ukszt^łtwzanyih kompozytów ceramicznych obejmuje zastosowanie przegrody dla zatrzymania lub uniemożliwienia wzrostu produktu reakcji utleniania przy wybranej granicy, aby określić kształt geometryczny wyrobu z kompozytu ceramicznego. Technika ta opisana jest w opisie patenowyym FL nr 265 520.

Niniejsze zgłoszenie nawiązuje do wszystkich wyżej wymienionych zgłoszeń patentowych i opisow patentowych.

Przedmiotowy wynalazek przedstawia inny sposób określania powierzihni granicznej na kompozycie ceramicznym, która jest pożądana przy wytwarzaniu kompozytów ceramicznych o czy8

157 887 stym kształcie, zwłaszcza przy dużych jednoczęściowych wyrobach lub przy wyrobach o skomplikwany.m kształcie geometrycznym.

Sposób wytwarzania wyrobow z kompozytu ceramicznego zawierającego wyppłniacz infiltrowany przez osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie metalu maierzystego, co prowadzi do powstania osnowy polikrystalicznej złożonej zasadniczo z produktu reakcji utleniania metalu ιraaieΓzystegi jednym lub kikl^o^ma utleniaczami, łącznie z utleniaczem w fazie pary i ewentualnie jednego lub kilku składników meE^l-icznych, według wyrnlazku charakteryzuje się tym, że ogrzewa się meeal Mcćerzysty do tcmprfotury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, prowadzą do roztopienia metalu, następnie styka się powierzchnię roztopionego meealu z przepuszczanym wypełniaczem mającym przynajmniej na jednej powierzchni warstwę dostosowaną zasadniczo do kształtu geometrycznego tej powierzchni, oraz przepuszczalną dla utleniacza w fazie pary i przepuszczalną dla infiltracji przez wzrost produktu reakcji utleniania, przy czym warstwa ta jest przynajmniej częściowo oddalona od wymienionej powierzchni styku, tak że powstawanie produktu reakcji utleniania odbywa się w wypełniaczu i w kierunku do i przynajmniej icęścicwo w tę warstwę; oraz przy tempera turze ogrzewania, kolejno przeprowadza się reakcję roztopionego meealu z utleniaczem w celu wytworzenia produktu reakcji utleniania. Następnie utrzymuje się przynajmniej części wymienionego produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy roztopornym metalem a utleniaczem, aby progresywnie transporować roztopiony meeal poprzez produkt reakcji utleniania w kierunku do utleniacza, tak że produkt reakcji utleniania ciągle powstaje na powierzchni między^z^cj pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, który inflitował w wypełniacz, tworząc wyrób z kompozytu.

Kolejno kontynuuje się reakcję, aby dokonać infiltracji przynajmniej części ^mienionej warstwy produktem reakcji utleniania, by wytworzyć ceramiczną warstwę pokrywającą wyrób z kompozytu oraz usuwa się ceramiczną warstwę z przynajmniej części wymienionej pwierzchni, aby wytworzyć wyrób z kompozytu posiadający pwierzchlię określoną przez tę warstwę.

Wymieniona wyżej warstwa zawiera maatriał wybrany z grupy złożonej z tlerkcu cyrkonowego, tlenu, hafnu oraz ich mieszanin. Forma wstępna zawiera tlenek glinwy.

Jako meeal imaćerzysty stosuje się aluminium, korzystnie Jest to metal wybrany z grupy złożonej z krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.

Według wyrałazku stosuje się utleniacz zawierający przynajmniej jeden utleniacz stały lub utleniacz ciekły, albo kombinację utleniacza stałego i utleniacza ciekłego zwartą w μ^τιι^ wypełniacza lub w formie wstępnej.

Korzystnie utleniacz stały wybrany jest z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, -węgla, redukwalnych węglik©, boru i redukowanych bork©.

Stosuje się utleniacz wybrany z grupy złożonej z gazu zawierającego tlen, gazu zawierającego azot, chlorowca, siarki, fosforu, arsenu, węgla, boru, selenu, telluru, mieszaniny Hg/HgO, metanu, etanu, propanu, acetylenu, etylenu, propylenu, krzemionki i mieszaniny CO/CO2 lub ich mieszanin. Utleniaczem Jest gaz zawierający tlen. Jako utleniacz stosuje się gaz zawierający azot.

Według wynalazku stosuje się wypełniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z wydrążonych bryłek, cząstek, proszk©, włókien, wisker©, kulek, pęcherzyk©, waty stalowej, płytek, agregat©, drut©, pręt©, drążk©, płatk©, pastylek, rurek, tkaniny z włókien ogniotrwałych, kanalik© lub ich mieszanin.

Stosuje się wypełniaic lub formę wstępną wrOnne z grupy złożonej z Jednego lub kilku teenk©, bork©, azotk© lub węglik© metalu wybranego z grupy złożonej z aluminium, ceru, hafnu, lantnu, neodymu, prazeodymu, samaru, skandu, toru, uranu, itru i cyrkonu.

Stosuje się wypełniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z Jednego lub kilku z na stępujących rmteriaó©: tlenek glinowy, węę^J-ik kr^^^mu, tlenolcotek krzemowooaluminiowy,

157 387 tlenek cyrkonowy, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, glinian magnezowy, stop żelazo-chrom-aluminium oraz aluminium i ich mieszaniny.

Stosuje się formę wstępną zawierającą mteriały wybrane z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, węglika krzemu i tlenku glinowego. Maaeriały mją wielkość ziaren odpowwadającą numerom sita 10-1000.

W sposobie według wyrnilazku stosuje się źródło domieszki w połączeniu z metal^o^m macierzystym, przy czym źródło domieszki stanowi źródło dwóch lub więcej pierwiastków z następującej grupy; mg..ez, cynk, krzem, german, cyna, ołoźw, bor, sód, lit, „apń, fosfor, itr oraz metal ziem rzadkich. Jako oDmeal mccerzysty stcsuje się aluminium 1 stosuje się przynajmniej jedno źródło domieszki stopowo z metalem mcierzystym oraz przynajmniej jedno źródło domieszki podawane na powierzchnię metalu maieΓzystegr.·

Etap usuwania obejmuje stosowanie piaskowania, bębnowania ściernego i erozji zawiesinowej. Dodatkowo chłodzi się warstwę ceramiczną przykrywającą wyrób z kompozytu przed etapem usuwania .

Odmiana sposobu wytwarzania wyrobów z kompozytu certoiiznegr o żądanym kształcie zawierającego formę wstępną infiltowianą przez osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie mtalu mcćerzystego, prowadzącego do powstania polikrystalicznej osnowy złożonej zasadniczo z produktu reakcji utleniania metalu mcierzystego jednym lub kilkoma utleniaczami, łącznie z utleniazzeo w fazie pary i ewentualnie Jednego lub kilku składników metalicznych, według wy rn lazku charakteryzuje się tym, że ogrzewa się meal mccerzysty do temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, prowadząc do roztopię nia metalu: kolejno montuje się formę wstępną względem roztopionego metalu tak, że powstawanie produktu reakcji utleniania będzie odbywać się w formę wstępną oraz w do wymienionej powierzchni i przynajmniej częścoowo w wynóenioną warstwę oraz przy temperaturze ogrzewania, przy czym forma wstępna przepuszczalna dla infiltracji produktem reakcji utleniania ma przynajmniej jedną powierzchnię z warstwą zasadniczo dostosowaną do kształtu geometrycznego tej prwierzchni oraz przepuszczalną dla utleniacza w fazie pary i przepuszczalną dla infiltracji przez wzrost produktu tttkcji utleniania, następnie przeprowadza się reakcję roztopionego οποΙθ^ z utleniazteo, w celu wytworzenia produktu reakcji utleniania, po czym utrzymuje się przynajmniej części produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy roztop^nym metalem a utleniaczem, aby progresywnie transporOować roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania w kieri-niku do utleniacza, tak że produkt reakcji utlenitnit ciągłe p<OiiSajt na powierzchni międzyfazwej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem tetkcji utleniania, który inflicował w formę wstępną, następnie kontynuuje się reakcję, by dokonać infiltracji przynajmniej części wymienionej warstwy produktem reakcji utleniania, w celu wytworzenia warstwy cettoicznej przykrywającej przynajmniej część infiltowtnej formy wstępnęj, przy czym ta warstwa ceramiczna m integralność mechaniczną słabszą niż integralność mechaniczna infiltowanej formy wstępnej, po czym uswa się warstwę ceramiczną z wynmenionej pcowerzchni, aby wytworzyć wyrób z kompozytu ceramicznego o kształcie formy wstępnej i z powierzchnią określoną przez wymienioną warstwę.

Wymieniona wyżej warstwa zawiera maeriał wybrany z grupy złożonej z tlenku cyrkonowego, tlenku hafnu oraz ich mieszanin. Forma wstępna zawiera tlenek glinowy.

W odmianie sposobu według wynalazku jako meal Γmtierzysty stosuje się aluminium, korzystnie meal wybrany z grupy złożonej z krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu. Ponadto stosuje się utleniacz zawierający przynajmniej jeden utleniacz stały lub utleniacz ciekły, albo komminację utleniacza stałego i utleniacza ciekłego zawartą w onaaeriale wypełniaczt lub w formie wstępnej, przy czym utleniacz stały wybrany jest z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, węgla, redukowanych węglików, boru i redukwalnych borków.

Stosuje się utleniacz wybrany z grupy złożonej z gazu zawierającego tlen, gazu zawierającego azot;, chlorowca, siarki, fosforu, arsenu, węgla, boru, selenu, telluru, miesza10

157 887 niny r^/HjO, mtsnu, etanu, propanu, acetylenu, etylenu, propylenu, krzemionki i mieszaniny CO/CO2 lub ich mieszanin. Utleniaczem jest gaz zawiera jący tlen. Jako utleniacz stosuje się gaz zawiera jący azot. Stosuje się wypełniacz lub formę wstępną w/t^rane z grupy złożonej z wydrążonych bryłek, cząstek, proszków, włókien, wiskerow, kulek, pęcherzyków, waty stalowej, płytek, agregatów, drutów, prętów, drążkońw, płatków, pastylek, rurek, tkaniny z włókien ogniotrwałych, kanalików lub ich mieszanin. Stosuje się wyppłniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z jednego lub kilku tlenków, borkoów, azotkow lub węglików metalu wybranego z grupy złożonej z alimimium, ceru, hafnu, lantanu, neodymu, pruzecdymu, samaru, skandu, toru, uranu, itru i cyrkonu. Stosuje się wypełniacz lub formę wstępną wybrane z grupy złożonej z jednego lub kilku z następujących mteriałiw: tl-enek glinowy, węglik krzemu, tlenoazotek krzemowo-aluminicwy, tlenek cyrkonowy, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, glinian magnezowy, stop żelazo-chrom-aluminium oraz aluminium i ich mieszaniny. Stosuje się formę wstępną zawierającą maeriały wybrane z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, węglika krzemu i tlerku glinowego, przy czym maeriały mją wielkość ziaren odpowiadającą numerom sita 10-1000.

W odmianie sposobu według wymlazku forma wstępna zawiera pokryte włókna węglowe. Stosuje się źródło domieszki w połączeniu z metalem macierzystym, przy czym źródło domieszki stanowi źródło dwóch lub więcej pierwiaskóow z następującej grupy: magnezu, cynk, krzem, german, cyna, ołów, bor, sód, lit, wapń, fosfor, itr oraz metal ziem rzadkich. Jako metal maccerzysty stosuje się aluminium i stosuje się przynajmniej jedno źródło domieszki stopowo z metalem macierzystym oraz przynajmniej jedno źródło domieszki podawane na powierzchnię metalu mcieΓzystego. Etap usuwania obejmuje stosowanie piaskowania, bębnowania ściernego i erozji zawiesinowej. Dodatkowo chłodzi się warstwę ceramiczną przykrywającą ceramiczny wyrób kompozytowy przed etapem usuwania.

Kolejna odrnana sposobu wytwarzania wyrob<w z kompozytu ceramicznego o żądanym kształcie zawierającego formę wstępną infiltrw/aną przez osnowę ceramiczną otrzymaną przez utlenienie aluminiowego metalu maaćerzystego, prowadzącego do powstania polikrystalicznej osnowy złożonej zasadniczo z tlenku glinowego jako produktu reakcji utleniania aluminiowego metalu mcćerzystego ullencaczem zawieraj^ym utleniacz w fazie pary zawierający tlen i ewentualnie jednego lub kilku skł^^^nk^ow mealicznych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że ogrzewa się aluminiowy metal mcieΓzysly do temperatury 850-1450°C, prwadząc do roztopienia metalu, kolejno orientuje się formę wstępną względem roztopionego metalu tak, że wytwarzanie tlerku glinowego Jako produktu reakcji utleniania odbywa się w formę wstępną i w kierunku do wymienionej pwierzchni oraz przynajmniej częścOwo w wymienioną wrst;wę; przy temjpraturze ogrzewania, przy czym forma wstępna przepuszczalna dla infiltracji przez tlenek glinwy jako produkt reakcji utleniania aluminiowego metalu macerzystego utlenćaczem zawierającym utleniacz w fazie pary zawierającym tlen m przynajmniej jedną powierzchnię z warstwą zasadniczo dostosowaną do kształtu geometrycznego tej powierzchni, przepuszczalną dla utleniacza w fazie pary i przepuszczalną dla infiltracji przez wzrost produktu reakcji utleniania, następnie przeprwadza się reakcję roztopionego meealu z utleniaczem, w celu wytworzenia tlenku glinu jako produktu reakcji utleniania, po czym utrzymuje się przynajmniej część tlenku glinu jako produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy roztop^nym a utlenćaczem, aby progresywnie transporOwać roztopiony meeal poprzez tlenek glinowy jako produkt reakcji utleniani? w kierunku do utleniacza, tak że tlenek glincwy jako produkt reakcji utleniania ciągle pcwssaje na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utlenćaceem a poprzednio wytworzonym tlenkiem gl.ńnw^g^a jako produktem reakcji utleniania, który lnfiltnwcł w formę wstępną, następnie kontynuuje się reakcję, aby dokonać infiltracji przynajmniej części wymienronej warstwy produktem reakcji utleniania, by powstała warstwa ceramiczna przykrywająca przynajmniej część infUtrwanej formy, przy czym ta warstwa ceramiczna ma integralność mecianrczną słabszą niż integralność mechaniczna

157 837 infiltrwanej formy wstępnej, po czym usuwa się warstwy ceramiczną z wymienionej powierzchni, by wytworzyć wyrób z kompozytu ceramicznego posiadający kształt formy wstępnej i powierzchnię określoną przez wymiinioną warstwę. W^y^m^e^^ona wyżej warstwa zawiera imaerieł wybrany z grupy złożonej z tlenku cyrkonwego, tlenku hafnu oraz ich mieszanin. Forma wstępna zawiera tlenek glinwy.

W odmianie sposobu według wynalazku stosuje się utleniacz zawierający przynajmniej jeden utleniacz stały lub utleniacz ciekły, albo kombirnjcję utleniacza stałego i utleniacza ciekłego zawartą w mit.;riale wypełniacza luo w formie wstępnej, przy czym utleniacz stały wybrany Jest z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, węgla, redukowalnych węglików, boru i redukwalnych borków. Wyppłniacz lub formę wstępną wybrane są z grupy złożonej z wydrążonych bryłek, cząstek, proszków, włókien, wiskercw, kulek, pęcherzyków, waty stalowej, płytek, agregatw, drutów, prętów, drążków, płatków, pastylek, rurek, tkaniny z włókien ogniotrwałych, kanalików lub ich mieszanin.

Wyppłniacz lub forma wstępna wybrane są z grupy złożonej z jednego lub kilku tlenków, borków, azotkw lub węgliki metalu wybranego z grupy złożonej z aluminium, ceru, hafnu, lantanu, neodymu, prazeodymu, samaru, skandu, toru, uranu, itru i cyrkonu. Wyppeniacz lub forma wstępna wybrane są z grupy złożonej z jednego lub kilku z następujących mteriaów: tlenek glinwy, węglik krzemu, tlenoazotek krzemowo-aluminiowy, tlenek cyrkonowy, tytanian baru, azotek boru, azotek krzemu, glinian magnezwy, stop żelazo-obroa-aluminiim oraz aluminium i ich mieszaniny. Forma wstępna zawiera maeriały wybrane z grupy złożonej z dwutlenku krzemu, węglika krzemu i tlenku glinwego. Materiały rają wielkość ziaren odpwiidającą numerom sita 10-1000. Forma wstępna zawiera pokryte włókna węglwe.

W kolejnej odmianie sposobu według wynalazku stosuje się źródło domieszki w połączeniu z metalem macierzystym, przy czym źródło domieszki stanowi źródło dwóch lub więcej pierwiastków z następującej grupy: mmgnez, cynk, krzem, german, cyna, ołów, bor, sód, lit, wapń, fosfor, itr oraz metal ziem rzadkich. Metalem macierzystym jest aluminium i stosuje się przyna jmniej jedno źródło domieszki stopwo z mtalem mcierzystym oraz przynajmniej jedno źródło domieszki podawane na pwwerzchnię meealu mcierzystego. Etap usuwania obejmuje stoswanie piaskowania, bębnowania ściernego i erozji zawiesinowej. D^t^ćitkowo chłodzi się warstwę ceramiczną przykrywającą ceramiczny wyrób kompozytowy przed etapem usuwania.

Wyroby z kompozytu ceramicznego według wynalazku mogą być hodowane z właściwościami zasadniczo jednorodnymi w całym przekroju do grubości dotychczas trudnej do osiągnięcia przy konwencjonalnych procesach wytwarzania gęstych struktur ceramicznych. Froces, który daje w wyniku te wyroby, pozwala również na uniknięcie wysokich kosztow związanych z konwencjonalnymi sposobami produkcji ceramiki zawierającymi przygotowanie jednorodnego drobnoziarnistego proszku o wysokiej czystości i zagęszczanie przez spiekanie, prasowanie na gorąco i/lub prasowanie izostatyczne na gorąco.

Wyroby według wynalazku nadają się do przystosowania lub są wytwarzane dla zastosowania jako wyroby przemysłowe, które to określenie w zastosowaniu w przedmiotwym opisie ma obejmować bez ograniczenia przemysłowe, konstrukcyjne i techniczne produkty ceramiczne dla takich zastosowań, gdzie ważne lub korzystne są właściwości lub cechy elektryczne, zużycia, cieplne, konstrukcyjne lub inne. Określenie to nie obejmuje .mteretłów odzyskiwanych lub odpadowych, które mogą być wytwarzane jako niepożądane produkty uboczne przy przetwarzaniu roztopionych meetli.

W zastosowaniu do niniejszego opisu i załączonych zastrzeżeń poniżej podano następujące definicje określeń:

Ceramiczny nie ogranicza się tylko do wyrobu ceramicznego w sensie klasycznym, to znaczy w tym sensie, że składa się on całkowicie z Maeriałow iiemetalicznych i nieorganicznych, ale raczej odnosi się do wyrobu, który jest głównie ceramiczny pod względem swego składu lub dominujących właściwości, chociaż wyrób ten może zawierać mniejsze lub znaczne

157 337 ilości jednego lub kilku skiadnikw· metalicznych pochodzących z mt^lu mcierzystego lub wytworzonych z utleniaczem clbo przez domieszkę, najczęściej w zakresie 1-»0% objętościowych, cle może ziwiercć jeszcze więcej mealu.

Produkt reakcji utlenienia ogólnie ozncczc jeden lub kilki meeali w dowolnym stenie utlenónnym, w którym meeal oddał swe elektrony lub podzielił się mmi z innym pierwiastkiem, związkiem lub ich kornminacją. Frodukt reekcji utlenienia według tej definicji stanowi produkt reakcji jednego lub kilku meeali z utleniaczem.

Utleniacz oznaczę jeden lub kilki ocpowieanich akceptorów elektronów i noże być to pierwiastek, komminacji pierwiiskkiw, związek lub komminacji związków, łącznie ze związkami redukowanymi i jest to parę, cięło stele lub ciecz w warunkach procesu.

Meeal meierzysty odnosi się do tego metalu, ne przykłed eluminium, który jest prekursorem dle polikrnstiliiznego produktu reekcji utlenienie i zawiere ten metal jeko stosunkowo czysty mtal, meeal dostępny w hendlu z ieniecznsicieniami i/lub składnikami stopowymi elbo stop, w którym ten meal prekursor jest głównym skłednikiem. Kiedy o denym imeslu mówi się jeko o mtalu miierinstym, ne przykłed eluminium, meeal ten należy rozumieć według tej definicji, chyba, że z kontekstu wynike ineczej.

Wyma^zek jest dokładniej przedstawiony ne rysunku, ne którym fig. 1 przedstawie schematycznie zestćw złożony z wlewke z meealu miierinstego w odpowiednim złożu przykrytym formą wstępną wspierającą przepuszczalną warstwę i «warty w naczyniu ogniotrwełym w przekroju pionowym·

Według korzystnego przykłedu wykonanie w^lezku mesil który może być domieszk<wean /jak wyjaśniono poniżej bardziej szczegółowo/ i jest prekursorem produktu reekcji utlenienie, zosteje uksitiło<winn jeko wlewek, kęs, pręt, płytke itp. i umieszczony w obojętnym złożu, tyglu lub innym pojemniku ogniotlwełym· Priepuszczilne uksztiłrwini forme wstępne /opisane poniżej bardziej siciegóiιwo Jest formowane lub wytwarzene tek, eby małe irznnijnniej jedną określoną powierzchnię graniczną i byłe przeiuszczilni dle utleniacze w fezie pary orez dle infiltracji produktem reekcji utlenienie. Formę wstępną umieszcze się przy i korzystnie w styku z jedną lub kUkome icwieriihniimi, elbo z częścią powierzchni mtalu maeierzystego, tek że przynajmniej część określonej p¢wieΓzchai greniiinej formy wstępnej jest iasiZaicio usytuowene w pewnym odstępie lub ne zewnątrz od powierzchni metalicznej meealu macierzystego. Forme wstępne korzystnie jest w styku z powierzchnią metalu macierzystego. Kiedy jednek jest to pożądane, forme wstępne może być częściwo zanurzona, e Iz niece łowicie zanurzona, w roztopianym mes^lu, ponieważ cełko^ite «nurzenie odcięłoby lub «blokowało rozwój osnowy polikrystalicznej.

Warstwe pΓzeiuszciilae jest wytwarzana, aakłedine lub rozścielane Jeko powloke lub warstwe ne formie wstępnej, tek eby miale one przynajmniej jedną po^wi^i-zcł^r^i.ę, które jest «sednie^ dostosowywalm do ksztełtu geometrycznego określonej powierzchni grenicinej formy wstępnej. Warstwe te jest wystarczejąco porowate, eby byłe ^ze^szczelm dle utleniecze w fezie pary i dle infiltrecji produktem reekcji utlenienie. Dopaswene iowierichnie tej przepuszczalnej warstwy, które nie musi mieć jedneko^^j grubości, jest ciągłe z lub opiere się o określoną powierzch.aię greniczną formy wstępnej. Wyt^wer^oanie produktu reekcji utlenienie odbywe się w kierunku do określonej iewierzchai granicznej i przepuszczalnej warstwy, które określe p(wierzchnię, obwód lub granicę krm^i^^^’/t:u ceramicznego. Pojemnik , wez z zawiitością się następnie w piecu, który «silany jest utleneaczera, łącznie z utlenlaizem w fezie pary. Zestaw ten jest ogrz^my do temperatur poniżej temperatury topnienie produktu reekcji utlenienie, ele powyżej tempera tury topnienie mtalu mcćerzystego, które to temperatura przykładowo w przypedku eluminium z «stosoweniem p<wietrzi jako utleniacze w fezie pary wynosi zwykle 85O-145O°C, korzystnie 900-135O^oC.

W tym przedziele tem^^ratur lub korzystnym zakresie tempr^ttur pow^aje jeziorko roztopionego metalu i po zetknięciu się z utleniaczem roztopiony meal reeguje tworząc warstwę pro157 887 duktu reakcji utleniania. Fo stałym wystawieniu na działanie środowiska utleniającego roztopiony mtćal jest stopniowo wciągany w i poprzez poprzednio wytworzony produkt reakcji utleniania w kierunku do utlenia cza i do określonej powierzchni granicznej, która jest w styku z przepuszczalną warstwą. Fo zetknięciu się z utlenaazzem roztopiony będzie reagować, aby wytworzyć dodatkowy produkt reakcji utleniania, ewentualnie z pozostawieniem składników meealicznych rozproszonych w mteriale polikΓystalCctyym. Frzynajmiej część produktu reakcji utleniania jest utrrymywana w styku z i pomiędzy roztoponym mtalem maierzy»tytt s jt.etntcztem, aby podtrzymywać ciągły wzrost polikrysta..cennego produktu reakcji utleniania w formie wstępnej. Folikrystaliczny produkt reakcji utleniania będzie ciągle wra-,t;al i rozwijał się w formę wstępną, obejmując jej składniki, Froces ten jest kontynuowany, aż produkt reakcji utleniania wzrośnie poza określoną powierzchnię graniczną w przynajmniej część przepuszczalnej warstwy, aby powstał pośredni produkt ceramiczny zawierający leżący pod spodem wyrób z kompozytu ceramicznego, który uległ infiltracji produktem reakcji utleniania i ceramiczną warstwę, która została przynajmniej częścóowo infiltrowana produktem reakcji utleniania. Przy prowadzeniu tego procesu przewidziane jest, że otrzymana warstwa ceramiczna będzie meć integralność mechaniczną słabszą lub będzie mnej wytrzymała raechantcznie niż integralność mechaniczna wyrobu z kompozytu ceramicznego. Integralność mechanicznę można zdefiniować jako tę jakość lub wytrzymałość w odpowiednich wyrobach ceramicznych, która umooiiwia usunięcie warstwy ceramicznej, na przykład prze piaskowanie, bębnowanie w czynniku ściernym lub sposobem erozji zawiesinowej bez zakłócenia lub przerywania leżącego pod spodem kompozytu ceramicznego, który pozostaje zasadniczo nie tknięty, gdy warstwa ceramiczna jest usuwana i po jej usunięciu.

Fośredni produkt ceramiczny zawierający warstwę i wypełniacz infiltrowane przez produkt reakcji utleniania zostaje wyjęty z pieca i pozostawiony do ochłodzenia poniżej 850°C, korzystnie poniżej 400°C w przybliżeniu do temperatury pokojowej. W korzystnym przykładzie wykonania po ochłodzeniu kompozytowa warstwa ceramiczna podlega mikropęknięciom w swej osno wie ceramicznej na skutek przemiany w fazę matenzytyczną składników warstwy objętych osnową, na skutek czego ta warstwa ceramiczna jest łatwiejsza do usunięcia z wyrobu z kompozytu niż w przypadku,gdyby pośredni produkt ceramiczny nie był ochłodzony. Warstwa kompozytu ceramicznego z mikropęknięciami zostaje następnie usunięta, na przykład sposobem erozyjnym, z wyrobu z kompozytu ceramicznego.

Freepuseczalna warstwa może zawierać dowolne maeriały, związki itp. kompeaybilne ze wzrostem osnowy z produktu reakcji utleniania w nią i ma integralność mechaniczną po infiltracji produktem reakcji utleniania słabszą lub mnej wytrzymałą mechanicznie niż integralność meehanicetα leżącego pod spodem wyrobu z kompozytu ceramicznego, aby przepuszczalną warstwę zawierającą produkt reakcji utleniania, który dokonaj infiltracji, można było łatwo i preferencyjnie usunąć z leżącego pod spodem wyrobu z kompozytu bez oddziaływania na ten wyrób, takiego jak powodowanie pęknięć, wżerów itp. Ta przepuszczalna warstwa może również zawierać dowolne maeriały, związki itp., które po ochłodzeniu po procesie powodują mikropęknięcia na skutek przemiany fazy mttenzytycetej wynńkającej na skutek tego, że warstwa jest nieustabilizwana lub staje się nieustL^biiLizw^ana podczas procesu wzrostu produktu reakcji utleniania. Skład warstwy będzie w znacznym stopniu zależeć od składu formy wstępnej i wytworzonej osnowy ceramicznej, ale może również zależeć od utleniacza i warunków procesu. Mat^r-iały i warunki reakcji wybiera się tak, aby kompozyt infiiroowanej warstwy był słabszy niż sąsiedni infUtrwaany kompozyt wypełniacza i aby warstwę można było łatwo oddzielić na piwaerzcani międzyfazowej. W korzystaym przykładzie realizacji wynalazku przy zastosowaniu aluminium jako meealu ratierzystego i p<owaetrea jako utleniacza dla wytworzenia osnowy z tlenku glinowego alfa przepuszcza Ina warstwa zawiera nieustabileiaιaty związek wybrany z grupy złożonej z Herkou cyrkonowego, tlenku hafnu i ich meszanin. W szczególności, jeżeli przepuszczalna warstwa zawiera nieust^ab^liow^any Henek

157 887 cyrkonu, a wypełniacz zawiera tlenek glinowy, warstwa infiltrowana tlenkiem glinowym jako produktem reakcji utleniania jest meihanicznii słabsza niż sąsiednie infittrwane złoże i może być łatwo oddzielona od złoża na powierzchni międzyfazowej przez piaskowanie, polerowanie, erozję zawiesinową itp.

Frzepuszczalna warstwa, która jest umieszczona przylegle w stosunku do określonej powierzchni granicznej formy wstępnej może meć dowolną odpowiednią postać mteriału, taką jak ,włoka, złoże itp. z płytek, drutów, cząstek, proszków, pęcherzyków itd. oraz ich kombinaaji. Mtat^iał ten może być spojony na pcmocą dowolnego oάpowłedr·i<'gc spoiwa, aby zapewnić wytrzymłość w stanie surowym, na przykład za pomocą alkoholu poliwinylewego itp., który nie zakłóca reakcji według wynalazku. Większe cząstki odpowiidające na przykład numerowi sita 24 lub większe są szczególnie korzystne, ze względu na ich tendencję do tworzenia bardzo słabych kompozytów. Można jednak stosować drobniejsze cząstki, łącznie z mieszaninami cząstek o różnych wielkościach. Cząstkowy materiał lub związek przepuszczalnej warstwy może być dopasowywany do powierzchni formy wstępnej znanymi lub lonwłncjonalnymi sposobami, na przykład przez wytworzenie zawiesiny cząstek w spoiwie organicznym, nałożenie tej zawiesiny na powierzchnię i następnie pozostawienie do zestalenia na przykład przez suszenie w podwyższonych temperaturach.

Uzyskiwany w wyniku wyrób z kompozytu ceramicznego jako produkt końcowy jest infiltrowany lub objęty do swych granic osnową ceramiczną zawierającą matriał polikrystaliczny złożony zasadniczo z produktu reakcji utleniania metalu maierzystego utle^a^em w fazie pary i ewentualnie jednego lub kilku składniki meealicznych, takich jak nieutlenione składniki meealu maćerzystego, domieszki lub składniki meealnczale redukowalnego utleniacza. Najbardziej typowo granice złoża wypełniacza lub formy wstępnej z wypełniacza oraz osnowy polikrystalicznej są zasadniczo zgodne ze sobą. Jednakże poszczególne składniki na powierzchniach złoża lub formy wstępnej mogą być odsłonięte lub mogą wystawać z osnowy i dlatego infiltracja może nie obejmować całkowicie w/rpełniacza osnową. Należy ponadto zauważyć, że wynikowa osnowa polikrystaliczna może mieć pory, które mogą częściowo lub prawie całkowicie zastępować fazę meetliczaą, ale procent objętościowy pustych przestrzeni będzie w znacznym stopniu zależny od takich czynniki jak temperatura, czas, rodzaj metalu mcierzystego i stężenie domieszek. Typowo w tych polikrystalicanych produktach ceramicznych krystality produktu reakcji utleniania są złączone w więcej niż jednym wymiirze, korzystnie w trzech wymiirach, a faza mealiczna lub faza porów może być przynajmniej częściowo złączona. Ceramiczny wyrób kompozytowy według wynalazku ma ogólnie dobrze określone granice. Frzepuszczalna warstwa określa więc granicę wyrobu z kompozytu ceramicznego i jest pomocna przy wytwarzaniu wyrobu z kompozytu ceramicznego e czystym lub prawie czystym kształcie.

Wyrób z ceramicznego otrzymany przez praktyczną realizację wynalazku będzie zwykle spójnym produktem, w którym 5 - 98% objętoścńwych całej objętości wyrobu z kompozytu ceramicznego złożonych jest z jednego lub kilku wypełniaczy objętych do określonej pw^Tz^ni granicznej formy wstępnej lub złoża osnową polikrystaliczną. Osnowa polikrystalćczna jest zwykle, kiedy m^l^m mcierzystyra jest aluminium, złożona z 60 - 99% objętoścńwych /objętości osnowy polikrystalicznej/ złączonego tlenku glinwego alfa i 1 - 40% ibJętościwyih /na tej samej podstawie/ nieutlenńonych składniki meealu maaćerzystego.

Chociaż wynalazek jest dalej opisany w odniesieniu zwłaszcza dc systmn^c^, w których jako meeal macćerzysty stosuje się aluminium lub stop aluminium, a zamierzonym produktem reakcji utleniania jest tlenek glinwy, mm to jedynie sens przykładowy i należy rozumieć, że wynalazek przy stosowaniu podanych tu zasad nadaje się do dostoswania do innych systemów, gdzie jako meeal Maćerzysty stosuje się inne meeale, takie jak cyna, krzem, tytan, cyrkon itd., a zamierzory/m produktem reakcji utleniania jest tlenek, azotek, borek, węglik itp. tego meealu. Wynnlazek jest opisany poniżej w odniesieniujWłaszcza do formy wstępnej przy wytwarzaniu wyrobów kompozytwych, ale należy rozumieć, że w praktycznej

157 887 realizacji w/r^a^^azku m^iżna stosować i są użyteczne dowolne luźne złoża wypełniacza, rateriały itp. z przynajmniej jedną określoną powierzchnią graniczną. Kiedy zatem mówi się o formie wstępnej lub przepuszczalnej formie wstępnej, ma to oznaczać każdy wypełniacz, który jest przepuszcza lny dla utleniacza w fazie pary i dla proces© ^^r-ostu produktu reakcji utleniania według niniejszego wynalazku i ma przynajmniej jedną określoną powierzchnię

Nawiązując teraz do rysunku przedstawionego wynalazku meal maaierzysty 10 umieszczony jest w zasadniczo obojętnym wypełniaczu 12 tak, że górna powierzchnia metalu jest zasadniczo usytuowana zgodnie ze ułożeń,. Forma wstępna 14 posiadająca określoną ukcztaiccwaną eowierzchnię oznaczoną ogólnie przez 16 jest umieszczona na górnej powierzchni metalu macierzystego. Frzepuszczalna warstwa 18 nałożona Jest na powierzchnię 16 bez zakłócenia kształtu geometrycznego tej powerzchni. Zestaw taki umieszczony jest w odpowiednim naczyniu ogniotrwałym lub łódce 20. Widać, że zestaw jest zbudowany tak, że wzrost lub rozwój będzie odbywać się w formę wstępną 14 i w kierunku do określonej powierzchni granicznej 16. Produkt reakcji utleniania infiltruje lub obejmuje formę wstępną 14 i przynajmniej część przepuszczalnej warstwy 18. Zestaw ogrz^a się w piecu /nie pokazano/ do podwyższonej temperatury w obecności utleniacza w fazie pary, jak poprzednio opisano, tak, że wzrastający polikrystaliczny mttriał ceramiczny infiltruje w formę wstępną poza określoną powierzchnię graniczną 16 i w przynajmniej część przepuszczalnej warstwy 18 zasadniczo bez zakłócenia lub odkształcania formy wstępnej 14, aby wytworzyć pośredni produkt ceramiczny. Ten pośredni produkt ceramiczny zawiera warstwę ceramiczną /warstwa infiltrowana przez polikrystalizzny wzrost ceramiczny/, pod którą leży ceramiczny wyrób kompozytcwy /forma wstępna infittrwwana przez polikrystaliczny wzrost ceramiczny/. Ta warstwa ceramiczna ma integralność mehaniczną, która jest słabsza lub miej wstrzymała rachanicznie niż integralność mechaniczna ceramiczna w^robu kompozytowego, a ponadto tę warstwę ceramiczną można usunąć na przykład przez piaskowanie itd. z ceramicznego wrobu kompozytowego bez oddziaływania na mehaniczną integralność lub strukturę tego wrobu. Typowo pośredni produkt ceramiczny pozostawia się do ochłodzenia przy wyjęciu zestawu z pieca zanim nastąpi oddzielenie warstw ceramicznej od leżącego pod spodem ceramicznego wyrobu kompozytowego. Fo usunięciu warstwy ceramicznej wzdłuż określonej eowierzchni granicznej 16 ostateczny produkt ceramiczny jest wyrobem z kompozytu ceramicznego posiadającym określoną powierzchnię ustaloną przez przepuszczalną warstwę 18.

W sposobie według w^nalazku utleniacz w fazie pary jest normlnie gazowy lub zame^r^iany w parę w warunkach procesu, aby uzyskać atmosferę utleniającą, taką jak ptowóetrze atmosferyczne. Typowe utleniacze w fazie pary zawiera ją przykładcwo pierwiastki lub związki podane poniżej, albo też kombinacje pieiwiastó© lub związk© podanych poniżej, łącznie z lotnymi lub parującymi pierwiastkami, związkami lub składnikami związk© lub mieszanin: tlen, azot, chlorowiec, siarka, fosfor, arsen, węgiel, bor, selen, tellur i ich związki oraz ^ιΤίΓΒ^ε, na przykład metan, etan, propan, acetylen, etylen, propylen /węglowodór jako źródło węgla/ i mieszaniny takie jak powalrze, H2/H2O i CO/CO2, przy czym ostatnie dwie /to znaczy H2/H2O i CO/CO2/ są użyteczne przy redukowaniu tlenu /łącznie z powietrzem/, przy czym powetrze jest zwykle korzystne z oczywistych względ© ekonomicznych. Kiedy utleniacz w fazie pary traktwany jest jako zawiera jący dany gaz lub parę, oznacza to utleniacz w fazie pary, w którym dany gaz lub para jest jedynym, glinym lub przynajmniej znaczącym utlenńaczem metalu matieΓzystego w warunkach uzyskiwanych w stosw/anym środowisku utlentjjhcym. Frcckładt©o, chociaż gł©ny.m składnikiem p<s©etrca jest azot, tlen zawarty w eowietrcu jest normlnie jedynym utlent8ceem metalu maiercystego w warunkach otrzymanych w ztst^s©anym środowisku utleniajhcym. Po/wetrze podlega zatem definicji utleniacza gaz zawierający tlen a nie definicji utleniacza gaz zawierający acst. Frzckładet utleniacza gaz zawierający azot w zastoscwaniu tu i w zastrzeżeniach jest gaz formujący, który typowo zawiera około 96% objętoścśwych azotu i około 4% objętoścśwe wodoru.

157 887

Utleniacz może również zawierać utleniacz stały i/lub utleniacz ciekły, który jest ciałem stałym lub cieczą w warunkach procesu. Utleniacz stały i/lub utleniacz ciekły stosowany jest w komtobnacji z utleniazzern w fazie pary. Kiedy stosuje się utleniacz stały, jest on zwykle dyspergowany lub wymieszany w cały- złożu wypplniacza lub w formie wstępnej, albo w części złoża lub formy wstępnej przy metalu macierzystym, w postaci cząstkowej albo ewentualnie jako powłoka na cząstkach złoża lub formy wstępnej. Można stosować każdy odpowiedni utleniacz stały zawierający pierwiastki takie jak bor lub albo redukowalne związ ki, t=k?e jak tlenki, węgliki lub borki n stabilności iermodynanicznej niższej niż w przypadku tlenku lub borku stanowiącego produkt reakcji metalu macierzystego.

Jeżeli utleniacz ciekły stosuje się w połączeniu z utlenćaceem w fazie pary, może być dyspergowany w całym złożu wypełniacza lub w formie wstępnej, albo w ich części przy metalu maaierzystym, pod warunkiem, że taki utleniacz ciekły nie blokuje dostępu roztopionego metalu do utleniacza w fazie pary. Określenie utleniacz ciekły oznacza taki, który jest cieczą w warunkach reakcji utlenienia, a więc utleniacz ciekły może mieć prekursor stały, taki jak sól, która jest roztapiana lub ciekła w warunkach reakcji utleniania. Alternatywnie utleniacz ciekły może mieć prekursor ciekły, na przykład roztwór maaeriału, który stosuje się do powlekania części lub całości porowatych powierzchni złoża wypełniacza lub formy wstępnej i który jest roztapiany lub rozkładany w warunkach reakcji utleniania, aby wytworzyć odpowiednią cząsteczkę utleniacza. Przykłady utleniaczy ciekłych według tej definicji obejmują szkła o niskiej temperaturze topnienia.

Porma wstępna powinna być wystarczająco porowata lub przepuszczalna, aby umożliwiała przenikanie utleniacza w fazie pary poprzez formę wstępną do styku z maαierzłstyra.

Forma wstępna powinna być również wystarcza jąco przepuszczalna, aby umoii^-^iiała wzrost produktu reakcji utleniania w formę wstępną bez istotnego zakłócania lub innej zmiany konfiguracji lub kształtu geometrycznego formy wstępnej. W przypadku gdy forma wstępna zawiera utleniacz stały i/uub utleniacz ciekły, który może towarzyszyć utleniaczowi w fazie pary, forma wstępna powinna być wystarczająco porowata lub przepuszczalna, aby umoóżi^i^iiała i akceptowała wzrost produktu reakcji utleniania pochodzący od utleniacza stałego i/lub ciekłego. Należy rozumieć, że za każdym razem, kiedy mówi się o formie wstępnej lub przepuszczalnej formie wstępnej, oznacza to formę wstępną posiadającą powyższe właściwości porowatości i/lub przepuszczalności, chyba że stwierdzono inaczej.

Przepuszczalne formy wstępne można wytwarzać lub formować o dowolnej określonej pożądanej wielkości i kształcie dowolnym sposobem konwencjonalnym, takim jak odlewanie z gęstwy, formowa nie wtry skowe, formowanie przetłoczne, formowanie podciśnieniowe lub innym sposobem, przez przetwarzanie dowolnych odpowiednich mteriałtw podanych i opisanych bardziej szczegółowo gdzie indziej. Przepuszczalna forma wstępna, jak wspomniano poprzednio, może zawierać utleniacz stały i/lub utleniacz ciekły stosowany w połączeniu z utlenCaczera w fazie pary. Przepuszczalna forma wstępna powinna być wytworzona z przynajmniej jedną powierzchnią graniczną, tak aby mała wystarczającą integralność Kształtu i wytrzymałość w stanie surowym, jak również dokładność wymiarową po infiltracji i objęciu przez osnowę ceramiczną. Przepuszcza Ina forma wstępna powinna być jednak wystarczająco przepuszczalna, aby umożliwiała wzrost poiίkrłstclizznego produktu reakcji utleniania. Przepuszczalna forma wstępna powinna również stwarzać możliwość zwilzan.ia jej przez meeal maaćerzysty i powinna mieć taką konsystencję, aby polikrystalćczny produkt reakcji utleniania mógł przywierać do formy wstępnej i spajać się w tej formie, aby wytworzyć ceramiczny produkt kompk^^ytowy o wysokiej integralności i dobrze określonych granicach.

Porma wstępna może być dowolnej wielkości lub kształtu, jeśli tylko styka się lub sąsiaduje, albo też jest w styku powierzchnoowym z powierzchnią meał-iczną metalu macierzystego i ma przynajmniej jedną powierzchnię graniczną z nałożoną przepuszczalną warstwą, która określa miejsce przeznaczenie rosnącej osnowy polikrystalicznej. Przykładcwo forma

157 337 wstępna może meć kształt półkuiisty z płaską powierzchnią graniczną, w styku z ?o.<.^i-zchnią metalu maaćerzystego i z kopulastą powierzchnią graniczną reprezentującą określoną powierzchnię graniczoną, do której ma wzrastać mttriał polikrystaliczny, albo też forma wstępna może mieć kształt sześcianu z jedną kwadratową pcwieΓZihnlą graniczną stykającą się z powierzchnią metalu macierzystego i z pozostałymi pięcioma granicznymi poOerzchrnaoi kwadratowymi będącymi punktami doceoi^wymi wzrostu osnowy polikrystalicznej. Osnowa z maeriału polikrystalicznego uzyskiwana z produktu reakcji utleniania po prostu rośnie w przepuszczalną formę wstępną i w warstwę, aby infittrować i obejmować formę wstępną do jej określonej powierzchni granicznej i przynajmniej częścówo infi.ltrwać um^szczaną w przyleganiu przepuszczalną warstwę, zasadniczo bez zakłócenia lub przemieszczania przepuszczalnej formy wstępnej.

Przepuszczalna forma wstępna według wynalazku może być złożona z dowolnego odpowiedniego mmaeriału, takiego jak ceramiczny i/lub mtoal^owe cząstki, proszki, włókna, wiskery, druty, cząsteczki, wydrążone bryłki lub kulki, tkanina druciana, lite kulki itd. oraz ich kombinacje. Materiały formy wstępnej mogą tworzyć albo luźne, albo spojone pole lub układ, który oa przerwy, otwory, przestrzenie pośrednie itp., aby uczynić formę wstępną przepuszczalną dla utleniacza i dla infiltracji roztopionego metalu macerzystego, by umożliwić wzrost produktu reakcji utleniania bez zmiany koiTiguracji formy wstępnej. Forma wstępna może zawierać siatkę ze wziraaniających drążków, prętd, rurek, rureczek, płytek, druid, ku lek lub innych cząstek, tkaniny drucianej, ceramicznej tkaniny ogniotrwałej itp., albo też z ^οΜιτο^ϊ powyższych maaeriałń, której nadano żądany kształt. Fonadto materiały formy wstępnej mogą być jednorodne lub niejednorodne. Odpcwóednie maeriały formy wstępnej, na przykład jako ceramiczne proszki lub cząstki, mogą być spojone ze sobą dowolnym odpowiednim spoiwem itp., które nie zakłóca reakcji według wyralazku, ani nie pozostawia żadnych niepożądanych resztkowych produkt<w ubocznych w ceramicznym wyrobie kompozytowym. Odpowiednie cząstki, takie jak węglik krzemu lub tlenek glincwy, mogą mieć wielkość ziarna od 10 do 1000, albo mniejsze, albo też oożna stoscwać mieszaninę wielkości i typcw ziaren. Maatnał cząstkowy może być formowany znanymi lub konwencjonalnymi technikami, na przykład przez utworzenie zawiesiny cząstek w spoiwie organicznym, wylewanie zawiesiny w foroę i następnie uooóżiwienie zestalenia, na przykład przez suszenie lub utwardzanie w podwyższonej temperaturze.

Frzy wytwarzaniu formy wstępnej lub złoża wypełniacza można stoscwać dowolne z wielu odpowiednich maeriałń. Takie odpowiednie maeriały obejmują te, które w temperaturze i przy warunkach utleniających procesu nie są lotne, są termodynamicznie stabilne i nie reagują z roztopóonym metalem macierzystym ani nie rozpuszczają się nadmiernie w nio. Niektóre użyteczne wypełniacze mogą być wyposażone w powłokę ochronną, aby uczynić maeri-ał stabinnym i uniknąć niepożądanych reakcji. Tao gdzie metalem macierzystym jest alt-minuo, a jako utleniacz stosuje się powietrze lub tlen, maaeriały te obejmują przykładno tlenki, borki, azotki i węgliki, aluminium, ceru, hafnu, lantanu, prazeodymu, samaru, cyrkonu i związki mealiczne wyższego rzędu takie jak spinel magnezmoglinny oraz powleczone włókna węglowe. Niektóre z tych składaki mogą wymagać pokrycia chroniącego przed utlenieniem, aby przetrzymywały warunki utleniające procesu. W takim przypadku powłoka musi być kompatybilna z wytwarzaniem osnowy.

Forma wstępna stosowana w praktycznej realizacji sposobu według wynalazku ooże być wykorzystywana jako pojedyncza forma wstępna lub jako zestaw form wstępnych dla wytwarzania bardziej skomplikowanych kształtń. Odkryto, że polikrystaliczny mitriał osnowy można hodować poprzez sąsiadujące, stykające się ze sobą części zespołu foro wstępnych, aby spajać sąsiednie formy w złączony lub integralny ceramiczny. Zespół form wstępnych wyposażony w przepuszczalną warstwę na powieΓzchniach usytuowany jest tak, że kierunek wzrostu produktu reakcji utleniania będzie do i w zespół foro wstępnych, aby dokonała

157 387 się infiltracja i objęcie tego zespołu oraz przepuszczalnej -warstwy, przez co następuje spojenie form wstępnych ze sobą. Kompozyty ceramiczne o skomplikowanych kształtach można więc wytwarzać jako integralny wyrób, którego me można by inaczej wytwarzać konwencjonr1nymi technikami. Należy rozumieć, że zawsze, kiedy jest mowa c formie wstępnej, oznacza to formę wstępną lub zestaw form wstępnych /chyba, że stwierdzono inaczej/, które mogą być ostatecznie spojone w integralny kompozyt.

Jako dalszy przykład wynalazku i jak 'wyjaśniono w zgłoszeniach patenowych dodanie Tetsrtaów domieszkujących w połączeniu z .metalem macierzystym może meć korzystny wpływ lub może wspomagać proces reakcji utleniania. Funkcja lub funkcje domieszek mogą zależeć od wielu czynniki innych niż sam maeriał domieszkujący. Czyrmiki te obejmują przykładowo określony metal mcierzysty, żądany produkt końcowy, określoną kombinację domieszek, kiedy stosuje się dwie lub więcej domieszek, stosowanie domieszki nakładanej z zewnątrz w połączeniu z domieszką stopową, stężenie domieszki, środowisko utleniające i warunki procesu.

Domieszkę lub domieszki używane w połączeniu z metalem maierzystym /1/ można stosować jako składniki stopowe metalu maierzystego, /2/ można nakładać na przynajmniej część metalu mcćerzystego lub /3/ można nakładać na złoże wypełniacza lub formę wstępną, albo też jej część, na przykład obszar wsporczy formy wstępnej, albo też możliwe jest zastosowanie dowolnej kombinacji dwóch lub więcej sposobi /l/, /2/ i /3/. Frzykładcwo domieszkę stopową można stosować w połączeniu z domieszką nakładaną z zewnątrz. W przypadku sposobu /3/, gdzie domieszkę lub domieszki nakłada się na złoże wypełniacza lub na formę wstępną, nakładanie takie można realiow/ać w dowolny odpowiedni sposób, na przykład przez rozpraszanie domieszek w części całej masy formy wstępnej w postaci powłok lub w postaci ziarnistej, korzystnie przynajmniej w części formy wstępnej sąsiadującej z mtal^^m macierzystym. Fodawanie domieszek do wypełniacza można rinież realizcwać przez nakładanie warstwy jednego lub kilku mao^i-iaói domieszkujących do i w formę wstępną, łącznie z jej wewnętrznymi otworami, odstępami, kanałami, przestrzeniami pośrednimi itp., które czynią ją przepuszczalną. Wygodnym sposobem stosowania domieszkującego jest zanurzanie wyϊ«łni^czr, który ma być zastosowany, w ciekłym źródle /na przykład roztwór ma^r^ału domieszkującego/.

Źródło domieszki można rinież stosować przez umieszczenie sztywnej domieszki w styku z i pomiędzy przynajmniej częścią powaerzchni metalu iarieΓZłstego a formą wstępną. Frzykładcwo cienki arkusz szkła zawierającego krzemionkę /użyteczne jako domieszka dla utleniania aluminiowego metalu maćerzystego/ można umieścić na pz.aaeΓzchni metalu macierzystego. Kiedy aluminiowy meeal macierzysty /który może być wewwętrznie domieszkowany Mg/ pokryty materiełen zawierającym krzem zostaje roztopiony w środowisku utleniatąłim /.na jerz^-tacl w prz^ypadku alummum ^{w p}cwietrzu ^w zakresre 850-1450°^C, korzystni 900-135O°C/ następuje wzrost polikrystaliiznego ceramicznego maeriału osnowy w przepuszczalną formę wstępną. W przypadku, gdy domieszka jest podawana zew^ę^nie do przynajmniej części powierzchni meealu iarieΓzystegz, polikrystaljczna struktura tankowa zwykle rośnie w przepuszczalnej formie wstępnej zasadniczo poza warstwę domieszki /to znaczy poza głębokość nałożonej warstwy domieszki/. W każdym przypadku jedną lub kilka domieszek można podawać iewnętΓzęit na powierzchnię metalu maleriłstegz i/lub do przepuszczalnej formy wstępnej. Dodatkowo domieszki stopowe w metalu macierzystym i/lub podawane zewnętrznie do metalu macierzystego mogą być wspomagane domieszkami podawanymi do wymienionych poprzednio form. Wszelkie braki stężenia domieszek stopowych w meealu macierzystym i/lub podanych zew^ę^nie do meealu maierzystego można wspomagać przez dodatkowe stężenie odpowiednich domieszek podawanych do formy wstępnej i vice versa.

Użyteczne domieszki dla aluminiiego metalu ΓrarieΓzysttgo, zwłaszcza gdy utlen^^em jest pcwaetΓit, obejmują przykładowo meealiczny magnez i meealiczny cynk, w połączeniu

157 887 ze sobą lub -w połączeniu z innymi domieszkami, jak opisano poniżej. Metale te lub odpwied nie źródło tych metali można wprowadzać stopowo w metal maaCerzysty na bazie aluminium ze stężeniami dla każdego z nich 0,1 - 10% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru wynikowe go meealu domieszkowanego. Stężenia w tym zakresie wydają się inicjować wzrost ceramiczny, wspomagać transport metalu i korzystnie wpływać na moofologię wzrostu wynikowego produktu reakcji utleniania. Stężenie dla każdej domieszki będzie zależeć od takich czynników jak kombiinacCa domieszek i temperatura procesu.

Można stosować jedną lub więcej domieszek zależnie od okoliczności, Jak wyjaśniono powyżej. Frzykładwo, w przypadku gdy mcierzystym Jest aluminium a utleniaczem jest powietrze, szczególnie użyteczne kjπbinacje domieszek obejmują /a/ magnez i krzem lub /b/ magnez, cynk i krzem. W takich przykładach korzystne stężenie magnezu leży w zakresie 0,1 -3% wagowych, cynku w zakresie 1 -6% wagwych, a krzemu w zakresie 1 - 10% wagwych.

Dodatkwe przykłady materiałw domieszkujących użytecznych z aluminowym mtal^em macierzystym obejmują sód, lit, wapń, boi', fosfor i itr, które można stoswać oddzielnie lub w połączeniu z jedną lub kilkoma imymi domieszkami, zależnie od utleniacza i warunków procesu. Sód i lit można stoswać w bardzo małych ilościach rzędu części na milion, typowo 100 - 200 części na milion, a każdy z nich można stosować oddzielnie lub razem, albo też w z innymi domieszkami. Pierwiastki ziem rzadkich takie Jak cer, lantan, prazeodym, neodym i samar są również użytecznymi domieszkami, zwłaszcza kiedy są stoswane w połączeniu z innymi domeszkam.

Jak zauważono pwyżej nie ma konieczności stopwego wprwadzania maeriału domeszkującego w meeal macerzysty. Frzykładwo selektywne podawanie Jednego lub kilku mteriałow domieszkujących w postaci cienkiej warstwy na całość lub na część pwierzchni mbalu macierzystego umojżiwiα lokalny wzrost ceramiczny z młalu mccerzystego lub Jego części i prwadzi do wzrostu polikrystalćzznego maaeriału ceramicznego w przepuszczalną formę wstępną w wybranych obszarach. Tak więc wzrost polikrystaiczzoego ceramicznego maeriału osnowy w przepuszczalną formę wstępną można kontr olwać przez zlokaliowane umieszczenie maeriału domieszkującego na pwierzchni meealu macerzystego. Nałożona pwłoka lub warstwa domieszki Jest cienka w stosunku do grubości metalu mcCeΓitstegj, a wzrost lub wywarzanie produktu reakcji utleniania w przepuszczalnej formie wstępnej rozciega się zasadniczo poza warstwę domieszki. Taka wsrslwa matriału domieszkującego może być nakładana przez mlwanie, zanurzanie, sitodruk, naparwywanie lub inne nakładanie maeriału domieszki w postaci cieczy lub pasty, albo przez napylanie katodwe, lub po prostu przez osadzanie warstwy stałych cząstek domieszki lub cienkiego litego arkusza lub fUmu domieszki na pwwerzchni metalu mccerzystego. Maatriał domieszki może, ale nie musi, zawierać organiczne lub nieorganiczne spoiwa, nośniki, rozpuszczalniki i/lub zagęszczacze. Koozystniej maeriały domieszkujące nakłada się w postaci proszkowi na pwwerzchnię maeriału macierzystego lub rozprasza się w przynajmniej części wyppłniacza. Szczególnie korzystny sposób podawania domieszek na pwierzchnię metalu mcCeriyseegj polega na zastoswaniu ciekłej zawiesiny domieszek w mieszaninie wody ze spoiwem organicznym natryskiwanej na pwierichnię metalu miaCeriystego w celu otrzymania przywierającej peowoki, która ułatwia manipulwanie domieszkwanym mtalem macierzystym przed obróbką.

Maaeriały domieszkujące stoswane zewnętrznie są zwykle nakładane na część pwieΓiChni mt^lu matCeΓitstego jako równomierna pwłoka. Ilość domieszki Jest skuteczna w szerokim zakresie w stosunku do ilości metalu mαCeriystegj, do której domieszka ta Jest podawana, a w przypadku alumięi^m) doświadczenia nie wykazały istnienia ani górnej, ani dolnej granicy. Frzykładwo, kiedy stosuje się krzem w postaci dwutlenku krzemu nakładanego z zewnątrz jako domieszka dla metalu maCerztstegj aluminium-magnez przy zastoswaniu pwwetrza lub tlenu w charakterze utleniacza ilości tak młe, Jak 0,00003 g krzemu na gram meealu macierzystego lub około 0,0001 g krzemu na centymetr kwadratwy odsłoniętej pwwerzchni mta20

157 887 lu macierzystego wraz z drugą domieszką mającą źródło magnezu i/lub cynku, uzyskuje się zjawisko polikrystalccznego wzrostu ceramicznego. Stwierdzono również, że produkt ceramiczny można otrzymać z meealu maierzystego na bazie aluminium przy za stosowaniu powietrza lub tlenu w charakterze domieszki używając MgO jako domieszkę w ilości większej niż około 0,0008 g Mg na gram meealu rnderz-ystego, który ma być utleniany i większej niż około 0,0G3g Mg na centymetr kwadratowy powierzchni metalu maćerzystego, na którą podawany jest MgO. Okazuje się, że do pewnego stopnia zwiększenie ilości materiałów domieszkujących skraca r.z^s reako:ji koniecziiy dla wy t- dza ni a wyrobu z kom'O2y^ł.'J cei amicznego, ale będzie to zależeć od takich czynników jak typ domieszki, meal md^i^zysty i warunki reakcji.

Tam gdzie metalem mcierzystym Jest aluminium wewnętrznie domieszkowane magnezem, a czynnikiem utleniającym jest powietrze lub tlen, zaobserwowano, że magnez jest przynaj^nnej częściowo utleniany ze stopu przy temperaturach 820-950°C. W takich przypadkach systemów domieszkowanych magnezem tworzy tlenek magnezu i/lub spinel mgnęzcwn-glinowy jako fazę przy pcwnerclhni roztopionego stopu aluminium, a podczas procesu wzrostu te związki magnezu pozostają głównie przy początkowej powierzchni tlenkowej stopu metalu maaiercystego /to znaczy przy powierzchni inicjacji/ w rosnącej strukturze ceramicznej.

W takich systemach domieszkowanych magnezem oprócz stosuikcwo cienkiej warstwy spinelu magnezow-glincwego przy powierzchni inicjacji wytwarzany jest produkt na bazie tlerku glńncwego. Jeśli trzeba, tę powierzchnię inicjacji można łatwo usunąć przez szlifowanie, obróbkę skrawaniem, polerowanie lub piaskowanie.

Wynnlazek zilustowłano ponadto nastęρującyπ) przykładem.

Wlewek ze stopu aluminium zawierającego 5% krzemu, 5% mgnezu, 91,7% aluminium i resztę zanieczyszczeń, wszystko ^^go^oo, o grubości 25,4 min, szerokości 22,2 mm i długości 203 mm umiesząz-ęo poziomo na warstwie stoinnkcw- obojętnego maeriału z 38 ilundum, ziarno odpowńadające numerowi sita 100 /z Norton Compaan/, który to maatriał był zawarty w tyglu. Wlewek ten przykryto następnie w formie wstępnej posiadającej określoną p-wnercchnię graniczną. Formę wstępną można wykonać konwencjonalnym sposobem odlewania z gęstwy i jest ona wytworzona z zawiesiny zawierającej 47,6% cząstek tlenu glinowego E67 Mundum z Norton Co., ziarno odpowńadające numerowi sita 1000/, 23,Z% glinki kaolinowej /EFK, Georgia Kaolin, 98% poniżej wielkości cząstek 20 yum/ oraz 28,5% wody. Zawiesinę tę wymieszano i wlano do formy z gipsu moOelarskiego maącej żądany kształt geometryczny fomy wstępnej. Formę wstępną tygla odlewano przez około 20 minut, suszono przy temperaturze 90°C i następnie wypalano wstępnie w temperaturze 700°C przez 30 w pcwnetrcu. Formę wstępną pokryto tlei-kiem cyrkonowym, na przykład o ziarnie odpowiadającym numerowi sita 24, przy jej określonej powierzchni granicznej do głębokości w przybliżeniu 76,2 mm. Zestaw taki umieszcc-ęo w piecu /z wennylacją, aby umo01inić przepływ pcwńeerza/, który miał temperaturę ¹⁰00°^{C i e}Γzymⁱę^- tam pirzez ⁹⁶ h, aty ^tworz© leramilcn^{c w}yr^ób ^kompoz^ytowy pokryty wą tlerkou cyrkonowego, która jest inf itl^i^^^^na produktem reakcji utleniania. Warstwa tlenku cyrkonowego wykazuje integralność mechaniczną słabszą niż integralność mechaniczna wyrobu z kompozytu cltaiiccęego. Fo -chł-dceęiu warstwę tlerku lytkoęowego usuwa się przez pis .siłowanie, aby wytworzyć wyrób z kompozytu clΓimilzęego posiadający określoną powierzchnię graniczną utworzoną przez warstwę tlenku cctkoę-nego.