PL158053B1 - Method of manufacturing ceramic formpieces - Google Patents

Abstract

Sposób wytwarzania ksztaltki ceramicznej, znamienny tym, zc na czesc modelowa ksztaltki metalu macierzy- stego naklada sie dostosowujacy sie do ksztaltu material przepuszczajacy gaz, tworzac forme posiadajaca uksztalto- wana powierzchnie, która jest zasadniczo przystajaca do czesci modelowej, przy czym wymieniony material jest przynajmniej na etapie ogrzewania i jego kontynuacji samospajalny przynajmniej w swej strefie wsporczej bezposred- nio przy i zgodnie z uksztaltowana powierzchnia, co prowadzi do uzyskania formy o wystarczajacej wytrzymalosci rozdzielczej dla utrzymywania integralnosci uksztaltowanej powierzchni w warunkach procesu, nastepnie orientuje sie metal macierzysty i zbiornik, tak aby umiescic metal macierzysty w polaczeniu przeplywowo w zbiorniku, przy czym pojemnosc tego zbiornika jest przynajmniej wystarczajaca dla pomieszczenia zasadniczo calego metalu macie- rzystego w postaci roztopionej, kolejno ogrzewa sie metal macierzysty do temperatury powyzej jego temperatury topnienia, ale ponizej temperatury topnienia jego produktu reakcji utleniania i usuwa sie uzyskany w wyniku roztopiony metal macierzysty z formy do zbiornika, aby uzyskac wneke formy, kontynuuje sie ogrzewanie w obecnosci utleniacza w fazie pary i w temperaturze ogrzewania, nastepnie prowadzi sie reakcje roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem, w celu wytworzenia produktu reakcji utleniania, utrzymuje sie przynajmniej czesc produktu reakcji utleniania w styku pomiedzy roztopionym metalem a utleniaczem, aby stopniowo przeciagac roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania i w forme do styku z utleniaczem tak ze produkt reakcji utleniania stale powstaje w formie na powierzchni miedzyfazowej pomiedzy utleniaczem, a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, kolejno kontynuuje sie te reakcje dla spowodowania wzrostu produktu reakcji utlenia nia w styku z uksztaltowana powierzchnia, przez co wytwarza sie ksztaltke ceramiczna, której ksztalt jest okreslony przez ksztalt wneki formy, po czym ksztaltke cera miczna usuwa sie z formy PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kształtek ceramicznych przez hodowanie produktu reakcji utleniania w formie.

Sposób hodowania wyrobów ceramicznych stosowany w wynalazku jest przedstawiony ogólnie w opisie patentowym US nr4713360. Opis ten przedstawia sposób wykorzystania zjawiska utleniania dla hodowania polikrystalicznego produktu reakcji utleniania z metalu macierzystego w podwyższonej temperaturze w obecności utleniacza, przy czym hodowanie to może być wspomagane przez zastosowanie domieszaki lub domieszek dodanych stopowo do metalu macierzystego. Opisany sposób umożliwia wytworzenie wyrobów ceramicznych. Sposób ten ulepszono przez użycie domieszek zewnętrznych podawanych na powierzchnię metalu macierzystego - prekursora jak opisano w zgłoszeniu patentowym US nr 822 999 z 27 stycznia 1986.

Opisy wymienionych tu zgłoszeń patentowych są wyraźnie związane z niniejszym opisem.

Sposób wytwarzania kształtki ceramicznej według wynalazku charakteryzuje się tym, że na część materiałową kształtki metalu macierzystego nakłada się dostosowujący się do kształtu materiał przepuszczający gaz, tworząc formę posiadającą ukształtowaną powierzchnię, która jest zasadniczo przystająca do części modelowej. Następnie wymieniony materiał jest samoistnie samospajalny przynajmniej w swej strefie wsporczej bezpośrednio przy i zgodnie z ukształtowaną powierzchnią, co prowadzi do uzyskania formy o wystarczającej wytrzymałości rozdzielczej dla utrzymywania integralności ukształtowanej powierzchni w warunkach procesu, orientuje się metal macierzysty i zbiornik, tak aby umieścić metal macierzysty w połączeniu przepływowo w zbiorniku, przy czym pojemność tego zbiornika jest przynajmniej wystarczająca dla pomieszczenia zasadniczo całego metalu macierzystego w postaci roztopionej.

Kolejno ogrzewa się metal macierzysty do temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia jego produktu reakcji utleniania i usuwa się uzyskany w wyniku roztopiony metal macierzysty z formy do zbiornika, aby uzyskać wnękę formy, kontynuuje się ogrzewanie w obecności utleniacza w fazie pary i w temperaturze ogrzewania, następnie prowadzi się reakcję roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem, w celu wytworzenia produktu reakcji utleniania, utrzymuje się przynajmniej część produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy roztopionym metalem a utleniaczem, aby stopniowo przeciągać roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania i w formę do styku z utleniaczem, tak że produkt reakcji utleniania stale powstaje w formie na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania. Kolejno kontynuuje się tę reakcję dla spowodowania wzrostu produktu reakcji utleniania w styku z ukształtowaną powierzchnią, przez co wytwarza się kształtkę cerami4 158 053 cziną, której kształt jest określony przez kształt wnęki formy, po czym kształtkę cermiczną usuwa się z formy.

Według wynalazku przynajmniej część materiału stosowanego dla utworzenia ukształtowanej powierzchni zawiera materiał przegrody, przez, co uniemożliwia się wzrost produktu reakcji utleniania przy tej ukształtowanej powierzchni.

Materiał przepuszczający gaz zawiera wypełniacz, który jest przepuszczalny dla produktu reakcji utleniania przez niego i prowadzi się wzrost produktu reakcji utleniania poza ukształtowaną powierzchnię i w wypełniacz, aby objąć przynajmniej część wypełniacza produktem reakcji utleniania, przez co kształtka ceramiczna zawiera wewnętrzną część, której kształt jest określony przez kształt wnęki formy i zewnętrzną część kompozytową obejmującą wypełniacz.

Metal macierzysty wybranyjest z grupy złożonej z aluminium. krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu, korzystnie jako metal macierzysty stosuje się aluminium.

Jako utleniacz stosuje się gaz zawierający tlen. Jako utleniacz stosuje się powietrze.

Metal macierzysty ogrzewa się w temperaturze od 850°C do 1450°C.

W sposobie według wynalazku stosuje się metal macierzysty z domieszką, przy czym metal macierzysty i zbiornik orientuje się przez przepływ grawitacyjny metalu przez zbiornik. Umieszcza się usuwalną podporę w zbiorniku i w etapie orientowania metalu macierzystego i zbiornika wspiera się metal macierzysty na tej podporze, przy czym temperatura ogrzewania jest wystarczająca dla odparowania usuwalnej podpory, co umożliwia wyparcie usuwalnej podpory przez roztopiony metal macierzysty, który wchodzi do zbiornika.

W etapie orientowania metalu macierzystego i zbiornika umieszcza się metal macierzysty na ogniotrwałej podporze, która ma takie wymiary i kształt, aby była otwarta zarówno dla przepływu roztopionego metalu macierzystego z formy do zbiornika jak i dla wzrostu produktu reakcji utleniania ze zbiornika we wnękę formy.

Według wynalazku nakłada się materiał przegrody na powierzchnię wypełniacza usytuowaną naprzeciw ukształtowanej powierzchni, przez co uniemożliwia się wzrost produktu reakcji utleniania przy materiale przegrody.

Wprowadza się czynnik spajający w materiał przepuszczalny dla gazu przynajmniej w jego strefie wsporczej.

Stosuje się materiał przegrody zawierający gips modelarski, cement portlandzki, krzemian wapnia i ich mieszaniny.

Jako metal macierzysty stosuje się aluminium, jako utleniacz gaz zawierający tlen, a ponadto stosuje się domieszkę w połączeniu z metalem macierzystym.

Wypełniacz w sposobie według wynalazku zawiera materiał wybrany z grupy złożonej z granulek, cząstek, proszków, włókien, wiskerów, agregatów, płatków, rurek, tkaniny z włókien ogniotrwałych, kanalików lub ich mieszanin.

Według innej odmiany wynalazku przynajmniej część przepuszczalnego materiału użytego dla utworzenia ukształtowanej powierzchni zawiera materiał przegrodowy uniemożliwiający wzrost produktu reakcji utleniania przy ukształtowanej powierzchni. Ponadto metal macierzysty jest wspierany nad pojemnikiem i w połączeniu przepływowym z nim, na przykład z grawitacyjnym połączeniem przepływowym, na przykład przez umieszczenie ukształtowanego metalu macierzystego na odpowiedniej podporze. Szczególnie przydatna jest usuwalna podpora umieszczona w pojemniku. Podczas ogrzewania, jak również wtedy, gdy roztopiony metal macierzysty styka się z usuwalną podporą, podpora ta paruje, tak że wejście roztopionego metalu w pojemnik powoduje wyparcie usuwalnej podpory. Alternatywnie podpora może być podporą ogniotrwałą, która jest zwymiarowana i ukształtowana tak, że jest otwarta -zarówno dla przepływu roztopionego metalu macierzystego z formy do pojemnika, jak i dla wzrostu produktu reakcji utleniania z pojemnika we wnękę formy.

Następujące określenia zastosowane tu i w zastrzeżeniach mają podane poniżej znaczenia.

„Ceramiczny nie ogranicza się tylko do wyrobu ceramicznego w sensie klasycznym, to znaczy w tym sensie, że składa się ona całkowicie z materiałów niemetalicznych i nieorganicznych, ale raczej odnosi do wyrobu, który jest głównie ceramiczny pod względem albo składu, albo dominujących właściwości, chociaż wyrób ten może zawierać niewielkie lub znaczne ilości jednego lub kilku składników metalicznych pochodzących z metalu macierzystego lub zredukowanych z utleniacza

158 053 5 lub domieszki, najbardziej typowo w zakresie 1-40% objętościowych, ale może zawierać jeszcze więcej metalu.

„Produkt reakcji utleniania ogólnie oznacza jeden lub kilka metali w stanie utlenionym, kiedy metal oddał swe elektrony lub podzielił się nimi z innym pierwiastkiem, związkiem lub ich kombinacją. Według tej definicji „produkt reakcji utleniania zawiera produkt reakcji jednego lub kilku metali z utleniaczem takim jak opisane w tym zgłoszeniu.

„Utleniacz w fazie pary (lub po prostu „utleniacz) oznacza jeden lub kilka odpowiednich akceptorów elektronów, które są gazem (parą) w warunkach procesu.

„Metal macierzysty odnosi się do tego metalu, na przykład aluminium, który jest prekursorem polikrystalicznego produktu reakcji utleniania i zawiera ten metal jako stosunkowo czysty metal, metal dostępny w handlu z zanieczyszczeniami i/lub składnikami stopowymi lub stop, w którym ten metal - prekursor jest głównym składnikiem. Kiedy o danym metalu mówi się jako o metalu macierzystym, na przykład aluminium, należy to rozumieć zgodnie z tą definicją, chyba że z kontekstu wynika inaczej.

Wynalazek jest dokładniej opisany na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia fazę pośrednią w nakładaniu przepuszczalnego materiału na ukształtowany metal macierzysty, co jest jednym z etapów sposobu zgodnie z jednym przykładem wykonania wynalazku, w widoku perspektywicznym, fig. 2 - zestaw według jednego przykładu wykonania przedmiotowego wynalazku zawierający ukształtowany metal macierzysty pokryty przepuszczalnym materiałem i wsparty nad pojemnikiem, w widoku z boku z częściowym przekrojem, fig. 2A - zestaw z fig. 2 w przekroju wzdłuż linii A-A z fig. 2, fig. 3 - dalszy etap sposobu według wynalazku w widoku analogicznym jak na fig. 2, fig. 4 - inny przykład realizacji wynalazku w widoku analogicznym jak na fig. 2, a fig. 5.przedstawia kształtkę ceramiczną wytworzoną przy użyciu zestawu z fig. 4 i zawierającą segment wewnętrzny oraz zewnętrzny segment kompozytowy złożony w osnowy obejmującej wypełniacz, w przekroju.

Na figurze 1 pokazano kształtkę 10 z metalu macierzystego, która ma zasadniczo kształt cylindryczny (ale może mieć inny odpowiedni kształt) i ma pierścieniowe pole 12 przebiegające wokół obwodu bliżej powierzchni końcowej 14 niż powierzchni końcowej 16. Główna cylindrycznie ukształtowana powierzchnia metalu macierzystego 10 oznaczona jest jako 18. Powierzchnia końcowa 14, cylindrycznie ukształtowana powierzchnia 18 i powierzchnie pierścieniowego pola 12 tworzą wspólnie część modelową kształtki metalu macierzystego 10. Powierzchnia końcowa 16 stanowi część niemodelową kształtki metalu macierzystego 10'.

Na figurze 1 w przybliżeniu połowa długości części modelowej kształtki metalu macierzystego 10 pokazana jest w nałożonym na nią przepuszczalnym materiałem 20 dostosowującym się do kształtu. Jak zastosowano tu i w zastrzeżeniach określenie „przepuszczalny odnoszące się do materiału 20 oznacza, że materiał ten i otrzymany z niego człon ustalający 20' opisany poniżej są przepuszczalne dla przechodzenia utleniacza w fazie pary, takiego jak powietrze. Nakładanie przepuszczalnego materiału 20 kontynuuje się, aż cała część modelowa kształtki metalu macierzystego 10 zostanie pokryta przepuszczalnym materiałem do żądanej grubości z pozostawieniem nie¹ pokrytej tylko niemodelowej części utworzonej przez powierzchnię końcową 16. Przepuszczalny· materiał 20 jest nakładany na część modelową kształtki metalu macierzystego 10 tak, aby utworzyć w materiale 20 ukształtowaną powierzchnię 20a (fig. 2), która kiedy metal macierzysty 10 zostanie usunięty jak opisano poniżej z formy 20' (fig. 2 i 3) otrzymanej przez utwardzenie lub zestalenie przepuszczalnego materiału 20, będzie tworzyć formę 22 (fig. 3), której wnęka odwzorowuje część modelową. Po pokryciu całej części modelowej (to znaczy powierzchni 14, 18 i powierzchni pierścieniowego pola 12) przepuszczalnym materiałem 20 umożliwia się zestalenie tego materiału lub utwardzenie w inny sposób przez obróbkę taką jak ogrzewanie lub wypalanie, by spiec lub spoić samoistnie przepuszczalny materiał 20. Przykładowo materiał przepuszczalny 20 może zawierać materiał przegrody, taki jak gips modelarski, zawierający palny materiał organiczny lub mieszaninę takiego gipsu modelarskiego i krzemianu wapnia, która po zestaleniu i następnie ogrzanu jest przepuszczalna dla powietrza lub utleniacza gazowego. Przepuszczalny materiał 20 może również zawierać cząstkowy materiał wypełniacza zmieszany z odpowiednim spoiwem dla zapewnienia wytrzymałości w stanie surowym, który jest nakładany na część modelową i przywiera do niej, a następnie jest utwardzany lub zestalany, aby wytworzyć formę 20', jak pokazano na fig. 2 i 3.

158 053

Przepuszczalny materiał 20 lub przynajmniej jego część, która będzie tworzyć strefę wsporczą formy 20' oznaczoną linią przerywaną 24 na fig. 2 jest materiałem samoistnie samospajalnym. W konsekwencji po roztopieniu kształtki metalu macierzystego 10 i usunięciu jej z formy 20' forma ta lub przynajmniej jej część wsporcza 24, która tworzy ukształtowaną powierzchnię 20a, zachowuje swą integralność strukturalną. Cala forma 20' może być wykonana z takiego samoistnego samospajalnego materiału lub ewentualnie tylko wewnętrzna strefa musi być wykonana z takiego materiału samospajalnego. Przykładowo pierwsza warstwa przepuszczalnego materiału, która tworzy wnętrze formy, jest samoistnie samospajalna, a po niej następuje druga lub zewnętrzna warstwa przepuszczalnego materiału, która nie musi być samoistnie samospajalna. Jak zastosowano tu i w zastrzeżeniach określenie „samoistnie samospajalna oznacza po prostu, że materiał będzie zachowywać wystarczającą integralność strukturalną w warunkach procesu przy ogrzewaniu dla roztopienia kształtki metalu macierzystego 10 i usunięcie jej z formy 20 oraz dla utlenienia roztopionego metalu, by umożliwić wzrost produktu reakcji utleniania w formę 22 (fig. 3). Ukształtowana powierzchnia 20a będzie więc inaczej mówiąc zachowywać swój kształt i nie będzie zapadać się, uginać lub opadać w warunkach procesu.

W niektórych przykładach realizacji wynalazku przepuszczalny materiał 20 jako wypełniacz jest aglomerowany lub kształtowany z odpowiednim nośnikiem lub spoiwem, które po ogrzaniu w celu roztopienia metalu macierzystego 10 będzie parować. Pozostający wypełniacz, przynajmniej wypełniacz w strefie wsporczej oznaczonej linią przerywaną 24 na fig. 2, spieka się luźno lub spaja w celu zapewnienia wystarczającej wytrzymałości rozdzielczej formy 2®, by zachować integralność jej ukształtowanej powierzchni 20a.

Odpowiedni pojemnik, naczynie lub łódka oznaczona ogólnie jako 26 stanowi ogniotrwałe lub metalowe naczynie 28, w którym zawarte jest złoże ustalające 30. Złoże ustalające 30 ma wykonane na nim cylindryczne zagłębienie 32, którego objętość wystarcza dla pomieszczenia całej ilości roztopionego metalu wytworzonej przez roztopienie kształtki metalu macierzystego 10. Złoże ustalające 30 może zawierać materiał cząstkowy, który jest obojętny w warunkach procesu dla reakcji utleniania roztopionego metalu macierzystego. Przykładowo przy temperaturze procesu 1250°C, kiedy jako metal macierzysty stosuje się stop aluminium, a jako utleniacz stosuje się powietrze, ziarnisty materiał El Alundum dostarczany przez firmę Norton Company jest odpowiednim złożem ustalającym. Oznacza to, że produkt reakcji utleniania otrzymany przez utlenienie roztopionego metalu macierzystego nie będzie przenikać w złoże ustalające 30 i że reakcja utleniania nie będzie przebiegać poprzez złoże 30. Zagłębienie 32 jako pojemnik na roztopiony metal może być wytworzone w złożu ustalającym 30 przez aglomerację cząstek złoża ustalającego 30 lub jak pokazano na fig. 2 przez zastosowanie odpowiednio ukształtowanego i ogniotrwałego konstrukcyjnego członu ustalającego 34 takiego jak rura ze stabilizowanego tlenku cyrkonowego, tlenku glinowego itp. Człon ustalający 34 może być perforowany dla celów, które zostaną opisane poniżej.

Usuwalny człon wsporczy 36 umieszczony jest wewnątrz rurowego członu ustalającego 34 i rozciąga się od dna do góry zagłębienia 32 jak pokazano na fig. 2. Jak pokazano na fig. 2A usuwalny człon wsporczy 35, który może zawierać uformowany materiał organiczny, który będzie parować po roztopieniu kształtki metalu macierzystego, ma w przekroju poprzecznym kształt krzyża. Należy zauważyć, że podpora może mieć dowolny odpowiedni kształt, albo też może stanowić zasadniczo lity korpus. Człon wsporczy 36 służy do wspierania ciężaru kształtki metalu macierzystego 10, kiedy kształta ta i forma 20' są umieszczone na górnej powierzchni (jak pokazano na fig. 2) złoża ustalającego 30, przy czym kształtka z metalu macierzystego 10 jest usytuowana współosiowo z cylindrycznym zagłębieniem 32.

Należy zauważyć, że pewne podparcie dla kształtki metalu macierzystego 10 może być konieczne, aby uniemożliwić jej wypadnięcie z formy 20' pod własnym ciężarem, co mogłoby zniszczyć lub uszkodzić powierzchnię 20a i spadnięcie w zagłębienie 32. To wszystko jest bardziej prawdopodobne, jeżeli forma 20'jest wykonana z materiału mającego tylko wytrzymałość w stanie surowym, który nie będzie całkowicie utwardzony zanim nie zostanie ogrzany do podwyższonej temperatury. W przykładzie realizacji orientowanie kształtki metalu macierzystego 10 z pojemnikiem 26 przeprowadza się przez umieszczenie kształtki metalu macierzystego 10 na usuwalnej podporze 36. Należy zauważyć, że można zastosować inne środki dla wspierania kształtki metalu macierzystego 10. Przykładowo rurowy człon ustalający 34 może być wykonany z odpowiednio wytrzymałego

158 053

Ί materiału ogniotrwałego, np. może stanowić rurkę o grubości ścianki wystarczająco dużej dla wspierania ciężaru ks ecaltki metalu macierzystego 10 i formy 20'. Taki rurowy człon ustalający ma wewnętrzną średnicę nieco mniejszą niż średnica kształtki metalu macierzystego 10 tak, że metal macierzysty opiera się na obwodowej krawędzi członu ustalającego, przez co uzyskuje się podpieranie metalu i eliminuje się konieczność stosowania usuwalnego członu wsporczego 36. Rurowy człon ustalający, ponieważ jest ogniotrwały, służy jako użyteczny człon wsporczy.

Zestaw z fig. 2 ogrzewa się np. przez umieszczenie w piecu z wentylacją aby umożliwić przepływ przez ten piec powietrza jako utleniacza.

Po ogrzaniu zestawu do zakresu temperatury powyżej temperatury topnienia metalu macierzystego, ale poniżej temperatury topnienia produktu reakcji utleniania, który powstaje z niego, kształtka metalu macierzystego 10 topi się i metał wpływa w zagłębienie lub pojemnik 32, przez co następuje opróżnienie formy 20' i pozostaje ukształtowana wnęka 22 formy (fig. 3). Usuwalny człon wsporczy 36 jest spalany lub odparowywany, korzystnie gdy roztopiony metal styka się z podporą, a pary uchodzą poprzez rurowy człon ustalający 34 i w złoże ustalające 30 oraz do atmosfery. W ten sposób roztopiony metal macierzysty wypiera usuwalny materiał wsporczy. Usuwalne materiały wsporcze, które mogą być stosowane w przedmiotowym wynalazku, obejmują te materiały, które były stosowane przy konwencjonalnych sposobach odlewania. Chociaż dla pewnych przykładów realizacji odpowiednie są różne usuwalne woski lub mieszaniny wosków, korzystne są spienione tworzywa sztuczne i pianki. Korzystne jest stosowanie jako materiałów, z których wykonywane są usuwalne podpory, polistyrenów, polietylenów i poliuretanów.

Usuwalna podpora może być kształtowana z takich materiałów konwencjonalnymi procesami, które obejmują formowanie wtryskowe, kształtowane przez dmuchanie, wytłaczanie, odlewanie, obróbkę skrawaniem itp. Aktualnie korzystne jest formowanie wtryskowe dla wytwarzania dużej liczby usuwalnych podpór. Kształtowanie przez wydmuchiwanie może być korzystne w pewnych przypadkach ze względu na zdolność do wytwarzania wydrążonych podpór usuwalnych. Kształtowanie przez wydmuchiwanie może być szczególnie pożądane, ponieważ często zmniejsza do minimum ilość usuwalnego materiału potrzebnego na daną podporę, przez co ułatwione jest szybsze opróżnianie zagłębienia 32.

Roztopiony metal macierzysty otrzymany przez roztopienie kształtki metalu macierzystego 10 może wypełniać lub prawie wypełniać zagłębienie 30. Podczas tej fazy roztapiania może być pożądane uniemożliwienie utleniania roztopionego metalu macierzystego w formie 20'. Jeżeli tak jest, piec może mieć atmosferę obojętną lub nieutleniającą (w stosowanych warunkach), taką jak argon lub azot. Alternatywnie forma 20' może być tymczasowo zamknięta w wyjmowanym, nieprzepuszczalnym pojemniku, takim jak pojemnik ze stali nierdzewnej luźno dopasowany do zewnętrznej strony formy 20'. Kiedy roztopiony metal macierzysty znajduje się wewnątrz zagłębienia 32, wówczas utlenianie roztopionego metalu macierzystego (po wprowadzeniu atmosfery utleniającej, jeżeli jej jeszcze nie ma) odbywa się i wzrost produktu reakcji utleniania rozpoczyna się od roztopionego metalu macierzystego zawartego w zagłębieniu 32 do góry we wnękę 22 (fig. 3) formy 20'.

Jak opisano w wymienionym wyżej opisie patentowym US nr 4713 360 ogrzewanie metalu macierzystego, na przykład aluminium, w obecności utleniacza w fazie pary, na przykład powietrza, do podanego zakresu temperatury powyżej temperatury topnienia metalu macierzystego, ale poniżej temperatury topnienia jego produktu reakcji utleniania powoduje, że roztopiony metal macierzysty reaguje z utleniaczem w fazie pary, aby powstał produkt reakcji utleniania. Powstawanie tego produktu będzie odbywać się na wierzchu roztopionego metalu macierzystego w pojemniku 26. Produkt reakcji utleniania jest więc otrzymywany w styku z i rozciąga się pomiędzy roztopionym metalem macierzystym poniżej niego a utleniaczem w fazie pary powyżej niego; aby progresywnie przeciągać roztopiony metal z roztopionego metalu poprzez produkt reakcji utleniania i do wnętrza wnęki 22 formy. Produkt reakcji utleniania powstaje zatem ciągle na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem w fazie pary, a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania.

Na figurze 3 strzałkami bez oznaczenia cyfrowego pokazano penetrację utleniacza w fazie pary poprzez przepuszczalną formę 20' i do styku z powierzchnią rosnącego produktu reakcji utleniania

158 053

38. W ten sposób następuje ciągłe powstawanie dodatkowego produktu reakcji utleniania na powierzchni międzyfazowej 40d pomiędzy utleniaczem w fazie pary, a poprzednio utworzonym produktem reakcji utleniania 38. Wcześniejsze etapy wzrostu produktu reakcji utleniania 38 pokazano liniami przerywanymi 40a, 40b i 40c. Roztopiony metal macierzysty został zubożony przez wytworzenie produktu reakcji utleniania 38 i jest w środku wydrążony, jak pokazano liniami przerywanymi 42 na fig. 3. Roztopiony metal jest ciągle przeciągany do góry wzdłuż boków zagłębienia 32 i poprzez produkt reakcji utleniania 38 do powierzchni międzyfazowej 40d dopóki utrzymywane są warunki reakcji i dopóki wnęka 22 formy nie zostanie wypleniona produktem reakcji i dopóki wnęka 22 formy nie zostanie wypełniona produktem reakcji utleniania. Forma 20' może być wykonana z materiału przegrodowego, dzięki czemu ukształtowana powierzchnia 20 uniemożliwia dalszy wzrost produktu reakcji utleniania, tak że kształt wyrobu ceramicznego złożonego z produktu reakcji utleniania jest określony przez kształt ukształtowanej powierzchni 20a.

Przegrodę opisaną w opisie patentowym PL nr P 265 520 można używać jako materiał przepuszczalny w celu uniemożliwienia wzrostu lub rozwoju produktu reakcji utleniania przy ukształtowanej powierzchni tworzącej wnękę formy. Przegroda taka ułatwia tworzenie wyrobu ceramicznego w granicach określonych przez wnękę formy. Odpowiednią przegrodą może być dowolny materiał, związek, pierwiastek, mieszaniny itp., która w warunkach sposobu według wynalazku utrzymuje swą integralność, nie jest lotna i jest przepuszczalna dla utleniacza w fazie pary, a równocześnie jest zdolna do lokalnego uniemożliwiania, utrudniania, powstrzymywania, przeszkadzania, zapobiegania itp. ciągłemu wzrostowi produktu reakcji utleniania. Przegrody takie, na przykład w przypadku stosowania aluminium jako metalu macierzystego i powietrza jako utleniacza, obejmują siarczan wapnia (gips modelarski), krzemian wapnia i cement portlandzki oraz ich mieszaniny. Te materiały przegrodowe mogą również zawierać odpowiedni materiał palny lub lotny, który jest eliminowany po nagrzaniu, albo też materiał, który rozkłada się po ogrzaniu, w celu zwiększenia porowatości i przepuszczalności przegrody dla utleniacza w fazie paty. Ponadto przegroda może zawierać odpowiedni ziarnisty materiał ogniotrwały, aby zmniejszyć ewentualny skurcz lub pękanie, które w przeciwnym przypadku mogłoby nastąpić podczas procesu po ogrzaniu.

W jednym korzystnym przykładzie realizacji wynalazku przegroda zawiera mieszaninę siarczanu wapnia (to znaczy gipsu modelarskiego) i cementu portlandzkiego lub krzemianu wapnia. Cement portlandzki lub krzemian wapnia może być zmieszany z gipsem modelarskim w stosunku 10:1 do 1:10, przy czym korzystny stosunek cementu portlandzkiego do gipsu modelarskiego wynosi około 1:3, a krzemianu wapnia do gipsu modelarskiego wynosi około 1:1. Jeżeli jest to pożądane, cemenet portlandzki może być stosowany sam jako materiał przegrody.

Inny korzystny przykład wykonania, kiedy stosuje się metale macierzyste na bazie aluminium, zawiera gips modelarski zmieszany z krzemionką, korzystnie w ilości stechiometrycznej, ale może być pewien nadmiar gipsu modelarskiego. Podczas procesu gips modelarski i krzemionka reagują tworząc krzemian wapnia, co w wyniku daje szczególnie korzystną przegrodę, ponieważ jest ona zasadniczo pozbawiona szczelin. W jeszcze innym przykładzie wykonania gips modelarski jest zmieszany z 25-40% wagowych węglanu wapnia. Po ogrzaniu węglan wapnia rozkłada się i wydziela dwutlenek węgla, przez co zwiększa się porowatość, a zatem i przepuszczalność przegrody. Jeżeli trzeba, ilość roztopionego metalu macierzystego w zagłębieniu 32 można uzupełniać ze zbiornika roztopionego metalu macierzystego, na przykład poprzez rurę lub przewód przechodzący przez złoże ustalające 30 i dołączony do otworu w członie ustalającym 34 dla przepływu uzupełniającego roztopionego metalu macierzystego we wgłębienie 32. Takie uzupełnianie zapasu roztopionego metalu macierzystego w zagłębieniu 32 może pomóc w pewnych przypadkach w ułatwieniu wzrostu produktu reakcji utleniania, jak również może pomóc we wspieraniu produktu reakcji utleniania 38 we wnęce 22 formy. Jednakże, nawet jeżeli takiego sposobu uzupełniania ze zbiornika (który jest opisany w zgłoszeniu patentowym PL nr P 267 680) nie stosuje się, produkt reakcji utleniania 38 będzie mieć tendencję do utrzymywania się we wnęce 22 formy 2®', ponieważ jest wzrost do styku z ukształtowaną powierzchnią 20a zapewnia „dobre dopasowanie¹* nawet jeśli powierzchnię 20a stanowi materiał przegrody. Ponadto konfiguracja wnęki 22 formy, na przykład zastosowanie pierścieniowo ukształtowanej komory odpowiadającej polu 12 kształtki metalu

158 053 9 macierzystego 10 (fig. 1) będzie wykazywać tendencję do mechanicznego przytrzymywania produktu reakcji utleniania 38 na miejscu.

Kiedy wzrost produktu reakcji utleniania 38 zasadniczo całkowicie wypełni wnękę 22 formy, zestaw pozostawia się do ochłodzenia i otrzymany wyrób ceramiczny, który ma kształt nadany mu przez wzrost do ukształtowanej powierzchni 20a wnęki 22 formy, ale nie poza nią, otrzymuje się przez zniszczenie i usunięcie formy 20'. Otrzymany wyrób ceramiczny będzie mieć kształt zasadniczo identyczny jak kształt kształtki metalu macierzystego 10 pokazanej na fig. 1. Wyrób ceramiczny można ciąć lub skrawać wzdłuż jej powierzchni zasadniczo odpowiadającej powierzchni końcowej 16 kształtki metalu macierzystego 10 w celu usunięcia przywierającego, zakrzepłego metalu macierzystego albo też wszelkich występów z produktu reakcji utleniania.

Jak opisano w wymienionym poprzednio w opisie patentowym US nr 4713 360 otrzymany wyrób ceramiczny złożony jest z polikrystalicznego produktu reakcji utleniania i może mieć j złączone lub odizolowane składniki metaliczne, łącznie przykładowo z nieutlenionymi składnikami I metalu macierzystego. Może również zawierać puste przestrzenie lub pory.

Należy zauważyć, że znaczną zaletą sposobu według wynalazku jest fakt, że ukształtowany metal macierzysty o dowolnym pożądanym kształcie można łatwo wykonać dowolnym odpowiednim sposobem. Przykładowo kawałek metalu taki jak pręt, kęs lub wlewek można obrabiać skrawaniem, albo też metal można odlewać, formować, wytłaczać lub inaczej kształtować, by uzyskać kształtkę metalu macierzystego. W kształtce tej mogą być wykonane rowki, otwory, wgłębienia, pola, nadlewy, kołnierze, występy, gwinty, itp. i/lub pierścienie, tuleje, tarcze, pręty itp., mogą być montowane z tą kształtką, aby uzyskać żądaną ukształtowaną bryłę z metalu macierzystego. Należy zauważyć, że łatwiej jest tak obrabiać i/lub montować części metalowe niż wykonywać żądaną kształtkę ceramiczną, szczególnie jeśli żądany kształt jest skomplikowany.

Na figurze 4 pokazano alternatywny przykład wykonania wynalazku, gdzie zastosowano pojemnik 26' identyczny jak pojemnik 26 z fig. 2 i gdzie forma 44 zawiera część wewnętrzną 46 i część zewnętrzną 48. Część wewnętrzna 46 jest utworzona przez pierwszy przepuszczalny, dostosowujący się pod względem kształtu materiał nałożony na kształtkę metalu macierzystego 10', aby uzyskać ukształtowaną powierzchnię 44a formy 44. Wewnętrzna część 46 zawiera odpowiedni wypełniacz zmieszany z odpowiednim nośnikiem lub spoiwem, aby umożliwić nakładanie wynikowego zaglomerowanego wypełniacza na kształtkę z metalu macierzystego 10'. Kiedy wewnętrzna część 46 stwardnieje lub zestali się, nakłada się na nią drugą warstwę przepuszczalnego materiału dostosowującego się pod względem kształtu, aby utworzyć część zewnętrzną 48, która może przykładowo zawierać mieszaninę gipsu modelarskiego i krzemianu wapnia, a zatem może służyć jako materiał przegrodowy. Zarówno zaglomerowany wypełniacz stanowiący część wewnętrzną 46, jak i materiał przegrodowy stanowiący część zewnętrzną 48 są przepuszczalne, aby umożliwić przechodzenie przez nie utleniacza w fazie pary. Wypełniacz części wewnętrznej 46 lub przynajmniej jego strefa wsporcza odpowiadająca strefie wsporczej zaznaczonej linią przerywaną 24 na fig. 2 jest samoistnie samospajalna, tak że po ogrzaniu i utracie lub odparowaniu spoiwa cząstki wypełniacza spajają się zapewniając wystarczającą wytrzymałość rozdzielczą, by zachować integralność ukształtowanej powierzchni 44a, gdy metal macierzysty 10' topi się i przepływa w zbiornik 26'.

Po wzroście produktu reakcji utleniania w sposób identyczny jak przedstawiony i opisany w. odniesieniu do fig. 3, rosnący produkt reakcji utleniania będzie infiltrować i obejmować wypełniacz części wewnętrznej 46 i będzie rosnąć do powierzchni wewnętrznej 48a części zewnętrznej 48. Zgłoszenie patentowe PL nr P 257 812 opisuje, że wzrost materiału polikrystalicznego uzyskiwanego przez utlenianie metalu macierzystego może być skierowany w przepuszczalny wypełniacz, który jest infiltrowany i obejmowany rosnącym materiałem polikrystalicznym, aby uzyskać kompozyt ceramiczny. Wypełniacz może zawierać różne materiały ogniotrwałe i/lub nieogniotrwałe materiały ziarniste, włókniste i inne materiały łącznie z wypełniaczami ceramicznymi. Wynikowe materiały kompozytowe zawierają gęstą osnowę z ceramicznego polikrystalicznego produktu reakcji utleniania obejmującego wypełniacz. Wypełniacz stanowi albo luźne, albo spojone pole lub układ materiałów, który ma odstępy, otwory, przestrzenie pośrednie itp., aby był przepuszczalny zarówno dla utleniacza w fazie pary, jak i dla wzrostu produktu reakcji utleniania poprzez niego. Wewnętrzna powierzchnia 48a przegrody utworzonej przez część zewnętrzną 48 będzie uniemożliwiać dalszy wzrost produktu reakcji utleniania i po zakończeniu wzrostu i ochłodzeniu zestawu

158 053 wyrób ceramiczny otrzymuje się przez usunięcie lub zniszczenie części zewnętrznej 48. Końcowy wyrób ceramiczny 50 przedstawiony jest na fig. 5 i zawiera on część wewnętrzną 52 i część zewnętrzną 54. Część wewnętrzna 52 stanowi tak zwaną ceramikę „hodowaną w powietrzu, to znaczy ceramikę, która wyrosła nie w wypełniacz lecz w objętość lub przestrzeń zajmowaną tylko przez powietrze lub inny utleniacz w- fazie pary. Część wewnętrzna 52 nie zawiera więc objętego nią wypełniacza. Część zewnętrzna 54 zawiera kompozyt ceramiczny, to znaczy materiał ceramiczny obejmuje wypełniacz, który może zawierać przykładowo cząstki ceramiczne, wiskery itp. Tam gdzie jest to pożądane zestaw może być taki, że wzdłużne czoło pierścieniowego pola przebiega zgodnie z zewnętrzną powierzchnią części wewnętrznej 46 lub wystaje nieco poza nią. W ten sposób wzdłużne czoło w wyrobie jest odsłonięte, dzięki czemu uzyskuje się właściwości zużycia powierzchni różniące się od reszty powierzchni zewnętrznych.

Jak wyjaśniono w zgłoszeniach patentowych tego samego właściciela dodanie materiałów domieszkujących do metalu macierzystego może wpływać korzystnie lub wspomagać proces reakcji utleniania. Funkcja lub funkcje domieszek mogą zależeć od pewnej liczby czynników innych niż sam materiał domieszkujący. Czynniki te obejmują przykładowo określony metal macierzysty, żądany produkt końcowy, określoną kombinację domieszek, kiedy stosuje się dwie lub więcej domieszek, stężenie domieszki, środowisko utleniające i warunki procesu. Przykładowo pewne domieszki wymagają obecności innych domieszek, aby działały skutecznie.

Domieszkę lub domieszki można stosować jako składniki stopowe metalu macierzystego albo też podawać na zewnętrzną powierzchnię kształtki metalu macierzystego, korzystnie w postaci cząstek lub proszku. Kiedy stosuje się materiał wypełniacza taki jak opisano w nawiązaniu do fig. 4, wówczas odpowiednie domieszki można stosować lub mieszać z wypełniaczem lub częścią wypełniacza, albo też odpowiedni wypełniacz może stanowić domieszkę. W przypadku sposobu, gdzie domieszkę lub domieszki podaje się do wypełniacza, podawanie takie można realizować w dowolny odpowiedni sposób, na przykład przez dyspergowanie domieszek w części lub w całości wypełniacza w postaci powłok lub w postaci ziarnistej, korzystnie z zawartością domieszki przynajmniej w części wypełniacza sąsiadującej z metalem macierzystym. Podawanie domieszek do wypełniacza może również odbywać się przez wprowadzanie warstwy jednego lub kilku materiałów domieszkujących do złoża, przy czym warstwa ta zawiera wewnętrzne otwory, odstępy, przejścia, przestrzenie pośrednie itp., które czynią ją przepuszczalną. Korzystnym sposobem stosowania materiału domieszkującego jest po prostu namoczenie wypełniacza, który ma być stosowany, w źródle cieczy (na przykład roztwór materiału domieszkującego).

Źródło domieszki może być również zapewnione przez umieszczenie sztywnej bryły domieszki w styku z i pomiędzy przynajmniej częścią materiału wypełniacza a kształtką metalu macierzystego. Przykładowo cienki arkusz szkła zawierającego krzemionkę (użyteczne jako domieszka dla utleniania aluminiowego metalu macierzystego) można umieścić na powierzchni kształtki metalu macierzystego i na przepuszczalnym dla gazu, dostosowującym się do kształtu materiale nałożonym na nią. Dodatkowo lub alternatywnie jedną lub kilka domieszek można podawać zewnętrznie na powierzchnię kształtki metalu macierzystego. Dodatkowo domieszki stosowane w metalu macierzystego mogą być wspomagane przez domieszki stosowane poprzednio wymienionymi sposobami. Tak więc wszelkie braki stężenia domieszek stopowych w metalu macierzystym można uzupełnić przez dodatkowe stężenie odpowiedniej domieszki lub domieszek podawanych tymi alternatywnymi sposobami lub vice versa.

Użyteczne domieszki dla aluminiowego metalu macierzystego, zwłaszcza z powietrzem jako utleniaczem, obejmują przykładowo magnez i cynk, zwłaszcza w kombinacji z innymi domieszkami jak opisano poniżej. Metale te lub odpowiednie źródło tych metali mogą być wprowadzane stopowo w metal macierzysty na bazie aluminium ze stężeniami dla każdego z nich 0,1-10% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru wynikowego metalu domieszkowanego. Stężenie każdej domieszki będzie zależeć od takich czynników jak kombinacja domieszek i temperatura procesu. Stężenia w odpowiednim zakresie wydają się inicjować wzrost ceramiczny, wspomagać transport metalu i wpływać korzystnie na morfologię wzrostu wynikowego produktu reakcji utleniania.

Inne domieszki, które są skuteczne przy wspomaganiu wzrostu polikrystalicznego produktu reakcji utleniania dla systemów z metalem macierzystym na bazie aluminium to przykładowo

158 053 11 krzem, german, cyna i ołów, zwłaszcza gdy są stosowane w połączeniu z magnezu lub cynkiem'. Jedną lub kilka z tych innych domieszek lub odpowiednie ich źródło wprowadza się stopowo w system aluminiowego metalu macierz.ystego ze stężeniami dla każdej z nich 0,5 -15% wagowych całości stopu. Jednakże bardziej pożądaną kinetykę wzrostu i morfologię wzrostu otrzymuje się przy stężeniach domieszek w zakresie 1-10% wagowych całości stopu metalu macierzystego. Ołów jako domieszkę wprowadza się zwykle stopowo w metal macierzysty na bazie aluminium przy temperaturze przynajmniej 1000°C, aby uwzględnić jego niską rozpuszczalność w aluminium. Jednakże dodanie innych składników stopowych, takich jak cyna, znacznie zwiększa rozpuszczalność ołowiu i pozwala na dodawanie materiału stopowego przy niższej temperaturze.

Dodatkowymi przykładami materiałów domieszkujących użytecznych w aluminiowym metalu macierzystym są sód, lit, wapń, fosfor i itr, które można stosować oddzielnie lub w połączeniu z jednym lub kilkoma innymi domieszkami zależnie od utleniacza i warunków procesu. Sód i lit można stosować w bardzo małych ilościach rzędu części na milion, typowo około 100 - 200 części na milion, a każdy z nich można stosować oddzielnie lub razem, albo też w kombinacji z innymi domieszkami. Pierwiastki ziem rzadkich, takie jak cer, lantan, prazeodym, neodym i samar są również użytecznymi domieszkami, znowu zwłaszcza gdy są stosowane w połączeniu z innymi domieszkami.

Jak zauważono powyżej nie jest konieczne stopowe wprowadzanie materiału domieszkującego w metal macierzysty. Przykładowo jeden lub kilka materiałów domieszkujących można nakładać w postaci cienkiej warstwy na całości lub na części powierzchni metalu macierzystego lub na odpowiedniej powierzchni członu wsporczego. Taką warstwę materiału domieszkującego można nakładać przez malowanie, zanurzanie, sitodruk, naparowywanie lub też inne nakładanie materiału domieszkującego w postaci cieczy lub pasty, albo przez napylanie katodowe, lub po prostu przez osadzanie warstwy ziarnistej domieszki lub cienkiej warstwy lub filmu domieszki w postaci ciała stałego na powierzchi metalu macierzystego lub członu wsporczego. Materiał domieszkujący może, ale nie musi, zawierać albo organiczne, albo nieorganiczne spoiwa, nośniki, rozpuszczalniki i/lub zagęszczacze. Korzystniej materiał domieszkujący podawany jest jako proszek na powierzchnię bryły wsporczej lub metalu macierzystego wraz z klejem lub spoiwem, które będzie eliminowane wraz z bryłą wsporczą podczas procesu. Szczególnie korzystny sposób podawania domieszek polega na zastosowaniu ciekłej zawiesiny domieszek w mieszaninie wody ze spoiwem organicznym natryskiwanej na powierzchnię w celu otrzymania przywierającej powłoki, która ułatwia manipulowanie kształtką metalową lub bryłą wsporczą przed procesem.

Materiały domieszkujące stosowane zewnętrznie zwykle nakłada się na przynajmniej część odpowiedniej powierzchni bryły wsporczej lub metalu macierzystego w postaci równomiernej powłoki. Ilość domieszki jest skuteczna w szerokim zakresie w stosunku do ilości metalu macierzystego, który ma wziąć udział w reakcji, a w przypadku aluminium doświadczenia nii wykazały istnienia ani górnej, ani dolnej granicy. Przykładowo kiedy stosuje się krzem w postaci dwutlenku krzemu podawanego zewnętrznie jako domieszka dla metalu macierzystego aluminium - magnez, przy użyciu powietrza lub tlenu jako utleniacza, ilości tak niewielkie jak 0,00003 g krzemu na gram metalu macierzystego lub około 0,0001 g krzemu na centymetr kwadratowy powierzchni metalu macierzystego, na którą nakłada się domieszkę SIO2, są skuteczne. Stwierdzono również, że strukturę ceramiczną można otrzymać z metalu macierzystego aluminium - krzem stosując powietrze lub tlen jako utleniacz przy użyciu MgO jako domieszki w ilości więksżej niż około 0,0008 g Mg na gram metalu macierzystego, który ma być utleniany i większy niż. około 0,003 g Mg na centymetr kwadratowy powierzchni metalu macierzystego, na którą nakłada się MgO.

Wynalazek jest poniżej zilustrowany przez następujący przykład.

Cylindryczną bryłę z aluminium (stop 380.1 z firmy Belmont Metals o nominalnym składzie wagowym 8-8,5% Si, 2-3% Zn i 0,1% Mg w charakterze czynnych domieszek oraz 3,5% Cu, jak również Fe, Mn i Ni, z tym że rzeczywista zawartość Mg była nieco większa niż. w zakresie 0,17-0,18%) o średnicy 76,2mm i o grubości 12,7mm, z usytuowanym po środku otworem o średnicy 25,4 mm umieszczono na cylindrycznie ukształtowanym, usuwalnym członie wsporczym złożonym ze spienionego, komórkowego polistyrenu o średnicy 88,9 mm i o grubości 9,5 mm, na którym to członie wsporczym nałożona była cienka warstwa dwutlenku krzemu jako materiału domieszkującego (Minusil, 30μη\ z PGS), tak że domieszka znajdowała się pomiędzy metalem a

158 053 podporą. Dostosowujący się do kształtu, przepuszczalny dla gazu materiał stanowiący mieszaninę 3O-< wagowych gipsu modelarskiego (Bondex z firmy Bondex Inc.), 70% wagowych wolastonitu (mineralny krzemian wapnia z firmy Nyco Inc., gatunek FP) oraz wody dla utworzenia dającej się wyrabiać pasty nałożono na część modelową z metalu oraz dodatkowo nałożono na wszystkie odsłonięte części bryły wsporczej za wyjątkiem spodu. Część modelowa z metalu zawierała stronę górną, boczną i otwór. Nałożoną mieszaninę pozostawiono do zestalenia, tak że gips mógł podlegać hydrolizie, aby utworzyć strefę wsporczą przy części modelowej z metalu. Taki zestaw złożony z metalu, bryły wsporczej i materiału przepuszczalnego dla gazu umieszczono w złożu z wolastonitu zawartym w naczyniu ogniotrwałym.

Zestaw umieszczono w piecu zasilanym powietrzem i ogrzewano przez 5 h do 1000°C. Temperaturę w piecu utrzymywano na wartości 1000°C przez 100 h, a następnie ochłodzono do temperatury otoczenia przez 5 h. Otrzymano kształtkę ceramiczną, a dostosowujący się do kształtu materiał przepuszczający gaz usunięto przez lekkie piaskowanie. Uzyskana kształtka ceramiczna odwzorowywała część modelową metalu prekursora wraz z otworem.

158 053

158 053

Zakład WydawrHw UP RP . Nar ład 90 :'gz. Cena 5000 zł.

Claims (17)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania kształtki ceramicznej, znamieniu tym, że na część modelową kształtki metalu macierzystego nakłada się dostosowujący się do kształtu materiał przepuszczający gaz, tworząc formę posiadającą ukształtowaną powierzchnię, która jest zasadniczo przystającą do części modelowej, przy czym wymieniony materiał jest przynajmniej na etapie ogrzewania i jego kontynuacji samospajalny przynajmniej w swej strefie wsporczej bezpośrednio przy i zgodnie z ukształtowaną powierzchnią, co prowadzi do uzyskania formy o wystarczającej wytrzymałości rozdzielczej dla utrzymywania integralności ukształtowanej powierzchni w warunkach procesu, następnie orientuje się metal macierzysty i zbiornik, tak aby umieścić metal macierzysty w połączeniu przepływowo w zbiorniku, przy czym pojemność tego zbiornika jest przynajmniej wystarczająca dla pomieszczenia zasadniczo całego metalu macierzystego w postaci roztopionej, kolejno ogrzewa się metal macierzysty do temperatury powyżej jego temperatury topnienia, ale poniżej temperatury topnienia jego produktu reakcji utleniania i usuwa się uzyskany w wyniku roztopiony metal macierzysty z formy do zbiornika, aby uzyskać wnękę formy, kontynuuje się ogrzewanie w obecności utleniacza w fazie pary i w temperaturze ogrzewania, następnie prowadzi się reakcję roztopionego metalu macierzystego z utleniaczem, w celu wytworzenia produktu reakcji utleniania, utrzymuje się przynajmniej część produktu reakcji utleniania w styku z i pomiędzy roztopionym metalem a utleniaczem, aby stopniowo przeciągać roztopiony metal poprzez produkt reakcji utleniania i w formę do styku z utleniaczem, tak że produkt reakcji utleniania stale powstaje w formie na powierzchni międzyfazowej pomiędzy utleniaczem, a poprzednio wytworzonym produktem reakcji utleniania, kolejno kontynuuje się tę reakcję dla spowodowania wzrostu produktu reakcji utleniania w styku z ukształtowaną powierzchnią, przez co wytwarza się kształtkę ceramiczną, której kształt jest określony przez kształt wnęki formy, po czym kształtkę cermiczną usuwa się z formy.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przynajmniej część materiału stosowanego dla utworzenia ukształtowanej powierzchni zawiera materiał przegrody, przez co uniemożliwia się wzrost produktu reakcji utleniania przy tej ukształtowanej powierzchni.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że materiał przepuszczający gaz zawiera wypełniacz, przepuszczalny dla produktu reakcji utleniania przez niego i prowadzi się wzrost produktu reakcji utleniania poza ukształtowaną powierzchnię i w wypełniacz, aby objąć przynajmniej część wypełniacza produktem reakcji utleniania, przez co kształtka ceramiczna zawiera wewnętrzną część, której kształt jest określony przez kształt wnęki formy i zewnętrzną część kompozytową obejmującą wypełniacz.
4. 4. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że stosuje się metal macierzysty wybrany z grupy złożonej z aluminium, krzemu, tytanu, cyny, cyrkonu i hafnu.
5. 5. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się aluminium.
6. 6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako utleniacz stosuje się gaz zawierający tlen.
7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że jako utleniacz stosuje się powietrze.
8. 8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że metal macierzysty ogrzewa się w temperaturze od 850°C do 1450°C.
9. 9. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że stosuje się metal macierzysty z domieszką.
10. 10. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że metal macierzysty i zbiornik orientuje się przez przepływ grawitacyjny metalu przez zbiornik.
11. 11. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że umieszcza się usuwalną podporę w zbiorniku i w etapie orientowania metalu macierzystego i zbiornika wspiera się metal macierzysty na tej podporze, przy czym temperatura ogrzewania jest wystarczająca dla odparowania usuwalnej podpory, co umożliwia wyparcie usuwalnej podpory przez roztopiony metal macierzysty, który wchodzi do zbiornika.

    158 053
12. 12. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w etapie orientowania metalu macierzystego i zbiornika umieszcza się metal macierzysty na ogniotrwałej podporze, która ma takie wymiary i kształt, aby była otwarta zarówno dla przepływu roztopionego metalu macierzystego z formy do zbiornika jak i dla wzrostu produktu reakcji utleniania ze zbiornika we wnękę formy.
13. 13. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że nakłada się materiał przegrody na powierzchnię wypełniacza usytuowaną naprzeciw ukształtowanej powierzchni, przez co uniemożliwia się wzrost produktu reakcji utleniania przy materiale przegrody.
14. 14. Sposób według zastrz. 3 albo 13, znamienny tym, że wprowadza się czynnik spajający w materiał przepuszczalny dla gazu przynajmniej w jego strefie wsporczej.
15. 15. Sposób według zastrz. 2 albo 13, znamienny tym, że stosuje się materiał przegrody zawierający gips modelarski, cement portlandzki, krzemian wapnia i ich mieszaniny.
16. 16. Sposób według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, że jako metal macierzysty stosuje się aluminium, jako utleniacz gaz zawierający tlen, a ponadto stosuje się domieszkę w połączeniu z metalem macierzystym.
17. 17. Sposób według zastrz. 3 albo 13, znamienny tym, że stosuje się wypełniacz zawierający materiał wybrany z grupy złożonej z granulek, cząstek, proszków, włókien, wiskerów, agregatów, płatków, rurek, tkaniny z włókien ogniotrwałych, kanalików lub ich mieszanin.