PT85450B

PT85450B - Processo para a fabricacao de produtos compositos de ceramica com superficies formadas por reproducao e produtos assim obtidos

Info

Publication number: PT85450B
Application number: PT85450A
Authority: PT
Inventors: Marc Stevens Newkirk
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1990-06-29
Also published as: NO175302C; NO872366D0; JPS6350359A; NO175302B; CN87105222A; YU46671B; PT85450A; JP2549117B2; HUT49098A; MX165814B; DK326887D0; FI86631B; AU7410387A; BG60159B2; CS8705980A3; EP0259239B1; CN1028511C; AU596668B2; US4859640A; ZA873961B

Description

A presente invenção refere-se de maneira geral a corpos compósitos cerâmicos com uma porção formada por reprodução e aos processos para a fabricação dos mesmos. Em particular, a presente invenção refere-se a corpos compósitos cerâmicos compreendendo uma matriz policristalina que impregna um material de enchimento e possui um desenho em negativo obtido por cópia ou reprodução inversa de um desenho positivo de um precursor de metal original, e a processos de fabricação de corpos compósitos por infiltração de um leito de material de enchimento com o produto da reaoção de oxidação do precursor metálico do metal original, cujo desenho positivo é reproduzido inversamente para formar o desenho negativo do corpo compósito cerâmico.

DESCRIÇÃO DE PEDIDOS DE PATENTE DE PROPRIEDADE COMUM objecto do presente pedido de patente está relacionado com os Pedidos de Patente Norte-Ame ri canos também pendentes de proprieda. de comum, números 819 397, depositado em 17 de Janeiro de 1986, o qual é uma adição do pedido número 697.878, depositado em 4 de Fevereiro de 1985, ambos em nome de Naro S. Newkirk e outros intitulados Produtos Cerâmicos

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Compósitos e Processos de Fabricaçao dos Mesmos”. Estes pedidos de patente também pendentes apresentam um novo processo para a produção de um corpo compósito cerâmico auto-suportado pelo desenvolvimento de um produto da reacção de oxidação, a partir de um metal original para o interior de uma massa permeável de material de enchimento. 0 corpo compósito resultante não possui porém uma configuração pré-determinada ou definida.

processo de desenvolvimento de um produto cerâmico, por uma reacçao de oxidaçao é apresentado de modo geral nos pedidos de patente de invenção norte-americanos também pendentes, de propriedade comum, números 818.943, depositado em 15 de Janeiro de 1986, como adição do pedido número 776*964, depositado em 17 de Setembro de 19θ5, que Ó uma adição do pedido número 7θ5·787, depositado em 26 de Fevereiro de 1985, que S uma adição do pedido número 591*392, depositado em 16 de Karço de 1984, todos em nome de Marc S. Newkirk e outros e intitulado Novos Materiais Cerâmicos e Processos de Fabricação dos Mesmos”. 0 emprego de um fenómeno de oxidação não usual, como o que se descreve nos referidos pedidos de patente de propriedade comum, que pode ser reforçado pelo uso de um contaminante usado como elemento de liga, proporciona o desenvolvimento de corpos cerâmicos auto-suportados, como produto da reacçao de oxidação a partir de um metal original e um processo de fabricação dos mesmos. O processo foi aperfeiçoado pela utilização de contaminantes externos, aplicados à superfície precursor do metal original, conforme se descreve nos pedidos de patente norte-americanos de propriedade comum, números 822.999, cie positado em 27 de Janeiro de 1986, que é uma adiçao do pedido de patente número 776 965, depositado em 17 de Setembro de 1975, q.^u® é uma adição do pedido de patente número 747 788 depositado em 25 de Junho de 1985, au® é uma adição do pedido de patente número 632 636, depositado em 20 de Julho de 1984, todos em nome de ílarc S. Newkirk e outros e intitulados Proces sos de Fabrioaçao de Materiais Cerâmicos Auto-Suportados.

processo de formação de corpos cerâmicos possuindo uma ou mais cavidades moldadas é apresentado no pedido de patente norte-ame ricano, também pendente, de propriedade comum, número 823 542, depositado em 27 de Janeiro de 1986, em nome de Karo S. Newkirk e outros e intitulado Processo de Reprodução Inversa para a Fabricação de Artigos Compósitos de Cerâmica e Artigos Obtidos a partir do Mesmo. A cavidade for mada no corpo cerâmico reproduz inversamente a conformação de um padrão ou molde positivo do metal original, que é introduzido no interior de um material de enchimento amoldável e envolvido completamente pelo mesmo, sendo este suficientemente amoldâvel para compensar a dilatação térmica diferencial entre 0 material de enchimento e o metal original mais a variação de volume do metal no seu ponto de fusão e auto-ligando-se a uma temperatura apropriada para assegurar que a cavidade formada por migraçao do metal original fundido no interior do material de enchimento (para for mar o produto da reacção de oxidação) não ceda à pressão exterior devido ao diferencial de pressão criado através da parede da cavidade formada, em consequência da migração de formação de cavidade.

A invenção completa de cada um dos pedidos de patente de propriedade comum citados é aqui expressamente incorporada por referência. FUNDAMENTO PA TgQNICA ANTERIOR

Nos últimos anos, tem havido um interesse crescente pelo uso de materiais cerâmicos para, aplicações estruturais, tradicionalmente reservados aos metais. Este interesse foi causado pela superioridade dos materiais cerâmicos relativamente a certas propriedades, tais como a resistência à corrosão, a dureza, o modulo de elasticidade, e aptidao como materiais refractúrios, quando comparados com os metais.

Os esforços correntes para a, produção de produtos cerâmicos mais fiáveis e de maior resistência concentram-se principalmente em: (1) desenvolvimento de processos aperfeiçoados de processamento de cerâmica monolítica e (2) desenvolvimento de novas composições de material, nomeadamente produtos oompósitos de matriz cerâmica. Uma estrutura compósita é uma estrutura que compreende um material, um corpo ou um produto heterogéneos, feito de dois ou mais materiais diferentes que são intimamente combinados de modo a obter propriedades desejadas da ejs trutura compósita. Por exemplo, dois materiais diferentes podem ser com binados intimamente impregnando um deles na matriz do outro. Uma estru tura compósita de matriz cerâmica compreende tipicamente uma matriz cerâmica que encerra um ou mais tipos diferentes de materiais de enchimento, tais como materiais em partículas, fibras, barras ou similares.

Os processos tradicionais de preparação de artigos cerâmicos envolvem as fases gerais seguintes: (1) preparação do material cerâmico em forma de pó; (2) trituração ou moedura dos pós para se obterem partículas muito finas; (3) moldação dos pós para obter um corpo ten do a forma desejada (descontando a contracao durante o processamento sub sequente), por exemplo, por pressão uniaxial, pressão isostática, moldaçao por injeção, fundição de fita, moldaçao deslizante, ou qualquer de inúmeras outras técnicas; (4) condensação do corpo por aquecimento do mesmo a uma temperatura elevada, de modo que as partículas do pó individuais se fundam umas com as outras para formar uma estrutura coerente; preferivelmente realizado sem a aplicaçao de pressão (isto é, por sinterizaçao sem pressão), embora em alguns casos seja necessária uma força de accionamento adicional que pode ser proporcionada, por aplicaçao de pressão externa uniaxialmente (isto é, pressão a quente) ou isostaticamente, isto é, pressão isostática a quente; e (5) acabamento, frequente- 5 mente por rectificaçao com diamante, conforme necessário.

Uma quantidade considerável do esforço dirige-se aotualmente para a obtenção de tecnologias aperfeiçoadas de processamento dos pôs. A ênfase em tais desenvolvimentos tem sido em duas áreas: (1) processos aperfeiçoados de produção de materiais em pô ultrafinos e unifor mes, utilizando-se técnicas com sol-gel, plasma e laser, e (2) processos aperfeiçoados de condensação e compactação, incluindo técnicas superiores para a sinterizaçao, a pressão a quente e pressão isostática a quen te. 0 objectivo destes esforços é a produção de mioroestruturas densas, de grão fino e sem fissuras, tendo de facto sido obtidos aperfeiçoamentos na eficácia das cerâmicas em algumas áreas. Porém, estes desenvolvimentos tendem a produzir aumentos dramáticos no custo de produção das estruturas cerâmicas. Assim, o custo torna-se a limitaçao mais importante na aplicaçao comerciei das cerâmicas.

Outra limitação na engenharia da cerâmica, que é agravada pelo processamento moderno da cerâmica é a versatilidade de redução à escala. Os processos convencionais que visam a condensação (isto é, a remoção dos espaços vazios entre partículas do pô) sao incompatíveis com as possibilidades de aplicações estruturais da cerâmica numa sô peça de gran des dimensões. Um aumento das dimensões do produto apresenta problemas vários, incluindo, por exemplo, o aumento de tempos de permanência do pro cessamento, requisitos severos relativos às condiçoes uniformes do processo num grande volume do processo, fendilhamento das peças devido à condensação não uniforme ou a tensões induzidas termicamente, empenamento e our vatura das peças durante a sinterização, forças de compactaçao excessivas e dimensões de matriz quando se utilizar pressão a quente, e custos dos recipientes de aplicação da pressão excessivos devido aos requisitos de volume interno e de espessura de parede no caso da pressão isostática a quente.

Quando se aplicam estes prooessos convencionais para a preparação de materiais compósitos de matriz cerâmica, surgem dificuldades adicionais. Os problemas mais sérios dizem talvez respeito à fase de condensação, a número (4) anterior. 0 processo normalmente preferido, a sinterização sem pressão, pode ser difícil ou impossível com materiais compósitos em partículas, quando os materiais nao sao altamente compatíveis. Mais importante, a sinterização normal é impossível na maioria dos casos que implicam materiais compósitos de fibra, mesmo quando os materiais são compatíveis, porque a fusão das partículas da matriz umas com as outras é inibida pelas fibras que tendem a impedir os deslocamentos necessários das partículas do pó de condensação. Estas dificuldades têm sido em alguns casos superadas forçando o processo de condensação mediante a aplicação de pressão externa, a alta temperatura. Porém, tais procedimentos podem levantar muitos problemas, incluindo a rotura ou a danificação das fibras de reforço pelas forças externas aplicadas, uma aptidao limitada para produzir formas complexas (especialmente no caso da pressão a quente uniaxial) e os custos na generalidade altos resultantes da baixa produtividade do processo e das operações de acabamento extensivas que sao algumas vezes necessárias.

Outras dificuldades podem também surgir na misturação *** dos pós com fios emaranhados ou com fibras e, na fase de moldaçao do cor po, a número (3) atrás, onde é importante manter uma distribuição uniforme da segunda fase do material compósito dentro da matriz. Por exemplo, na preparação de um material cerâmico reforçado com fios emaranhados, os processos de fluência do pó e dos fios implicados no procedimento de misturação e na moldação do corpo podem conduzir a irregularidades e orientarções indesejadas dos fios emaranhados de reforço, com a consequente perda de caracteristicas de eficácia.

Os pedidos de patente de propriedade comum descrevem novos processos que resolvem alguns destes problemas da tecnologia de cerâmica convencional, como neles se descreve mais oorapletamente, incluindo a formação de cavidades, que podem ser de forma complexa, por reprodução in versa de um molde precursor do metal original pré-moldado. A presente invenção combina estes processos com conceitos adicionais novos para propor oionar a moldação de corpos cerâmicos, incluindo estruturas complexas, pa ra obter formas nítidas ou quase nítidas, por uma téonioa que não requer a utilização de materiais de enchimento auto-ligantes.

A presente invenção também proporciona uma grande flexibilidade na escolha do padrão ou padrões a reproduzir, incluindo formas possuindo partes reentrantes, por exemplo cavas ou cavidades com bocas de diâmetro ou largura menores do que as suas partes interiores. Por outras palavras, o processo segundo a presente invenção nao se limita a produção de formas que possam ser extraídas de uma matriz ou molde, quando se fabricam produtos cerâmicos com tais partes reentrantes, os processos da técnica anterior que utilizam a fase (3) atrás referida, frequentemente não são realizáveis, porque o padrão interno do molde nao pode ser extraído depois de o oorpo cerâmico ser moldado em tomo do mesmo.

A presente invenção proporciona a fabricaçao de certos corpos compósitos com uma forma pré-determinada por um fenómeno de oxidaçao não usual que suoera as dificuldades e limitações associadas com os processos conhecidos. Este processo proporciona corpos cerâmicos moldados, tipicamente de grande solidez e elevada resistência à fractura, por um me oanismo que é mais direoto, mais versátil e menos dispendioso do que as soluções convencionais.

A presente invenção também proporciona meios para produzir de maneira fiável corpos cerâmicos com configurações moldadas, com di mensoes e espessura que sao difíceis ou impossíveis de reproduzir oom a tecnologia presentemente disponível.

SUMARIO DA INVENÇÃO

Segundo a presente invenção, proporciona-se um processo para a produção de um corpo compósito cerâmico auto-suportado, possuindo um desenho em negativo que reproduz inversamente um desenho em positivo de um precursor de metal original. 0 corpo compósito cerâmico compreende uma matriz cerâmica na qual está encaixado um material de enchimento, sendo a matriz obtida por oxidação de um metal original para, formar um material polioristalino que consiste essencialmente no produto da reacção de oxidação do dito metal original com um oxidante, por exemplo oom um oxidante em fase de vapor, e, optativamente, um ou mais constituintes metálicos. 0 processo compreende as seguintes fases: coloca-se o precursor de metal original, que possui uma secção com um desenho em positivo para ser reproduzida inversamente e uma secção não reproduzida em contacto com um leito de material de enchimento moldável em oondiçoes de controlo do crescimento para promover o crescimento do produto da reacção de oxidação a partir da secção com o desenho em positivo, e para inibir tal crejs cimento a partir da secção que não é reproduzida. 0 material de enchimento ê permeável ao oxidante, quando necessário (como no caso em que o oxidante é um oxidante na fase de vapor), para permitir que o oxidante entre em contacto com o metal original fundido, como se descreve mais adiante e, em qualquer caso, é permeável á infiltração pelo crescimento do produto da reacção de oxidação, através do material de enchimento. Aquece-se o preour sor de metal origina,! assim posicionado até uma, gama de temperaturas superiores ao seu ponto de fusão mas inferior ao ponto de fusão do produto da reacção de oxidação, para formar um corpo de metal original fundido, rear· gindo nessa gama de temperaturas o metal original fundido com o oxidante,

para formar o produto da reacçao de oxidaçao. Mantém-se pelo menos uma parte do produto da reacçao de oxidaçao nessa gama de temperaturas e em contacto com e entre o corpo de metal fundido e o oxidante, para transportar progressivamente metal fundido a partir do corpo de metal fundido, através do produto da reacçao de oxidação e até entrar em contacto com o oxidante no interior do leito de material de enchimento para aí se realizar a reacçao de oxidaçao. Concomitantemente com isto, o desenho em negativo começa a desenvolver-se e é eventualmente formado no leito de material de enchimento, enquanto o produto da reacçao de oxidaçao continua a formar-se na interface entre o oxidante e o produto da reacção de oxidaçao formado anteriormente. Esta reacção continua naquela gama de tem peraturas, durante um tempo suficiente para, pelo menos parcialmente, se infiltrar ou impregnar o leito de matrial de enchimento no interior do produto da reacção de oxidação, por crescimento deste último para formar o corpo compósito possuindo o referido desenho em negativo. Finalmente, separa-se o corpo compósito de cerâmica auto-suportado resultante do excesso de material de enchimento e do metal original que nao reagiu, se existir.

Outros aspectos da presente invenção incluem uma ou mais das seguintes características, sós ou em combinação: colocaçao do precursor do metal original aplicado ao leito do material de enchimento moldável, de modo que a secção de nao reprodução do precursor do metal original fique livre do contacto com o leito de material de enchimento; utilização de condiçoes de controlo de crescimento que compreendem a aplicaçao de um contaminante externo à dita secção com desenho em positivo; incorporação de um oxidante no interior do material de enchimento moldável; utilização ambiente de gás não oxidante ou o vácuo no processo; e sobreposição da secção de não reprodução do precursor de metal original com um dispositivo

de barreira ou dispositivo de impedimento de crescimento que iniba o crej3 cimento do produto da reacçao de oxidaçao. Tal como é utilizado aqui e nas reivindicações anexas, a expressão “inibir o crescimento¹’ tem uma ex tensão suficiente para incluir o significado impedir o crescimento. Além disso, tal como é utilizado aqui e nas reivindicações anexas, a referência a aplicaçao de um contaminante externo a secção com desenho em positivo ou a frases que tenham o mesmo significado, deve ser entendida como significando e incluindo uma ou ambas as técnicas seguintes: aplica çao do contaminante directamente a superfícies escolhidas do precursor de metal original, e aplicação do contaminante sobre o ou ao material de enchimento moldável na sua área em frente de, adjacente a ou contígua às superfícies seleccionadas do precursor de metal original.

Noutro aspecto da presente invenção, o material de enchimento moldável é também auto-adesivo, pelo menos quando necessário, para resistir aos diferenciais de pressão formados através do oroduto da reaoçao de oxidação por crescimento do mesmo.

Noutro aspecto da presente invenção, proporciona-se um oorpo compósito cerâmico auto-suportado com um desenho em negativo que re produz inversamente o desenho em oositivo do molde ou precursor do metal original, tendo, além de uma secção compreendendo o desenho em positivo mencionado anteriormente, uma secção de nao reprodução. 0 oorpo compósito cerâmico compreende uma matriz policristalina, na qual está incorporado um material de enchimento obtido proveniente de um leito de material de enchimento moldável contra o qual o precursor de metal original é empregado, numa posição inicial, com o seu desenho em positivo aplicado em con dições de conformação à carga, e a sua secção de não reprodução livre do contacto com o leito de material de enchimento. 0 desenho em positivo do precursor de metal original é reproduzido inversamente por evacuaçao do

precursor de metal a partir da sua posição inicial para formar o desenho em negativo reproduzido inversamente simultaneamente com a, reacçao de oxi dação do precursor de metal fundido que migrou da posição inicial para formar a matriz policristalina. A matriz consiste essencialmente no produto da reacção de oxidação policristalina do precursor de metal original com um oxidante e, optativamente, um ou mais constituintes metálicos, ou poros, ou ambos, como aqui algures se descreve com mais pormenores.

Os materiais segundo a presente invenção podem crescer com propriedades substancialmente uniformes em toda a sua secção transver sal, com uma espessura até agora difícil de conseguir pelos processos con vencionais, para a produção de estruturas cerâmicas moldadas. 0 processo que fornece estes materiais também obvia os altos custos associados com os processos convencionais de produção de cerâmica que incluem a preparação de pó fino, uniforme e de grande pureza, a formação de corpo verde, a combustão do ligante, a sinterização, compressão a quente a compressão isostátioa a quente. Os produtos da presente invenção sao adaptáveis ou fabricados para ser usados como produtos comerciais, expressão que, tal como é aqui utilizada, se pretende que inclua, sem limitaçao, corpos cerâmicos técnicos, estruturais e industriais, para aplicações em que sao importantes ou benéficos aspectos ou propriedades eléctricas, de desgaste, térmicas ou estruturais, nao se pretendendo incluir materiais usados ou reciclados tais como poderiam ser produzidos como sub-produtos nao de sejados no processamento de metais fundidos.

Tais como são empregados nesta memória descritiva e nas reivindicações anexas, os termos adiante indicados são definidos como se segue: '‘Cerâmica não deve ser entendido impropriamente como sendo limitado a um corpo cerâmico no sentido clássico, isto é, no sentido em que ele é constituído inteiramente por materiais inorgânicos e nao metálicos

referindo-se sim a um corpo que ê predominantemente cerâmico relativamente tanto à composição como às propriedades dominantes, embora o corpo possa conter quantidades substanciais ou mínimas de um ou mais constituintes metálicos derivados do metal original ou reduzido a partir do oxidante ou de um contaminante, mais tipicamente dentro de uma gama de ceroa de 1 a 4θ$, em volume, podendo no entanto incluir ainda mais metal·

Produto da reacção de oxidação” geralmente significa um ou mais metais em qualquer estado oxidado, no qual um metal cedeu electrões a ou partilha electrões com outro elemento, composto ou combinação do mesmo. Consequentemente, um ”produto da reacção de oxidação segundo esta definição, inclui o produto da reacção de um ou mais metais com um oxidante, tais como os descritos neste pedido de patente.

Oxidanie significa um ou mais aceitadores de electrões apropriados ou compartilhadores de electrões e Dodem ser um gás (vapor), um sólido, um líquido ou alguma combinação destes (por exemplo, um sólido e um gás) nas condições de orocesso.

Metal original” refere-se ao metal, por exemplo alumínio, que é o preoursor para o produto da reacção de oxidação policristalino, e inclui esse metal sob a forma de um metal relativamente puro, um metal comercialmente aceitável, com impurezas e/ou elementos de liga, ou uma liga na qual o precursor de metal ê o constituinte principal; e quando se menciona um metal especificado como metal original, por exemplo o alumínio, o metal identificado deve ser considerado com esta definição em mente, a menos que se deduza o contrário do contexto.

Desenho em negativo do corpo compósito cerâmico significa o desenho (isto é, a geometria), do corpo que ó reproduzido inversamente a partir do desenho (isto é, a geometria) em positivo do precursor de metal original.

Desenho em positivo do precursor de metal original si- 13 gnifioa o desenho (isto é, a geometria) do metal original que é inversasmente reproduzido para formar o desenho em negativo do corpo cerâmico. E importante notar que os termos negativo'’ e positivo são utilizados neste contexto apenas num sentido relativo mútuo, para fazer notar que a geometria de um desenho é congruente com a do outro. Não se pretende de modo nenhum limitar o tipo de formas que podem compreender um desenho em negativo, ou um desenho em positivo.

Inversamente reproduzido significa que o desenho em negativo do corpo compósito cerâmico compreende superfícies que são congruentes oom a forma da secção oom o desenho em positivo do precursor de metal original.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A fig. 1 é uma vista em perspeotiva, de um precursor de me tal original moldado para proporcionar num dos seus lados um desenho em positivo e sobre o seu lado oposto uma secção de nao reprodução; A fig. IA é uma vista em perspeotiva do precursor original da fig. 1, em uma posição rodada de 180° em tomo do seu eixo longitudinal principal, a partir da sua posição na fig. 1;

A fig. 2 é uma vista esquemática em corte transversal mostrando numa escala ligeiramente reduzida um conjunto do precursor de metal original moldado das figs. 1 e la, oolocado dentro de um vaso refractário, na interface entre uma camada de material de enchimento moldável que suporta uma camada superposta de material inerte em partículas;

A fig. 3 é uma vista em perspeotiva de um corpo compósito cerâmico, após a rectificação das suas superfícies em bruto, segundo a pre sente invenção e produzido utilizando o conjunto da fig. 2, estando a interface entre as camadas do material de enchimento e do material de barreira, no plano X-X;

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3,

A fig. 4 á uma vista em corte e em perspectiva, de um cor compósito cerâmico segundo a presente invenção, antes da rectificação sua superfície em bruto e produzido por utilização do conjunto da fig.

estando a interfaoe entre as camadas de material de enchimento e de ma terial de barreira no plano Y-Y;

A fig. 5 é uma vista parcial em alçado, com corte parcial e numa escala maior do precursor de metal original das Figs. 1 e IA, com uma camada de contaminante externo aplicada à sua secção com o desenho em positivo.

A fig. 6 ê uma vista esquemática em corte transversal, em alçado, de um conjunto do precursor de metal original moldado, situado dentro de um invólucro do dispositivo de barreira e contido dentro de um vaso refractário, com a secção com desenho em positivo do precursor de me tal original aplicado em condições de conformação a um material de enchimento moldável;

A fig. 7 é uma vista em perspectiva de um corpo compósito cerâmico segundo a presente invenção e produzido por utilização do conjun to da fig. 6;

A fig. 8 é uma vista em perspectiva de um precursor de metal original moldado de modo que as suas superfícies exteriores proporcionam um desenho em positivo e a superfície do orifíoio cilíndrico que se estende através do mesmo, proporciona uma secção de não reprodução;

A fig. 8A é uma vista em perspectiva do precursor de metal original da fig. 8, numa posição rodada de 180° em torno do seu eixo longitudinal maior, a partir da sua posição na fig. 8;

A fig. 8B é umavista de lado, em alçado, do precursor de metal original das figs. 8 e 8A, oom um dispositivo de barreira cilíndrico inserido dentro e saliente de ambas as extremidades do furo cilíndri co do precursor^

- 15 A fig. 9 é uma vista esquemática em corte transversal, em alçado, mostrando um conjunto de precursor de metal original moldado da fig. 8B, dentro de um vaso refractário num conjunto incluindo o material de enchimento moldável e o dispositivo de barreira;

A fig. 10 é uma vista em perspectiva com arranque parcial e em corte de um precursor de metal original moldado de maneira semelhante ou idêntica à das figs. 1 e IA e encerrado no interior de um dispositivo de barreirai e

A fig. 11 é uma vista esquemática em corte transversal, em alçado, mostrando um conjunto do precursor de metal original moldado e do dispositivo de barreira da fig. 10, colocado dentro de um vaso refractário numa montagem incluindo um material de enchimento moldável e o dispositivo de barreira.

DESCRIÇÃO PORMENORIZADA BA INVENÇÃO B FORMAS DB REALIZAÇÃO PREFERIDAS

DA MESMA

Na prática da presente invenção, o precursor de metal original é proporoionado sob a forma de um produto moldado, com uma secção que inclui um desenho em positivo, cuja forma ou geometria deve ser reproduzida inversamente sob a forma de um desenho em negativo de um corpo compósito cerâmico acabado, e uma secção de nao reprodução. Seguindo as práticas da presente invenção, podem reproduzir-se inversamente desenhos em negativo de formas complexas no corpo compósito cerâmico acabado, durante a formaçao ou crescimento da cerâmica, em vez de por moldaçao ou maquinagem do corpo cerâmico. 0 precursor de metal original pode ser moldado por meio apropriado} por exemplo, uma peça de metal tal como uma barra, um lingote ou similar pode ser maquinada de maneira apropriada, vasada, moldada, extrudida ou de outro modo modelada para proporcionar o pre cursor de metal original. 0 precursor de metal original pode ter nele formadas ranhuras, furos, cavidades, áreas nao trabalhadas, bossas, flan ges, fios de rosca e similares, bem como ter nele montados colares, cas quilhos, discos, barras ou similares para proporcionar um desenho em positivo com a configuração desejada. 0 precursor de metal original pode compreender uma ou mais peças unitárias de metal convenientemente moldadas de modo que, quando for colocado com a sua secção oom o desenho em positivo aplicada em condições de conformação num leito de material de enchimento moldável (e a secção de nao reprodução livre do leito de mate rial de enchimento), o desenho em positivo define um segmento moldado de leito de material de enchimento imediatamente adjacente à massa do precur sor de metal original. Quando o precursor de metal original é fundido e o produto da reacção de oxidação se infiltra no leito de material de enchimento, desenvolve-se um desenho em negativo moldado no corpo compósito cerâmico resultante. Assim, num dos seus aspectos, a presente invenção proporciona a vantagem da realização de um desenho em negativo por maquinagem, ou por outro processo de conformação, de um metal em vez de por recti ficaçao ou maquinagem de uma cerâmica, que é um processo muito mais difícil e mais caro.

Na realização do processo segundo a presente invenção, ooloca-se o precursor de metal original com a sua secção com o desenho em positivo aplicada em condições de conformação a um leito de material de enchimento moldável, em condições de controlo de crescimento que promoverão o crescimento do produto da reacção de oxidação primária ou exclusivamente a partir da secção com o desenho em positivo e para o interior do leito de material de enchimento moldável, enquanto que inibe ou impede o crescimento do produto da reacçao de oxidaçao a partir da secção de não re produção. Podem conseguir-se ou melhorar-se as condiçoes de controlo de crescimento estabelecendo cinéticas da reacçao de oxidaçao do metal original, que sejam mais favoráveis junto de ou na vizinhança da secção com

- 17 desenho em positivo do que nas secções adjacentes à secção de não repro** duçao. 0 resultado e o crescimento ou desenvolvimento preferencial do pro duto da reacçao de oxidaçao no interior do leito de material de enchimento moldável, a partir da secção com o desenho em positivo e a inibição ou eliminação de tal crescimento a partir da secção de não reprodução. Por exemplo, pode aplicar-se um contaminante apropriado externo sobre ou na secção com o desenho em positivo, o qual favorece o crescimento a partir das porçoes do precursor de metal original, às quais ele é aplicado, como se explioa com mais pormenor no pedido de patente norte-americano de propriedade oomum número 822.999, atrás mencionado. Um tal contaminante pode ser aplicado extemamente à superfície da secção com o desenho em positivo do precursor de metal original e/ou pode ser fornecido no material de enchimento moldável voltado para a secção com desenho em positivo, preferivelmente adjacente ou oontíguo à superfície da secção com o desenho em positivo. Além disso, pode incorporar-se um oxidante sólido e/ou líquido (explicado adiante em pormenor) no leito de material de enchimento na porção ou zona adjacente à seoção com o desenho em positivo. O crescimento ocorrerá, ou será facilitado, no sentido do oxidante.

controlo do crescimento do produto da reacção de oxidação policristalino pode conseguir-se com um dispositivo de barreira ou dispositivo impeditivo do crescimento apropriado, por exemplo com as formas de realização descritas no pedido de patente norte-americano, também pen dente, número 861.024, depositado em 8 de Maio de 1986. Dispositivos de barreira eficientes incluem materiais que não sao molháveis pelo metal ori ginal fundido transportado nas condiçoes do processo, pelo que nao existe substancialmente qualquer afinidade do metal fundido para a barreira, sendo portanto o crescimento impedido. Podem também usar-se barreiras que tendam a reagir com o metal original fundido transportado, para inibir a continuação do crescimento. Sm particular, as barreiras utilizáveis in-

cluem o sulfato de cálcio, o silicato de cálcio, o cimento portland, ligas metálicas, tais como um aço inoxidável, e cerâmica densa ou fundida, tal como a alumina, que pode ser utilizada com alumínio como metal original. 0 dispositivo de barreira pode incluir também, como um dos seus com ponentes, um material combustível ou volátil apropriado, que é eliminado no aquecimento, ou um material que se decompoe com o aquecimento, de modo a tornar o dispositivo de barreira permeável ou aumentar a porosidade e permeabilidade do dispositivo de barreira. 0 dispositivo de barreira sobrepõe-se ou é colocado sobre a secção de nao reprodução do metal original e, preferivelmente, é de um material que se adapta à superfície ou forma desta secção, minimizando ou eliminando assim qualquer crescimento indesejado. Pode utilizar-se uma combinação destas técnicas, isto é, pode sobrepor-se uma barreira à. secção de não reoroduçao do precursor de metal original e aplicar-se um contaminante externo à secção com o desenho em positivo e/ou ao material de enchimento voltado para a secção com o desenho em positivo. A secção de não reprodução do precursor de metal original pode ser mantida, livre do leito de material de enchimento, mesmo que a mesma nao tenha sobreposto um material ou um dispositivo de barreira, podendo por exemplo deixar-se a mesma exposta à atmosfera, quando as condições forem tais que o crescimento do nroduto da reacçao de oxidaçao na atmosfera é inibido ou impedido excepto para as superfícies do precursor de metal original para as quais está disponível um contaminante externo, ou um oxidante sálido ou líquido.

Embora a presente invenção seja descrita a seguir com pormenor, fazendo referência específica ao alumínio como metal original preferido, outros metais originais apropriados que satisfazem os critérios da presente invenção incluem, não se limitando porém a estes, o silício, o titânio, o estanho, o zircénio e o háfnio.

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Gomo atrás se notou, pode empregar-se um oxidante em fase de vapor, líquido ou sólido, ou uma combinação destes oxidantes. Por exem pio, os oxidantes típicos incluem, sem carácter limitativo, o oxigénio, o azoto, um halogénio, o enxofre, o fósforo, o arsénio, o carbono, o boro, o selénio, o telúrio e compostos e combinações dos mesmos, por exemplo metano, etano, propano, acetileno, etileno e propileno (como fonte de carbono), SiOg (como fonte de oxigénio) e misturas tais como ar, H^H^O e C0/G0₂, sendo os últimos dois (isto é H^/H^O e GO/COg) utilizáveis na redução da actividade do oxigénio do meio ambiente.

Embora quaisquer oxidantes apropriados possam ser utilizados, descrevem-se mais adiante formas de realização específicas da presente invenção, com referência ao uso de oxidantes em fase de vapor. Quando se usa um oxidante gasoso em forma de vapor, isto é, um oxidante em fase de vapor, o material de enchimento é permeável ao oxidante em fase de vapor, de modo que, por exposição do leito de material de enchimento ao oxidante, o oxidante em fase de vapor atravessa os poros do leito do material de enchimento para entrar em contacto oom o metal original fundido. 0 termo oxidante em fase de vapor significa um material vaporizado ou normalmente gasoso que proporciona uma atmosfera oxidante. Por exemplo, o oxigénio ou misturas gasosas contendo oxigénio (incluindo o ar) são oxidantes em fase de vapor preferidos, como no caso em que o alumínio é o metal original, sendo o ar usualmente mais preferido por razoes óbvias de economia. Quando se identifica um oxidante como contendo ou compreendendo um gás ou vapor particulares, isto significa que se trata de um oxidante no qual o gás ou vapor identificado é o oxidante único, predominante ou pelo menos significativo do metal original nas condições obtidas no meio oxidante utilizado. Por exemplo, embora o constituinte principal do ar seja o azoto, o teor de oxigénio do ar é o oxidante único ou predominante do metal original, porque o oxigénio é um oxidante significatívamente mais forte do que o azoto. 0 ar cai portanto dentro da definição de um oxidante gasoso contendo oxigénio mas não na definição de um oxidante gasoso oontendo azoto”. Um exemplo de um oxidante gasoso contendo azoto, segundo a dita definição e se emprega também nas reivindicações é ogás de formaçao, que contém cerca de 96%, em volume, de azoto e cerca de 4%, em volume, de hidrogénio.

Quando se utiliza um oxidante sólido, ele pode ser disper sado por todo o leito do material de enchimento, se for usado em conjunção com um oxidante em fase de vapor, apenas numa porção do leito adjacen te ao metal original. 0 oxidante pode ser empregado na forma de partículas, misturado com 0 material de enchimento, e/ou sob a forma de um revestimento nas partículas de carga do material de enchimento. Qualquer oxidante sólido apropriado pode ser empregado, incluindo elementos tais como o boro ou o carbono, ou compostos redutíveis, tais como 0 dióxido de silíoio (como fonte de oxigénio) ou certos boretos de estabilidade -termodinâmica inferior à do produto da reacção de boreto com o metal original. Se se usar um oxidante sólido em combinação com um oxidante em fase de vapor, os oxidantes são escolhidos de modo que sejam compatíveis para os fins da presente invenção.

Se se usar um oxidante líquido, todo o leito do material

A* A* de enchimento ou uma porção do mesmo, adjacente ao metal fundido sao revestidos, embebidos por exemplo por imersão, dispersos ou de outro modo incorporados no oxidante, de modo a impregnar todo ou parte do material de enchimento. A referência a um oxidante líquido significa que se trata de um oxidante que é líquido nas condições da reacção de oxidaçao, podendo assim um oxidante líquido ter um precursor sólido, tal como um sal, que /V A» A» está fundido nas condiçoes da reacçao de oxidaçao.

Em alternativa, 0 oxidante líquido pode ser um precursor líquido, por exemplo uma solução de um material utilizado para revestir — 21 — /

w ou impregnar parte ou todo o material de enchimento e que funde ou se de oompÕe nas condições da reacção de oxidação, para proporcionar uma parte oxidante apropriada. Exemplos de oxidantes líquidos como aqui são defini dos sao os vidros de baixo ponto de fusão. Se se usar um oxidante líquido em oombinação com um oxidante na fase de vapor, o oxidante líquido deve ser empregado de maneira que não dificulte o acesso do oxidante em fase de vapor ao metal original fundido.

Para certas condições, pode ser vantajoso empregar um oxidante sólido e/ou um oxidante líquido, em conjunção com o oxidante em fase de vapor. Tal combinação de oxidantes adicionais pode ser particularmente útil para favorecer a oxidação do metal original para formar o pro duto da reacção de oxidação, preferencialmente no interior do leito de ma terial de enchimento, espeoialmente junto do desenho em positivo, em vez de para, além das suas superfícies ou na secção de não reprodução. Isto é, o emprego de tais oxidantes adicionais no interior do leito de material de enchimento junto da secção oom o desenho em positivo pode criar um ambiente dentro dessa parte ou zona do leito que seja mais favorável à cinética da oxidação do metal original do que o ambiente exterior àquela par te ou zona do leito. Este ambiente favorável é benéfico para a promoção do crescimento da matriz de produto da reacçao de oxidaçao no interior do lei. to até aos limites do mesmo e eliminando ou minimizando o crescimento em excesso, isto é, o crescimento fora dos limites do leito de material de enohímento.

material de enchimento moldável na prática da presente invenção pode ser um ou mais de entre uma ampla variedade de materiais apropriados para esse fim. Tal oomo é usado aqui e nas reivindicações, o termo “moldável” aplicado ao material de enchimento significa que o material de enohimento é um material que pode ®r amoldado em tomo, acumulado oontra ou enrolado em tomo de um precursor de metal original moldado e se adapta ao desenho ou à forma das partes ou secções do precursor contra

o qual é aplicado em condiçoes de conformação. Por exemplo, se o material de enchimento compreender material em partículas, por exemplo grãos finos de um óxido metálico refractário, o desenho em positivo do precursor de metal original é colocado aplicado em condições de conformação ao material de enchimento, de modo que o desenho em positivo define uma forma de material de enchimento congruente com, isto é, sendo o negativo de, o de senho em positivo. Mas não é necessário que o material de enchimento seja formado de partículas finas. Por exemclo, o material de enchimento pode compreender arames, fibras ou fios emaranhados ou materiais como a lã me tálica. 0 material de enchimento também pode compreender uma combinação quer homogénea, quer heterogénea de dois ou mais desses componentes ou dejs sas oonfigurações geométricas, por exemplo uma combinação de grãos de par tículas pequenas e fios emaranhados. Apenas é necessário que a configuração física do material de enchimento seja tal que permita nue o desenho em positivo do precursor de metal original seja colocado aplicado em condições de conformação contra uma massa do material de enchimento, adaptando-se este material estreitamente às superfícies do desenho em positivo, de modo que o desenho em negativo finalmente formado no corpo compósito seja o negativo do desenho em positivo do precursor de metal original . Portanto este forma inicialmente um segmento moldado do leito de material de enchimento moldável.

material de enchimento utilizável na prátioa da presente invenção é um material que, nas condições da reacçao de oxidaçao da presente invenção, tal como adiante se descreve, é permeável à passagem do oxidante através do mesmo, quando se tratar de um oxidante em fase de vapor. Em qualquer caso, o material de enchimento também é permeável ao cres cimento ou desenvolvimento através do mesmo, do produto da reacçao de oxidação. Durante a reacção de oxidação, parece que metal original fundido migra através do produto da reacçao de oxidaçao que esta a ser formado pa ra manter a reacção. Este produto da reacção de oxidação é geralmente im permeável à atmosfera circundante e consequentemente à atmosfera do forno, por exemplo ar, não pode passar através do mesmo. Como se explica no pedido de patente de propriedade comum mencionado anteriormente número 823.542, depositado em 27 de Janeiro de 1936, a impermeabilidade do produto da reacção de oxidação em crescimento à atmosfera do forno tem como consequência um problema da criação de um diferencial de pressão, quando 0 produto da reacção de oxidação fecha uma cavidade que está a ser formada por migração do metal original fundido. Este problema é ultrapassado no pedido de patente de propriedade comum citado anteriormente, pelo uso de um material de enchimento moldável auto-ligante que, como lá se define, é um material de enchimento que, a uma temperatura superior ao ponto de fusão do metal original e nréxima da mas inferior à temperatura da reacçao de oxidaçao, se sinteriza paroialmente ou se liga de outro modo a si mesmo e à camada de crescimento do produto da reacção de oxidação o suficiente para proporcionar uma resistência estrutural a partir do exterior da cavidade em crescimento para manter a geometria do molde reproduzida na cavidade em desenvolvimento pelo menos até que a estrutura do produto da reacção de oxidação em crescimento atinja a espessura suficiente para ser auto-suportada contra 0 diferencial de pressão que se desenvolve através da parede do oroduto da reacção de oxidação em crescimento que define a cavidade que está a ser formada. Kas o material de enchimento au to-ligante não deve sinterizar-se ou auto-ligar-se a uma temperatura demasiado baixa porque, se assim suceder, poderia rachar por dilataçao térmica e variação de volume por fusão do metal original quando este for aquecido até a temperatura de operação. Por outras palavras, o material de enchimento auto-ligante deve manter a sua, moldabilidade para se adaptar à diferença das variações de volume entre si e o metal original enquanto o último está a ser aquecido e fundido e auto-ligar-se então para, propor- 24 * ' —χ /

oionar uma resistência mecânica à cavidade em desenvolvimento, à medida que prossegue a reacção de oxidação. Porém, a técnica da presente invenção evita em muitos oasos o problema do diferencial de pressão, porque o precursor de metal original possui uma sua secção (de não reprodução) a partir da qual não há crescimento do produto da reacção de oxidação, pelo menos não existe em grau significativo, não sendo assim formada uma cavidade totalmente fechada pelo produto da reacção de oxidação em crescimento. Mas pode usar-se um dispositivo de barreira impermeável à atmos fera e, em certos casos, desdobrado de modo que bloqueia o acesso da atmosfera do forno à cavidade em formação, dando origem à criaçao de um diferencial de pressão através das paredes do produto da reacção de oxidação em crescimento. Nessas circunstâncias, utiliza-se um material de enchimento auto-ligante para dar resistência mecânica, pelo menos durante a fase inicial do crescimento, como atrás se descreveu.

Tal como é utilizado aqui e nas reivindicações, para caracterizar os materiais de enchimento moldáveis, o termo auto-ligante” refere-se aos materiais de enchimento que, colocados em contacto com e aplicados em condições de conformação ao desenho em positivo do metal original, mantém uma moldabilidade suficiente para compensar a variação de volume no ponto de fusão do metal original e a dilataçao térmica diferencial entre o metal original e o material de enchimento e que, oelo menos numa sua zona de suporte imediatamente adjacente ao desenho em positivo, são intrinsecamente auto-ligantes, mas apenas a uma temperatura superior ao ponto de fusão do metal original mas inferior e suficientemente oróxima da temperatura da reacção de oxidaçao, para permitir a dita adaptação. Tal auto-ligaçao do material de enchimento confere-lhe uma for ça ooesiva suficiente para manter o desenho em negativo reproduzido inversamente contra os diferenciais de pressão que se desenvolvem através do mesmo pelo movimento do metal original dentro do material de enchimen- 25 vr to.

De modo geral, oomo atrás se notou, o material de enchimento pode ser um material de enchimento auto-ligante em qualquer caso, embora não necessite de o ser em todos os casos.

Nao é necessário que toda a massa ou leito de material de enchimento compreenda um material de enchimento moldável ou, quando necessário, um material de enchimento auto-ligante, embora uma tal disposição esteja no âmbito da presente invenção. 0 material de enchimento apenas precisa de ser moldável e/ou auto-ligante na porção do leito de material de enchimento adjacente a e moldado pelo desenho em positivo do metal original. Por outras palavras, o material de enchimento apenas precisa ser moldável e/ou auto-ligante até uma orofundidade suficiente, no caso da moldabilidade, para se adaptar ao desenho em positivo do precursor de metal original e, no caso da auto-ligação, para proporcionar uma resis tência mecânica suficiente na situação particular. O restante do leito de material de enchimento nao precisa de ser moldável nem/ou auto-ligante.

Em qualquer caso, o material de enchimento não deve sinterizar-se, fundir nem reagir de modo a formar uma massa impermeável que possa bloquear a infiltração do produto da reacção de oxidaçao através do mesmo ou, quando se usar um oxidante em fase de vapor, a passagem desse oxidante em fase de vapor através do mesmo. Além disso, o material de en chimento deve ser suficieniemente moldável para se adaptar ao diferencial de dilatação térmica entre o metal original e o material de enchimento, pelo aquecimento do conjunto, e a variação de volume do metal por fusão do mesmo, enquanto que mantém a adaptação estreita ao desenho em positivo do precursor de metal original. .

Na prática do processo segundo a presente invenção, o conjunto do metal original, do leito de material de enchimento e, quando utilizado, do dispositivo de barreira ou dispositivo de impedimento do cres-

cimento, é aquecido a uma temperatura superior ao ponto de fusão do metal mas inferior ao ponto de fusão do produto da reacção de oxidação, para proporcionar um corpo ou massa de metal fundido, num ambiente oxidante. Em contacto com o oxidante, o metal fundido reagirá para formar uma camada de produto da reacção de oxidação. Por exposição continuada ao ambiente oxidante, numa gama de temperaturas apropriada, o metal fundido restante é transportado progressivamente para o interior e através do pro duto da reacção de oxidação, no sentido do oxidante e, ao entrar em contacto com o oxidante, forma mais o produto da reacção de oxidaçao. Pelo menos uma parte do produto da reacção de oxidação mantém-se em contacto com e entre o metal original fundido e o oxidante, de modo a provocar o orescimento contínuo do produto da reacção de oxidação policristalino no leito de material de enchimento, infiltrando material de enchimento no interior do produto da reacção de oxidação policristalino. 0 material da matriz policristalino continua a crescer enquanto se mantiverem as condições da reaoçao de oxidação apropriadas.

processo prossegue até o produto da reaoçao de oxidação ter sido infiltrado incluído pela quantidade desejada de material de enchimento e este ser nele incluído. O produto compósito de cerâmica resultante inclui material de enchimento encaixado por uma matriz cerâmica que compreende um produto da reacção de oxidação policristalino e incluindo, optativamente, um ou mais constituintes metálicos ou nao oxidados do metal original, espaços vazios ou ambas as coisas. Tipicamente, nestas matrizes cerâmicas policristalinas, os cristalitos do produto da reaoçao de oxidação estão interligados em mais de uma dimensão, preferivelmente em três dimensões, e as inclusões de metal ou espaços vazios podem estar interligados paroialmente. Quando o processo nao é conduzido para além da exaustão do metal original, o corpo compósito cerâmico obtido é denso e substancialmente sem espaços vazios. Quando o processo prossegue até ss

- 27 1 ^?;·.γ·____-completar, isto é, quando se tiver oxidado tanto metal quanto possível nas condições do processo, ter-se-ão formado poros em lugar do metal interligado, no corpo compósito cerâmico. 0 produto compósito de cerâmi oa resultante segundo a presente invenção possui substancialmente as di mensões originais e (o negativo de) a configuração geométrica da secção com o desenho em positivo do precursor de metal original, ajustada relativamente às variações de volume diferenciais no ponto de fusão e devidas à dilatação térmica, durante o processamento do precursor de metal original relativamente ao corpo compósito moldado e arrefecido.

Com referência agora aos desenhos, deve notar-se que nem todos os elementos dos mesmos estão necessariamente em escala. Por exemplo, nas figuras 9 a 11, a espessura dos componentes de papel ou de cartão fino ilustrados está exagerada para maior clareza da ilustração. A fig. 1 representa um precursor de metal original (2) com uma configuração que apresenta um desenho moldado designado por desenho em positivo, que essencialmente compreende uma cava rectangular (4) e uma cavidade moldada cilíndrica (6), que pode ser um furo liso, como está ilustrado, ou um fu ro roscado, aberto numa superfície (8) e uma zona nao trabalhada rectangular (9) saliente para cima (como se vê na fig. 1), a partir da superfície (8). A cava (4), a cavidade (6) e a zona (9) sao formadas na superfície (8) do precursor de metal original (2) e, conjuntamente, formam 0 desenho em positivo que será inversamente reproduzido como adiante se des oreve, em ligação com 0 produto cerâmico da fig. 3· O precursor de metal original (2) também possui um rebordo saliente (11), que se estende a par tir da sua face lateral (7a), estando uma face do rebordo saliente (11) alinhada com a superfície (8) e formando um prolongamento da mesma. 0 re^ tante do precursor de metal original (2) compreende a superfície (10) (fig. IA) oposta à superfície (8) e as quatro fases laterais (?a, 7b) (fig. 1) (7c) e (7d) (figs. IA e 2). A superfície (10), as faces laterais (7a-7b) e a parte do rebordo saliente (11), que não fazem parte da super fície (8) constituem a secção de nao reprodução do precursor de metal ori ginal (2), quando a interface entre 0 material inerte em partículas (16) e o material de enchimento (14) está situada no plano X-X (fig. 2) como adiante se descreve. Tal oomo é utilizado aqui e nas reivindicações anexas, 0 termo material inerte refere-se a um material em partículas que é substancialmente inerte para 0 metal original fundido e não é molhá vel pelo menos nas condições do processo, isto é, nas condições de fusão e da reacçao de oxidaçao.

A fig. 2 mostra um precursor de metal original (2), colocado dentro de um vaso refractário (12), tal como um vaso de alumina, oon tendo um leito de duas camadas de um material em partículas, estando a parte inferior do vaso (12) cheia oom um material de enchimento moldável (14) β a parte superior do vaso (12) (geralmente, acima do plano X-X) cheia com um material inerte moldável (16). A secção de nao reprodução do precur sor de metal original (2) é a sua porção a que está sobreposto o material inerte (16), estando portanto fora de contacto com o leito de material de enchimento (14)· 0 precursor de metal original (2) pode ser constituído por qualquer metal original apropriado, por exemplo, um metal original de alumínio. 0 precursor de metal original (2) é colocado com o seu desen nho em positivo (4,6,8,9) aplicado em condições de conformação ao leito (14) do material de enchimento moldável, de modo que o material de enchimento moldável preenche a cava (4) e a cavidade de forma cilíndrica (6) e encosta-se à superfície (8) e às superfícies da zona (9), adaptando-se as respectivas variações do desenho em positivo. 0 material de enchimento moldável (14) estende-se assim para cima do plano (X-X), apenas dentro da cava (4) ® da cavidade cilíndrica (6). A secção de nao reprodução do precursor de metal original (2) fica assim embutida no interior do material inerte (16). 0 material de enchimento moldável C14) nao se estende para

além das extremidades abertas opostas da cava (4), de modo que nas extre midades opostas da cava (4) existe uma interface entre 0 material de enchimento moldável (14) e o material inerte (16). Se for necessário ou desejável, pode colocar-se um dispositivo de retenção apropriado, tal como papel, cartão, película de plástico, chapa de metal (preferivelmente uma chapa de metal perfurada) ou um crivo, em cada extremidade oposta da cava (4), para impedir a penetração do material de enchimento moldável (14) e/ou a misturação do material inerte (16) com o material de enchimento moldável (14) durante a montagem.

Por aquecimento do conjunto montado segundo a fig. 2 a uma temperatura suficientemente alta para fundir o metal original do precursor (2), um oxidante em fase de vapor, que atravessa os poros do leito do material de barreira e do material de enchimento moldável e que portanto fica em contacto com 0 material fundido, oxida este e o crescimento do produto da reacção de oxidação daí resultante, infiltra-se no leito do material de enchimento deformável (14). 0 produto da reacção de oxidação em crescimento não penetrará no material inerte (16) que serve portanto eficazmente para reter o material fundido para 0 crescimento do produto da reacção de oxidação a partir do mesmo.

Por exemplo, quando o metal original for um metal original de alumínio e o ar o oxidante, a temperatura da, reacção de oxidação pode ser de cerca de 85O°C a cerca de 145θ°θ, preferivelmente de cerca de 900°C a cerca de 135θ°θ e 0 produto da reacção de oxidação é alumina, tipicamente alfa-alumina. 0 metal fundido migra através da película em formação do produto da reacçao de oxidaçao, a partir do volume primeiramen, . rv te ocupado por precursor de metal original (2) e, a medida que a reacçao continua, o espaço no interior do leito de material inerte (16) ocupado primeiramente pelo precursor de metal original (2) é parcialmente ou subs tancialmente oompletamente evacuado pela migração do metal original fun- 30 -

dido através do produto da reacçao de oxidaçao para & sua superfície exterior, onde entra em contacto com o oxidante em fase de vapor dentro do leito de material de enchimento moldável (14) e é oxidado para formar mais produto da reacção de oxidação. 0 movimento de partículas do material inerte (16) para o interior do espaço evacuado pelo metal original fundido, isto é, para o interior do local inicial do precursor de metal original (2), é aceitável visto que não pode ter qualquer efeito adverso no corpo de cerâmica em crescimento. Mas se se desejar ou for necessário, devido à geometria do desenho em positivo utilizado, pode utilizar-se um dispositivo retentor rígido para, evitar tal movimento. Por exemplo, pode colocar-se um retentor rígido apropriado sobre a superfície (10) do precursor de metal original (2), para reter o material inerte em nartícuias (16) no seu lugar quando o metal original fundido se infiltrar no leito de material de enchimento (14)* nroduto da reacção de oxidação resultante compreende um material cerâmico paLicristalino, que pode conter no seu interior inclusões de constituintes não oxidados do metal original fundido. Uma vez com pletado o orescimento na quantidade desejada da. matriz cerâmica, deixa-se arrefecer o conjunto e separa-se 0 corpo compósito cerâmico resultante, cujas dimensões estão indicadas pela linha a tracejado (18) na fig. 2, do material inerte (16), do material de enchimento moldável em excesso e do metal original que nao reagiu, se houver algum, deixado dentro do vaso (12). 0 metal original que não reagiu, se houver algum, e qualquer camada fina de óxido formada na interface com o material inerte (16) podem ser separados facilmente do corpo compósito cerâmico. A estrutura do corpo compósito cerâmico assim formada, reproduzirá inversamente a forma do de senho em positivo e 0 restante do corpo cerâmico pode ser conformado como se desejar, por maquinagem ou rectificaçao ou por outro processo, dando- 31 -lhe a forma exterior desejada. Por exemplo, conforme se ilustra na fig. 3, o oorpo compósito cerâmico conformado e acabado (20) possui uma superfície reproduzida,, isto é, um desenho em negativo que é o negativo do desenho em positivo definido pela cava (4), a cavidade (6), a superfície (8) e 0 rebordo (9) do precursor de metal original (2). 0 desenho em negativo reproduzido do corpo compósito cerâmico (20) inclui uma cava (21), que é o desenho em negativo reproduzido do rebordo (9), © uma bossa de forma cilíndrica (22), que é 0 desenho em negativo reproduzido da cavida de (6). As dimensões da cava (21) são congruentes das do rebordo ¢9) © as dimensões da bossa (22) são congruentes das da cavidade (6). Analogamente, a região de forma rectangular (24) é congruente da, e compreende 0 desenho em negativo reproduzido inversamente da ranhura (4)· A superfície (26) do oorpo compósito (20) Ó igualmente o desenho em negativo reproduzido inversamente da superfície (8) do precursor de metal original (2). As restantes partes do corpo compósito (20), por exemplo as faces laterais (28a) e (28b), mais as duas faces laterais (não visíveis na fig. 3) respectivamente opostas às faces laterais (28a) e (28b), e a superfície (não visível na fig. 3), oposta à superfície (26) sao formadas por maquinagem, rectificação ou por outro processo de conformação da porção exterior geralmente em forma de pão do corpo cerâmico desenvolvida abaixo do plano (X-X), cuja forma está geralmente indicada na fig. 2 por uma linha a tracejado (18). Devido ao facto de o rebordo saliente (11) ficar embutido no interior do material inerte (16) (quando a interface entre o material inerte (16) e o material de enchimento (14) estiver no plano (X-X), com apenas a parte do rebordo saliente (11), que compreende um prolongamento da superfície (8), em contacto com o material de enchimento (14), 0 rebordo (11) não ê reproduzido no corpo cerâmico (20). A acçao do rebor do saliente (11) nesta forma de realização é aumentar o comprimento do corpo cerâmico (20) (medido ao longo do seu eixo longitudinal maior) vis- 32 -

/ f

to que se aumenta a área de contacto em condiçoes de conformação do material de carga (14) com o precursor (2) (na superfície (8)) no correspondente à largura do rebordo saliente (11). Por exemplo, ignorando qualquer redução das dimensões provocada pela rectificação do corpo cerâmico (20) para proporcionar as superfícies acabadas (28), (28a), eto, do mesmo, 0 comprimento do corpo cerâmico (20) entre a região (24) e a superfície lateral (28a) do mesmo 4 designado na fig. 3, pela dimensão (L·*), que é substancialmente a mesma que a dimensão (l) na fig. 1. Se se omitisse o ressalto saliente (11) do precursor de metal original (2), o comprimento (L*) do corpo cerâmico (20) (fig.3) seria substancialmente o mesmo que a dimensão (_s) na fig. 1.

Escolhendo um material apropriado como material de enchimento e mantendo as condições da reacção de oxidação durante um tempo suficiente para evacuar substancialmente todo 0 metal original fundido do dispositivo de barreira constituído pelo leito (16) na forma de realização ilustrada, obter-se-ia uma reprodução inversa fiel do desenho em positivo do precursor de metal original (2) pela superfície (26), a região (24), a bossa (22) e a cava (21) do corpo cerâmico (20). Se ficar uma quantidade de metal original que não reagiu no corpo cerâmico, pode ser removida facilmente do corpo cerâmico resultante, para expor a reprodução inversa fiel. Embora a forma ilustrada do precursor de metal original (2) (e consequentemente da forma reproduzida (21), (22), (26), (24)) seja relativamente simples, podem formar-se desenhos em positivos de geometria muito mais complexa no precursor de metal original (2) que são reproduzidos inversamente com fidelidade como padrões em negativo do corpo cerâmico compósito, por técnicas segundo a presente invenção.

Numa outra forma de realização, 0 precursor de metal original (2) pode ser enterrado mais profundamente no leito de material de enchimento (14), ou aumentar-se a altura do leito (14) até ao nível indi cado pelo plano (Y-Y), ou até qualquer nível intermédio entre os planos (X-X) e (Υ-Υ). 0 material de enchimento moldável (14) pode mesmo estender-se para cima do nível do plano (Y-Y) e cobrir uma, parte da superfície (10) do precursor de metal original (2), desde que se deixe uma parte da mesma livre do contacto com 0 material de enchimento, para, evitar a formaçao de uma cavidade totalmente fechada pelo produto da reacção de oxidação. As dimensões da secção com o desenho em positivo aumenta quando aumentar a altura do leito (14) do material de enohimento, para incluir a parte das faces laterais (7a), (7b), (7c) e (7d) do precursor de metal original (2) que está encaixada por material de enchimento moldável (14). 0 crescimento do produto da reacçao de oxidação verificar-se-ia então não apenas através da superfície (8) e das superfícies da cava (4), da cavidade (6) e do rebordo (9), mas também através da parte das faces laterais (7a-7d) do precursor de metal original (2) envolvidas por e em contacto com o material de enchimento (14). Sm tal caso, a secção de nao reprodução do precursor de metal original (2) seria a parte deixada livre de material de enohimento (14), tal como, por exemplo, apenas a superfície (lO) do precursor de metal original (2), quando 0 material de enchimento moldável se estender até ao plano (Y-Y).

A fig. 4 mostra em perspectiva com um corte um corpo cerâmico (30), resultante do processo segundo a presente invenção, com o conjunto da fig. 4, no qual a interface entre o material de enchimento (14) e 0 material inerte (16) está no plano (Y-Y), de modo que o material . . fV A# de enchimento (14) está aplicado em condiçoes de conformação com todas as superfícies do precursor de metal (2), excepto a superfície (10). Neste dispositivo, a superfície (10) compreende a totalidade da secção de nao reprodução do precursor de metal original (2), cujo desenho em positivo é constituído pela superfície (8) e as faces laterais (7a.), (7b), (7o) e

(Yd) e incluindo portanto, além da cava (4), a cavidade (6) e o rebordo (9), e ainda 0 rebordo saliente (11). Realizando o processo segundo a presente invenção com o material de enchimento (14) estendendo-se s,té ao nível do plano (Y-Y) resulta o crescimento do produto da reacção cie oxidaçao para formar um corpo compósito de cerâmica como se representa geralmente pela linha a tracejado (19) na fig.2. 0 corpo cerâmico resultante (30), após ser separado do material de enchimento (14) em excesso e do material inerte (16), está representado na fig. 4, antes de ser rectificado ou maquinado (se se desejar), ao longo de superfícies geralmente análogas às superfícies laterais (28a), (28b) e faces laterais adjacen tes e de superfícies inferiores (nao visíveis na fig. 3) do corpo cerâmico (20) da fig. 3. 0 corpo cerâmico (30) está ilustrado na fig. 4, no estado em que é removido do vaso (12) e possui a superfície lateral exterior (32), uma superfície inferior (34) (como se vê na fig. 4) e superfícies de paredes interiores (3óa), (36b) e (36c), que compreendem, respectivamente, desenhos reproduzidos em negativo reproduzidos inversamente das superfícies laterais (7a), (7b) e (Yc) do precursor de metal original (2). (A superfície da parede interior que reproduz a superfície lateral (7d) do precursor de metal original ¢2) foi omitida na vista em corte da fig, 4, feito por um plano paralelq mas desviado para dentro, à superfície interior da parede omitida que reproduz inversamente a parede lateral (7d)). 0 crescimento do produto da reacção de oxidação através das porções do material de enchimento (14) aplicadas em condições de conformação às superfícies laterais (7a-7d) na fig.2 conduz à formação de paredes interiores opostas (36a), (36b), (36c) e uma quarta paiede interior (nao representada, que reproduz inversamente a superfície (7d)), para proporcionar uma cavidade de forma na generalidade rectangular (38), definida pelas referidas paredes interiores e pela superfície (26*), A superfície

- 35 (26') compreende um desenho em negativo que reproduz inversamente a superfície (8) do precursor (2) e corresponde em geral a superfície (26) da forma de realização da fig. 3- A superfície (26’) inclui uma cava (21‘), uma bossa (22·) e uma região não trabalhada (24') correspondentes em ge ral à cava (21), ã bossa (22) e à região (24) da forma de realização da fig. 3« Além disso, o corpo cerâmico (30) possui, na parte inferior da parede interna (36a), uma fenda ou canal (40) que é desenho em negativo que reproduz inversamente 0 ressalto (11) do precursor (2). 0 corpo cera mico (30) pode, optativamente, ser acabado, por exemplo rectifiçado ou maquinado, para proporcionar superfícies planas como se sugere em geral pelas linhas a tracejado (sem numeraçao) na fig. 4«

Compreender-se-à, tomando em consideração a descrição anterior dos diferentes corpos cerâmicos moldados, obtidos pela, alteraçao da posição relativa do precursor (2) em relaçao à interface entre o material de enchimento (14) e o material inerte (16), que o metal original fundido fornecido pelo precursor (2) migrará e crescerá como produto da reacção de oxidação no interior do leito de material de enchimento (14), através das áreas de precursor (2) que estão em contacto com ou aplicadas a uma superfície do precursor (2). Admitindo a presença de materiais e das condiçoes para proporcionar o crescimento do produto da reacçao de oxidação através de todas as superfícies do precursor (2) que nao estão bloqueadas pelo contacto com um dispositivo de barreira, compreende-se que 0 metal original fundido evacuará o volume originalmente ocupado pelo precursor (2) e desenvolver-se-à como produto da reacçao de oxidaçao no interior do material de enchimento (14) reproduzindo inversamente com fidelidade no corpo compósito de cerâmica auto-suportado resultante a configuração da interface entre 0 desenho em positivo do precursor de me tal original (2) e 0 material de enchimento permeável (14) colocado aplicado em condiçoes de conformação ao mesmo. Por exemplo, se se colocasse

a interface entre o material de enchimento (14) e 0 material inerte (16) num nível entre os planos (X-X) e (Υ-Υ), a altura das paredes interiores (36a), (36b), (36c) e da parede interior que reproduz a superfície (7d), e portanto a profundidade da cavidade (3θ), seriam reduzidas correspon dentemente. Por exemplo, se quando a interface entre o material de enchimento (14) e o material inerte (16) estiver no plano (2-2), a altura das paredes interiores mencionadas anteriormente seria menor do que a das bossas (22’) ou da região (24*)·

Deve compreender-se que as propriedades do material de en ohimento de ser permeável e moldável, como atrás se descreveu, sao propriedades da composição global do material de enchimento e que os componentes individuais do material de enchimento nao precisam de ter algumas ou todas estas características. Assim, 0 material de enchimento pode compreender quer um material único, quer uma mistura de partículas do mesmo material mas com granulometrias diferentes, quer misturas de dois ou mais materiais. No último caso, alguns dos componentes do material de enchimen to podem nao ser suficientemente moldáveis ou permeáveis, mas o material de enchimento de que os mesmos fazem parte terá as características de mol. dabilidade ou de permeabilidade necessárias, devido à presença de outros materiais. Um grande número de materiais que tornam os materiais de enchi mento utilizáveis no corpo compósito cerâmico, comunicando as qualidades desejadas ao corpo compósito também terão as qualidades de moldabilidade e permeabilidade atrás descritas.

Relativamente aos componentes individuais do material de enchimento, uma classe apropriada de componentes do material de enchimento inclui as espécies químicas que, nas condições de oxidaçao e de temperatura do processo, não são voláteis, são termodinamicamente estáveis e não reagem com nem se dissolvem excessivamente no metal original fun-

- 37 dido. Numerosos materiais são conhecidos pelos versados nesta técnica, satisfazendo a tais critérios, no caso em que se emprega metal original de alumínio, com ar ou. o oxigénio como oxidante

Tais materiais incluem os óxidos de um só metal: de alumínio,

AlgOy, de cério, GeO^; de háfnio,

HfO^j de lantânio, La^O^ de neodímio, dosj de samário, Sm^O^; ^es°ândio, Sc^O^; ^ório, UOgj de ítrio, ^e de zircónio, ZrO^. Além disso, de compostos metálicos binários, ternários e de ordem

Nd_O_n: de

3 praseodímio, vários óxi.

ThO^j de urânio, um grande superior, número tais como espinela de aluminato de magnésio, MgO.AlgO^, estão contidos classe de comostos refractários estáveis.

nesta

Uma segunda classe de componentes dos materiais de enchimento apropriados sao os que nao sao intrinsecamente estáveis no ambiente oxidante e de alta temperatura da forma de realizaçao preferida, mas que, devido à cinética relativamente podem ser incorporados como uma fase do material de enchimento no interiOr do corpo cerâmico em crescimento

Um exemplo é o carbonate de silício.

Este material oxidar-se-ia completamente nas condiçoes necessárias para oxidar, por exemplo, alumínio com oxigénio ou ar segundo a presente invenção, se nao fosse uma camada protectora de óxido de silício e que se forma e reveste as partículas de carboneto de silício para limitar a oxidação adicional do carboneto de silício. A camada protectora de óxido de silício também permite que as partículas de carboneto de silício se sinte rizam ou se liguem ligeiramente a si próprias e a outros componentes do material de enchimento nas condiçoes da reacçao de oxidaçao do processo, para o metal original de alumínio com ar ou oxigénio como oxidante.

Uma terceira classe de componentes apropriados para material de enchimento sao aqueles, tais como fibras de carbono, que por ra zoes termodinâmicas ou cinéticas, nao seria de esperar que sobrevivessem

- 38 / , ao ambiente oxidante ou à exposição ao alumínio fundido implicados numa forma de realizaçao preferida, mas em que podem ser tornados compatíveis com o processo se 1) se tornar o meio menos activo, oor exemplo através do emprego de CO/GOg como gases de oxidaçao, ou 2) através da aplicação ao mesmo de um revestimento, tal como óxido de alumínio, que torna as espécies cineticamente não reactivas no ambiente oxidante ou à exposição ao metal fundido.

Gomo outra forma de realizaçao da presente invenção e como se explica nos pedidos de patente de propriedade comum, a adição de materiais contaminantes ao metal pode influenciar favoravelmente o processo da reacçao de oxidação. A função ou funções do material contaminante podem depender de um certo número de factores diferentes do próprio material oon taminante. Estes factores incluem, por exemplo, o metal original particular, o produto final desejado, a combinação particular dos contaminantes quando se usam dois ou mais contaminantes, o emnrego de um contaminante aplicado externamente em combinação com um contaminante de liga, a concentração do contaminante, o ambiente oxidante e as condições do processo.

contaminante ou contaminantes (1) podem ser proporcionados sob a forma de constituintes de liga do metal original, (2) podem ser aplicados a pelo menos uma parte da, suoerfície cLo metal original, ou (3) podem ser aplicados ao material de enchimento ou a uma parte do leito de material de enchimento, por exemplo, até à profundidade do material de enchimento necessária para se adaptar ao desenho em positivo do precursor de metal original, podendo usar-se qualquer combinação de duas ou mais das téonicas (1), (2) e (3)· Por exemplo, pode usar-se um contaminante de liga em combinação com um contaminante aolicado extemamente. No caso da técnica (3), na qual se aplicam um ou vários contaminantes, ao material de enchimento, essa a,plica,çao pode ser feita de qualquer maneira apropri—

ada, tal como por dispersão dos contaminantes por uma parte ou por toda a massa do material de enchimento como revestimentos ou em forma de partículas, preferivelmente incluindo pelo menos uma parte do leito do mate rial de enchimento adjacente ao metal original. A aplicaçao de qualquer dos contaminantes ao material de enchimento pode também ser realizada por aplicaçao de uma camada de um ou mais ma.teriais contaminantes sobre e no interior do leito, incluindo qualquer das suas aberturas internas, inters tícios, passagens, espaços intermédios ou similares, que possam torná-lo permeável. Uma maneira conveniente de aplicação de qualquer material conta minanteê simplesmente enfceber todo o leito num líquido (por exemplo, uma, solução) do material contaminante. Pode oroporeionar-se uma fonte de contaminante pela colocaçao de um corpo rígido de contaminante em contacto com e entre pelo menos uma parte da superfície de metal original e o leito do material de enchimento. Por exemplo, pode colocar-se uma folha fina de vi dro contendo silício (utilizável como contaminante para a oxidaçao de um metal original de alumínio), na superfície do metal original. Quando se aquecenum meio oxidante o metal original de alumínio (que pode ser contaminado internamente com Mg) a que se sobrepôs o material contendo silício (por exemplo, no caso de alumínio no ar, entre cerca de 85O°C θ 145θ°θί preferivelmente entre cerca, de 900°G e 135θ°9), verifica-se o crescimento do material cerâmico policristalino no interior do leito permeável. No ca so em que o contaminante é aplicado externamente a pelo menos uma parte da superfície do metal original, a estrutura de óxido policristalina geral mente cresce no interior da carga permeável substancialmente para além da camada contaminante (isto é, para além da profundidade da camada contaminante aplicada). Em qualquer caso, pode aplicar-se um ou mais contaminan tes externamente na superfície de metal original e/ou no leito permeável. Além disso, os contaminantes usados como elementos de liga do metal origi- 40 nal e/ou aplicados externamente ao metal original podem ser aumentados por um ou mais contaminantes aplicado(s) ao leito do material de enchimento. Assim, quaisquer deficiências de concentração dos contaminantes de liga no interior do metal original e/ou aplicados externamente ao metal original podem ser compensadas por uma concentração adicional do respeotivo(s) contaminante(s) aplioado(s) ao leito e vice-versa.

Os contaminantes utilizáveis para um metal original de alumínio, particularmente com ar como oxidante incluem, por exemplo, o metal magnésio e o metal zinco, em combinação um com o outro ou em combinação com outros contaminantes, como se descreve mais adiante. Estes metais, ou uma fonte apropriada destes metais, podem ser usados como ele mentos de liga no metal original; à base de alumínio, com concentrações, para cada um, entre cerca de 0,1 e 10%, em peso, com base no peso total do metal contaminado resultante. Parece que as concentrações dentro desta gama iniciam o crescimento da cerâmica, favorecem o transporte de metal e influenciam favoravelmente a morfologia do crescimento do produto da reacçao de oxidaçao resultante. A concentração para qualquer dos contaminantes dependerá de factores tais como, a combinação de contaminantes e a temperatura do processo.

Outros contaminantes que sao eficazes na. promoção do crejs cimento do produto da reacçao de oxidaçao policristalino, para sistemas de metal original a base de alumínio sao, por exemplo, o silício, o germânio, o estanho e o chumbo, especialmente quando empregados em combinação com o magnésio ou o zinco. Um ou mais destes outros contaminantes, ou uma fonte apropriada, dos mesmos, sao usados como elementos de liga no interior do sistema de metal original de alumínio, em concentrações, para cada um, de cerca de 0,5 a 15%, em peso da liga, total; mas obtêm-se uma cinética, de crescimento e uma morfologia de crescimento mais desejáveis com con centrações de contaminantes na gama de 1 a 10p, em peso da liga âe metal original total. 0 chumbo, como oontaminante, é geralmente utilizado como elemento de liga no metal original base de alumínio a uma temperatura de pelo menos 1000°C, para ter em conta, a sua baixa solubilidade no alumínio; no entanto, a adiçao de outros componentes de liga, tais como estanho, produz um aumento de solubilidade do chumbo e permitirá que o material de liga seja adicionado a uma temperatura inferior.

Podem usar-se um ou mais oontaminantes conforme as circunstâncias, como atrás se explicou. Por exemplo, no caso de um metal ori ginal de alumínio e com o ar como oxidante, as combinações particularmente utilizáveis de contaminantes incluem (a) magnésio e silício ou(b) magnésio, zinco e silício. '4m tais exemplos, una concentração de magnésio preferida está dentro da gama de 0,1 a 3m, em peso, para o magnésio, na gama de cerca de 1 a 6q, em peso, para o zinco e na gama de 1 a 10%, em peso, para o silício.

Quando o metal original for alumínio contaminado internamente com magnésio e o meio oxidante for o ar ou o oxigénio, verificou-se que o magnésio é, pelo menos parei.almente, eliminado da liga por oxidaçao, a temperaturas de 820 a 95θ°θ· Nestes casos de sistemas contaminados ->or magnésio, o magnésio forma um óxido de magnésio e/ou uma fase de esninela de aluminato de magnésio na superfície da, liga de alumínio fundida e du rante o processo de crescimento tais compostos de magnésio permanecem primariamente na superfície de éxido inicial da liga de metal original (isto é, na superfície de iniciaçao) na estrutura cerâmica em crescimento. Assim, em tais sistemas contaminados com magnésio, produz-se uma estrutura à base de óxido de alumínio separada da camada relativamente fina da espinela de aluminato de magnésio na superfície de iniciaçao. Quando se desejar, esta superfície de iniciaçao pode ser facilmente removida, por exem pio por rectificaçao, maquinagem, polimento ou por jacto de areia, etc. Além disso, observou-se uma camada extremamente fina (por exemplo, inferior a cerca de 2 micrémetros) de óxido de magnésio na superfície exterior, a qual pode ser facilmente removida por exemplo por jacto de areia, se se desejar.

Outros exemplos de materiais contaminantes utilizáveis com um metal original de alumínio, incluem o sódio, o lítio, o cálcio, o boro, o fósforo e o ítrio, que podem ser empregados individualmente ou em combinação com um ou mais contaminantes, conforme o oxidante e as condiçoes do processo. 0 sódio e o lítio podem ser empregados em quantidades muito pequenas da ordem de algumas partes por milhão, tipicamente cerca de 100 a 200 partes por milhão, e cada um pode ser utilizado só ou os dois juntos, ou em combinação com outro ou outros contaminantes. Elementos das terras raras, tais como o cério, o lantânio, o praseodímio, o neodímio e o samário sao também utilizáveis como contaminantes e mais uma vez aqui especialmente quando empregados em combinação com outros contaminantes.

Como atrás se notou, não é necessário utilizar qualquer material contaminante no interior do metal original como elemento de liga. Por exemplo, a aplicação selectiva. de um ou mais materiais contaminantes numa camada fina em toda ou em parte da superfície do metal original activa o crescimento local de cerâmica a partir da superfície de metal original ou de porções da mesma e conduz ao crescimento do material cerâmico policristalino, para o interior do material de enchimento permeável nas áreas seleccionadas. Assim, pode controlar-se o crescimento do ma terial cerâmico policristalino para o interior do leito permeável pela co locação localizada do material contaminante na superfície do metal original. 0 revestimento ou camada de contaminante aplicado é fina em relaçao <v à espessura do corpo de metal original, e o crescimento ou a formaçao do produto da reacção de oxidação, para o interior do leito permeável esten- 43 /

de-se substancialmente para além da camada de contaminante, isto é, para além da profundidade da camada, de contaminante. Tal camada, de material contaminante pode ser aplicada por pintura, imersão, serigrafia, evaporação, ou outra aplicação de material contaminante na, forma líquida ou em pasta, por deposição catéâica ou simplesmente depositando uma ca mada de um contaminante sólido em partículas ou uma folha sélida fina ou uma película de contaminante na superfície do metal original. 0 material contaminante pode, mas nao necessariamente, incluir ligantes orgânicos ou inorgânicos, veículos, solventes, e/ou espessantes. Mais pre ferivelmente, os materiais contaminantes são aplicados como pés a superfície do metal original ou dispersos por, pelo menos uma parte do ma*· terial de enchimento. Um processo particularmente preferido de aplicação dos contaminantes à superfície de metal original é utilizar uma. suspensão líquida do contaminante numa mistura de ligante orgânico/água, pulverizada sobre uma superfície de metal original, de modo a obter um revestimento aderente que facilita o manuseamento do metal original conta minado antes do processamento.

Os materiais contaminantes, quando empregados externamente são usualmente aplicados a uma parte de uma superfície do meta.l original como um revestimento uniforme sobre a mesma. A quantidade de contaminante é eficaz numa ampla gama de valores, era rels,çao a quantidade do metal original a que é aplicada e, no caso do alumínio, falharam as experiências para tentar definir os limites operáveis tanto inferiores como superiores. Por exemplo, quando se utiliza silício na forma de dióxido de silício aplicado externamente como contaminante para um metal original à base de alumínio, podem empregar-se quantidades tao baixas como cerca de 0,0001 grama de silício por centímetro quadrado de superfície contaminada extemamente do metal original ou cerca de 0,00003 grama de silício por grama de metal original a oxidar para produzir o fenómeno do crescimento da cerâmica policristalina. Podem usar-se um ou mais outros contaminante s; por exemplo, pode suplementar-se o material contaminante de silício com um material contaminante que compreende uma fonte de magnésio e/ou de zinco. Também se verificou que pode obter-se uma estrutura cerâmica a partir de um metal original a base de alumínio, utilizando-se ar ou oxigénio como oxidante, usando MgO, KgAl^O^ ou ambos como contaminante numa quantidade maior do que cerca de 0,003 grama de Mg por centímetro quadrado de superfície contamina.da externamente de metal original, ou maior do que cerca de 0,0003 grama de Mg por grama de metal original a oxidar.

As técnicas (2) e (3) de aplicação de contaminantes, atrás descritas, isto é, a aplicação externa do contaminante a pelo menos uma parte da superfície de metal original ou ao leito cie material de enchimento ou a parte do leito de material de enchimento, podem ser usadas numa forma de realização da, presente invenção, na qual o controlo do crescimento do produto da reacção de oxidação é obtido por tal aplicaçao externa de contaminante. Os materiais e as condições podem ser escolhidos de modo que não se verifique um crescimento significativo do produto da reacção de oxidação a partir das partes do precursor de metal original desprovidas de contaminante externo, e 0 precursor de metal original nao forma liga oom contaminante suficiente para facilitar a reacçao de oxidação. Quando se usa um contaminante externo em conjunção apenas com a secção com 0 desenho em positivo do precursor de metal original, pode omitir-se o dispositivo de barreira a partir da secção de não reprodução. Deve no entanto entender-se que a aplicação externa do contaminante pode também ser empregada era combinação com 0 material de barreira.

A técnica de utilização de um contaminante externo está ilustrada na fig. 5, na qual o precursor de metal original ¢2) é incluí- 45 do no interior de um leito de material de enchimento moldável (14), estando todas as superfícies do precursor de metal original (2), incluindo a sua secção de nao reprodução aplicada em condições de conformação ao material de enchimento moldável (14)· 2ste tipo de inclusão poderia obter-se, por exemplo, por substituição do leito de material inerte (16) na fig. 2 pelo material de enchimento permeável, de modo que o vaso refractário (12) fica completamente cheio com um leito de material de enchimento (14), tendo incluído no seu interior 0 precursor de metal original (2) .

Na forma de realização da fig. 5, ^a aplicaçao externa de um contaminante é utilizada para obter 0 mesmo efeito que seria obtido na forma de realização da fig. 2, se a interface entre o leito (14) do material de enchimento moldável e 0 leito (16) do material inerte em par tículas estivesse no nível do plano (X-X). A fim de obter este efeito, a camada (40) do material contaminante é aplicada para revestir toda a superfície da secção com 0 desenho em positivo constituída pela superfície (8), que, como atrás se descreveu relativamente às formas de realização das figs. 1 a 4, tem nela formadas uma cava (4), wna cavidade (6) e um ressalto (9) formando um rebordo saliente (11) um prolongamento da mesma. As superfícies (10), (7a), (7c), (7b) e (jd) e as superfícies do rebordo saliente nao revestidas com o material contaminante (4θ) constituem no seu conjunto a secção de nao reprodução do precursor de metal original (2), na forma de realização ilustrada na fig. 5 (a superfície (7b) não é visível na fig. 5)· As condições da reacção de oxidaçao utilizadas com a forma de realização da fig. 5 são tais que a camada (40) do material contaminante é necessária para promover o crescimento do produto da reaoçao de oxidaçao e, na ausência da camada (4θ) do material contaminante, 0 produto da reacção de oxidação é impedido ou inibido suficientemente para imoedir qualquer formaçao significativa de produto

da reacçao de oxidaçao a partir das superfícies do precursor de metal original (2) que compreendem a sua secção de não reprodução. Assim, nesta forma de realizaçao, 0 precursor de metal original (2) nao conteria nenhum contaminante de liga ou apenas uma quantidade insuficiente para promover 0 crescimento do produto da reacçao de oxidaçao sob condiçoes obtidas. Faotores tais como a composição do metal original, a composição e a quantidade de oxidante, e a temperatura de operaçao detarminarao se um me tal original particular requer a presença de um contaminante para formar 0 produto da reacção de oxidação com uma velocidade apreciável. Oom a dijs posição ilustrada na fig. 5» θ ®m condiçoes nas quais a camada (¢)) do material contaminante é necessária para promover 0 crescimento significativo do produto da reacção de oxidaçao, não se verificará qualquer crescimento significativo a partir da secção de nao reprodução mesmo que ela es teja aplicada em condições de conformação a um leito de material de enchimento moldável (14) que é permeável ao crescimento do produto da reacção de oxidação. Em vez de ou além da camada (40) do material contaminante, pode utilizar-se um contaminante apropriado nas porçoes ou zonas do leito (14) de material de enchimento moldável opostas, adjacentes e/ou contíguas à secção com o desenho em positivo do precursor de metal original (2). Além disso, pode usar-se um oxidante sólido ou líquido nessas zonas do leito de material de enchimento para estabelecer uma cinética de crescimento favorável na secção com 0 desenho em positivo. 0 produto resultante da disposição parcialmente ilustrada na fig. 5, seria semelhante ou idêntico ao corpo compósito cerâmico ilustrado na fig. 3·

A fig. 6 mostra outra forma de realizaçao da presente invenção, na qual um precursor de metal original (2*) está incluído no interior de um leito (14) de material de enchimento moldável, por sua vez retido no interior de um recipiente fechado na generalidade rectangular (42), feito de um material compreendendo um material de barreira poroso.

- 47 κ— / .

Ο recipiente fechado (42) é substancialmente preenchido com material de enchimento moldável (14) e 0 precursor de metal original (2*) incluído no mesmo. 0 material de barreira poroso de que é feito o recipiente fechado (42), pode compreender, aor exemplo, um crivo de aço inoxidável. 0 recipiente fechado (42) possui uma abertura circular formada nas suas superfícies superior e inferior (42a, 42b) (vide fig. 6) e um par de tubos moldados cilíndricos circulares (44a, 44b) estão inseridos através destas aberturas e estendem-se até às superfícies opostas respectivas (46, 48) do precursor de metal original (2’)· Cada um dos tubos (44a, 44b) é cheio com um material inerte (16), podendo por sua vez os tubos ser formados por um material de barreira poroso ou um crivo idêntico ou semelhante ao do recipiente fechado (42). 0 precursor de metal original (2’) possui nesta forma de realização um rebordo (50) saliente a partir da superfície (48) do mesmo. Na fig. 6 podem ver-se as superfícies laterais (52a, 52c) e superfícies frontais (52d) do precursor de metal original (2‘) (lateral” e frontal são empregados na frase anterior, tal como se vêm na fig. 6). A superfície traseira (relativamente à fig. 6) do metal original (2*) não é visível na fig. 6. Deve considerar-se que todas as superfícies descritas do precursor de metal original (2*) estão aplicadas em condições de conformação ao material de enchimento (14) con tido dentro do recipiente fechado (42), excepto umas porções circulares da superfície oposta de faces (46) ® (43), às quais estão sobrepostas partículas do material inerte (16) contidas, respectivamente, no interior dos tubos (44a) e (44b). Assim, toda, a, superfície do precursor de metal original (2*) constitui a secça,o com o desenho positivo do mesmo, excepto os dois segmentos circula,res a que se sobrepoe 0 material inerte (16), constituindo esses segmentos secções respectivas de nao reprodução do precursor de metal original (2*)· Visto que 0 recipiente (42) propor- 48 -

ciona uma barreira para o crescimento do produto da reacçao de oxidaçao, o leito (15) de material em partículas nao precisa, de ser nem um materi al de enchimento moldável nem um material inerte. !;·>. realidade o conjunto constituído pelo recipiente fechado (42) e os tubos (44?-) e (44b) pode ser suoortado por qualquer meio apropriado dentro do vaso refractário (42). E no entanto conveniente suportar o conjunto num leito de material em partículas (15) que pode, mas não necessariamente, ser un material inerte. de o recipiente (42) nao fosse ele próprio uma barreira:»era, o cres cimento do produto da reacção de oxidação, então 0 leito (15), ou nelo menos a porção do mesmo adjacente ao recipiente fechado (42), e envolven do o mesmo, deveria compreender um material inerte.

Por aquecimento do conjunto da fig. 6 a uma temperatura suficientemente alta para fundir o metal original e por contacto do metal orisánal fundido com um oxidante líquido, sólido ou em fase de vapor , verifica-se a oxidaçao do metal fundido e o crescimento do produto da reacção de oxidação a partir da secção com 0 desenho positivo do orecursor de metal original (2*). luando se deixa continuar a reacçao até obter o ores cimento desejado do corpo cerâmico (optativa-mente até ? exaustao do metal original a partir do volume inicialmente ocupado pelo precursor de metal original (2’)), 0 produto da reacção de oxidação crescerá até um limite definido oela superfície interior do recipiente fechado (42). 0 volume do recipiente de fechamento (42) reletivamente ao volume do orecursor de metal original (2’) é facilmente escolhido de modo que r-esulte um volume do produto da reacçao de oxidaçao que preenche os interstícios do volume do material de enchimento (14) contido dentro do recipiente fechado (42).

A fig. 7 mostra um corpo compósito cerâmico resultante (54), obtido por emorego da disposição da fig. 6. 0 corpo compósito cerâmico (54) possui uma superfície superior (56) geralmente plana e super-

fíoies laterais (5θ, 60), visíveis na fig. 7· Estas suoerfícies gerrlmente adaptam-se às superfícies interiores do recipiente fechado (42). Uma abertura cilíndrica (Ó2a) estende-se até à superfície superior (56) e corresponde na generalidade ao volume cio tubo (44©-) oontido dentro do recipiente fechado (42). Uma abertur^ cilíndrica correspondente (62b) estende-se até ' superfície inferior (sem número de referência) do corpo comoósito cerâmico (54) ® corresponde ao volume do tubo (44b) encerrado dentro do recipiente fechado (42). 0 volume inicÍ'-'lment© ootipado pelo precursor de metal original (2·) é evacuado durante ? oxidaçao do metal original e da origem a una cavidade com a configuração gsralnente rectangular (64), formada no interior do compósito cerâmico (54) e repre sentada a tracejado na fig. 7· A. superfície inferior (relativaraente à fig. 7) da cavidade (64) contém uma cava (66) nela formada, que é uma reoroduçao invertida da superfície do rebordo (5θ) do precursor de metal original (2’)· Os tubos (AAa, 44b) são cheios com partículas de u:n material inerte (16) no conjunto da fig. 6. Uma vez que é permeável, o material inerte proporciona, através dos tubos (44a, 44b), acesso à atmosfera circundante pela cavidade (64) que é formada durante a reacçao, de modo que em nenhum instante a cavidade (64) é completamente fechada e vedada para a atmosfera circundante pelo oroduto da reacção de oxidação em crescimento, domo atrás se explicou, isso evita o problema de um diferencial de pressão que actue no corpo oco em crescimento do oroduto da reacção de oxidaçao devido ao facto de 0 produto da reacçao de oxidaçao ser impermeável ao ar ou à atmosfera circundante.

Oom referência às figs. 8, 3A e 83, nelas está representada outra forma de realização de um precursor de metal original (63), por exemplo um precursor de metal original de alumínio com a, configuração geral rectangular, com superfícies (7θ, 74) ® faces laterais (72a), (72b),(72c) e (72d). 0 precursor de metal original (68) possui uma zona

- 50 ,ί.nao trabalhada de forma rectangular (76), que se orojecta a partir da sua superfície (74). A zona (76) estende-se substanoialmente paralela a e na mesma extensão que as faces laterais (72a) e (72d). Um furo cilíndrico (73) estende-se através do orecursor de metal original (63), a partir da superfície (70) até à. superfície (74) do mesmo.

A fig. 9 mostra o precursor de metal original (63) colocado dentro de um vaso refraotário (80), num conjunto do precursor de metal original (68) com o material de enchimento moldável e um dispositivo de barreira ou dispositivo de orevençao do crescimento. Kesta forma de realizaçao, um dispositivo de barreira cilíndrico (82), que inibe ou impede 0 crescimento, é dimensionado e configurado de modo a poder ser inserido deslizando para o interior do furo cilíndrico (73), aplicado em contacto com toda a superfície cilíndrica do mesmo. Conforme se mostra nas figs. 3B e 9, o dispositivo de barreira cilíndrico (82) é mais comprido do que o furo (78) e uma, parte do mesmo projecta— -se para fora, nas duas extremidades do mesmo. A vista em corte transversal da fig. 9 representa a construção do dispositivo de barreira cilíndrico (82), que compreende, na forma de realização ilustrada, um furo central (32b), que pode ser feito de gesso de Paris, contido no interior de um tubo de panei grosso ou de cartão fino (82a), usado para estabelecer a configuração inicial da barreira. Quando do aquecimento, o papel ou cartao ardem ou volatilizam-se e deixam de participar no pro cesso. Um dispositivo de barreira de forma rectangular (88), aberto nas suas extremidades superior e inferior (relativamente à fig. 9), está representado em corte transversal na fig. 9, θ é constituído por quatro paredes que se estendem respectivamente paralelas a e esnaçadas das faces laterais (72a), (72b), (72o) e (72d), do precursor de metal original (68). 0 dispositivo de barreira (38) tem assim a forma de um pequeno troço de uma conduta rectangular. Apenas três das paredes do dispositivo / ·⁵¹·

Ί>

(88) sao visíveis na fig. 9, nomeadamente a parede (33b)^em corte tran versai, as paredes (33a) e (88c). Como está representado relativaraente às duas últimas paredes, a, superfície interna de cada uma delas é cons tituída por uma camada de gesso de Paris que, nas paredes (33a) e (88c), está representada em corte transversal como camadas (83a') e (33c')· A camada exterior de papel grosso ou de cartão está representada em corte transversal, como camadas (88a“) e (38c*’).

precursor de metal original (63), juntamente com o dis positivo de barreira cilíndrico (82), inserido no furo cilíndrico do mesmo, é incluído no interior de um leito de material de enchimento deformável (84), contido dentro do dispositivo de barreira rectangular (88). 0 dispositivo de barreira rectangular (38) e 0 seu conteúdo sao incluídos no interior de um leito de material inerte (36), do qual está separado pelo dispositivo de barreira (88). Nesta forma de realizaçao, a seç ção de não reprodução do precursor de metal original (68) é proporcionada pela superfície cilíndrica do furo cilíndrico (73), que está aplicada a e é congruente com a superfície exterior do dispositivo de barreira de forma cilíndrica (82). As superfícies restantes do precursor de metal original (68)compreendem o seu desenho em positivo, quando se verificar 0 crescimento do produto da reacçao de oxidaçao a nartir do precursor de metal original (63), nas condições apropriadas, como atrás se descreveu, a partir destas superfícies através do leito de material d.e enchimento moldável (84). 0 crescimento do produto da reacçao de oxidaçao é obrigado a parar quando 0 produto da reacçao de oxidaçao em crescimento entra em contacto com 0 dispositivo de barreira (32) e (33) e com o material inerte (86), respectivamente. A disposição representada na Fig. 9 produzirá um corpo cerâmico com uma configuração idêntica ou substancialmente semelhante à descrita atrás e ilustrada na fig. 7» ‘tal como é obtida a partir do conjunto da fig. 6. Por conseguinte, não é necessário repetir a descrição do corpo cerâmico da fig. 7·

Referindo agora as figs. 10 e 11, nelas está representado um outro processo para obter um corpo compósito cerâmico semelhante ou idêntico ao ilustrado na fig. 3, o qual, por emprego de meios de barreira apropriados, controla o grau de crescimento do produto da reacção de oxidação obtido e evita assim a necessidade de maquinagem ou rectificaçao até à extensão requerida para formar as porções irregulares do corpo cerâmico da fig. 4, (que foi formado utilizando a disposição da fig. 2). Como se representa na fig. 10, um precursor de metal original (2‘) tem a mesma forma ou uma forma idêntica à do precursor de metal original (2) das figs. 1, IA e 2. Assim, o precursor de metal original (2*) tem uma su perfíoie plana (10’5, uma superfície oposta (8') a partir da qual se estende uma zona não trabalhada rectangular (9‘) θ na qual são formados uma cava (4’) e um furo ou cavidade cilíndricos (6*). Um ressalto saliente (11*) estende-se ao longo de um lado do precursor de metal original (2’) que está encaixado dentro de um dispositivo de barreira rectangular (90 ) que compreende, com efeito, uma caixa rectangular de papel grosso ou de cartao fino, aberta nas suas extremidades opostas. 0 dispositivo de barreira rectangular (90) é revestido com gesso de Paris de uma maneira semelhante à do dispositivo de barreira rectangular (88) da forma de realização da fig. 9» Assim, como se representa na fig. 10, o dispositivo de barreira rectangular (90) compreende paredes (90a), (90b), (9θθ) θ (90d), tendo a maior parte da parede (90d) sido arrancada na fig. 10 para maior clareza da ilustração. Cada uma das paredes (90a-90d) possui um revestimento interior de gesso de Paris endurecido, como se ilustra melhor relativamente à parede em corte transversal (90c), que mostra a parede exterior de cartão (90c*) com um revestimento interior de gesso (90c). De modo semelhante, como se mostra na fig. 11, a parede (90a) é feita de cartao (90a*) sobre o qual há uma camada de gesso de Paris (90a,ⁿ). A superfície (10*) do precursor de metal original (2’) tem um revestimento (92) de gesso de ?-'ris nela aplicado.

Cinco das seis superfícies maiores do precursor de metal original (2’) estão assim recobertas por um cdsoositivo de barreira oons tituído, na forma de realização ilustrada, oor uma camada de gesso de Pa ris. Tal como todo 0 gesso de Paris do dispositivo do barreira de papelao/gesso ilustrado, o papel ou cartão funciona como ura molde no qual o gesso de Paris pode ser aplicado no seu estado húmido ou plástico, deixando-se depois secar para endurecer para nroporcionar um dispositivo de barreira rígido. 0 cartao também serve nara reforçar o dispositivo de barreira de gesso de Paris para ajudar a prevenir a sua fissuraçao ou a rotura durante 0 manuseamento e montagem do dispositivo de barreira e do precursor de metal original dentro do vaso refractário. Como mais atrás se indicou, qualquer outro material apropriado pode substituir 0 papel ou cartão e o gesso.

A*

Com 0 crescimento do produto da reacçao de oxidaçao assim inibido ou impedido pelo dispositivo de barreira, a superfície (8‘), a cava (4’), o furo (6*) e a zona (9’) constituem, no seu conjunto o desenho em positivo do precursor de metal original (2'), constituindo 0 res tante das superfícies do mesmo a secção de nao reprodução do orecursor de metal original (2’).

A fig. 11 mostra o precursor de metal original (2‘) e o seu dispositivo de barreira associado (90), inserido no interior de um leito de material inerte em partículas (94) ® contendo, no espaço do bor do livre'· aoima do precursor (2’), um material de enohimento moldável (96) A parte superior, (considerada, nas figs. 10 e 11) do dispositivo de barreira rectangular (90) estende-se acima da superfície (3’) do precursor

- 54 de metal original (2’) e serve assim para separar o leito de material de enchimento moldável (96) do leito de partículas de material inerte (94) contidas dentro do vaso refractário (93). Por aquecimento do conjunto da fig. 11 a uma temperatura elevada apropriada, e mantendo 0 mesmo àquela temperatura durante um período de tempo suficiente, de acordo com os pro cessos atrás descritos, obtém-se um corpo compósito cerâmico semelhante ou idêntico ao ilustrado na fig. 3, como se verá no exemplo dado mais adiante.

As estruturas compósitas cerâmicas obtidas pela prática da presente invenção serão usualmente uma massa densa e coerente, na qual entre cerca de 5Á a 93/, em volume, do volume total da estrutura compósita sao constituídos por um ou mais dos componentes do material de enchimento inseridos no interior de uma matriz cerâmica policristalina. A matriz cerâmica policristalina, quando 0 metal original é o alumínio e o ar ou 0 oxigénio sao 0 oxidante, é usualmente constituída por cerca de 6O/ó a 99/, em peso, (do peso da matriz policristalina) de alfa-alumina interligada e cerca de 1_> a 4Qp, em peso, (na mesma base) de constituintes metálicos nao oxidados, por exemplo provenientes do metal original.

A invenção é ainda ilustrada pelos seguintes exemnlos nao limitativos.

EXEMPLO 1

Kaquinou-se um precursor õe metal original de modo a ficar com a forma ilustrada nas figs. 1, IA e 10. 0 precursor foi maquinado a partir de um bloco de liga de elumínio 330.1 obtida na telmont Metais, Inc. e tendo uma composição nominal do 3 a 0,5 , em. peso, de silício, 2 3/, cm peso, de zinco, 0,1.em peso, de magnésio, 3,5.-’, ^emoeso, de cobre bem como ferro, manganês e níquel, embora 0 teor de magnésio seja ••'lgumas vezes maior, por exemplo na gama de 0,17-0,13;j. 0 orecursor de metal original oonformado resultante foi provido com um dls positivo de barreira, coco se ilustra pelo dispositivo do barreira (?0, 92) na fig. 10, 0 dispositivo de barreira correspondente ao que tem a referência (90) na fig. 10, era constituído por um :?.olde de cartao, no qual se aplicou gesso de Paris (3ondex, obtido da Bondex Ooonrnjr), numa camada de aproximadamente 1,59 mm (1/16·’) ? 3,13 mm (1/3·’) de espessura. 0 dispositivo de barreira correspondente ao que tem a referência (92) na fig. 10, era constituído por uma camada do mesmo gesso, aproxima (lamente com 1,59 mm (1/16”) a 3,13 mm (1/3*’) de espessura. Assim, as superfícies correspondentes as superfícies (10), (7a), (7b),(7c) e (7d) do precursor de metal original ilustradas nas figs. 1, IA e 10 foram revestidas com +* ÍM A* um material de barreira e constituíam a secção de nao reprodução do precursor. A superfície (8), a cava (4), o furo (6) e a zona (9) ficaram livres do material de barreira constituindo assim o desenho ern positivo do precursor de metal de origem. 0 dispositivo de barreira correspondente ao que tem a referência (90) na fig. 11, estendia-se a aproximadamente 15,88 mm (5/θ“) acima da superfície (8) do precursor de metal original. Golocou-se material de enchimento comoreendendo uma mistura uniforme de partículas de alumina (Alundum 38, obtido da Ilorton Oomoany), coranreenden do 70%, em peso, de partículas finas de granulometria 220 e 30q, em peso, de partículas finas de granulometria 5θθ, ^e partículas metálicas de silício, na quantidade de 7q, em peso, do peso total das partículas de Alundum, dentro do espaço de bordo livre acima do precursor proporcionado pelo dispositivo de barreira correspondente à referência (90) da fig. 10. A carga foi assim coloca.da aplicada em condiçoes de conformação ao desenho em positivo proporcionado pela superfície (3), a cava (4), ° furo (6) e a zona (9). Golocou-se 0 conjunto do dispositivo de barreira,, da, carga e do precursor de metal original no interior e encaixa,do no leito de material inerte constituído por partículas de alumina (Alundum í!l ob-

- 56 tido da Norton Oompany), com granulometria de 90 mesh), da maneira ilus trada na fig. 11* 0 leito de material inerte corresponde ao (94) da fig, 11 e estava substancialmente nivelado com a parte superior do espaço que encerra a barreira correspondente à referência, (90) da fig. 11.

Colocou-se 0 conjunto resultante dentro de um forno e aqueceu-se em ar a 1000°C durante 23 horas. Deixou-se arrefecer o conjun to e retirou-se 0 corpo compósito cerâmico que cresceu a partir do precur sor de metal original do vaso refractário, removendo-se depois 0 material de enchimento em excesso e 0 material de barreira do mesmo por aplicação ligeira de um jacto de areia. Obteve-se um corpo cerâmico com a forma ilustrada na fig. 3, que apresentava ser uma, reprodução inversa com gran de fidelidade do desenho em positivo do nreoursor de metal origina.1.

EXEMPLO 2

Maquinou-se e furou-se ura bloco da raesma liga de alumínio utilizada no Exemplo 1 para formar um precursor de metal original, com a forma ilustrada nas figs. 8 e 8A e com as dimensões totais de 63,5 mm (2 1/2”) de comprimento por 31,75 mm (1 1/4”) de largura poi' 17,46 mm (11/16) de espessura, com um furo cilíndrico (correspondente ao (73) das figs. 8 e ÔA com 19 mm (3/4”) de diâmetro). Uma zona nao trabalhada rectangular (correspondente à (76) das figs. 3 e 3A) medindo 1,59 mm (1/16) de espessura (altura acima da, superfície correspondente a. referência (74) das figs. 3 e 8A) e com 6,35 mm (1/4”) de largura. Introduziu-se um tubo de papel cheio com gesso de Paris (Bondex, da Bondex Oomoany) dentro do furo, sendo o diâmetro exterior do tubo de capei congruente com e ficando em contacto com a superfície do furo cilíndrico e estendendo-se o dis positivo de barreira cilíndrico cerca de 6,35 mm (1/4”) para, fora de cada extremidade oposta do furo cilíndrico. 0 gesso de Paris (Bondex*fornecido pela Bondex Comoany) foi aplicado numa camada espessa a um material de pa

- 57 pel grosso, com a forma de uma caixa rectangular aberta nas suas extremidades opostas, sendo as dimensões da caixa de cerca de 76,2 mm (3”) de comprimento por 38,1 mm (1 1/2”) de largura e 31,8 mm (1 1/4”) de altura. Esta caixa revestida com gesso de Paris corresponde ao dispositivo de barreira (88) da fig. 9·

Colocou-se uma camada de base do material inerte, compreendendo Alundum El, da Norton Company, com a granulometria de 9θ mesh, dentro de um cadinho refractário. Uma extremidade aberta do dispositivo de barreira rectangular foi colocado sobre a camada de material inerte, e o precursor de metal original (com o dispositivo de barreira cilíndrico inserido no furo do mesmo) foi inserido no interior do leito de material de enchimento (correspondente ao número (84) da fig. 9) contido no interior do dispositivo de barreira rectangular, substancialmente como se representa na fig. 9» 0 material de enchimento foi o mesmo que se uti lizou no Exemplo 1 e preenchia substancialmente o dispositivo de barreira rectangular. Utilizou-se o mesmo tipo de material inerte (correspondente a referência (86) da fig. 9) que no Exemplo 1 0 qual foi adicionado até aproximadamente a mesma altura que a carga do material de enchimento e o resultado foi uma disposição substancialmente como se representa na fig. 9. Essa disposição resultante foi colocada dentro de um forno e aquecida numa atmosfera de ar a 1000°G, durante 23 horas. Após este período, deixou-se arrefecer 0 conjunto e retirou-se o corpo comnósito cerâmico resul. tante obtido do mesmo vaso refractário (80) e removeu-se o material de enchimento em excesso e o material de barreira aderente ao mesmo, por aplicação de um ligeiro jaoto de areia. 0 resultado foi um corpo cerâmico subs tancialmente como se representa na fig. 7, que reoroduzia inversa e fielmente a porção do desenho em positivo do precursor do metal original.

Em ambos os exemplos 1 e 2, o material de enchimento co-

- 58 locado em contacto com o desenho em positivo do precursor de metal original foi um material de enchimento moldável, auto-ligante, de modo que qualquer diferencial de pressão actuante no produto da reacção de oxidaçao em formaçao foi absorvido pela natureza auto-ligante do material de enchimento. Isto é, se surgir um diferencial de oressao através da casca em formaçao do produto da reacção de oxidaçao devida ao facto de a migraçao do metal original fundido para formar mais produto da reacção de oxidação, deixar ficar uma cavidade com uma pressão reduzida, a natureza auto-ligante do material de enchimento proporciona uma resistência mecânica suficiente para resistir às forças mecânicas aplicadas à casca do produto da reacção de oxidaçao em formaçao, pelo diferencial de pressão. No entanto, nos dois exemplos a camada fina de gesso de Paris que forma o dispositivo de barreira era sufioientemente permeável ao ar, de modo que o ar oassava pelos poros da barreira e igualizava a pressão na cavidade ou vazio deixado pelo metal original que migrou.

Embora tenham sido descritas em pormenor apenas poucas formas de realização exemplificativas, os peritos desta técnica comoreenderão facilmente que a presente invenção abrange muitas combinações e variantes além das exemplificadas.

Claims

1Processo para a produção de um corpo compósito cerâmico auto-suportado com um desenho em negativo que reproduz inversamente um desenho em positivo de um precursor de metal original, compreendendo o dito corpo compóstito (1) uma matriz cerâmica obtida por oxidação de um metal original para formar um material policristalino constituído essencialmente por (i) o produto da reacção de oxidação do dito metal original com um oxidante e, optativamente, (ii) um ou mais constituintes metálicos; e (2) um material de enchimento impregnado pela dita matriz, caracterizado por compreender as fases de:

(a) provisão de um precursor do metal original com (1) uma secção de desenho em positivo para reprodução inversa, e (2) uma secção de não reprodução;

(b) colocação de pelo menos a dita secção de desenho em positivo do dito precursor de metal original aplicada em condições de conformação a um leito de material de enchimento conformável, em condições de controlo de crescimento, para promover o crescimento do dito produto da reacção de oxidação a partir da dita secção de desenho em positivo e para inibir um tal crescimento a partir da dita secção de não reprodução, sendo o referido material de enchimento conformável (i) permeável ao dito oxidante, pelo menos quando necessário para o dito oxidante entrar em contacto com o metal original fundido na fase (c), e (ii) permeável ã infiltração pelo crescimento do dito produto da reacção de oxidação através do referido material de enchimento ;

(c) aquecimento do precursor de metal original até uma gama de temperaturas superior ao seu ponto de fusão, mas inferior ao ponto de fusão do dito produto da reacção de oxidação, para formar um corpo de metal original fundido do referido produto da reacção de oxidação, para formar um corpo de metal original fundido e, ã dita temperatura, (1) reaccao do metal original fundido com o dito oxidante, para formar o dito produto da reacção de oxidação, (2) manutenção de pelo menos uma parte do dito produto da reacção de oxidação em contacto com e entre o dito corpo de metal fundido e o dito oxidante, para transportar progressivamente o metal fun61 dido do dito corpo de metal fundido, através do produto da reacção de oxidação e até entrar em contacto com o dito oxidante no interior do dito leito de material de enchimento para formar simultaneamente o dito desenho em negativo no citado leito de material de enchimento , enquanto continua a formar-se produto da reacção de oxidação na interface entre o dito oxidante e o produto da reacção de oxidação anteriormente formado, e (3) continuação da dita reacção durante um intervalo de tempo suficiente para pelo menos impregnar parcialmente o dito leito de material de enchimento no interior do dito produto da reacção de oxidação, pelo crescimento deste último para formar o dito corpo compósito, com o referido padrão em negativo; e (d) separação do dito corpo compósito cerâmico auto-suportado do material de enchimento em excesso e do metal original que não reagiu, caso exista algum.

2, - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir a colocação do dito precursor de metal original aplicado ao dito leito de material de enchimento conformável de modo que a dita secção de não reprodução do dito precursor de metal original não fique em contacto com o dito leito de material de enchimento.

3. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por incluir a provisão de meios que se sobrepõem a pelo menos uma parte da dita secção de não reprodução do dito metal original para inibir o crescimento do dito produto da reacção de oxidação a partir da dita secção de não reprodução.

4. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por o dito oxidante compreender um oxidante em fase de vapor e por os ditos meios para inibir o crescimento serem, ou, nas condições da reacção da fase (c), tornarem-se permeáveis ao dito oxidante em fase de vapor.

5. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito oxidante compreender um oxidante em fase de vapor e os ditos meios para inibir o crescimento compreenderem uma camada de gesso.

6. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir a sobreposição de pelo menos uma parte da dita secção de não reprodução com uma camada do material inerte.

7. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as ditas condições de controlo do crescimento compreenderem a sobreposição da dita secção de não reprodução com meios para inibir o crescimento do dito produto da reacção de oxidação através da mesma.

8.63

8. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as ditas condições de controlo do crescimento compreenderem a aplicação de um contaminante externo ã dita secção de desenho em positivo.

9. - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por incluir a colocação do dito precursor de metal original aplicado ao dito leito de material de enchimento conformável de modo que a dita secção de não-reprodução do dito precursor de metal original não fique em contacto com o dito leito de material de enchimento.

10. - Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por as ditas condições de crescimento compreenderem ainda a sobreposição da dita secção de não reprodução com meios para inibir o crescimento do dito produto da reacção de oxidação através da mesma.

11. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido material de enchimento conformável ser auto-ligante, pelo menos quando' necessário para resistir a um diferencial de pressão formado através do dito produto da reacção de oxidação por crescimento do mesmo.

12,— Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1,2,3,6,7,8,9,10 ou 11, caracterizado por o dito oxidante compreender um oxidante em fase de vapor.

13. - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito metal original ser um metal original de alumínio.

14. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as ditas condições de controlo do crescimento serem proporcionadas, pelo menos em parte, pela inclusão de um oxidante sólido, um oxidante líquido, ou ambos, no interior de uma parte do dito leito de material de enchimento conformãvel adjacente ã dita secção com desenho em positivo.

15. -Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações

1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 ou 14, caracterizado por o dito metal original ser um metal original de alumínio.

16. - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito oxidante compreender um gás contendo oxigénio .

17. - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito oxidante compreender um gás contendo azoto .

18. - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito oxidante ser ar.

19. - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dito oxidante compreender gás de formação.

20. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 ou 11, caracterizado por o dito metal original ser escolhido no grupo constituído pelos metais originais de alumínio, silício, titânio, estanho, zircónio e háfnio.

21. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 ou 11, caracterizado por o dito oxidante ser escolhido no grupo constituído por um ou mais de entre um gás contendo oxigénio, um gãs contendo azoto,um halogéneo, enxofre, fósforo , arsénio, carbono, boro,selénio, telúrio, uma mistura de sílica, metano, etano, propano, acetileno, etileno, propileno e uma mistura de CO/CC^, e compostos dos elementos citados.

22. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1,2,3,4,5,6,7,8 ou 9, caracterizado por o referido material de enchimento ser escolhido no grupo constituído por corpos ocos, materiais em partículas, pós, fibras, fios emaranhados, esferas, bolhas, lã de aço, placas, agregados, arames, barras, hastes, plaquetas, bolas, tubos, tecido de fibra refractária, túbulos, ou misturas dos mesmos.

23.- Processo de acordo com uma qualquer das reivindica- ções, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 ou 11, caracterizado por o referido material de enchimento compreender um material escolhido no grupo constituído por um ou mais dos seguintes óxido de alumínio, sílica, carboneto de silício, oxinitreto de alumínio e silício, óxido de zircónio, titanato de bário, nitreto de boro, nitreto de silício, aluminato de magnésio, ligas de ferro, liga de alumínio-ferro-crómio, carbono e alumínio.

24,- Processo para a produção de um corpo compósito cerâmico auto suportado, com um desenho em negativo que reproduz inversamente um desenho em positivo de um precursor de metal original, compreendendo o dito corpo compósito (1) uma matriz cerâmica obtida pela oxidação de um metal original de alumínio, para formar um material policristalino constituído essencialmente por (i) o produto da reacção de oxidação do dito metal original com ar constituído por alumína, e optativamente , (ii) um ou mais constituintes metálicos; e (2) um material de enchimento impregnado pela dita matriz, caracterizado por comprender, as fases de:

(a) provisão de um precursor de metal original de alumínio com (1) uma secção de desenho em positivo para reprodução inversa e (2) uma secção de não reprodução;

(b) colocação de pelo menos a dita secção de desenho em positivo do dito precursor de metal original aplicada em condições de conformação a um leito de material de enchimento conformável em con- dições de contolo do crescimento, para promover o crescimento do dito produto da reacção de oxidação, primária ou exclusivamente a partir da dita secção de desenho em positivo e para inibir um tal crescimento a partir da dita secção de não reprodução, sendo o dito material de enchimento, conformãvel (i) permeável ao ar para permitir o contacto do metal original fundido com o ar na fase (c), e (ii) permeável à infiltração pelo crescimento do produto da reacção de oxidação através do referido material de enchimento;

(c) aquecimento do desenho em positivo colocado até uma gama de temperaturas ã volta dos 850°C a 1450°C, para formar um corpo de metal original de alumínio fundido e, à dita temperatura, (1) reacção do dito metal original fundido com o dito ar, para formar o dito produto da reacção de oxidação de alumina, (2) manutenção de pelo menos uma parte do dito produto da reacção de oxidação de alumina em contacto com e entre o dito corpo de metal fundido e o dito ar, para transportar progressivamente o metal fundido a partir do dito corpo de metal fundido, através do dito produto da reacção de oxidação de alumina até ao interior do dito leito de material de enchimento para formar simultaneamente o dito desenho em negativo no dito leito de material de enchimento, enquanto continua a formar-se o produto da reacção de oxidação de alumina na interface entre o dito ar e o produto da reacção de oxidação de alumina formado anteriormente, e (3) continuação da dita reacção durante um intervalo de tempo suficiente para impregnar pelo menos parcialmente o dito leito de material de enchimento no interior do dito produto da reacção de oxidação de alumina, por crescimento deste último para formar o dito corpo compósito com o dito desenho em negativo; e (d) separação do corpo compósito cerâmico auto-suportado resultante do material de enchimento em excesso e do metal original que não reagiu, caso exista algum.

25. - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11 ou 24, caracterizado por incluir a contaminação do dito metal original com um ou mais contaminantes , por pelo menos um dos processos: (a) juntando como elemento de liga um ou mais contaminantes ao ,dito metal original e (b) aplicando um ou mais contaminantes sob a forma de uma camada de material contaminante em pelo menos uma parte do dito desenho em positivo do dito metal original e (c) proporcionando um ou mais contaminantes pelo menos parcialmente, no interior do referido material de enchimento, adjacente ao dito desenho em positivo.

26. - Processo de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por o dito contaminante compreender uma fonte de um ou mais dos elementos seguintes: magnésio, zinco, silício,germânio, estanho, chumbo, boro, sódio, lítio, cálcio, fósforo, ítrio, lantãnio, cério, praseodímio, neodímio, e samário.

27.-

27. - Processo de acordo com a reivindicação 25, caracterizado por o dito material policristalino incluir ainda uma superfície de iniciação de uma espinela formada como produto da reacção de oxidação do dito metal original do dito contaminante e do dito oxidante.

28. - c_orp_O compósito cerâmico auto-suportado com um desenho em negativo que reproduz, inversamente a secção de desenho em positivo do precursor de metal original que tem a dita secção de desenho em positivo, e uma secção de não-reprodução, caracterizado por compreender uma matriz policristalina que incorpora um material de enchimento obtido a partir de um leito de material de enchimento conformãvel, encostado ao qual o dito precursor de metal original é colocado, numa posição inicial, com o seu dito desenho em positivo aplicado em condições de conformação ao referido material de enchimento; sendo o desenho em positivo do dito precursor de metal original reproduzido inversamente por evacuação do dito precursor de metal da sua localização inicial para formar o desenho em negativo, reproduzido inversamente, simultaneamente com a reacção de oxidação do precursor de metal original fundido, primária ou exclusivamente a partir da dita secção de desenho em positivo do dito precursor de metal original para formar a dita matriz policristalina, sendo a dita matriz constituída essencialmente por (i) o produto da reacção de oxidação do dito precursor de metal com um oxidante e, optativamente, (ii) um ou mais consti- tuintes metálicos.

29. - Corpo compósito cerâmico auto-suportado de acordo com a reivindicação 28, caracterizado por a dita matriz policristalina ser o produto da reacção de oxidação do dito metal original com um oxidante em fase de vapor, sendo o dito leito de material de enchimento permeável ao dito oxidante em fase de vapor.

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30. - Corpo composito cerâmico auto-suportado de acordo com as reivindicações 28 ou 29, caracterizado por incluir pelo menos 1 %, em volume, de constituintes metálicos.

31. - Corpo compósito cerâmico auto-suportado de acordo com as reivindicações 28 ou 29, caracterizado por o dito metal original ser alumínio e o dito produto da reacção de oxidação ser alfa-alumina.

32. - Corpo compósito cerâmico auto-suportado de acordo com as reivindicações 28 ou 29, caracterizado por o dito metal original ser alumínio e o dito produto da reacção de oxidação ser nitreto de alumínio.

33. - Corpo compósito cerâmico auto-suportado de acordo com as reivindicações 28 ou 29, caracterizado por o dito metal original ser o titãnio e o dito produto da reacção de oxidação ser o nitreto de titãnio.

34. - Corpo compósito cerâmico auto-suportado de acordo com as reivindicações 28 ou 29, caracterizado por o dito metal original ser o silício e o dito produto da reacção de oxidação ser o carboneto de silício.

35. - Corpo compósito cerâmico auto-suportado de acordo com as reivindicações 28 ou 29, caracterizado por o dito produto da reacção e de oxidação ser escolhido no grupo constituído por óxido de alumínio, nitreto de alumínio, carboneto de silício, boreto de silício, boreto de alumínio, nitreto de titânio, nitreto de zircónio, boreto de titânio, boreto de zircónio, óxido de estanho e oxinitreto de alumínio.

36. - Corpo compósito cerâmico auto-suportado de acordo com as reivindicações 28 ou 29, caracterizado por o referido material de enchimento compreender um material escolhido no grupo constituído por um ou mais dos seguintes materiais: óxido de alumínio, sílica, carboneto de silício, oxinitreto de alumínio e silício, óxido de zircónio, titanato de bário, nitrato de boro, nitreto de silício, aluminato de magnésio, ligas ferrosas, liga de alumínio-ferro-crómio, carbono e alumínio,