PT85709B - Processo para a producao de produtos ceramicos incorporando material de enchimento poroso e produto ceramico obtido por este processo - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

DA

PATENTE DE INVENÇÃO

N.° 85 709

REQUERENTE: LANXIDE TECHNOLOGY, COMPANY, LP, norte-americana, (Estado de Delaware), com sede em Tralee Industrial Park, Newark, Delaware 19711, Estados Unidos da América do Norte.

EPÍGRAFE: PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE PRODUTOS CERÂMICOS INCORPORANDO MATERIAL DE ENCHIMENTO POROSO E PRODUTO CERÂMICO OBTIDO BOR ESSE PROCESSO

INVENTORES: Davi d K .Creber eAdam J.Gesing.

Reivindicação do direito de prioridade ao abrigo do artigo 4.° da Convenção de Paris de 20 de Março de 1883. Estados Unidos da América do Norte, em 16 de Setembro de 1986, sob o n² 907,939.

INPI. MOD. 113 RF 16732

LANZID3 TECHNOLOGY COMPANY, LP

A PRODUÇÃO ΰώ'

PRODUTOS CERLíIOOS INCORPORANDO

POROSO Ξ PRODUTO CEPJLlCO

OBTIDO POR

PROCESSO

Fundamentos da Invenção ►

A presente invenção refere-se à produção de produtos cerâmicos que compreendem produtos da reacção de oxida ção eomo mais adiante se definem. Liais particularraente, refe re-se a processos para a produção desses artigos por reacção de oxidação de um metal original com um oxidante em fase de vapor, par-a assim formar uma matriz cerâmica que incorpora o material de enchimento poroso, e aos produtos obtidos por e_s ses processos.

Há um interesse comercial actual substancial peI lo uso de materiais cerâmicos por uma ampla variedade de com ponentes industriais, mecânicos, eléctricos e estruturais, devido aos atributos vantajosos destes materiais, tais como a sua dureza, a sua capacidade para resistir a altas tempera turas, a sua inércia química, as suas propriedades benéficas para aplicações eléctricas e o seu relativax.ente pequeno. As cerâmicas proporcionam alternativas atraentes relativamente aos metais para muitas finalidades existentes, bem como permitem o desenvolvimento de diversos novos tipos de componentes para os quais os metais ou outros materiais são inadequa

dos.

k produção de componentes cerâmicos para aplicações tecnologicamente avançadas depara no entanto com prohlanas»lto CÈffios ccnvencdaiais de fabricação de cerâmicas tem inconvenien tes, incluindo o alto custo dos pós sinterizáveis, ausência, de reprodutibilidade, de lote para lote, das propriedades dos pós, contracção substancial na sinsterização e suscetibilidade à retenção de chochos produzidos pelo procedimento de modelação.

É conhecida a produção de cerâmicas que sao produtos de uma reacção de oxidação, isto é, obtidos pela reacção de um metal precursor com um oxidante. Como aqui é usado, o termo produto da reacção de oxidação significa um ou mais metais em qualquer estado oxidado em que um metal (de aqui em diante metal original) forneceu electrões ou compartilhou electrões com outro elemento, composto ou combinação dos mesmos (de aqui em diante oxidante”). Consequentemente, um produto da reacção de oxidação segundo esta definição, inclui o produto da reacção de um ou mais metais originais com um oxidante, tal como, oxigénio, azoto, um halogénio, enxofre, fósforo, arsénio, carbono, boro, selênio, telúrio e compostos e combinações dos mesmos, por exemplo, metano, etano, propano, acetileno, propileno (como fontes de carbono) e misturas, tais como ar, H^/E^O ^e OO/GOg. Exemplos de metais originais adequados incluem, sem limitação, o alumínio, o zircónio, o titãnio, o silício, o zinco, o hãfnio e o estanho.

pedido de patente europeu 1T2 85301820.8, depositado em 15 de llarco de 1985 e publicado em 25 de Setembro de 1985, com o número de publicação 0 155 831 e co-cedido, des- 3 - ''ζ ί creve um processo para a produção de materiais cerâmicos por reacção de oxidação de um metal original fundido com um oxidante em fase de vapor, no qual o metal original é aquecido até uma temperatura dentro de uma faixa particular (através do qual o metal original está fundido, mas abaixo do ponto de fusão do produto da reacção de oxidação) na presença de uma atmosfera compreendendo ou contendo o oxidante em fase de vapor. A formação de um produto de reacção de oxidação ocorre e prossegue com o transporte progressivo de metal original fundido através do seu próprio produto de reacção de oxidação já formado e a formação progressiva concomitante de produto de reacção de oxidação adicional, proporcionando assim um cor po cerâmico de espessura vantajosa, com ou sem metal não oxidado incluído. Em alguns casos, pode usar-se um contaminante (por exemplo, um ou mais materiais usados em conjunção com o metal original) para permitir que a reacção de formação da cerâmica prossiga da maneira progressiva desejada.

Ê conhecido, também, o processo de produzir compostos cerâmicos por infiltração de um leito um pré-molde permeável de produto da reacção de oxidação adaptado ao processo do pedido de patente europeu atrás citado. Esse material de enchimento pode ter a mesma composição que o produto da reac ção de oxidação que está a formar-se ou pode diferir na sua com posição do produto da reacção de oxidação formado* Um corpo de metal original está em contacto numa grande superfície com o ma terial de enchimento permeável e o conjunto é aquecido na presen ça de um oxidante em fase de vapor, com o contaminante presente (quando necessário ou benéfico), ou em liga com o metal original ou depositado na superfície do corpo do metal original, ou clistri / “ c buído através do corpo de material de enchimento.

ITesses casos de produção de produtos compósitos cerâmicos, escolhem-se as condições de operação para obter a infiltração e a reacção progressivas, tipicamente até que a infiltração do corpo permeável com o produto da reacção de oxidação esteja completa. Se a reacção prosseguir até ao consumo total do metal original, o artigo produzido pode ser quase totalmente produto da reacção de oxidação juntamente com uma certa porosidade e metal não oxidado isolado, ruais algum material de enchimento incorporado. Se houver reacção incompleta do metal original, o metal original que não reagiu pode estar distribuído através do produto produzido e pode compreender metal interligado. 0 produto da reacção de oxidação forma-se como uma matriz policristalina que incorpora o material de enchimento, proporcionando assim um produto compó. sito de cerâmica, optativamente com metal que não reagiu e/ou poros e o material de enchimento.

Com tais procedimentos, é viável produzir produtos com uma forma quase nítida. Por exemplo, se se envolver um corpo de metal original com um corpo permeável de um pré-molde de material de enchimento ou um leito de material de enchimento em partículas substancialmente inerte, e se aquecer na presença de oxidante até que o metal tenha sido comple tamente oxidado, o produto cerâmico resultante terá uma cavidade interna que se adapta intimamente â configuração externa original do corpo inicial de metal original. Se o corpo permeável tiver por sua vez uma forma externa definida para além da qual o produto da reacção de oxidação não pode ocorrer, o produto cerâmico produzido terá uma configuração externa cor-

/ * respondeute

Relativamente a estes processos, verificou-se que o material de enchimento pode compreender agregados em partículas, fios, fibras, filamentos emaranhados, lâminas entrançadas e similares. 0 trabalho de desenvolvimento tem prosseguido com agregados em partículas devido ao baixo custo e à facilidale de fabricação do pré-molde. No caso dos materiais de enchimento em partículas, a resistência do produto compósito de enchimento cerâmico produzido e muitas outras proprie dades mecânicas são melhoradas nela redução das dimensões das partículas do material de enchimento* Contudo, verificou-se na prática que as formas em verde (prê-moldes) modeladas a partir de pós muito finos tendem a conter chochos de moldação que são muito maiores do que as dimensões máximas de partículas e limitam a resistência do material. Além disso, a permea bilidade aos gases das fornas em verde diminui com a diminuição das dimensões das partículas e, portanto, a velocidade de penetração ia matriz ãc.cionada pela oxidação no pré-molde também diminui. Em alguns casos, essa carência de oxigénio leva à formação de constituintes indesejados, tais como A1H, que depois se hidrolisam e provocam a degradação da resistência.

Sumário da Invenção

A presente invenção, num primeiro aspecto proporciona aperfeiçoamento em um processo para a fabricação de um corpo cerâmico auto-suportado, que tem um material de enchimento incorporado numa matriz cerâmica de um produto de reacção de oxidação, dispondo de um corpo de metal original e um

- β - / » ν.

corpo permeável compreendendo o material de enchimento em relação um com o outro, para o crescimento e a infiltração do produto da reacção de oxidação no corpo permeável. 0 corpo de metal é fundido e mantido em contacto com uma atmosfera que compreende um oxidante em fase de vapor que reage com o metal original fundido para formar o produto da reacção de oxidação e, enquanto na gama de temperaturas apropriada, metal fundido é progressivamente transportado através do produto da reacção de oxidação, onde ele se oxida em contacto com o oxidante, formando o produto da reacção adicional de uma matriz cerâmica policristalina. 0 aperfeiçoamento segundo a presente invenção, num tal processo, consiste em geral em uti lizar um leito permeável tendo (i) um primeiro sistema de poros constituído por poros interpartícuias, de preferência relativamente grosseiros, e (ii) um segundo sistema de poros constituído por poros intrapartícuias, de preferência finas em relação aos poros interpartículas e distribuídos por toda a massa. 0 material de enchimento com porosidade intrapartículas é estruturalmente estável durante a infiltração do leito. Descobriu-se que este sistema duplo de poros grosseiros e finos assegura a infiltração contaminante eficaz dc produto da reacção de oxidação e a passagem dos gases pelos., poros do leito permeável.

Num outro aspecto da presente invenção, em formas de realização particulares, o material de enchimento compreen de aglomerados porosos de partículas menores ou cristalitos estavelnente coesos. A porosidade mais fina é definida por e entre os cristalitos constituintes coesos dentro de cada aglo merado e é designada, por porosidade intrapartícuias, enquan

to a porosidade mais grosseira ê constituída pelo espaço intersticial entre aglomerados dentro do leito e e designada por porosidade interpartícuias. Ilustrativamente, o leito pode ser um agregado (por exemplo, um leito compactado) desses aglomerados, ou uma forma em verde ou pré-molde feita de aglomerados que estão ligados entre si, por exemplo por sinterização parcial.

Aglomerados ilustra/tivos de material de enchimento adequados para uso na presente invenção, e actualmente dis poníveis comercialmente, são em geral de fornia esferoidal, com dimensões suficientes para proporcionar facilidade de manipulação. A sua porosidade é tal que permite a infiltração do produto da reacção de oxidação e do oxidante em fase de va por; portanto, não limita a velocidade da reacção nem causa a formação de fases indesejáveis por carência de oxigénio na frente da reacção. Além disso, as formas em verde (pré-moldes) constituídas com tais aglomerados são não trabalhados e vantajosamente isentos de grandes chochos ou heterogeneidades. Ao mesmo tempo, os cristalitos dos constituintes dos aglomerados podem ser de um tamanho muito fino; embora eles sejam mantidos na estrutura do aglomerado protegidos contra rearranjos durante o desenvolvimento da matriz cerâmica no presente processo, são esses finos cristalitos que constituem as partículas de material de enchimento do produto final. Por tanto, o uso dos aglomerados atrás descritos para constituir o leito permeável permite a obtenção da finura desejada da partícula (isto ê, do cristalito), mas sem as dificuldades e inconvenientes que até agora têm sido encontradas com os leitos ou pré-moldes de partículas muito finas.

Os cristalitos constituintes dos aglomerados podem ser de qualquer forma eonveniente, por exemplo, coaxiais ou na forma de filamentos emaranhados ou plaquetas. No seu sentido mais amplo, tal como e aqui usado, o termo partículas” abrange fibras e-os aglomerados podem ser feixes de fibras ou esfopas quer de filamentos enrolados quer de filamentos urdt cLos na forma de pré-molde.Os espaços maiores entre os feixes no interior do pré-molde constituem nesse caso, a porosidade interpartículas, enquanto os espaços vazios finos entre as fibras individuais de cada feixe constituem a porosidade intrapartícuias.

Em outras formas de realização da presente invenção, o leito permeável pode ser uma estrutura do tipo esponja, por exemplo uma estrutura cerâmica reticulada, na qual os espaços entre ramos de cerâmica adjacentes constituem a porosidade interpartículas, com porosidade ligada finamente distribuída proporcionada no interior dos próprios ramos de cerâmica para constituir o segundo sistema de poros (correspondendo ao espaçamento intrapartícuias num corpo dos aglomerados).

Outras características e vantagens da presente invenção serão evidentes na descrição pormenorizada apresentada a seguir, juntamente com os desenhos anexos.

Breve descrição dos desenhos

A fig. 1 é uma vista esquemática e simplificada em alçado com corte de um cadinho, num forno, como ilustração da eficácia de uma forma de realização, dada como exemplo, do processo segundo a presente invenção;

k fig. 2 é uma vista semelhante à ia fig. 1, que ilustra uma disposição para a realização de outra forma exemplificativa da presente invenção;

k fig. 3 é uma micrografia obtida por um microscópio electrónico de varrimento de uma partícula de alfa alumina não moída própria para ser usada como urna partícula de material de enchimento para constituir um leito ou prê-molde porosos para a realização prática do processo segundo a presente invenção;

k fig. 4 é uma micrografia óptica d© outra partícula de alfa alumina não moída própria para ser usada como partícula de material de enchimento no processo segundo a presente invenção; e

A fig. 5 ê uma micrografia de uma partícula de alfa alumina não moída após infiltração com metal na realização prática da presente invenção.

Descrição pormenorizada processo segundo a presente invenção será descrito como sendo realizada num processo em que um produto cerâmico que compreende material de enchimento incorporado numa matriz cerâmica de um produto de reacção de oxidação ê formado orientando um corpo de um metal original e uma massa permeável de material de enchimento um em relação ao outro para infiltração do produto da reacção de oxidação na massa permeá vel; na presença de um oxidante em fase de vapor, fundindo o corpo de metal original e fazendo reagir o metal fundido com o oxidante (pelo aquecimento até uma temperatura apropriada) para formar o produto da reacção de oxidação e, a essa tempe. ratura, mantendo pelo menos uma porção do produto da reacção de o ridação em contacto com e entre o corpo de metal fundido e o oxidante, para progressivamente transportar metal fundido através do produto da reacção de oxidação no sentido do oxidante e do material de enchimento, de modo que a reacção de oxidação continue a formar-se no interior da massa de material de enchimento, na interface entre o oxidante e o produto da reacção anteriormente formado e continuando a reacção durante um tempo suficiente para infiltrar pelo menos uma porção da massa do material de enchimento, compreendendo (segundo a presente invenção) a massa permeável um primeiro sistema de poros constituído por porosidade interpartícuias distribuída por toda a massa e um segundo sistema de poros constituído por porosidade interpartícuias também distribuída por toda a massa sendo ambos os sistemas de porosidade defini dos no interior de ou entre as porções do material de enchimento, e sendo pelo menos as porções do material de enchimento que definem o segundo sistema de poros estruturalmente estável, durante a infiltração do produto da reacção de oxidação, numa disposição permanente de definição de poros.

Num sentido particular, a presente invenção consi dera especificamente o uso, neste processo, de um corpo permeável (leito de material de enchimento ou pré-molde), compreendendo um dos seguintes:

(a) Um agregado ou corpo prê-moldado de partículas de qualquer composição, que seja substancialmente funcionalmente inerte ao metal original nas condições do processo

/ * segundo a presente invenção. Cada partícula por sua vez compreende um aglomerado poroso de cristalitos coesos estavelmen te, que podem ser coaxiais ou ter a forma de filamentos emaranhados ou de plaquetas. Alguns exemplos dessas partículas são as seguintes:

(i) triidrato de alumínio não moído calcinado, cujas partículas conservam as dimensões e a forma exteriores do triidrato de alumina de baixa densidade, mas internamente recris talizadas formando uma rede de plaquetas de alfa alumina, desenvolvidas intermediariamente. Como a densidade do triidrato é apro.

O ximadamente 2,4 g/cm , enquanto que a da alfa alumina ê aproximadamente 4 g/cm , essas partículas são tipicamente 50% porosas. 0 diâmetro das plaquetas de alfa alumina varia de 0,5 a 5 micrômetros, conforme o esquema de temperaturas de calcinação e das adições de mineralizador.

(ii) Partículas secas por pulverização ou partículas aglomeradas e parcialmente sinterizadas de qualquer composição química que seja substancialmente inerte funcionalmente para o metal original nas condições do processo da presente invenção. Nesse caso, para uin pó denso coaxial, a porosidade aberta típica das partículas individuais secas por pul verização ê aproximadamente 40-50%. A poro sidade pode ser reduzida para aproximadamente 10-15% por um procedimento de calcinação que leva à sinterização parcial. Abai, xo de 10-15% de porosidade, os poros são isolados e deixam de ser acessíveis ao metal original ou aos seus produtos de oxidação.

(iii) Partículas de' pó de metal secas por pulverização ou aglomeradas, que são depois ligadas por reacção, quer de nitretatacção, quer de oxidação. Os pós de nitreto de silício e de alumínio são comercialmente produzidos por trituração dessas partículas de metal nitretadas. As porosidades dessas partículas ligadas por reacção podem variar amplamente, conforme os pormenores exactos do processo de oxidação.

(iv) Partículas formadas por redução carbotérmica de partículas de precursores óxidos etc., secas por pulverização ou aglomeradas. Pós e filamentos emaranhados de boretos, carbonetos e nitretos são comercialmente produzidas deste modo. Os carbonetos são produzidos sob vácuo ou atmosfera inerte. Os nitretos são formados por carbonitretação em amó nia, gás de formação ou azoto. Para obter boretos, usam-se B.C ou como precurso’ 4 2 _> ^x res de boro. Neste caso, podem obter-se

-13-/ grand.es fracções de volume de porosidade intra-partículas devido à libertação de pro. duto da reacção gasosos de GO/GOg. Pode obter-se uma ampla variedade de formas de cristalitos, que vai dos equiaxiais atê aos com coeficiente de esbeltez elevado. No caso de TiB₂, observam-se estruturas de parti cuias abertas, semelhantes a esponja, que são particularmente bem adequadas para infiltração reactiva, (b) Pré-moldexS feitos de feixes ou estopas de fibras, quer com filamentos enrolados quer urdidos, com a forma do prê-molde. Nesse caso, os espaços maiores entre os feixes proporcionam porosidade interpartículas, enquanto os canais finos entre fibras individuais em cada feixe proporcio nam porosidade intrapartícuias. Liais uma vez, as fibras podem ser constituídas por qualquer material substancialmente inerte funcionalmente. Sm alternativa, as fibras reactivas podem ser revestidas por um revestimento externo substancialmente inerte funcionalmente.

(c) Estruturas do tipo esponja, por exemplo obtidas por infiltração de uma esponja polimérica transitória por uma pasta cerâmica e sinterização parcial dessa estrutura. 0 volume originalmente ocupado pelo polímetro proporciona canais grosseiros interligados (porosidade interpartículas) e a cerâmica parcialmente sinterizada conserva a porosidade ligada finamente distribuída (porosidade intrapartícuias). Qualquer material funcionalmente inerte para o metal original ~ 14 fundido é adequado para a produção de estruturas de esponja.

Compreender-se-á que em todos os casos precedentes, o corpo permeável segundo a presente invenção è caracte rizado por um primeiro sistema de poros interligados relativamente grosseiros e um segundo sistema de poros mais finos interligados, ambos distribuídos por todo o corpo. Quando o corpo permeável é um agregado ou corpo pré-modelado de aglomerados porosos, o primeiro sistema de poros compreende os espaços vazios ou porosidade interpartículas (entre aglomerados ad •jaoentes no leito ou no pré-molde) e o segundo sistema de poros compreende a porosidade intrapartícuias, dentro de cada aglo merado, definida entre os cristalitos constituintes daquele aglomerado. Quando o corpo permeável e constituído por feixes ou estopa de fibras, o primeiro sistema de poros compre ende os espaços vazios entre feixes adjacentes e o segundo sistema de poros compreende os espaços vazios entre fibras adjacentes em cada feixe. Quando o corpo permeável ê uma es ponja cerâmica, o primeiro sistema de poros é definido entre os ramos cerâmicos constituintes da esponja e o segundo sistema de poros compreende os poros definidos dentro de cada ramo cerâmico. Também, em todos os casos, as porções do mate rial de enchimento que definem o segundo sistema de poros, são estruturalmente estáveis, de modo a não sofrer alteração da disposição de fecho dos poros durante a fase de infiltração do processo; assim, por exemplo, no caso de um leito ou de um pré-molde de aglomerados de cristalitos, os cristalitos individuais de cada aglomerado são ligados entre si de maneira estável na disposição de definição de poros.

material

enchimento e substancialmente inerte funcionalmente, mas pode conter uma fracçao menor de um

- 15 composto relutível pelo metal original; por exemplo, no caso de metal original de Al, o material de enchimento pode conter Si0₂ ou SiyT^. 0 composto silicoso reiutível pode ser adicionado como um pó ao enchimento funcionalmente inerte (por exemplo AlgO^ ou SiC) na forma de areia de quartzo ou um mineral de alurnino-silicato, tal como argila de caulino.

composto redutível pode ser distribuído como

um constituinte mineral do material de enchimento, por exemplo, o teor de Ha^O de AlgO^, que está tipicamente entre 0,05 e 0,6%, ou o teor de Si0₂ de minerais de alumino-silicato, como argilas ou feldspatos, que variam de 40 a 60%. No último caso, o teor de SiO^ lo material de enchimento seria reduzido para 50% ou menos (isto ê, uma quantidade menor) pela mistura com um material inerte. 0 composto redutível po de também ser formado como um revestimento sobre o material de enchimento funcionalmente inerte ou por precipitação a partir de uma solução por um qualquer dos caminhos bem conhecidos de sol-gel ou por oxidação parcial do material de enchimento, por exemplo, oxidação pelo ar de SiC a 1.300°C, para formar um revestimento de SiO₂ sobre todas ãs partículas do material de enchimento.

A presença de um composto redutível no material

enchimento promove a iniciação uniforme e rápida da reacção de infiltração e uma frente de infiltração da reacção uniforme. 0 ou os compostos redutíveis podem ser distribuídos uniformemente por todo o leito do material de enchimento ou concentrado na interface entre o material de enchimento e o metal original.

Podem fazer-se novas adições menores ao material de enchimento para alterar as suas características de molhamento em relação ao metal original fundido nas condições da reacção. Por exemplo, adições de compostos de metais alcalinos tendem a promover o molhamento do material de enchimento pelo metal original. Compostos de 17a, Li e K são particularmente adequados.

Fazendo referencia â fig. 1, na forma de realiza ção ilustrativa do processo segundo a presente invenção nela representada, um corpo de metal original (que, por exemplo, pode compreender alumínio, silício, zirconio, hâfnio, estanho ou titânio) e um corpo permeável segundo a presente invenção (como atrás se definiu) são posicionados adjacentes um ao outro e orientados um em relação ao outro de modo que o desenvolvimento do produto da reacção de oxidação será num sentido dirigido para o material de enchimento do corpo permeável a fim de o material de enchimento, ou uma parte do mesmo, ser infiltrado em desenvolvimento pelo produto da reacção de oxidação e nele se embutir. Este posicionamento e orientação do metal original e do material de enchimento um em relação ao outro pode ser realizado dentro de um cadinho de grafite (10) ou similar, embutindo simplesmente um corpo de metal original (11) no interior de um corpo permeável que compreende um leito (12) de material de enchimento em partículas, como se ilustra na fig. 1, ou pelo posicionamento de um ou mais corpos de metal original no interior ou junto de um corpo permeável que compreende um leito ou outro conjunto (por exemplo, uma forma ou pré-molde em verde porosa) do material de enchimento. 0 conjunto ê, em qualquer caso, disposto de modo

que urna direcção de crescimento do produto da reacção de oxi dação seja no sentido do material de enchimento, e o produto da reacção de oxidação atravessará os poros de pelo menos uma porção do material de enchimento ou introduzir-se-á na mesma, de modo que o espaço vazio entre as partículas de material de enchimento será preenchido pela matriz do produto da reacção de oxidação desenvolvido.

Quando forem necessários ou desejáveis um ou mais materiais contaminantes (descritos mais adiante) para promover ou facilitar o crescimento do produto da reacção de oxidação, o contaminante pode ser usado sobre e/ou no interi or do metal original e, em alternativa ou adicionalmente, o contaminante pode ser usado sobre, ou incorporado no leito ou pré-molde de material de enchimento.

Ho caso de se usar o alumínio ou as suas ligas como metal original e um gás contendo oxigénio como oxidante no processo da presente invenção, as quantidades apropriadas de contaminantes podem ser usadas como componentes de liga ou aplicados no metal original, como se descreve mais adiante com mais pormenor. 0 corpo de metal original é então colo cado no cadinho (10) ou outro recipiente refractário com a superfície do metal exposta à massa adjacente ou circundante de material de enchimento permeável (12) no recipiente e na presença de uma atmosfera oxidante (tipicamente ar â pressão atmosférica ambiente). 0 conjunto resultante s depois aqueci do dentro de um forno (14) para elevar a sua temperatura ate

1.35O°C, conforme o material de enchimento, o contaminante ou as concentrações de contaminante ou a combinação dos mesmos, depois io que começa a verificar-se o transporte de metal original através da película de óxido que normalmente protege o metal original de alumínio.

A exposição continuada a alta temperatura do metal original ao oxidante em fase de vapor permite a oxidação continuada do metal original para formar uma camada de produ to de reacção policristalino de espessura crescente. Esse produto da reacção de oxidação em crescimento progressivamen te impregna o material de enchimento adjacente permeável com uma matriz do produto da reacção de oxidação interligado que também pode conter constituintes não oxidados do metal origi naj., formando assim um comnosto coeso.

A matriz policristali na em crescimento impregna ou atravessa os poros do material de enchimento com uma velocidade substancialmente constante (isto é, uma velocidade substancialmente constante do aumento de espessura em relação ao tempo), desde que seja proporcionada uma troca suficiente de ar (ou atmosfera oxidante)

no forno para manter uma fonte relativamente constante de oxidante no mesmo

A troca de atmosfera oxidante, no caso do ar, pode ser convenientemente proporcionada pelas aberturas de ventilação (15) e (16) no forno (14). 0 desenvolvimento da matriz continua até que se verifique pelo menos um dos seguintes factos: (1) substancialmente todo o metal original é consumido; (2) a atmosfera oxidante é substituída por atmos fera não oxidante, é esgotada de oxidante ou evacuada; ou (3) a temperatura da reacção é alertada para ficar substancialmente fora da faixa de temperaturas da reacção, por exemplo abaixo do ponto de fusão do metal original. Usualmente, a temperatura e reluzida pela diminuição da temperatura do forno, retirando-se então o material do forno.

ij Cb corpo de material original inicial ê um corpo sólido desecção transversal em forma de quadrifólio e ê enterrado num corpo permeável que compreende um leito compactado de aglomerados porosos de material de enchimento. A fig. 1 mostra condições de obtenção em parte a realização da fase de infiltração. 0 corpo inicial do metal original fundiu e o produto da reacção corpo permeável (12), deixando o volume (20) inicialnente ocupado pelo corpo sólido do metal original apenas parcialmente ocupado com metal original residual fundido (11). A zona (18) constitui uma forma de produto constituída pelo material de enchimento infiltrado por produto da reacção de oxidação, circundando e definindo uma cavidade (volume (20)) que reproduz aproximadamente produto deste processo ê um tegral e sólido, constituído pelo material de enchimento inerte inicial do corpo permeável, juntamente com produto da reacção de oxidação policristalino, formado intersticialmente no me smo dur ant e a fase de aquecimento, bem como qualquer metal cia, em pelo menos muitos casos, a quantidade de metal no corpo inicial do metal original é escolhida, em relação ao volume de poros ou volume intersticial do corpo permeável, de moque quando termina a reacção o re.

tamente preenchido com o produto da reacção (com ou sem metal original que não reagiu); assim, o produto produzido ê um cor- 20 tuído pelo material inicial incorporado numa matriz policristalina do produto da metal em excesso, no último caso, pode estar isolado ou interligado, metal macroscopicamente, pode estar presente metal em excesso também em algumas superfícies exter nas do corpo cerâmico, proporcionando uma interface metal-ce maneira, podem produsir-se componentes superficialmente de cerâmica que de seu. núcleo iietâlico e as suas dureEl superficial de ceramica leito de material de enchimento, permite obter facilmente componentes cerâmicos de forma quase nítida. A configuração externa da superfície do produto produzido pode ser determinada definindo de maneira apropriada a configuração inicial da superfície externa do corpo permeável, por exemplo (se o corpo final for um leito compactado de partículas) pelo confinamento do leito compactado dentro de uma barreira adequada de definição da forma que limita o crescimento do produto da reacção. Supondo que a quantidade de metal no corpo inicial de metal original é proporcionada para o volume intersticial do corpo permeável de modo que este último fica completamente infiltrado com o produto da reacção de oxidação durante a fase de aquecimento, e que se continua a fase de aquecimento corpo ou cavidade correspondente ao volume espacial originalmente ocupado pelo corpo de metal original e que reproduz a configuração da superfície externa do corpo de metal original.

Supondo que a quantidade de metal original ê suficiente para obter o enchimento completo do volume intersticial do corpo produzido será um corpo sólido, uniforme (com ou sem poros), com a forma externa do corpo permeável inicial á fig. 2 ilustra uma forma de realização alternativa do processo segundo a presente invenção para a produum produto análogo ao produzido pel fig. 2, dentro do cadinho í=>· refractário (10) está suportado um corpo permeável (12a) que compreende um prê-molde de material de enchimento segundo a presente inven ção, com uma configuração correspondente à forma do produto desejado. 0 prê-molde pode, por exemplo, ser um corpo de aglo rização) para formar a forma escolhida que, transversal nal (11a) ê refractário inicialmente vazia de seção em forma de quadrifólio. Um corpo de metal origi inicialmente suportado dentro de um recipiente (24) por cima do cadinho e que comunica para bai(26) alinhada com de partida para esse procedimento, com o c adinho (10) disposto no forno (14) (já descrito com refereii· ias antes de começar o aquecimento lação contínua do a atravessar os poros do pré-molde, o metal (11a) funde e preenche a cavidade do pré-molde, com o resultado de que o produto da reacção de oxidação infiltra-se no corpo do pré-molde. 0 material contaminante, se necessário ou desejado, pode fcrmar liga com o corpo de metal original ou ser aplicado como um revestimento na superfície interna do pré-molde ou distribuído por todo o pré-molde. 0 produto final, como anteriormente, ê um produto cerâmico rígido, que inclui o material de enchimento do pré-molde numa matriz de produto da reacção de oxidação com ou sem metal que não reagiu e/ou poros.

Para exemplificar ainda o processo segundo a tes), utiliza-se um corpo permeável (leito de material de en chimento ou pré-molde) que compreende um agregado las porosas não moídas de alfa alumina produzidas nação de triidrato de alumina de grau metalúrgico por calcie constituí tículas estão comercialmente disponíveis e são exemplificados pelos produtos vendidos sob o norne comercial de aluminas

Alcan 0-70 Series, por exemplo, alumina C-70, 0-71, 0-72,

C-73 θ 0-75. A fig. 3 ê urna micrografia obtida com um micros copio electrônico de varrimento de uma partícula porosa não moída de alumina Alcan 0-70 e a fig. 4 ê uma ca de uma partícula porosa não moída de alum: &s propriedades das aluminas da série Alcan ( no quadro seguinte:

micrografia opti .na Alcan 0-72.

--70 são dadas

ο tI ο i ο Ρ ζ.-ί '•Ί < ?

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(*) Estas propriedades da alumina são determina das como segue: moem-se 125 g de alumina com 4000 g de esferas de moagem de alumina de 1 polegada num moinho de 1,3 gal., rodan do durante 4 h a 62 rpm. A densidade em ver de é determinada num disco de 10 g prensado a 5000 psi numa matriz de 1 polegada, sem aglutinante. A densidade do material cozido e a contracção são determinadas pelo Alcan method 1074-71. A área específica é determi nala pelo processo BET.

As aluminas da série Alcan G-70 todas elas ade ;rátioa da presente invenção, são pelo processo Bayer por calcinação de triidrato (mai s correctamente triidróxido de alumínio) em fornos rota triidrato inicial está na forma de partículas. Dur an te cl água combinada e o óxido for intermédias tura de alfa alumina estável pequenas quantida ·□ _o •u.

de mineralizador durante a calcinação acelera e. converem alfa alumina e promove o crescimento dos cristais alf a»

AS dimensões das partículas de alumina são determinadas durante a fase de precipitação de hidrato do processo Ba./er, mas as dimensões dos cristalitos de alfa alumina são desenvolvidos durante o processo de calcinação.

3mbora o precursor de triidrato de alumina seja uma partícula não porosa de peso O específico 2,42 g/crm e densidade aparente de cerca de 1,3 g/ /cm^, a alfa alumina não moída resultante é uma agregação po- 27 rosa (estrutura de rede aberta) de plaquetas monocristalinas (cristalitos) com um peso específico de 3,98 g/cnr e uma densidade aparente de apenas cerca de 1 g/cnr. Estas aluminas são alfa aluminas a 95-100% e têm menos de 0,1% de perda na ignição.

Qualquer soda não lixivíável presente está na forma de beta alumina, Na^OjllÁl^O^. As aluminas finas da série G-70 diferem umas das outras nas dimensões dos cristais e no teor de soda, sendo a redução do teor de soda efectuada (em todas, menos alumina 0-70) por tratamento apropriado durante calcinação.

Embora as utilizações comerciais típicas actualmente para tais aluminas impliquem a moedura das partículas porosas calcinadas, o uso das partículas no estado de não moídas contribui de maneira importante para a obtenção das vantagens da presente invenção. Cada uma destas partículas não moídas ê uma estrutura estável, de multicristalitos em geral esferoidais, de, digamos, com dimensões de várias dezenas de micrómetros, ligados uns aos outros, com uma rede aber ta de poros distribuídos de maneira substancialmente uniforme tendo os poros dimensões semelhantes às los cristalitos. Cada partícula não molda ê assim um aglomerado poroso de cristaliAs partículas porosas não moídas são facilmente manipuladas e facilmente associadas para formar leitos compactados ou pré-moldes porosos isentos de grandes chochos ou heterogeneiA estrutura de cristalitos estavelmente ligados das

crescimento da matriz (produto da reacção de oxidação) e preserva a porosidade aberta do leito associado ou do pré-molde para a passagem adequada assegurada do oxidante em f se de vapor através dos poros até que a formação da matriz esteja completa

Na prática dos processos segundo a presente invenção e outros, a escala da microestrutura da matriz policristalina desenvolvida é refinada pela redução das dimensões das partículas do material de enchimento no leito ou no pré-molde. Portanto, para uma microestrutura de matriz fina, sao dese p *h τΗ nas. Os cristalitos individuais minúsculos de alfa alumina nas partículas porosas não moídas de alumina, ezemplificaias pelas aluminas da série Alcan 0-70, constituem essas particu terminar o grau de finura da microestrutura de matriz não moída do leito de to maior de cristalitos múltiplos, aantidos numa estrutura critas para constituir o leito ou o finura requerido para a microestrutura fina da matriz, quer a manutenção da permeabilidade e da homogeneidade (isenção de grandes chochos) usualmente associadas com partículas maiores.

As dimensões das partículas porosas não moídas podem ser pré-determinadas pela escolha das dimensões do precursor de triidrato, e das dimensões dos cristalitos alfa, das adições de mineralizador, como se ra evidente para os entendidos na matéria. Também, embora seja satisfatório em muitos casos proporcionar (no presente

processo) um leito de material de enchimento ou um pré-molde constituídos essencialmente por um agregado das partículas porosas não moídas de alfa alumina atrás descritas, o agregado pode também incluir uma proporção mínima de partículas menores de pó inertes, porosas ou não porosas, por exemplo, uma proporção de finos escolhida para preencher os interstícios (tipicamente com dimensões de cerca de 10 a 20 micrómetros) entre as partículas maiores não moídas. Analogamente, no uso de outros corpos permeáveis abrangidos pela presente invenção, podem incorporar-se essas proporções mínimas de finos.

Novamente com referencia à fig. 1, então num exemplo ilustrativo da prática do presente processo, um corpo metálico de alumínio (11), por exemplo como elemento de liga ou revestido com proporções mínimas de contaminantes adequa dos, tais corno Lg e 3i, ou revestidos com uma fina camada de pó de contaminante adequado, tal como LlgO e/ou sílica, é in trodusido num leito compactado (12) de partículas porosas não moídas de Alfa alumina Alcan 0-70 e aquecido em ar (oxidante) até urna temperatura à qual o metal funde e à qual pode veri ficar-se no leito mina não moída Alcan 0-70 após ess-3 crescimento cerâmico por infiltração. Oontinua-se o aquecimento até que o produto da compactado. 0 produto resultante é um produto rígido, autosuportado, compreaxíaxb cristalitos de alfa alumina das partícuias do material 'Ί a enchimento distribuídas através da ma·

moldaeão com pasta fluída de aluminas moídas da série Alcan

0-70. Quando prê-moldes, usando alumínio fundido na presença de ar como oxidante, verificou-se que o crescimento era muito contraste com estes resultados, um tal crescimento num leito

C-70 foi substancial em condições de processo na generalidade moídas, o desenvolvimento da matriz de AlgO^ e quaisquer cozis tituintes metálicos presentes encheram completamente o interior das partículas porosas, proporcionando uma microestrutuaplicações em componentes estruturais.

Em formas de realização específicas, o processo .t?

A» corpo cerâmico auto-suportado por oxidação de um metal original para formar um produto da reacção de oxidação como até aqui se descreveu no referido pedido de patente eu ropeu e/ou em um ou mais dos pe lidos de patente americanos de reiro

Setembro de 1985; IP 705 787, depositado em 26 de Peve de 1985 e 1J2 591 392, depositado em 16 de Março de 198-4, em nome de Uarc S. ITewkirk e outros todos cedidos ao mesmo ficamente, nestas técnicas, o metal original é aquecido até uma temperatura elevada, acima do seu ponto de fusão mas abixo do ponto de fusão do produto da reacção de oxidação,

pelo contacto com um oxidante em tacto com do e o o .pera vara

o metal fundido

A medida que o processo continua, mais metal continuamente uma estrutura cerâmica de cristalitos interli gados. Usualmente, o corpo cerâmico resultante conterá inclu sões d constituintes não oxidados do portado do e um oxidante em fase de vapor, isto é, um material vaporizado ou normalmente gasoso, que •oporciona uma atmosfera oxidante. IIo caso de um óxido como (incluindo ar) razões óbvias de econo mia. Contudo, o termo

Cii' pio e refere-se à perda ou à partilha

4· ο Ί tos e/ou compostos.

C on se qu en t emen t e,

oxigénio como ozidantes. Sm certos casos, metal original pode exigir a presença de um ou mais contaceramico, podendo os contaminantes ser proporcionados como elementos de liga do metal original. Por do alumínio como metal original e do ar como tais como 0 magnésio e 0 silício, para apenas citar dois de uma classe maior de materiais contaminantes, numa liga de lumínio utilizada como metal original.

3m alternativa, e como foi anteriormente divulgado em um ou de em 17 1θ Setembro

R2 747 788, depositado em 25 de Junho de 1985;

e 72 632 / o o3o, deoositado em 20 de Junho de

S.

ITewkirk et .1. e induzir-se condiçoes apropriai ginais que exigem contaminantes, aplicando exteriormente uma de de ligas do metal original com os materiais contaminantes, por exemplo óxidos de metais, tais como os de magnésio, zin co e silício, no caso em que 0 alumínio é o metal original e

Assim, as técnicas anteriores per.-âtem a produque facilmente cresagora se acreditava serem difíceis, se não impossíveis s, de convencionais de processamento de cerâmica. 0 metal subjacen te, quando elevado ate uma certa gama de temperatura acima de seu oonto de fusão e na nresenca de contaminantes (se for

Δ. -L. 4» ^X necessário), é transportado através do seu próprio produto da reacção de oxidação, de outro modo impermeável, expondo assim metal fresco ao meio oxidante para desse modo produzir oxidação. 0 resultado deste feno meno é o crescimento progressivo de uma cerâmica densa e interligada, contendo optativa.

ente alguns constituintes oxidados do metal original, distribuídos por toda a estimtura de crescimento sente invenção se refere como se descreve no pedido de patende karc 3.

1. exkirk t al. e uma estrutura compósita de cerâmica auto-suportada que compreende (1) uma matriz cerâmica obtida pela oxidação de um metal original, por exemplo uma liga cie alumínio, para formar o produto da reacção de oxidação (por exemplo óxido de alfa alumínio) do metal original com um oxidante em fase de vapor (por exemplo, oxigénio) e, optativamente, (ii) um ou mais

434 ser dirigido no sentido de uma mas que é colocado adjacente chimento é penetrado e embebido no crescimento de material policristalino para proporcionar uma estrutura cerâmica com material de enchimento, migrando através da sua própria es trutura do produto da reacção de oxidação, de outro modo im terior da massa de material de enchimento permeável que pode compreender um agregado de material de enchimento sólido di policristalino envolvendo os materiais de enchimento.

enchimento é posicionada adjacente ao metal original no traprevisto do crescimento Ίο produto da reacção de oxida partir do mesmo. 0 material de enchimento pode compreum tem interstícios, aberturas, espaços intermédios ou similatornar composição química idêntica ou diferente da matriz de produto policristalino resultante do crescimento do produto da reacção de oxidação desenvolve-se impregnar este sem a perturbar ma força externa que possa danificar ou perturbar a dispoβίção do material de enchimento e não são necessários nenhuma

instalações injustificadas e dispendiosas, como nos processos convencionais conhecidos, para, se obter uma estrutura cerámisão grandesiente reduzidas ou eliminadas.

,ο ο metal original é aquecido até uma temperatura acima de seu do ponto de fusão do produto da assim formar um corpo de metal fun±dação t á ^α’^ν contacto com pelo menos uma porção do produto da reaco oxidante. Hetal fundido é transportado através do proluto de enchimento adjacente, para manter a formação contínua de produto da reacção de oxidação na interface entre o oxidan te e o produto da reacção de oxidação anteriormente formado

A reacção continua durante um tempo suficiente para embutir pelo menos da reacção de oxidação pelo crescimento deste último, que, optativamente, tem 110 seu interior inclusões de constituintes não oxidados do metal original, para formar strutura compósita.

Gs produtos de tais procedimentos geralmente exemplo por maquinagem, po serern usados como produtos comerciais, que, como cluam, sem limitação, rais e técnicos, para .L.

eléctricas de desgaste, térmicas estruturais ou outras carac terísticas ou propriedades são importantes ou benéficas; e tais como poderiam ser produzidos como subprodutos indesejalos no oxidante em fase de vapor ou semelhante, que identifica o oxidante como contendo ou compreendendo um gás ou vapor particular, gas ou ou pelo menos significativo do metal original, nas condiçõ' es obtidas no meio oxidante utilizado. Por exemplo, embora o principal constituinte do ar seja 0 azoto, 0 conteúdo de oxigénio do ar é 0 único oxidante, ou 0 predominante, para o metal original porque 0 oxigénio é um oxidante significativamente mais forte lo que o azoto.

não um oxidante gasoso contendo azoto s·;

i como aqui é usado, refere-se ao metal, por exemplo alumínio, que é o da reacção de oxidação policristalino e inclui aquele metal ou um metal relativamente puro, um no comércio liga em que o precursor de metal é o principal constituinte.

imbora a presente invenção seja aqui descrita dando ênfase particular ao alumínio como metal original, outros metais que satisfaçam aos critérios da presente invenção são também adequados, por exemplo o silício, o titânio, o estanho, zinco e o zircónio.

termo so

1x0 sentido de que ele é inteiramente constituído por materiais que é predominantemente cerâmico relativamente qu-r às propriedades de composição ou dominantes, embora o corpo possa conter quantidades substanciais .de um ou mais metais derivamais metal

Como além disso se apresentou num ou mais dos pedidos de patente atrás cita,los, certos metais originais, em condições específicas de temperatura e para o fenómeno de oxidação segundo a presente invenção, sem usados em combinação com o metal original podem influenciar favoravelmente ou promover o processo da reacção de oxidação ginal de alumínio, particularmente com ar como sinco, em com nantes mais adiante descritos. Estes metais, ou uma fonte contaminado resultante. A faixa de concentrações para qualquer dos contaminantes depende de factores tais coiio a con binação de contaminantes e a temperatura do processo. Concen favoravelmente a morfologia do crescimento do produto da rí cristalino para sistemas de metal original à base de alumínio, cio, o usados ar ou oxigénio como germânio, o estanho em combinação com o oxidante são, por exemplo, e o chumbo, especialmente o silíquando magnésio ou o zinco. Um ou mais outros contaminantes ou uma fonte adequada dos mesmos, é incluído como elemento de liga no sistema de metal original de alumínio, em concentrações, para cala um deles, d de 0,5 a cerca de 150, em peso, da liga total; contudo, obt se uma cinética de crescimento e uma morfologia do crescimen to mais desejáveis com concentrações de contaminante na f a

chumbo contaminante é geralmente um elemento de liga no me tal original à base de alumínio a uma temperatura de pelo me alumínio; contudo, a adição de como o estanho, aumentará geralmente c* permitirá que os materiais de liga sejam adicionados a

Podem usar-se um ou mais contaminantes, conforme se explicou. Por e:

so as combinações particularmente utilizáveis de contaminantes •Έ incluem (a) o magnésio e o silício ou (b) o magnésio, o zinco estes exemplos, uma concentração preferida de magnesio o zinco na faixa de cerca de 1 a cerca de 6%, e para o silício na X 8,1 õZS, de cerca de 1 a cerca de

IO/, em peso

A função ou funções do material contaminante po material contaminante

Esses factores incluem, por exemplo, o metal original particular, o produto final desejado, a com binação particular de contaminantes, quando se usam dois ou mais contaminantes, o uso de um contaminante aplicado exter namente, em combinação com um contaminante em liga, tração do contaminante, o meio oxidante e as condições do pro cesso. 0 contaminante ou cont aminanre s (1) podem ser propor cionados como constituintes de ligas do metal original, (2) eplicados ao material de enou a uma parte do leito de material de enchimento, (1), (2) e (3) título de ilustração adicional da presente in referência aos exemplos seguintes:

Exemplo 1 <í · ,g) para o crescimento do produto de reacção de oxidação num leito de alumina não tos 1,5 micrómetros a moída AlcanCí-72( dimensões dos cristali5 micrómetros de diâmetro, aglomerados numa partícula com um diâmetro de 45 micrómetros a 150 rnicróde ar (usaram-se até 100% de oxigénio).

Tempo (horas

T empo (horas à temperatura de impregnação)

100

Temperatura (c) : 1 100 a 1 250° r;» posta ao

À fig. 5 mostra uma micrografia Ôptica de um

j.orte transversal do crescimento resultante. As condições na superfície do metal para servir de contaminante externo.

A figura mostra uma partícula de alumina infiltrada com lig.

de alumínio

 partícula é envolvida por um produto de cres cimento de metal Al/Óxido de alumínio.

conjunto experimental emprega dois cadinhos concêntricos de parede espessa, feitos da mesma mistura e um diâmetro interno de 2,5 cm. Coloca-se um

Si no cadinho maior e introduz de 2,5 cm externo.

c acimno uma tampa lutuante que impede, assim, o daço para, o ar livre. Assim, o crescimento do produto da reac cadinhos com várias densidades misturando várias proporções de aluminas moídas Alcan Crfè A alumina moída C-72 consiste em cristalitos individuais liber· tos das partículas aglomeradas não moídas. Ela está na forma

O CfO Ο micrômetro de espessura. Essas misturas cie pôs foram depois misturadas com uma solução, a 5% em peso, de álcool polivini lico, usando solução aglutinante apenas suficiente para per a proporção da alumina não moída, também aumentou a quantida de de to. a

:.1 tão

vibração do molde foi interrompida quando o desprendibolhas de ar deixou de ser observada. Colocaram-s os moldes num congelador durante a noite, para permitir a remoção da peça vazada do molde. Imediatamente a seguir, co cl locaram-se os cadinhos moldados num forno de secagem a 90°G ct para retirar a água em excesso e solidificar o aglutinante orgânico. Finalmente, submeteram-se os cadinhos a uma cozeduaglutinante orgânico e dar uma resistência suficiente às te;

ti alumínio fundido, a 1 250°C de metal e os cadinhos ligeiramente te 24 horas ao ar.

Quando se utilizou LlgO como dopante, ele foi aplicado após a cozedura de biscoito enchendo o cadinho conse usou o contaminante cie Si como acelarador, ele foi adiciode alumina 0

72.

Os resultados, expressos pelo ganho de peso mê

- 43 - (

RESUMO DOS RESULTADOS DE INFILTRAÇÃO DO PRÉ-MOLDE

PARA EXPERIÊNCIAS COM CADINHOS CONCÊNTRICOS

Relação Moído/ não moído	Silício no prêmolde (%)	MgO	Porosidade Densidade	Ganho mé- dio de peso Al(%	Gama de ganhos ) em Al(%)
Média (%)	Média O (g/cnr)
3:7	0,0	Não	64,9	1,4	10,6	10,0-11,0
5:5	0,0	Não	64,9	1,4	7,7	4,3-10,9
7:3	0,0	Não	54%	1,8	10,1	4,4-24,6
10:0	0,0	Não	47,4	2,1	17,0	15,2-17,9
3:7	4,8	Não	72,4	1,1	72,0	4O-9Os
5:5	4,8	Não	62,4	1,5	8,8	8,3- 9,8
7:3	4,8	Não	54,9	1,8	32,5	28,7-35,1
10:0	4,8	Não	49%	2,0	18,6	14,2-23,3
3:7	0,0	Sim	69,0	1,2	85,5	85,0-86,1
5:5	0,0	Sim	61,2	1,5	65,6	54,7-81,0
7:3	0,0	Sim	50,9	1,9	40,5	20,3-57,0
10:0	0,0	Sim	45,7	2,1	14,6	11,1-23,3
3:7	4,8	Sim	69,0	1,2	82,1	79,3-56,8
5:5	4,8	Sim	61,2	1,5	49,2	37,2-60,3
7:3	4,8	Sim	50,9	1,9	35,4	28,9-42,4
10:0	4,8	Sim	48,3	2,0	39,8	37,3-43,3

κ Contêm alguns valores estimados.

Os resultados indicam que, em todos os casos, os ganhos de peso maiores correspondendo à formação do produto da reacção de oxidação, foram obtidos com misturas de material de en

— 44 — chimento mais porosas, menos densas, produzidas com proporções maiores da aluminação moída.

Exemplo III

Enterraram-se pedaços de liga de Al-10% Si completamente em leitos de partículas não moídas de alumina Alcan C-72, aqueceram-se de 20°G a 1 150°C durante duas horas, manti veram-se a 1 150°C durante 100 horas e arrefeceram-se até à temperatura ambiente durante cerca de 14 horas. Num ensaio, não foi usado qualquer contaminante e não se observou qualquer crescimento visível. Num segundo ensaio, revestiu-se o pedaço de metal com MgO em água. Observou-se um crescimento extensivo e não uniforme.

Exemplo IV

Enterraram-se completamente pedaços de liga de Al-10% Si-3% Mg em leitos de partículas não moídas de alumina Alcan C-72 e sujeitaram-se as amostras (pedaços mais leito) a um aquecimento a 1 150°C durante 24 horas. Os pesos iniciais e finais . das amostras e dos contaminantes empregados foram os seguintes:

Amostra	Peso inicial (gramas)	Contaminante usado	Peso final (gramas)
1	2,570	nenhum	2,679
2	3,111	pintada com solução aquosa de Na2Si203	6,960
3	2,970	pintada com solução aquosa de ITa2Si2O3& MgO	6,578
4	2,794	pintada com solução aquosa de água & MgO	6,394

Deve entender-se que a presente invenção não se limita às características e formas de realização atrás especifi camente apresentados, mas sim pode ser realizada de outros mo dos, sem nos afastarmos do seu espírito.

Claims (14)

REIVINDICAÇÕES

1.- Processo para a produção de um produto cerâmico que compreende um material de enchimento substancial e funcionalmen te inerte incorporado numa matriz cerâmica de um produto da reacção de oxidação, caracterizado pelo facto de incluir as fases de:

(a) orientação de um corpo de um metal original e uma massa permeável de material de enchimento, um em relação ao outro, para infiltração do produto da reacção de oxidação na massa permeável;

(b) na presença de um oxidante em fase de vapor, fusão do corpo de metal original e reacção do metal fundi, do com o oxidante para formar o produto da reacção de oxidação, pelo aquecimento até uma temperatura pré-determinada e, a essa temperatura, manutenção de pelo menos uma porção do produto da reacção de oxidação em contacto com e entre o corpo de metal fundido e o oxidante, para progressivamente extrair metal fundido através do produto da reacção de oxidação no sentido do oxidante e do material de enchi, mento, de modo que o produto da reacção de oxidação continua a formar-se dentro da massa de material de enchimento na interface entre o oxidante e o produto da reacção de oxidação formado anteriormente e, continuação da reacção por um tempo suficiente para infiltrar pelo menos uma porção da massa do material de enchimento, caracterizando-se o aperfeiçoamento pelo facto de compreender:

(c) a massa permeável compreendendo um primeiro sistema de poros constituído por porosidade interpartículas distribuída por toda a massa eum segundo sistema de poros constituído por porosidade interpartículas tam bém distribuída por toda a massa, sendo ambos os sis temas de poros definidos dentro de ou entre porções do material de enchimento e sendo pelo menos as porções do material de enchimento que definem o segundo sistema de poros estruturalmente estáveis durante in filtração de produto da reacção de oxidação, numa dis. posição de definição de poros mantida.

2. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a massa permeável compreender um agregado de material de enchimento na forma de partículas que são aglomerados porosos de cristalitos estavelmente aglomerados, sendo o segundo sistema de poros definido por e estando entre os cristalitos cons; tituintes ligados dentro de cada aglomerado e sendo o primeiro sistema de poros constituído por vazios definidos entre aglomera dos adjacentes dentro da massa permeável.

3. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o agregado compreender uma proporção em peso, maior dos aglomerados e uma proporção, em peso, mencr das partículas, menores do que as das partículas não moídas de material funcionalmente inerte.

4. - Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de os referidos aglomerados na massa permeável terem interstícios entre si e por a proporção das referidas partículas menores ser tal que as referidas partículas menores preenchem substancialmente os referidos interstícios.

5. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de o agregado ser um pré-molde com uma forma auto-suportada, constituída por ligação dos referidos aglomerados entre si.

6. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de os aglomerados serem partículas porosas não moídas de alfa alumina produzida por calcinação de triidrato de alumina e cada uma ser constituída de uma multiplicidade de cris. talitos de alfa alumina.

7. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de os aglomerados serem partículas secas por pul verização ou aglomeradas e parcialmente sinterizadas de material, as quais são substancialmente e funcionalmente inertes nas condições de temperatura do referido processo.

8. - Processo de acordo com a. reivindicação 2, caracterizado pelo facto de os aglomerados serem partículas secas por pulverização ou aglomeradas de pó metálico, que são ligadas por nitretação ou oxidação.

9. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo.facto de os aglomerados serem formados por redução car botérmica de partículas secas por pulverização ou aglomeradas de precursores de óxidos.

10. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado pelo facto de a massa permeável ser um pré-molde constituído por feixes ou cabos de fibras, sendo o primeiro sistema de poros constituído por vazios entre feixes ou cabos adjacentes e o segun do sistema de poros constituído por espaços entre fibras adjacentes em cada feixe ou cabo.

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11. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a massa permeável ser uma estrutura do tipo esponja, de ramos cerâmicos, na qual os espaços entre ramos cerâmicos adjacentes constituem o primeiro sistema de poros com porosidade ligada finamente distribuída, proporcionada dentro dos ramos cerâmicos, para constituir o segundo sistema de poros.

12. - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de o metal ser alumínio.

13.- Processo de acordo com a reivindicação 12, caracte- rizado pelo facto de o oxidante ser oxigénio atmosférico e o produto da reacção de oxidação ser alfa-alumina.

14.- Processo de acordo com a reivindicação 10, caracte- rizado pelo facto de as fibras não serem substancialmente inertes nas condições do referido processo, mas serem revestidas de modo a ficarem substancialmente inertes nas condições do referido processo .

Lisboa, 15 de Setembro de 1987 O Agente (Jhciai aã Hreprieaaae inausu tui

RESUMO

Processo para a produção de produtos cerâmicos incorporando material de enchimento poroso e produto cerâmico obtido por este processo

A invenção refere-se ã produção de produtos cerâmicos compósitos usando um leito poroso ou pré-molde de material de en chimento com um metal fundido na presença de um oxidante em fase de vapor, para efectuar crescimento por infiltração de uma matriz policristalina de um produto da reacção metal-oxidante no leito de material de enchimento ou pré-molde, tendo o leito de material de enchimento ou pré-molde um primeiro sistema de poros com poros grosseiros interligados e um segundo sistema de poros com poros mais finos interligados, definidos por porções do material de enchimento que permanecem estruturalmente estáveis relativamente â disposição de definição dos poros durante a infiltração.