PT85713B

PT85713B - Espuma ceramica rigida

Info

Publication number: PT85713B
Application number: PT85713A
Authority: PT
Inventors: Eugene Sangmoo Park; Steven Douglas Poste
Original assignee: Lanxide Technology Co Ltd; Alcan Int Ltd
Priority date: 1986-09-16
Filing date: 1987-09-15
Publication date: 1990-08-31
Also published as: DK481987D0; PL267778A1; ES2032857T3; EP0261070A1; AU7837687A; CS276945B6; KR880003877A; KR950010001B1; CA1308888C; BG50938A3; PT85713A; PH26329A; BR8704767A; YU171787A; IE872486L; FI90059C; HU203861B; CN87106360A; JPS63129081A; FI874027A

Description

RÍGIDA” presente pedido de patente e uma adição ao pedi do de patente americano também pendente do requerente,

N3 908 116, depositado em 16 de .'Setembro de 1936, para Espumas Cerâmicas.

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a produtos cerâmicos tendo uma estrutura esquelética cerâmica, isto é, espumas rígidas e, mais particularmente, a produtos cerâmicos com uma estrutura esquelética tridimensional de células ou canais interligados aleatoriamente. A presente invenção refere-se também ao processo de formação desses produtos.

Fundamentos e descrição da técnica anterior

As espumas cerâmicas de células abertas são comer cialmente desejáveis para uso numa variedade de produtos que incluem filtros para metais fundidos, retentores em partícu las para diesel, conversores catalíticos para tratamento do gases de escape de automóveis, permutadores de calor, elementos de aquecimento, isolantes térmicos e elêctricos, etc

Além da notável resistência às altas temperaturas e resistência química proporcionada pela cerâmica e do benefício do alto grau de porosidade da espuma e da grande área da superfície para produtos tais como filtros e suportes de catalisados, a relação resistência peso que se pode obter com espumas cerâmicas é uma vantagem atraente em componentes para automóveis, aviões, etc.

Na fabricação convencional de corpos cerâmicos, incluindo as espumas cerâmicas, é necessário um certo número de fases do processo, por exemplo, a moedura, o dimensionamen to, a consolidação, a sinterizaçao, a maquinagem, etc. 3m cada, fase podem introduzir-se heterogeneidades e impurezas, o que pode ter um efeito prejudicial sobre o produto final. Outro critério importante, que não é realizável com o processamento convencional, é a possibilidade de fabricar esses corpos cerâmicos na configuração quase final (próxima da forma nítida), incluindo formas complexas.

Como se descreve na, patente americana 3 947 363, concedida em 30 de Março de 1976, a E. J. Pryor e outros, podem preparar-se espumas cerâmicas de células abertas a ps,rtir de um material de espuma orgânico, flexível, hidrófilo e de células abertas, tendo uma multitude de espaços vazios interligados, circundados por um manto do material de espuma. 0 ma terial orgânico de espuma é impregnado com uma pasta aquosa de cerâmica de modo que o manto é revestido, e os espaços vazios são cheios, com pasta. Depois, o material impregnado com pasta é comprimido para expulsar 20-75% da pasta, avaliando-se depois a pressão, de modo que o manto permanece revestido com pasta. Após a secagem, o material ê aquecido, primeiro pa

ra eliminar por combustão a espuma orgânica flexível e depois para sinterizar o revestimento cerâmico, deixando assim uma espuma cerâmica consolidada, com uma multitude de espços vazios interligados, circundados por um manto de cerâmica ligado ou fundido na configuração da espuma orgânica precursora. Com essa técnica de orgânico-para-cerâmica, tem sido referido ser necessário introduzir fases no processo para ultrapassar problemas de não uniformidade do produto causada por uma distribuição não uniforme de pasta resultante quando o corpo de espuma orgânica é comprimido pela passagem através de rolos, por manipulação excessiva das placas de espuma orgânica, etc.

Huma variante do processo atrás descrito apresentada na Patente americana 4 076 838, concedida em 28 de Fevereiro de 1978, a Perugini e outros, aplica-se um revestimento de metal, metal/cerâmica e/ou cerâmica a uma esponja de espuma de poliuretano por meio de uma película eletrocondutora (por exemplo, aplicação de cobre ou níquel sem eléctrodo) pre viamente aplicada à esponja. Um revestimento galvanico é descrito como sendo aplicado sobre a película electrocondutora, seguido por um revestimento por pulverização de metal/cerâmica ou cerâmica fundidos aplicado por meio de uma chama de pias ma de árgon a 10 000-15 000°C. 0 manto final é descrito como sendo oco, tendo uma estrura de camadas múltiplas e variando gradualmente de características metálicas no interior para características cerâmicas no exterior. Refere-se que a técnica do revestimento por pulverização de material fundido é aplicável apenas a esponjas não mais espessas do que que 12 mm, se a pulverização puder ser aplicada apenas numa face, e não mais espessa do que 25 mm, se a pulverização puder ser aplicada a

dois lados opostos.

Cerca de dez anos mais cedo, as patentes americanas 3 255 027 (concedida em 7 de Junho de 1966, a H. Talsma), 3 473 938 (concedida em 21 de Outubro de 1969, a R. B. Oberlin) e 3 473 987 (concedida em 21 de Outubro de 1969 a D· M. Sowards) tinham apresentado um processo de fabricação de estruturas contendo alumina, de paredes finas, queimando numa atmosfera contendo oxigénio secções finas de alumínio (tais como latas, tubos, caixas, conjuntos de tubos, favos, etc., ou formas amolgadas, feitas de folhas de alumínio ou moldadas por processos de extrusão), revestidas com um óxido de um metal alcalino, metal alcalino terroso, vanádio, crómio, molibdénio, tungsténio, cobre, prata, zinco, antimónio ou bismuto, ou precursor dos mesmos, tal como um fundente e, optativamente, um refractário de enchimento em partículas. Quando aplicado a estruturas de favos, o processo foi indicado para formar secções de paredes duplas de refractário tendo um espaço vazio folicular perto do centro, dizendo-se ter resultado da migração de alumínio fundido através de fissuras na película de óxido formada na superfície do metal. Oberlin mostrou que essa estrutura é fraca e descreveu a eliminação da estrutura de paredes duplas pelo uso de um composto de vanádio e um fundente de silicato no processo. Sowards revestiu previamente a estrutura com pó de alumínio antes da combustão, produzindo assim a estrutura de paredes duplas com paredes mais espessas. Apenas foram consideradas estruturas de moldes de alumínio fabricadas de folhas ou moldados por extrusão.

Gomo © mencionado por Talsma, as paredes interligadas de um favo definem células fechadas ou canais que se e_j tendem longitudinalmente por todo o comprimento das paredes. Os canais estão alinhados de modo a serem paralelos a um eixo comum único, estrutura que e menos útil para certas finalidades do que a de espumas de células abertas, era que o. estrutura celular é tridimensional. Por exemplo, o rendimento de recolha de partículas de um filtro cerâmico com estrutura de fa vo montado numa passagem de escape de um motor diesel foi indicado como sendo baixo (Patente americana 4 540 535) e supor tes de catalisadores com estrutura de favo foram indicadas co mo tendo o inconveniente de ter uma área geométrica relativamente pequena e uma turbulência indesejávelmente baixa (Paten te americana 3 972 334).

pedido de patente americana pendente e do mesmo proprietário, Ns 818 943, depositado em 15 de Janeiro de 1988, em nome de ilewkirk e outros, descreve um processo genérico para a produção de produtos cerâmicos pela oxidação dirigida de metal precursor fundido. ITeste processo, um produto cia reacção de oxidação forma-se inicialmente na superfície de um corpo de metal original fundido exposto a um oxidante, e cres: ce depois a partir daquela superfície por transporte de metal fundido adicional através do produto da reacção de oxidação, onde reage com o oxidante. 0 processo pode ser melhorado pelo uso de contaminantes como elementos de liga, por exemplo no caso de um metal original de alumínio oxidado em ar. Este pro cesso foi aperfeiçoado pelo uso de contaminantes externos aplicados à superfície do metal precursor, como se descreve no pedido de patente americano pendente e cb mesmo proprietário

Ν2 822 999, depositado em 17 de Janeiro de 1936, em nome de Newkirk e outros. Neste contexto, oxidação foi considerada no seu mais amplo sentido, para significar um ou mais metais dadores de electrões ou partilhadores de electrões com outro elemento ou combinação de elementos, para formar um composto. Consequentemente, o termo oxidante” designa um aceitador ou compartilhador de electrões.

No processo descrito no pedido de patente americano, pendente do mesmo proprietário, N2 819 397, depositado em 17 de Janeiro de 1986, por Newkirk e outros, produzem-se produtos compósitos cerâmicos pelo crescimento de um produto cerâmico num leito de material de enchimento adjacente a um corpo de metal original fundido. 0 metal fundido reage com um oxidante gasoso, tal como oxigénio, ao qual se permitiu atravessar os poros do leito do material de enchimento. 0 produto da reacção de oxidação resultante, por exemplo alumina, pode crescer para o interior e através da massa de material de enchimento enquanto se transporta continuamente metal original fundido através do produto da reacção de oxidação novo. As par tículas de material de enchimento são embebidas no interior do produto cerâmico policristalino, constituído pelo produto da reacção de oxidação interligado em três dimensões.

Outro pedido de patente americano, pendente e do mesmo proprietário NQ 823 542, depositado em 27 de Janeiro de 1986, de Newkirk e outros, descreve um processo para a fabricação de produtos compósitos cerâmicos, incluindo tubos, pelo crescimento de um produto cerâmico num leito permeável de material de enchimento que circunda um molde ou padrão de metal original definindo uma forma que deve ser reproduzida inversa-

mente como uma caviiade no produto cerâmico compósito. 0 molde de metal (por exemplo, uma barra de alumínio moldada), mer gulhado no material de enchimento (por exemplo, uma massa per meável de partículas de alumina ou carboneto de silício) funde e o metal original fundido reage com um oxidante, tal como oxigénio, ao qual se pemitiu que atravessasse os poros do leito de material de enchimento adjacente. 0 produto da reacção de oxidação resultante, por exemplo alumina, pode crescer para o interior e através da massa de material de enchimento à medida que o metal original fundido é transportado através do produto da reacção de oxidação novo. Quando se tiver consu mido o metal fundido no espaço originalmente ocupado pelo mol_ de de metal, fica aí uma cavidade que reproduz inversamente a forma ou a geometria do molde de metal original, sendo a cavidade circundada pelo produto compósito cerâmico resultante.

Estes processos de reacção de oxidação por oxidação dirigida proporcionam uma diversidade de produtos cerâmicos modelados, mas não foram até agora aplicados à produção de espumas cerâmicas rígidas. As espumas cerâmicas têm uma es trutura física distinta que comunica muitas propriedades bené ficas e proporciona muitas utilizações das mesmas. Esta estru tura é caracterizada por ter células abertas ou canais interligados aleatoriamente em três dimensões, proporcionando uma grande área da superfície por unidade de volume e uma elevada relação da resistência para o peso. Destas estruturas celulares sm três dimensões resulta um escoamento turbulento dos fluidos, o que pode ser vantajoso em algumas aplicações, e está em contraste com o escoamento laminar numa estrutura em

favo. Existe uma necessidade de aperfeiçoamentos nesses produ tos e nos processos para a sua fabricação.

Sumário da Invenção

À presente invenção proporciona uma espuma cerâmi ca compreendendo um corpo reticulado de células abertas ou. caiais abertos que estão interligados aleatoriamente em três dimensões, e um material cerâmico substancialmente continuo. Segun do a presente invenção, uma espuma metálica é utilizada como metal precursor do qual é derivado um produto da reacção de oxidação. A espuma è um corpo reticulado de ligamentos, veias, fibras, fitas ou semelhantes entrelaçados, de metal precursor, interligados aleatoriamente em três dimensões, definindo assim células ou canais abertos. Os canais, tais como são definidos pelas superfícies externas dos ligamentos, estão igualmente interligados aleatoriamente em três dimensões. Na produção da espuma cerâmica, o retículo de metal serve de metal precursor ou metal original e é pelo menos parcialmente consumido na formação do. produto da reacção de oxidação. 0 corpo reticulado de metal original é primeiro tratado de maneira tal que se forma um revestimento de suporte, capaz por si de rnanter a integridade da estrutura, de células abertas do corpo nas condições do processo, nas superfícies dos ligamentos a uma temperatura abaixo do ponto de fusão do metal. Este revestimento de suporte pode ser formado intrinsecamente ou ser aplicado externamente, como adiante se descreve em pormenor. 0 corpo de metal original revestido ê depois aquecido a uma temperatura acima do ponto de fusão do metal, pelo que o metal fundido contacta e reage com um oxidante e forma um pro

duto da reacção de oxidação. As condições do processo são man tidas para transportar metal original através do produto da reacção de oxidação que, em contacto com o oxidante, forma produto da reacção de oxidação adicional. 0 processo continua até que se forme o revestimento desejado de cerâmica policris talina, que compreende produto da reacção de oxidação e, opta tivamente, constituintes metálicos e/ou poros. 0 produto de espuma cerâmica compreende uma estrutura cerâmica reticulada de células abertas, podendo substancialmente todos ou apenas parte dos ligamentos metálicos ser consumidos no processo.

De acordo com uma forma de realização da presente invenção, os ligamentos metálicos da espuma são pré-revestidos com uma camada permeável de material de enchimento, que ê substancialmente inerte nas condições do processo. Durante o processamento, o produto da reacção de oxidação cerâmico re sultante, por exemplo alumina, infiltra-se e cresce para o in terior e através da camada permeável, enquanto se transporta metal fundido através do produto da reacção de oxidação novo. Assim, forma-se um produto compósito de matriz cerâmica dentro do qual ficam embebidas partículas de material de enchimento. A matriz ê constituída por um material policristalino interligado tridimensionalmente de produto da reacção de oxidação e material de enchimento, podendo ainda incluir constituintes metálicos, tal como metal original não oxidado, e/ou poros. 0 produto da reacção de oxidação ê interligado em três dimensões. 0 componente metálico pode estar interligado ou isolado. Igualmente, os poros podem estar interligados ou iso lados.

produto segundo a presente invenção compreende um corpo reticulado de células abertas interligadas aleatória mente em três dimensões, definidas por uma matriz cerâmica substancialmente contínua, tendo a estrutura de ligamentos ou túbulos ocos, entrelaçados, tridimensional e aleatoriamente interligados. Conforme as condições do processo, os ligamentos ocos podem estar substancialmente vazios de metal original, ou podem estar parcialmente cheios com metal original, proporcionando assim um núcleo de metal para a matriz cerâmica. Em alguns casos, podem estar presentes no produto de espu ma cerâmica quer os ligamentos ocos vazios, quer os que contêm metal. 0 produto cerâmico reproduz substancialmente a con figuração do corpo celular de metal original, produzindo assim um produto quase de forma nítida. Deste modo, pode conseguir-se um produto cerâmico com a forma quase nítida desejada, bem como com densidade, composição e propriedades prê-determi nadas. Além disso, as fases de processamento relativamente simples e em número limitado prestam-se à produção de corpos cerâmicos de elevada pureza e ainda elimina muitos defeitos do processamento convencional.

componente metálico na porção de parede dos ligamentos ocos e também o núcleo de metal, podem ser desejáveis para utilizações em que se exija condutividade térmica ou eléctrica, por exemplo, para permutadores de calor, elemen tos de aquecimento, etc. Também, o metal pode melhorar a resistência ou a dureza, o que pode ser importante em filtros, crivos, etc.

Tais corno são usados nesta descrição e nas reivin dicações anexas, os termos seguintes definem-se como segue:

Cerâmica não deve ser indevidamente entendido ( '

CQ^r.:.o sendo limitado a um corpo cerâmico no sentido clássico, isto é, no sentido de que é inteiramente constituído por materiais não metálicos e inorgânicos, mas antes refere-se a um corpo que é predominantemente cerâmico relativamente à composição ou às propriedades dominantes, embora o corpo possa con ter quantidades mínimas ou substanciais de um ou mais constituintes metálicos e/ou porosidade (interligados e isolados) derivados do metal original ou reduzidos a partir do oxidante ou de um contaminante, o mais tipicamente dentro de uma gama de cerca de 1 a 40%, em volume, podendo no entanto ser mais alta ·

Espuma” aplicado quer ao metal precursor, quer ao produto refere-se a um corpo auto-suportado que possui uma estrutura celular, esquelética, em forma, de manto.

Produto da reacção de oxidação de um modo geral significa um ou mais metais em qualquer estado de oxidação em que um metal cedeu electrões ou compartilhou electrões com ou tro elemento, composto ou combinação dos mesmos. Consequentemente, um produto da reacção de oxidação, de acordo com esta definição, inclui o produto da reacção de um ou mais metais com um oxidante, tal como os descritos neste pedido de patente.

Oxidante significa um ou mais aceitadores de electrões ou compartilhadores de electrões adequados e pode ser um sólido, um líquido ou um gás (vapor) ou qualquer combinação dos mesmos (por exemplo, um sólido e um gás) nas condições do processo.

Metal original pretende-se que signifique me-

tais relativamente puros, metais comercialmente disponíveis com impurezas e/ou constituintes de ligas e ligas e compostos intermetálicos dos metais. Quando se menciona um metal especí fico, o metal identificado deve ser entendido tendo essa defi nição em mente, a menos que de outro modo seja indicado pelo contexto.

Breve Descrição dos Desenhos

ITos desenhos anexos, as figuras representam:

A fig. 1 uma representação em corte da espuma de metal precursor, mostrando a sua rede tridimensional de ligamentos interligados aleatoriamente e células abertas e parcialmente revestidos com uma camada de material utilizável na formação de um revestimento de suporte.

A fig. 2, uma vista em corte de um fragmento de produto cerâmico feito segundo a invenção;

A fig. 2A, um corte transversal de um tubo cerâmi co vazio no produto representado na fig. 1; e

A fig. 2B é um corte transversal de um túbulo cerâmico com um núcleo de metal num produto segundo a presente invenção,

Descrição pormenorizada

No processo segundo a presente invenção, a formação e o crescimento do produto cerâmico são realizados num corpo de metal original de células abertas, tendo uma estrutu ra celular tridimensional, isto é, uma espuma ou esponja de metal. Devido à complexidade dessa estrutura, a acessibilida- 13

de limitada às suas superfícies interiores e a finura da estrutura de suporte, são necessárias condições especiais para realizar a conversão de um corpo de metal de células abertas num corpo cerâmico de células abertas pelo processo de cresci mento. De acordo com o processo, o corpo de metal original de células abertas serve como um modelo ou molde para a formação de um corpo de espuma cerâmica com uma configuração semelhante. Apesar da complexidade estrutural do corpo de metal original e da condição de fusão e deslocamento do metal durante o processo, mantém-se substancialmente a integridade e a configuração da estrutura original de células abertas do corpo de metal original. A presente invenção proporciona essa vantagem na formação de corpos cerâmicos moldados pelo facto de que a espuma de metal pode ser facilmente moldada, incluindo a formação de cavidades, em contraste com a maquinagem do produto cerâmico acabado, que é mais difícil e cara. As dimensões externas e a configuração da espuma de metal sao substancialmen te reproduzidas pela cerâmica acabada porque o ligamento ou veio de metal tem uma secção transversal de dimensões relativamente pequenas e portanto o crescimento do produto da reacoao de oxidação não altera substancialmente as dimensões do corpo.

corpo de metal original é primeiro’ tratado para produzir um revestimento de suporte nos ligamentos de metal, revestimento que, por si, mantém a integridade da estrutura de células abertas. 0 revestimento de suporte pode ser permeável ao oxidante gasoso, se for usado, ou conter um oxidante sólido ou líquido, e permite a infiltração e o crescimento de /

um produto da reacção de oxidação. Este tratamento para proporcionar um revestimento de suporte é feito abaixo do ponto de fusão do metal original e pode ser realizado de uma qualquer de várias maneiras. De acordo com uma forma de realização da presente invenção, o revestimento de suporte é intrinsecamente formado por oxidação do metal precursor abaixo do seu ponto de fusão para formar uma camada de produto da reacção de oxidação. ITa formação intrínseca do revestimento de su porte, é preferível conduzir o aquecimento na região de baixas temperaturas, com uma velocidade baixa. Quando se desejar, a espuma de metal pode ser aquecida a baixa temperatura com uma velocidade relativamente elevada e depois impregnada à temperatura requerida durante um tempo suficiente para formar o revestimento. Sm alguns sistemas, e aceitável a, fase de pré -aquecimento apenas. Por exemplo, no procedimento descrito no Exemplo 1 que se segue, se a espuma de metal for constituída por liga de alumínio 6101, quando aquecida em ar durante duas horas a 600°G, forma-se um revestimento de suporte suficien-.. te constituído por um fino revestimento de suporte de oxido de alumínio. Analogamente, quando se aquece alumínio relativamen te puro numa atmosfera de azoto, a 65O°C, durante várias horas, forma-se um fino revestimento de suporte de nitreto de alumínio, como se ilustra, no Exemplo 11 dado mais adiante. E.s te revestimento de suporte deve ter uma espessura suficiente para suportar e manter a integridade e a configuração da estrutura de espuma de metal original. Durante a fase de aqueci mento subsequente acima do ponto de fusão do metal original, a espuma não sofrerá um colapso devido ao revestimento de suporte. 0 processo da reacção de oxidação prossegue e o produ to da reacção de oxidação cresce ou desenvolve-se até à espess sura desejada para o produto de espuma cerâmica.

Num processo alternativo de pré-tratamento da espuma para proporcionar um revestimento de suporte, um material, ou seu precursor, que reage ou é decomponível abaixo do ponto de fusão lo metal para formar um revestimento de suporte permeável, é aplicado às superfícies do metal de espuma an tes do aquecimento. Nesse caso, empregando esta aplicação externa, como se mostra nos Exemplos 2-10, o revestimento de su porte pode formar-se durante aquecimento evoluindo em rampa de uma temperatura abaixo do ponto de fusão do metal original até uma temperatura acima de seu ponto de fusão, sem a necessidade de um tempo de retenção na temperatura de pré-fusão.

Exemplos de materiais de revestimento, ou dos seus precursores, particularmente utilizáveis com um sistema de metal original de alumínio são os sais e compostos metálicos incluindo

os compostos orgsnometâlicos, de metais alcalinos, alcalino-terrosos e de transição, e pastas ou suspensões de alumina, pó de alumínio muito fino, nitreto de silício, carboneto de boro ou qualquer combinação dos mesmos. Pode usar-se um material contaminante em conjunção corn o metal, como adiante se descreve em pormenor. Também podem aplicar-se materiais de en chimento a superfícies dos ligamentos de metal de modo que se forma um composto:, cerâmico, materiais de enchimento adequados, em função da composição da matriz cerâmica a formar, podem incluir os carbonetos de silício, alumínio, boro, háfnio, nió bio, tântalo, tório, titânio, urânio, vanádio e zircônio; os boretos de crómio, háfnio, molibdénio, nióbio, tântalo, titânio, tungsténio, vanádio e zircônio e os óxidos de alumínio, $ s

berílio, cério, crómio, hâfnio, ferro, lantânio, magnésio, ní quel, titânio, cobalto, manganês, tório, cobre, urânio, ítrio, zircónio e silício.

Depois de o corpo de metal original ter sido adequadamente pré-tratado para formar o revestimento de suporte permeável, eleva-se a temperatura do metal original até uma região acima de seu ponto de fusão, mas abaixo do ponto de fusão do produto da reacção de oxidação. Ho caso de metal ori ginal de alumínio, usando-se um contaminante em conjunção, com ele, este intervalo de temperatura pode ir de cerca de 690 a 145O°C e, de preferência, de 900 a 135O°C. 0 metal fundido adjacente ao revestimento reage com 0 oxidante que, no caso de um gás, atravessou os poros do revestimento, ou com qualquer oxidante sólido e/ou líquido presente no revesti mento de suporte. Por aquecimento, forma-se produto da reacção de oxidação quando 0. metal original fundido contacta com 0 oxidante e será transportado metal fundido através do produto da reacção de oxidação recentemente formado para provocar a foimação e o crescimento contínuo do produto da reacção de oxidação na superfície exposta ao oxidante, Nesse caso, 0 metal originalmente presente como metal precursor pode ser transportado de maneira substancialmente completa para fora de seu local original (ligamentos envolvidos pelo revestimento de suporte), de modo que 0 produto resultante compreende ligamentos ou tubulos cerâmicos ocos interligados tendo um orifício substancialmente com a mesma, dimensã) (diâmetro) que o do ligamento de metal original. Os tubulos cerâmicos ou ligamentos ocos compreendem urn material policristalino constituído essencialmente por produto da reacção de oxidação e op- 17 tativamente por constituintes metálicos e/ou poros. Se o processo for conduzido por forma a converter substancialmente to do o metal original em produto da reacção de oxidação, desenvolver-se-á porosidade interligada em vez do componente metálico interligado, podendo ainda haver metal e/ou poros isolados.

Controlando as condições do processo, tais como o tempo, a temperatura, o tipo de metal original e os contaminem tes, pode ser convertida apenas uma porção do metal fundido em produto da reacção de oxidação, mantendo-se um núcleo de metal original ressolidificado nos túbulos ou ligamentos ocos.

Fazendo referência à fig. 1, nela representa-se uma esponja de metal, indicada genericamente pelo número (1), tendo ligamentos ou veios (2). Um revestimento (4) foi aplica do a uma porção dos ligamentos interligados para formar uma estrutura reticulada tridimensional com células abertas (3), que se interligam aleatoriamente em três dimensões, em virtude da estrutura tridimensional do ligamento. As células (3) têm a forma na generalidade poligonal, mas podem ser não angu lares, por exemplo ovais ou circulares. A fig. 2 mostra o pro duto cerâmico feito de acordo com a presente invenção e mostra ligamentos ou túbulos (5) ocos de material cerâmico e células abertas (3¹).

Os ligamentos cerâmicos (5) representados em corte transversal nas fig. 2 e 2A são substancialmente ocos, estando a superfície toroidal formada por seccionamento através das paredes dos túbulos indicada pelo número (6). Estes túbulos têm orifícios ocos (7), que podem aumentar a leveza do /

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produto, bem como sua área de superfície por unidade de volume. 0 túbulo representado na fig. 2B tem uma parede cerâmica (6) e um núcleo de metal (8) resultante da conversão incomple ta do metal original no produto da reacção de oxidação. Também, o núcleo de metal tipicamente não preenche completamente o interior do ligamento, resultando um certo volume vazio (7).

Uma espuma de metal particularmente útil como metal precursor para uso no presente processo é a espuma de metal conhecida por Duocel, um produto da Energy Research and Generation, Inc. Oakland, Califórnia, SUA. Este produto é de_s cri to como um metal de espuma tendo uma estrutura reticulada, de células abertas, dodecaédricas, ligadas por ligamentos con tínuos de metal maciço. Deve compreender-se, no entanto, que a fonte e a forma do metal precursor não são essenciais para a prática da presente invenção, desde que seja de estrutura celular. Um meio para a produção de uma espuma de metal adequada é por vazamento de metal fundido com um material consumível ou transitório. Por exemplo, vaza-se alumínio fundido em torno de grânulos de sal ou em torno de partículas de coque tal como é usado em leitos fluidificados. Por arrefecimen to do metal, o sal é removido por lixiviação com água,ou o co que ê removido por reacção de oxidação controlada, a baixa temperatura. Quando se desejar, uma espuma de metal pode compreender uma massa consolidada de fibras de metal de densidade aparente desejada para proporcionar uma rede aberta de espaços vazios intersticiais.

alumínio é um metal original preferido para uti lizar no presente processo. Ele obtém-se facilmente na forma

de espuma de metal, tal como, Duocel, e é particularmente bem adaptado para uso em processos em que se pretende transportar um metal original fundido para o interior ou através de um produto da reacção de oxidação para reagir com um oxidante.

Porém, como se menciona nos pedidos de patente anteriores pendentes e do mesmo proprietário podem empregar-se outros metais originais que não o alumínio nestes processos de crescimento de cerâmica, incluindo-se nesses metais o titânio, o estanho, o zircónio e o hâfnio. Todos esses metais podem ser usados no presente processo se estiverem disponíveis ou puderem tornar-se disponíveis, com células abertas, isto é, na for^a de espuma de metal.

Embora possam usar-se oxidantes em fase sólida, líquida e de vapor no presente processo, o metal fundido usualmente será aquecido numa atmosfera reactiva, por exemplo, de ar ou azoto, no caso de alumínio. 0 revestimento de suporte é permeável aos gases, de modo que por exposição do precur sor revestido à atmosfera, o gás atravesse os poros do revestimento para contactar com o metal original fundido adjacente ao mesmo.

Um oxidante sólido pode ser empregado dispersando^ -o através do material precursor do revestimento de suporte. Um oxidante sólido pode ser utilizável particularmente na for mação do revestimento de suporte ou na formação de uma matriz cerâmica relativamente fina.

Pode usar-se um oxiiante em fase sólida, líquida ou de vapor, ou uma combinação desses oxidantes, como atrás se observou. Por exemplo, tais oxidantes típicos incluem, sem limitação, o oxigénio, o azoto, um halogênio, 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, propileno (o hidrocarboneto como uma fonte de carbono) e misturas como ar,

sendo as luas últimas (isto e, Hg/HgO θ CO/COg), utilizáveis na redução da actividade do oxigénio do ambiente.

Embora qualquer oxidante adequado possa ser empre gado, prefere-se um oxidante em fase vapor mas deve entender-se que podem usar-se dois ou mais oxidantes em fase vapor em combinação. Se usar um oxidante em fase vapor em conjunção com um material para o revestimento de suporte que pode incluir um material de enchimento, o revestimento é permeável ao ozidante em fase de vapor, de modo que, por exposição ao oxidante, um oxidante em fase de vapor atravessa os poros do revestimento para contactar com o metal original fundido. 0 termo oxidante em fase de vapor, significa um material vapo rizado ou normalmente gasoso que proporciona uma atmosfera oxidante. Por exemplo, o oxigénio ou misturas de gases conten do oxigénio (incluindo ar) são oxidantes em fase de vapor pre feridos, por exemplo no caso em que o alumínio é o metal original, sendo o ar usualmente o mais preferido, por razões obvias de economia. Quando se identifica um oxidante como contendo ou compreendendo um gás ou vapor particular, isto signi fica um oxidante em que 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 principal constituinte do ar seja o azoto, o conteúdo de oxigénio do ar é o único oxidante para, o metal original, porque o oxigénio é uim oxidante significativa-

ί , ί * mente mais forte do que o azoto. 0 ar, portanto, esta dentro da definição de ura oxidante de gás contendo oxigénio⁵’ mas não dentro da definição de um oxidante ”de gás contendo azoto”. Um exemplo de um oxidante de gás contendo azoto”, como aqui e nas reivindicações se define é o gás de formação”, que tipicamente contém cerca de 96 por cento, em volume, de azoto e cerca de 4 por cento, em volume, de hidrogénio.

Quando se utiliza um oxidante sólido em conjunção com o revestimento de suporte, ele ê usualmente disperso atra vês do revestimento, ou do seu precursor e também do material de enchimento, se for usado, na. forma de partículas, ou talvez como revestimentos sobre as partículas do material de enchimento. Qualquer oxidante sólido adequado pode ser empregado, incluindo elementos, tais como boro ou carbono, ou compos tos redutíveis, tais como dióxido de silício ou certos boretos de estabilidade termodinâmica inferior à do boreto produto da reacção do metal original. Por exemplo, quando se usar boro ou um boreto redutível como oxidante sólido para o metal original de alumínio, o produto da reacção de oxidação resultante é boreto de alumínio.

Em alguns casos, a reacção de oxidação pode prosseguir tão rapidamente com um oxidante sólido que o produto da reacção de oxidação tenderá a fundir, devido à natureza exotérmica do processo. Uma tal ocorrência poderia degradar a uniformidade microestrutural do corpo cerâmico. Esta reacção exotérmica rápida é evitada misturando na composição um material de enchimento reiativaraente inerte, que apresente uma baixa reactividade. Um exemplo de um tal material de enchimen to adequado é um material que seja idêntico ao produto da re- 22 - / /

<. χ r * acção de oxidação pretendida.

Se se utilizar um oxidante líquido em conjunção com o revestimento de suporte e o material de enchimento, todo o revestimento ou material de enchimento pode ser impregna do pelo oxidante. A referência a um oxidante líquido significa um oxidante que é um líquido nas condições da reacção de oxidação, podendo assim um oxidante líquido ter um precursor sólido, tal como um sal, que è fundido nas condições da reacção de oxidação. Em alternativa, o oxidante líquido pode ter um precursor líquido, por exemplo uma solução de um material que é fundido ou decomposto nas condições da reacção de oxida ção para proporcionar uma fracção oxidante apropriada. Exemplos de oxidantes líquidos como aqui se definem incluem os vidros de baixo ponto de fusão.

Como se descreve nos pedidos de patente americanos pendentes e do mesmo proprietário atrás mencionado , certos metais originais, em condições específicas de temperatura e da atmosfera oxidante satisfazem os critérios necessários para o processo cerâmico sem quaisquer adições ou modificações especiais. Contudo, os materiais contaminantes usados em combinações com o metal original podem influenciar favoravelmente ou promover o processo. 0 contaminante ou contaminantes podem ser proporcionados como constituintes de liga do metal de espuma original, ou podem ser fornecidos pelo revestimento de suporte. Em alguns casos, o contaminante pode ser omitido, conforme as temperaturas do processo e metal original. A título de ilustração, quando um corpo de alumínio reticulado é aquecido numa atmosfera de azoto para formar nitreto de alumínio, é preferido ou necessário usar um material contaminan-

não è necessário usar nenhum contaminante quando se processa alumínio comercialmente puro a uma temperatura de cerca de 1700°C.

Os contaminantes utilizáveis para um metal original de espuma de alumínio, particularmente com ar como oxidan te, incluem, por exemplo, o metal magnésio e o metal zinco, particularmente em combinação com outros contaminantes, tais como, o silício, descrito mais adiante. Estes metais ou unia fonte afeqpadados metais, podem ser componentes de liga no metal original de espuma à base de alumínio, em concentrações, para ca da um deles, entre cerce, de 0,1 e 10%, em peso, baseado no p_e so total do metal contaminado . resultante. A faixa de concen trações para qualquer dos contaminantes dependerá de factores tais como a combinação de contaminantes e a temperatura do processo. Concentrações dentro desta faixa parecem iniciar o crescimento da cerâmica a partir do metal fundido, favorecer o transporte de metal e influenciar favoravelmente a morfologia do crescimento do produto da reacção de oxidação resultan te.

Outros contaminantes que são efectivos para a pro moção do crescimento da cerâmica a partir do metal fundido, para sistemas de metal original à base d© alumínio, são, por exemplo, o silício, o germânio, o estanho e o chumbo, especialmente quando usados em combinação com o magnésio ou o zinco. Um ou mais desses outros contaminantes, ou uma fonte adequada dos mesmos, são usados como elementos de liga no sistema de metal original de espuma de alumínio, em concentrações, para cada um deles de cerca d© 0,5 a 15%, em peso, da liga total;

- 24 porém, obtêm-se uma cinética de crescimento e uma morfologia de crescimento mais desejáveis com concentrações de contaminantes na faixa de cerca de 1 a 10%, em peso, da liga de metal original total. 0 chumbo como contaminante é geralmente usado como componente de liga no metal original à base de alu mínio a uma temperatura de pelo menos 1000°C, de modo a compensar a sua baixa solubilidade no alumínio; porém, a adição de outros componentes de liga, tais como o estanho, geralmente aumentará a solubilidade do chumbo e pemiitirá que os materiais como elementos de liga sejam adicionados a uma temperatura mais baixa.

Pode usar-se um ou mais contaminantes conforme as circunstancias. Por exemplo, no caso de um metal original de alumínio e com ar como oxidante, as combinações particularmen te úteis de contaminantes incluem (a) magnésio e silício ou (b) magnésio, zinco e silício. Nesses exemplos, uma concentra ção de magnésio preferida está dentro da faixa de cerca de 0,1 a 3%, em peso, para o zinco, na faixa de cerca de 1 a 6%, em peso, e para silício na faixa de cerca de 1 a 10%, em peso. Os contaminantes utilizáveis na formação de nitreto de alumínio incluem o cálcio, o bário, o silício, o magnésio e o lítio.

Outros exemplos de materiais contaminantes utilizáveis com um metal original de alumínio, incluem o sódio, o germãnio, o estanho, o chumbo, o lítio, o cálcio, o boro, o fósforo e o ítrio, que podem ser usados individualmente ou em combinação com um ou mais contaminantes, conforme as condições do processo e o oxidante. 0 sódio e o lítio podem ser usados em quantidades muito pequenas, na faixa de partes por

milhão, tipicamente cerca de 100-200 partes por milhão, e cada um pode ser usado só aienconjunto, ou em combinação com outro(s) contaminante(s). Elementos das terras raras, tais como o cêrio, o lantânio, o praseodíniio, o neodímio e o samário também são contaminantes úteis e aqui mais uma vez quando usa dos em combinação com. outros contaminantes.

Um contaminante externo pode ser aplicado por impregnação do corpo metálico de células abertas original com uma solução aquosa de um sal do metal contaminante (Exemplo 2) ou por imersão do corpo metálico de células abertas original numa pasta orgânica do pó contaminante, seguida de agitação para dispersar a pasta por toda a estrutura do esqueleto de células abertas. A quantidade de contaminante externo é eiectiva numa ampla faixa em relação à quantidade de metal original ao qual é aplicado. Por exemplo, quando se utiliza silício na forma de dióxido de silício aplicado externamente, como contaminante para um metal original à base de alumínio, usando ar ou oxigénio como oxidante, quantidad.es tão baixas como 0,0001 grama de silício por grama de metal original, jun tamexte com um segundo contaminante que proporciona uma fonte de magnésio e/ou zinco, produzem o fenómeno do crescimento da cerâmica. Verificou-se também que pode obter-se uma estrutura cerâmica a partir de um metal original à base de alumínio, contendo silício como contaminante de liga, usando ar ou oxigénio como oxidante, pela adição de LlgO como contaminante externo, numa quantidade maior que cerca de 0,0005 grama de con taminante por grama de metal original a oxidar e maior que cerca de 0,0005 grama de contaminante por centímetro quadrado de superfície de metal original ao qual o ’IgO é aplicado.

á invenção e ilustrada pelos seguintes exemplos.

BXEMPIO 1 metal de espuma usado como material inicial foi um bloco de 5,1 cm x 2,5 cm, do Duocel anterioraente menciona do, feito, neste caso, de liga de alumínio 6101. Os principais constituintes da liga neste metal são o silício (0,3 - 0,7%), o magnésio (0,35 - 0,8%) e o ferro (0,5% no máximo). Elementos presentes em quantidades de 0,1% ou menos incluem o cobre, o zinco, o boro, o manganês e o crómio. 0 metal de espuma ê descrito pelo fabricante como tendo uma estrutura reti culada de células abertas de forma dodecaédrica, ligadas por ligamentos contínuos e maciços de liga de alumínio. As dimensões das suas células eram de 4 poros por centímetro (dimensão mélia das células de 0,20 cm).

bloco de espuma de metal xoi pré-condicionado por tratamentos de limpeza sequenciais, em acetona e numa solução aquosa de cloreto de sódio a 20%, durante cerca de 2 minutos por tratamento. Colocou-se depois o bloco no topo de um leito de wollastonite num cadinho refractário.

cadinho foi colocado num forno, onde foi aqueci do em ar a uma temperatura de 600°C, durante um período de aquecimento de 2 horas e depois mantido a 600°G durante 2 horas. Bsta fase de aquecimento permitiu a formação de uni reves timento permeável nas superfícies do metal de espuma suficien te por si para manter a integridade reticular do bloco de metal. Nesta altura, aumentou-se a temperatura do forno para 1300°C, durante um período de 2 a 3 horas e manteve-se assim durante 15 horas.

produto foi removido do leito de v/ollastonite depois de se ter· deixado arrefecer· o cadinho e o seu conteúdo até à temperatura ambiente tinha uma estrutura rígida de cé lulas abertas semelhante à do Duocel, mas uma cor cinzenta e um acabamento grosseiro. Essencialmente não houve redução nas suas dimensões (comparado com o Duocel), indicando que a inte gridade da estrutura de células abertas do metal de espuma foi mantida, apesar de o produto ter sido mantido acima do ponto de fusão da liga de alumínio 6101 durante mais de 15 ho ras. Micrografias dos ligamentos que formavam a trama, em cor te transversal, mostraram uma estrutura tubular parcialmente preenchida com metal, isto ê, um núcleo de metal circundado por uma bainha cerâmica. Estudos de difracção de raios-Σ indi caram que a bainha era constituída por uma matriz de alumina interligada tri-dimensionalmente, contendo metal alumínio dis perso. 0 núcleo era alumínio. A bainha, isto é, a parede tubular era dura e electricamente condutora.

EEEmPLO 2 (a) Repetiu-se o procedimento descrito no Exemplo 1, com excepção de que o bloco pré-condicionado de Duocel foi impregnado por uma solução aquosa a 20% de nitrato de magnésio, e saco, e a fase de pré-aquecimento a 600'0 foi omitida. 0 metal de espuma revestido foi aquecido em ar durante 4 horas até atingir uma temperatura de 1300°C e depois mantida a 1300'^JC dursnte 15 horas.

A aparência externa e as dimensões do produto arrefecido eram semelhantes às lo produto formado de.acordo com o Exemplo 1, mas, neste caso, as micrografias de cortes trans

- 28 / '7 * versais dos ligamentos que formavam a trama revelaram uma estrutura tubular com um núcleo oco e uma parede mais espessa do que a do produto descrito no Exemplo 1. 0 diâmetro do núcleo oco era essencialmente o mesmo que o dos ligamentos no Duocel usado. A parede era constituída essencialmente por uma matriz de alumina contendo metal de alumínio disperso. Estava também presente urna espinela de aluminato de magnésio.

(b) Obtiveram-se resultados análogos quando se re petiu o procedimento anterior, excepto quanto à substituição de sílica coloidal por solução de nitrato de magnésio.

A aplicação de uma solução de nitrato de magnésio ou de sílica coloidal ao metal de espuma antes do aquecimento a uma temperatura acima do ponto de fusão da liga de alumínio permitiu a formação de um revestimento de suporte durante o tempo de aquecimento, evitando assim a necessidade de um tempo de manutenção a uma temperatura selecionada de pré-fusão. Além disso, o revestimento de magnésio e sílica. actuaram subsequentemente como contaminantes e aumentaram a taxa de crescimento de alumina por meio do transporte de alumínio fundido através da alumina formada anteriormente, com o resultado de que substancialmente todo o alumínio originalmente presente no Duocel foi deslocado e oxidado na atmosfera de oxidante, de modo a formar a bainha cerâmica de alumina.

EZEmPLO 3

Pormou-se uma pasta fluida de pó de alumina com partículas com dimensões na faixa de 1 a 5 jum numa solução a 20% de borracha de nitrila em ciclohexanona. Mergulhou-se um bloco de Duocel pré-condicionado, tal como o descrito no Exem

-29-/ .Ζ f·.».

ί ·* pio 1, na suspensão e agitou-se de modo a depositar uma camada permeável de alumina nas superfícies do metal. Aqueceu-se o bloco revestido de acordo com. o procedimento descrito no Exemplo 2. Durante o aquecimento na atmosfera oxidante, trans portou-se alumínio fundido para o interior de um revestimento de alumina permeável e oxidou-se no interior e junto do mesmo formando um produto de células abertas no qual a natureza los ligamentos de formação da trama tinha uma estrutura tubular cheia de metal, isto é, um núcleo de alumínio circundado por uma bainha de uma matriz de alumina, com metal alumínio nela disperso. A bainha era dura e electricamente condutora,.

EXEMPLO 4 (a) repetiu-se o procedimento descrito no Exemplo 3, com a excepção de que se revestiu o Duocel com po de alumínio, em vez de alumina, com dimensões de 1 a 10 pia. a partir da solução de borracha de nitrilo. 0 pé fino de alumínio foi facilmente oxidado nas superfícies do metal durante o aquecimento de modo a formar um revestimento de alumina permeável suficiente para manter a integridade reticular do bloco de metal de espuma, antes de atingir o ponto de fusão do alumínio. ílicrografias dos ligamentos formadores de trama resultantes revelaram uma estrutura cerâmica tubular com um núcleo de alumínio. A parede era formada por uma cerâmica de alumina contendo metal de alumínio disperso.

(b) Obtiveram-se resultados análogos aos referidos no parágrafo (a) quando se efectuou o aquecimento em azoto gasoso em vezcb ar sexto a penafetubular nesse caso feita de nitreto de alumínio portador de alumínio.

,.ζ (c) Obtiveram-se resultados análogos aos referi dos no parágrafo (a) quando se repetiu o procedimento descrito no Exemplo 3, excepto que o pó de alumina aí descrito e o pó de alumínio descrito no parágrafo (a) anterior foram ambos aplicados como pré-revestimento no Duocel. A parede cerâmica era constituída por alumina/alumínio, quando o aquecimento foi realizado em ar, e nitreto de alumínio/alumina/alumínio, quando o aquecimento foi realizado em azoto.

EZEMPEO 5-10

Nos Exemplos seguintes repetiu-se o procedimento descrito no Exemplo 3 com variações nas composições dos reves timentos aplicados ao bloco de espuma do Duocel, antes da fase de aquecimento de formação da cerâmica. Em todos os casos, a natureza dos ligamentos na espuma cerâmica resultante era a de uma estrutura tubular, isto é, um túbulo de um material ce râmico composto, que compreendia uma matriz cerâmica portadora de metal, tendo nela incorporado(s), na forma granular, os material(is) cerâmico(s) presente(s) no revestimento de supor te. Em alguns casos, os túbulos tinham um núcleo de metal e noutros eles eram ocos (com um diâmetro essencialmente igual ao dos ligamentos de metal no Duocel usado), conforme o tempo de processamento e se foi ou não um contaminante externo (como se ilustra no Exemplo 2).

...χ / *

Exemplo	Pó aplicado antes do aquecimento	Atmosfera, de aquecimento	Composição da bainha
5 (a)	ai/sío₂	Ar	Al₂O₃/Al/Si
5 (b)	ai/sío₂	d₂	Α11Ϊ/ Al/Si/Al _o0 _Ώ
5 (a)	3iC	Ar	síc/ai₂o₃/âi
6 (b)	3iC	¹¹2	SiC/AllT/Al
7 (a)	Al/SiC	Ar	ai₂o₃/ài/síc/sí
7 (b)	Al/SiC	i! ₂	AlIT/Al/SiC
8 (a)	A1J	Ar	Al^/Al/AIN
8 (b)	A1IT	n₂	A11T/A1
9 (a)	A1/A11T	Ar	xi JL r\ 0 d ?
9 (b)	A1/A1IT	^iT2	Α1Π/Α1
10 (a)	b₄c	^2	AHT/Al/B^C
10(b)	B₄C/A1	n₂	ain/ai/b₄c
	ΕΣΒ1ΡΒ0	11
	Prepararam-se dois	corpos de espuma de alumínio

(com uma pureza de 99,7%) e utilizaram-se como prê-moldes para produzir corpos de nitreto de alumínio segundo a presente invenção. 0 primeiro pré-molde de espuma de alumínio foi preparado por vazamento de alumínio fundido em torno de grânulos de cloreto de sódio e removendo depois o sal por lixiviação em água. 0 segundo pré-molde foi feito por vazamento sob pres são de alumínio fundido em torno de partículas fluidas de coque, que foram depois removidas por aquecimento em ar.

/

- 32 - /.......X ί

3m ambos os casos, após a remoção do cloreto de sódio ou das partículas de coque, sujeitou-se o corpo poroso da espuma de alumínio ao aquecimento numa atmosfera de azoto. 0 programa de aquecimento foi como segue:

(1) aquecimento de 20° ΰ a 65O°G durante 2 horas.

(2) manutenção (impregnação) a 65O°G, durante horas.

(3) aquecimento de 65O°C a 1700°C durante 5 horas.

(4) impregnação a 1700°G durante 2 horas.

(5) desligação do forno e arrefecimento até apro ximadamente a temperatura ambiente.

Verificou-se que proporcionando impregnação, a temperaturas relativamente baixas, em azoto a 65O°O (precisamente abaixo do ponto de fusão do alumínio), a integridade estrutural da espuma de metal foi mantida após um novo aquecimento ate à temperatura final de 1700°C, tendo as di mensões externas da espuma permanecido essencialmnte inaltera das. ITão foi usado qualquer contaminante. Indicam-se a seguir as medidas físicas do pré-molde inicial (amostra em verde) e do produto final (amostra cozida), na operação usando o prê-molde preparada por vazamento sobre partículas fluidas de coque:

/

X

Medição

Amostra Amostra em verde Produto cozido

Peso (g)	1,62	2,31
3 Volume (g/cnr)	2,31	2,25
O Densidade aparente (g/cm-j	0,69	1,00
Porosidade aparente (%)	73,2	47,3
Porosidade verdadeira (%)	74,6	69,2
A análise por difracção dos Raios-Σ da amostra cozida mostrou nitreto de alumínio essencialmente puro. 0 g; nho teórico de peso foi 52/ para a conversão de alumínio em

nitreto de alumínio e o resultado desta, operação foi cerca de 42,6%.

Deve entender-se que a presente invenção não se limita aos aspectos e formas de realização atrás especificamente apresentados, mas pode ser realizada de outras maneiras sem nos afastarmos de seu espírito.

/ /

.....? '

1, - Espuma ceramica rígida caracterizada por compreeji der um corpo reticulado de ligamentos ocos entrelaçados derivados de ligamentos de um metal precursor, estando os referidos ligameni tos ocos interligados de maneira aleatória a três dimensões, defi, nindo as superfícies exteriores dos referidos ligamentos canais abertos interligados de maneira aleatória em três dimensões e compreendendo os referidos ligamentos ocos um material cerâmico pol£ cristalino formado in situ e sendo constituído essencialmente por (i) o produto da reacção de oxidação do referido metal precur sor que reage com um oxidante e, optativamente, (ii) constituintes metálicos.

2, - Espuma cerâmica de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada poro referido material cerâmico compreender oxido de alumínio interligado tridimensionalmente e, optativamente, alu mí n i o.

3, - Espuma ceramica de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada por o referido material cerâmico compreender nitreto de alumínio interligado tridimensionalmente e, optativamente, alumí ni o.

4, - Espuma ceramica de acordo com qualquer das reiviji dicações 1, 2 ou 3, caracterizada por o referido material cerâmi. co incluir nele incorporado um material de enchimento.

5, - Espuma cerâmica de acordo com qualquer das reiviji dicações 1, 2 ou 3, caracterizada por o referido oxidante ser um

Claims

6,- Espuma cerâmica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por os referidos ligamentos ocos estarem substan cialmente livres de qualquer núcleo metálico de metal precursor.

7.Espuma cerâmica de acordo com a reivindicação 1, caracteri zada por os referidos ligamentos ocos conterem um nucleo de metal precursor juntamente com um certo volume vazio,

8.Espuma cerâmica de acordo com a reivindicação 1, caracteri zada por alguns dos referidos ligamentos ocos serem substancialmente ocos e alguns conterem um núcleo de metal precursor.

9.Espuma cerâmica de acordo com a reivindicação 4, caracteri zada por o referido material de enchimento compreender pelo menos um elemento do grupo constituído por Õxtdos metálicos, nitretos, boretos e carbonetos.

10,Espuma ceramica de acordo com a reivindicação

9, caracterizada por o referido material do no grupo constituído por de enchimento ser escolhi nttreto dè silício, nitreto de alumínio e alumina,

Processo para a produção de um produto cerâmico caracterizado por compreender as fases de:

a) provisão de um corpo de espuma do metal original cons tituído por ligamentos metálicos interligados de maneira aleatória em tres dimensões para constituir uma estrutura de células abertas definindo as superfícies exteriores dos referidos liga

-36ΐ ·'“ mentos canais abertos interligados de maneira aleatória em três dimensões;

b) tratamento do referido corpo de metal precursor, a uma temperatura inferior ao ponto de fusão do referido metal, pa. ra formar na superfície dos referidos ligamentos um reyestimento de suporte susceptível per se de manter a integridade da estru tura de células abertas quando o referido corpo ê aquecido a uma temperatura acima do ponto de fusão do metal;

c) aquecimento do corpo tratado a uma temperatura sup£ rior ao ponto de fusão do metal na presença de um oxidante e reac ção do metal fundido resultante ao contactar com o mesmo para fof mar um produto da reacção de oxidação no interior e optativamente para alem do referido revestimento de suporte, para formar uma espuma cerâmica de células abertas que tem essencialroente a estrju tura reticulada de células abertas do corpo de metal referido;e

d) arrefecimento do referido corpo e recuperação do referido produto cerâmico.

12, - Processo de acordo com a reivindicação 11, caractja rizado por o referido revestimento de suporte ser formado por aquecimento do referido corpo metálico num gas oxidante a uma temperatura inferior ao ponto de fusão do referido metal durante um tempo suficiente para que o referido metal reaja com o referido oxidante para formar o referido revestimento,

13. - Processo de acordo com as reivindicações 11 ou 12, caracterizado por o referido metal original ser alumínio e o referido corpo metálico ser aquecido no ar para formar alumina.

/ χ

14, - Processo dé acordo com as reivindicações 11 ou

12, caracterizado por o referido metal original ser alumínio e o referido corpo ser aquecido num gãs contendo azoto para formar nitreto de alumínio,

15, - Processo de acordo com as reivindicações 11 ou

12, caracterizado por o referido revestimento de suporte ser for mado depositando nas superfícies dos referidos ligamentos um material que reage com o referido oxidante a uma temperatura inferior ao ponto de fusão do referido metal para formar o referido revestimento.

16, - Processo de acordo com a reivindicação 15, caracte rizado por o referido metal original ser alumínio, o referido oxidante ser um oxidante em fase de vapor e o material depositado nas referidas superfícies ser pelo menos um elemento do grupo constituído por soluções de sais de magnésio e pastas fluidas de pÕ de alumínio muito fino, alumina, sílica, carboneto de silício, nitreto de alumínio, nitreto de silício e nitreto de boro,

17, - Processo de acordo com a reivindicação 16, caracte rizado por o referido oxidante em fase de vapor ser ar,

18, - Processo de acordo com as reivindicações 11 ou

12, caracterizado por a fase (cl ser realizada para efectuar a reacção incompleta do referido metal com o referido oxidante de modo que, na espuma cerâmica produzida, o referido material cerâ mico ter nele incluído metal que não reagiu,

19, - Processo de acordo com a reivindicação 18, caracte rizado por o referido metal original ser altimínio e o referido oxidante ser um oxidante em fase de vapor,

20.- Processo de acordo com a reivindicação 19, rizado por o referido oxidante ser ar,

21,- Processo de acordo com a reivindicação 19., rizado por o referido oxidante ser azoto, caracte caracte

Lisboa,· 16 de Setembro de 1987

O Agente Uriciai aa Propriedade Industrial

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3 9/ b₌o=ojl

ESPUMA CERÂMICA RÍGIDA

A invenção refere-se a espumas cerâmicas nas quais as células abertas são ligadas por uma matriz cerâmica tridimensic) nal, substancialmente continua formada por ligamentos ocos inter ligados, que são fabricadas a partir de um metal precursor reticulado de células abertas, isto e, uma espuma metalica, 0 metal precursor e primeiramente tratado de modo a permitir a formação no mesmo de um revestimento de suporte e depois o precursor revestido é aquecido a uma temperatura superior ao ponto de fusão do metal na presença de um oxidante para formar um produto da reacção.

Lisboa, 16 de Setembro de 1987 0 Agente Oficia! da Preprtedads 'r.ix-ris!

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